Mis on füüsikas materiaalne punkt. Materjali punkt, tahke. Suhtlemine reaalsete objektidega

Terve ülesannete komplekti lahendamisel saab abstraheerida keha kujust ja suurusest ning käsitleda seda kui materiaalset punkti.

Definitsioon

Materiaalne punkt füüsikas nimetatakse kehaks, millel on mass, kuid mille mõõtmed, võrreldes teiste kehade kaugustega, võib vaadeldava ülesande puhul tähelepanuta jätta.

Mõiste "materiaalne punkt"

Mõiste "materiaalne punkt" on abstraktsioon. Looduses pole materiaalseid punkte. Kuid mõnede mehaanika probleemide sõnastus võimaldab seda abstraktsiooni kasutada.

Kui me räägime punktist kinemaatikas, siis võib seda vaadelda kui matemaatilist punkti. Kinemaatikas mõistetakse punkti kui väikest märki kehal või kehal endal, kui selle mõõtmed on keha läbitavate vahemaadega võrreldes väikesed.

Sellises mehaanika osas nagu dünaamika tuleb juba rääkida materiaalsest punktist kui punktist, millel on mass. Klassikalise mehaanika põhiseadused on seotud materiaalse punktiga, kehaga, millel pole geomeetrilisi mõõtmeid, kuid millel on mass.

Dünaamikas ei mõjuta keha suurus ja kuju paljudel juhtudel liikumise olemust, sel juhul võib keha käsitleda materiaalse punktina. Kuid muudel tingimustel ei saa sama keha pidada punktiks, kuna selle kuju ja suurus on keha liikumise kirjeldamisel määravad.

Seega, kui inimest huvitab, kui palju aega kulub autol Moskvast Tjumenisse jõudmiseks, siis pole absoluutselt vaja teada, kuidas auto iga ratas liigub. Kui aga autojuht üritab oma autot kitsale parkimiskohale pigistada, ei saa autot materiaalseks punktiks võtta, kuna auto mõõtmed loevad. Võite võtta Maad kui materiaalset punkti, kui arvestada meie planeedi liikumist ümber Päikese, kuid seda ei saa teha, kui uurida selle liikumist ümber oma telje, kui proovime tuvastada põhjuseid, miks päevale järgneb öö. Niisiis, ühte ja sama keha võib mõnes olukorras pidada materiaalseks punktiks, teistes tingimustes seda teha ei saa.

On teatud tüüpi liikumisi, mille puhul keha saab ohutult võtta materiaalse punktina. Nii et näiteks jäiga keha translatsioonilise liikumise ajal liiguvad kõik selle osad ühtemoodi, seetõttu peetakse sellisel liikumisel keha tavaliselt punktiks, mille mass on võrdne keha massiga. . Aga kui sama keha pöörleb ümber oma telje, siis ei saa seda võtta kui materiaalset punkti.

Ja nii, materiaalne punkt on keha lihtsaim mudel. Kui keha saab võrrelda materiaalse punktiga, siis see lihtsustab oluliselt selle liikumise uurimise probleemi lahendamist.

Punkti erinevaid liikumistüüpe eristatakse ennekõike trajektoori tüübi järgi. Kui punkti trajektoor on sirgjoon, nimetatakse liikumist sirgjooneliseks. Makroskoopilise keha liikumise puhul on mõttekas rääkida keha sirgjoonelisest või kõverjoonelisest liikumisest ainult siis, kui liikumist kirjeldades on võimalik piirduda selle keha ühe punkti liikumise arvestamisega. Üldiselt võivad kehas erinevad punktid sooritada erinevat tüüpi liigutusi.

Materiaalne punktisüsteem

Kui keha ei saa võtta kui materiaalset punkti, siis saab seda esitada materiaalsete punktide süsteemina. Sel juhul jaguneb keha vaimselt lõpmatult väikesteks elementideks, millest igaüht võib võtta kui materiaalset punkti.

Mehaanikas saab iga keha kujutada materiaalsete punktide süsteemina. Omades punkti liikumisseadusi, võime eeldada, et meil on meetod mis tahes keha kirjeldamiseks.

Mehaanikas mängib olulist rolli absoluutselt jäiga keha kontseptsioon, mida defineeritakse kui materiaalsete punktide süsteemi, mille vahelised kaugused on muutumatud, selle keha mis tahes vastastikmõju korral.

Näited ülesannetest koos lahendusega

Näide 1

Harjutus. Millal võib keha pidada materiaalseks punktiks:

Võistlustel olev sportlane viskab tuuma. Kas tuuma võib pidada materiaalseks punktiks?

Pall pöörleb ümber oma telje. Kas pall on materiaalne punkt?

Võimleja sooritab harjutust ebatasastel kangidel.

Jooksja läbib distantsi.

Näide 2

Harjutus. Millistel tingimustel võib ülespoole liikuvat kivi pidada materiaalseks punktiks. Vaata joonist 1 ja joont 2.

Lahendus: Joonisel fig. 1, ei saa kivi suurust selle kaugusega võrreldes väikeseks pidada. Sel juhul ei saa kivi pidada materiaalseks punktiks.

Joonisel fig. 2, kivi pöörleb, seetõttu ei saa seda pidada materiaalseks punktiks.

Vastus.Üles visatud kivi võib pidada materiaalseks punktiks, kui selle mõõtmed on selle kaugusega võrreldes väikesed ja see liigub edasi (pöörlemist ei toimu).

Definitsioon

Materiaalne punkt on makroskoopiline keha, mille suurust, kuju, pöörlemist ja sisemist struktuuri võib selle liikumise kirjeldamisel tähelepanuta jätta.

Küsimus, kas antud keha saab käsitleda materiaalse punktina, ei sõltu mitte selle keha suurusest, vaid lahendatava probleemi tingimustest. Näiteks Maa raadius on palju väiksem kui kaugus Maast Päikeseni ja selle orbiidi liikumist saab hästi kirjeldada kui Maa massiga võrdse ja selle keskmes asuva materiaalse punkti liikumist. . Kui aga arvestada Maa igapäevast liikumist ümber oma telje, ei ole selle asendamine materiaalse punktiga mõttekas. Materiaalse punkti mudeli rakendatavus konkreetsele kehale ei sõltu mitte niivõrd keha enda suurusest, kuivõrd selle liikumise tingimustest. Eelkõige võib vastavalt teoreemile süsteemi massikeskme liikumise kohta translatsioonilise liikumise ajal pidada materiaalseks punktiks mis tahes tahket keha, mille asukoht langeb kokku keha massikeskmega.

Materiaalse punkti mass, asend, kiirus ja mõned muud füüsikalised omadused igal ajahetkel määravad täielikult selle käitumise.

Materiaalse punkti asukohta ruumis defineeritakse kui geomeetrilise punkti asukohta. Klassikalises mehaanikas eeldatakse, et materiaalse punkti mass on ajas konstantne ja sõltumatu selle liikumise ja teiste kehadega vastastikmõju tunnustest. Klassikalise mehaanika konstrueerimise aksiomaatilise lähenemise korral võetakse üheks aksioomiks järgmine:

Aksioom

Materiaalne punkt - geomeetriline punkt, millele on omistatud skalaar, mida nimetatakse massiks: $ (r, m) $, kus $ r $ on vektor Eukleidilises ruumis, mis viitab mis tahes Descartes'i koordinaatsüsteemile. Eeldatakse, et mass on konstantne, sõltumata punkti asukohast ruumis ega ajas.

Mehaanilist energiat saab materiaalne punkt salvestada ainult selle ruumis liikumise kineetilise energia ja (või) väljaga interaktsiooni potentsiaalse energia kujul. See tähendab automaatselt materjali punkti võimetust deformatsioonidele (materiaalseks punktiks saab nimetada ainult absoluutselt jäika keha) ja pöörlemisele ümber oma telje ning selle telje suuna muutumisele ruumis. Samal ajal on materiaalse punktiga kirjeldatud keha liikumismudel, mis seisneb selle kauguse muutmises teatud hetkelisest pöörlemiskeskmest ja kahest Euleri nurgast, mis määravad seda punkti keskpunktiga ühendava joone suuna, on äärmiselt laialdaselt kasutusel paljudes mehaanika harudes.

Meetod reaalkehade liikumisseaduste uurimiseks ideaalse mudeli – materiaalse punkti – liikumist uurides on mehaanikas peamine. Mis tahes makroskoopilist keha saab kujutada interakteeruvate materjalipunktide g kogumina, mille massid on võrdsed selle osade massidega. Nende osade liikumise uurimine taandatakse materiaalsete punktide liikumise uurimisele.

Materiaalse punkti kontseptsiooni piiratud rakendus on näha sellisest näitest: kõrgel temperatuuril eraldunud gaasis on iga molekuli suurus võrreldes tüüpilise molekulidevahelise kaugusega väga väike. Näib, et selle võib tähelepanuta jätta ja molekuli võib pidada materiaalseks punktiks. Kuid see ei ole alati nii: molekuli vibratsioonid ja pöörlemised on molekuli "siseenergia" oluliseks reservuaariks, mille "mahtuvuse" määravad molekuli suurus, struktuur ja keemilised omadused. Heas lähenduses võib mõnikord käsitleda ka monoatomilist molekuli (inertgaasid, metalliaurud jne) kui materiaalset punkti, kuid isegi sellistes molekulides on piisavalt kõrgel temperatuuril täheldatav elektronkestade ergastumine molekulide kokkupõrgete tõttu, järgneb emissioon.

1. harjutus

a) garaaži sisenev auto;

b) auto Voroneži – Rostovi maanteel?

a) garaaži sisenevat autot ei saa segi ajada materiaalse punktiga, kuna nendes tingimustes on auto mõõtmed olulised;

b) Voroneži-Rostovi maanteel asuvat autot võib võtta kui materiaalset punkti, kuna auto suurus on palju väiksem kui linnade vaheline kaugus.

Kas materiaalseks punktiks on võimalik võtta:

a) poiss, kes kõnnib teel koolist koju 1 km;

b) poiss, kes teeb harjutusi.

a) Kui poiss koolist naastes kõnnib koduni 1 km, siis võib poissi selles liikumises pidada materiaalseks punktiks, kuna tema mõõtmed on läbitava vahemaaga võrreldes väikesed.

b) kui sama poiss teeb hommikuvõimlemist, ei saa teda pidada materiaalseks punktiks.

Materiaalne punkt

Materiaalne punkt(osake) - mehaanika lihtsaim füüsikaline mudel - ideaalne keha, mille mõõtmed on nulliga võrdsed, keha mõõtmeid võib käsitletava probleemi eelduste piires lugeda ka lõpmatult väikesteks võrreldes teiste mõõtmete või kaugustega . Materiaalse punkti asukohta ruumis defineeritakse kui geomeetrilise punkti asukohta.

Praktikas mõistetakse materiaalse punkti all massiga keha, mille suurust ja kuju võib selle ülesande lahendamisel tähelepanuta jätta.

Keha sirgjoonelise liikumise korral piisab selle asukoha määramiseks ühest koordinaatide teljest.

Iseärasused

Materiaalse punkti mass, asukoht ja kiirus igal ajahetkel määravad täielikult selle käitumise ja füüsikalised omadused.

Tagajärjed

Mehaanilist energiat saab materiaalne punkt salvestada ainult selle ruumis liikumise kineetilise energia ja (või) väljaga interaktsiooni potentsiaalse energia kujul. See tähendab automaatselt materjali punkti võimetust deformatsioonidele (materiaalseks punktiks saab nimetada ainult absoluutselt jäika keha) ja pöörlemisele ümber oma telje ning selle telje suuna muutumisele ruumis. Samal ajal on materiaalse punktiga kirjeldatud keha liikumise mudel, mis seisneb selle kauguse muutmises teatud hetkelisest pöörlemiskeskmest ja kahest Euleri nurgast, mis määravad seda punkti keskpunktiga ühendava joone suuna. , kasutatakse väga laialdaselt paljudes mehaanika harudes.

Piirangud

Materiaalse punkti kontseptsiooni piiratud rakendus on näha sellisest näitest: kõrgel temperatuuril eraldunud gaasis on iga molekuli suurus võrreldes tüüpilise molekulidevahelise kaugusega väga väike. Näib, et selle võib tähelepanuta jätta ja molekuli võib pidada materiaalseks punktiks. Kuid see ei ole alati nii: molekuli vibratsioonid ja pöörlemised on molekuli "siseenergia" oluliseks reservuaariks, mille "mahtuvuse" määravad molekuli suurus, struktuur ja keemilised omadused. Heas lähenduses võib mõnikord käsitleda ka monoatomilist molekuli (inertgaasid, metalliaurud jne) kui materiaalset punkti, kuid isegi sellistes molekulides on piisavalt kõrgel temperatuuril täheldatav elektronkestade ergastumine molekulide kokkupõrgete tõttu, järgneb emissioon.

