Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Конспекты / Краткие конспекты по физике.
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

Краткие конспекты по физике.

Выбранный для просмотра документ ВЕС.doc

библиотека
материалов

ВЕС.


Сила, с которой все тела действуют на горизонтальную опору или вертикальный подвес вследствие притяжения Земли, наз. весом тела.


Внимание! Вес - сила, следовательно, измеряется в ньютонах. [P]=Н

Вес тела по третьему закону Ньютона - сила, парная к силе упругости (реакции опоры, натяжения нити). Значит по своей природе вес - сила упругости, возникающая в опоре или подвесе! Вектор силы веса тела приложен к опоре или подвесу. Следовательно, если нет опоры или подвеса, то нет и веса.


В общем случае выполняются соотношения:

hello_html_79a2a4cb.gif - второй закон Ньютона

hello_html_3ffd181e.gif - третий закон Ньютона.

Следовательно: hello_html_37b5ab8f.gif


- это формула для расчета веса тела в общем случае.

В проекциях на ось Х: рассмотрим три случая (см. рисунок).

P=mg - вес тела в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения.

hello_html_m64ca63c1.png

P=m(g-a) - вес тела в случае, когда вектор ускорения совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения. В этом случае сила веса по модулю меньше силы тяжести.

При a=g P=0 - состояние невесомости. Т.е., если тело свободно падает, то оно не имеет веса.

hello_html_4b89bd0b.png

P=m(g+a) - вес тела в случае, когда вектор ускорения противоположен по направлению вектору ускорения свободного падения.

hello_html_15e2c752.gif - перегрузка.


Летчики и космонавты испытывают перегрузку в 5 -7 раз. Максимальная статическая перегрузка для человека - 13g, динамическая (короткодействующая) - до 20g.

hello_html_m2689de3e.png





Выбранный для просмотра документ Движение по углом к горизонту.doc

библиотека
материалов

Движение тела, брошенного горизонтально или под углом к горизонту.

1. Это движение в плоскости, поэтому для описания движения необходимо 2 координаты.

2. Считаем, что движение происходит вблизи поверхности Земли, поэтому ускорение тела – ускорение свободного падения (a = g).

Так как мы пренебрегаем сопротивлением воздуха, то ускорение направлено только к поверхности Земли (g) – вдоль вертикальной оси (y), вдоль оси х движение равномерное и прямолинейное.

Движение тела, брошенного горизонтально.

Выразим проекции скорости и координаты через модули векторов. hello_html_m54041c48.gif




hello_html_17b1d839.png

Для того чтобы получить уравнение траектории, выразим время t из уравнения координаты x и подставим в уравнение для y: hello_html_513454be.gif

- между координатами квадратичная зависимость, траектория – парабола!

Движение тела, брошенного под углом к горизонту.

Порядок решения задачи аналогичен предыдущей.

Решим задачу для случая х0=0 и y0=0. hello_html_364192b7.gif


hello_html_m5014a412.png

Найдем время полета тела от начальной точки до точки падения. В точке падения координата по вертикальной оси у=0. Следовательно, для решения этой задачи необходимо решить уравнение hello_html_565a2326.gif. Оно будет иметь решение при t=0 (начало движения) и hello_html_6d088c49.gif



Время полета:


hello_html_me807c76.gif


Зная время полета, найдем максимальное расстояние, которое пролетит тело:

hello_html_m1b33fc3c.gif



Дальность полета:

hello_html_2810ff30.gif


Из этой формулы следует, что:

- максимальная дальность полета будет наблюдаться при бросании тела (при стрельбе, например) под углом 450;

- на одно и то же расстояние можно бросить тело (с одинаковой начальной скоростью) двумя способами – т.н. навесная и настильная баллистические траектории.

hello_html_m5882a1eb.png

Используя то, что парабола – это симметричная кривая, найдем максимальную высоту, которой может достичь тело. Время, за которое тело долетит до середины, равно: hello_html_6f1347f6.gif



Время подъема:

hello_html_m31e2835c.gif




Тогда: hello_html_m122dcc46.gif


Максимальная высота:

hello_html_md5ae624.gif



Скорость тела в любой момент времени направлена по касательной к траектории движения (параболе) и равна hello_html_m5f0a22fa.gif




Угол, под которым направлен вектор скорости в любой момент времени: hello_html_m6a56de81.gif











Выбранный для просмотра документ Движение тела.doc

библиотека
материалов

Движение тела, брошенного горизонтально или под углом к горизонту.

1. Это движение в плоскости, поэтому для описания движения необходимо 2 координаты.

2. Считаем, что движение происходит вблизи поверхности Земли, поэтому ускорение тела – ускорение свободного падения (a = g).


Так как мы пренебрегаем сопротивлением воздуха, то ускорение направлено только к поверхности Земли (g) – вдоль вертикальной оси (y), вдоль оси х движение равномерное и прямолинейное.


Движение тела, брошенного горизонтально.

Выразим проекции скорости и координаты через модули векторов. hello_html_m54041c48.gif




hello_html_17b1d839.png

Для того чтобы получить уравнение траектории, выразим время t из уравнения координаты x и подставим в уравнение для y: hello_html_513454be.gif




- между координатами квадратичная зависимость, траектория – парабола!


Движение тела, брошенного под углом к горизонту.

Порядок решения задачи аналогичен предыдущей.

Решим задачу для случая х0=0 и y0=0. hello_html_364192b7.gif




hello_html_m5014a412.png

Докажем, что траекторией движения и в этом случае будет парабола. Для этого выразим координату Y через X (получим уравнение траектории): hello_html_48356878.gif.



Мы получили квадратичную зависимость между координатами. Значит траектория - парабола.


Найдем время полета тела от начальной точки до точки падения. В точке падения координата по вертикальной оси у=0. Следовательно, для решения этой задачи необходимо решить уравнение hello_html_565a2326.gif. Оно будет иметь решение при t=0 (начало движения) и hello_html_6d088c49.gif



Время полета:


hello_html_me807c76.gif


Зная время полета, найдем максимальное расстояние, которое пролетит тело:

hello_html_m1b33fc3c.gif



Дальность полета:

hello_html_2810ff30.gif


Из этой формулы следует, что:

- максимальная дальность полета будет наблюдаться при бросании тела (при стрельбе, например) под углом 450;

- на одно и то же расстояние можно бросить тело (с одинаковой начальной скоростью) двумя способами – т.н. навесная и настильная баллистические траектории.

hello_html_m5882a1eb.png

Используя то, что парабола – это симметричная кривая, найдем максимальную высоту, которой может достичь тело. Время, за которое тело долетит до середины, равно: hello_html_6f1347f6.gif



Время подъема:

hello_html_m31e2835c.gif




Тогда: hello_html_m122dcc46.gif


Максимальная высота:

hello_html_md5ae624.gif



Скорость тела в любой момент времени направлена по касательной к траектории движения (параболе) и равна hello_html_m5f0a22fa.gif




Угол, под которым направлен вектор скорости в любой момент времени: hello_html_m6a56de81.gif











Выбранный для просмотра документ ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ.doc

библиотека
материалов


ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ.

Открыт Ньютоном в 1667 году на основе анализа движения планет (з-ны Кеплера) и, в частности, Луны. В этом же направлении работали Р.Гук (оспаривал приоритет) и Р.Боскович.


Все тела взаимодействуют друг с другом с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

hello_html_m52b710ce.gif

hello_html_m52b710ce.gif

Закон справедлив для: 1. Однородных шаров.

2. Для материальных точек.

3. Для концентрических тел.

Гравитационное взаимодействие существенно при больших массах.

Примеры:

Притяжение электрона к протону в атоме водорода » 2×10-11 Н.


Тяготение между Землей и Луной » 2×1020 Н.


Тяготение между Солнцем и Землей » 3,5×1022 Н.


Применение: 1. Закономерности движения планет и их спутников. Уточнены законы Кеплера.

2. Космонавтика. Расчет движения спутников.

Внимание!: 1. Закон не объясняет причин тяготения, а только устанавливает количественные закономерности.

2. В случае взаимодействия трех и более тел задачу о движении тел нельзя решить в общем виде. Требуется учитывать "возмущения", вызванные другими телами (открытие Нептуна Адамсом и Леверье в 1846 г. и Плутона в 1930).

3. В случае тел произвольной формы требуется суммировать взаимодействия между малыми частями каждого тела.

Анализ закона:

1. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей тела.

2. G - постоянная всемирного тяготения (гравитационная постоянная). Числовое значение зависит от выбора системы единиц.


В Международной системе единиц (СИ) G=6,67.10-11hello_html_4405255.gif.

G=6,67.10-11hello_html_4405255.gif

Впервые прямые измерения гравитационной постоянной провел Г. Кавендиш с помощью крутильных весов в 1798 г.

hello_html_m48d2d044.gif


hello_html_m756c276d.png

Пусть m1=m2=1 кг, R=1 м, тогда: G=F (численно).

Физический смысл гравитационной постоянной:

гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, действующей между двумя точечными телами массой по 1 кг каждое, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга.

То, что гравитационная постоянная G очень мала показывает, что интенсивность гравитационного взаимодействия мала.



Выбранный для просмотра документ Закон Кулона.docx

библиотека
материалов

Закон Кулона

1. Два заряда, находясь в воздухе на расстоянии 0,05 м, действуют друг на друга с
силой 1,2·10
-4 Н, а в некоторой непроводящей жидкости на расстоянии 0,12 м с силой 1,5·10-5 Н. Какова диэлектрическая проницаемость жидкости?

2. Заряд в 1,3·10
-9 Кл в керосине на расстоянии 0,005 м притягивает к себе второй заряд с силой 2·10-4 Н. Найдите величину второго заряда. Диэлектрическая проницаемость керосина равна 2.

З. На каком расстоянии друг от друга надо расположить два заряда по
5·10
-4 Кл, чтобы в керосине сила взаимодействия между ними оказалась равной 0,5 Н? Диэлектрическая проницаемость керосина равна 2.

4. Два одинаковых точечных заряда взаимодействуют в вакууме на расстоянии 0,1 м с такой же силой, как в скипидаре на расстоянии 0,07 м. Определите диэлектрическую проницаемость скипидара.

5. Два заряда по 3,3·10
-8 Кл, разделенные слоем слюды, взаимодействуют с силой 5·10-2 Н. Определите толщину слоя слюды, если ее диэлектрическая проницаемость равна 8.

6. Определите расстояние r
1, между двумя одинаковыми электрическими зарядами, находящимися в масле с диэлектрической проницаемостью 3, если сила взаимодействия между ними такая же, как в пустоте на расстоянии r2 = 0,3 м.

7. Три отрицательных заряда величиной по 3·10
-9 Кл каждый расположены в вершинах равностороннего треугольника. Какой заряд q нужно поместить в центре треугольника, чтобы система находилась в равновесии?
----------------------------------------------------------------------------------------------------

Напряженность электрического поля

1. Два заряда q1 = +3·10-7 Кл и q2 = −2·10-7 Кл находятся в вакууме на расстоянии 0,2 м друг от друга. Определите напряженность поля в точке С, расположенной на линии, соединяющей заряды, на расстоянии 0,05 м вправо от заряда q2.

2. В некоторой точке поля на заряд 5·10
-9 Кл действует сила 3·10-4 Н. Найдите напряженность поля в этой точке и определите величину заряда, создающего поле, если точка удалена от него на 0,1 м.

3. Два заряда q
1 = +2·10-7 Кл и q2 = −2·10-7 Кл расположены в керосине на расстоянии 0,2 м друг от друга. Какова напряженность поля в точке, находящейся между зарядами на расстоянии
0,08 м от положительного заряда на линии, соединяющей центры зарядов?

4. Напряженность поля в керосине, образованного точечным зарядом 10·10-7 Кл, на некотором расстоянии от него равна 5 Н/Кл. Определите расстояние от заряда до данной точки поля и силу, с которой поле действует на заряд 3·10-6 Кл, помещенный в данную точку.

5. Какова напряженность электрического поля, созданного двумя зарядами 6·10-9  и 2·10-8 Кл в точке, находящейся между зарядами на расстоянии 0,03 м от первого заряда на линии, соединяющей заряды? Расстояние между зарядами 0,05 м, и находятся они в среде с диэлектрической проницаемостью 2.

6. Определите величину точечного заряда, образующего поле в вакууме, если на расстоянии
0,09 м от него напряженность поля составляет 4·10
5 Н/Кл. На сколько ближе к заряду будет находиться точка, в которой напряженность окажется прежней, если заряд поместить в среду с диэлектрической проницаемостью 2?

7. В вершинах острых углов ромба со стороной а помещены положительные заряды q, а в вершине одного из тупых углов — положительный заряд Q. Определите напряженность электрического поля в четвертой вершине ромба, если меньшая диагональ ромба равна его стороне.

8. Металлический шар диаметром 4 см погружен в парафин. Поверхностная плотность заряда на шаре 0,8·10
-5 Кл/м2. Какова напряженность поля в парафине на расстоянии 20 см от поверхности шара?
----------------------------------------------------------------------------------------------------

Разность потенциалов

1. Какова разность потенциалов начальной и конечной точек пути электрона в электрическом поле, если на этом пути он увеличил свою скорость с 107 до 2·107 м/с?

2. В поле точечного заряда 10
-7 Кл две точки расположены на расстоянии 0,15 и 0,2 м от заряда, Найдите разность потенциалов этих точек.

3. Электрон летит из точки А к точке В, между которыми разность потенциалов равна 100 В. Какую скорость будет иметь электрон в точке В, если в точке А его скорость была равна нулю?

4. Два точечных заряда 7·10
-9 и 14·10-9 Кл находятся на расстоянии 0,4 м. Какую работу надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 0,25 м?

5. Из ядра атома радия со скоростью 2·10
7 м/с вылетает α-частица массой 6,67·10-27 кг. Определите энергию частицы и разность потенциалов, которая бы обеспечила частице такую энергию. Заряд частицы 3,2·10-19 Кл.

6. Поле образовано зарядом 17·10
-9 Кл. Какую работу надо совершить, чтобы одноименный заряд 4·10-9 Кл перенести из точки, удаленной от первого заряда на 0,5 м, в точку, удаленную от того же заряда на 0,05 м?

7. Какую работу надо совершить, чтобы перенести точечный заряд 7·10
-9 Кл из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии 0,1 м от поверхности металлического шарика? Потенциал шарика 200 В, его радиус 0,02 м. Шар находится в воздухе.

8. На поверхности шара радиусом 0,02 м равномерно распределен заряд    10
-10 Кл. Электрон, находящийся очень далеко от шара, имеет начальную скорость u0 = 0. С какой скоростью он приблизится к шару? Масса электрона 9,1·10-31 кг, а его заряд 1,6·10-19 Кл.
----------------------------------------------------------------------------------------------------

Связь между напряженностью электрического поля и разностью потенциалов

1. Между параллельными заряженными пластинами, расположенными горизонтально, удерживается в равновесии пылинка массой 10-12 кг с зарядом −5·10-16 Кл. Определите разность потенциалов между пластинами, если расстояние между ними 10-2 м.

2. Определите количество электронов, образующих заряд пылинки массой  5·10
-12 кг, если она находится в равновесии в электрическом поле, созданном двумя заряженными пластинами. Разность потенциалов между пластинами 3000 В, а расстояние между ними 0,02 м. Заряд электрона равен 1,6·10-19 Кл.

3. Между двумя горизонтально расположенными пластинами, заряженными до 6000 В, удерживается в равновесии пылинка массой 3·10
-11 кг. Определите заряд пылинки, если расстояние между пластинами 0,1 м.

4. Электрон влетает в однородное поле, образованное параллельными заряженными пластинами, по направлению линий индукции и теряет свою скорость, пройдя путь от одной пластины к другой. Определите напряженность поля, если расстояние между пластинами 2 см.
Заряд электрона 1,6·10
-19 Кл, его масса 9,1·10-31 кг, а начальная скорость 12·106 м/с.

5. В однородном электрическом поле между двумя горизонтально расположенными разноименно заряженными пластинами находится пылинка массой 10
-11 кг. Разность потенциалов между пластинами 500 В, расстояние 0,1 м. Определите заряд пылинки, если она в электрическом поле удерживается в равновесии.

6. До какой разности потенциалов надо зарядить горизонтально расположенные на расстоянии 0,04 м друг от друга пластины, чтобы пылинка массой 3·10-11 кг, несущая на себе 1000 избыточных электронов, находилась в равновесии между этими пластинами? Заряд электрона 1,6·10-19 Кл.
----------------------------------------------------------------------------------------------------

Электроемкость проводника

1. На шаре сосредоточен заряд 6·10-8 Кл, а потенциал его 18 кВ. Найдите радиус шара, если он находится в вакууме.

2. До какого потенциала зарядится проводник емкостью 10 см, если ему сообщить заряд 2·10-10 Кл?

3. Каким должен быть радиус шара, чтобы его емкость в вакууме равнялась 1 Ф?

4. Определите в фарадах электроемкость уединенного металлического шара радиусом 10 см,
1) когда шар находится в вакууме,
2) когда шар находится в воде (ε=80).

5. Определите электроемкость проводящего шара в фарадах (в вакууме), если его радиус 3·10
2 м.

6. Сообщив проводнику, заряд 10
-8 Кл, его потенциал увеличили на 100 В. Определите электроемкость проводника и выразите ее в сантиметрах.
----------------------------------------------------------------------------------------------------

Емкость плоского конденсатора

1. Определите толщину диэлектрика конденсатора, емкость которого 1400 пФ, площадь перекрывающих друг друга пластин 1,4·10-3 м2. Диэлектрик — слюда (ε = 6).

2. Плоский воздушный конденсатор образован двумя квадратными пластинами, отстоящими друг от друга на расстоянии 10
-3 м. Какой должна быть ширина каждой из этих пластин, чтобы емкость конденсатора равнялась 1 Ф?

3. Какой наибольшей емкости можно сделать конденсатор, использовав в качестве диэлектрика отмытую от эмульсии фотопластинку размером 9х12 см и толщиной 5·10
-3 м (ε = 7)?
4. Конденсатор сделан из листов станиоля, проложенных пластинками слюды толщиной 10-3 м и площадью 9·10
-4 м2. Сколько листов станиоля нужно взять, чтобы получить электроемкость 9·104 см (ε = 6)?

5. Плоский конденсатор составлен из двух круглых пластин диаметром 0,22 м каждая, отделенных друг от друга слоем воздуха толщиной 3·10
-3 м. Напряжение на пластинах конденсатора 120 В. Какой заряд сосредоточен на каждой пластине?

6. Плоский воздушный конденсатор состоит из двух пластин. Определите емкость конденсатора, если площадь каждой пластины 10
-2 м2, а расстояние между ними 0,5·10-2 м2. Как изменится емкость конденсатора при погружений его в глицерин (ε = 56,2)?
----------------------------------------------------------------------------------------------------

Энергия электрического поля

1. Какой из двух конденсаторов и во сколько раз обладает большей энергией, если для первого конденсатора С1= 4 мкФ, U1= 10 В, а для второго С2= 10 мкФ, U2= 4 В?

2. Один миллион сферических капелек сливается в одну каплю. Радиус каждой капли 5,0·10
-4 см, заряд 1,6·10-14 Кл. Какая энергия расходуется на преодаление электрических сил отталкивания при соединении капелек?



Выбранный для просмотра документ Закон сохранения механической энергии.doc

библиотека
материалов

Закон сохранения механической энергии.

Сумма кинетической и потенциальной энергий системы тел называется полной механической энергией системы.

E = Ep + Ek

Учитывая, что при совершении работы A = DEk и, одновременно, A = - DEp, получим: DEk = - DEp или

D(Ek + Ep)=0 - изменение суммы кинетической и потенциальной энергий (т.е. изменение полной механической энергии) системы равно нулю.

DEk = - DEp

Значит, полная энергия системы остается постоянной:

E = Ep + Ek = const. В замкнутой системе, в которой действуют только консервативные силы, механическая энергия сохраняется. (Или: полная механическая энергия системы тел, взаимодействующих силами упругости и гравитации, остается неизменной при любых взаимодействиях внутри этой системы).

E = Ep + Ek = const

Например, для тела, движущегося под действием силы тяжести (падение; тело, брошенное под углом к горизонту, вертикально вверх или движущееся по наклонной плоскости без трения): hello_html_75c2cc2f.gif.




Работа силы трения и механическая энергия.

Если в системе действуют силы трения (сопротивления), которые не являются консервативными, то энергия не сохраняется. При этом E1 - E2 = Aтр. Т.е. изменение полной механической энергии системы тел равно работе сил трения (сопротивления) в этой системе. Энергия изменяется, расходуется, поэтому такие силы наз. диссипативными (диссипация - рассеяние).

E1 - E2 = Aтр

Т.о. механическая энергия может превращаться в другие виды энергии, напр., во внутреннюю (деформация взаимодействующих тел, нагревание).

Столкновения тел.

З-н сохранения и превращения механической энергии применяется, например, при изучении столкновений тел. При этом он выполняется в системе с з-ном сохранения импульса. Если движение происходит так, что потенциальная энергия системы остается неизменной, то может сохраняться кинетическая энергия.

Удар, при котором сохраняется механическая энергия системы, наз. абсолютно упругим ударом.

hello_html_67c50add.gif

hello_html_1c148f7b.gif

Удар, при котором тела движутся после столкновения вместе, с одинаковой скоростью, наз. абсолютно неупругим ударом (при этом механическая энергия не сохраняется).

hello_html_mc157332.gif

hello_html_509b39b6.gif

Удар, при котором тела до соударения движутся по прямой, проходящей через их центр масс, наз. центральным ударом.

 



Выбранный для просмотра документ Законы Ньютона.doc

библиотека
материалов

1-й закон Ньютона.

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или покоится, если на него не действуют другие тела или их действия скомпенсированы.

Другая формулировка: существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или покоится, если равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю.

Роль 1-го закона – он определяет, в каких СО выполняются законы динамики.

Инерциальные системы отсчета.

СО, в которых выполняется 1-й закон Ньютона, называются инерциальными системами отсчета (ИСО).


Свойство ИСО: все СО, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно данной ИСО, тоже являются инерциальными. СО, движущиеся относительно любой ИСО с ускорением, являются неинерциальными


В реальной жизни абсолютной ИСО не существует. СО можно считать инерциальной с той или иной степенью точности в определенных задачах. Например, Землю можно считать ИСО при исследовании движения автомобиля и нельзя – при исследовании полета ракеты (необходимо учитывать вращение).


Принцип относительности Галилея.

Все ИСО – равноправны: законы механики одинаковы во всех ИСО.


Опыт: чем больше сила, тем больше изменение скорости тела (ускорение) - hello_html_2537953f.gif.




2-й закон Ньютона.

Ускорение, полученное телом в результате взаимодействия, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе тела:hello_html_m47d64816.gif. Выражение справедливо для любых сил любой природы.

Непосредственно решает основную задачу динамики.

hello_html_m47d64816.gif


Сила (равнодействующая сил) определяет только ускорение тела. Величины скорости и перемещения могут быть любыми в зависимости от начальных условий.


Третий закон Ньютона.

Из опыта: 1. hello_html_m166922e4.gif.

2. Ускорения взаимодействующих тел направлены по одной прямой в противоположных направлениях. Вывод: hello_html_m56d39072.gif или hello_html_6d3dfd39.gif.

Любые два тела взаимодействуют силами одной природы направленными вдоль одной прямой, равными по величине и противоположными по направлению.

hello_html_m3f3dacc6.png

hello_html_61637482.png

hello_html_m17b60c6c.png

Свойства этих сил:

1. Всегда действуют парами.

2. Одной природы.

3. Приложены к разным телам! (F1- к первому телу, F2 – ко второму телу). Нельзя складывать! Не уравновешивают друг друга!

hello_html_6efabc3c.png

Система законов динамики. Законы Ньютона выполняются в системе, т.е. одновременно и только в инерциальных системах отсчета. 1-й закон позволяет отобрать ИСО. 2-й закон позволяет по известным силам найти ускорение тела. 3-й закон позволяет связать между собой взаимодействующие тела. Все эти



Выбранный для просмотра документ Импульс тела.doc

библиотека
материалов

Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса.


В-1

1.Шар массой 0,1кг при подлете к стенке имеет скорость 5м/с. После удара шар движется в противоположном направлении со скоростью 5м/с. Чему равно изменение импульса шара в результате удара о стену?


2.Тележка массой 7кг движется со скоростью 54км/ч. Найти ее импульс?


3.Лодка массой 100кг движется со скоростью 1м/с .С лодки соскакивает мальчик со скоростью 2м/с в сторону противоположную движению. Масса мальчика 40кг. Какова скорость лодки после прыжка мальчика?


___________________________________________________________________________


В-2

1.Найдите импульсы грузового автомобиля массой 10т движущегося со скоростью 72км/ч и легкового массой 2,5т – со скоростью 40м/с.


2.Пловец прыгает в бассейн. Сила, с которой он отталкивается, равна 2500 Н. Чему равно изменение импульса пловца за 0,1с действия силы?


3.электровоз массой 180т, движущийся по инерции с выключенным двигателем со скоростью 0,5м/с, подъезжает к неподвижному вагону и продолжает двигаться вместе с ним. Какова масса вагона, если скорость локомотива уменьшилась до 0,4м/с?



___________________________________________________________________________


В-3

1.Найдите импульс спутника массы 8,4т, летящего со скоростью 8км/с?


2.Сколько времени длился удар мяча о ракетку силой 310Н, если его скорость 2м/с по модулю не изменилась, но стала направлена в противоположную сторону. Масса мяча 200г.


3.Из покоящейся лодки человек выбросил в горизонтальном направлении груз массой 20кг, при этом лодка поплыла со скоростью 0,5м/с. С какой скоростью выбросили груз, если масса лодки 100кг, а человека 50кг.



___________________________________________________________________________


В-4

1.Вертолет массой 4т лежит со скоростью 108км/ч. Чему равен его импульс?


2.Какая сила действует на мотоцикл с выключенным двигателем, если за 5с его скорость изменилась на 18км/ч, а масса мотоцикла с человеком 300кг?


3.Два мяча массами 300г и 400г катятся навстречу друг другу со скоростями 4м/с и 5м/с. Куда и с какой скоростью покатится второй мяч после удара, если первый покатился в противоположную сторону со скоростью 2м/с?


§ 16. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение

Импульс силы и импульс тела

Как было показано, второй закон Ньютона может быть записан в виде

Ft=mv-mvo=p-po=p.

Векторную величину Ft, равную произведению силы на время ее действия, называют импульсом силы. Векторную величину р=mv, равную произведению массы тела на его скорость, называют импульсом тела.

В СИ за единицу импульса принят импульс тела массой 1 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, т.е. единицей импульса является килограммметр в секунду (1 кг·м/с).

Изменение импульса тела p за время t равно импульсу силы Ft, действующей на тело в течение этого времени.

Понятие импульса является одним из фундаментальных понятий физики. Импульс тела является одной из величин, способных при определенных условиях сохранять свое значение неизменным (но модулю, и по направлению).

Сохранение полного импульса замкнутой системы

Замкнутой системой называют группу тел, не взаимодействующих ни с какими другими телами, которые не входят в состав этой группы. Силы взаимодействия между телами, входящими в замкнутую систему, называют внутренними. (Внутренние силы обычно обозначают буквой f).

Рассмотрим взаимодействие тел внутри замкнутой системы. Пусть два шара одинакового диаметра, изготовленные из разных веществ (т. е. имеющие разные массы), катятся по идеально гладкой горизонтальной поверхности и сталкиваются друг с другом. При ударе, который мы будем считать центральным и абсолютно упругим, изменяются скорости и импульсы шаров. Пусть масса первого шара m1, его скорость до удара V1, а после удара V1'; масса второго шара m2, его скорость до удара v2, после удара v2'. Согласно третьему закону Ньютона, силы взаимодействия между шарами равны по модулю и противоположны по направлению, т.е. f1 =-f2.

Согласно второму закону Ньютона, изменение импульсов шаров в результате их соударения равно импульсам сил взаимодействия между ними, т. е.

m1v1'-m1v1=f1t    (3.1)

m2v2'-m2v2=f2t    (3.2)

где t - время взаимодействия шаров.
Почленно сложив выражения (3.1) и (3.2), найдем, что

m1v1'-m1v1+m2v2'-m2v2=0.

Следовательно,

m1v1'+m2v2'=m1v1+m2v2

или иначе

p1'+p2'=p1+p2.     (3.3)

Обозначим р1'+р2'=р' и р12=p.
Векторную сумму импульсов всех тел, входящих в систему, называют полным импульсом этой системы. Из (3.3) видно, что р'=р, т.е. р'-р=р=0, следовательно,

p=p1+p2=const.

Формула (3.4) выражает закон сохранения импульса в замкнутой системе, который формулируют так: полный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
Иными словами, внутренние силы не могут изменить полного импульса системы ни по модулю, ни по направлению.

Изменение полного импульса незамкнутой системы

Группу тел, взаимодействующих не только между собой, но и с телами, не входящими в состав этой группы, называют незамкнутой системой. Силы, с которыми на тела данной системы действуют тела, не входящие в эту систему, называют внешними (обычно внешние силы обозначают буквой F).

Рассмотрим взаимодействие двух тел в незамкнутой системе. Изменение импульсов данных тел происходит как под действием внутренних сил, так и под действием внешних сил.

Согласно второму закону Ньютона, изменения импульсов рассматриваемых тел у первого и второго тел составляют

р1=f1t+F1t    (3.5)

р2=f2t+F2t    (3.6)

где t - время действия внешних и внутренних сил.
Почленно сложив выражения (3.5) и (3.6), найдем, что

(p1+p2)=(f1+f2)t +(F1+F2)t    (3.7)

В этой формуле р=р12 - полный импульс системы, f1+f2=0 (так как по третьему закону Ньютона (f1=-f2), F1+F2=F - равнодействующая всех внешних сил, действующих на тела данной системы. С учетом сказанного формула (3.7) принимает вид

р=Ft.    (3.8)

Из (3.8) видно, что полный импульс системы изменяется только под действием внешних сил. Если же система замкнутая, т. е. F=0, то р=0 и, следовательно, р=const. Таким образом, формула (3.4) является частным случаем формулы (3.8), которая показывает, при каких условиях полный импульс системы сохраняется, а при каких - изменяется.

Реактивное движение.
Значение работ Циолковского для космонавтики

Движение тела, возникающее вследствие отделения от него части его массы с некоторой скоростью, называют реактивным.

Все виды движения, кроме реактивного, невозможны без наличия внешних для данной системы сил, т. е. без взаимодействия тел данной системы с окружающей средой, а для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия тела с окружающей средой. Первоначально система покоится, т. е. ее полный импульс равен нулю. Когда из системы начинает выбрасываться с некоторой скоростью часть ее массы, то (так как полный импульс замкнутой системы по закону сохранения импульса должен оставаться неизменным) система получает скорость, направленную в противо-положную сторону. Действительно, так как m1v1+m2v2=0, то m1v1=-m2v2, т. е.

v2=-v1m1/m2.

Из этой формулы следует, что скорость v2, получаемая системой с массой m2, зависит от выброшенной массы m1 и скорости v1 ее выбрасывания.

Тепловой двигатель, в котором сила тяги, возникающая за счет реакции струи вылетающих раскаленных газов, приложена непосредственно к его корпусу, называют реактивным. В отличие от других транспортных средств устройство с реактивным двигателем может двигаться в космическом пространстве.

Основоположником теории космических полетов является выдающийся русский ученый Циолковский (1857 - 1935). Он дал общие основы теории реактивного движения, разработал основные принципы и схемы реактивных летательных аппаратов, доказал необходимость использования многоступенчатой ракеты для межпланетных полетов. Идеи Циолковского успешно осуществлены в СССР при постройке искусственных спутников Земли и космических кораблей.

Основоположником практической космонавтики является советский ученый академик Королев (1906 - 1966). Под его руководством был создан и запущен первый в мире искусственный спутник Земли, состоялся первый в истории человечества полет человека в космос. Первым космонавтом Земли стал советский человек Ю.А. Гагарин (1934 - 1968).

Вопросы для самоконтроля:

Как записывают второй закон Ньютона в импульсной форме?

Что называют импульсом силы? импульсом тела?

Какую систему тел называют замкнутой?

Какие силы называют внутренними?

На примере взаимодействия двух тел в замкнутой системе покажите, как устанавливают закон сохранения импульса. Как его формулируют?

Что называют полным импульсом системы?

Могут ли внутренние силы изменить полный импульс системы?

Какую систему тел называют незамкнутой?

Какие силы называют внешними?

Установите формулу, показывающую, при каких условиях полный импульс системы изменяется, а при каких - сохраняется.

Какое движение называют реактивным?

Может ли оно происходить без взаимодействия движущегося тела с окружающей средой?

На каком законе основано реактивное движение?

Каково значение работ Циолковского для космонавтики?


Импульс тела

hello_html_7275b4bb.png


Титульная
Механика

Литература

Импульс тела.
Исследования взаимодействия тел показали, что существуют такие величины, характеризующие механическое движение тел, которые сохраняются при любых взаимодействиях тел в замкнутой системе. Первой такой величиной является импульс тела.

Выражение

hello_html_m6506e73a.png


показывает, что имеется физическая величина, одинакого изменяющаяся у всех тел под действием одинаковых сил, если время действия силы одинаково. Эта физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела или количеством движения.

Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызывающей это изменение. Импульс тела является количественной характеристикой поступательного движения тел.

Импульс тела hello_html_m5fc2d91d.pngи импульс силы - hello_html_41498295.pngвеличины векторные. Вектор импульса тела направлен так же, как вектор скорости. Вектор импульса силы - так же, как вектор силы.

Закон сохранения импульса.
Дhello_html_7463acc7.pngля экспериментального исследования изменений импульсов взаимодействующих тел можно выполнить слудующие опыты с шарами. Для сообщения одному шару некоторой скорости в горизонтальном направлении используем наклонный желоб с лотком. После скольжения по желобу шар срывается с лотка и, пролетев некоторое расстояние S, падает на стол. hello_html_m6ba84ffd.png

Поставим на краю лотка такой же шар и по желобу пустим первый шар. После столкновения шаров второй шар падает на то же место поверхности стола, на которое падал первый шар в первом опыте, т.е. на расстоянии S, а первый шар падает вертикально.

После соударения с точно таким же покоящимся шаром первый шар останавливается, а второй преобретает точно такую же скорость, какой обладал первый шар. Следовательно, при взаимодействии двух тел импульс каждого из них изменяется, но сумма импульсов двух тел осталась неизменной.

Иhello_html_m49491728.pngзменим условия опыта. На шар, поставленный на краю лотка, прикрепим небольшой кусок пластелина в том месте, в которое ударяет движущийся шар. В этом случае после удара оба шара падают на расстоянии S/2 от вертикали, проходящей через край лотка, в два раза меньшем расстояния в первом опыте. Следовательно, скорость V2 двух шаров после удара равна половине значения скорости V1 одного шара до удара:

hello_html_m5e356b04.png


Сумма импульсов двух шаров до и после взаимодействия и в этом опыте оказывается одинаковой:

m*V1+m*0=(m1+m2)*V2


Продолжим опыты с шарами. До сих пор в наших опытах вектор скорости движущегося шара перед ударом проходил через центр неподвижного шара. Теперь сместим неподвижный шhello_html_m18980132.pngар на край лотка, чтобы вектор скорости движущегося шара перед ударом был направлен мимо центра неподвижного шара. В этом случае после удара движутся оба шара, но направления векторов их скоростей V'1 и V'2 оказываются различными. Измерив модули скоростей шаров V'1 и V'2, можно установить, что суммы произведений масс шаров на модули их скоростей до и после взаимодействия не равны друг другу:

hello_html_m7fcbc3b.png


но векторная сумма импульсов тел остаётся неизменной:

hello_html_m9b4f9b2.png
или
hello_html_5d9eb271.png


Постоянство суммы векторов импульсов при любых взаимодействиях тел является универсальным законом природы. Этот закон является одним из основных, или фундаментальных, законов физики и называется законом сохранения импульса.

Он проявляется не только в случае взаимодействия двух тел, но и при взаимодействии любого количества тел:

hello_html_58581040.png
или
hello_html_m6ddc19d1.png


В неинерциальных системах отсчёта скорость движения тел изменяется со временем при отсутствии тел. Поэтому импульс любого тела при отсутствии взаимодействия с другими телами не остаётся постоянным, если выбрана неинерциальная система отсчёта. Следовательно, необходимым условием применимости закона сохранения импульса в замкнутой системе взаимодействующих тел является выбор инерциальной системы отсчёта.

В инерциальной системе отсчёта при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов тел остаётся постоянной при любых взаимодействиях тел между собой.

Система тел, не взамодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой системой.

В замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остаётся постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Для доказательства этой формулы можно провести ещё один опыт. Поставим на горизонтальные рельсы две тележки одинаковой массы m. К торцу одной из них прикреплён шарик из пластилина, и к каждой из них на торцах прикреплены пружинные буфера. hello_html_6570cfbd.pngПусть сначала тележки обращены друг к другу торцами, лишёнными пружин. Сообщин обеим тележкам одинаковые по модулю скорости навстречу одна другой. Тележки встретятся, пластилин скрепит их и они остановятся. Результаты опыта легко понять. Две сталкивающиеся тележки - это система двух взаимодействующих тел. Её можно считать замкнутой системой, потому что действия на них других тел - Земли и опоры скомпенсированы. До встречи импульсы обеих тележек по модулю равны друг другу, а по направлению противоположны. Следовательно, сумма импульсов обеих тележек равна нулю. Во время столкновения тележки взаимодействуют, т. е. действуют друг на друга с некоторыми силами, равными по модулю и противоположными по напарвлению (третий закон Ньютона). Поэтому импульс каждой из тележек изменился. Но сумма импульсов осталась такой же, т. е. равной нулю - ведь тележки остановились!

Пhello_html_3d3b720a.pngовернём тележки так, чтобы они были обращены друг к другу пружинными буферами. Повторив опыт, мы убедимся в том, что после столкновения тележки разъедутся в противоположные стороны с одинаковыми по модулю, но противоположными по направлению скоростями. Значит, при взаимодействии импульсы опять изменились, но сумма импульсов по-прежнему осталась равной нулю, как говорят, она сохранилась.

Основную задачу механики - определение положения тела в любой момент времени - можно решить с помощью законов Ньютона, еhello_html_28545bec.pngсли известны начальные условия и зависимости сил, действующих на тело, от координат и скоростей. В практике эти зависимости не всегда известны. Однако многие важные задачи в механике можно решить и не зная сил, действующих на тело. Это возможно потому, что существуют величины, которые остаются неизменными при любых взаимодействиях тел.

Если известно положение тела и его скорость в определённый момент времени, то знание сохраняющихся величин позволяет определить положение и скорость этого тела после любого взаимодействия, не прибегая к законам динамики. Сохраняющимися величинами в механических процессах являются импульс, момент импульса и энергия. Но момент импульса мы не рассматриваем.

Однако не всегда очевидно, каким образом можно применить законы сохранения при решении конкретных задач.

Задачи
№ 1
. Граната, летевшая со скоростью V=15м/с, разорвалась на две части с массами m1=6кг и m2=14кг. Скорость большего осколка V2=24м/с направлена так же, как скорость гранаты до взрыва. Найти направление и модуль скорости меньшего осколка.
Решение:
За время разрыва гранаты её импульс изменяется из-за действия силы тяжести незначительно, так как изменение импульса гранаты равно hello_html_65b870d7.png, а время hello_html_m382ccf29.pngразрыва очень мало. Поэтому гранату и её осколки во время разрыва можно считать изолированной системой. На основании закона сохранения импульса

(m1+m2)*V'=m1*V1+m2*V2


Так как направление скоростей V' и V2 совпадают, то скорость V1 будет иметь либо то же направление, либо противоположное ему. Совместим с этим направлением ось координат, принимая направление векторов V' и V2 за положительное направление оси. Спроектируем данное уравнение на выбранную ось координат. Получим скалярное уравнение

(m1+m2)*V'=m1*V1+m2*V2
или
V1=[(m1+m2)*V'-m2*V2]/m1=-6м/с


Знак "-" указывает, что скорость V1 направлена в сторону, противоположную направлению полёта гранаты.

2. Тележка m1=20кг движется по рельсам с человеком со скоростью V1=1м/с. Проехав немного, он соскакивает с неё со скоростью V2=3м/с в противоположном направлении. Какова V тележки после того, как с неё спрыгнул человек, если его масса m2=50кг.
Решение:
Из формулы закона сохранения импульса

m1*V1+m2*V2=m1*V1'+m2*V2'

мы составим равенство, из которого будет видно, что человек, спрыгнув с тележки, сообщил ей определённую скорость, приложив силу:

V'*(m1+m2)=m1*V'-m2*V2

m1*V'=V1*(m1+m2)+m2*V2

V'=[V1*(m1+m2)+m2*V2]/m1=11м.

  1. Физическая величина, равная произведению силы F на время t ее действия, называется
    hello_html_47bcc788.gifhello_html_m28d67641.gif

  2. Величинa, характеризующяя механическое движение тел, которые сохраняются при любых взаимодействиях тел в замкнутой системе называется
    hello_html_47bcc788.gifhello_html_m28d67641.gif

  3. Чему равно изменение импульса тела?
    hello_html_47bcc788.gifhello_html_m28d67641.gif

  4. Чем является постоянство суммы векторов импульсов при любых взаимодействиях тел?
    hello_html_3725d96.gifhello_html_m28d67641.gif

  5. В какой системе отсчёта при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов тел остаётся постоянной при любых взаимодействиях тел между собой?
    hello_html_47bcc788.gifhello_html_m28d67641.gif

  6. В какой системе геометрическая сумма импульсов тел остаётся постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой?
    hello_html_m4ef1ed38.gifhello_html_m28d67641.gif

Чтобы увидеть результаты работы, нажмите кнопку «Оценка».

Реактивное движение.

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.

Но ни один учёный, ни один писатель-фантаст за многие века не смог назвать единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении. На каких же принципах и физических законах основывается его действие?

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Это легко объяснить из закона сохранения импульса, который гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.

К. Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета.

Максимально достижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя (т.е. по существу к весу пустой ракеты) называется числом Циолковского.

Основной вывод состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.

Движения тел переменной массы.
Знание закона сохранения импульса во многих случаях дает возможность найти результат взаимодействия тел, когда значения действующих сил неизвестны.

Рассмотрим в качестве примера действие реактивного двигателя. hello_html_m6e5a0cc2.pngПри сгорании топлива в камере сгорания ракеты образуются газы, нагретые до высокой температуры. При действии двигателя в течение короткого интервала времени t из сопла ракеты выбрасываются со скоростью u относительно ракеты горячие газы массой m. Ракета и выбрасываемые ее двигателем газы взаимодействуют между собой. На основании закона сохранения импульса при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной.

До начала работы двигателей импульс ракеты и горючего был равен нулю, следовательно, и после включения сумма изменений векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:

hello_html_772cbcb1.png


где m - масса ракеты, V - изменение скорости ракеты, m - масса выброшенных газов, u - скорость истечения газов.

Отсюда для векторов импульса получаем:

hello_html_m35ad53d6.png


Разделим обе части равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты:

hello_html_m41417715.png
или
hello_html_1e4f6271.png


Произведение массы ракеты m на ускорение ее движения a по определению равно силе, вызывающей это ускорение:

hello_html_51a50250.png


Таким образом, мы показали, что реактивная сила тяги Fp равна произведению скорости u движения выбрасываемых газов относительно ракеты на секундный расход топлива m/t. hello_html_413e421c.jpg

Реактивная сила тяги Fp действует со стороны газов на ракету и направлена в сторону, противоположную направлению истечения газов.

Выражение

hello_html_51a50250.png


есть уравнение динамики тела переменной массы для случая, когда внешние силы равны нулю. Если же на ракету, кроме реактивной силы Fp, действует внешняя сила F, то уравнение динамики движения примет вид:

hello_html_m68e4ec4a.png
hello_html_43c65301.png


Это уравнение получено профессором Петербургского университета
И. В. Мещерским и носит его имя.

Фhello_html_737dc97f.jpgормула Мещерского представляет собой обобщение второго закона Ньютона для движения тел переменной массы. Ускорение тела переменной массы определяется не только внешними силами F, действующими на тело, но и реактивной силой Fp, обусловленной изменением массы движущегося тела:

hello_html_m52892fb6.png

Ракета. Система двух тел. Корпус топлива.
Корпус - труба с одним открытым концом для выхода отработанных газов. На хвосте ставят сопла (трубки) для направленного выброса газов с большой скоростью.
Топливо - сложное горючее, которое при сжигании превращается в газ большой температуры и большого движения.

hello_html_m7810a18d.png


V ракеты зависит от m топлива и самой ракеты, а также от V выбросов газов.

В данной формуле не учитывается сопротивление воздуха и Fпр к Земле.

На самом деле выброс газов происходит не мгновенно, а постепенно. Если учесть все условия, то топлива надо брать во много раз больше.

Чтобы сообщить кораблю первую космическую скорость, то

mт >mоб= в 55 раз

Урок « Импульс тела. Закон сохранения импульса»


Цели урока:

Образовательные: ввести понятия: импульс тела, замкнутая система тел;

вывести закон сохранения импульса на основе II и III законов Ньютона;

вырабатывать самостоятельное мышление по применению знаний на практике.

Развивающие: вырабатывать умение мыслить, делать выводы, применять теоретические знания для решения практических задач.

Воспитательные: развитие культуры общения и культуры ответа на вопросы; повышение познавательной активности; организация работать в группе.


Оборудование: СД-диски «Открытая физика», « Использование Microsoft Office в школе».



Ход урока.


Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Организационный момент.

Приветственное слово учителя, проверка готовности к уроку.

Актуализация знаний.

Цель: проверить исходный уровень знаний.

Изучая физику, мы познакомились с вами со многими физическими величинами., характеризующих свойства тела.

Приведите примеры физических величин, и определите свойство, которое характеризует данная величина.

Вы назвали такую физическую величину, как скорость. Что характеризует скорость? (изменение положения тела в пространстве за единицу времени)Слайд №2

Какая физическая величина называется скоростью?

Какая это величина: векторная или скалярная?

Что значит векторная? Куда направлен вектор скорости тела?

Как определить знак проекции вектора на ось ?

В каком случае проекция вектора скорости положительна? отрицательна? равна нулю?Слайд№3


Объяснение нового материала

Цель: ввести новую физическую величину – импульс тела, вывести закон сохранения импульса.

Мы сможем решить основную задачу механики(определять положение тела в любой момент времени), если будем знать начальные условия и силы, действующие на тело. Зная силу, по II закону Ньютона , можем определить ускорение тела, а ,следовательно, и мгновенную скорость, и положение тела в любой момент времени.

Но не всегда возможно определить силы, действующие на тело. Чтобы задачу можно было решить, необходимо ввести новую физическую величину.


(На экране – программа презентация )


Название этой физической величины «импульс» - в переводе с латинского обозначает «толчок»

Применяется при решении задач, в которых тела взаимодействуют друг с другом в течение короткого времени

Определение: импульс тела -это физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость.Слайд№4Слайд№4

Давайте определим, какой является эта величина :векторной или скалярной? (Скорость –величина векторная, масса –величина скалярная. Произведение скалярной и векторной величины дает величину векторную)

Как направлен вектор импульса тела?(Вектор импульса тела направлен также, как и вектор скорости. Можно сказать, что эти вектора сонаправлены)Слайд№7

Обозначение

Формула для нахождения.Слайд№5

Единица измерения. Слайд№ 6.Что принимают за единицу импульса? (За единицу импульса принимают импульс тела массой 1 кг,движущегося со скоростью 1 м| с)

Какие тела обладают импульсом? Приведите примеры.

Импульс какого тела равен 0? Приведите примеры.

От чего зависит импульс тела?(От массы тела и его скорости). Давайте сравним :

1)импульсы двух тел, имеющих разные массы, но одинаковые скорости

2)импульсы двух тел,имеющих равные массы, но разные скорости

3)Импульсы двух тел, масса первого тела в 2 раза больше массы второго, а скорость первого тела в 2 раза меньше первого.

Приведите примеры тел, обладающих импульсом и не обладающих импульсом.


Для закрепления понятия импульса тела и формулы его расчета выполнение практической работы.

Комментарии учителя:

На экране монитора перед вами 2 тележки, которые могут двигаться в различных направлениях, с различными скоростями, массу тележек тоже легко можно менять.

Тележки сталкиваются друг с другом, в результате их скорость изменяется

Удар может быть упругий и неупругий: после упругого удара тележки движутся в противоположные стороны, после неупругого удара движутся вместе как единое целое.Слайд№8

Тележки взаимодействуют только друг с другом (не подвергаются внешнему воздействию)- образуют замкнутую систему. Слайд№9


Выполнение практической работы «Определение импульса движущегося тела»Слайд№10

Слайд№11 Задание 1. Одинаковые тележки движутся навстречу друг другу с равными скоростями. Определить импульс тележек до удара и после удара.

Вопросы по ходу работы: - что у этих тележек будет разным?

Что произойдет после столкновения? (запомните результат, позже мы его объясним)

Что можно сказать об импульсе каждого тела до удара и после удара?

Что можно сказать об импульсе обоих тел до и после удара?

Действовали ли на тело внешние силы?


Слайд№12 Задание 2 Тележки разной массы движутся навстречу друг другу с разными скоростями, удар упругий. Определить импульс тележек до удара и после удара.

Вопросы по ходу работы: - что у этих тележек будет разным?

Что произойдет после столкновения? (запомните результат, позже мы его объясним)

Что можно сказать об импульсе каждого тела до удара и после удара?

Что можно сказать об импульсе обоих тел до и после удара?

Действовали ли на тело внешние силы?


Слайд№13 Задание 3. Тележки разной массы движутся навстречу друг другу с разными скоростями, удар неупругий. Определить импульс тележек до удара и после удара.

Вопросы по ходу работы: - что у этих тележек будет разным?

Что произойдет после столкновения? (запомните результат, позже мы его объясним)

Что можно сказать об импульсе каждого тела до удара и после удара?

Что можно сказать об импульсе обоих тел до и после удара?

Действовали ли на тело внешние силы?

Какой можно сделать вывод по итогам этой работы?

Дополнение к выводу:

В какой системе справедлив данный вывод?

При каких движениях и взаимодействиях справедлив данный вывод?


Формулируется закон сохранения импульса:

Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел.Слайд№14


Математическая запись закона сохранения импульса:

Слайд№15

p1 + p2 = p1 + p2


m1V1+ m2V2= m1V1+m2V2

m1V1x+ m2V2x= m1V1x+m2V2x


Что означает каждый символ?


III Применение новых теоретических знаний для решения практических задач.

Демонстрация видеороликов( СД – диск)Слайд№16

Как объяснить, что во время выстрела всегда существует отдача? Почему пушка откатывается назад?

Чему равен импульс пушки и снаряда до выстрела? (запишите)

Можно ли считать пушку и снаряд замкнутой системой?

Чему должен быть равен импульс пушки и снаряда после выстрела?

В каком случае импульс всей системы будет равен нулю после выстрела?

2. Как объяснить опыт с шариками? Слайд№17



IV Закрепление

Что называют импульсом тела?Слайд№18

а) величину, равную произведению массы тела на силу;

б) величину, равную отношению массы тела к его скорости;

в) Величину, равную произведению массы тела на его скорость.


Что можно сказать о направлении вектора скорости и вектора импульса тела?Слайд№19

а) направлены в противоположные стороны;

б) перпендикулярны друг другу;

в) их направления совпадают


Закон сохранения импульса выполняется:Слайд№20

а) в закрытой системе;

б) в замкнутой системе;

в) В любой системе тел




Слайд № 21


V. Подведение итогов. Домашнее задание

§21, 22

упр. 20 (1), упр 21 (1)






Устные ответы на вопросы учителя.








Выполнение задания №1 на листочках.

(с проверкой на доске)























Слушают учителя, отвечают на вопросы, делают записи в тетрадях.






























Учащиеся пробуют управлять движением тележек





Учащиеся пробуют изменять удар



Записывают определение в тетрадь.



Выполняют работу по заданному алгоритму, делают записи в тетрадях.

(СД-диск «Открытая физика»



Алгоритм.

1Запишите значение масс левой и правой тележек

2.Запишите значение проекции скорости левой и правой тележек до удара.

3. Посчитайте импульс тележек до удара.

4.Найдите сумму импульсов двух тележек до удара.

5. Запишите значение проекции скорости левой и правой тележек после удара.

6 Посчитайте импульс тележек после удара.

7.Найдите сумму импульсов двух тележек после удара.














Учащиеся формулируют вывод: в результате взаимодействия импульс каждого тела изменятся, но сумма имульсов оставалась постоянной.


Учебник стр.80 (формулировка закона)




Записи в тетрадях













Смотрят видеоролики, объясняют увиденное.





14-е. Импульс тела и импульс силы

Проведем простое наблюдение. Положим на стол теннисный шарик. Если на него подуть, то шарик немного откатится в сторону. Если подуть сильнее, то шарик откатится дальше. Такого же результата можно достичь, если дуть не сильно, но более длительное время. Другими словами, результат действия силы на тело зависит не только от самой силы, но и от времени ее действия.

Произведение силы на время ее действия называется импульсом силы:

hello_html_m5d845360.png

Проведем мысленный эксперимент. Вообразим, что у нас есть тележка с песком, стоящая на рельсах. Выстрелим из пистолета в тележку так, чтобы пуля застряла в песке. В результате тележка покатится по рельсам. Остановим ее и возьмем тяжелую гирю. Пронося ее над тележкой с небольшой скоростью, уроним на песок. После нескольких тренировок гирю можно уронить так, чтобы тележка двигалась с такой же скоростью, как и после выстрела из пистолета. В этом случае говорят, что пуля и гиря передали тележке одинаковое количество движения.

hello_html_m53dcfbb6.png

Пуля имела маленькую массу, но большую скорость. Гиря же имела маленькую скорость, но большую массу. Следовательно, количество движения тела зависит от его массы и скорости.

Количеством движения или импульсом тела называют произведение массы тела на вектор его скорости:

hello_html_mbbc2044.png

Поскольку скорость – векторная величина, а масса – положительный скаляр, то импульс тела, m – вектор, сонаправленный с вектором скорости.

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Примеры проявления закона сохранения импульса в природе и использования этого закона в технике

hello_html_4b8ca423.jpg

Импульс тела - это произведение массы тела на его скорость (hello_html_5c0ec3c3.png). Импульс тела - величина векторная. Предположим, что взаимодействуют друг с другом два тела (тележки) (см. рис.) с массами m1 и m2, движущиеся относительно выбранной системы отсчета со скоростями hello_html_m65ddbc50.png и hello_html_m36c4e182.png. На тела при их вза­имодействии действовали соответственно силы hello_html_m77451a5.pngи hello_html_10ee1168.png, и после взаимодействия они стали двигаться со скоростями hello_html_32361943.png и hello_html_m1671c878.png. Тогда hello_html_m58af1714.png, hello_html_m1580d2bd.png, t - время взаимодействия. Со­гласно третьему закону Ньютона hello_html_m363305fd.png, следова­тельно,hello_html_m6fdecf9d.png или hello_html_m3ec8be5e.png. В левой части равенства - сумма импульсов обоих тел (тележек) до взаимодействия, в правой - сумма им­пульсов тех же тел после взаимодействия. Импульс каждой тележки изменился, сумма же осталась не­изменной. Это справедливо для замкнутых систем, к которым относят группы тел, которые не взаимодей­ствуют с другими телами, не входящими в эту груп­пу. Отсюда вывод, т. е. закон сохранения импульса: Геометрическая сумма импульсов тел, со­ставляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой си­стемы между собой. Примером проявления закона сохранения им­пульса является реактивное движение. Оно наблю­дается в природе (движение осьминога) и очень ши­роко в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космиче­ских кораблей).

hello_html_m26b76662.png

Импульс тела. Удар.

 

      Импульсом тела называют произведение массы тела на его скорость. Импульс тела - величина векторная. Направление вектора импульса совпадает с направлением вектора скорости. Единицей импульса является килограмм - метр в секунду (кгм / с). Изменение импульса тела равно произведению силы F на время ее действия t. Величина Ft называется импульсом силы:

Ft = mv - mvo.

Изменение импульса тела равно импульсу силы.

      Импульсу присуще свойство сохранения. Оно заключается в том, что геометрическая сумма импульсов тел, взаимодействующих только друг с другом, сохраняется неизменной. Это утверждение называется законом сохранения импульса. Если взаимодействуют два тела, то закон запишется в виде:

m1v1 + m2v2 = m1u1 + m2u2 (1)

где m1 и m2 - массы двух тел, а v1, v2 и u1, u2 - вектора (здесь и далее выделены красным) скоростей тел до и после взаимодействия соответственно.

Под взаимодействием обычно подразумевают удар - явление изменения скоростей тел за очень малый промежуток времени их столкновения.

      Абсолютно упругий удар - удар, при котором силы взаимодействия тел потенциальны и в результате взаимодействия механическая энергия системы не изменяется. При соударении двух тел кроме закона сохранения импульса (1) справедливо соотношение:

m1v12 / 2 + m2v22 / 2 = m1u12 / 2 + m2u22 / 2 (2)

где v1, v2 и u1, u2 - скорости тел до и после удара соответственно. Центральным называется удар, при котором скорости тел до удара направлены вдоль линии, соединяющей центры масс тел.

      Абсолютно неупругий удар - удар, при котором между телами действуют непотенциальные силы и после которого тела движутся как одно целое с общей скоростью. При ударе двух тел выполняются следующие соотношения:

m1v1 + m2v2 = (m1 + m2)V,

m1v12 / 2 + m2v22 / 2 = (m1 + m2)V2 / 2+Q,

где V - вектор скорости тел после удара, Q - количество теплоты или внутренняя энергия.

hello_html_441dbef3.gif

      

 Пример решения задачи.

Два шарика одинаковой массы налетают друг на друга со скоростями v1=10 м/с и v2=20 м/с под углом 60 градусов и разлетаются после абсолютно упругого удара со скоростями u1=u2=10 м/с. Определить угол, под которым разлетаются шарики.

Решение.

Используя соотношения (1) и (2) и учитывая что массы шариков одинаковы, получим:

v12 + v22 = u12 + u22

v1+ v2 = u1 + u2

(здесь и далее красным выделены вектора).

Умножим вектор (v1 + v2) скалярно на самого себя:

(v1 + v2) (v1 + v2) = v12 + v22 + 2(v1 v2)= u12 + u22 + 2( u1 u2).

Тогда

(v1 v2)= ( u1 u2),

и из определения скалярного произведения векторов следует, что

v1 v2 cos( ) = u1 u2 cos( ).

В результате

hello_html_m43cd48f5.png

hello_html_72c853c8.gif

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Размерность импульса тела

Начало формы

hello_html_mda82c3b.gifкгм/с
hello_html_m5a6a1396.gifкгм/с2
hello_html_m5a6a1396.gifНс
hello_html_m5a6a1396.gifНм/с

Конец формы

Размерность импульса силы

Начало формы

hello_html_m5a6a1396.gifкгм/с2
hello_html_mda82c3b.gifНс
hello_html_m5a6a1396.gifкгм/с
hello_html_m5a6a1396.gifНм/с

Конец формы

Если механическая энергия системы при соударении двух тел не меняется, то удар

Начало формы

hello_html_m5a6a1396.gifУпругий
hello_html_m5a6a1396.gifНеупругий
hello_html_m5a6a1396.gifЦентральный
hello_html_m5a6a1396.gifЦентральный упругий

Конец формы

Что сохраняется неизменным в законе сохранения импульса

Начало формы

hello_html_mda82c3b.gifГеометрическая сумма импульсов тел
hello_html_m5a6a1396.gifАрифметическая сумма импульсов тел
hello_html_m5a6a1396.gifГеометрическая сумма скоростей тел
hello_html_m5a6a1396.gifГеометрическая сумма ускорений тел

Конец формы

Главное свойство импульса

Начало формы

hello_html_m5a6a1396.gifПостоянство
hello_html_mda82c3b.gifСохранение
hello_html_m5a6a1396.gifСумма импульсов всегда равна 0
hello_html_m5a6a1396.gifНет варианта

Конец формы

При упругом ударе кроме закона сохранения импульса выполняется

Начало формы

hello_html_m5a6a1396.gifЗакон сохранения механической энергии
hello_html_m5a6a1396.gif-//- полной энергии
hello_html_m5a6a1396.gif-//- потенциальной энергии
hello_html_m5a6a1396.gif-//- кинетической энергии

Конец формы

Какой удар упругий

Начало формы

hello_html_m5a6a1396.gifЗабивание гвоздя
hello_html_m5a6a1396.gifКовка
hello_html_mda82c3b.gifУдар бильярдного шара о другой шар
hello_html_m5a6a1396.gifШтамповка

Конец формы

Цель урока: закрепить знания по теме: « Импульс тел. Закон сохранения импульса тел», показать практическое применение закона сохранения импульса тел.
Оборудование: таблицы, перфокарты, киноаппарат,«Лэти», диафильм «Реактивное движение», кинофрагмент «Импульс тел»,сегнерово колесо.
I. Подготовка к изучению нового материала (фронтальный опрос)

1. Импульс тела. Импульс силы.
2. II закон Ньютона/2-ая формулировка/ - сформулируйте.
3. Вывод закона сохранения импульса тел.
4. Работа по перфокартам./доп-но: законы Ньютона/
5. Импульс тела относителен? Объясните.
Задача №1
Человек, бегущий со скоростью 7 м/с, догоняет тележку, движущуюся со скоростью 2 м/с, и вскакивает на нее. С какой скоростью станет двигаться тележка после этого? Масса человека 70 кг, тележки – 30 кг.
                         Решение
m1=70 кг    m1v1+m2v2=m3v3
v1=7 м/с    m3=m1+m2, тогда v3=m1v1+m2v2/m3
m2=30 кг    v3=(70 кг*7м/с+30 кг*2 м/с)/100 кг=5,5м/с
v2=2 м/с
 ________            Ответ:5,5 м/с.
v3=?
Задача №2
При формировании железнодорожного состава три сцепленных вагона, движущихся со скоростью 0,4 м/с, сталкиваются с неподвижным вагоном, после чего все вагоны продолжают двигаться в ту же сторону. Найдите скорость вагонов, если масса всех вагонов одинаковая.

m                        Решение
m1=3m       m1v1+m2v2=m3v3
v1=0,4 м/с  m1v1=m3v3, так как v2=0   v3=m1v1/m3
m2=m        v3=(3m*0,4м/с)/4m=0,3м/с
v2=0
m3=4m          Ответ :0,3 м/с.
________
v3=?
Решение задач по карточкам 839т2,838т4.
Просмотр кинофрагмента « Импульс тел»

II. Изучение нового материала
Реактивное движение.
hello_html_38a635ea.jpg
Рассказ учителя «Применение реактивного движения»
Таблицы.
III. Закрепление.