Märkmed (redigeeri)

Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.

• Mehaaniline liikumine
• Täiesti soliidne

Vaadake, mis on "Materiaalne punkt" teistes sõnaraamatutes:

MATERJAL PUNKT on massiga punkt. Mehaanikas kasutatakse materiaalse punkti mõistet juhtudel, kui keha suurus ja kuju ei mängi selle liikumise uurimisel rolli, vaid oluline on ainult mass. Peaaegu iga keha võib pidada materiaalseks punktiks, kui ... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

MATERJAL PUNKT- mehaanikas kasutusele võetud mõiste objekti tähistamiseks, mida peetakse massiga punktiks. M. asukoht t. In pr ve on defineeritud kui geomi asukoht. punktid, mis lihtsustab oluliselt mehaanika ülesannete lahendamist. Praktikas võib keha pidada ... ... Füüsiline entsüklopeedia

materiaalne punkt- Massiga punkt. [Soovitatavate terminite kogu. Väljaanne 102. Teoreetiline mehaanika. NSVL Teaduste Akadeemia. Teadusliku ja tehnilise terminoloogia komitee. 1984] Teemad teoreetiline mehaanika EN osake DE materialle Punkt FR point matériel ... Tehniline tõlkija juhend

MATERJAL PUNKT Kaasaegne entsüklopeedia

MATERJAL PUNKT- Mehaanikas: lõpmata väike keha. Vene keele võõrsõnade sõnastik. Tšudinov A.N., 1910 ... Vene keele võõrsõnade sõnastik

Materiaalne punkt- MATERJALI PUNKT, mehaanikas kasutusele võetud mõiste, mis tähistab keha, mille suurust ja kuju võib tähelepanuta jätta. Materiaalse punkti asukohta ruumis defineeritakse kui geomeetrilise punkti asukohta. Keha võib pidada materiaalseks ...... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat

materiaalne punkt- mehaanikas kasutusele võetud mõiste massiga lõpmatult väikeste mõõtmetega objekti kohta. Materiaalse punkti asukohta ruumis defineeritakse kui geomeetrilise punkti asukohta, mis lihtsustab mehaanika ülesannete lahendamist. Peaaegu iga keha suudab ...... entsüklopeediline sõnaraamat

Materiaalne punkt- geomeetriline punkt massiga; materiaalne punkt on abstraktne kujutis materiaalsest kehast, millel on mass ja puuduvad mõõtmed ... Kaasaegse loodusteaduse algus

materiaalne punkt- materialusis taškas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. massipunkt; materiaalne punkt vok. Massenpunkt, m; materieller Punkt, m rus. materiaalne punkt, f; punktmass, f pranc. punkti mass, m; point matériel, m ... Fizikos terminų žodynas

materiaalne punkt- Punkt massiga ... Polütehniline terminoloogiline seletav sõnaraamat

Raamatud

• Laudade komplekt. Füüsika. 9. klass (20 tabelit),. Õppealbum 20 lehest. Materiaalne punkt. Liikuva keha koordinaadid. Kiirendus. Newtoni seadused. Universaalse gravitatsiooni seadus. Sirge ja kumer liikumine. Keha liikumine mööda...

Keha mehaaniline liikumine on selle asukoha muutumine ruumis teiste kehade suhtes aja jooksul. Mehaanik uurib kehade liikumist. Absoluutselt jäiga (liikumise ja interaktsiooni käigus mittedeformeerunud) keha liikumist, mille kõik selle punktid antud ajahetkel liiguvad ühtemoodi, nimetatakse translatsiooniliseks liikumiseks, selle kirjeldamiseks on vajalik ja piisav kirjeldada keha ühe punkti liikumine. Liikumist, mille puhul keha kõigi punktide trajektoorid on ringid, mille keskpunkt on ühel sirgel ja kõik ringide tasapinnad on selle sirgega risti, nimetatakse pöörlevaks liikumiseks. Keha, mille kuju ja suurust võib nendes tingimustes tähelepanuta jätta, nimetatakse materiaalseks punktiks. See on tähelepanuta jäetud

Seda on lubatud teha, kui keha mõõtmed on väikesed võrreldes selle läbitava vahemaa või antud keha kaugusega teiste kehade vahel. Keha liikumise kirjeldamiseks peate teadma selle koordinaate igal ajahetkel. See on mehaanika peamine ülesanne.

2. Liikumise suhtelisus. Võrdlussüsteem. Ühikud.

Materiaalse punkti koordinaatide määramiseks tuleb valida võrdluskeha ja siduda sellega koordinaatsüsteem ning määrata aja alguspunkt. Koordinaatsüsteem ja ajaviite alguspunkti märge moodustavad võrdlussüsteemi, mille suhtes keha liikumist vaadeldakse. Süsteem peab liikuma püsiva kiirusega (või puhkeolekus, mis on üldiselt sama asi). Keha liikumise trajektoor, läbitud vahemaa ja liikumine - sõltuvad tugiraami valikust, st. mehaaniline liikumine on suhteline. Pikkuse mõõtühik on meeter, mis võrdub valguse vaakumis läbitud vahemaaga sekundites. Sekund on ajaühik, mis võrdub tseesium-133 aatomi kiirgusperioodidega.

3. Trajektoor. Tee ja liikumine. Vahetu kiirus.

Keha trajektoor on joon, mida ruumis kirjeldab liikuv materiaalne punkt. Tee - trajektoorilõigu pikkus materiaalse punkti algsest liikumisest lõppliikumiseni. Raadiusvektor on vektor, mis ühendab lähtepunkti ja ruumipunkti. Nihe on vektor, mis ühendab ajas läbitud trajektoorilõigu algus- ja lõpp-punkti. Kiirus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab liikumiskiirust ja -suunda antud ajahetkel. Keskmine kiirus on määratletud kui. Keskmine kiirus maapinnal on võrdne keha poolt teatud aja jooksul läbitud vahemaa ja selle perioodi suhtega. ... Hetkekiirus (vektor) - liikuva punkti raadiusvektori esimene tuletis. ... Hetkekiirus on suunatud trajektoorile tangentsiaalselt, keskmine kiirus on mööda sekanti. Hetkekiirus (skalaar) – teekonna esimene tuletis aja suhtes, suurusjärgus, mis on võrdne hetkekiirusega

4. Ühtlane sirgjooneline liikumine. Kinemaatiliste suuruste sõltuvuse ajast ühtlasel liikumisel graafikud. Kiiruse lisamine.

Liikumist, mille absoluutväärtus ja suunakiirus on konstantne, nimetatakse ühtlaseks sirgjooneliseks liikumiseks. Ühtlase sirgjoonelise liikumise korral läbib keha võrdsete ajavahemike jooksul samu vahemaid. Kui kiirus on konstantne, arvutatakse läbitud vahemaa järgmiselt. Klassikaline kiiruste liitmise seadus on sõnastatud järgmiselt: materiaalse punkti liikumiskiirus statsionaarseks võetava võrdlusraami suhtes on võrdne liikuva süsteemi punkti kiiruste ja kiiruse vektorsummaga. liikuva süsteemi kohta statsionaarse suhtes.

5. Kiirendus. Võrdselt kiirendatud sirgjooneline liikumine. Kinemaatiliste suuruste sõltuvuse ajast ühtlaselt kiirendatud liikumisel graafikud.

Liikumist, mille käigus keha teeb võrdsete ajavahemike järel ebavõrdseid liigutusi, nimetatakse ebaühtlaseks liikumiseks. Ebaühtlase translatsioonilise liikumise korral muutub keha kiirus ajas. Kiirendus (vektor) on füüsikaline suurus, mis iseloomustab kiiruse muutumise kiirust absoluutväärtuses ja suunas. Hetkeline kiirendus (vektor) on kiiruse esimene tuletis aja suhtes. Võrdselt kiirendatud on liikumine, mille suurus ja suund on kiirenduskonstants. Ühtlaselt kiirendatud kiirus arvutatakse järgmiselt.

Seega tuletatakse ühtlaselt kiirendatud liikumise tee valem järgmiselt

Kehtivad ka ühtlaselt kiirendatud liikumise kiiruse ja teekonna võrranditest tuletatud valemid.

6. Kehade vabalangemine. Gravitatsiooni kiirendus.

Keha kukkumine on selle liikumine gravitatsiooniväljas. (???) ... Kehade kukkumist vaakumis nimetatakse vabaks langemiseks. Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et vabalangemisel liiguvad kehad ühtemoodi, sõltumata nende füüsilistest omadustest. Kiirendust, millega kehad langevad tühimikus Maale, nimetatakse gravitatsioonikiirenduseks ja seda tähistatakse

7. Ühtlane liikumine ümber ringi. Kiirendus keha ühtlase liikumisega ümber ümbermõõdu (tsentripetaalne kiirendus)

Iga liikumist trajektoori piisavalt väikesel lõigul võib ligikaudselt pidada ühtlaseks liikumiseks mööda ringi. Ümbermõõdu ühtlase liikumise käigus jääb kiiruse väärtus konstantseks ja kiirusvektori suund muutub.<рисунок>.. Kiirendusvektor mööda ringi liikudes on suunatud kiirusvektoriga risti (suunatud tangentsiaalselt) ringi keskpunkti. Ajavahemikku, mille jooksul keha teeb ringis täieliku pöörde, nimetatakse perioodiks. ... Perioodi pöörete arvu, mis näitab pöörete arvu ajaühikus, nimetatakse sageduseks. Neid valemeid rakendades saate järeldada, et või. Nurkkiirus (pöörlemiskiirus) on määratletud kui ... Keha kõigi punktide nurkkiirus on ühesugune ja iseloomustab pöörleva keha liikumist tervikuna. Sel juhul väljendatakse keha lineaarkiirust kui ja kiirendust kui.

Liikumiste sõltumatuse põhimõte käsitleb keha mis tahes punkti liikumist kahe liigutuse - translatsiooni ja pöörlemise - summana.

8. Newtoni esimene seadus. Inertsiaalne tugiraamistik.

Keha kiiruse säilitamise nähtust välismõjude puudumisel nimetatakse inertsiks. Newtoni esimene seadus, tuntud ka kui inertsiseadus, ütleb: "On olemas sellised tugisüsteemid, mille suhtes järk-järgult liikuvad kehad hoiavad oma kiirust konstantsena, kui teised kehad neile ei mõju". Võrdluskaare, mille suhtes kehad välismõjude puudumisel liiguvad sirgjooneliselt ja ühtlaselt, nimetatakse inertsiaalseteks võrdlusraamideks. Maaga seotud võrdlussüsteeme peetakse inertsiaalseteks eeldusel, et maa pöörlemist eiratakse.

9. Kaal. Jõud. Newtoni teine ​​seadus. Jõudude liitmine. Raskuskese.

Keha kiiruse muutumise põhjuseks on alati tema koostoime teiste kehadega. Kui kaks keha interakteeruvad, muutuvad alati kiirused, s.t. Kiirendused omandatakse. Kahe keha kiirenduste suhe on kõigi vastastikmõjude korral sama. Keha omadust, millest tema kiirendus teiste kehadega suhtlemisel sõltub, nimetatakse inertsiks. Inertsi kvantitatiivne mõõt on kehakaal. Interakteeruvate kehade masside suhe on võrdne kiirendusmoodulite pöördsuhtega. Newtoni teine ​​seadus loob seose liikumise kinemaatika – kiirenduse – ja vastasmõju dünaamiliste omaduste – jõudude vahel. , ehk täpsemalt s.t. materiaalse punkti impulsi muutumise kiirus on võrdne sellele mõjuva jõuga. Mitme jõu samaaegsel mõjul ühele kehale liigub keha kiirendusega, mis on nende kiirenduste vektorsumma, mis tekiks kõigi nende jõudude toimel eraldi. Ühele punktile rakendatud kehale mõjuvad jõud liidetakse vastavalt vektorite liitmise reeglile. Seda sätet nimetatakse vägede tegevuse sõltumatuse põhimõtteks. Massikese on jäiga keha või jäikade kehade süsteemi punkt, mis liigub samamoodi nagu materiaalne punkt massiga, mis on võrdne kogu süsteemi kui terviku masside summaga ja millel sama. tekkiv jõud toimib nagu kehale. ... Seda avaldist aja jooksul integreerides on võimalik saada massikeskme koordinaatide avaldised. Raskuskese on kõigi selle keha osakestele mõjuvate gravitatsioonijõudude resultandi rakenduspunkt mis tahes ruumis. Kui keha lineaarsed mõõtmed on Maa mõõtmetega võrreldes väikesed, siis langeb massikese kokku raskuskeskmega. Kõigi elementaarraskusjõu momentide summa mis tahes raskuskeset läbiva telje suhtes on võrdne nulliga.