Диафильм “Реактивное движение”

IV. Домашнее задание: 23,повт. 21-22,упр.№21(2)
 

Уроки с применением ИКТ

Урок физики в 9 классе

 

ТЕМА УРОКА:

Реактивное движение. Ракеты.

 

ЦЕЛИ УРОКА:

        Показать сущность реактивного движения, определить назначение, конструкцию и принцип действия ракет;

        Способствовать развитию аналитического мышления и познавательной деятельности учащихся.

        Формировать умения находить информацию в различных источниках, систематизировать информацию по заданным признакам.

ОБОРУДОВАНИЕ:

Карточки с тестовыми заданиями,

Компьютер (ноутбук),

Презентация по уроку «У порога в космос»

Воздушный шарик для демонстраций.

ХОД УРОКА:

-         мобилизующее начало;

-         актуализация знаний;

-         проблемное введение в тему, постановка целей и задач урока;

-         изучение и систематизация основных теоретических положений и ведущих идей;

-         организация обратной связи;

-         итог урока и домашнее задание.

 

I.                   Организационно-мобилизирующее начало урока.

Объявление темы урока и постановка задач перед учащимися.

 

II.                 Повторение теоретического материала по теме урока.

1.      Выбрать из предложенных формул, написанных на карточках, формулы, соответствующие теме урока.

2.      Разминка:

        Что такое импульс тела?

        Почему эта величина векторная?

        В каких единицах измеряется импульс?

        Чем отличается правая часть формулы Закона сохранения импульса от левой?

        Меняется ли скорость тел при взаимодействии?

 

3.      Тест:

1. По какой формуле вычисляется импульс тела?

a.      P = m · V

b.      P = m · S

c.      F = v · A

  1. В каких единицах измеряется импульс тела?

а. кг /см?

b. м/ кг?

с. кг · м / с

3. Математическая запись закона сохранения импульса.

а. m1v?1+ m2v?2 = m1v1 + m2v2

b. m1v1+ m2v2 = m1v1 + m2v2

с. m1v?2+ m2v?1 = m2v1 + m2v1

4. Импульс – величина…

а. динамичная

b. векторная

с. постоянная

5. Молоток массой 1 кг, движущийся со скоростью 3 м/с, ударяет по гвоздю.

Какой импульс получает гвоздь при входе в твёрдое тело?

а. 3 кг /см?

b. 3 м/ кг?

с. 3 кг · м / с

 

III.      Изучение нового материала.

1. Демонстрация опыта с воздушным шариком.

(Объяснение опыта с помощью закона сохранения импульса)

Реактивное движение – движение тела, при котором от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само это тело приобретает противоположно направленный импульс.

 

2. Примеры реактивного движения: (слайд№3)

      Опыт с резиновой трубкой, соединённой с воронкой;

      Сегнеровое колесо.

  1. Реактивное движение в авиации и космонавтике.(слайд №4)

  2. К.Э.Циолковский – основоположник космонавтики. (слайд №5)

  3. Королёв Сергей Павлович - великий советский конструктор, основоположник практической космонавтики, академик, дважды Герой Социалистического труда, лауреат Ленинской премии. (слайд №6)

  4. Работа с учебником.

Принцип действия многоступенчатой ракеты. (слайд №7)

  1. Устройство ракеты-носителя. (слайд №8).(запись в тетрадь)

  2. Работа с учебником. (Учащиеся читают текст на стр. 84 и отвечают на вопрос слайда.

- С какой целью увеличивают скорость выхода струи газа?

- Для чего нужен окислитель?

  1. Принцип действия ракеты.

P газа + P оболочки = 0

I mг vг I = I m об. v об I

10. Решение задачи. (упр.22 (2))

IV.      Подведение итогов урока.

   Ф О Р М У Л Ы

 

1. P = m * V

 

2. F = m * q

 

3. F = - F   

 

4. m1 v?1+ m2 v?2 = m1 v1 + m2 v2

 

5.   F = m · a

 

6.  Vх = aх · t

Тема урока: Импульс. Закон сохранения импульса.

Цель урока: Ввести понятие импульса. Дать первоначальные представления о законе сохранения импульса на конкретных примерах.

Новые понятия

Демонстрации

Оборудование

Наглядные пособия

Задачи

Литература

Импульс,
закон сохранения импульса,
реактивное движение,
ракета.

Закон сохранения импульса.
Реактивное движение.
(опыты 40, 41).

* Прибор по кинематике и динамике.
* Воронка стеклянная.
* Трубка стеклянная.
* Штатив универсальный.
* Кювета.
* Насос.
* Наконечник стеклянный г-образный.
* Тележка реактивного действия.

Таблицы: “Многоступенчатая ракета”,
“Космический корабль «Восток»”,
“Реактивное движение”.
Видеофильмы:
«Импульс тела»
«Закон сохранения импульса»
«Законы сохранения импульса»
Диафильмы:
«Циолковский - родоначальник космонавтики»
«Реактивное движение»

65, 67, стр. 133.

Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе (В. А. Буров).
Энциклопедия юного техника.

Домашнее задание: ЛОС-6, § 10-12, № 66, стр. 133.

Ход урока:

I. Анализ решения домашнего кроссворда.

1. Повторение физических величин и формул, которые встретились в первом разделе.
2. Итоги контрольной работы № 1.

II. Изложение нового материала.

1. Импульс тела.
2. Формула расчета импульса тела.
3. Закон сохранения импульса.
4. Реактивное движение.
5. Устройство ракеты.
6. Сообщение на тему: "К.Э. Циолковский".

III. Решение задач.

IV. Закрепление материала по ЛОС-6.

hello_html_df3b296.png


ТЕСТ ПО ТЕМЕ "ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА"

hello_html_m59fe957e.png

  hello_html_m7020185b.png                                             1 вариант

Рассчитайте:

1.Импульс шара массой 0,1 кг при подлёте к стенке со скоростью 10м/с.

2.Имрульс силы 5000 Н, действующей на спортсмена при приземлении со стороны пола в течение 0,01 с.

3. Изменение импульса шара в результате удара о стенку, если шар массой 0,1 кг при подлёте к стенке имел скорость 5 м/с, а после удара о стенку стал двигаться в противоположном направлении со скоростью, модуль которой также равен 5 м/с

Дополните предложения недостающими словами

4.Импульс тела зависит от 1)______________ и 2)____________тела.

5.Изменение импульса тела равно_____________________________.

Примените закон сохранения импульса

6. Тело массой 3 кг, движущегося со скоростью 3 м/с, догоняет тело массой 2 кг, движущееся со скоростью 2 м/с. Найти скорость системы тел после взаимодействия, если они движутся как одно целое тело.

7. Два тела движутся навстречу друг другу. Определить, в какую сторону будут двигаться тела после неупругого соударения, если массы тел 4кг и 5 кг, а скоростью равны соответственно 3м/с и 2 м/с.

8. Вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 2 м/с по горизонтальному участку дороги, сталкивается и сцепляется с помощью автосцепки с неподвижной платформой массой 20 т. Чему равна скорость совместного движения вагона и платформы? 

Дополните логическую цепочку:

9. m1 V1 , m2 V2 , ... , ... .

Сконструируйте формулу из величин

10.I, P1 , P2 .  

 

 

2 вариант

 

Рассчитайте

1. Импульс силы 2000 Н, если её время действия 0,025с

2. Импульс тела массой 0,2 кг, движущегося со скоростью 25 м/с.

3. Изменение импульса шара массой 100 г при свободном падении на горизонтальную площадку со скоростью 10 м/с и абсолютно упругом ударе. Вычислите среднюю силу удара, длящегося 0,01 с.

Дополните предложения недостающими словами:

4. Импульс силы зависит от 1)_____________ и 2)_______________.

5. Импульс силы равен изменению____________________________.

Примените закон сохранения импульса:

6.Тело массой 5 кг, движущееся со скоростью 2 м/с, догоняет тело массой 3 кг, движущееся со скоростью 1 м/с. Найти скорость системы тел после взаимодействия, если они движутся как одно целое тело.

7. Два тела движутся навстречу друг другу. В какую сторону и с какой скоростью будут двигаться тела после соударения, если удар неупругий. Массы тел 2 кг и 3 кг, а скорости соответственно 4 м/с  и     5 м/с.

8. Вагон массой 25 т, движущийся со скоростью 2м/с, сталкивается с неподвижным вагоном массой 20 т и сцепляется с ним. Определите скорость вагонов после сцепки.

Дополните логическую цепочку:

9.a) I,... , t, .... б) P,...,m.

Сконструируйте формулу из величин 

10. m, V1, V2, P1 - P2

 Критерии оценки результатов выполнения теста К=Р/I

К-коэффициент усвоения, Р-число существенных операций, ведущих к решению теста, I-число правильно выполненных операций.

Число существенных операций, ведущих к решению теста по вариантам:

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

итого

1 вариант

 3

3

4

2

1

4

6

5

2

1

31

2 вариант

 3

3

6

2

1

4

5

5

2

1

32

 

К=0,7-0,79 - "удовлетворительно"

К=0,8-0,89 - "хорошо"

К=0,9-1,00 - "отлично"


hello_html_m75b4a9df.pnghello_html_7dc629e6.pnghello_html_11090369.pnghello_html_11090369.pnghello_html_11090369.pnghello_html_7dc629e6.pnghello_html_32ccac66.pnghello_html_m1dd22e7d.jpg

hello_html_m3fe60e2e.png

hello_html_m7c3860fb.png

hello_html_7b20eda4.png

hello_html_794e1968.png

hello_html_m3ceddfa2.png

hello_html_18c50a17.png

   hello_html_60fd2c6a.png  hello_html_3a827c3c.png  hello_html_m1c03539c.png





hello_html_27ff26e4.png

hello_html_m30829875.pngФотогалерея

hello_html_m30829875.pngГлюк

hello_html_m30829875.pngLTV

hello_html_m30829875.pngМарафон

hello_html_m30829875.pngСпорт

hello_html_m30829875.pngФизики шутят

hello_html_m30829875.pngМузыка в лицее



Физики шутят

Шутят не только физики!

Межфак: (орфография авторов)
 Испаряется ли вода в открытом сосуде при 0 градусов С?
Нет, потому что при 0 градусов вода •  замерзает.
 В тарелку и стакан налили одинаковое количество воды. Из какого сосуда она испарится быстрее при равных условиях?
Из •  тарелки, так как более мелкий слой нагревается быстрее.
 Какой вид теплопередачи обеспечивает обогревание комнаты батареей водяного отопления?
Теплообмен, излучение: вода ногревает метал; метал излучает •  тепло в комнату.
 Под колокол воздушного насоса поместили раскаленный чугунный шар, а воздух из-под купола откачали. Почему колокол нагреется?
Теплопроводность потомучто конвенции быть не может, а •  излучение действует в малых количествах.
 Закрытую пробирку погрузили в горячую воду. Как изменилась внутреняя энергия воздуха?
Давление воздуха повысится. • 
 Какой вид теплопередачи обеспечивает в основном процесс передачи тепла от нагретого конца металлической ложки к холодному?
Конвекция, так как горячий воздух •  легче холодного, и он распостраняется по ложке.
--------
после самостоятельной работы по физике:
у меня все класс. от одного кг груза •  пружина растянулась на 125 метров...
--------
семинар, физика:
к лестнице приложено mg и привет! • 
теперь найдем N через •  какое-то правило равновесия...
теперь дышим воздухом, в том числе Андрей •  может продолжить решать задачу.
страница сорок восемьдесят •  девять...
--------
Оговорки:
в баре: мне твикерс и сникс. тьфу! сникерс и твикс
семинар, история: "...проживало 10 квадратных человек на метр..."
--------
семинар по физике, после решения очень сложной задачи
уфф, вот это физ-матывающая задача...
--------
Вопрос: Можно ли, пользуясь обычным поршневым насосом, через шланг выкачать воду из лужи во дворе в кабинет физики, который, допустим. находится на пятом этаже типового здания, на высоте 17 метров?
Ответы учеников:
1) По принципу Магомета - поднять на нужную высоту двор, или забить само здание в землю
2) Можно носить воду в насосе!
3) Ставим над лужей (на высоте 5 этажа) мощный холодильник, под которым будет типа крыло, расположенное вертикально, оно будет махать в сторону каб. физики. все лужи рано или поздно испаряются. Она будет испаряться дня два допустим. Пары воды поднимаются к сконструированному холодильнику, конденсируют, и при помощи крыла, которое машет, загоняются в кабинет физики.
Правильный ответ: Ничего не выйдет. С помощью поршневого насоса можно поднять воду только до той высоты. до которой она сама лезет в шланг под действием атмосферного давления, - до высоты 10.3 метра. Так что носите ведрами, товарищи...
--------
А почему это у тебя пол-апельсина и полмандарина по-разному пишутся? Оба ведь цитрусовые!
--------
С проверочной работы по физике:
Сила трения зависит от массы тела и гладкости поверхности. Я глубже понял суть трения скольжения и силы трения покоя и научился их измерять.
Вывод этой работы: да просто Энштейн! успел это понять за пару!
...я понял, что сила трения имеет электромагнитную природу, основе ее лежат электрические силы взаимодействия молекул... выяснил свойства силы трения покоя...
--------
Записки с уроков физики:
- Почему крупные капли дождя падают с большей скоростью, чем мелкие?
- Т.к. масса первой больше массы второй => на первую сила сопротивления воздуха действует менее эффективно.
- Крупные капли дождя падают быстрее мелких, потому что имеют более высокую силу тяжести и соответственно, более высокое ускорение. (mg; ma)
--------
Контрольная работа 10-6:
Находясь в космосе, космонавт "летает", находится в состоянии невесомости, т.е. он не может двигаться быстро и в определенном направлении. Но его состояние можно оценить, как будто он в воде. Значит он сможет как бы плыть по воздуху, перебирая руками!
--------
Семинар:
...действует сила, определяемая все той же левой ногой. Поднимай левую ногу!
--------
Защита:
"К" зависит от плотности поперечного сечения.

При увеличении массы тела коэффициент трения уменьшается.

Сила трения покоя - сила, не имеющая величины.
--------
Защита 10-го класса:
g зависит от залежей магнитных аномалий!

Первая космическая скорость - это скорость, с которой тело движется по орбите, совпадающей с орбитой Земли.

У каждой площади квадрат обращения (Т^2) к кубу полуоси имеет одинаковое значение.

Инерциальная система отсчета - где все силы тел,действующих друг на друга, имеют обратные силы.

Земля имеет форму геоида.

g зависит от близости к земле.
--------
Вопрос: Можно ли натянуть горизонтально канат так, чтобы он не провисал?
Ответ: Да, можно, если натянуть вертикально.
--------
Коэффицент трения прямопропорционален Fупр и обратно пропорционален N.
--------
Ускорение и скорость зависят от расстояния.
--------
Разве у "K" есть размерность?
--------
Коэффицент упругости зависит от силы, с которой растягивают пружину.
--------
Коэффицент трения зависит от массы.
--------
Семинар:
Кто получил 2, приходит в указанное время к висящему там преподавателю...
--------
"Правило буравчика":
Это рука! Правая! Сейчас маникюрчик синий нарисуем...
--------
Погладить надо соленоид, и тогда ток пойдет куда? К двери...
--------
Это рука Путина, поэтому часики на правой руке...
--------
Семинар:
Вот Жириновский говорит, что запретить надо целоваться. А как же тогда род продолжать?
--------
Возьмите магнитное поле и положите его в коробку.
--------
Что такое окрестности в понятии математики? Это что-то рядом с чем-то...
--------
(x->2), то есть наш икс, как партизан, подкрадывается, прикрываясь веточками, к числу 2...
--------
Значок "не существует" - да, вот эта расческа перечеркнутая...
--------
Это определение на следующем коллоквиуме вы должны будете уметь воспроизвести, но если вы еще поймете, что это такое, будет совсем здорово...
--------
Лекция по физике:
Что больше - дельта большое или дельта маленькое?
--------
Вот уже 5 минут я ничего не говорю, а вы всё пишете и пишете!
--------
Всё, что я рассказал, очень мило, но не имеет ни малейшего отношения ни к эксперименту, ни к тому, чем мы должны заниматься.
--------
Я, конечно, пишу не так, как Эйнштейн, но нисколько не хуже.
--------
Извините, я ошибся. Сотрите там у себя...
--------
Вам не хватает энергии, чтобы заколебать молекулу.
--------
Отсчёт потенциальной энергии можно вести от пола, от стола и от фонаря.
--------
Закон сохранения энергии, как и любой закон, можно нарушать, но не надолго.
--------
Если вы помните, то про это можно забыть.
--------
Ребята, я всегда любил девочек. Особенно за то, как быстро они заменяют t на x.
--------
Вот такая вот замкнутая петля...
--------
Лекция по физике:
У вас есть 2 извилины, одна сверху, другая снизу, и 2 неизвестных, решайте!!
--------
(М.А. на семинаре): идею задачи я объясню: здесь надо бросать кирпичи.
--------
(В.Ф. на лекции об уравнениях): чтобы решить данное уравнение, надо записать теорему ВЕЛИКОГО Сафонова!
--------
М.А.(о предстоящем тесте): в случае вашего несправляния будут заданы смежные вопросы.
--------
М.А.(на лекции, решая задачу): дети, давайте теперь рассмотрим геометрическую систему щуки и лебедя...
--------
М.А.(там же, показываю на "камчатку" ): во-он там человек спит... А! Это Серёжа на задней парте!!
--------
Для углов в пределах шести углов...
--------
Но, между прочим, это так, потому-то синус - это тангенс и это угол...
--------
Вы получили два! Два аналогичных уравнения!
--------
Сейчас я половину из вас выгоню, а с оставшимся буду работать...
--------
Наши барабанные парапонки...
--------
Давайте проведем небольшую зарядку: встанем и уйдем...
--------
У нас есть кузнечик массой M и длиной L...
--------
Плавает прутик. Т. к. прутик плавает, то центр масс деревяшки...
--------
Ездящая горка скользит без трения и уезжает!
--------
Плаваем без трения...
--------
Скорость системы одинаковая...
--------
Ну, тут без вариантов только один возможный вариант!
--------
Тело скользит без трения. Этот шарик не может остановиться...
--------
Я же сказал, что я неправильно решил, а вы мне поверили...
--------
- Чтобы поднять груз на поверхность при рытье колодца...
- Надо перестать копать и начать подымать!!!
--------
Предположим, что L - длина бесконечного шланга. И она равна...
--------
Берем произведение, приравниваем его к нулю и смотрим, где оно не существует.
--------
Из Вирштрасса вытекает...
--------
А еще мы будем иметь эти функции туда-сюда...
--------
- В принципе, можно взять Max при ...
- Эй!! Не надо меня никуда брать!!!
--------
f(x1) попало, f(x2) попало, ... , f(xs) тоже попало. ВСЕ! Третий пункт...
--------
Min будет при f(xn), оно же и Max. Кто понял - не записывать, кто не понял, запишите отдельно. Потом подумаете...
--------
Мы имеем функцию не на отрезке, а на интервале от 0 до x...
--------
Угрик ибывает. Тьфу! Игрек убывает!
--------
Вы [пи] забыли. Сам ты Пи.
--------
Это же СУПЕР! СУПЕР ГРУБЕЙШАЯ ОШИБКА!!!
--------
Они разрезаны в n раз...
--------
Подождите, сейчас я скажу маленькое слово...
--------
Я нарисовала, что это вверх...
--------
Эта сила направлена вверх. Эта тоже вниз...
--------
Тело отскочило и поскакало обратно.
--------
Квадратный шарик...
--------
Это потому, что не вы, а вы, я там остался...
--------
- Это не задача. Тут нет ни одного числа!
- Зато букв полно. Тебе хватит. Решай!
--------
Решить это уравнение невозможно, так, как нам не хватит уравнений.
--------
Не гоняйтесь за легкотней! Делайте сначала легкое!
--------
- Не вой как кобыла.
- А разве кобылы воют?
- А это смотря какая кобыла. Вот, ты, например...
--------
Сейчас я ошибусь! Слышите? Сами виноваты будете!!!
--------
- Ну, и кто мне скажет, что это такое?
- Произведение!
- Я вас не спрашивал. Это и так ясно...
--------
Сейчас мы выясним этот сдвиг по фазе окончательно...
--------
- Ты вообще чего-нибудь понимаешь?
- Ну, формулы тут какие-то знакомые...
--------
Учитель входит в класс и швыряет журнал на стол:
- Вы двоишники! Вы отвратительно написали эту работу! Вы меня опозорили! У вас одни двойки!
Садится за стол и открывает журнал.
Ученик с первой парты:
- В.Ф.!!! Там же одни пятерки и четверки!
Учитель шепотом:
- А НУ, ЗАТКНИСЬ!!!
--------
Задача номер следующая...
--------
Хорошо. Записывайте следующую функцию: Дано...
--------
Я тебя призываю поиметь совесть и сесть на место...
--------
Это я зачеркиваю. (пауза). Это правильно. (пауза). Всмысле, я правильно сделала, что зачеркнула...
--------
НЕ ПОДСКАЗЫВАТЬ!!! Я сам подскажу!!!
--------
Предположим, что космонавт идет не отрывая ног...
--------
Хотя с другой стороны... Стороны... Этой бумажки... У нас написан правильный ответ...
--------
Вопрос:
Почему трансформатор выходит из строя, если замкнуть хотя бы один виток?
Ответ:
Если сгорит весь трансформатор, то он сгорит. Если замкнуть один виток, то он тоже сгорит, и нарушится цепь, по которой течет ток. => Нет разницы, замкнуть или один виток, или весь трансформатор - в любом случае он выйдет из строя.
--------
Он был физик и швед...
--------
Прямоугольный угол...
--------
На лекции по геометрической оптике:
Лектор:
- Вы видите, что параллельные лучи пересекаются (всмысле, после преломления)
Аудитория:
- Да!
--------
В геометрической оптике есть такая неточность: В задачах часто дают рост человека и говорят (или предполагают), что что-то расположено на уровне его глаз. В этих случаях принято, что глаза располагаются в самой верхней точке человека, то есть на макушке.
Объясняю, почему.
В таких задачах под воздухом подразумевают глубокий вакуум (т.е. он не преломляет лучи).
Как вы думаете, где у человека будут глаза, если он немного "подышит" таким "воздухом"?
--------
Скорость звука в воде 1502 метра в секунду... (Учитель долго думал, почему все смеются)
--------
–Слушаем и записываем это в одно место!…
--------
–Если это не L, то это S(!!! Логично!)…
--------
–Направим все свои 4 руки по току…
--------
–Не болтайте ерундой…
--------
–Это был комплимент в твою голову…
--------
Первое предложение задачи по физике:
–При включении однородного магнитного поля.(точка ЗДЕСЬ ну очень АКТУАЛЬНА)
--------
–Тело подвешено за крючок на динамометр к потолку лифта, поднимающегося вверх по бесконечной шахте с ускорением g…
--------
–Еще раз, пожалуйста!
–Ну, смотри: Летит человек. Бросает камень…
--------
–Один вниз полетит, другой вверх полетит, и они вместе полетят дальше…
--------
–А тогда мы устроим забастовку, и у нас все будет не только от зубов отскакивать…
--------
–Звук, издаваемый при трении материала об масло практически бесшумен…
--------
–Ну, забыл я расчет дома! Поставьте пока двойку. Потом принесу, рядом еще одну поставите…
--------
–В.Ф.!!! Я ничего не учил! Когда можно коллоквиум переписать?
–Почему у тебя всегда какие-то трудности? Ведь все остальные учили!
–Да не учили они ничего! Списывают сидят!!!
–Ну и ты списывай. Кто тебе мешает?…
--------
–Два человека стоят на платформе и дышат в затылок друг другу…
--------
–Слушайте меня! Следите за моим языком…
--------
–Скорый поезд движется навстречу друг другу…
--------
КАК ПИШЕТСЯ И ЧТО ИМЕЛ В ВИДУ УЧИТЕЛЬ
-Из вращения эта задача самая приятная… (имеется в виду, из задач на вращения эта задача самая легкая)
КАК ЭТО СЛЫШИТСЯ
-Извращения - это задача самая приятная
--------
–Время, потребующееся волне для прохождения этого расстояния, на самом деле больше, чем скорость света…
--------
–Ведро наполнено водой и совершает гармонические колебания. Постепенно из ведра песок высыпается…
--------
–А вот здесь электроны выбиваются в люди…
--------
–Допустим, ты пойдешь домой, а я пойду медленно…
--------
–Вы можете покупать этот учебник, можете не покупать, потому что купить надо…
--------
–Дело в том, что уравнение окружности имеет свое уравнение…
--------
–Если ты не перестанешь болтать, я тебя рассажу…
--------
–Вот, вокруг солнца летают стероиды (вместо астероиды)…
--------
–Одно тело догоняет другое, и тут БАЦ! Лобовое столкновение…
--------
–Доска лежит на столе со скоростью V…
--------
–Вы каким предметом сюда занимаетесь?!(имея ввиду "вы каким предметом заниматься собираетесь?")
--------
–И тут мы замечаем, что его стержень стал меньше! А наш стержень не изменил свои размеры…
--------
–Смотрите внимательно! Четыре пальца входят в доску здесь… а выходят вот здесь!!!
--------
На собеседовании:
-Выбирайте: теоретическая или вычислительная группа.
-А мне всё равно.
-Тогда обойдите стул.
-А зачем?
-Ясно, в теоретическую.
--------
Абитуриент хорошо отвечает на вопросы по физике, и тут его просят:
-Назовите известных художников.
-Ну, Репин, Шишкин. И вот... Э-э... Ну ведь был же ещё третий...
--------
Иногда я делаю ошибки, иногда несу чушь. Но вы должны различать...
--------
Под действием воды сосуд наполняется ею.
--------
Приступаем к важному вопросу: ... во сколько звонок??
--------
Это очень важное для нейтрона событие, потому что он исчезает.
--------
Там они волосы рвали, сейчас я вам это покажу!
--------
Профессор: Какие будут вопросы по только что прочитанному материалу? Из зала: скажите, в каких учебниках это хорошо и толково написано?
--------
Теперь берём вот такой солидный магнит - видите - на ногу упадёт и убьёт!
--------
Вы не знаете, что такое Бозе. Бозе был физик.
--------
Я сейчас соображу или подсмотрю... Нет, кажется я соображаю.
--------
Решение логической задачи:
Нет, т.к. при ситуации, когда плоскость орбиты не проходит через центр земли, то спутник, двигаясь по этой орбите может разбиться о землю!
p.s. рисунки прилагаются
--------
"Бросим кирпич около поверхностью планеты к земли"
--------
Я думаю, что динамометр покажет силу равную 100Н потому что два мальчика прикладывают силу 100Н, т.е сумма 200Н , а т.к. мальчиков двое,то200/2=100Н
--------
М.А. на лекции:
-закон Дальтона...
(выкрик из класса)- а он хорошо видел?
--------
Там такой бульончик из частиц, двигающихся беспорядочно.
--------
Если вынести за скобку общее...а у них много общего...
--------
В.Ф на контрольной:
Что-то я не вижу в ваших глазах энтузиазма... Так вам и надо... Ща двоек понаставлю!
--------
М.А. на семинаре:
-У меня в аудитории 28 человек сидят... Слышно, как мухи летают!
-А там акустика плохая, и мухи рядом летают.
--------
Семинар. Учитель ученику:
-У тебя еще будет время дописать вывод
-Ага, еще целая лекция
--------
Семинар:
Это идеальная трубка, она без объема.
--------
Преподаватель делает замечание:
- Тише! Я еще слухом не страдаю!


Копирование материалов сайта без согласования с администрацией запрещено.
© ГОУ Лицей №1502 при МЭИ, 2004-2007





Закон изменения и сохранения импульса системы

hello_html_m5b08fe28.png

Рассмотрим группу тел, взаимодействующих как между собой, так и с телами, не входящими в ее состав (см. рис. 1). Выделим два класса сил, действующих в такой системе:

hello_html_m6828e8fd.png

внутренние силы взаимодействия fi;

hello_html_m6828e8fd.png

внешние силы Fi.

Уравнение движения каждого из n тел системы в импульсной форме имеет вид:

hello_html_m5d2777a1.png,

где t – время действия внутренних и внешних сил,
pi - изменение импульса  частицы с номером i,
fi - сумма внутренних сил, действующих на частицу с номером i,
Fi - сумма внешних сил, действующих на частицу с номером i

Сложив уравнения этой системы, получим следующее выражение:

hello_html_b6ea4f2.png.

По 3 закону Ньютона сумма всех внутренних сил равна нулю, т.к. для каждой силы найдется своя противодействующая равная ей по величине и противоположная по направлению. Величину P, равную векторной сумме импульсов частей pi, назовем полным импульсом рассматриваемой системы тел. 

Тогда отношение изменения импульса системы к изменению времени равняется сумме всех внешних сил. Это и есть одна из формулировок закона изменения импульса. Классическая формулировка гласит: 

скорость изменения полного импульса системы равна векторной сумме внешних сил, действующих на систему.

hello_html_m4dade6ec.jpg


Если сумма всех внешних сил равна нулю (замкнутая система) или внешние силы вообще на нее не действуют (изолированная система), то изменение импульса равно нулю и импульс остается неизменным P = const

Полный импульс замкнутой системы тел не изменяется при любых взаимодействиях внутри системы”. Данное утверждение называется законом сохранения импульса.

hello_html_2b8d57c1.jpg

Частные случаи закона сохранения импульса

hello_html_m6828e8fd.png

Ударные взаимодействия. Система тел незамкнута, но в течение короткого времени (во время удара) в ней развиваются силы взаимодействия, значительно превышающие внешние силы. На это время систему тел можно считать замкнутой, пренебречь внешними силами и применить закон сохранения импульса.

hello_html_m6828e8fd.png

Сохранение компонент импульса. Система тел незамкнута, но суммарная проекция внешних сил на некоторое направление равна нулю. В этом случае проекция полного импульса системы на данное направление остается неизменной при любых взаимодействиях тел. 
Например, если сумма всех внешних сил по оси X равна нулю, то изменение проекции всех импульсов частей системы на ось X также равна нулю.

 

hello_html_m52e11946.jpg

Следствием закона сохранения импульса является реактивное движение. 

Для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия с внешними телами.

 

Урок№1


Механическое движение Относительность движения, Система отсчета, Материальная точка, Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение


План ответа

1. Определение механического движения. 2. Основные понятия механики. 3. Кинематические характеристики. 4. Основные уравнения. 5. Виды движения. 6. Относительность движения.


Механическим движением называют измене­ние положения тела (или его частей) относительно других тел. Например, человек, едущий на эскалато­ре в метро, находится в покое относительно самого эскалатора и перемещается относительно стен тунне­ля; гора Эльбрус находится в покое относительно Земли и движется вместе с Землей относительно Солнца.

Из этих примеров видно, что всегда надо ука­зать тело, относительно которого рассматривается движение, его называют телом отсчета. Система ко­ординат, тело отсчета, с которым она связана, и вы­бранный способ измерения времени образуют си­стему отсчета. Рассмотрим два примера. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбите около Земли, можно не учитывать, рассчитывая траекто­рию движения космического корабля при стыковке со станцией, без учета ее размеров не обойтись. Та­ким образом, иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой, Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией. Длина части траектории между начальным и конечным положением точки называют путем (L). Единица измерения пути — 1м.

Механическое движение характеризуется тре­мя физическими величинами: перемещением, ско­ростью и ускорением.

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется перемещением (s), Перемещение — величина векторная Единица изме­рения перемещения — 1м.

Скорость — векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, чис­ленно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Промежуток, времени считается достаточно малым, если скорость в течении этого промежутка не меня­лась. Например, при движении автомобиля t ~ 1 с, при движении элементарной частицы t ~ 10 с, при движении небесных тел t ~ 10 с. Определяющая формула скорости имеет вид v = s/t. Единица изме­рения скорости — м/с. На практике используют еди­ницу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с). Измеряют скорость спидометром.

Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это измене­ние произошло. Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле а = (vv0)/t. Единица измерения ускорения — м/с2.

Характеристики механического движения свя­заны между собой основными кинематическими уравнениями.

s = v0t + at2/ 2;

v = v0 + at.


Предположим, что тело движется без уско­рения (самолет на маршруте), его скорость в течение продолжительного времени не меняется, а = 0, тогда кинематические уравнения будут иметь вид:

v = const, s = vt.

Движение, при котором скорость тела не ме­няется, т. е. тело за любые равные промежутки вре­мени перемещается на одну и ту же величину, назы­вают равномерным прямолинейным движением.

Во время старта скорость ракеты быстро воз­растает, т. е. ускорение а > О, а = const.

В этом случае кинематические уравнения вы­глядят так:

v = v0 + at, s = V0t + at2/ 2.

При таком движении скорость и ускорение имеют одинаковые направления, причем скорость изменяется одинаково за любые равные промежутки времени. Этот вид движения называют равноуско­ренным.

При торможении автомобиля скорость умень­шается одинаково за любые равные промежутки вре­мени, ускорение меньше нуля; так как скорость уменьшается, то уравнения принимают вид:

v = v0 + at, s = v0t - at2/ 2.Такое движение называют равнозамедленным.

Все физические величины, характеризующие движение тела (скорость, ускорение, перемещение), а также вид траектории, могут изменяться при пере­ходе из одной системы к другой, т. е. характер дви­жения зависит от выбора системы отсчета, в этом и проявляется относительность движения. Например, в воздухе происходит дозаправка самолета топливом. В системе отсчета, связанной с самолетом, другой самолет находится в покое, а в системе отсчета, свя­занной с Землей, оба самолета находятся в движе­нии. При движении велосипедиста точка колеса в системе отсчета, связанной с осью, имеет траекто­рию, представленную на рисунке 1.



hello_html_581d2e17.png


Рис. 1 Рис. 2


В системе отсчета, связанной с Землей, вид траектории оказывается другим (рис. 2).


Урок№2


Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона


План ответа

Взаимодействие тел. 2. Виды взаимодейст­вия. 3. Сила. 4. Силы в механике.


а)

hello_html_m3f1595fe.png


б)

в) hello_html_6424187.png

Рис. 3

Простые наблюдения и опыты, например с те­лежками (рис. 3), приводят к следующим качествен­ным заключениям: а) тело, на которое другие тела не действуют, сохраняет свою скорость неизменной;

б) ускорение тела возникает под действием других тел, но зависит и от самого тела; в) действия тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия. Эти выводы подтверждаются при наблюдении явлений в природе, технике, космическом пространстве только в инерциальных системах отсчета.

Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие ее витков. Или, чем ближе два одно­именных заряда, тем сильнее они будут притяги­ваться. В простейших случаях взаимодействия коли­чественной характеристикой является сила. Сила — причина ускорения тел по отношению к инерциальной системе отсчета или их деформации. Сила — это

векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимо­действии. Сила характеризуется: а) модулем; б) точ­кой приложения; в) направлением.

Единица измерения силы — ньютон. 1 нью­тон — это сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с в направлении действия этой силы, если другие тела на него не действуют. Равнодей­ствующей нескольких сил называют силу, действие которой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу.

R=F1+F2+...+Fn,.

Качественно по своим свойствам взаимодей­ствия также различны. Например, электрическое и магнитное взаимодействия связаны с наличием заря­дов у частиц либо с движением заряженных частиц. Наиболее просто рассчитать силы в электродинами­ке: сила Ампера — F = IlBsina, сила Лоренца —

F=qv Bsin a., кулоновская сила — F = q1q2/r2; и гравитационные силы: закон всемирного тяготе­ния—F = Gm1m2/r2. Такие механические силы, как

сила упругости и сила трения, возникают в резуль­тате электромагнитного взаимодействия. Для их рас­чета необходимо использовать формулы: .Fynp = -kx

(закон Гука), Fтр = MN сила трения.

На основании опытных данных были сформу­лированы законы Ньютона. Второй закон Ньютона. Ускорение, с которым движется тело, прямо про­порционально равнодействующей всех сил, дей­ствующих на тело, обратно пропорционально его массе и направлено так же, как и равнодействую­щая сила:

а = F/m.

Для решения задач закон часто записывают в виде: F = та.


Урок3


Импульс тела. Закон сохранения импульса в природе и технике

План ответа

1. Импульс тела. 2. Закон сохранения импуль­са. 3. Применение закона сохранения импульса. 4. Реактивное движение.

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зави­сит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона, независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движе­ния может происходить только при действии силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохра­няться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.

Импульсом тела называют векторную физи­ческую величину, являющуюся количественной ха­рактеристикой поступательного движения тел. Им­пульс обозначается р. Единица измерения импульса

Р — кг • м/с. Импульс тела равен произведению мас­сы тела на его скорость: р = mv. Направление векто­ра импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела v (рис. 4).

hello_html_6e9b8d6d.png

hello_html_m15e65346.png

Рис. 4

Для импульса тел выполняется закон сохране­ния, который справедлив только для замкнутых фи­зических систем. В общем случае замкнутой назы­вают систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в нее. В механике замкнутой называют систему, на кото­рую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае р1 = р2 где

р1 начальный импульс системы, а р2 конеч­ный. В случае двух тел, входящих в систему, это вы­ражение имеет вид m1v1 + т2v2 = m1v1' + т2v2' где т1 и

т2 массы тел, а v1 и v2, — скорости до взаимодей­ствия, v1' и v2' скорости после взаимодействия. Эта

формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых вза­имодействиях, происходящих внутри этой системы.

Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия. В случае незамкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Одна­ко, если в системе существует направление, по кото­рому внешние силы не действуют или их действие скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимо­действия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействую­щих тел. Поэтому для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон сохранения им­пульса.


Экспериментальные исследования взаимодей­ствий различных тел — от планет и звезд до атомов и элементарных частиц — показали, что в любой си­стеме взаимодействующих тел при отсутствии дей­ствия со стороны других тел, не входящих в систему или равенстве нулю суммы действующих сил, гео­метрическая сумма импульсов тел действительно остается неизменной.

В механике закон сохранения импульса и за­коны Ньютона связаны между собой. Если на тело массой т в течение времени t действует сила и ско­рость его движения изменяется от v0 до v, то уско­рение движения a тела равно a = (v - v0)/t. На осно­вании второго закона Ньютона для силы F можно записать F = та = m(v - v0)/t, отсюда следует

Ft = mv - mv0.

Ft векторная физическая величина, харак­теризующая действие на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению силы на время t ее действия, называется импульсом силы.

Единица импульса в СИ — Н • с.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отде­ления от тела его части.

Пусть тело массой т покоилось. От тела отде­лилась какая-то его часть т1 со скоростью v1. Тогда

оставшаяся часть придет в движение в противопо­ложную сторону со скоростью v2, масса оставшейся

части т2 Действительно, сумма импульсов обоих

частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

т1v1 +m2v2 = 0, отсюда v1 = -m2v2/m1.

Большая заслуга в развитии теории реак­тивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигате­лем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспе­чения на них. Технические идеи Циолковского нахо­дят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реак­тивной струи, по закону сохранения импульса, ле­жит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.


Урок№4

Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость

План ответа

1. Силы гравитации. 2. Закон всемирного тя­готения. 3. Физический смысл гравитационной по­стоянной. 4. Сила тяжести. 5. Вес тела, перегрузки. 6. Невесомость.

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Си­ла всемирного тяготения проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщил за­коны движения небесных тел и выяснил, что

F = G(m1*m2)/R2,

где G коэффициент пропорциональности, называется гравитационной постоянной. Чис­ленное значение гравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш, измеряя силу вза­имодействия между свинцовыми шарами. В резуль­тате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

Физический смысл гравитационной постоян­ной вытекает из закона всемирного тяготения. Если m1 = m2 = 1 кг, R = 1 м, то G = F, т. е. гравитацион­ная постоянная равна силе, с которой притягиваются два тела по 1 кг на расстоянии 1 м. Численное зна­чение: G = 6,67 • 10-11 Н • м2/кг2. Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из тел велика). Закон же всемирного тяготения выполняется только для мате­риальных точек и шаров (в этом случае за расстоя­ние принимается расстояние между центрами ша­ров).

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения. В соответствии со вторым зако­ном Ньютона g = fт/m, следовательно, fт = mg. Сила

тяжести всегда направлена к центру Земли. В зави­симости от высоты h над поверхностью Земли и гео­графической широты положения тела ускорение сво­бодного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли и в средних широтах ускоре­ние свободного падения равно 9,831 м/с2.

hello_html_m4d108840.pnghello_html_m71a12e6b.png







Рис. 5

В технике и быту широко используется поня­тие веса тела. Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате грави­тационного притяжения к планете (рис. 5). Вес тела обозначается Р. Единица измерения веса — 1 Н. Так как вес равен силе, с которой тело действует на опо­ру, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо найти, чему равна сила реакции опоры.

Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой не движется. В этом случае сила реакции опоры, а следова­тельно, и вес тела равен силе тяжести (рис. 6):

р = N = mg.


hello_html_7d8ea7aa.pngВ случае движения тела вертикально вверх вместе с опорой с ускорением, по второму закону Ньютона, можно записать mg + N = та (рис. 7, а).

В проекции на ось OX: -mg + N = та, отсюда N = m(g + а).




hello_html_28e0e086.pnghello_html_m3ac6cd19.png

















Рис. 7

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и нахо­дится по формуле Р = m(g + а).

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегруз­кой. Действие перегрузки испытывают на себе кос­монавты как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

Если тело движется Вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем mg +

+N = та; mg -N = та; N = m(g -а); Р = m(g - а), т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет меньше силы тяжести (рис. 7, б).

Если тело свободно падает, в этом случае Р = (g - g)m = 0.


Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости на­блюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения незави­симо от направления и значения скорости их движе­ния. За пределами земной атмосферы при выключе­нии реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все те­ла, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состоя­ние невесомости.

Урок 5


Превращение энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс

План ответа

1. Определение колебательного движения. 2. Свободные колебания. 3. Превращения энергии. 4. Вынужденные колебания.


Механическими колебаниями называют дви­жения тела, повторяющиеся точно или приблизи­тельно через одинаковые промежутки времени. Основ­ными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период. Смещение — это отклонение от положения равнове­сия. Амплитуда — модуль максимального отклоне­ния от положения равновесия. Частота — число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период — время одного полного колебания, т. е. ми­нимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/T.

Простейший вид колебательного движения — гармонические колебания, при которых колеблю­щаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса (рис. 8).

hello_html_m67c7fce4.png

Свободными — называют колебания, которые совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воз­действий на систему, совершающую колебания. На­пример, колебания груза на нити (рис. 9).

Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити (см. рис. 9).

hello_html_m794c3fcf.png

При отклонении маятника от положения рав­новесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А маятник обладает потенциальной энергией mgh. При движе­нии к положению равновесия, к точке О, уменьшает­ся высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратит­ся в кинетическую энергию mvг/2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максималь­ное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происхо­дит превращение кинетической энергии в потенци­альную, скорость маятника уменьшается и при мак­симальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движе­нии всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергий.

При свободных механических колебаниях не­избежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней си­лы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на каче­лях, поршень движется в цилиндре двигателя авто­мобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер вынужденных колеба­ний зависит от характера действия внешней силы, от ее величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреп­лен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.

При совпадении частоты внешней силы и час­тоты собственных колебаний тела амплитуда вынуж­денных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Графически за­висимость вынужденных колебаний от частоты дей­ствия внешней силы показана на рисунке 10.


hello_html_703d3e28.pngХт— амплитуда

w — частота внешней силы



w0 — частота собственных колебаний




Рис. 10

Явление резонанса может быть причиной раз­рушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически дей­ствующей силы. Поэтому, например, двигатели в ав­томобилях устанавливают на специальных амортиза­торах, а воинским подразделениям при движении по мосту запрещается идти «в ногу».

При отсутствии трения амплитуда вынужден­ных колебаний при резонансе должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах ам­плитуда в установившемся режиме резонанса опре­деляется условием потерь энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.

Урок №6


Опытное обоснование основных положений МКТ строения вещества. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро

План ответа

1. Основные положения. 2. Опытные доказа­тельства. 3. Микрохарактеристики вещества.

Молекулярно-кинетическая теория — это раз­дел физики, изучающий свойства различных состоя­ний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов, как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:

1. Все вещества состоят из мельчайших час­тиц: молекул, атомов или ионов.

2. Эти частицы находятся в непрерывном хао­тическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.

3. Между частицами существуют силы притя­жения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование моле­кул, атомов и ионов доказано экспериментально, мо­лекулы достаточно изучены и даже сфотографирова­ны с помощью электронных микроскопов. Способ­ность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непре­рывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей

смачивать некоторые твердые тела, процессы окра­шивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­ми другого — тоже подтверждает основные положе­ния МКТ. Явлением диффузии объясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавле-ния или путем давления. Подтверждением непре­рывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хао­тическое движение микроскопических частиц, не­растворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было дока­зано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движе­ния разработал А. Эйнштейн. Законы движения час­тиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсив­ности броуновского движения — уменьшение темпе­ратуры. Существование броуновского движения убе­дительно подтверждает движение молекул.

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорцио­нальным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле, v.

Единицей количества вещества является моль. Моль — это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С12. От­ношение числа молекул вещества к количеству ве­щества называют постоянной Авогадро:

na = N/v. na = 6,02 • 1023 моль-1.

Постоянная Авогадро показывает, сколько ато­мов и молекул содержится в одном моле вещества. Мо­лярной массой называют величину, равную отноше­нию массы вещества к количеству вещества:

М = m/v.

Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одной мо­лекулы:

m0 = m/N = m/vNA = М/NA

Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с вы­сокой точностью определена несколькими физиче­скими методами. Массы молекул и атомов со значи­тельной степенью точности определяются с помощью масс-спектрографа.

Массы молекул очень малы. Например, масса молекулы воды: т = 29,9 •10 -27 кг.

Молярная масса связана с относительной мо­лекулярной массой Mr. Относительная молярная масса — это величина, равная отношению массы мо­лекулы данного вещества к 1/12 массы атома угле­рода С12. Если известна химическая формула вещест­ва, то с помощью таблицы Менделеева может быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах, показывает величину мо­лярной массы этого вещества.

Диаметром молекулы принято считать мини­мальное расстояние, на которое им позволяют сбли­зиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы является условным. Средний размер моле­кул порядка 10-10 м.


Урок №7


Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура и ее измерение. Абсолютная температура

План ответа

1. Понятие идеального газа, свойства. 2. Объ­яснение давления газа. 3. Необходимость измерения температуры. 4. Физический смысл температуры. 5. Температурные шкалы. 6. Абсолютная темпера­тура.

Для объяснения свойств вещества в газообраз­ном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:

а) между мо­лекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. моле­кулы ведут себя как абсолютно упругие тела;

б) газ очень разряжен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;

в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при со­ответствующем разряжении реального газа. Некото­рые газы даже при комнатной температуре и атмо­сферном давлении слабо отличаются от идеальных.

Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.


Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда. Качественное объяснение за­ключается в том, что молекулы газа при столкнове­ниях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

На основании использования основных поло­жений молекулярно-кинетической теории было по­лучено основное уравнение МКТ идеального газа, ко­торое выглядит так: р = 1/3 т0пv2.

Здесь р — давление идеального газа, m0

масса молекулы, п — концентрация молекул, v2средний квадрат скорости молекул.

Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеаль­ного газа Еk получим основное уравнение МКТ иде­ального газа в виде: р = 2/3nЕk.

Однако, измерив только давление газа, невоз­можно узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентра­цию. Следовательно, для нахождения микроскопиче­ских параметров газа нужно измерение какой-то еще физической величины, связанной со средней кинети­ческой энергией молекул. Такой величиной в физике является температура. Температура — скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамического равновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров). Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.


Ek = 3/2 kT, где k = 1,38 • 10-23 Дж/К и назы­вается постоянной Больцмана.

Температура всех частей изолированной си­стемы, находящейся в равновесии, одинакова. Изме­ряется температура термометрами в градусах раз­личных температурных шкал. Существует абсолют­ная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы, которые отличают­ся начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распростра­нение получила шкала Цельсия (за О °С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка ки­пения воды при нормальном атмосферном давлении).

Единица температуры по абсолютной шкале называется Кельвином и выбрана равной одному гра­дусу по шкале Цельсия 1 К = 1 °С. В шкале Кельви­на за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю. Вычисления да­ют результат, что абсолютный ноль температуры ра­вен -273 °С. Таким образом, между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия существует связь Т = t °С + 273. Абсолютный ноль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближе­нии к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается. Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул.



Урок №8


Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева—Клапейрона.) Изопропессы

План ответа

1. Уравнение состояния. 2. Уравнение Менде­леева—Клапейрона. 3. Процессы в газах. 4. Изопроцессы. 5. Графики изопроцессов.

Состояние данной массы полностью определе­но, если известны давление, температура и объем га­за. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Для произвольной массы газа единичное со­стояние газа описывается уравнением Менделеева— Клапейрона: pV = mRT/M, где р — давление, V —

объем, т — масса, М — молярная масса, R уни­версальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она по­казывает, какую работу совершает один моль иде­ального газа при изобарном расширении при нагре­вании на 1 К (R = 8,31 Дж/моль • К).

Уравнение Менделеева—Клапейрона показы­вает, что возможно одновременно изменение пяти параметров, характеризующих состояние идеального

газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рас­сматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра из пяти. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изо­термический, изохорический и изобарный.

Изопроцессом называют процесс, происходя­щий с данной массой газа при одном постоянном па­раметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Изотермическим называют процесс, проте­кающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля-Мариотта. pV = const.

Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля. V = const. p/T = const.

Иhello_html_6116e42e.pnghello_html_m52b4acd1.pnghello_html_m1383d627.pngзобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T == const при р = const и называется за­коном Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически (рис. 11).











рис.11


Реальные газы удовлетворяют уравнению со­стояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул прене­брежительно мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмо­лекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового дви­жения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.


Урок №9

Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха

План ответа

1. Основные понятия. 2. Водяной пар в атмо­сфере. 3. Абсолютная и относительная влажность. 4. Точка росы. 5. Приборы для измерения влажности.

Испарение — парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинети­ческой энергии теплового движения молекул приво­дит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости

движения его молекул, следовательно, испарение со­провождается охлаждением жидкости. Скорость ис­парения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жид­кости. Конденсация — процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещест­ва в газообразном состоянии достигнет такого значе­ния, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, поки­дающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испа­рения и конденсации вещества. Вещество в газооб­разном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, по­кинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­вают ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой форму­лой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от темпера­туры составлены таблицы, по которым можно опре­делить его давление при различных температурах.

Давление водяного пара, находящегося в воз­духе при данной температуре, называют абсолютной влажностью, или упругостью водяного пара. По­скольку давление пара пропорционально концентра­ции молекул, можно определить абсолютную влаж­ность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (р).

Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Пhello_html_6f95504e.gifри низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокра­щается, что ведет к перегреванию организма. Наибо­лее благоприятной для человека в средних климати­ческих широтах является относительная влажность 40—60%. Относительной влажностью называют от­ношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т. е. = р/р0 • 100%, или (р = р/р0 • 100%.


Относительная влажность колеблется в широ­ких пределах. Причем суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днем, с возрастанием температуры, и следовательно, с ростом давления насыщения относительная влаж­ность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же ко­личество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нем пар до насыще­ния. Точкой росы называют температуру, при кото­рой пар, находящийся в воздухе, становится насы­щенным. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начи­нается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.


Урок №10


Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твердых тел.


План ответа

1. Твердые тела. 2. Кристаллические тела. 3. Моно- и поликристаллы. 4. Аморфные тела. .5. Упру­гость. 6. Пластичность.

Каждый может легко разделить тела на твер­дые и жидкие. Однако это деление будет только по внешним признакам. Для того чтобы выяснить, ка­кими же свойствами обладают твердые тела, будем их нагревать. Одни тела начнут гореть (дерево,уголь) — это органические вещества. Другие будут размягчаться (смола) даже при невысоких темпера­турах — это аморфные. Третьи будут изменять свое состояние при нагревании так, как показано на гра­фике (рис. 12). Это и есть кристаллические тела. Та­кое поведение кристаллических тел при нагревании объясняется их внутренним строением. Кристалли­ческие тела — это такие тела, атомы и молекулы которых расположены в определенном порядке, и этот порядок сохраняется на достаточно большом расстоянии. Пространственное периодическое распо­ложение атомов или ионов в кристалле называют кристаллической решеткой. Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.

hello_html_7a641e27.png
Рис. 12

Кристаллические тела бывают монокристал­лами и поликристаллами. Монокристалл обладает единой кристаллической решеткой во всем объеме.

Анизотропия монокристаллов заключается в зависимости их физических свойств от направления. Поликристалл представляет собой соединение мел­ких, различным образом ориентированных монокри­сталлов (зерен) и не обладает анизотропией свойств.

Большинство твердых тел имеют поликристалличе­ское строение (минералы, сплавы, керамика).

Основными свойствами кристаллических тел являются: определенность температуры плавления, упругость, прочность, зависимость свойств от поряд­ка расположения атомов, т. е. от типа кристалли­ческой решетки.

Аморфными называют вещества, у которых отсутствует порядок расположения атомов и молекул по всему объему этого вещества. В отличие от кри­сталлических веществ аморфные вещества изотроп­ны. Это значит, что свойства одинаковы по всем на­правлениям. Переход из аморфного состояния в жидкое происходит постепенно, отсутствует опреде­ленная температура плавления. Аморфные тела не обладают упругостью, они пластичны. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы и т. п.

Уhello_html_m4078e3af.gifhello_html_7691e7c8.gifпругость — свойство тел восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил или других причин, вызвавших дефор­мацию тел. Для упругих деформаций справедлив за­кон Гука, согласно которому упругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям , где — механическое на­пряжение,


 — относительное удлинение, Е — мо­дуль Юнга (модуль упругости). Упругость обусловле­на взаимодействием и тепловым движением частиц, из которых состоит вещество.

Пластичность — свойство твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные де­формации после того, как действие этих сил прекра­тится.



Урок № 11



Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона к изопроцессам. Адиабатный процесс.



План ответа

1. Внутренняя энергия и ее измерение. 2. Ра­бота в термодинамике. 3. Первый закон термодина­мики. 4. Изопроцессы. 5. Адиабатный процесс.




Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотиче­ски движутся и взаимодействуют друг с другом, по­этому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия — это величина, характери­зующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц си­стемы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U=3/2 т/М • RT.

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существуют два способа изменения внутрен­ней энергии: теплопередача и совершение механи­ческой работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопере­дача бывает трех видов: теплопроводность (непо­средственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излуче­ние (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче яв­ляется количество теплоты (Q).

Эти способы количественно объединены в за­кон сохранения энергии, который для тепловых про­цессов читается так. Изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теп­лоты, переданной системе, и работы, внешних сил, совершенной над системой.  U= Q + А, где Uизменение внутренней энергии, Q — количество теп­лоты, переданной системе, А работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А'. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым за­коном термодинамики, можно записать так: Q = Α' + U, т. е. количество теплоты, переданное систе­ме, идет на совершение системой работы и измене­ние ее внутренней энергии.

При изобарном нагревании газ совершает ра­боту над внешними силами Α' = p(V1-V2) = pΔV, где

V1, и V2 начальный и ко­нечный объем газа. Если про­цесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадью фигу­ры, заключенной между ли­нией, выражающей зависи­мость p(V) и начальным и ко­нечным объемом газа (рис. 13).

Рассмотрим применение первого закона тер­модинамики к изопроцессам, происходящим с иде­альным газом.



hello_html_7b38103.png

В изотермическом процессе температура по­стоянная, следовательно, внутренняя энергия не ме­няется. Тогда уравнение первого закона термодина­мики примет вид: Q = А', т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому темпе­ратура не изменяется.

В изобарном процессе газ расширяется и ко­личество теплоты, переданное газу, идет на увеличе­ние его внутренней энергии и на совершение им ра­боты: Q = U + А'.

При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е., А = О, и уравнение первого закона имеет вид:

Q = U, т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следо­вательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следова­тельно, газ охлаждается, Α' = U. Кривая, изобра­жающая адиабатный процесс, называется адиабатой.


Урок № 12



Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда



План ответа

1. Электрический заряд. 2. Взаимодействие за­ряженных тел. 3. Закон сохранения электрического заряда. 4. Закон Кулона. 5. Диэлектрическая проницаемость. 6. Электрическая постоянная. 7. Направ­ление кулоновских сил.

Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными час­тицами называется электромагнитным. Интенсив­ность электромагнитного взаимодействия опреде­ляется физической величиной — электрическим за­рядом, который обозначается q. Единица измерения электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряда назвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­ряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е = 1,6 • 10-19 Кл.

Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:

q=e(Np-Ne)

где Np количество электронов, Ne количество

протонов.

Полный заряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q1 + q2 + ...+qn = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к друго­му. Этот экспериментально установленный факт на­зывается законом сохранения электрического заря­да. Никогда и нигде в природе не возникает и не ис­чезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами эле­ментарных заряженных частиц электронов от одних тел к другим.

Электризация это сообщение телу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.

В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трических зарядов изучает электростатика.

Основной закон электростатики был экспери­ментально установлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакууме прямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционален квадрату расстояния между ними.

F = k q1q2/r2, где q1 и q2 модули зарядов, r — расстояние между ними, k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от выбора системы еди­ниц, в СИ

k = 9 • 109 Н м2/Кл2.

Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды ε. Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε закон Кулона записывается следующим об­разом:

F= k q1q2/(ε•r2)

Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоян­ной ε0. Электрическая постоянная связана с коэффи­циентом k следующим образом k = 1/4π ε0 и численно равна ε0 = 8,85 • 10-12 Кл/Н м2.

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:

F=(1/4π ε0 )• (q1q2 /r2)

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически (рис. 14, 15).

hello_html_m71f7114c.png

hello_html_m31bab4e5.png

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой от­талкивания при одинаковых знаках.


Урок № 13



Конденсаторы.

Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов

План ответа

1. Определение конденсатора. 2. Обозначение. 3. Электроемкость конденсатора. 4. Электроемкость плоского конденсатора. 5. Соединение конденсаторов. 6. Применение конденсаторов.

Для накопления значительных количеств раз­ноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор это система двух про­водников (обкладок), разделенных слоем диэлектри­ка, толщина которого мала по сравнению с размера­ми проводников. Так, например, две плоские метал­лические пластины, расположенные параллельно и разделенные диэлектриком, образуют плоский кон­денсатор. Если пластинам плоского конденсатора со­общить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность одной пласти­ны. Вне пластин напряженность равна нулю.

Оhello_html_22cecda1.pngбозначаются конденсаторы на схемах так: конденсатор постоянной емкости и

hello_html_m3b1ced15.png

конденсатор переменной емкости.


Электроемкостью конденсатора называют ве­личину, равную отношению величины заряда одной из пластин к напряжению между ними. Электроем­кость обозначается С.

По определению С = q/U. Единицей электро­емкости является фарад (Ф). 1 фарад это электроемкость такого конденсатора, напряжение между об­кладками которого равно 1 вольту при сообщении обкладкам разноименных зарядов по 1 кулону.

Электроемкость плоского конденсатора нахо­дится по формуле:


С=εε0S/d

гhello_html_416553ac.pngде ε0 электрическая постоянная, ε диэлектри­ческая постоянная среды, S площадь обкладки конденсатора, d расстояние между обкладками (или толщина диэлектрика).

hello_html_m3fe25ec7.png


Если конденсаторы соединяются в батарею, то при параллельном соединении С01 + С2, (рис. 16).

При последовательном соединении 1/C0= 1/C1 + 1/С2 (рис. 17).

В зависимости от типа диэлектрика конденса­торы бывают воздушные, бумажные, слюдяные.

Конденсаторы применяются для накопления электроэнергии и использования ее при быстром раз­ряде (фотовспышка), для разделения цепей постоян­ного и переменного токов, в выпрямителях, колеба­тельных контурах и других радиоэлектронных уст­ройствах.


Урок № 14



Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи

План ответа

1. Работа тока. 2. Закон ДжоуляЛенца 3. Элек­тродвижущая сила. 4. Закон Ома для полной цепи.

В электрическом поле из формулы определе­ния напряжения (U = A/q) легко получить выраже­ние для расчета работы переноса электрического за­ряда А = Uq, так как для тока заряд q = It, то работа тока: А = Ult, или А = I2R t = U2/R t.

Мощность, по определению, N = A/t, следова­тельно, N = UI = I2 R = U2/R.

Русский ученый X. Ленц и английский уче­ный Джоуль опытным путем в середине прошлого века установили независимо друг от друга закон, который называется законом ДжоуляЛенца и чи­тается так. При прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы, тока, со­противлению проводника и времени прохождения тока.

Q = I2Rt.

hello_html_m3f551f3e.png

Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внеш­ние сопротивления и источник то­ка (рис. 18). Как один из участков цепи, источник тока обладает со­противлением, которое называют внутренним, г.

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она берется за счет работы по перемещению зарядов, которую про­изводят силы неэлектрического происхождения (сто­ронние силы) против сил электрического поля. Ис­точник тока характеризуется энергетической харак­теристикой, которая называется ЭДС электродви­жущая сила источника. ЭДС характеристика источника энергии неэлектрической природы в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней электрического тока. ЭДС измеряется отноше­нием работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к этому за­ряду ξ= Aст/q

Пусть за время t через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда мож­но записать так: Aст = ξ q. Согласно определению си­лы тока q = It, поэтому Aст = ξ I t. При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках це­пи, сопротивления которых R и г, выделяется неко­торое количество теплоты. По закону ДжоуляЛенца оно равно: Q =I2Rt + I2rt. Согласно закону со­хранения энергии А = Q. Следовательно, ξ•= IR + Ir. Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: I = ξ/(R + r). Эту зависимость опытным путем получил Г. Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так. Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.