10. Newtoni kolmas seadus.

Kahe keha mis tahes vastastikmõju korral on saadud kiirenduste moodulite suhe konstantne ja võrdne masside pöördsuhtega. Sest kui kehad interakteeruvad, on kiirendusvektoritel vastupidine suund, võib kirjutada nii ... Newtoni teise seaduse kohaselt on esimesele kehale mõjuv jõud võrdne ja teisele kehale. Seega,. Newtoni kolmas seadus ühendab jõud, millega kehad üksteisele mõjuvad. Kui kaks keha interakteeruvad üksteisega, siis nende vahel tekkivad jõud rakenduvad erinevatele kehadele, on suuruselt võrdsed, vastassuunalised, toimivad mööda ühte sirget, on ühesuguse olemusega.

11. Elastsusjõud. Hooke'i seadus.

Keha deformatsioonist tekkivat jõudu, mis on suunatud selle deformatsiooni käigus kehaosakeste nihketele vastupidises suunas, nimetatakse elastsusjõuks. Katsed vardaga on näidanud, et väikeste deformatsioonide korral võrreldes keha mõõtmetega on elastsusjõu moodul otseselt võrdeline varda vaba otsa nihkevektori mooduliga, mis projektsioonis välja näeb. Selle seose tuvastas R. Hooke, tema seadus on sõnastatud järgmiselt: keha deformeerumisel tekkiv elastsusjõud on võrdeline keha pikenemisega kehaosakeste liikumissuunale vastupidises suunas deformatsiooni ajal. Koefitsient k nimetatakse keha jäikuseks ja see sõltub keha kujust ja materjalist. Väljendatakse njuutonites meetri kohta. Elastsed jõud on põhjustatud elektromagnetilistest vastasmõjudest.

12. Hõõrdejõud, libisemishõõrdetegur. Viskoosne hõõrdumine (???)

Jõudu, mis tekib kehade vahelisel liidesel, kui kehade suhteline liikumine puudub, nimetatakse staatiliseks hõõrdejõuks. Staatiline hõõrdejõud on suuruselt võrdne kehade kontaktpinnale tangentsiaalselt suunatud välisjõuga ja on sellele vastupidine. Ühe keha ühtlasel liikumisel teise pinnal, välisjõu mõjul, mõjub kehale jõud, mille suurus on võrdne liikumapaneva jõuga ja vastupidine. Seda jõudu nimetatakse libisemishõõrdejõuks. Libmishõõrdejõu vektor on suunatud kiirusvektori vastu, mistõttu see jõud viib alati keha suhtelise kiiruse vähenemiseni. Hõõrdejõud, nagu ka elastsusjõud, on elektromagnetilise iseloomuga ja tekivad kokkupuutel olevate kehade aatomite elektrilaengute vastastikmõju tõttu. Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et staatilise hõõrdejõu mooduli maksimaalne väärtus on võrdeline survejõuga. Samuti on staatilise hõõrdejõu ja libiseva hõõrdejõu maksimaalne väärtus ligikaudu võrdne, nagu ka proportsionaalsuskoefitsiendid hõõrdejõudude ja pinnale avaldatava surve vahel.

13. Gravitatsioonijõud... Universaalse gravitatsiooni seadus. Gravitatsioon. Kehakaal.

Sellest, et kehad, olenemata nende massist, langevad sama kiirendusega, järeldub, et neile mõjuv jõud on võrdeline keha massiga. Seda külgetõmbejõudu, mis mõjub kõigile kehadele Maa küljelt, nimetatakse gravitatsioonijõuks. Gravitatsioon toimib kehade vahel mis tahes kaugusel. Kõik kehad tõmbuvad üksteise poole, universaalse raskusjõu jõud on võrdeline masside korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga. Universaalse gravitatsioonijõudude vektorid on suunatud mööda kehade massikeskmeid ühendavat sirgjoont. , G - Gravitatsioonikonstant, võrdub. Keha kaal on jõud, millega keha raskusjõu mõjul toele mõjub või vedrustust venitab. Keha kaal on Newtoni kolmanda seaduse järgi mooduli poolest võrdne ja vastupidine toe elastsusjõule. Newtoni teise seaduse järgi, kui kehale enam jõudu ei mõju, siis keha gravitatsiooni tasakaalustab elastsusjõud. Selle tulemusena on keha kaal fikseeritud või ühtlaselt liikuval horisontaalsel toel võrdne gravitatsioonijõuga. Kui tugi liigub kiirendusega, siis Newtoni teise seaduse järgi kust see väljastatakse. See tähendab, et keha mass, mille kiirenduse suund langeb kokku raskuskiirenduse suunaga, on väiksem kui puhkeasendis oleva keha kaal.

14. Keha liikumine gravitatsiooni mõjul piki vertikaali. Tehissatelliitide liikumine. Kaalutus. Esimene kosmosekiirus.

Maapinnaga paralleelselt keha viskamisel on lennuulatus seda suurem, mida suurem on algkiirus. Suurel kiirusel on vaja arvestada ka maakera sfäärilisusega, mis kajastub gravitatsioonivektori suuna muutumises. Teatud kiiruse väärtusel saab keha universaalse gravitatsioonijõu mõjul ümber Maa liikuda. Seda kiirust, mida nimetatakse esimeseks kosmiliseks, saab määrata keha ringjoonel liikumise võrrandist. Teisest küljest järeldub Newtoni teisest seadusest ja universaalse gravitatsiooni seadusest. Nii et eemalt R massiga taevakeha keskpunktist M esimene kosmiline kiirus on. Kui keha kiirus muutub, muutub selle orbiidi kuju ringist ellipsiks. Teise orbiidiga võrdse kosmilise kiiruse saavutamisel muutub paraboolseks.

15. Keha impulss. Impulsi jäävuse seadus. Reaktiivmootor.

Newtoni teise seaduse järgi, olenemata sellest, kas keha oli puhke- või liikumisseisundis, saab selle kiiruse muutus toimuda ainult teiste kehadega suhtlemisel. Kui massiga kehal m mõnda aega t jõud mõjub ja selle liikumise kiirus muutub alates kuni, siis on keha kiirendus võrdne. Newtoni teise seaduse alusel saab jõudu kirjutada. Füüsikalist suurust, mis võrdub jõu korrutisega selle mõju ajal, nimetatakse jõu impulsiks. Jõuimpulss näitab, et on olemas suurus, mis muutub kõikide kehade puhul samade jõudude mõjul ühtemoodi, kui jõu mõjuaeg on sama. Seda väärtust, mis võrdub keha massi ja selle liikumiskiiruse korrutisega, nimetatakse keha impulsiks. Keha impulsi muutus on võrdne selle muutuse põhjustanud jõu impulsiga.Võtke kaks keha, massid ja, liikudes kiirustega ja. Vastavalt Newtoni kolmandale seadusele on kehadele nende vastasmõju ajal mõjuvad jõud suuruselt võrdsed ja suunalt vastupidised, s.t. neid saab tähistada kui ja. Interaktsiooni ajal impulsside muutumise kohta saate kirjutada. Nendest väljenditest saame selle , see tähendab, et kahe keha impulsside vektorsumma enne vastastikmõju on võrdne impulsside vektorsummaga pärast vastastikmõju. Üldisemal kujul kõlab impulsi jäävuse seadus järgmiselt: Kui, siis.

16. Mehaaniline töö. Võimsus. Kineetiline ja potentsiaalne energia.

Töö A konstantne jõud on füüsikaline suurus, mis on võrdne jõu ja nihke moodulite korrutisega, mis on korrutatud vektorite vahelise nurga koosinusega ja. ... Töö on skalaarväärtus ja sellel võib olla negatiivne väärtus, kui nurk nihke- ja jõuvektorite vahel on suurem. Tööühikut nimetatakse džauliks, 1 džaul võrdub 1 njuutoni jõuga tehtud tööga, kui liigutate selle rakenduspunkti 1 meetri võrra. Võimsus on füüsikaline suurus, mis võrdub töö ja selle töö tegemise ajaperioodi suhtega. ... Ühtset võimsust nimetatakse vattideks, 1 vatt võrdub võimsusega, millega tehakse 1 džauli töö 1 sekundiga. Oletame, et massiga keha m mõjub jõud (mis võib üldiselt olla mitme jõu resultant), mille toimel liigub keha edasi vektori suunas. Jõumoodul vastavalt Newtoni teisele seadusele on ma, ning nihkevektori moodul on seotud kiirenduse ning alg- ja lõppkiirusega as. Siit saame töö jaoks valemi ... Füüsikalist suurust, mis võrdub poolega keha massist kiiruse ruuduga, nimetatakse kineetiliseks energiaks. Kehale rakendatavate resultantjõudude töö on võrdne kineetilise energia muutumisega. Füüsikalist suurust, mis võrdub keha massi gravitatsioonikiirenduse mooduli ja kõrguse korrutisega, milleni keha nullpotentsiaaliga pinnast kõrgemale tõstetakse, nimetatakse keha potentsiaalseks energiaks. Potentsiaalse energia muutumine iseloomustab gravitatsiooni tööd keha liikumisel. See töö on võrdne potentsiaalse energia muutusega, mis on võetud vastupidise märgiga. Maapinna all oleval kehal on negatiivne potentsiaalne energia. Tõstetud kehad pole ainsad potentsiaalse energiaga kehad. Võtke arvesse elastsusjõu poolt tehtud tööd vedru deformeerumisel. Elastsusjõud on otseselt võrdeline deformatsiooniga ja selle keskmine väärtus on võrdne , töö on võrdne jõu ja deformatsiooni korrutisega , või ... Füüsikalist suurust, mis võrdub poolega keha jäikuse ja deformatsiooni ruudu korrutisest, nimetatakse deformeerunud keha potentsiaalseks energiaks. Potentsiaalse energia oluline omadus on see, et keha ei saa seda omada ilma teiste kehadega suhtlemata.

17. Energia jäävuse seadused mehaanikas.

Potentsiaalne energia iseloomustab vastastikku toimivaid kehasid, kineetiline energia - liikuvaid. Nii üks kui ka teine ​​tekib kehade vastasmõju tulemusena. Kui mitu keha interakteeruvad üksteisega ainult gravitatsioonijõudude ja elastsusjõudude mõjul ning neile ei mõju ükski välisjõud (või nende resultant on võrdne nulliga), siis kehade mis tahes vastastikmõju korral on elastsusjõudude või gravitatsioonijõudude töö võrdne potentsiaalse energia muutus vastupidise märgiga ... Samas kineetilise energia teoreemi järgi (keha kineetilise energia muutus võrdub välisjõudude tööga) on samade jõudude töö võrdne kineetilise energia muutumisega. ... Sellest võrdsusest järeldub, et suletud süsteemi moodustavate kehade kineetilise ja potentsiaalse energia summa, mis interakteeruvad üksteisega gravitatsiooni- ja elastsusjõudude mõjul, jääb konstantseks. Kehade kineetilise ja potentsiaalse energia summat nimetatakse mehaaniliseks koguenergiaks. Üksteisega gravitatsiooni- ja elastsusjõudude mõjul vastastikku mõjutavate kehade suletud süsteemi mehaaniline koguenergia jääb muutumatuks. Gravitatsiooni- ja elastsusjõudude töö võrdub ühelt poolt kineetilise energia suurenemisega ja teiselt poolt potentsiaali vähenemisega, see tähendab, et töö on võrdne ühest küljest pöördunud energiaga. tippige teisele.

18. Lihtmehhanismid (kaldtasand, kang, plokk) ja nende rakendamine.

Kaldtasapinda kasutatakse selleks, et suure massiga keha saaks liigutada keha massist palju väiksema jõu toimel. Kui kaldtasandi nurk on a, siis keha liigutamiseks piki tasapinda on vaja rakendada jõudu, mis on võrdne. Selle jõu ja keha massi suhe, jättes tähelepanuta hõõrdejõu, on võrdne tasapinna kaldenurga siinusega. Kuid jõu juurdekasvuga pole tööst kasu, sest tee suureneb kordades. See tulemus on energia jäävuse seaduse tagajärg, kuna gravitatsioonijõu töö ei sõltu keha tõstmise trajektoorist.