Урок № 15

Магнитное поле, условия его существования. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие. Магнитная индукция

План ответа

1. Опыты Эрстеда и Ампера. 2. Магнитное по­ле. 3. Магнитная индукция. 4. Закон Ампера.

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропус­кании электрического тока через проводник, нахо­дящийся около нее (рис. 19). В том же году француз­ский физик Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают hello_html_m17ecacd0.pngвзаимное притяжение, если ток течет по ним в одну сторону, и отталкивание, если токи текут в разные стороны (рис. 20). Явление взаимодействия токов Ампер назвал электродинамическим взаимодейст­вием. Магнитное взаимодействие движущихся элек­трических зарядов, согласно представлениям теории близкодействия, объясняется следующим образом:

всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнит­ное поле особый вид материи, который возникает в пространстве вокруг любого переменного электри­ческого поля.


hello_html_3036a4ac.pnghello_html_2fb6dce0.png

hello_html_ea6538b.png


С современной точки зрения в природе су­ществует совокупность двух полей электрического и магнитного это электромагнитное поле, оно представляет собой особый вид материи, т. е. су­ществует объективно, независимо от нашего созна­ния. Магнитное поле всегда порождается перемен­ным электрическим, и, наоборот, переменное элек­трическое поле всегда порождает переменное магнит­ное поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно

рассматривать отдельно от магнитного, так как носи­телями его являются частицы электроны и прото­ны. Магнитное поле без электрического не существу­ет, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике.

Магнитное поле является силовым полем. Си­ловой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В). Магнитная индукцияэто векторная физическая величина, равная макси­мальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. В = F/II. Единич­ный элемент тока это проводник длиной 1 м и си­лой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1 Тл = 1 Н/А м.

Магнитная индукция всегда порождается в плоскости под углом 90° к электрическому полю. Вокруг проводника с током магнитное поле также существует в перпендикулярной проводнику плос­кости.

Магнитное поле является вихревым полем. Для графического изображения магнитных полей вводятся силовые линии, или линии индукции,это такие линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной. На­правление силовых линий находится по правилу бу­равчика. Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением силовых линий. Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют со­бой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику (рис. 21).

hello_html_m31596bd0.png

Как установил Ампер, на проводник с током, по­мещенный в магнитное по­ле, действует сила. Сила, действующая со стороны, магнитного поля на провод­ник с током, прямо пропор­циональна силе тока. длине проводника в магнитном поле и перпендикулярной со­ставляющей вектора магнитной индукции. Это и есть формулировка закона Ампера, который записы­вается так: Fa = ПВ sin α.

Нhello_html_290a6a6e.pngаправление силы Ампера определяют по пра­вилу левой руки. Если левую руку расположить так, чтобы четыре пальца показывали направление тока, перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогну­тый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера (рис. 22). В = В sin α.

















Выбранный для просмотра документ Импульс.теория.doc

библиотека
материалов

Импульс. Закон сохранения импульса.


При решении динамических задач необходимо знать какие силы действуют на тело, закон, позволяющий рассчитать конкретную силу. Цель: получить решение задачи механики исходя из начальных условий, не зная конкретного вида взаимодействия.


Законы Ньютона в полученной ранее форме не позволяют решать задачи на движение тела с переменной массой и при скоростях, сравнимых со скоростью света. Цель: получить записи законов Ньютона в форме, справедливой для этих условий.


Импульс силы Векторная физическая величина, являющаяся мерой действия силы за некоторый промежуток времени. hello_html_m40192fad.gif- импульс силы hello_html_m2de4c676.gifза малый промежуток времени t.

Вектор импульса силы сонаправлен с вектором силы.

hello_html_m6f82ae5f.gif


[ I ]= Н.с

Импульс тела. (Количество движения) Векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения и равная произведению массы тела на его скорость.

Вектор импульса тела сонаправлен с вектором скорости тела.

hello_html_m4b6a76d7.gif


[ p ]= кг м/с

Основное уравнение динамики


Из второго закона Ньютона: hello_html_m4959d189.gif



Тогда получим: hello_html_316f9801.gif-

второй закон Ньютона в импульсной форме

hello_html_5f3dda2f.gif


( Dt = t - t0 = t при t0 = 0).


Импульс силы равен изменению импульса тела. Вектора импульса силы и изменения импульса тела сонаправлены.

hello_html_m5dc743b2.gif

Неупругий удар (шарик "прилипает" к стенке):

hello_html_m70e302c2.gif

hello_html_m58261394.png

Абсолютно упругий удар (шарик отскакивает с прежней по величине скоростью):

hello_html_1ae2413a.gif

hello_html_9e7f04f.png

Закон сохранения импульса.

До взаимодействия

hello_html_44db14ab.gif


hello_html_m1389b801.png

После взаимодействия

hello_html_m1cf2eb3c.gif


hello_html_m530fd876.png

hello_html_68a14168.gif



Согласно 3 з-ну Ньютона: hello_html_42c4ae93.gif, следовательно: hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_m53d4ecad.gifhello_html_m29dbbf65.gif


hello_html_742e4993.gif


Геометрическая (векторная) сумма импульсов взаимодействующих тел, составляющих замкнутую систему, остается неизменной.


Замкнутой называется система тел, взаимодействующих только друг с другом и не взаимодействующих с другими телами. Можно пользоваться и для незамкнутых систем, если сумма внешних сил, действующих на тела системы, равна нулю, или процесс происходит очень быстро, когда внешними воздействиями можно пренебречь (взрыв, атомные процессы).


В общем виде: т.к. система замкнутая, то hello_html_m46d60c47.gif, следовательно hello_html_5675c425.gif


hello_html_64ce036b.gif


Примеры применения закона сохранения импульса:

1. Любые столкновения тел (биллиардных шаров, автомобилей, элементарных частиц и т.д.);

2. Движение воздушного шарика при выходе из него воздуха;

3. Разрывы тел, выстрелы и т.д.




Выбранный для просмотра документ Инерция.doc

библиотека
материалов

Динамика.

В кинематике непосредственно решается основная задача механики: по известным начальным условиям и характеру движения определяется положение тела в любой момент времени. Кинематика не отвечает на вопрос: почему движение тела имеет тот или иной характер, в чем причина изменения характера движения.

Основная задача динамики: определение характера движения (ускорения) по заданным взаимодействиям. Обратная задача: зная характер движения, определить характер взаимодействия.

Основное утверждение механики: изменение скорости тела (ускорение) всегда вызывается воздействием на данное тело каких-либо других тел.

Свободным телом называется тело, на которые не действуют другие тела или поля. При решении некоторых задач тело можно считать свободным, если внешние воздействия имеются, но они уравновешены.

При изучении поступательного движения твердого тела рассматривается движение центра инерции (центра масс) тела.

Т.к. движение относительно, то механические задачи можно решить только в определенных системах отсчета (СО). Поэтому при формулировании законов динамики необходимо:

1. Задать критерий выбора СО;

2. Решить основную задачу;

3. Установить связь между взаимодействующими телами.

Инерция.

Аристотель: для движения необходимо воздействие одних тел на другие.Галилей: взаимодействие необходимо только для изменения характера движения. При отсутствии воздействий тело будет двигаться прямолинейно и равномерно бесконечно долго. В реальной жизни мы действуем на тело (прикладываем силу) для преодоления трения (сопротивления).

Инерция – явление сохранения скорости телом при отсутствии или компенсации внешних воздействий:

т.е., если hello_html_m3083600f.gif, то hello_html_4271289e.gif - тело движется прямолинейно и равномерно или покоится.


Масса.



Инертность - свойство различных материальных объектов приобретать разные ускорения при одинаковых внешних воздействиях со стороны других тел. Присуща разным телам в разной степени. Свойство инертности показывает, что для изменения скорости тела необходимо время (расстояние). Чем труднее изменить скорость тела, тем оно инертнее.


Масса – скалярная величина, являющаяся мерой инертности тела при поступательном движении. (При вращательном движении - момент инерции). Чем инертнее тело, тем больше его масса. Определенная таким образом масса называется инертной (в отличие от гравитационной массы, определяющейся из закона Всемирного тяготения).


Опыт. Как бы ни происходило взаимодействие тел, выполняется равенство: hello_html_m402bf904.gif. При этом направления векторов ускорений противоположны!

Вывод: hello_html_m61ab8063.gif

- ускорение обратно пропорционально массе тела hello_html_m1e09c70b.gif (при заданном взаимодействии).

hello_html_2055f9dc.png


Единица масса в СИ: килограмм (кг) – основная (эталонная) единица.

Эталон - платиново-ирридиевый цилиндр. Хранится в г. Севр (Франция).


Массу тела можно определить:

hello_html_m723f8f1d.png


1. По взаимодействию с эталоном. hello_html_97f6ce1.gif, где аэт – ускорение эталона при его взаимодействии с телом.


2. По плотности: hello_html_3050cdbf.gif. Плотность – скалярная физическая величина, численно равная массе единице объема вещества. Характеристика данного вещества (табличная величина). Единицы плотности в СИ. hello_html_m34bf9234.gif


hello_html_3050cdbf.gif


hello_html_m10b5d8ac.gif



3. Практически массу определяют на весах (взвешиванием).



Свойство массы – аддитивность, т.е. масса тела равна сумме масс его частей.

hello_html_m77e55234.gif



Сила векторная физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия тел. Обозначение: hello_html_679c43ac.gif.


Существует 4 основных типа взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое.

Все взаимодействия являются проявлениями этих основных типов.

Примеры сил: сила тяжести, сила упругости, вес тела, сила трения, выталкивающая (архимедова) сила, подъемная сила.

Сила характеризуется:

1. Величиной (модулем);

2. Направлением;

3. Точкой приложения.

Из опыта по взаимодействию следует: hello_html_m8b9fe75.gif или hello_html_mc910e75.gif. Величина hello_html_m1206a572.gif характеризует действие второго тела на первое, а величина hello_html_584fa339.gif- характеризует действие первого тела на второе. Т.к. взаимодействие одно и то же, то величину, равную произведению массы тела на ускорение, полученное в данном взаимодействии, можно принять за меру взаимодействия: hello_html_m4654840e.gif. Внимание: вектора ускорения и силы всегда сонаправлены!

hello_html_m4654840e.gif

Т.к. сила – векторная величина, то силы складываются векторно (правила параллелограмма и треугольника). Складывать можно только силы, приложенные к одному телу. Сила, равная векторной сумме всех действующих на тело сил, называется равнодействующей: hello_html_m10e56a11.gif.


hello_html_m10e56a11.gif

Единицы силы:

СИ: hello_html_m2449332d.gif Сила равна одному ньютону, если тело массой 1 кг приобретает ускорение 1м/с2.

hello_html_m710e5b92.png

Измерение силы: силы измеряются динамометром по сравнению величины измеряемой силы с силой упругости пружины. Используется линейная зависимость между величиной силы упругости и удлинением пружины.

Для правильного измерения силы необходимо, чтобы при измерении

тела покоились или двигались прямолинейно и равномерно!

Динамометр градуируется известной силой тяжести.

hello_html_3518dcb6.png


Выбранный для просмотра документ Искусственные спутники.doc

библиотека
материалов


Искусственные спутники


Первая космическая скорость (круговая скорость) - наименьшая начальная скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно стало искусственным спутником планеты (для Земли - 7,9 км/с) - траектория 1.

hello_html_2626f5.gif


Вторая космическая скорость (параболическая скорость) - наименьшая начальная скорость, которую необходимо сообщить телу, для того, чтобы оно могло преодолеть притяжение планеты (для Земли - 11,2 км/с) - траектория 3.

Третья космическая скорость - наименьшая начальная скорость, при которой тело покидает Солнечную систему (для Земли -16,6 км/с) - траектория 4.

hello_html_m6a766a09.png


Выбранный для просмотра документ КОЛЕБАНИЯ.doc

библиотека
материалов

КОЛЕБАНИЯ



Колебания – процессы (изменения состояния), обладающие той или иной повторяемостью во времени.

Механические колебания – движения, которые точно или приблизительно повторяются во времени. Колебания называются периодическими, если значения физических величин, изменяющихся в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени. (В противном случае колебания наз. апериодическими).

hello_html_m3f35e1df.png


Примеры колебаний, изображенные на рисунках: колебания математического маятника, колебания жидкости в U-образной трубке, колебания тела под действием пружин, колебания натянутой струны.

Условия возникновения механических колебаний

1. Хотя бы одна сила должна зависеть от координат.

2. При выведении тела из положения устойчивого равновесия возникает равнодействующая, направленная к положению равновесия. С энергетической точки зрения это значит, что возникают условия для постоянного перехода кинетической энергии в потенциальную и обратно.

3. Силы трения в системе малы.

hello_html_m2931bd2d.png


Для возникновения колебания тело необходимо вывести из положения равновесия, сообщив либо кинетическую энергию (удар, толчок), либо – потенциальную (отклонение тела).

Примеры колебательных систем:

1. Нить, груз, Земля.

2. Пружина, груз.

3. Жидкость в U-образной трубке, Земля.

4. Струна.

hello_html_m3f35e1df.png


Свободные колебания это колебания, которые возникают в системе под действием внутренних сил, после того как система была выведена из положения устойчивого равновесия. В реальной жизни все свободные колебания являются затухающими (т.е. их амплитуда, размах, уменьшается с течением времени).

Вынужденные колебания – колебания, которые происходят под действием внешней периодической силы.

hello_html_799d420f.png


Характеристики колебательного процесса.

1. Смещение х - отклонение колеблющейся точки от положе­ния равновесия в данный момент времени (м).

2. Амплитуда хм - наиболь­шее смещение от положения рав­новесия (м). Если колебания незатухающие, то амплитуда постоянна.



3. Период Т время, за которое совершается одно полное колебание. Выражается в секундах (с).

За время, равное одному периоду (одно полное колебание) тело совершает перемещение, равное __ и проходит путь, равный ____ .

hello_html_m79df3958.gif




4. Частота n число полных колеба­ний за единицу времени. В СИ измеряется в герцах (Гц).

Частота колебаний равна одному герцу, если за 1 секунду совершается 1 полное колебание. 1 Гц= 1 с-1.


hello_html_1a0b0cc6.gif

hello_html_m53e291fc.gif



5. Циклической (круговой) частотой w периодических колебаний наз. число полных колебаний, которые совершаются за 2p единиц времени (секунд). Единица измерения – с-1.

hello_html_m4fe7c1d1.gif










ЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ.


Затухающими наз. колебания, энергия (а значит, и амплитуда) которых уменьшается с течением времени. Затухание свободных механических гармонических колебаний связано с убыванием механической энергии за счет действия сил сопротивления и трения.

hello_html_393d9b0e.png

Если сила сопротивления пропорциональна скорости относительного движенияhello_html_250c9217.gif, то амплитуда колебаний изменяется по законуhello_html_m43c90002.gif, где x0 – начальная амплитуда, hello_html_208e1738.gif-

коэффициент затухания, характеризующий быстроту убывания амплитуды, e – основание натурального логарифма.


Затухающие колебания не являются истинно периодическим процессом, т.к. в них никогда не повторяются значения физических величин.


Условным периодом затухающих колебаний наз. промежуток времени между двумя состояниями колеблющейся системы, в которых физические величины, характеризующие колебания, принимают аналогичные значения, изменяясь в одном и том же направлении: hello_html_1dc1a3f3.gif,


где w0 – собственная частота свободных колебаний.

hello_html_1dc1a3f3.gif




Мы видим, что период затухающих колебаний больше, чем период незатухающих колебаний с теми же параметрами колебательной системы.


При условии d < w0 затухающие колебания описываются уравнением hello_html_36fc33d.gif, где hello_html_mf53bdc4.gif.


Если d > w0, то трение в системе очень велико и колебаний не происходит, запас механической энергии тела к моменту его возвращения в положение равновесия полностью расходуется на преодоление трения.

hello_html_471fb46e.png

























Колебания математического маятника.


Математический маятник – материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити (физическая модель).

hello_html_m1e4e6078.png

Будем рассматривать движение маятника при условии, что угол отклонения мал, тогда, если измерять угол в радианах, справедливо утверждение: hello_html_5dba8e22.gif.

На тело действуют сила тяжести и сила натяжения нити. Равнодействующая этих сил имеет две составляющие: тангенциальную, меняющую ускорение по величине, и нормальную, меняющую ускорение по направлению (центростремительное ускорение, тело движется по дуге).

Т.к. угол мал, то тангенциальная составляющая равна проекции силы тяжести на касательную к траектории: hello_html_m2ba23951.gif. Угол в радианах равен отношению длины дуги к радиусу (длине нити), а длина дуги приблизительно равна смещению (x »s): hello_html_4136dd13.gif.



hello_html_5da31546.gif


hello_html_m7e84ce0b.gif


Сравним полученное уравнение с уравнением колебательного движения hello_html_m1a0004ee.gif.

Видно, что hello_html_mbc324ef.gif или hello_html_m1a3787b3.gif -


циклическая частота при колебаниях математического маятника.

hello_html_m1a3787b3.gif



Период колебаний hello_html_m7071bbff.gif или hello_html_49cebf6e.gif (формула Галилея).



Формула Галилея hello_html_49cebf6e.gif



Важнейший вывод: период колебаний математического маятника не зависит от массы тела!


Аналогичные вычисления можно проделать с помощью закона сохранения энергии.

Учтем, что потенциальная энергия тела в поле тяготения равна hello_html_1ce4030e.gif,

а полная механическая энергия равна максимальной потенциальной или кинетической:hello_html_m16fb05.gif


hello_html_m1e4e6078.png

Запишем закон сохранения энергии и возьмем производную от левой и правой частей уравнения: hello_html_19fea3a0.gif.

Т.к. производная от постоянной величины равна нулю, то hello_html_m72296d6c.gif.

Производная суммы равна сумме производных: hello_html_m67ad6397.gif

и .hello_html_m5c2b6c6f.gif


Следовательно: hello_html_m480f4aa8.gif, а значит hello_html_m71cc407e.gif.


hello_html_0.gif

Вынужденные колебания.


Вынужденными колебаниями наз. незатухающие колебания системы, которые вызываются действием внешней периодической силы.


Если сила не будет периодической, то не возникнет и периодических колебаний. Например, если сила постоянна, то возникает статическое отклонение системы.

Примеры: колебания гребных винтов, лопаток турбины, качелей при раскачивании, мостов и балок при ходьбе и т.д.


Сила, вызывающая вынужденные колебания, наз. вынуждающей (возмущающей) силой.


Если внешняя вынуждающая сила изменяется по гармоническому закону hello_html_m26f82dc8.gif, то в системе устанавливаются гармонические колебания с частотой внешней вынуждающей силы (процесс установления колебаний изображен на рисунке: вынужденные колебания накладываются на свободные затухающие колебания; после того, как свободные колебания прекращаются, остаются только вынужденные).

hello_html_2955a6ac.png

Резонанс.


Явление возрастания амплитуды колебаний при приближении частоты вынуждающей силы w к собственной частоте колебательной системы w0, называется резонансом.


hello_html_5c601541.png

Соответственно данная частота наз. резонансной частотой.

При наличии трения резонансная частота несколько меньше собственной частоты колебательной системы. С энергетической точки зрения при резонансе создаются наилучшие условия для передачи энергии от внешнего источника к колебательной системе.

Резонанс применяется для измерения частоты (частотомеры) вибраций, в акустике. Резонанс необходимо учитывать при расчете балок, мостов, станков и т.д.


Автоколебания.


Колебательная система, совершающая незатухающие колебания за счет действия источника энергии, не обладающего колебательными свойствами (периодичностью), наз. автоколебательной.


Примеры: часы, орган, духовые инструменты, сердечно-сосудистая система, паровые машины и двигатели внутреннего сгорания и т.д.


Любая автоколебательная система состоит из 4 частей:

1. колебательная система;

2. источник энергии, компенсирующий потери энергии на преодоление сопротивления;

3. клапан – устройство, регулирующее поступление энергии в колебательную систему определенными порциями и в определенный промежуток времени;

4. обратная связь – устройство для обратного воздействия автоколебательной системы на клапан, управляющее работой клапана за счет процессов в самой колебательной системе.

hello_html_m48463bb2.png

Примером механической автоколебательной системы могут быть часы с анкерным ходом.

hello_html_m543a3538.png


Часы с маятником

Ручные часы

Колебательная система

Маятник

Балансир (маховик)

Источник

энергии

Поднятая гиря

Заведенная пружина

Клапан

Анкер

Обратная связь

Взаимодействие анкера

с ходовым колесом








hello_html_0.gif

Волны


Волна распространяющиеся колебания.

Волнами называются всякие возмущения состояния вещества или поля, распространяющиеся в пространстве с течением времени.


Основное свойство волны перенос энергии без переноса вещества.


Виды волновых процессов:

1. Механические волны (см. рисунки):

а) упругие.

б) поверхностные (под действием сил тяжести и поверх­ностного натяжения).

2. Электромагнитные волны (колебания векторов напряженности электрического и индукции магнитного полей, распространяющиеся в пространстве). В отличие от механических, могут распространяться в вакууме.

hello_html_m326a5c35.png

hello_html_m3ba2a230.png

Распространение механических волн

Распространение продольных волн проиллюстрировано на рисунке:


hello_html_3c6c23ac.png

Распространение поперечных волн проиллюстрировано на рисунке: hello_html_m622a108b.png

Основные характеристики волны.

Гармоническим колебаниям соответствуют монохроматические волны, обладающие двойной периодичностью:

- во времени hello_html_m31acad59.gif- период, частота;

- в пространстве l - длина волны:

- расстояние между точками, колеблющимися с разностью фаз 2p;

- расстояние, на которая волна распространяется за один период;

hello_html_4f17935.gif

hello_html_19f3f556.png

Внимание!

1. Каждая последующая точка волны отстает от предыдущей по фазе. Можно сказать, что волновой процесс – процесс распространения фазы колебаний.

2. Точки с разностью фаз 2pn (n=1,2,3…) имеют равные смещения, скорости и ускорения (синфазные колебания).

3. Скорость волны конечна и меняется при переходе в другую среду. Т.к. частота задается генератором, то при этом меняется длина волны.

hello_html_615dbb6.gif




Скорость продольной волны в твердом теле и упругих волн в жидкостяхhello_html_m130ab7cf.gif,


где Е – модуль объемной упругости, а r - плотность.

Например, при нормальных условиях в воздухе – 330 м/с, в воде - 1430 м/с, в меди 3910 м/с, для алюминия 4880 м/с.

Скорость продольной волны в твердом теле больше, чем поперечной (применяется при исследовании землетрясений).

hello_html_m130ab7cf.gif



Волны в среде

Волновая поверхность – геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе.

Волновой фронт (фронт волны) – геометрическое место точек, до которых доходят колебания к данному моменту времени.

Луч- линия, перпендикулярная волновой поверхности. Показывает направление распространения волны (переноса энергии).

По виду волновой поверхности бывают:

- сферические;

- плоские и т.д.

hello_html_m265a6324.png

Для сферической волны ампли­туда колебаний и энергия через единицу поверхности уменьшаются с ростом рас­стояния от источника, при этом амплитуда уменьшается обратно пропорционально расстоянию от точки наблюдения до источника, а энергия – обратно пропорционально квадрату этого расстояния.

Для плоской волны амплитуда колебаний и энергия через единицу площади поверхнос­ти не меняются при отсут­ствии трения.


















Интерференция волн

Явление интерференции возникает при наложении когерент­ных волн.

Когерентные волны - это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную раз­ность фаз, а колебания происходят в одной плоскости.

Результат суперпозиции волн зависит от того, в каких фазах накладываются друг на друга колебания.

Если волны от источников А и Б придут в точку С в одинаковых фазах, то произойдет усиление колебаний; если же — в про­тивоположных фазах, то наблюдается ослабление колебаний.

Постоянное во времени явление взаимного усиления и ослаб­ления колебаний в разных точках среды в результате наложения когерентных волн называется интерференцией. В результате в пространстве образуется устойчивая картина чередования об­ластей усиленных и ослабленных колебаний.

Условиe максимума

Для двух когерентных волн можно написать пропорцию: hello_html_73f7c31a.gif.

Если колебания вибраторов А и Б совпадают по фазе и име­ют равные амплитуды, то hello_html_m6664ef2d.gif,


где k=0, 1, 2, ...

Тогда hello_html_m7e02a0af.gif


Если разность хода волн равна целому числу волн (т. е. четному числу по­луволн), то в точке наложения этих волн образуется интерференционный максимум.

hello_html_7342564e.png

Условие минимума

Если волны от вибраторов А и Б придут в точку С в противофазе, то они по­гасят друг друга: А=0. Тогда hello_html_520c8fbd.gif. Следовательно, hello_html_m24c382b8.gif


Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн, то в точке наложения этих волн образуется интерференционный минимум.

Если разность хода не определяется данными соотношениями, то наблюдается промежуточный результат: 0<А<2х.

hello_html_m39251d85.png

Распределение энергии при интерференции.

Наличие минимума в точке С означает: энергия W сюда не поступает.

Наличие максимума в точке С означает: происходит увеличе­ние за счет перераспределения энергии в пространстве. Так как энергия пропорциональна квадрату амплитуды, то при увели­чении амплитуды в 2 раза энергия увеличивается в 4 раза. Это означает, что в точку С поступает энергия в 4 раза боль­ше энергии одного вибратора при условии: энергии вибраторов равны.

Интерференция присуща волнам любой природы (механиче­ским, электромагнитным).

Стоячие волны

Если раскачивать один конец веревки с правильно подобран­ной частотой (другой ее конец закреплен), то к закрепленному концу побежит непрерывная волна, которая затем отразится с потерей полуволны. Интерференция падающей и отраженной волн приведет к возникновению стоячей волны, которая выгля­дит неподвижной.

Устойчивость стоячей волны удовлетворяет следующему условию: hello_html_5bcabe2c.png где Lдлина веревки; п=1, 2, 3 и т.д.; vскорость распро­странения волны, которая зависит от натяжения веревки. Стоячие волны возбуждаются в любых телах, способных со­вершать колебания.

hello_html_m3143feee.png

Образование стоячих волн является резонансным явлением, которое происходит на резонансных или собственных частотах тела. Точки, где интерференция гасится, называются узлами, а точки, где интерференция усиливается,— пучностями. Помимо поперечных стоячих волн существуют еще и продольные стоячие волны.

hello_html_708f01c3.png





































































Звуковые волны.

Звук – колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн (колебания плотности, давления).

Не может распространяться в вакууме! Продольная волна в жидкостях и газах!



Инфразвуки

(до 16 Гц)

Слышимые звуки

(16 – 20000Гц)

Ультразвуки

(более 20000 Гц)

Гиперзвуки

(109 – 1013 Гц)

Источники

Шум атмосферы, леса, моря. Гром. Взрывы, орудийные выстрелы. Сейсмические волны.

Колебания твердого тела (мембраны, деки, диффузоры громкоговорителей). Колебания ограниченных объемов среды (воздух в музыкальных духовых инструментах, органах, свистках). Голосовой аппарат человека и животных.

Пьезоэлектрические материалы.

Магнитострикционные материалы.

Некоторые животные (дельфины, летучие мыши и др.).

Тепловое движение атомов. Пьезоэлектрические и магнитострикционные материалы.

Применение

Определение места взрыва, выстрела. Предсказание цунами. Исследование атмосферы.

Ориентация в пространстве. Общение, речь, получение информации.

Дефектоскопия, медицина, эхолокация. Физика твердого тела. Получение эмульсий. Ускорение диффузии, некоторых химических реакций. Ориентация в пространстве у некоторых животных.

Изучение состояния вещества. Линии задержки (цветное телевидение, ЭВМ и т.п.)

Диапазоны слышимых звуков

Дети

20 лет

35 лет

50 лет

16 – 22000 Гц

16 – 20000 Гц

25 – 15000 Гц

30 – 12000 Гц


Скорость звука зависит от среды и ее состояния, как и для любой механической волны.

Скорость звука при 00С в воздухе 331,5 м/с, в воде – 1430 м/с, в стали – 5000 м/с.

Приемники звука.


1. Естественные: ухо. Обладает высокой чувствительностью (Dp=10-6 Па) и избирательностью (например, дирижер улавливает звуки отдельных инструментов оркестра).


2. Искусственные: микрофон. Основная характеристика – чувствительность hello_html_7ccb8daa.gif(зависит от частоты звука).




Характеристики звука.


1. Спектр – разложение на гармонические колебания по частотам. Восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны. Шум - звуки, образующие набор частот, непрерывно заполняющих некоторый интервал (сплошной спектр частот). Музыкальные (тональные) звуки – звуки, образующие линейчатый спектр частот: ча­стоты n входящие в состав музыкальных звуков, образуют ряд дискретных значений. Музыкальным звукам соответствуют периодические или почти пе­риодические колебания. Каждая синусоидальная звуковая волна называется тоном.

hello_html_m67d849e8.gif

Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон. Основным тоном сложного музыкального звука называется тон, соответ­ствующий наименьшей частоте, которая имеется в наборе частот данного звука. Тоны, соответствующие остальным частотам в составе звука, называются оберто­нами. Если частоты обертонов кратны частоте основного тона, то обертоны на­зываются гармоническими, причем основной тон с частотой n0 называется первой гармоникой, обертон со следующей частотой 2n0 - второй гармоникой и т. д.

hello_html_478313fa.png

Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, который определяется наличием обертонов - их частотами и амплитудами, характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спадом в конце звучания.

hello_html_1652677.png

2. Звуковое давление – давление, оказываемое звуковой волной на препятствие.


3.Интенсивность звуковой волны – энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности за единицу времени(hello_html_487ede49.gif).




4. Громкость звука зависит от интенсивности звука, т. е. определяется ампли­тудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью ор­ганы слуха обладают к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц. В этом диапазоне ухо способно воспринимать звуки с интенсивностью около 10-12-10-11 Вт/м2.

Порогом слышимости называется наименьшая интенсивность звуковой волны, которая может быть воспринята органами слуха. Стандартный порог слышимости принимается равным I0=10-12 Вт/м2 при частоте n=1 кГц.

Порогом болевого ощущения называется наибольшая интен­сивность звуковой волны, при которой восприятие звука не вызывает болевого ощущения. Порог болевого ощущения зависит от частоты звука (на частоте 1 кГц равен 1 Вт/м2).

Мерой чувствительности органов слуха к восприятию звуковых волн дан­ной интенсивности является уровень интенсивности (громкости): hello_html_m80fa5fa.gif. Единица измерения - децибел





Выбранный для просмотра документ Криволинейное движение.doc

библиотека
материалов

Криволинейное движение.

При криволинейном движении вектор скорости всегда направлен по касательной к траектории движения. Любое криволинейное движение можно представить в виде суммы прямолинейных движений и движений по окружностям разных радиусов.Скорость изменяется как по величине, так и по направлению. Вектор ускорения направлен под углом к вектору скорости.

hello_html_m6c99da3a.png

РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТОЧКИ ПО ОКРУЖНОСТИ.

Равномерное движение точки по окружности - движение точки с постоянной по модулю скоростью (v=const) по траектории, представляющей собой окружность. Но, т.к. скорость всегда направлена по касательной к траектории движения, то по направлению она изменяется. Значит равномерное движение по окружности – ускоренное движение! Точка совершает перемещение с постоянной по модулю скоростью, следовательно:hello_html_m42d7877c.gif.


В этом случае скорость точки называется линейной скоростью ( длина дуги). Вектор линейной скорости направлен по касательной к окружности в данной точке.

hello_html_b71ac97.png

Можно характеризовать изменение положения тела с помощью углового перемещения (угла поворота) j. Возьмем несколько концентрических окружностей и построим для всех центральный угол j так, чтобы радиусы этих окружностей, образующие угол, накладывались друг на друга. Из рисунка видно, что одному и тому же углу j соответствуют у одной окружности дуга и радиус r, а у другой – дуга L и радиус R. За меру угла можно принять отношение длины дуги к радиусу:hello_html_48c2fbb0.gif.

Единица измерения угла в этом случае наз. радианом (сокращение – рад).

hello_html_34a7192f.gif



hello_html_48c2fbb0.gif


Центральный угол равен одному радиану, если длина дуги равна радиусу окружности. Если точка совершила полный оборот, то длина дуги равна длине окружности. Следовательно: hello_html_m1ba2c48f.gif


- полный оборот точки соответствует 2p радиан. Для перевода единиц составим пропорцию: hello_html_5726d0ca.gif. Следовательно: hello_html_m32bc1abc.gif


Равномерное движение точки по окружности – это движение, при котором точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые угловые перемещения (поворачивается на одинаковые углы).

Если характеризовать движение углом поворота, то удобно ввести угловую скорость: hello_html_4f20d71a.gif-

угловая скорость показывает, на какой угол поворачивается точка при равномерном движении по окружности за единицу времени. Единица измерения в СИ - рад/с.

Можно сказать, что равномерным движением по окружности наз. движение с постоянной угловой скоростью. Линейная и угловая скорости связаны между собой: hello_html_4bf01a73.gif, т.е. hello_html_3bcbefc1.gif.

К важным характеристикам вращательного движения относятся частота и период. Период - физическая величина, показывающая, чему равно время, за которое точка совершает один полный оборот. Если обозначить N – число оборотов, а Т – период, то: hello_html_m74835750.gif.


Единица измерения в СИ – с. Т.к. за период точка поворачивается на угол 2p, то hello_html_142ef239.gif.


Частота – количество оборотов, которое совершила точка за единицу времени: hello_html_4ed99ee3.gif.


Единица измерения в СИ – Гц (герц). Частота равна одному герцу, если за 1 секунду точка совершает один полный оборот (1Гц=1с-1). Частота и период – взаимно обратные величины: hello_html_mcc975d6.gif. Следовательно: hello_html_m60dc0652.gif.

hello_html_142ef239.gif



hello_html_mcc975d6.gif



hello_html_m60dc0652.gif



Выбранный для просмотра документ Механическая работа и мощность.doc

библиотека
материалов


Механическая работа (А)


Физическая величина, характеризующая результат действия силы и численно равная скалярному произведению вектора силы и вектора перемещения, совершенного под действием этой силы.

hello_html_m15650a9b.png

A=Fscosα

A=Fscosα

Работа не совершается, если:

  1. Сила действует, а тело не перемещается.

Например: мы действуем с силой на шкаф, но не можем сдвинуть.

hello_html_3245ce4b.png

  1. Тело перемещается, а сила равна нулю или все силы скомпенсированы.

Например: при движении по инерции работа не совершается.

hello_html_1dc6a6ec.png

3. Угол между векторами силы и перемещения (мгновенной скорости) равен 900 (cosa=0).

Например: центростремительная сила работу не совершает.

hello_html_m21793514.png

Если вектора силы и перемещения сонаправлены (α=00, cos0=1), то A=Fs

hello_html_60002217.png

Если вектора силы и перемещения направлены противоположно

(a=1800, cos1800 = -1), то A= -Fs (например, работа силы сопротивления, трения).

hello_html_m31eb81a0.png


Если угол между векторами силы и перемещения 00 < α < 1800, то работа положительна.

hello_html_m32df377d.png


Если угол между векторами силы и перемещения 00 < α < 1800, то работа положительна.

hello_html_m22c6915.png

Если на тело действует несколько сил, то полная работа (работа всех сил) равна работе результирующей силы.


Если сила меняется с расстоянием (координатой), то необходимо разбить все движение на такие малые участки, на которых силу можно считать неизменной, сосчитать работы на каждом элементарном участке пути, и сложить все элементарные работы.

hello_html_2d3ef3aa.png

Графическое представление работы.



Рассмотрим движение тела под действием постоянной силы вдоль прямой Ох. График зависимости силы от координаты изображен на рисунке.

Площадь заштрихованного прямоугольника на рисунке численно равна работе силы F при перемещении из точки х1 в точку х2.


hello_html_44ecae73.png

Если тело движется не по прямой, то можно разбить все движение на бесконечно малые участки, которые можно считать прямолинейными, и просуммировать работы. Таким образом:

работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости силы от координаты F(x).


hello_html_mebc0d2f.png

Единицы работы.


В международной системе единиц (СИ):

[А] = Дж = Н м

Механическая работа равна одному джоулю, если под действием силы в 1 Н оно перемещается на 1 м в направлении действия этой силы.

1Дж = 1Н

Мощность


Мощность - физическая величина, характеризующая скорость совершения работы и численно равная отношению работы к интервалу времени, за который эта работа совершена.

Мощность показывает, какая работа совершается за единицу времени.hello_html_0.gif


Единицы мощности

В международной системе единиц (СИ): hello_html_0.gif

Мощность равна одному ватту, если за 1 с совершается работа 1 Дж.

hello_html_0.gif


1 л.с. (лошадиная сила) » 735 Вт


Выбранный для просмотра документ Основное уравнение МКТ газов.doc

библиотека
материалов

Основное уравнение МКТ газов

 

Модель идеального газа

1. Межмолекулярные силы притяжения отсутствуют (можно пренебречь потенциальной энергией).

2. Взаимодействия молекул газа происходят только при их соударениях и являются упругими

3. Молекулы газа не имеют объема - рассматриваются как материальные точки.

hello_html_m11964e3b.png

 

Хаотичность молекулярного движения

Проекции скоростей молекул на оси Ох и Оу положительны или отрицательны.

hello_html_2c84ed83.png


Модель: идеальный газ.

Задача: связать макроскопические параметры (то, что можно измерить) и микроскопические параметры (характеристики молекул), например давление и скорость движения молекул.

Следствие опыта: давление газа объясняется ударами молекул о дно и стенки сосуда.

Предварительное обсуждение:

  1. Давление тем больше, чем больше количество ударов. Количество ударов определяется концентрацией молекул. Значит, давление зависит от концентрации.

  2. Давление тем больше, чем больше энергия соударения, т.е. чем больше кинетическая энергия молекулы. Значит, давление зависит от массы молекул и квадрата скорости движения молекул.

  3. Т.к. все молекулы движутся с различными скоростями, то некоторые молекулы не успеют долететь до стенки.

  4. Т.к. молекулы движутся в различных направлениях, то необходимо учесть, что не все молекулы смогут принять участие в создании давления. Т.к. молекул много, то скорости молекул можно усреднить.


Определение

Учет числа молекул (п.1)

Причина - удары

молекул (п.2)

Удары абсолютно упругие (модель).

 

hello_html_m3a008a03.gif



hello_html_m5a75752b.gif


hello_html_3db48cc4.gif


В проекциях:

hello_html_m23e62ce2.gif


hello_html_mcc85603.gif


 

Предварительный итог:

hello_html_72b545c7.gif



f - сила удара одной молекулы

m0 - масса одной молекулы

 

Учет расстояний (п.3)

Подстановка

Усреднение

Общий итог:

 

hello_html_a8364d.gif



hello_html_m675b2312.gif



Все направления равноправны:

hello_html_25e5eac6.gifв среднем hello_html_m122bbb93.gifмолекул имеет составляющую скорости, направленную к выбранной стенке: hello_html_m3340f9b9.gif

hello_html_m4b2d396c.gif



 

Это уравнение, выведенное впервые немецким физиком Р. Клаузиусом, называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа. Оно устанавливает связь между микроскопическими параметрами и макроскопическими (измеряемыми) величинами.

hello_html_5f82b619.gif

 

Учитывая, что hello_html_6e301819.gif - средняя кинетическая энергия молекулы газа,получим: hello_html_b265bf.gif

 

Давление идеального газа прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул, содержащихся в единице объема газа.

 

Т.к. hello_html_6a20973c.gif, то уравнение можно переписать в виде: hello_html_6f890aa7.gif




Температура

Важнейшим внутренним параметром газа является температура, чувствительность к которой заложена в живых системах, однако она субъективна («степень нагретости тела»).

hello_html_4b71d02.png

Основные свойства температуры

Тепловое (термодинамическое) равновесие – состояние тела или системы тел, при котором его термодинамические параметры (p, V, m и др.) остаются неизменными сколь угодно долго. Температура - характеристика внутреннего состояния макроскопической системы – состояния теплового равновесия. Температура – термодинамический параметр, одинаковый во всех частях термодинамической системы, находящейся в тепловом равновесии. Температуры тел, находящихся в тепловом контакте, выравнива­ются.

hello_html_m722e4835.png

Измерение температуры.

1. Тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром.

2. Термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела.

3. Показание термометра следует отсчитывать после наступ­ления теплового равновесия.

Термометры.

  1. Жидкостный термометр (ртуть: температура от -38 до 2600С; глицерин: от – 50 до 1000С) – тепловое расширение.

  2. Термопара (температура от -269 до 23000 С).

  3. Термисторы (зависимость сопротивления от температуры).

  4. Манометрические (зависимость давления от температуры).

  5. Газовые термометры – тепловое расширение.

Акустические, магнитные и др.

Температурные шкалы:

  1. Шкала Цельсия. 00С – таяние люда, 1000С – кипение воды (изначально – наоборот).

  2. Шкала Реомюра. 00С - 00R, 1000С - 800R. Þ 10R=1,250С.

  3. Шкала Фаренгейта. 00С=320F, 1000С=2120F Þ t0C=5/9(t0F-32).

Недостаток этих шкал – произвольность выбора реперных точек (точек отсчета), их зависимость от внешних условий.

Физический смысл температуры


Опыт: давление газа зависит от температуры - hello_html_76d65acb.gif и hello_html_m56c90f83.gif.

Из основного уравнения МКТ идеального газа: hello_html_b265bf.gif. Следовательно hello_html_m58f7b175.gif.

Если мы установим, как меняется это выражение при переходе от одного состояния теплового равновесия к другому, то можно будет ввести понятие температуры и изучить ее свойства.

Физическая величина, одинаковая у любых тел при тепловом равновесии.


Опыт показывает, что для любых веществ hello_html_m4ea616f9.gif.

Заменяя знак пропорциональности на знак равенства, получим: hello_html_m41153483.gif

где k – коэффициент пропорциональности, называемый постоянная Больцмана, а Т – абсолютная термодинамическая температура.

Абсолютная температура.

hello_html_581d5389.gif - абсолютная температура неотрицательна!


Т.к. объем газа равен нулю быть не может, то температура равна нулю, если давление равно нулю, а значит, равна нулю скорость поступательного теплового движения (сохраняются т.н. нулевые колебания).

hello_html_581d5389.gif


hello_html_m27bbdddd.gif

Единица температуры – Кельвин (К). Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры трой­ной точки воды. Шкала строится так, что hello_html_481d2c28.gif.

КЕЛЬВИН

hello_html_mbd8c9d6.png

Температура

абсолютного нуля не зависит от внешних условий и одинакова для всех веществ.

Связь температуры

и средней кинетической энергии поступательного движения молекул.


Сравнивая два выражения hello_html_m58f7b175.gif и hello_html_m7544b063.gif,


получим: hello_html_m1d04fc11.gif.


Т.о. средняя кинетическая энергия прямо пропорциональна абсолютной температуре.

Температура - мера средней кинетической энергии молекул.

hello_html_m1d04fc11.gif



Постоянная Больцмана hello_html_38ce5941.gif


hello_html_38ce5941.gif


Температуру можно измерять в энергетических единицах – Джоулях.

При Т=0 средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул равна нулю.

При комнатной температуре (300К) энергия примерно 6.10-21Дж – очень маленькая (барабанные перепонки – шум в ушах; движение частиц мозга – передача сигналов).

Т.к. hello_html_2bb59d47.gif и hello_html_m1d04fc11.gif, то hello_html_m2fdaaf08.gif


- связь давления итемпературы (еще одна форма основного уравнения МКТ идеального газа).

hello_html_m2fdaaf08.gif



Выбранный для просмотра документ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ.doc

библиотека
материалов

ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ


Прямолинейное движение - траектория представляет собой прямую линию.

Прямолинейным равномерным движением называется механическое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени

t1 = t2 = t3 = ... совершает одинаковые перемещения hello_html_m1437da39.gif

Следовательно: hello_html_m5e3ad9fb.gif - эта величина является характеристикой движения.

hello_html_629657fe.gif- скорость прямолинейного равномерного движения.

Скорость прямолинейного равномерного движения - это векторная физическая величина, численно равная отношению перемещения к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло.

hello_html_m64ec13d8.gif

Скорость показывает, какое перемещение совершает тело за единицу времени, двигаясь прямолинейно и равномерно.

Например, если модуль скорости равна 5 м/с, это значит, что за каждую секунду своего движения тело, двигаясь прямолинейно и равномерно, перемещается на 5 м.

hello_html_m72b9dcd5.gif

Для описания прямолинейного равномерного одного тела достаточно одной оси координат.

hello_html_m181cf77e.gif

По правилам действия с векторами hello_html_m231a9a0d.gif

Из чертежа видим: hello_html_m3086051e.gif,

где hello_html_2f808114.gif- проекция вектора скорости на координатную ось x.

hello_html_4ca13aee.png

Решение основной задачи механики для прямолинейного равномерного движения:

hello_html_7dc88c91.gif


hello_html_m181cf77e.gif

hello_html_m231a9a0d.gif

hello_html_m3086051e.gif

hello_html_7dc88c91.gif

Следовательно: hello_html_21faf5b5.gif

Если движение сонаправлено с осью координат, тоhello_html_2299b4ba.gif.

Если движение против оси координат, то hello_html_m64ec673.gif.

Графическое представление равномерного прямолинейного движения


1.График зависимости проекции скорости от времени


Площадь под графиком скорости численно равна перемещению. (Справедливо для любого движения)

hello_html_m40bda0ea.png

2. График зависимости проекции перемещения от времени


hello_html_m68fc610e.gif и hello_html_m345b21da.gif - движение сонаправлено с осью,

hello_html_3d620e53.gif - движение против оси.

hello_html_m34e3367.png

3. График зависимости координаты от времени.


1, 2, 4 - движение сонаправлено с осью,

3, 5 - движение против оси.

hello_html_5968f45e.png




Выбранный для просмотра документ Равнопеременное движение.doc

библиотека
материалов

Равнопеременное движение. Ускорение.

Движение, при котором скорость тела изменяется одинаково за любые равные промежутки времени, называется равнопеременным движением.

Обозначим: hello_html_3f537c4b.gif- вектор начальной скорости, hello_html_m69ec18c.gif - изменение скорости, а Dt - промежуток времени.

Пусть Dt1= Dt2=Dt3=..., тогда по определению hello_html_43cafc60.gif


hello_html_m70fee762.gif- ускорение.


Если t0=0, то hello_html_m3341ba6c.gif

hello_html_m3341ba6c.gif

УСКОРЕНИЕ - физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости и (при равнопеременном движении) численно равная отношению вектора изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло.

Ускорение при равнопеременном движении показывает, насколько меняется мгновенная скорость движения тела за единицу времени. Единица ускорения в СИ - м/с2.

Например, ускорение равно 5 м/с2 - это значит, что, двигаясь равноускоренно, тело изменяет скорость на 5 м/с за каждую секунду своего движения.

Равнопеременное движение называется равноускоренным, если модуль скорости возрастает.

Условие р.у.д. -hello_html_3aea77ff.gif.

Равнопеременное движение называется равнозамедленным, если модуль скорости уменьшается.

Условие р.з.д. - hello_html_23d07660.gif.

Графики равнопеременного движения.

hello_html_3f58677f.gif

hello_html_3f58677f.gif

или hello_html_m4362a066.gif - в проекциях;

или hello_html_m32244dd2.gif– через модули.

hello_html_m4362a066.gif

Линейная функция. График - прямая.


Движения, совпадающие с направлением координатной оси:

1. равноускоренное с начальной скоростью

2. равноускоренное без начальной скорости

3. равнозамедленное

Движения против координатной оси:

5. равноускоренное без начальной скорости

4. равнозамедленное

6. равноускоренное с начальной скоростью

hello_html_e066495.png

Перемещение при равнопеременном движении.


Площадь под графиком скорости численно равна перемещению.


Следовательно, площадь трапеции численно равна перемещению.

hello_html_m4d9e58a3.png

Решение основной задачи механики для р.у.д. : hello_html_4f9ad269.gifhello_html_m22dc3939.gif











Выбранный для просмотра документ Реактивное движение.doc

библиотека
материалов

Реактивное движение.

Под реактивным понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела. При этом возникает т.н. реактивная сила, сообщающая телу ускорение.

Уравнение Циолковского: Пусть в некоторый момент времени скорость ракеты относительно инерциальной системы, связанной со звездами, равна hello_html_27874547.gif (рис. а), а масса ракеты равна М. Скорость истечения газов относительно выбранной инерциальной системы отсчета равна hello_html_m6e24d9fe.gif, т.к. до начала сгорания топливо имело ту же скорость, что и ракета, а масса топлива m.

Через малый интервал времени Dt масса ракеты станет равной hello_html_m76841157.gif, где m - расход топлива (Расходом топлива называется отношение массы сгоревшего топлива ко времени его сгорания). За этот же промежуток времени скорость ракеты изменится на hello_html_m32d47b82.gif и станет равной hello_html_149d5749.gif. Тогда получим: hello_html_m4bab614b.png

Раскрыв скобки: hello_html_7d5bf5d7.png

Слагаемым hello_html_m32afb1bf.png можно пренебречь по сравнению с остальными. После приведения подобных членов будем иметь: hello_html_52b86483.png или

hello_html_mef35a12.gif -


уравнение Мещерского для движения тела переменной массы (1897 г.). Обозначим hello_html_m60505ff.gif. Если учесть действие не только реактивной, но и внешней силы, то закон движения для реактивного движения будет выглядеть следующим образом: hello_html_mc39c63e.gif.

Если представить, что все топливо вытекает одновременно, то согласно закону сохранения импульса: Mv - mu = 0

или hello_html_m467f35db.gif.


Здесь m - масса топлива.

Следовательно, скорость движения ракеты тем больше, чем больше скорость истечения топлива и чем большую часть составляет масса топлива от массы ракеты. Поскольку hello_html_5558bb92.gif, то v < u.





hello_html_m3cc36a9e.png


hello_html_fbe0b7.png


Выбранный для просмотра документ СИЛА ТЯЖЕСТИ.doc

библиотека
материалов


СИЛА ТЯЖЕСТИ



Сила тяжести - это сила притяжения тел к Земле (к планете).

hello_html_m20053ec6.png

hello_html_m25935f6.png



hello_html_331c16b3.gif

hello_html_733bebcc.gif - из закона Всемирного тяготения. (где M - масса планеты, m - масса тела, R - расстояние до центра планеты).

hello_html_331c16b3.gif - сила тяжести из второго закона Ньютона (где m - масса тела, g - ускорение силы тяжести).

hello_html_m20a4e7fb.gif - ускорение силы тяжести не зависит от массы тела (опыты Галилея).

g0»9,81 м/с2 - на поверхности Земли

Если обозначить R0 радиус планеты, а h - расстояние до тела от поверхности планеты, то: hello_html_m2900101e.gif

hello_html_m2900101e.gif

Ускорение силы тяжести зависит:

  1. Массы планеты.

  2. Радиуса планеты.

  3. От высоты над поверхностью планеты.

  4. От географической широты (на полюсах - 9,83 м/с2. на экваторе - 9,79 м/с2.

  5. От залежей полезных ископаемых.

hello_html_m71590b6.png


Выбранный для просмотра документ Сила тяжести и вес.doc

библиотека
материалов

Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.


Цель:

Повторить законы Ньютона;

Изучить силу тяжести, выяснить от каких величин она зависит

Рассмотреть вес покоящегося тела, вес тела, движущегося с ускорением.

Тип урока : комбинированный.

План.

1.Оганизационный момент

2. Актуализация знаний

  • Повторить законы Ньютона ( Слайды)

  • Фронтальный опрос ( у учащихся карточки на столах)

  • Решение задачи

Дано:

F1=15 H

m1 = 0, 5 кг

m2 = 2 кг

а1=а2

F2 -?



Ответ 60 Н

1.Записать формулу для определения силы F2 = m2а2

2. Какие величины не известны?

3. Запишите формулу для расчета ускорения?




  • Закон Всемирного тяготения ( слайды)

-кем он был открыт

- о чем закон

-сформулировать закон

- записать формулу закона всемирного тяготения

- пояснить все величины, входящие в формулу

  • Решение задачи

  • Самостоятельная работа

3. Объяснение нового материала.

( слайды)

Тела притягиваются к Земле и для нас в этом нет ничего удивительного. Притяжение существует между всеми телами. Притяжение яблок друг к другу очень мало, а вот притяжение яблок к Земле очень заметно.

(Ученики выполняют самостоятельно, пользуясь текстом)

  • Запишите определение силы тяжести

  • Сделать пояснительный рисунок

  • Записать формулу для расчета силы тяжести.

С каким ускорением движутся тела под действием силы тяжести?

Что вы знаете об ускорении свободного падения на различных планетах?

4. Закрепление.

Тест « Хорошо ли ты знаешь силу тяжести?» ( верю-не верю)

А что такое вес?

( слайды)

Самостоятельно, пользуясь текстом ответить на вопросы

- Как рассчитать вес покоящегося тела?

- Как рассчитать вес тела, движущегося с ускорением.

5. Итог урока. Выставление оценок.

6. Дача д.з. Приготовить сообщения « Сила тяжести на различных планетах» , « Невесомость».

Выбранный для просмотра документ Строение атомного ядра.doc

библиотека
материалов

Строение атомного ядра


В 1911 г. в результате исследований, проведенных Резерфордом по рассеянию a-частиц при прохождении через вещество, был открыт протон ядро атома водорода, который обладает положительным электрическим зарядом, равным модулю заряда электрона.

hello_html_m3bcae000.gif

Заряд ядра атома

Английский физик Г. Мозли в 1913 г. предсказал, что заряд ядра атома q,=Ze, где еэлементарный электрический заряд; Z порядковый номер элемента в таблице Менделеева, определяет число электронов в атоме. Химические свойства зависят только от зарядового числа. Немецкие ученые В. Боте и Г. Беккер, изучая реакции (1930), происходящие при облучении бериллия a-частицами, обнаружили новое излучение, обладающее очень большой проникающей способностью.


В 1932 г. английский физик Дж. Чэдвик выдвинул гипотезу: бериллиевые лучи состоят из нейтральных частиц, масса кото­рых близка к массе протона. Их назвали нейтронами.


Дальнейшие исследования показали, что нейтрон нестабильная части­ца: свободный нейтрон за время 15 мин распадается на протон, электрон и нейтрино частицу, лишенную массы покоя.


Масса нейтрона mn=1838,6 электронных масс, масса протона mp= 1836,1 электронных масс, mn > mp приблизительно на 2,5 массы электрона. После открытия нейтрона Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении ядра.

В ядре протон и нейтрон неразличимы, поэтому их называют нуклонами (ядерными частицами). Число протонов Z, число нейтронов N, массовое числоэто суммарное число нуклонов в ядре А..

A - массовое число


Z - заряд ядра,

число протонов,

число электронов,

номер элемента в таблице Менделеева


N - число нейтронов

hello_html_m7885932f.png

A=Z+N

Обозначение химических элементов (ядер) в атомной и ядерной физике.

hello_html_51598ff.gif, где X - символ химического элемента.

hello_html_m6dd5a854.gif - протон; hello_html_6be60054.gif- нейтрон; hello_html_52062d57.gif- электрон; hello_html_m7bfc39dc.gif-частица;



Выбранный для просмотра документ Трение.doc

библиотека
материалов

Трение.


Название силы

Природа взаимодействия

Формула

Направление

Условие применимости

Примечание

Сила

трени покоя

Электро-

магнитная




hello_html_m5643bac6.gif

Противоположно силе, приложенной к телу, вдоль поверхности соприкосновения.

Равна по величине и противоположна по направлению приложенной силе.


Зависит от рода трущихся поверхностей.

N - сила реакции опоры.

Сила

трения скольжения

Электро-

магнитная

hello_html_345c9e9e.gif

(закон

Кулона –

Амонтона)

Противоположно направлению вектора относительной скорости движения.

Формула выполняется приближенно, т.к. сила трения зависит от скорости.

m - коэффициент трения скольжения. Зависит от рода трущихся материалов, от обработки поверхностей. Не зависит от силы давления, от площади соприкасающихся поверхностей.

Сила трения качения

Электро-

магнитная

hello_html_509e323.gif

Противоположно направлению вектора относительной скорости движения.

Формула выполняется приближенно, т.к. сила трения зависит от скорости.

m - коэффициент трения качения

Сила

спротивления

(жидкого трения)

Электро-магнитная

F=av

F=bv2

Противоположно вектору скорости.

До определенной скорости выполняется формула F=αv, а затем - F=βv2. Какую формулу применять устанавливают на опыте.

Коэффициенты пропорциональности зависят от рода среды, формы и размеров тела. Коэффициенты размерны.

График:

hello_html_7fe45c44.png

1. Трение покоя.

hello_html_8fe7694.png

hello_html_1e0a3135.pnghello_html_57af8ecb.png

2. Трение скольжения. При v=const m=tga.

hello_html_7f2dac40.png

hello_html_m68318cfb.png

3. Жидкое трение.

hello_html_m1e888ed6.gifhello_html_55d4695.gif


Выбранный для просмотра документ Электромагнитные колебания.doc

библиотека
материалов

Электромагнитные колебания.


Периодические изменения во времени электрического заряда (силы тока, напряжения) называются электромагнитными колебаниями.

Электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора с емкостью C и катушки с индуктивностью L, наз. колебательным контуром.

hello_html_16ebd9cd.png

Если активное сопротивление R ®0, то колебания являются свободными незатухающими. Возбудить колебания в контуре можно либо сообщив заряд конденсатору (электрическое поле), либо с помощью электромагнитной индукции возбудив ток в катушке (магнитное поле).

Закономерности электромагнитных и механических колебаний математически одинаковы.

hello_html_10fd8636.gif

В колебательном контуре происходят периодические превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.

hello_html_33ff272b.gif

Для энергии электрического поля конденсатора воспользуемся выражением hello_html_54444b11.gif,

а для энергии магнитного поля катушки hello_html_m6f8d88da.gif.

hello_html_54444b11.gif

hello_html_m6f8d88da.gif

q –электрический заряд, Кл

C- электроемкость, Ф

L- индуктивность, Гн

I – сила тока, А

W- энергия, Дж

hello_html_5fc7cd94.gif

hello_html_m24410945.gif- формула Томсона.

Т – период, с


hello_html_m24410945.gif

Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

При включении конденсатора в цепь постоянного напряже­ния сила тока I=0, а при включении конденсатора в цепь пере­менного напряжения сила тока I ¹ 0. Следовательно, конденса­тор в цепи переменного напряжения создает сопротивление меньше, чем в цепи постоянного тока.

hello_html_m56f11a5c.png


hello_html_m5a790b13.gif- емкостное сопротивление.

Емкостное сопротивление не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты).

hello_html_48b471f3.gif

Чем больше частота переменного тока, тем лучше пропускает конденсатор ток (тем меньше сопротивление конденсатора переменному току).

hello_html_m5a790b13.gif

Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, си­ла тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для этой же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи посто­янного напряжения.

hello_html_7a8b3232.png

Величина hello_html_m3e8e5cf7.gif - индуктивное сопротивление.


hello_html_m3e8e5cf7.gif

В отличие от активного сопротивления, индуктивное не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты): чем больше частота переменного тока, тем больше сопротивление, которое ему оказывает катушка.




Резонанс в электрической цепи.


Резонанс в электрической цепи явление резкого возраста­ния амплитуды вынужденных колебаний тока при приближении частоты внешнего напряжения (эдс) и собственной частоты колебательного кон­тура.


сопротивление будет минимальным (сила тока при заданном напряжении – максимальной) при условии hello_html_m4e580269.gif или hello_html_m38a2a851.gif.


hello_html_715a0acd.png

Следовательно, hello_html_146f7d84.gif - т.е. частота изменения внешнего напряжения равна


собственной частоте колебаний в контуре.

hello_html_146f7d84.gif

Амплитуды колебаний напряжения на индуктивности и емкости будут равны

hello_html_m7d6a7c66.gif

и hello_html_7045c5c.gif


- т.е. они равны по величине и противоположны по фазе (напряжение на индуктивности опережает по фазе напряжение на емкости на p).

hello_html_23ab8e20.gif


hello_html_m7fc3e82.gif

При этом если величина hello_html_m6098eb66.gif,


то напряжения на емкостной и индуктивной нагрузках могут оказаться много больше внешнего напряжения (эдс генератора)!

hello_html_m77ada162.png

На рисунке представлена зависимость тока в колеба­тельном контуре от частоты при значениях R, где R1<R2<R3.

В случае резонанса hello_html_m24d045a9.gif. Резкое уменьшение амплитуды силы тока во внешней цепи, питающей параллельно соединенные емкостное и индуктивное сопротивления при приближении частоты внешнего напряжения к собственной частоте колебательного контура наз. резонансом токов.


Применение: одно из основных применений резонанса в электрической цепи – настройка радио и телевизионных приемников на частоту передающей станции. Необходимо учитывать резонансные явления, когда в цепи, не рассчитанной на работу в условиях резонанса, возникают чрезмерно большие токи или напряжения (расплавление проводов, пробой изоляции и т.д.).















Ответить на вопросы:

  1. Как устроен колебательный контур?

  2. Опишите процессы происходящие в колебательном контуре после того, как ему был сообщен некоторый запас электрической энергии

  3. Будут ли происходить электрические колебания в контуре, если сообщить энергию катушке индуктивности, а не конденсатору?

  4. По какой формуле можно рассчитать емкость конденсатора.

  5. Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?

  6. Что произойдет с собственными колебаниями в контуре, если его емкость увеличить в 3 раза, а индуктивность уменьшить в 3 раза?

  7. Чему равен период собственных колебаний в контуре, если его индуктивность равна 2,5 мГн и емкость 1,5 мкФ? ( Ответ :0, 38 мс)

  8. Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Какую индуктивность надо включить в контур, чтобы получить электрические колебания частотой 10 кГц? ( Ответ :2,5 *10 -3 Гн)

  9. Какую индуктивность надо включить в колебательный контур, чтобы при электроемкости 2 мкФ получить колебания с периодом 0,001 с? ( Ответ: 12,7 мГн)

  10. Конденсатор какой емкости надо включить в колебательный контур, чтобы при индуктивности катушки, равной 5,1 мкГн, получить колебания с частотой 10 МГц?( Ответ:50 пФ)



Ответить на вопросы:

  1. Как устроен колебательный контур?