Kangi on tasakaalus, kui seda päripäeva pööravate jõudude moment on võrdne kangi vastupäeva pöörava jõumomendiga. Kui kangile rakendatavate jõudude vektorite suunad on risti lühima sirgjoonega, mis ühendab jõudude rakenduspunkte ja pöörlemistelge, siis saavad tasakaalutingimused kuju. Kui, siis annab kang võimsuse juurde. Jõu juurdekasv ei anna töövõitu, sest nurga a läbi pööramisel teeb jõud tööd ja jõud teeb tööd. Sest tingimusel siis.

Plokk võimaldab muuta jõu suunda. Fikseeritud ploki erinevatesse punktidesse rakendatavate jõudude õlad on samad ja seetõttu ei anna fikseeritud plokk tugevuse juurde. Koorma tõstmisel liigutatava ploki abil saavutatakse tugevuse kasv kahekordselt, kuna raskusjõu õlg on pool kaabli pingutusjõu õlast. Aga kaabli pikkuse tõmbamisel l koorem tõuseb kõrgusele l/2 seetõttu ei anna ka fikseeritud plokk töövõitu.

19. Surve. Pascali seadus vedelike ja gaaside kohta.

Füüsikalist suurust, mis võrdub pinnaga risti mõjuva jõu mooduli ja selle pinna pindala suhtega, nimetatakse rõhuks. Rõhu ühik on paskal, mis võrdub rõhuga, mis tekib jõul 1 njuuton ruutmeetri kohta. Kõik vedelikud ja gaasid edastavad neile tekitatud rõhu igas suunas.

20. Kommunikatsioonilaevad. Hüdrauliline press. Atmosfääri rõhk. Bernoulli võrrand.

Silindrilises anumas on anuma põhja mõjuv survejõud võrdne vedelikusamba massiga. Rõhk anuma põhjas on , kust rõhk sügavusel h võrdub . Sama rõhk mõjub anuma seintele. Vedeliku rõhkude võrdsus samal kõrgusel toob kaasa asjaolu, et mis tahes kujuga suhtlevates anumates on homogeense vedeliku vabad pinnad puhkeolekus samal tasemel (oluliste kapillaarjõudude korral). Ebahomogeense vedeliku korral on tihedama vedeliku kolonni kõrgus väiksem kui vähemtiheda vedeliku kõrgus. Hüdraulika masin töötab Pascali seaduse alusel. See koosneb kahest ühenduses olevast anumast, mis on suletud erinevate alade kolbidega. Rõhk, mis tekib välisjõu poolt ühele kolvile, kandub Pascali seaduse kohaselt edasi teisele kolvile. ... Hüdrauliline masin suurendab võimsust nii mitu korda, kui selle suure kolvi pindala on suurem kui väikese kolvi pindala.

Kokkusurumatu vedeliku statsionaarse liikumise korral kehtib pidevuse võrrand. Ideaalse vedeliku puhul, mille viskoossust (st selle osakeste vahelist hõõrdumist) saab tähelepanuta jätta, on energia jäävuse seaduse matemaatiline avaldis Bernoulli võrrand .

21. Torricelli kogemus. Atmosfäärirõhu muutus kõrgusega.

Gravitatsiooni mõjul suruvad atmosfääri ülemised kihid all olevatele. See rõhk edastatakse Pascali seaduse kohaselt igas suunas. Sellel rõhul on suurim tähtsus Maa pinnal ja see on tingitud õhusamba kaalust maapinnast atmosfääri piirini. Kõrguse suurenedes pinda suruvate atmosfäärikihtide mass väheneb, seetõttu väheneb atmosfäärirõhk kõrgusega. Merepinnal on atmosfäärirõhk 101 kPa. Seda survet avaldab elavhõbedasammas kõrgusega 760 mm. Kui toru, milles tekib vaakum, alandatakse vedelaks elavhõbedaks, siis atmosfäärirõhu mõjul tõuseb elavhõbe selles sellisele kõrgusele, mille juures vedelikusamba rõhk võrdsustub välisõhu rõhuga. elavhõbeda avatud pind. Atmosfäärirõhu muutumisel muutub ka vedelikusamba kõrgus torus.

22. Archimedese päevajõud vedelikele ja gaasidele. Ujumistingimused tel.

Vedeliku ja gaasi rõhu sõltuvus sügavusest toob kaasa üleslükkejõu, mis mõjub mis tahes vedelikku või gaasi sukeldatud kehale. Seda jõudu nimetatakse Archimedese jõuks. Kui keha on sukeldatud vedelikku, siis rõhud anuma külgseintele on omavahel tasakaalus ning alt ja ülalt tulevate rõhkude resultant on Archimedese jõud. , st. vedelikku (gaasi) sukeldatud keha välja tõrjuv jõud on võrdne keha poolt väljatõrjutud vedeliku (gaasi) massiga. Archimedese jõud on suunatud gravitatsioonijõule vastupidiselt, seetõttu on vedelikus kaalumisel kehamass väiksem kui vaakumis. Vedelikus olevat keha mõjutavad gravitatsioonijõud ja Archimedese jõud. Kui gravitatsioonijõu moodul on suurem - keha vajub, vähem - hõljub, võrdne - võib see olla tasakaalus igal sügavusel. Need jõudude suhted on võrdsed keha ja vedeliku (gaasi) tiheduse suhetega.

23. Molekulaarkineetilise teooria põhisätted ja nende eksperimentaalne põhjendus. Browni liikumine. Kaal ja suurus molekulid.

Molekulaarkineetiline teooria on aine struktuuri ja omaduste õpetus, mis kasutab aatomite ja molekulide kui aine väikseimate osakeste olemasolu kontseptsiooni. MCT põhisätted: aine koosneb aatomitest ja molekulidest, need osakesed liiguvad kaootiliselt, osakesed interakteeruvad üksteisega. Aatomite ja molekulide liikumine ning nende vastastikmõju järgivad mehaanika seadusi. Molekulide vastastikmõjus, kui nad üksteisele lähenevad, domineerivad esmalt tõmbejõud. Mõnel kaugusel nende vahel tekivad tõukejõud, mis absoluutväärtuses ületavad tõmbejõude. Molekulid ja aatomid vibreerivad juhuslikult kohtades, kus tõmbe- ja tõukejõud üksteist kustutavad. Vedelikus molekulid mitte ainult ei vibreeri, vaid ka hüppavad ühest tasakaaluasendist teise (voolavus). Gaasides on aatomite vaheline kaugus palju suurem kui molekulide suurus (kokkusurutavus ja paisutatavus). R. Brown avastas 19. sajandi alguses, et tahked osakesed liiguvad vedelikus juhuslikult. Seda nähtust sai seletada vaid MKT. Juhuslikult liikuvad vedeliku või gaasi molekulid põrkuvad kokku tahke osakesega ning muudavad selle suunda ja kiiruse moodulit (muutades muidugi nii oma suunda kui kiirust). Mida väiksem on osakeste suurus, seda märgatavamaks muutub impulsi muutus. Iga aine koosneb osakestest, seetõttu loetakse aine kogust võrdeliseks osakeste arvuga. Aine koguse ühikut nimetatakse mooliks. Mool on võrdne aine kogusega, mis sisaldab nii palju aatomeid kui on 0,012 kg süsinikus 12 C. Molekulide arvu ja aine koguse suhet nimetatakse Avogadro konstandiks: ... Aine koguse võib leida molekulide arvu ja Avogadro konstandi suhtena. Molaarmass M nimetatakse suurust, mis võrdub aine massi suhtega m aine kogusele. Molaarmassi väljendatakse kilogrammides mooli kohta. Molaarmassi saab väljendada molekuli massina m 0 : .

24. Ideaalne gaas. Ideaalse gaasi molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand.

Ideaalse gaasi mudelit kasutatakse gaasilises olekus oleva aine omaduste selgitamiseks. See mudel eeldab järgmist: gaasimolekulid on anuma ruumalaga võrreldes tühised, tõmbejõud ei toimi molekulide vahel ning üksteise ja anuma seintega kokkupõrkel mõjuvad tõukejõud. Gaasirõhu nähtuse kvalitatiivne seletus seisneb selles, et ideaalse gaasi molekulid puutuvad kokku anuma seintega elastsete kehadena. Kui molekul põrkab kokku veresoone seinaga, muutub kiirusvektori projektsioon seinaga risti olevale teljele vastupidiseks. Seetõttu muutub kokkupõrke korral kiiruse projektsioon -Mv x enne mv x, ja impulsi muutus on võrdne. Kokkupõrke ajal mõjub molekul seinale jõuga, mis on Newtoni kolmanda seaduse kohaselt võrdne vastassuunalise jõuga. Molekule on palju ja üksikutele molekulidele mõjuvate jõudude geomeetrilise summa keskmine väärtus moodustab anuma seintele mõjuva gaasirõhu jõu. Gaasi rõhk võrdub survejõu mooduli ja anuma seina pindala suhtega: p = F / S... Oletame, et gaas on kuupnõus. Ühe molekuli impulss on 2 mv, üks molekul mõjub seinale keskmise jõuga 2mv / Dt... Aeg D t liikumine anuma ühelt seinalt teisele on võrdne 2l / v, seega,. Kõigi molekulide anuma seinale avaldatav survejõud on võrdeline nende arvuga, s.o. ... Molekulide liikumise täieliku juhuslikkuse tõttu on nende liikumine igas suunas võrdselt tõenäoline ja võrdne 1/3 molekulide koguarvust. Seega,. Kuna rõhk avaldatakse kuubipinnale, millel on ala l 2, siis on rõhk võrdne. Seda võrrandit nimetatakse molekulaarkineetilise teooria põhivõrrandiks. Molekulide keskmise kineetilise energia määramisel saame.

25. Temperatuur, selle mõõtmine. Absoluutse temperatuuri skaala. Gaasi molekuli kiirus.

Ideaalse gaasi MKT põhivõrrand loob seose mikro- ja makroskoopiliste parameetrite vahel. Kui kaks keha puutuvad kokku, muutuvad nende makroskoopilised parameetrid. Kui see muutus on lakanud, öeldakse, et termiline tasakaal on saabunud. Füüsikalist parameetrit, mis on termilise tasakaalu seisundis olevate kehade süsteemi kõikides osades sama, nimetatakse kehatemperatuuriks. Katsed on näidanud, et iga termilise tasakaalu seisundis gaasi puhul on rõhu ja ruumala korrutise suhe molekulide arvusse sama. ... See võimaldab temperatuuri mõõtmiseks võtta kogust. Sest n = N/V, siis, võttes arvesse MKT põhivõrrandit, on väärtus seega võrdne kahe kolmandikuga molekulide keskmisest kineetilisest energiast. , kus k- proportsionaalsuse koefitsient, olenevalt skaalast. Selle võrrandi vasakpoolsed parameetrid ei ole negatiivsed. Seega - gaasi temperatuuri, mille juures selle rõhk konstantsel ruumalal on võrdne nulliga, nimetatakse absoluutseks nulltemperatuuriks. Selle koefitsiendi väärtuse saab leida kahest teadaolevast aine olekust, mille rõhk, maht, molekulide arv ja temperatuur on teada. ... Koefitsient k, mida nimetatakse Boltzmanni konstandiks, on võrdne ... Temperatuuri ja keskmise kineetilise energia vahelise seose võrranditest järeldub, s.o. molekulide kaootilise liikumise keskmine kineetiline energia on võrdeline absoluutse temperatuuriga. ,. See võrrand näitab, et molekulide samal temperatuuril ja kontsentratsioonil on mis tahes gaaside rõhk sama.

26. Ideaalse gaasi olekuvõrrand (Mendelejevi-Clapeyroni võrrand). Isotermilised, isohoorilised ja isobaarsed protsessid.

Kasutades rõhu sõltuvust kontsentratsioonist ja temperatuurist, on võimalik leida seos gaasi makroskoopiliste parameetrite – ruumala, rõhu ja temperatuuri vahel. ... Seda võrrandit nimetatakse ideaalse gaasi olekuvõrrandiks (Mendelejevi-Clapeyroni võrrand).

Isotermiline protsess on protsess, mis toimub konstantsel temperatuuril. Ideaalse gaasi olekuvõrrandist järeldub, et konstantse temperatuuri, gaasi massi ja koostise korral peaks rõhu ja ruumala korrutis jääma konstantseks. Isotermi graafik (isotermilise protsessi kõver) on hüperbool. Võrrandit nimetatakse Boyle-Mariotte'i seaduseks.

Isohooriline protsess on protsess, mis toimub konstantse gaasi mahu, massi ja koostisega. Nendel tingimustel , kus on gaasirõhu temperatuuritegur. Seda võrrandit nimetatakse Charlesi seaduseks. Isohoorilise protsessi võrrandi graafikut nimetatakse isohooriks ja see on alguspunkti läbiv sirgjoon.

Isobaarne protsess on protsess, mis toimub gaasi konstantsel rõhul, massil ja koostisel. Samamoodi nagu isohoorilise protsessi puhul, võib saada isobaarilise protsessi võrrandi ... Seda protsessi kirjeldavat võrrandit nimetatakse Gay-Lussaci seaduseks. Isobaarse protsessi võrrandi graafikut nimetatakse isobaariks ja see on alguspunkti läbiv sirgjoon.

27. Sisemine energia. Töö termodünaamikas.

Kui molekulide interaktsiooni potentsiaalne energia on null, siis siseenergia võrdub kõigi gaasimolekulide liikumisenergiate summaga ... Järelikult muutub temperatuuri muutudes ka gaasi siseenergia. Asendades ideaalse gaasi olekuvõrrandi energia võrrandiga, leiame, et siseenergia on otseselt võrdeline gaasi rõhu ja mahu korrutisega. ... Keha siseenergia saab muutuda ainult teiste kehadega suheldes. Kehade mehaanilises vastasmõjus (makroskoopiline vastastikmõju) on ülekantud energia mõõduks töö A... Soojusvahetuses (mikroskoopiline interaktsioon) on ülekantud energia mõõduks soojushulk K... Isoleerimata termodünaamilises süsteemis muutub siseenergia D U võrdne ülekantud soojushulga summaga K ja väliste jõudude töö A... Töö asemel A väliste jõudude poolt teostatud, on tööga mugavam arvestada A` mida süsteem teostab väliste kehade kohal. A = -A`... Siis väljendatakse termodünaamika esimest seadust kui või. See tähendab, et iga masin saab väliskehadega töid teha ainult siis, kui saab soojushulka väljastpoolt. K või siseenergia vähenemine D U... See seadus välistab esimest tüüpi igiliikuri loomise.

28. Soojuse hulk. Aine erisoojus. Energia jäävuse seadus soojusprotsessides (termodünaamika esimene seadus).

Soojuse ülekandmist ühelt kehalt teisele ilma tööd tegemata nimetatakse soojusülekandeks. Soojusvahetuse tulemusena kehale ülekantavat energiat nimetatakse soojushulgaks. Kui soojusülekande protsessiga ei kaasne tööd, siis termodünaamika esimese seaduse alusel. Keha siseenergia on võrdeline keha kaalu ja temperatuuriga, seega ... Kogus koosühikut nimetatakse erisoojuseks. Erisoojusmahtuvus näitab, kui palju soojust tuleb üle anda 1 kg aine kuumutamiseks 1 kraadi võrra. Erisoojus ei ole üheselt mõistetav ja sõltub keha tööst soojusülekande ajal.

Kui soojusülekanne toimub kahe keha vahel välisjõudude töö nulliga võrdsetes tingimustes ja soojusisolatsioonis teistest kehadest vastavalt energia jäävuse seadusele ... Kui siseenergia muutusega ei kaasne töö, siis või kust. Seda võrrandit nimetatakse soojusbilansi võrrandiks.

29. Termodünaamika esimese seaduse rakendamine isoprotsessidele. Adiabaatiline protsess. Termiliste protsesside pöördumatus.

Üks peamisi protsesse, mis enamikus masinates töötab, on gaasi paisutamine töö tegemiseks. Kui gaasi isobaarilisel paisumisel mahust V 1 helitugevusele V 2 silindri kolvi liikumine oli l siis tööta A täiuslik gaas on võrdne või ... Kui võrrelda isobaari ja isotermi all olevaid alasid, mis on tööd, siis võib järeldada, et sama gaasi paisumisel sama algrõhu juures isotermilise protsessi korral tehakse vähem tööd. Lisaks isobaarilistele, isohoorilistele ja isotermilistele protsessidele on olemas nn. adiabaatiline protsess. Adiabaatiline on protsess, mis toimub soojusülekande puudumisel. Gaasi kiire paisumise või kokkutõmbumise protsessi võib pidada adiabaatilisele lähedaseks. Selles protsessis tehakse tööd siseenergia muutmisega, s.o. , seetõttu adiabaatilise protsessi käigus temperatuur langeb. Kuna gaasi temperatuur tõuseb adiabaatilise gaasi kokkusurumisel, suureneb gaasi rõhk ruumala vähenedes kiiremini kui isotermilise protsessi käigus.

Soojusülekande protsessid toimuvad spontaanselt ainult ühes suunas. Soojus kandub alati külmemale kehale. Termodünaamika teine ​​seadus ütleb, et termodünaamiline protsess on teostamatu, mille tulemusena toimuks soojuse ülekanne ühelt kehalt teisele, kuumemale, ilma muude muutusteta. See seadus välistab teist tüüpi igiliikuri loomise.

30. Soojusmasinate tööpõhimõte. Soojusmootori efektiivsus.

Tavaliselt tehakse soojusmootorites tööd paisuva gaasiga. Gaasi, mis paisumisel tööd teeb, nimetatakse töövedelikuks. Gaasi paisumine toimub selle temperatuuri ja rõhu tõusu tagajärjel kuumutamise ajal. Seade, millest töövedelik saab soojushulga K kutsutakse küttekehaks. Seadet, millele masin pärast töölööki soojust eraldab, nimetatakse külmikuks. Algul rõhk tõuseb isohooriliselt, paisub isobaariliselt, jahtub isohooriliselt, tõmbub isobaariliselt kokku.<рисунок с подъемником>... Töötsükli tulemusena naaseb gaas algolekusse, selle siseenergia taastab algväärtuse. See tähendab et . Vastavalt termodünaamika esimesele seadusele,. Töö, mida keha teeb tsükli kohta, on K. Keha poolt tsükli kohta vastuvõetud soojushulk võrdub küttekehast saadava ja külmikusse antava soojuse vahega. Seega,. Masina efektiivsuskoefitsient on kasuliku energia ja kulutatud energia suhe .

31. Aurustumine ja kondenseerumine. Küllastunud ja küllastumata aurud. Õhuniiskus.

Selleni viib soojusliikumise kineetilise energia ebaühtlane jaotus. Et mõnel temperatuuril võib mõne molekuli kineetiline energia ületada ülejäänud molekulidega seondumise potentsiaalset energiat. Aurustumine on protsess, mille käigus molekulid lendavad vedeliku või tahke aine pinnalt välja. Aurustumisega kaasneb jahtumine, sest kiiremad molekulid lahkuvad vedelikust. Vedeliku aurustamine suletud anumas konstantsel temperatuuril viib molekulide kontsentratsiooni suurenemiseni gaasilises olekus. Mõne aja pärast tekib tasakaal aurustuvate molekulide arvu ja vedelikku tagasi pöörduvate molekulide vahel. Gaasilist ainet, mis on vedelikuga dünaamilises tasakaalus, nimetatakse küllastunud auruks. Auru, mille rõhk on madalam kui küllastunud auru rõhk, nimetatakse küllastumata auruks. Küllastunud auru rõhk ei sõltu mahust (alates) konstantsel temperatuuril. Molekulide konstantse kontsentratsiooni korral kasvab küllastunud aururõhk kiiremini kui ideaalne gaasirõhk, sest temperatuuri mõjul suureneb molekulide arv. Veeauru rõhu suhet antud temperatuuril ja küllastunud auru rõhu suhet samal temperatuuril, väljendatuna protsentides, nimetatakse suhteliseks õhuniiskuseks. Mida madalam on temperatuur, seda madalam on küllastunud auru rõhk, seega teatud temperatuurini jahutamisel aur küllastub. Seda temperatuuri nimetatakse kastepunktiks. t lk.

32. Kristallilised ja amorfsed kehad. Tahkete ainete mehaanilised omadused. Elastsed deformatsioonid.

Amorfseteks nimetatakse kehasid, mille füüsikalised omadused on kõikides suundades ühesugused (isotroopsed kehad). Füüsikaliste omaduste isotroopsus on seletatav molekulide kaootilise paigutusega. Tahkeid aineid, milles molekulid on järjestatud, nimetatakse kristallideks. Kristallkehade füüsikalised omadused ei ole eri suundades ühesugused (anisotroopsed kehad). Kristallide omaduste anisotroopsus on seletatav sellega, et korrastatud struktuuri korral ei ole vastastikmõju jõud eri suundades ühesugused. Väline mehaaniline mõju kehale põhjustab aatomite nihkumise tasakaaluasendist, mis toob kaasa keha kuju ja mahu muutumise – deformatsiooni. Deformatsiooni saab iseloomustada absoluutse pikenemisega, mis on võrdne pikkuste erinevusega enne ja pärast deformatsiooni, või suhtelise pikenemisega. Kui keha deformeerub, tekivad elastsed jõud. Füüsikalist suurust, mis võrdub elastsusjõu mooduli ja keha ristlõikepindala suhtega, nimetatakse mehaaniliseks pingeks. Väikeste deformatsioonide korral on pinge võrdeline suhtelise pikenemisega. Kuvasuhe E võrrandis nimetatakse elastsusmooduliks (Youngi moodul). Elastsusmoodul on antud materjali puhul konstantne , kus. Deformeerunud keha potentsiaalne energia on võrdne pinges või kokkusurumises kulutatud tööga. Siit .

Hooke'i seadus on täidetud ainult väikeste deformatsioonide korral. Maksimaalset pinget, mille juures see ikkagi teostatakse, nimetatakse proportsionaalseks piiriks. Sellest piirist kõrgemal lakkab pinge proportsionaalselt kasvama. Kuni teatud pingetasemeni saab deformeerunud keha pärast koormuse eemaldamist oma mõõtmed tagasi. Seda punkti nimetatakse keha elastsuse piiriks. Elastsuspiiri ületamisel algab plastiline deformatsioon, mille puhul keha ei taasta oma eelmist kuju. Plastilise deformatsiooni piirkonnas pinge peaaegu ei suurene. Seda nähtust nimetatakse ainevooluks. Peale voolavuspiiri tõuseb pinge punktini, mida nimetatakse ülimaks tugevuseks, misjärel pinge väheneb kuni keha purunemiseni.

33. Vedelike omadused. Pind pinevus. Kapillaarnähtused.

Molekulide vaba liikumise võimalus vedelikus määrab vedeliku voolavuse. Vedelas olekus kehal ei ole püsivat kuju. Vedeliku kuju määrab anuma kuju ja pindpinevusjõud. Vedeliku sees on molekulide külgetõmbejõud kompenseeritud, kuid pinnal mitte. Kõik pinna lähedal olevad molekulid tõmbavad ligi vedeliku sees olevad molekulid. Nende jõudude toimel tõmmatakse molekulid pinnale sissepoole, kuni vaba pind muutub väikseimaks võimalikuks. Sest sfääril on antud ruumala jaoks minimaalne pind, siis muude jõudude väikesel toimel muutub pind sfäärilise segmendi kujul. Vedeliku pinda anuma servas nimetatakse meniskiks. Niisutusnähtust iseloomustab pinna ja meniski kokkupuutenurk ristumiskohas. Pindpinevusjõu suurus D pikkusega lõigul l on võrdne. Pinna kumerus tekitab vedelikule ülerõhu, mis on võrdne teadaoleva kontaktnurga ja raadiuse juures ... Koefitsienti s nimetatakse pindpinevusteguriks. Väikese siseläbimõõduga toru nimetatakse kapillaariks. Täielikult märjaks saades on pindpinevusjõud suunatud piki keha pinda. Sel juhul jätkub vedeliku tõus mööda kapillaari selle jõu toimel seni, kuni raskusjõud tasakaalustab pindpinevusjõudu, kuna , siis.