  2. Опишите процессы происходящие в колебательном контуре после того, как ему был сообщен некоторый запас электрической энергии

  3. Будут ли происходить электрические колебания в контуре, если сообщить энергию катушке индуктивности, а не конденсатору?

  4. По какой формуле можно рассчитать емкость конденсатора.

  5. Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?

  6. Что произойдет с собственными колебаниями в контуре, если его емкость увеличить в 3 раза, а индуктивность уменьшить в 3 раза?

  7. Чему равен период собственных колебаний в контуре, если его индуктивность равна 2,5 мГн и емкость 1,5 мкФ? ( Ответ :0, 38 мс)

  8. Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Какую индуктивность надо включить в контур, чтобы получить электрические колебания частотой 10 кГц? ( Ответ :2,5 *10 -3 Гн)

  9. Какую индуктивность надо включить в колебательный контур, чтобы при электроемкости 2 мкФ получить колебания с периодом 0,001 с? ( Ответ: 12,7 мГн)

  10. Конденсатор какой емкости надо включить в колебательный контур, чтобы при индуктивности катушки, равной 5,1 мкГн, получить колебания с частотой 10 МГц?( Ответ:50 пФ)


Выбранный для просмотра документ Электростатика.doc

библиотека
материалов

Электростатика.

Наука о свойствах и закономерностях поведения электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрическими зарядами, называется электродинамикой. Раздел электродинамики, изучающий неподвижные электрические заряды и их взаимодействие наз. электростатикой.

В V в. до н.э. люди заметили (Фалес?), что пылинки притягиваются к натертому янтарю (электричество от греч. "электрон" - янтарь).

hello_html_1a6dfbd.png

Строение атома:

Положительное ядро, вокруг которого вращаются отрицательные электроны.

Заряд протона равен заряду электрона по величине. В обычных условиях тело нейтрально.

hello_html_40a13039.png

Заряд тела положителен (+) - это значит, что не хватает электронов.

Атом с недостатком электронов - положительный ион.

Заряд тела отрицателен (-) - это значит, что избыток электронов.

Атом с избытком электронов - отрицательный ион.

hello_html_dcc705c.png

Электризация - процесс сообщения телу электрического заряда.

1. Электризация трением, ударом.

Электроны переходят от тела В к телу А.

hello_html_m77dafcca.png

2. Электризация через влияние (по индукции). Например, подносим заряженную палочку к телу, не дотрагиваясь до него, а затем разделяем тела на две части. Обе половины будут заряжены противоположно.

hello_html_m1c83377d.png

Электрический заряд.

Физическая величина, являющаяся количественной мерой электромагнитного взаимодействия. Тело обладает электрическим зарядом, если мы знаем, что при определенных условиях оно может притягиваться и отталкиваться. Существуюет два "рода" зарядов, которые условно называют положительными (стекло, потертое о шелк) и отрицательными (эбонит потертый о шерсть).

hello_html_2a6f7464.png

Обозначение: q.

Единицы измерения в СИ: [ q ] = Кл 1 (кулон). (1 Кл - это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А).

Заряд 1 Кл - очень большой в электростатике. Обычные заряды мкКл, нКл. (Заряд грозового облака 10¸20 Кл, в отдельных случаях - до 300 Кл. Земля имеет отрицательный заряд, равный 5,7.105Кл.)

hello_html_707f9093.png

hello_html_m11102625.png

Приборы для обнаружения заряда: электроскоп,

электрометр

hello_html_109c1c25.png

Опыт Иоффе-Милликена.

Цель опыта: обнаружить элементарный электрический заряд.

Опыт: Маленькая капелька масла облучается светом (ультрафиолетовыми лучами). В результате фотоэффекта она приобретает электрический заряд. Сила тяжести уравновешивается электрической силой. По результатам опыта можно рассчитать отношение заряда частицы, выбиваемой с поверхности тела, к ее массе (удельный заряд).

hello_html_m7f5dcea1.png

Результат: hello_html_32c58c80.gif - удельный заряд электрона. Делимость заряда!

Величина "е" - элементарный заряд. В СИ е=1,6.10-19 Кл Такой заряд имеет электрон (-), протон (+), другие заряженные элементарные частицы.

Любой электрический заряд, больший элементарного, выражается целым числом элементарных зарядов. Не существует (в рамках классической электродинамики) заряда, выраженного дробным числом элементарных зарядов. Т.е. q=Ne.


Закон сохранения электрического заряда.

Алгебраическая сумма зарядов, составляющих замкнутую систему, остается неизменной при любых взаимодействиях зарядов этой системы.

hello_html_m5823f4f8.gif

В телах заряды скомпенсированы очень точно. Если бы в теле человека зарядов одного знака было бы на 0,01% больше, чем зарядов другого, о сила взаимодействия между ними была бы равна силе притяжения между Землей и Солнцем.

Если Вселенная имеет конечные размеры, то ее суммарный заряд должен быть равен нулю.

Элементарный заряд

е=1,6.10-19 Кл


Примеры выполнения закона сохранения заряда:

1.Заряженная капля делится на две равные капли.

hello_html_3d67e656.png

2.Соединение двух заряженных капель.

hello_html_m43a63ac7.png

3. Соединение заряженных шариков.

hello_html_34e2e10a.png

4. Ядерные реакции:

а) hello_html_7b016b59.gif

7 + 2 = 8 + 1

б) hello_html_m18755021.gif

92 = 90 + 2

Верхние индексы у символов химических элементов обозначают массовые числа, нижние - заряды ядер (числа протонов и электронов в атоме). Т.е. при ядерных реакциях выполняются з-ны сохранения массового числа и заряда.





















 

Закон Кулона.

З-н Кулона - основной закон электростатики, позволяющий рассчитать силу взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами в вакууме. Открыт в 1785 г. французским физиком Шарлем Огюстеном Кулоном (раньше и более точно закономерности установлены Г. Кавендишем, но не опубликованы).

Опыт Кулона.

Металлические шарики заряжаются и взаимодействуют. Заряд измеряется в относительных единицах. Нить закручивается. Сила упругости нити уравновешивает электрическую силу. По углу закручивания нити определяют силу взаимодействия.

1.hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_m353a4426.gifÞ F ~ q1


2. hello_html_51912358.gifÞ F ~ q2


3. hello_html_28f13039.gifÞ F ~ hello_html_m1280e5c0.gif


hello_html_7e5be59f.png

Вывод: Сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

hello_html_m49c773d8.gif

Коэффициент k зависит от выбора системы единиц.

Коэффициент k численно равен силе взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами по единице заряда каждый, находящимися в вакууме на расстоянии, равном единице длины друг от друга.

hello_html_547cd33f.gif

В СИ удобно представить hello_html_48eaa1ad.gif,


где e0=8,85.10-12 Кл2/(Н.м2) - электрическая постоянная вакуума.


hello_html_40ee0863.gif

Диэлектрическая проницаемость среды ( e ).

Характеризует электрические свойства среды. Для любой среды e >1. Зависит только от свойств среды.

Диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме больше их сил взаимодействия в среде.

hello_html_m75f0cbb7.gif - безразмерная величина!


Примеры:

hello_html_178c2e54.png

Полная форма записи закона Кулона.

hello_html_77732e24.gif

hello_html_77732e24.gif

Если заряды не точечные или их больше двух, то силы складываются по правилу сложения векторов:

hello_html_m550981d6.gif






Электрическое поле. Напряженность электрического поля.

 

Закон Кулона не объясняет механизм передачи электромагнитного взаимодействия: близкодействие (непосредственный контакт) или дальнодействие? Если заряды действуют друг на друга на расстоянии, то скорость передачи взаимодействия должна быть бесконечно большой, взаимодействие должно распространяться мгновенно. На опыте скорость конечна (скорость света с=3.108м/с).

 

Для объяснения вводится понятие электрического поля (впервые - М. Фарадей) - особый вид материи, существующий вокруг любого электрического заряда и проявляющий себя в действии на другие заряды.

 

Напряженность - силовая характеристика электрического поля.

 

Пусть заряд q0 создает поле, в произвольную точку которого мы помещаем положительный заряд q. Во сколько бы раз мы не изменяли заряд q в этой точке, сила взаимодействия изменится во столько же раз (з-н Кулона).

hello_html_m2fc4bb87.png


Следовательно: hello_html_m272912b0.gif - величина постоянная в данной точке данного поля.


Напряженность - векторная физическая величина, численно равная отношению

силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку данного поля, к величине этого заряда.

hello_html_58fa4962.gif


Напряженность не зависит от величины заряда, помещенного в поле.

hello_html_6bedbf81.gif, если q>0. hello_html_m81b61f.gif, если q<0. Т.е. вектор напряженности направлен от положительного заряда и к отрицательному.

 

Напряженность в данной точке поля равна 1hello_html_22a9cfa7.gif, если на заряд в 1 Кл, помещенный в эту точку, действует сила в 1 Н. (Напряженность равна 1 hello_html_m29a57ec8.gif , если между точками электростатического поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга, существует разность потенциалов 1 В).

hello_html_4dcc5f79.gif

 

Принцип суперпозиции полей: напряженность поля, созданного системой зарядов равна геометрической сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом. Т.е. напряженности складываются геометрически: hello_html_42d20723.gif

Пример: hello_html_m7d06ea77.png

hello_html_m553f6f75.gif



Графическое представление электростатического поля.


 

Силовые линии (линии напряженности) - непрерывные (воображаемые) линии вектор напряженности касателен к каждой точке которых. Способ описания с помощью силовых линий введен Фарадеем.



hello_html_38e465dd.png

hello_html_m3efd203b.png

hello_html_m5dca7e66.png

hello_html_m3a349e77.png

hello_html_733936a3.png

 

Свойства:

 

1. Начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах.

2. Не пересекаются.

3. Густота линий тем больше, чем больше напряженность. Т.е. напряженность поля прямо пропорциональна количеству силовых линий, проходящих через единицу площади поверхности.

Можно договориться изображать поля так, что количество проведенных линий пропорционально величине заряда.
























































Напряженность поля точечного заряда.

Обозначим: q - заряд, создающий поле,

q0 - заряд, помещенный в поле (внешний заряд).

Закон Кулона: hello_html_m26c4908e.gif. Напряженность поля: hello_html_7b2e8731.gif.

Тогда напряженность поля точечного заряда: hello_html_28c575a.gif

hello_html_28c575a.gif

Теорема Гаусса.

Потоком вектора напряженности наз. величина Ф, равная произведению модуля вектора напряженности на площадь контура S, ограничивающую некоторую площадь, и на косинус угла между вектором напряженности и нормалью (перпендикуляром) к площадке.


hello_html_2076d7f3.gif


Если считать, что напряженность пропорциональна числу силовых линий, приходящихся на единицу площади поверхности (т.е. густоте), то поток напряженности пропорционален полному числу силовых линий, пересекающих данный контур.

hello_html_m216d3edc.png

Поток линий напряженности электростатического поля через произвольную замкнутую поверхность прямо пропорционален величине заряда, находящегося в области пространства, ограниченного данной поверхностью.

hello_html_baf2023.gif

Применения теоремы Гаусса.


1. Напряженность поля заряженной проводящей сферы радиуса R. Сфера заряжена по поверхности.

А) Внутри сферы заряда нет . Е=0

hello_html_m15760c4e.png

Б) Снаружи сферы. hello_html_m7d2f0f8e.gif

hello_html_m46e4745c.png

На поверхности сферы: hello_html_1cf5101d.gif

2. Напряженность поля шара заряженного по объему.


Введем понятие объемной плотности заряда: hello_html_3df56957.gif


Объемная плотность заряда показывает, какой заряд содержится в единице объема заряженного по всему объему тела. hello_html_3baa1e4e.gif

Объем шара произвольного радиуса hello_html_m4df4c9ea.gif.


Обозначим q - заряд шара, q0 - заряд, находящийся внутри объема произвольного радиуса.

hello_html_1fd68f7a.png

Тогда заряд сферы радиуса r , будет: hello_html_5aa0cecb.gif

Следовательно: hello_html_m5eccb7ad.gif.


– напряженность поля внутри шара, равномерно заряженного по объему. Снаружи - см. 1.

hello_html_m7c5869b3.png

3. Напряженность поля бесконечной заряженной плоскости.


Введем понятие поверхностной плотности заряда: hello_html_7751678b.gif.

Тогда hello_html_700d1604.gif.


Коэффициент 2 появляется, т.к. плоскость окружена двумя поверхностями площадью S. Поле бесконечной заряженной плоскости не зависит от расстояния от плоскости! Можно пользоваться, когда расстояние много меньше размеров плоскости.





4. Напряженность поля плоского воздушного конденсатора.


Из рисунка видим, что снаружи конденсатора поля пластин взаимно скомпенсированы, и общее поле равно нулю. Внутри конденсатора поля складываются.

Используя вывод п.3 получаем: hello_html_5b0012eb.gif.


Формула справедлива при условии, что расстояние между пластинами много меньше размеров самих пластин и вдали от краев пластин.


hello_html_m116ead4b.png

hello_html_7751678b.gif

hello_html_2ef52c72.gif

hello_html_11e6e3a2.png

hello_html_m2005c9e3.gif

















Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.


1.Действие электростатического поля на свободные q проводника

Электрическое поле внутри проводника равно нулю.

Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

hello_html_m112b2d1c.png

Применение:

1. Экранирование (электростатическая защита, М. Фарадей, 1837)


hello_html_m786189f6.png

2. Электростатическая индукция;

3. Стекание q (электрический ветер) громоотвод.

hello_html_m53827f98.png

2. Диэлектрики.

Поляризация смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны.


Виды диэлектриков:

а) Неполярные («мягкие») Деформационная (электронная) поляризация.

hello_html_5b422ff3.png

hello_html_m1fcc9456.png


б) Полярные («жесткие»). Ориентационная поляризация.

hello_html_m9dcdb76.png

hello_html_m3aec6fe8.png

Ионная поляризация (в чистом виде не наблюдается).

Диполь с ионной связью. При Ео==0 расположение диполей хаотично и Е'=0.

hello_html_m3a822bf7.png

hello_html_m7f053ab1.png

hello_html_m45d99469.gif,


где ε - диэлектрическая проницаемость, показывающая во сколько раз ослаблено электрическое поле в среде по сравнению с вакуумом. Характеристика вещества. Табличная величина.

Электреты - диэлектрики, длительное время сохраняющие поляризацию после устранения внешнего электрического поля (электрический аналог постоянного магнита). Применяются в микрофонах и телефонах. Стекло, эбонит. Полимеры.


Сегнетоэлектрики - диэлектрики, обладающие очень большой диэлектрической проницаемостью (>10000).

Пьезоэлектрический эффект - возникновение поляризационных зарядов при деформации кристалла и наоборот. Открыт в 1880 г. Ж. и П. Кюри. Применяется в микрофонах, телефонах, для измерения давления и механического напряжения, гидролокаторах, электропроигрывателях и т.п.




























































Работа электростатического поля по перемещению заряда.


а) Однородное электростатическое поле: hello_html_md9e4ce.gif в каждой точке поля.

hello_html_7952508e.gif. Следовательно:hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_7d58b69b.gif

hello_html_7d166333.png


hello_html_m7c273b56.gif


W=qEr

hello_html_m4ff7865d.gif

Т.к. если вектор перемещения перпендикулярен вектору силы (напряженности поля), работа поля равна нулю, то работа электростатического поля по перемещению заряда по любой траектории определяется разностью координат этих точек.

Если обозначить координаты заряда в начальной и последующей точках r1 и r2, то: hello_html_m5dc24f06.gif


Т.е. работа равна разности двух эквивалентных величин, зависящих от характера взаимодействия и взаимного расположения. Но мы знаем, что работа - мера изменения энергии. Можно предположить: W=qEr - потенциальная энергия заряда в данной точке электростатического поля. Зависит от выбора начальной точки отсчета потенциальной энергии.

Тогда:

hello_html_m47b28b6d.gif - наиболее общий способ расчета работы в электростатическом поле

Т. е. работа при перемещении заряда между двумя точками в электростати­ческом поле

- не зависит от формы тра­ектории, а зависит от положения этих точек.

- равна убыли потенциальной энергии заряда в этом поле;

- работа по замкнутой траектории равна нулю.

hello_html_6db841a9.png

Электростатическое поле, как и гравитационное, потенциаль­ное:

А = - mg(h2h1) = -DW


б) Произвольное электростатическое поле.

При перемещении заряда в произвольном поле из точки 1 в точку 2 работа должна быть равна по величине и противоположна по знаку работе в направлении от точки 2 к точке 1. В противном случае нарушается закон сохранения энергии:

Пусть А12 < A21. Тогда внешняя сила может перемещать заряд по пути 12, а силы поля - по пути 21. Мы будем получать выигрыш в работе, т.е. получим вечный двигатель, что невозможно.

hello_html_2e8773dc.png













hello_html_0.gif

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.


Потенциал электростатического поля скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду: hello_html_2502be65.gif


- энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.

hello_html_5df7f55c.gif

Т.к. потенциальная энергия зависит от выбора системы координат, то и потенциал определяется с точностью до постоянной.

За точку отсчета потенциала выбирают в зависимости от задачи: а) потенциал Земли, б) потенциал бесконечно удаленной точки поля, в) потенциал отрицательной пластины конденсатора.

hello_html_798f3ddc.gif


- следствие принци­па суперпозиции полей (потенциалы складываются алгебраически).

Потенциал численно равен работе поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электрического поля в бесконечность.

В СИ потенциал измеряется в вольтах: hello_html_m49861db7.gif


Разность потенциалов

hello_html_556728eb.gif

hello_html_36b3a37d.gif

Напряжение разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории.

Напряжение численно равно работе электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль силовых линий этого поля.

Разность потенциалов (напряжение) не зависит от выбора

системы координат!

hello_html_m25ddade0.gif

Единица разности потенциалов

hello_html_m48b4980.gif


Напряжение равно 1 В, если при перемещении положительного заряда в 1 Кл вдоль силовых линий поле совершает работу в 1 Дж.

hello_html_m5043177e.gif

Связь между напряженностью и напряжением.


Из доказанного выше: hello_html_340fb0a3.gifÞ hello_html_6b4e5a43.gif


напряженность равна градиенту потенциала (скорости изменения потенциала вдоль направления d).

hello_html_m664ccbcf.gif

Из этого соотношения видно:

1. Вектор напряженности направлен в сторону уменьшения потенциала.

2. Электрическое поле существует, если существует разность потенциалов.

3. Единица напряженности: hello_html_53408233.gif - Напряженность поля равна


1 В/м, если между двумя точками поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга существует разность потенциалов 1 В.


hello_html_4cd88a3a.png


hello_html_m27e8b84a.gif

Эквипотенциальные поверхности.

ЭПП - поверхности равного потенциала.

Свойства ЭПП:

- работа при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности не совершается;

- вектор напряженности перпендикулярен к ЭПП в каждой ее точке.

hello_html_4c758130.pnghello_html_e3f3989.png


hello_html_61aeba6d.png

Измерение электрического напряжения (разности потенциалов)

Между стержнем и корпусом электрическое поле. Измерение потенциала кондуктора Измерение напряжения на гальваническом элементе Электрометр дает большую точность, чем вольтметр.

hello_html_m96cbbf4.png

Потенциальная энергия взаимодействия зарядов.


hello_html_2671bf0f.gif



hello_html_m1ecb6a4d.png

Потенциал поля точечного заряда


hello_html_504330e2.gif




Потенциал заряженного шара

а) Внутри шара Е=0, следовательно, потенциалы во всех точках внутри заряженного металлического шара одинаковы (!!!) и равны потенциалу на поверхности шара.

б) Снаружи поле шара убывает обратно пропорционально расстоянию от центра шара, как и в случае точечного заряда.

hello_html_m1aa985bc.gif

Перераспределение зарядов при контакте заряженных проводников.

Переход зарядов происходит до тех пор, пока потенциалы контактирующих тел не станут равными.










Постоянный электрический ток.

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током.


hello_html_m4e318b45.png

Условия существования тока: 1. Наличие свободных зарядов. 2. Наличие электрического поля, т.е. разности потенциалов. Свободные заряды имеются в проводниках. Электрическое поле создается источниками тока

При прохождении тока через проводник он оказывает следующие действия:

1. Тепловое (нагревание проводника током). Например: работа электрического чайника, утюга и т.д.).

2. Магнитное (возникновение магнитного поля вокруг проводника с током). Например: работа электродвигателя, электроизмерительных приборов).

3. Химическое (химические реакции при прохождении тока через некоторые вещества). Например: электролиз.

Можно также говорить о

4. Световом (сопровождает тепловое действие). Например: свечение нити накала электрической лампочки.

5. Механическом (сопровождает магнитное или тепловое). Например: деформация проводника при нагревании, поворот рамки с током в магнитном поле).

6. Биологическом (физиологическом). Например: поражение человека током, использование действия тока в медицине.

Основные величины, описывающие процесс прохождения тока по проводнику.

1. Сила тока I - скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, промежутку времени, в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

hello_html_m1b6feac6.gif

В СИ единица силы тока устанавливается как основная по магнитному действию тока: если отрезки двух бесконечно длинных проводников с током по 1 м каждый, находящиеся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 2.10-7Н, то говорят, что по ним течет ток 1 А (ампер).

Ток называют постоянным, если сила тока не меняется со временем. Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.

Если заряженная частица q движется со скоростью v (скорость направленного (!) движения), то: hello_html_6774f86c.gif.


Т.о. при увеличении площади сечения проводника скорость направленного движения частиц, создающих ток, уменьшается.

hello_html_m492f39da.png

hello_html_m45cd3bc3.gif

2. Плотность тока j - отношение силы тока к площади поперечного сечения проводника. Измеряется в А/м2. Вектор плотности тока сонаправлен с вектором напряженности поля.. Т.о. плотность тока не зависит от размеров проводника.

hello_html_m106577d9.gif

3. Напряжение U. Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.

hello_html_m2dfd7a63.gif

4. Электрическое сопротивление R - физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник. Характеристика электрических свойств проводника (!). Для металлов и электролитов не зависит от напряжения и силы тока, а определяется только формой, размерами и материалом проводника.. Единица в СИ: hello_html_m3478a57.gif - сопротивление проводника равно 1 Ом, если при разности потенциалов на его концах в 1 В, по нему протекает ток силой 1 А.

hello_html_m4a9cca56.gif


hello_html_m1fb829a4.gif



Проводимость - величина обратная сопротивлению. Единица в СИ - симменс. hello_html_526cad26.gif


Зависимость сопротивления от материала и размеров проводника.

ℓ - длина, S - площадь поперечного сечения, r - удельное сопротивление. Удельное сопротивление показывает, чему равно сопротивление проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Единицы измерения: в СИ - Ом.м, практическая - hello_html_797eaf0c.gif.


hello_html_m75216124.gif

hello_html_m3d983d74.gif

hello_html_m4be1b135.gif

Удельная проводимость - величина обратная удельному сопротивлению: hello_html_m73d7bc0b.gif.




































hello_html_0.gif

Соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов


Обкладки конденсаторов соединяют попарно, т.е. в системе остается два изолированных проводника, которые и представляют собой обкладки нового конденсатора


hello_html_m71696e8f.gif

hello_html_m383393a5.gif

hello_html_m64927478.png

Вывод: При параллельном соединении конденсаторов

а) заряды складываются,

б) напряжения одинаковые,

в) емкости складываются.

Т.о., общая емкость больше емкости любого из параллельно соединенных конденсаторов

hello_html_3a1ec18a.png

Последовательное соединение конденсаторов


Производят только одно соединение, а две оставшиеся обкладки - одна от конденсатора С1 другая от конденсатора С2 - играют роль обкладок нового конденсатора.


hello_html_m46551e2b.gif

hello_html_287169.gif

hello_html_m5a3fe28b.png

Вывод: При последовательном соединении конденсаторов

а) напряжения складываются,

б) заряды одинаковы,

в) складываются величины, обратные емкости.

Т.о., общая емкость меньше емкости любого из последовательно соединенных конденсаторов.

hello_html_6f447a6a.png


Энергия электрического поля конденсатора.

Под энергией электрического поля конденсатора будем понимать энергию одной его обкладки, находящейся в поле, созданном другой обкладкой. Тогда: hello_html_m6775cca8.gif

Формулы справедливы для любого конденсатора.

Пример: С=2мкФ; U=1000В.

t=10-6c. W=1 Дж . hello_html_634f38a7.gif - опасно для жизни!

hello_html_3e00efbf.gif

hello_html_m5be6830f.gif

Плотность энергии.

hello_html_3f746cb0.gif - плотность энергии (энергия единицы объема).

Формула справедлива для полей любых конденсаторов и, кроме того, для полей, меняющихся со временем (неэлектростатических).

hello_html_m7bba72fc.gif

hello_html_3f746cb0.gif




Электродвижущая сила.

Роль источника тока: разделить заряды за счет совершения работы сторонними силами. Любые силы, действующие на заряд, за исключением потенциальных сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских) называют сторонними силами.

(Сторонние силы объясняются электромагнитным взаимодействием между электронами и ядрами)

hello_html_m578c3399.png

ЭДС энергетическая характеристика источника. Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонни­ми силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду:

Измеряется в вольтах (В).

hello_html_m6a3d6c93.png

Еще одна характеристика источника - внутреннее сопротивление источника тока: r.


Закон Ома для полной цепи.

Энергетические преобразования в цепи:

hello_html_2452bd0.gif- закон сохранения энергии



(А - работа сторонних сил; Авнеш.- работа тока на внешнем участке цепи сопротивлением R; Авнутр.- работа тока на внутреннем сопротивлении источника r.)

hello_html_m74935445.png

hello_html_8486ff.gif

Закон Ома: Сила тока в цепи постоянного тока прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.

hello_html_e522088.gif



Следствия:


1. Если R>>r, то e=U. Измеряют e высокоомным вольтметром при разомкнутой внешней цепи.

hello_html_12ce547b.gif

2.Если R<<r, то ток hello_html_12ce547b.gif - максимальный ток для данной цепи (ток короткого замыкания). Опасно, т.к. hello_html_2ca62c53.gif - возрастает

e= U1+U2

3. На внутреннем участке цепи: Aвнутр=U1q , на внешнем участке цепи: Aвнеш=U2q.

A=Aвнутр+ Aвнеш. Тогда: eq=U1q+U2q. Следовательно: e= U1+U2

ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи.

Соединение источников тока.

1. Последовательное соединение источников: полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников, полное внутреннее сопротивление равно сумме внутренних сопротивлений всех источников тока. Если все источники одинаковы и включены в одном направлении, то hello_html_1738db1c.gif.

Тогда з-н Ома запишется в виде:

hello_html_15aec2e6.gif

2. Параллельное соединение источников: один из источников (с наибольшей ЭДС) работает как источник, остальные - как потребители (на этом принципе основана зарядка аккумулятора). Расчет по правилам Кирхгофа (см.).

Если все источники одинаковы , то закон Ома запишется в виде:.


hello_html_25268af4.gif











Природа электрического тока в металлах.


Металлы обладают электронной проводимостью. Экспериментальные доказательства:

Опыт К. Рикке: пропускал ток в сот­ни ампер в течение длительного вре­мени. Ожидал: в алюминии появится медь. Результат: отрицательный, т. е. ток не является направленным движе­нием ионов.

hello_html_766ef37e.png

Опыт Стюарта-Толмена:

1913 r. Мандельштам Папалекси предложили,

1916 г. Стюарт Толмен осуществили экспериментально.

Длина l провода=500 м (в катушке). Ка­тушка вращалась с v =500 м/с: при рез­ком торможении свободные частицы дви­гались по инерции. По отклонению стрелки гальванометра определяли удельный заряд, по направлению отклонения - знак заряда.

hello_html_m3855fb36.png

Электронная теория металлов (П. Друде, Г.А.Лоренц)

1. Свободные электроны в металлах ведут .себя как молекулы идеального газа. но vэл >> vтепл.

2. Движение свободных электронов в металлах подчиняется законам Ньютона.

3. Свободные электроны в процессе хаотичного движения стал­киваются преимущественно с ионами кристаллической решетки.

4. Двигаясь до следующего столкновения с ионами, электроны ускоряются электрическим полем и приобретают кинетическую энергию Ек.

Построить удовлетворительную количественную теорию дви­жения электронов в металле на основе законов классической механики невозможно. Но можно примерно объяснить закон Ома.

hello_html_m7ef106a5.gif


hello_html_6589cec8.png

hello_html_m7ef106a5.gif- зависимость удельного сопротивления металла от температуры, где a - температурный коэффициент сопротивления (табличная величина). Полностью правильно объяснить проводимость металлов позволяет только квантовая теория.


Сверхпроводимость.


Явление открыто Х.Камерлинг-Оннесом (Голландия) в 1911 г. на ртути и заключается в том, что при сверхнизких температурах сопротивление проводника может скачком падать до 0. Т.е. в таких проводниках не расходуется энергия на нагревание. В 1933 г. В.Мейснер открыл явление, состоящее в том, что внешнее магнитное поле не проникает в глубь сверхпроводника, если величина магнитного поля меньше критического значения (эффект Мейснера). В настоящее время открыты предсказанные В.Гинзбургом высокотемпературные сверхпроводники (температуры выше температуры жидкого азота).

hello_html_m47c1dfb.png












Природа электрического тока в растворах и расплавах электролитов


Электролиты жидкие проводники, в которых подвижными носителями зарядов являются ионы (проводники 2-го рода).



Электролитическая диссоциация. С. Аррениус (1877 г.): под действием полярных молекул растворителя (воды, e=81) или при нагревании молекулы щелочей, кислот, солей разделяются на ионы. (При растворении Еп уменьшается и становится меньше Ек хаотического движения ионов. При нагревании - Ек увеличивается и становится больше Еп электрического взаимодействия ионов). Одновременно с диссоциацией наблюдается рекомбинация.

Интенсивность электролитической диссоциации зависит: 1. От температуры раствора. 2. От концентрации раствора. 3. От рода раствора (его диэлектрической проницаемости).

hello_html_12635240.png

hello_html_m40b84ac9.png

Явление электролиза.


Электролизом называется процесс выделения на электродах вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями при прохождении тока через электролит.

hello_html_m3a5e7e2c.png

Вольтамперная характеристика для электролитов. За счет явления поляризации график смещен. ЭДС поляризации имеет знак, противоположный знаку напряжения на электродах.

hello_html_7c55d6cc.png

Ионная проводимость: прохождение тока связано с переносом вещества.


Сопротивление растворов электролитов


Уменьшается R с повышением температуры. Справедлив закон Ома при неизменной концентрации раствора и постоянной температуре.


Закон электролиза Фарадея


При электролизе на электродах происходит выделение ве­щества: hello_html_m29b4acd8.gif

hello_html_m10884754.gifhello_html_m49b1fa51.gif,


где m0i и q0i - соответственно масса и заряд иона; М молярная масса; Ni число ионов, достигших электрода, n валентность;

Таким образом, hello_html_m20619c88.gif, но hello_html_m23128317.gif


- электро­химический эквивалент вещества. Он зависит от рода вещества.








hello_html_3e51ddc4.gif

В Международной системе единиц СИ: hello_html_2567f758.gif.