34. Elektrilaeng. Laetud kehade vastastikmõju. Coulombi seadus. Elektrilaengu jäävuse seadus.

Mehaanika ega MKT ei suuda selgitada aatomeid siduvate jõudude olemust. Aatomite ja molekulide vastastikmõju seaduspärasusi saab seletada elektrilaengute mõiste alusel.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Selles kogemuses leitud kehade vastastikmõju nimetatakse elektromagnetiliseks ja selle põhjustavad elektrilaengud. Laengute võime meelitada ja tõrjuda on seletatav eeldusega, et on olemas kahte tüüpi laenguid - positiivseid ja negatiivseid. Sama laenguga laetud kehad tõrjuvad, erinevad tõmbavad ligi. Laengu ühik on kulon – laeng, mis voolutugevusel 1 amper läbib 1 sekundiga juhi ristlõike. Suletud süsteemis, millesse väljastpoolt elektrilaenguid ei sisene ja millest ühegi vastasmõju käigus elektrilaenguid ei välju, on kõigi kehade laengute algebraline summa konstantne. Elektrostaatika põhiseadus, tuntud ka kui Coulombi seadus, ütleb, et kahe laengu vahelise vastastikmõju jõu moodul on otseselt võrdeline laengute moodulite korrutisega ja on pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga. Jõud on suunatud piki laetud kehasid ühendavat sirgjoont. See on tõuke- või külgetõmbejõud, olenevalt laengute märgist. Püsiv k Coulombi seaduse väljenduses on ... Selle koefitsiendi asemel nn. koefitsiendiga seotud elektriline konstant k väljend, kust. Statsionaarsete elektrilaengute vastastikmõju nimetatakse elektrostaatiliseks.

35. Elektriväli. Elektrivälja tugevus. Elektriväljade superpositsiooni põhimõte.

Iga laengu ümber on lähitoimeteooria põhjal elektriväli. Elektriväli on materiaalne objekt, mis eksisteerib pidevalt ruumis ja on võimeline toimima muudele laengutele. Elektriväli levib läbi ruumi valguse kiirusel. Füüsikalist suurust, mis võrdub jõu suhtega, millega elektriväli katselaengule (punktpositiivne väikelaeng, mis ei mõjuta välja konfiguratsiooni) mõjub, selle laengu väärtusesse nimetatakse elektrivälja tugevuseks. Coulombi seadust kasutades on võimalik saada laengu tekitatud väljatugevuse valem q distantsil r tasumisest ... Väljatugevus ei sõltu laengust, millele see mõjub. Kui tasutakse qüheaegselt toimivad mitme laenguga elektriväljad, tekkiv jõud osutub võrdseks iga välja küljelt eraldi mõjuvate jõudude geomeetrilise summaga. Seda nimetatakse elektriväljade superpositsiooni põhimõtteks. Elektrivälja tugevuse joon on joon, mille puutuja igas punktis langeb kokku tugevusvektoriga. Pingutusjooned algavad positiivsetest laengutest ja lõpevad negatiivsetega ehk lähevad lõpmatuseni. Elektrivälja, mille tugevus on kõigil ruumi mis tahes punktis ühesugune, nimetatakse ühtlaseks elektriväljaks. Kahe paralleelse vastaslaenguga metallplaadi vahelist välja võib pidada ligikaudu ühtlaseks. Ühtlase laengujaotusega qüle ala pinna S pinnalaengu tihedus on võrdne. Pinnalaengu tihedusega s lõpmatu tasapinna korral on väljatugevus kõigis ruumipunktides sama ja võrdne .

36. Elektrostaatilise välja töö laengu liigutamisel. Potentsiaalne erinevus.

Kui laeng liigub elektrivälja toimel üle vahemaa, on täiuslik töö võrdne ... Nagu raskusjõu töö puhul, ei sõltu ka Coulombi jõu töö laengu liikumise trajektoorist. Kui nihkevektori suund muutub 180 0 võrra, muutub väljajõudude töö märk vastupidiseks. Seega on elektrostaatilise välja jõudude töö, kui laeng liigub mööda suletud ahelat, võrdne nulliga. Potentsiaalväljaks nimetatakse välja, mille jõudude töö suletud trajektooril on võrdne nulliga.

Täpselt nagu massiline keha m gravitatsiooniväljas on potentsiaalne energia võrdeline kehamassiga, elektrilaeng elektrostaatilises väljas on potentsiaalse energiaga W lk võrdeline tasuga. Elektrostaatilise välja jõudude töö on võrdne laengu potentsiaalse energia muutusega, võetuna vastupidise märgiga. Elektrostaatilise välja ühes punktis võivad erinevatel laengutel olla erinevad potentsiaalsed energiad. Kuid potentsiaalse energia ja laengu suhe antud punktis on konstantne väärtus. Seda füüsikalist suurust nimetatakse elektrivälja potentsiaaliks, millest tulenevalt on laengu potentsiaalne energia võrdne potentsiaali korrutisega antud punktis laenguga. Potentsiaal on skalaarsuurus, mitme välja potentsiaal on võrdne nende väljade potentsiaalide summaga. Kehade koosmõjul toimuva energia muutumise mõõdupuuks on töö. Laengu liikumisel on elektrostaatilise välja jõudude töö võrdne vastupidise märgiga energia muutusega, seega. Sest töö sõltub potentsiaalide erinevusest ja ei sõltu nendevahelisest trajektoorist, siis võib potentsiaalide erinevust pidada elektrostaatilise välja energiakarakteristikuks. Kui võtta laengust lõpmatul kaugusel olev potentsiaal nulliks, siis kauguses r laengust määratakse see valemiga .

Mis tahes elektrivälja poolt positiivse laengu liikumisel ühest välja punktist teise tehtud töö suhet laengu väärtusesse nimetatakse pingeks nende punktide vahel, kust töö tuleb. Elektrostaatilises väljas on mis tahes kahe punkti vaheline pinge võrdne nende punktide potentsiaalide erinevusega. Pinge (ja potentsiaalide erinevuse) ühikut nimetatakse voltiks. 1 volt võrdub pingega, mille juures väli teeb 1 džauli tööd, et viia laeng 1 kuloni. Ühest küljest on laengu liigutamise töö võrdne jõu ja nihke korrutisega. Teisest küljest saab selle teada rööbastee lõikude vahelisest teadaolevast pingest. Siit. Elektrivälja tugevuse ühik on volti meetri kohta ( in / m).

Kondensaator on kahest dielektrilise kihiga eraldatud juhist koosnev süsteem, mille paksus on juhtide mõõtmetega võrreldes väike. Plaatide vaheline väljatugevus on võrdne iga plaadi kahekordse tugevusega; väljaspool plaate on see null. Füüsikalist suurust, mis on võrdne ühe plaadi laengu ja plaatidevahelise pinge suhtega, nimetatakse kondensaatori mahtuvuseks. Elektrilise võimsuse ühikuks on farad, mille võimsusega 1 farad omab kondensaatorit, mille plaatide vahel on laengu plaatidega suhtlemisel pinge 1 volt 1 kulon. Tahke kondensaatori plaatide vaheline väljatugevus on võrdne plaatide tugevuste summaga. , ja alates ühtlane väli on siis rahuldatud , st. elektriline võimsus on otseselt võrdeline plaatide pindalaga ja pöördvõrdeline nendevahelise kaugusega. Kui plaatide vahele sisestatakse dielektrik, suureneb selle elektriline võimsus e korda, kus e on sisestatava materjali dielektriline konstant.

38. Dielektriline konstant... Elektrivälja energia.

Dielektriline konstant on füüsikaline suurus, mis iseloomustab elektrivälja tugevusmooduli vaakumis ja elektrivälja mooduli suhet homogeenses dielektrikus. Elektrivälja töö on võrdne, kuid kondensaatori laadimisel tõuseb selle pinge alates 0 enne U, seega ... Järelikult on kondensaatori potentsiaalne energia võrdne.

39. Elektrivool. Praegune tugevus. Elektrivoolu olemasolu tingimused.

Elektrivool on elektrilaengute järjestatud liikumine. Voolu suunaks võetakse positiivsete laengute liikumine. Elektrilaengud võivad elektrivälja mõjul korrapäraselt liikuda. Seetõttu on voolu olemasolu piisavaks tingimuseks välja ja vabade laengukandjate olemasolu. Elektrivälja võivad tekitada kaks ühendatud vastassuunaliselt laetud keha. Laadimissuhe D q kantakse läbi juhi ristlõike ajaintervalli D jooksul t seda intervalli nimetatakse voolutugevuseks. Kui voolutugevus aja jooksul ei muutu, nimetatakse voolu konstantseks. Voolu pikaajaliseks eksisteerimiseks juhil on vajalik, et voolu põhjustavad tingimused ei muutuks.<схема с один резистором и батареей>... Jõud, mis põhjustavad laengu liikumise vooluallika sees, nimetatakse välisjõududeks. Galvaanielemendis (ja mis tahes aku - G.E. ???) need on alalisvoolumasinas keemilise reaktsiooni jõud – Lorentzi jõud.

40. Ohmi seadus ahela lõigu kohta. Juhtide takistus. Juhtide takistuse sõltuvus temperatuurist. Ülijuhtivus. Juhtide jada- ja paralleelühendus.

Elektriahela lõigu otste vahelise pinge ja voolu tugevuse suhe on konstantne väärtus ja seda nimetatakse takistuseks. Takistuse ühik on 0 oomi, 1 oomi takistust omab selline vooluringi sektsioon, milles 1 amprise voolu korral on pinge 1 volt. Takistus on otseselt võrdeline pikkusega ja pöördvõrdeline ristlõike pindalaga, kus r on elektritakistus, antud aine konstantne väärtus antud tingimustes. Kuumutamisel suureneb metallide eritakistus lineaarselt, kus r 0 on eritakistus temperatuuril 0 0 С, a on iga metalli jaoks omane temperatuuritakistustegur. Absoluutsele nullile lähedasel temperatuuril langeb ainete takistus järsult nullini. Seda nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks. Voolu läbimine ülijuhtivates materjalides toimub ilma juhi kuumenemise kadumiseta.

Ohmi seadus vooluringi lõigu jaoks on võrrand. Kui juhid on ühendatud järjestikku, on vool kõigis juhtides ühesugune ja pinge ahela otstes võrdub pingete summaga kõigil järjestikku ühendatud juhtidel. ... Kui juhid on ühendatud järjestikku, on kogutakistus võrdne komponentide takistuste summaga. Paralleelse ühenduse korral on vooluringi iga sektsiooni otstes sama pinge ja vool jaotub eraldi osadeks. Siit. Kui juhid on paralleelselt ühendatud, on kogutakistuse pöördväärtus võrdne kõigi paralleelselt ühendatud juhtide takistustega pöördväärtuste summaga.

41. Voolu töö ja võimsus. Elektromotoorjõud. Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks.

Elektrivoolu tekitavate elektrivälja jõudude tööd nimetatakse voolu tööks. Töö A vool takistusega sektsioonis R aja jooksul D t on võrdne. Elektrivoolu võimsus võrdub töö ja valmimisaja suhtega, s.o. ... Tööd väljendatakse, nagu tavaliselt, džaulides, võimsust vattides. Kui elektrivälja toimel vooluringi sektsioonis tööd ei tehta ja keemilisi reaktsioone ei toimu, viib töö juhi kuumenemiseni. Sel juhul on töö võrdne soojushulgaga, mille juht eraldab vooluga (Joule-Lenzi seadus).

Elektriahelas tehakse tööd mitte ainult välispiirkonnas, vaid ka akus. Vooluallika elektritakistust nimetatakse sisetakistuseks. r... Keti sisemisel osal eraldub soojushulk, mis on võrdne. Elektrostaatilise välja jõudude kogutöö suletud ahelas liikudes on võrdne nulliga, nii et kogu töö osutub täiuslikuks tänu välistele jõududele, mis hoiavad püsivat pinget. Välisjõudude töö suhet ülekantud laengusse nimetatakse allika elektromotoorjõuks, kus D q- transporditav laeng. Kui alalisvoolu läbimise tagajärjel tekkis ainult juhtide kuumenemine, siis vastavalt energia jäävuse seadusele , st. ... Voolu muda elektriahelas on otseselt võrdeline EMF-iga ja pöördvõrdeline vooluahela kogutakistusega.

42. Pooljuhid. Pooljuhtide elektrijuhtivus ja selle sõltuvus temperatuurist. Pooljuhtide sisemine ja lisandite juhtivus.

Paljud ained ei juhi voolu nii hästi kui metallid, kuid samas pole nad ka dielektrikud. Üks pooljuhtide erinevusi seisneb selles, et kuumutamisel või valgustamisel nende eritakistus mitte ei suurene, vaid väheneb. Kuid nende peamiseks praktiliselt rakendatavaks omaduseks osutus ühepoolne juhtivus. Soojusliikumise energia ebaühtlase jaotumise tõttu pooljuhtkristallides on osa aatomeid ioniseerunud. Vabanenud elektrone ei saa ümbritsevad aatomid kinni püüda, sest nende valentssidemed on küllastunud. Need vabad elektronid võivad metallis ringi liikuda, luues elektronide juhtivuse voolu. Samal ajal muutub aatom, mille kestast elektron välja pääses, iooniks. See ioon neutraliseeritakse naabri aatomi hõivamisega. Sellise kaootilise liikumise tulemusena toimub puuduva iooniga koha liikumine, mida väliselt nähakse positiivse laengu liikumisena. Seda nimetatakse auk juhtivusvooluks. Ideaalses pooljuhtkristallis tekib vool võrdse arvu vabade elektronide ja aukude liigutamisega. Seda tüüpi juhtivust nimetatakse sisejuhtivuseks. Temperatuuri langedes väheneb vabade elektronide arv võrdeliselt aatomite keskmise energiaga ja pooljuht muutub sarnaseks dielektrikuga. Juhtivuse parandamiseks lisatakse pooljuhile mõnikord lisandeid, mis on doonor (suurendage elektronide arvu ilma aukude arvu suurendamata) ja aktseptor (suurendavad aukude arvu ilma elektronide arvu suurendamata). Pooljuhte, milles on rohkem elektrone kui auke, nimetatakse elektroonilisteks pooljuhtideks ehk n-tüüpi pooljuhtideks. Pooljuhte, kus aukude arv ületab elektronide arvu, nimetatakse aukpooljuhtideks ehk p-tüüpi pooljuhtideks.

43. Pooljuhtdiood. Transistor.

Pooljuhtdiood koosneb p-nüleminek, s.t. kahest ühendatud erinevat tüüpi juhtivusest pooljuhist. Ühendamisel toimub elektronide difusioon R-pooljuht. See toob kaasa doonori lisandi kompenseerimata positiivsete ioonide ilmumise elektroonilises pooljuhis ja avapooljuhis - aktseptori lisandi negatiivseid ioone, mis on haaranud hajutatud elektronid. Kahe kihi vahele tekib elektriväli. Kui elektroonilise juhtivusega piirkonnale rakendatakse positiivne laeng ja aukjuhtivuse piirkonnale negatiivne laeng, siis blokeerimisväli suureneb, vool väheneb järsult ja on pingest peaaegu sõltumatu. Seda sisselülitamise meetodit nimetatakse blokeerimiseks ja dioodis voolav vool on vastupidine. Kui augu juhtivusega piirkonda rakendatakse positiivne laeng ja elektroonilise juhtivusega piirkonnale negatiivne laeng, siis blokeerimisväli nõrgeneb, dioodi läbiv vool sõltub sel juhul ainult välise vooluahela takistusest. . Sellist sisselülitamise viisi nimetatakse läbilaskevõimeks ja dioodis voolav vool on otsene.

Transistor, tuntud ka kui pooljuhttriood, koosneb kahest p-n(või n-p) üleminekud. Kristalli keskmist osa nimetatakse aluseks, välimisi emitteriks ja kollektoriks. Transistore, mille alusel on aukjuhtivus, nimetatakse transistoriteks. p-n-püleminek. Transistori juhtimiseks p-n-p-tüüpi, rakendatakse kollektorile emitteri suhtes negatiivse polaarsusega pinget. Sel juhul võib aluse pinge olla kas positiivne või negatiivne. Sest auke on rohkem, siis on ristmikku läbiv põhivool aukude difusioonivoog R- alad. Kui emitterile on rakendatud väike päripinge, siis voolab sellest läbi auguvool, mis hajub R- alad n-pindala (baas). Aga kuna alus on kitsas, siis lendavad augud sellest läbi, põllu poolt kiirendades, kollektorisse. (???, ma sain millestki valesti aru...)... Transistor suudab voolu jaotada, võimendades seda. Kollektorahela voolu muutuse ja baasahela voolu muutuse suhe, kui kõik muud asjad on võrdsed, on konstantne väärtus, mida nimetatakse baasvoolu integraalseks ülekandeteguriks. Seetõttu on baasahelas voolu muutmisega võimalik saada muutusi kollektoriahela voolus. (???)

44. Elektrivool gaasides. Gaasiheitmete tüübid ja nende rakendamine. Plasma kontseptsioon.

Valguse või soojuse mõjul gaas võib muutuda voolujuhiks. Nähtust, kus voolu läbib gaasi välise mõju all, nimetatakse mitteisestavaks elektrilahenduseks. Gaasiioonide moodustumise protsessi temperatuuri mõjul nimetatakse termiliseks ionisatsiooniks. Ioonide moodustumine valguskiirguse mõjul – fotoionisatsioon. Gaasi, milles märkimisväärne osa molekulidest on ioniseeritud, nimetatakse plasmaks. Plasma temperatuur ulatub mitme tuhande kraadini. Plasma elektronid ja ioonid on võimelised liikuma elektrivälja mõjul. Väljatugevuse suurenemisega, sõltuvalt rõhust ja gaasi olemusest, tekib selles tühjenemine ilma väliste ionisaatorite mõjuta. Seda nähtust nimetatakse isemajandavaks elektrilahenduseks. Selleks, et elektron saaks selle aatomiga kokkupõrkel ioniseerida, on vajalik, et selle energia ei oleks väiksem kui ionisatsioonitöö. Elektron saab selle energia omandada gaasis oleva välise elektrivälja jõudude mõjul vaba teekonnal, s.o. ... Sest keskmine vaba tee on väike, isemajandav tühjenemine on võimalik ainult suure väljatugevuse korral. Madala gaasirõhu korral tekib hõõglahendus, mis on seletatav gaasi juhtivuse suurenemisega harvendamise ajal (vaba tee suureneb). Kui isetühjenemise vool on väga suur, võivad elektronlöögid põhjustada katoodi ja anoodi kuumenemist. Elektronid eralduvad katoodi pinnalt kõrgel temperatuuril, mis säilitab tühjenemise gaasis. Sellist tühjenemist nimetatakse kaarlahenduseks.

45. Elektrivool vaakumis. Termoemissioon. Katoodkiiretoru.

Vaakumis ei ole vabu laengukandjaid, seetõttu pole ilma välismõjuta ka vaakumis voolu. See võib juhtuda, kui üks elektroodidest kuumutatakse kõrge temperatuurini. Kuumutatud katood kiirgab oma pinnalt elektrone. Kuumutatud kehade pinnalt vabanevate vabade elektronide emissiooni nähtust nimetatakse termoemissiooniks. Lihtsaim termokiirgust kasutav seade on elektriline vaakumdiood. Anood koosneb metallplaadist, katood on valmistatud õhukesest mähitud traadist. Katoodi kuumutamisel tekib elektronipilv ümber katoodi. Kui ühendate katood aku positiivse klemmiga ja anood negatiivsega, nihutab dioodi sees olev väli elektronid katoodi suunas ja voolu ei teki. Kui ühendate vastupidi - anood plussiga ja katood miinusesse, siis liigub elektriväli elektronid anoodi poole. See seletab dioodi ühepoolse juhtivuse omadust. Katoodilt anoodile liikuvate elektronide voolu saab juhtida elektromagnetvälja abil. Selleks muudetakse dioodi ja lisatakse anoodi ja katoodi vahele võrk. Saadud seadet nimetatakse trioodiks. Kui võrgule rakendatakse negatiivset potentsiaali, takistab võrgu ja katoodi vaheline väli elektroni liikumist. Kui rakendate positiivset, takistab väli elektronide liikumist. Katoodi poolt emiteeritud elektrone saab elektriväljade abil kiirendada suure kiiruseni. CRT-des kasutatakse elektronkiirte võimet elektromagnetväljade mõjul kõrvale kalduda.

46. ​​Voolude magnetiline vastastikmõju. Magnetväli. Magnetväljas voolu juhtivale juhile mõjuv jõud. Magnetvälja induktsioon.

Kui juhtidest lastakse läbi ühesuunaline vool, siis need tõmmatakse ja kui see on võrdne, siis tõrjutakse. Järelikult toimub juhtide vahel mingisugune vastastikmõju, mida ei saa seletada elektrivälja olemasoluga, kuna üldiselt on juhid elektriliselt neutraalsed. Magnetväli tekib liikuvate elektrilaengute mõjul ja see toimib ainult liikuvatele laengutele. Magnetväli on eriline aine ja on ruumis pidev. Elektrivoolu läbimisega juhist kaasneb magnetvälja teke, olenemata keskkonnast. Voolutugevuse suuruse määramiseks kasutatakse juhtide magnetilist vastasmõju. 1 amper - voolu tugevus, mis läbib kahte paralleelset ¥ pikkuse ja väikese ristlõikega juhti, mis asuvad üksteisest 1 meetri kaugusel ja mille juures magnetvoog põhjustab interaktsioonijõu põhjaga, võrdne igale pikkusele meetrile. Jõudu, millega magnetväli vooluga juhile mõjub, nimetatakse amprijõuks. Et iseloomustada magnetvälja võimet mõjutada juhti vooluga, on suurus, mida nimetatakse magnetinduktsiooniks. Magnetinduktsiooni moodul on võrdne vooluga juhile mõjuva amprijõu maksimaalse väärtuse ja juhis oleva voolu ja selle pikkuse suhtega. Induktsioonivektori suund määratakse vasaku käe reegli järgi (juhik mööda kätt, jõud pöidlale, induktsioon peopesas). Magnetinduktsiooni ühik on tesla, mis on võrdne sellise magnetvoo induktsiooniga, milles 1 amprise vooluga juhi 1 meetri kohta mõjub maksimaalne jõud 1 njuuton. Sirget, mille mis tahes punktis magnetinduktsiooni vektor on tangentsiaalne, nimetatakse magnetinduktsiooni jooneks. Kui teatud ruumi kõikides punktides on induktsioonivektoril sama väärtus absoluutväärtuses ja samas suunas, siis nimetatakse välja selles osas homogeenseks. Sõltuvalt juhi kaldenurgast vooluga amprijõudude magnetilise induktsiooni vektori suhtes muutub see proportsionaalselt nurga siinusega.

47. Ampere'i seadus. Magnetvälja toime liikuvale laengule. Lorentzi jõud.

Magnetvälja mõju juhis olevale voolule näitab, et see toimib liikuvatele laengutele. Praegune tugevus I juhis on seotud keskendumisega n vabad laetud osakesed, kiirus v nende korrapärane liikumine ja piirkond S juhi ristlõige avaldise järgi, kus q- ühe osakese laeng. Asendades selle avaldise Ampere'i jõu valemiga, saame ... Sest nSl võrdub vabade osakeste arvuga juhis pikkusega l, siis jõud, mis mõjub välja küljelt ühele kiirusega liikuvale laetud osakesele v nurga a all magnetinduktsiooni vektori suhtes B on võrdne ... Seda jõudu nimetatakse Lorentzi jõuks. Positiivse laengu Lorentzi jõu suund määratakse vasaku käe reegliga. Ühtlases magnetväljas omandab Lorentzi jõu mõjul magnetvälja induktsioonijoontega risti liikuv osake tsentripetaalse kiirenduse ja liigub ringis. Ringi raadius ja pöördeperiood määratakse avaldiste abil ... Pöördeperioodi sõltumatust raadiusest ja kiirusest kasutatakse laetud osakeste kiirendis - tsüklotronis.

48. Aine magnetilised omadused. Ferromagnetid.

Elektromagnetiline vastastikmõju sõltub keskkonnast, milles laengud paiknevad. Kui riputate väikese suure mähise lähedale, läheb see kõrvale. Kui suurde sisestada raudsüdamik, siis kõrvalekalle suureneb. See muutus näitab, et induktsioon muutub tuuma sisestamisel. Aineid, mis suurendavad oluliselt välist magnetvälja, nimetatakse ferromagnetiteks. Füüsikalist suurust, mis näitab, mitu korda erineb magnetvälja induktiivsus keskkonnas vaakumis oleva välja induktiivsusest, nimetatakse magnetiliseks läbilaskvuseks. Mitte kõik ained ei võimenda magnetvälja. Paramagnetid loovad nõrga välja, mille suund langeb kokku välise väljaga. Diamagnetika nõrgendab välisvälja koos minu väljaga. Ferromagnetismi seletatakse elektroni magnetiliste omadustega. Elektron on liikuv laeng ja seetõttu on tal oma magnetväli. Mõnes kristallis on olemas tingimused elektronide magnetväljade paralleelseks orientatsiooniks. Selle tulemusena ilmuvad ferromagneti kristalli sisse magnetiseeritud piirkonnad, mida nimetatakse domeenideks. Välise magnetvälja suurenemisega järjestavad domeenid oma orientatsiooni. Teatud induktsiooni väärtuse korral seatakse sisse domeeni orientatsiooni täielik järjestamine ja magnetiline küllastus. Kui ferromagnet eemaldatakse välisest magnetväljast, ei kaota kõik domeenid oma orientatsiooni ja keha muutub püsimagnetiks. Domeeni orientatsiooni järjestust võivad häirida aatomite termilised vibratsioonid. Temperatuuri, mille juures aine lakkab olemast ferromagnet, nimetatakse Curie temperatuuriks.