Т.к. процесс электролиза медленный, то на практике применяют единицу hello_html_56b235a2.gif.

hello_html_2567f758.gif

Следовательно, hello_html_5825fe9a.gif


hello_html_5825fe9a.gif

Запишем: hello_html_m4c53e9f1.gif

hello_html_m725998a.gif

hello_html_498a3d5d.gif

Обозначим hello_html_m725998a.gif - число Фарадея

hello_html_498a3d5d.gif


Физический смысл: Для выде­ления 1 моль одновалентного вещества необходимо пропустить через электролит заряд 96500 Кл.

hello_html_m35f388bc.gif

Закон электролиза: масса вещества, выделившегося на электродах прямо пропорциональна силе тока, идущего через электролит и времени прохождения тока (т.к. q=I.Dt, то: прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит)

Определение заряда электрона

Из закона электролиза: hello_html_m1bb16895.gif

Применение электролиза

Катодные процессы :

1. В гальваностегии (никелирование, серебрение).

2. В гальванопластике (изготовление копий); 1838 г., Б. С. Якоби.

3. Получение чистых металлов (медь, алюминий).

4. Электрометаллургия расплавов. Очистка металлов, полученных при выплавке из руды, от посторонних примесей.

Анодные процессы:

  1. Промышленный способ получения кислорода и водорода.

  2. Оксидирование алюминия

  3. Электрополировка поверхностей. (электроискровая обработка, электрозаточка).

  4. Электрогравировка.







































Электрический ток в газах


1. Газы в обычных условияхдиэлектрики. Воздух исполь­зуют в технике как изолятор: а) в линиях электропередач; б) между обкладками воздушных конденсаторов; в) в контактах выключателей.


2. При определенных условиях газы проводники: молния, электрическая искра, дуга при сварке. Процесс протекания тока через газ называется газовым разрядом. Свободные заряды (ионы обоих знаков и электроны) возникают в газах только в процессе ионизации.


Ионизация газов Ионизацию вызывают:

1. Высокая температура.

2. Ультрафиолетовые лучи.

3. Рентгеновские лучи, g - лучи и т. п.

Ионизация осуществляется при условии: еЕl ³ W ионизации, где l длина свободного пробега заряженных частиц.

hello_html_7eef7e12.png

Рекомбинация. Вследствие рекомбинации для поддержания длительного тока необходима постоянная ионизация.

hello_html_740795e5.png

Несамостоятельный и самостоятельный разряды

1. Несамостоятельный разряд происходит под действием внешнего ионизатора.

2. Самостоятельный разряд - разряд, происходящий без действия внешнего ионизатора (электронным ударом). Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд, наз. напряжением пробоя (потенциал ионизации).

hello_html_m3d17603.png

График:

ОА только часть заряженных час­тиц доходит до электродов, часть рекомбинирует;

АВток почти не увеличивается (ток насыщения);

ВС самостоятельный разряд.

hello_html_4e05358a.png

Типы самостоятельного разряда. Техническое применение


1. Тлеющий разряд. Применяется в газосветных трубках, неоновых лампах, циф­ровых индикаторах, лампах дневного света, ртутных лампах низкого давления.

hello_html_md9141fb.gif

а) Несветящаяся часть, прилегающая к катоду, наз. темным катодным пространством,

б) Светящийся столб газа, заполняющий остальную часть, наз. анодным положительным столбом.

При определенных давлениях анодный столб распадается на отдельные слои, разделенные темными промежутками (страты).

Причиной ионизации газа в тлеющем разряде является ударная ионизация и выбивание электронов из катода положительными ионами.


hello_html_3e6d7dc9.png

2. Дуговой разряд. Применяется в ртутных лампах высокого давления, источниках света, при сварке металлов, в электроплавильных печах, при электролизе расплавов, в электропечах.

3. Коронный разряд Высокая напряженность. Используют в электрофиль­трах для очистки газов от при­месей твердых частиц. Применяется в счетчиках заряженных частиц Гейгера-Мюллера. Громоотвод. Отрица­тельное явление: вызывает утеч­ку энергии на высоковольтных линиях.

hello_html_m154176a.png

4. Искровой разряд Высокое напряжение. Применяется при обработке металлов.

Молния: U=108 В, I=105 А,

продолжительность 10-6 с,

диаметр канала 10 - 20 см.

hello_html_3ec89bc6.png

Плазма

Частично или полностью ионизованный газ назы­вается плазмой. Наиболее распространенное состояние вещества в природе:

1. Низкотемпературная плазма: Т<105 К.

2. Высокотемпературная плазма: Г>105 К.

Можно наблюдать: пламя костра, рекламные газовые трубки, медицинские кварцевые лампы. Большое значение: получение термоядерной реакции.












































Электрический ток в полупроводниках

hello_html_14614801.png


Вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, называются полупроводниками.

Имеют кристаллическую решетку: Ge. Si, Те и т. д.

hello_html_1965e260.png

Чистые полупроводники. Каждый атом имеет четыре соседа, с которыми связан ковалентными связями. При низкой температуре электроны связаны с атомами; свободных носителей заряда нет. При увеличении температуры энергия электронов увеличивается и они рвут связи, а на их месте образуется положительная дырка.

Собственная проводимость называется электронно-дырочной: N- = N+.

hello_html_69926587.png

Примесная проводимость

Донорная (электронная) n-типа (Si+As)

(Примесь из 5 группы)

As имеет 5 электронов. Один не участ­вует в образовании ковалентной связи.

Один атом дает один свободный электрон: N- >> N+

hello_html_m7afc6412.png

Акцепторная (дырочная) р-типа (Si+ln)

(Примесь из 3 группы)

In имеет 3 электрона. На месте одной из ковалентных связей образуется положитель­ная дырка.

Один атом дает одну дырку: N+ >> N-

hello_html_6696cf45.png

Терморезисторы, фоторезисторы

Освещение, повышение температуры приводят к интенсивности разрыва ковалентных связей и появлению большого числа носителей заряда; R уменьшается. На этом основано устройство термо- и фоторезисторов.

Зная показания амперметра и зависимость сопротивления термистора от t, можно найти температуру.

hello_html_2f38a26c.png

hello_html_m5721a051.png

hello_html_m7e3a2ed.pnghello_html_bc7075e.png

Фоторезисторы используются в фотореле, аварийных выключателях и т. д.













Свойства p-n-перехода.


Примесные полупроводники


Донорная примесь: основные носители заряда - свободные электроны. Остается положительный ион примеси. Акцепторная примесь: основные носители зарядадырки. Остается отрицательный ион примеси. В месте контакта донорного и акцепторного полупроводников возникает электронно-дырочный переход (p-n-переход).

hello_html_m1b535603.png

Свойства р-п-перехода

  1. Образуется запирающий слой, образованный зарядами ионов примеси: d=10-7 м, Dj = 0.4—0,8 В.

hello_html_a00d0ea.gif

hello_html_6d572228.gif

2. Направление внешнего поля (источника) совпадает с направлением контактного поля. Тока основных носителей заряда нет. Существует слабый ток неосновных носителей заряда. Такое включение называется обратным.

hello_html_7e55a02.gif

3. Прямое включение. Существует ток основных носителей заряда.

p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении

(свойство односторонней проводимости).

hello_html_77101773.gif

Полупроводниковый диод

Схематическое изображение. Направление стрелки указывает направление тока.

hello_html_43c5748e.png

Устройство диода.

hello_html_m2596b395.png

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

/, 2 — участок приближенно прямолинеен -экспонента;

3 - пробой диода

0,3- обратный ток;

0,1- ток меняется нелинейно.

Обратный ток обусловлен наличием неосновных носителей заряда.

hello_html_703a85b1.png

Применение полупроводникового диода


Выпрямитель тока

hello_html_m3e663aea.png

Принцип действия транзистора


Условное обозначение


Направление стрелки - направление тока

На всех рисунках - p-n-p- транзисторы.

hello_html_8479f67.png

Устройство биполярного транзистора.

Основные применения: элемент усилетеля тока, напряжения или мощности; электронный ключ (например, в генераторе электромагнитных колебаний).

hello_html_mb7906c0.png

Переход эмиттер - база включается в прямом направлении, а база - коллектор - в обратном. Через эмиттерный переход идет большое количество основных носителей заряда. База очень тонкая. Концентрация основных носителей заряда в базе небольная. Поэтому рекомбинация электронов и дырок небольшая. Ток базы маленький. Заряды, пришедшие из эмиттера, по отношению к базе являются неосновными, поэтому они свободно проходят через коллекторный переход. До 95% дырок, попадающих из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Т.е. I» Iб. При изменении Iэ с помощью источника переменного напря­жения одновременно почти во столько же раз изменяется Iк. Т.к. сопротивление коллекторного перехода во много раз превышает сопротивление эмиттерного, то при практически равных токах, напряжение на эмиттере много меньше напряжения на коллекторе.

hello_html_21390b4b.png

hello_html_m3c7fc9c9.png


Выбранный для просмотра документ Энергия.doc

библиотека
материалов

Энергия. Виды механической энергии. Работа и энергия.

Энергия - физическая величина, характеризующая состояние тела или системы тел по их движению и взаимодействию. В механике энергия тела или системы тел определяется взаимным положением тел или системы тел и их скоростями. При изменении состояния тела (изменении энергии) совершается механическая работа. Т.о. изменение энергии при переходе системы из одного состояния в другое равно работе внешних сил. Механическая работа - мера изменения энергии тела.

hello_html_m33b3266b.png

 

 

 

 

В механике выделяют два вида энергии:

кинетическую энергию и потенциальную энергию.

 

Кинетическая энергия.

Кинетическая энергия - энергия движущегося тела.(От греческого слова kinema - движение). По определению кинетическая энергия покоящегося в данной системе отсчета тела обращается в ноль.

 

Пусть тело движется под действием постоянной силы hello_html_6ea65ab3.pngв направлении действия силы.

Тогда: hello_html_m7c2633ad.png.    

 

Т.к.   hello_html_m2d01b6d2.png.

Т.к. движение равноускоренное, то: hello_html_583434c3.png.

 

 

hello_html_579713a9.png

Следовательно: hello_html_m24d518d.png.

 

hello_html_m36ca397.png - кинетической энергией называется


величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

 

[Ek]=Дж.

Кинетическая энергия - величина относительная, зависящая от выбора СО, т.к. скорость тела зависит от выбора СО.

 

Т.о.      hello_html_710f13d.png   

 

- эта формула выражает теорему о кинетической энергииизменение кинетической энергии тела (материальной точки)за некоторый промежуток времени равно работе, совершенной силой, действующей на тело, за этот же промежуток времени

hello_html_710f13d.png

 

 

Эта теорема справедлива для любого движения и для сил любой природы. Если тело разгоняется из состояния покоя, то Ek1=0.    Тогда   A = Ek2Следовательно, кинетическая энергия численно равна работе, которую необходимо совершить, чтобы разогнать тело из состояния покоя до данной скорости.

 

Вывод: Работа силы равна изменению кинетической энергии тела, т.е.  A = Ek. Причем, A>0, если Ek увеличивается, и А<0, если Ek<0.

A = Ek



Потенциальная энергия.

Потенциальная энергия - энергия взаимодействия тел или частей тела. Потенциальная энергия (от латинского potentia - возможность) определяется взаимным расположением тел или частей тела, т.е. расстояниями между ними.


Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей. Работа силы тяжести.


Пусть тело свободно падает с высоты h1 над уровнем Земли на уровень h2.

Тогда: hello_html_m61eb7f22.gif


При падении сила тяжести совершает положительную работу, при движении тела вверх - отрицательную.

Величину Eз = mgh называют потенциальной энергией взаимодействия тела и Земли.

hello_html_33837707.gif

Т.о. A = - (Ep2 - Ep1) = -DEp Работа сила тяжести равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком. Т.е., если потенциальная энергия увеличивается (тело поднимается), то сила тяжести совершает отрицательную работу и наоборот.

Eз = mgh


A = - (Ep2 - Ep1) = -DEp

Т.к. потенциальная энергия определяется координатой, то величина потенциальной энергии определяется выбором системы координат (выбором нулевого уровня). Т.е. она определяется с точностью до постоянной величины. В данной задаче удобно за точку отсчета выбирать уровень Земли.


Если тело движется под углом к направлению вектора силы тяжести, то, как видно из рисунка, работа силы тяжести независимо от траектории определяется изменением положения тела (на рис. - высотой наклонной плоскости h).

Если тело движется по произвольной траектории, то ее можно представить в виде суммы горизонтальных участков, на которых работа силы тяжести равна нулю, и вертикальных, на которых суммарная работа будет равна А=mgh.

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории и определяется только начальным и конечным положением тела.

На замкнутой траектории работа силы тяжести равна нулю, т.к. потенциальная энергия не меняется.

hello_html_7a145012.gif

Потенциальная энергия тел, взаимодействующих посредством гравитационных сил.


hello_html_m3ede9a9e.gif,


где r- расстояние между взаимодействующими телами.

Знак "-" говорит о том, что это энергия притягивающихся тел.

При сближении тел потенциальная энергия увеличивается по модулю.

Работа по сближению двух астрономических объектов:

hello_html_195ba76d.gif.



hello_html_47cc8bcd.png

Потенциальная энергия упруго деформированного тела. Работа силы упругости.


Для вывода формулы используем, что работа численной равна площади под графиком зависимости силы от координаты. При малых упругих деформациях сила упругости прямо пропорциональна абсолютной деформации (з-н Гука) - см. рис.

Тогда работа при изменении деформации от х1 до х2 равна: hello_html_6fab38ed.gif.



hello_html_28c239aa.png

Учитывая з-н Гука, получим: hello_html_m1bd2d2ca.gif




hello_html_m1bb327a6.gif

Т.о., если принять за потенциальную энергию упруго деформированного тела величину hello_html_m36144762.gif,


где k - коэффициент жесткости, а х - абсолютная деформация тела, то можно сделать вывод , что hello_html_m30a7e3a2.gif,


т.е. работа силы при деформации тела равна изменению потенциальной энергии этого тела, взятой с обратным знаком.

hello_html_m36144762.gif



hello_html_m30a7e3a2.gif


Работа силы упругости зависит только от координат (начальной и конечной деформаций) тела и, следовательно, не зависит от траектории. Работа по замкнутой траектории равна нулю.


Консервативные силы.

Консервативными (сохраняющими) наз. силы, работа которых не зависит от траектории и по замкнутой траектории равна нулю (эти силы не зависят от скоростей). Примеры: гравитационные, упругие.


Диссипативные силы

Диссипативными (рассеивающими) наз. силы, работа которых зависит от траектории и по замкнутой траектории не равна нулю (такие силы зависят от скорости). Пример: сила трения.








Выбранный для просмотра документ изопроцессы.doc

библиотека
материалов

Название


Постоянные

величины

Зависимость

между другими

параметрами

Направление

процесса


Графики

Закон Бойля-Мариотта

T=const

M=const

m=const

изотермический процесс

hello_html_3e4773db.gif

Изотермическое

расширение

hello_html_m121f589a.png

hello_html_m3db07006.png

hello_html_m2fb19d68.png

Словесная

формулировка

Изотермическое сжатие

hello_html_36c9a9f3.png

hello_html_251d3621.png

hello_html_m3f380d32.png

Для данной массы данного газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная (давление обратно пропорционально объему).

Закон Гей-Люссака


p=const

M=const

m=const

изобарный процесс

hello_html_1d429248.gif

b=1/273 К-1

Изобарное расширение (нагревание)

hello_html_m7962d84f.png

hello_html_1d128d3e.png

hello_html_54d28b94.png

Словесная

формулировка

Изобарное сжатие (охлаждение)

hello_html_m25be1ae7.png

hello_html_m11de28ad.png

hello_html_m2c4fb08a.png

Для данной массы данного газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная (объем прямо пропорционален температуре).

Закон Шарля


V=const

M=const

m=const

изохорный

процесс

hello_html_m7ac017ed.gif


a=1/273 К-1


Изохорное

нагревание

hello_html_m412d5ecd.png

hello_html_m48d663be.png

hello_html_3695fad5.png

Словесная

формулировка

Изохорное охлаждение

hello_html_7b38fd35.png

hello_html_2dddde2d.png

hello_html_7982e589.png

Для данной массы данного газа при постоянном объеме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянна

я (давление прямо пропорционально температуре).


Адиабатный процесс

M=const

m=const

hello_html_m616767e8.gif=const

S= const

(изоэнтропийный процесс)

hello_html_m770d8a16.gif

Адиабатное расширение

hello_html_m4ad006e.png



M=const

m=const

hello_html_6d17c1f7.gif=const

S= const

(изоэнтропийный процесс)

hello_html_m770d8a16.gif

Адиабатное сжатие

hello_html_364c19a8.png




Выбранный для просмотра документ конспекты 2 курс.doc

библиотека
материалов

Электромагнитная индукция

1831 г. - Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает так называемый индукционный ток. (Индукция, в данном случае, - появление, возникновение).


hello_html_42f24d5b.png

Индукционный ток в катушке возникает при

перемещении постоянного магнита относительно катушки;

при перемещении электромагнита относительно катушки;

при перемещении сердечника относительно электромагнита, вставленного в катушку;

при регулировании тока в цепи электромагнита;

при замыкании и размыкании цепи

hello_html_66753311.png

Появление тока в замкнутом контуре при изменении магнит­ного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил (или о возникно­вении ЭДС индукции).

Явление возникновения ЭДС в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля (потока), пронизывающего контур, назы­вается электромагнитной индукцией.

Или: явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля (потока), называется электромагнитной индукцией.

hello_html_89d9da7.png


hello_html_29cf1e80.png

Закон электромагнитной индукции

При всяком изменении магнитного потока через проводящий замкнутый контур в этом контуре возникает электрический ток. I зависит от свойств контура (сопротивление): hello_html_8dc7e99.gif. e не зависит от свойств контура: hello_html_m7a7e1457.gif.

ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.

hello_html_m35846b81.gif

Основные применения электромагнитной индукции: генерирование тока (индукционные генераторы на всех электростанциях, динамомашины), трансформаторы.


Правило Ленца

Возникновение индукционного тока - следствие закона сохранения энергии!

В случае 1: При приближении магнита, увеличении тока, замыкании цепи: hello_html_2c75010e.gif; Магнитный поток Ф­ Þ DF>0. Чтобы компенсировать это изменение (увеличение) внешнего поля, необходимо магнитное поле, направленное в сторону, противоположную внешнему полю: hello_html_5563c138.gif, где hello_html_m6e30b5ad.gif - т.н. индукционное магнитное поле.

В случае 2: при удалении магнита, уменьшении тока, размыкании цепи: hello_html_1211d98f.gif. Магнитный поток Ф¯ Þ DF<0. Чтобы компенсировать это изменение (уменьшение), необходимо магнитное поле, сонаправленное с внешним полем: hello_html_4c59c0a7.gif.

hello_html_m7e8da69.png


hello_html_m53f63d95.png

Источником магнитного поля является ток. Поэтому:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им поток магнитной индукции через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсиро­вать то изменение потока магнитной индукции, которое вызывает данный ток (правило Ленца).


Ток в контуре имеет отрицательное направление (hello_html_33046686.gif), еслиhello_html_m6e30b5ad.gifпротивоположноhello_html_570febb2.gif (т.е. DF>0). Ток в контуре имеет положительное направление (hello_html_3ce5c152.gif), если hello_html_m6e30b5ad.gif совпа­дает с hello_html_570febb2.gif, (т.е. DF<0).

Поэтому с учетом правила Ленца (знака) выражение для закона электромагнитной индукции записывается: hello_html_m46203939.gif.


Данная формула справедлива для СИ (коэффициент пропорциональности равен 1). В других системах единиц коэффициент другой.

hello_html_m46203939.gif

Если контур (например, катушка) состоит из нескольких витков, то hello_html_4cace5b3.gif,


где n – количество витков. Все предыдущие формулы справедливы в случае линейного (равномерного) изменения магнитного потока. В произвольном случае закон записывается через производную: hello_html_m58c245f6.gif, где e – мгновенное значение ЭДС индукции.

hello_html_4cace5b3.gif


hello_html_m58c245f6.gif






































ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ.

Периодические изменения во времени электрического заряда (силы тока, напряжения) называются электромагнитными колебаниями.

Электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора с емкостью C и катушки с индуктивностью L, наз. колебательным контуром.

hello_html_16ebd9cd.png

Если активное сопротивление R ®0, то колебания являются свободными незатухающими. Возбудить колебания в контуре можно либо сообщив заряд конденсатору (электрическое поле), либо с помощью электромагнитной индукции возбудив ток в катушке (магнитное поле).

Закономерности электромагнитных и механических колебаний математически одинаковы.

hello_html_10fd8636.gif

Общий вид уравнения колебательного движения: hello_html_m34e85cf2.gif.

Уравнение гармонического колебания заряда (изменение величины электрического заряда!): hello_html_10fd8636.gif.

Колебания тока: hello_html_m7ac3e7a7.gif, т.о. hello_html_m17ef642a.gif.


hello_html_m34e85cf2.gif


hello_html_m17ef642a.gif

hello_html_7c3d2741.gif

В колебательном контуре происходят периодические превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.

hello_html_33ff272b.gif

Для энергии электрического поля конденсатора воспользуемся выражением hello_html_54444b11.gif,

а для энергии магнитного поля катушки hello_html_m6f8d88da.gif.

Запишем закон сохранения энергии и возьмем производную от левой и правой частей уравнения: hello_html_5fc7cd94.gif.

Т.к. производная от постоянной величины равна нулю, то

hello_html_m2c96bcd3.gif.

hello_html_5fc7cd94.gif

Т.о. получим: hello_html_m5d885f29.gif и hello_html_m24410945.gif - формула Томсона.


hello_html_m24410945.gif

Из закона сохранения энергии следует: hello_html_m3c7dd33e.gif и,

следовательно, hello_html_m1db06ad3.gif

hello_html_m1db06ad3.gif

В случае затухающих колебаний коэффициент затухания hello_html_m1940c69.gif и hello_html_m5f3157a3.gif





Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

При включении конденсатора в цепь постоянного напряже­ния сила тока I=0, а при включении конденсатора в цепь пере­менного напряжения сила тока I ¹ 0. Следовательно, конденса­тор в цепи переменного напряжения создает сопротивление меньше, чем в цепи постоянного тока.

hello_html_m56f11a5c.png

Мгновенное значение напряжения равно hello_html_m29394da6.gif.

Мгновенное значение силы тока равно: hello_html_m2cd0690.gif

Таким образом, колебания напряжения отстают от колебаний тока по фазе на π/2.

hello_html_3e9488a6.png

Т.к. согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению, то для максимальных значений тока и напряжения получим: hello_html_525b515c.gif,


где hello_html_m5a790b13.gif- емкостное сопротивление.


hello_html_m395cf153.gif

Емкостное сопротивление не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты).

hello_html_48b471f3.gif

Чем больше частота переменного тока, тем лучше пропускает конденсатор ток (тем меньше сопротивление конденсатора переменному току).

hello_html_m5a790b13.gif

Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна p/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и емкостной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.

Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, си­ла тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для этой же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи посто­янного напряжения.

hello_html_7a8b3232.png

Мгновенное значение силы тока: hello_html_m3f27cf6b.gif

hello_html_m3f27cf6b.gif


Мгновенное значение напряжения можно установить, учиты­вая, что u = - ei, где u – мгновенное значение напряжения, а ei – мгновенное значение эдс самоиндукции, т. е. при изменении тока в цепи возникает ЭДС самоиндукции, которая в соответствии с законом электромагнитной индукции и правилом Ленца равна по величине и противоположна по фазе приложенному напряжению.


hello_html_6d393730.gif.


Следовательно hello_html_m2932d9a5.gif


где hello_html_23349a81.gifамплитуда напряжения.

Напряжение опережает ток по фазе на p/2.

hello_html_320b6f5.png

Т.к. согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональная сопротивлению, то приняв величину wL за сопротивление катушки переменному току, получим: - закон Ома для цепи с чисто индуктивной нагрузкой.

hello_html_23349a81.gif

Величина hello_html_m3e8e5cf7.gif - индуктивное сопротивление.


hello_html_m3e8e5cf7.gif

Т.о. в любое мгновение времени изменению силы тока противодействует ЭДС самоиндукции. ЭДС самоиндукции причина индуктивного сопротивления.

hello_html_m683ea56f.gif

В отличие от активного сопротивления, индуктивное не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты): чем больше частота переменного тока, тем больше сопротивление, которое ему оказывает катушка.


Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна p/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и индуктивной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.
































Закон Ома для полной цепи переменного тока.

Если в цепи переменного тока имеются нагрузки разных типов, то закон Ома выполняется только для максимальных (амплитудных) и действующих значений тока и напряжения.

В этом случае: hello_html_726fb202.gif

hello_html_67637785.gif


- полное сопротивление переменному току.

hello_html_715a0acd.png

hello_html_m2e1f59ff.gif

Учитывая, что отношение напряжения к силе тока – это сопротивление, и подставляя конкретные выражения для соответствующих сопротивлений, получим: hello_html_6b2cdac4.gif


.

hello_html_m7a711553.gif

Сдвиг фаз в цепи переменного тока определяется характером нагрузки:

hello_html_10fa56dd.gif или hello_html_5b11fa81.gif.


Мощность в цепи переменного тока.

Активной мощностью переменного тока называется средняя за период мощность необратимых преобразований в цепи переменного тока (преобразование энергии электрического тока во внутреннюю энергию): hello_html_m4397ffe7.gif



hello_html_m7eec43a0.gif

или, переходя к действующим значениям, hello_html_5db29057.gif.

hello_html_5db29057.gif

Величина hello_html_m41ef36dc.gif наз. коэффициентом мощности. При малом


коэффициенте мощности потребляется лишь малая часть мощности, вырабатываемой генератором. Остальная часть мощности периодически перекачивается от генератора к потребителю и обратно и рассеивается в линиях электропередач.

hello_html_m41ef36dc.gif


коэффициент мощности

Резонанс в электрической цепи.


Резонанс в электрической цепи явление резкого возраста­ния амплитуды вынужденных колебаний тока при приближении частоты внешнего напряжения (эдс) и собственной частоты колебательного кон­тура.


Из выражения для полного сопротивления переменному току hello_html_6b2cdac4.gif



видим, что сопротивление будет минимальным (сила тока при заданном напряжении – максимальной) при условии hello_html_m4e580269.gif или hello_html_m38a2a851.gif.


hello_html_715a0acd.png

Следовательно, hello_html_146f7d84.gif - т.е. частота изменения внешнего напряжения равна


собственной частоте колебаний в контуре.

hello_html_146f7d84.gif

Амплитуды колебаний напряжения на индуктивности и емкости будут равны

hello_html_m7d6a7c66.gif

и hello_html_7045c5c.gif

- т.е. они равны по величине и противоположны по фазе (напряжение на индуктивности опережает по фазе напряжение на емкости на p).

hello_html_23ab8e20.gif


hello_html_m7fc3e82.gif

Следовательно,

hello_html_45e943af.gif.


Полное падение напряжения в контуре равно падению напряжения на активном сопротивлении. Амплитуда установившихся колебаний тока будет опреде­ляться уравнением hello_html_m457067f5.gif. В этом и состоит смысл явления резонанса.

При этом если величина hello_html_m6098eb66.gif,


то напряжения на емкостной и индуктивной нагрузках могут оказаться много больше внешнего напряжения (эдс генератора)!

hello_html_m77ada162.png

На рисунке представлена зависимость тока в колеба­тельном контуре от частоты при значениях R, где R1<R2<R3.

В параллельном контуре при малых активных сопротивлениях R1 и R2 токи в параллельных ветвях противоположны по фазе. Тогда, согласно правилу Кирхгофа hello_html_m4f73874a.gif.


hello_html_m5b25654b.png

В случае резонанса hello_html_m24d045a9.gif. Резкое уменьшение амплитуды силы тока во внешней цепи, питающей параллельно соединенные емкостное и индуктивное сопротивления при приближении частоты внешнего напряжения к собственной частоте колебательного контура наз. резонансом токов.

Применение: одно из основных применений резонанса в электрической цепи – настройка радио и телевизионных приемников на частоту передающей станции. Необходимо учитывать резонансные явления, когда в цепи, не рассчитанной на работу в условиях резонанса, возникают чрезмерно большие токи или напряжения (расплавление проводов, пробой изоляции и т.д.).



Трансформатор

Преобразует переменный ток: изменяются напряжение и сила тока, не изменяются мощность и частота I2.

Изобрел в1878 г.—П. Н. Яблочков. В 1882 г.—И. Ф. Усагин усовер­шенствовал. Первые высокочастотные трансформаторы - Н. Тесла в 1891 г.

Устройство

1. Замкнутый сердечник (магнитопровод): набор пластин из трансформаторной стали.

2. Две обмотки: первичная (к генератору) и вторичная (к нагрузке).

hello_html_683fcd36.png

Принцип действия основан на законе электромагнитной ин­дукции.

1.Работа в режиме холостого хода, т. е. без нагрузки.

В этом выводе:

е - мгновенное значение ЭДС;

Е - амплитудное значение

ЭДС;








k - коэффициент

трансформации.

hello_html_m731826fb.gif

- Ф и e сдвинуты по фазе на hello_html_m14bdad83.gif, hello_html_m2ab759d8.gif.

hello_html_m77af0f8b.gif,

hello_html_1a374960.gif

hello_html_18811d5d.gif

hello_html_2fb6afe9.png


hello_html_18811d5d.gif

Эффект трансформации возникает из-за неодинакового количества витков в первичной и вторичной обмотках!

k>1 - понижающий

k<1 - повышающий

При холостом ходе трансформатор потребляет из сети не­большую энергию, которая затрачивается на перемагничивание его сердечника.


2. Работа под нагрузкой.


При включении во вторичную цепь нагрузки R в ней возникает ток I2 той же частоты, что и ток I1. Напряжение во вторичной цепи hello_html_4aea8179.gif. Т.к. участки нагрузки присоединяются ко вторичной обмотке трансформатора параллельно, то при увеличении нагрузки сопротивление уменьшается, а сила тока согласно закону Ома увеличивается. Значит, напряжение на нагрузке уменьшается.

hello_html_38187739.png

Магнитное поле тока I2 приводит к размагничиванию катушки, ее индуктивное сопротивление уменьшается, следовательно, при неизменном напряжении в первичной обмотке сила тока в ней увеличивается.


Потери энергии в трансформаторе.


Потери энергии в трансформаторе складываются из:

- потерь на нагревание обмоток; Поэтому обмотки делаются из меди.

- потерь на нагревание сердечника; Поэтому сердечник делается наборным, все пластины изолированы.

- потери на перемагничивание сердечника; Сердечник выполняется из мягкой трансформаторной стали.


При правильной конструкции КПД трансформатора 97—99%. Чем больше мощность, тем больше КПД.

КПД » 97—99%.

Производство электроэнергии.


Осуществляется производство в основном с помощью элект­ромеханических индукционных генераторов.

Электростанции: тепловые (ТЭЦ) и гидроэлектрические (ГЭС), атомные (АЭС). Существуют также приливные, ветровые.


Источники энергии ТЭЦ: уголь, газ, мазут, сланцы, торф.

hello_html_1f8f9da2.png

ГЭС используют потенциальную энергию воды.

hello_html_m2d11004c.png

Атомные электростанции – тепловые станции, но использующие вместо энергии сгорающего органического топлива энергию распада атомов.


1- генератор переменного тока;

2- повышающие трансформаторы;

3-