49. Elektromagnetiline induktsioon. Magnetvoog. Elektromagnetilise induktsiooni seadus. Lenzi reegel.

Suletud ahelas tekib magnetvälja muutumisel elektrivool. Seda voolu nimetatakse induktsioonivooluks. Voolu tekkimist suletud ahelas koos ahelasse tungiva magnetvälja muutustega nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks. Voolu ilmumine suletud ahelas näitab mitteelektrostaatiliste välisjõudude olemasolu või induktsiooni EMF-i esinemist. Elektromagnetilise induktsiooni nähtuse kvantitatiivne kirjeldus on antud induktsiooni EMF-i ja magnetvoo vahelise seose loomise põhjal. Magnetvoog F läbi pinna nimetatakse füüsikaliseks suuruseks, mis võrdub pinna pindala korrutisega S magnetinduktsiooni vektori moodulil B ning selle ja pinnanormaali vahelise nurga a koosinuse järgi. Magnetvoo ühik on Weber, mis on võrdne vooga, mis 1 sekundi jooksul ühtlaselt nullini langedes põhjustab 1 volti EMF-i. Induktsioonivoolu suund sõltub sellest, kas vooluringi tungiv voog suureneb või väheneb, samuti välja suunast ahela suhtes. Lenzi reegli üldsõnastus: suletud ahelas tekkival induktsioonivoolul on selline suund, et selle poolt tekitatav magnetvoog läbi ahelaga piiratud ala kipub kompenseerima selle voolu põhjustatud magnetvoo muutust. Elektromagnetilise induktsiooni seadus: suletud ahela induktsiooni EMF on otseselt võrdeline selle ahelaga piiratud pinda läbiva magnetvoo muutumise kiirusega ja on võrdne selle voo muutumise kiirusega, võttes arvesse Lenzi reegel. Kui EMF muutub mähises, mis koosneb n identsed pöörded, kogu EMF sisse n korda rohkem EMF-i ühe pöördega. Ühtse magnetvälja korral järeldub magnetvoo määratluse põhjal, et induktsioon on 1 Tesla, kui voog läbi 1 ruutmeetri suuruse vooluringi võrdub 1 Weberiga. Elektrivoolu tekkimine statsionaarses juhis ei ole seletatav magnetilise vastastikmõjuga, sest magnetväli toimib ainult liikuvatele laengutele. Elektrivälja, mis tekib magnetvälja muutumisel, nimetatakse keeriselektriväljaks. Pöörisvälja jõudude töö laengute liikumisel on induktsiooni EMF. Keerisväli ei ole seotud laengutega ja on suletud rida. Selle välja jõudude töö suletud ahelas võib erineda nullist. Elektromagnetilise induktsiooni nähtus esineb ka siis, kui magnetvoo allikas on puhkeolekus ja liikuv juht. Sel juhul on induktsiooni EMF-i põhjus võrdne , on Lorentzi jõud.

50. Eneseinduktsiooni fenomen. Induktiivsus. Magnetvälja energia.

Juhti läbiv elektrivool loob selle ümber magnetvälja. Magnetvoog F läbi ahela on võrdeline magnetinduktsiooni vektoriga V, ja induktsioon on omakorda voolutugevus juhis. Seega saab magnetvoo jaoks kirjutada. Proportsionaalsuskoefitsienti nimetatakse induktiivsuseks ja see sõltub juhi omadustest, suurusest ja keskkonnast, kus see asub. Induktiivsuse ühik on henry, induktiivsus on 1 henry, kui voolul 1 amper on magnetvoog 1 veebel. Kui voolutugevus mähises muutub, muutub selle voolu tekitatav magnetvoog. Magnetvoo muutus põhjustab mähises induktsioon-EMF-i. Induktsiooni EMF nähtust mähises voolutugevuse muutumise tagajärjel selles vooluringis nimetatakse iseinduktsiooniks. Vastavalt Lenzi reeglile takistab iseinduktsiooni EMF sisselülitamisel tõusu ja väheneb, kui vooluring on välja lülitatud. Iseinduktsiooni EMF, mis tekib induktiivsusega mähises L, on elektromagnetilise induktsiooni seaduse kohaselt võrdne ... Oletame, et kui võrk on allikast lahti ühendatud, väheneb vool lineaarselt. Siis on eneseinduktsiooni EMF konstantne väärtus, mis on võrdne ... ajal t lineaarse vähenemisega läbib ahelat laeng. Sel juhul on elektrivoolu töö ... Seda tööd tehakse energiavalguse jaoks W m pooli magnetväli.

51. Harmoonilised vibratsioonid. Võnkumiste amplituud, periood, sagedus ja faas.

Mehaanilised vibratsioonid on kehade liikumised, mis korduvad korrapäraste ajavahemike järel täpselt või ligikaudu sama. Vaadeldavas kehade süsteemis kehade vahel mõjuvaid jõude nimetatakse sisejõududeks. Süsteemi kehadele teiste kehade küljelt mõjuvaid jõude nimetatakse välisjõududeks. Vabavõnked on võnked, mis on tekkinud sisejõudude, näiteks nööri pendli mõjul. Võnkumised välisjõudude mõjul - sundvõnkumised, näiteks kolb mootoris. Kõikide vibratsioonitüüpide ühiseks tunnuseks on liikumisprotsessi korratavus teatud ajaintervalli järel. Võrrandiga kirjeldatud võnkumisi nimetatakse harmoonilisteks ... Eelkõige on harmoonilised vibratsioonid, mis tekivad süsteemis, millel on üks deformatsiooniga võrdeline taastav jõud. Minimaalset intervalli, mille jooksul keha liikumist korratakse, nimetatakse võnkeperioodiks T... Füüsikalist suurust, mis on pöördvõrdeline võnkeperioodiga ja iseloomustab võnkumiste arvu ajaühikus, nimetatakse sageduseks. Sagedust mõõdetakse hertsides, 1 Hz = 1 s -1. Kasutatakse ka tsüklilise sageduse mõistet, mis määrab võnkumiste arvu 2p sekundis. Maksimaalse nihke moodulit tasakaaluasendist nimetatakse amplituudiks. Koosinusmärgi all olev väärtus on võnkefaas, j 0 on võnke algfaas. Samuti muutuvad tuletised harmooniliselt ja kogu mehaaniline energia suvalise kõrvalekalde korral NS(nurk, koordinaat jne) on võrdne , kus A ja V- süsteemi parameetritega määratud konstandid. Seda väljendit eristades ja välisjõudude puudumist arvesse võttes saab kirja panna, mis, kus.

52. Matemaatiline pendel. Vedru koormuse võnkumised. Matemaatilise pendli ja raskuse võnkeperiood vedrul.

Pikendamatul niidil riputatud väikest keha, mille mass on keha massiga võrreldes tühine, nimetatakse matemaatiliseks pendliks. Püstiasend on tasakaaluasend, kus gravitatsioonijõud on tasakaalustatud elastsusjõuga. Pendli väikestel kõrvalekalletel tasakaaluasendist tekib tasakaaluasendi poole suunatud resultantjõud, mille võnkumised on harmoonilised. Matemaatilise pendli harmooniliste võnkumiste periood väikese pöördenurga korral on võrdne. Selle valemi tuletamiseks kirjutame üles Newtoni teise pendli seaduse. Pendlit mõjutavad gravitatsioon ja niidi pinge. Nende resultant väikese läbipaindenurga korral on. Seega , kus .

Vedrule riputatud keha harmooniliste vibratsioonide korral on elastsusjõud võrdne Hooke'i seadusega. Newtoni teise seaduse järgi.

53. Energia muundamine harmooniliste vibratsioonidega. Sunnitud vibratsioonid. Resonants.

Kui matemaatiline pendel kaldub tasakaaluasendist kõrvale, suureneb selle potentsiaalne energia, kuna kaugus Maast suureneb. Tasakaaluasendisse liikudes suureneb potentsiaalse reservi vähenemise tõttu pendli kiirus ja kineetiline energia. Tasakaalusendis on kineetiline energia maksimaalne, potentsiaalne energia minimaalne. Maksimaalse läbipainde asendis on vastupidi. Vedruga - sama, kuid mitte potentsiaalne energia Maa gravitatsiooniväljas võetakse, vaid vedru potentsiaalne energia. Vabavõnkumised osutuvad alati summutatuks, s.t. kahaneva amplituudiga, alates energiat kulutatakse suhtlemisele ümbritsevate kehadega. Energiakaod on sel juhul võrdsed välisjõudude tööga samal ajal. Amplituud sõltub jõu muutumise sagedusest. See saavutab oma maksimaalse amplituudi, kui välisjõu võnkesagedus langeb kokku süsteemi loomuliku võnkesagedusega. Sundvõnkumiste amplituudi suurenemise nähtust kirjeldatud tingimustes nimetatakse resonantsiks. Kuna resonantsil teeb välisjõud perioodi jooksul maksimaalset positiivset tööd, võib resonantstingimust määratleda kui tingimust energia maksimaalseks ülekandmiseks süsteemile.

54. Vibratsiooni levik elastses keskkonnas. Rist- ja pikisuunalised lained. Lainepikkus. Seos lainepikkuse ja selle levimiskiiruse vahel. Helilained. Heli kiirus. Ultraheli

Vibratsioonide ergastamine keskkonna ühes kohas põhjustab naaberosakeste sundvibratsiooni. Vibratsiooni levimise protsessi ruumis nimetatakse laineks. Laineid, mille võnkumised toimuvad levimissuunaga risti, nimetatakse nihkelaineteks. Laineid, milles võnkumine toimub piki laine levimise suunda, nimetatakse pikisuunalisteks laineteks. Pikisuunalised lained võivad tekkida kõigis keskkondades, põiki - tahketes ainetes deformatsiooni või pindpinevuste ja gravitatsioonijõudude mõjul elastsusjõudude toimel. Võnkumiste levimiskiirust v ruumis nimetatakse laine kiiruseks. Vahemaad l üksteisele lähimate, samades faasides võnkuvate punktide vahel nimetatakse lainepikkuseks. Lainepikkuse sõltuvust kiirusest ja perioodist väljendatakse kui või. Lainete tekkimisel määrab nende sageduse allika võnkesagedus ja kiiruse keskkond, kus nad levivad, seetõttu võivad sama sagedusega lained erinevates meediumites olla erineva pikkusega. Kokkusurumis- ja hõrenemisprotsessid õhus levivad igas suunas ja neid nimetatakse helilaineteks. Helilained on pikisuunalised. Heli kiirus sõltub, nagu kõigi lainete kiirus, keskkonnast. Õhus on heli kiirus 331 m / s, vees - 1500 m / s, terases - 6000 m / s. Helirõhk on helilaine tekitatud lisarõhk gaasis või vedelikus. Heli intensiivsust mõõdetakse energiaga, mida helilained kannavad ajaühikus läbi lainete levimissuunaga risti oleva ristlõikepinna ühiku, ja seda mõõdetakse vattides ruutmeetri kohta. Heli intensiivsus määrab selle helitugevuse. Kõrguse määrab vibratsiooni sagedus. Ultraheli ja infraheli on helivõnked, mis jäävad väljaspool kuuldavuse piire sagedustega vastavalt 20 kilohertsi ja 20 hertsi.

55. Vabad elektromagnetvõnkumised vooluringis. Energia muundamine võnkeahelas. Võnkumiste loomulik sagedus ahelas.

Elektriline võnkeahel on süsteem, mis koosneb kondensaatorist ja mähisest, mis on ühendatud suletud ahelas. Kui mähis on ühendatud kondensaatoriga, tekib mähises vool ja elektrivälja energia muundatakse magnetvälja energiaks. Kondensaator ei tühjene koheselt, kuna seda hoiab ära mähises olev iseinduktsioon-EMF. Kui kondensaator on täielikult tühjenenud, takistab iseinduktsiooni EMF voolu vähenemist ja magnetvälja energia muundatakse elektrienergiaks. Sel juhul tekkiv vool laeb kondensaatorit ja laengu märk plaatidel on vastupidine algsele. Pärast seda korratakse protsessi, kuni kogu energia kulutatakse vooluahela elementide soojendamiseks. Seega muundatakse võnkeahelas oleva magnetvälja energia elektrienergiaks ja vastupidi. Süsteemi koguenergia jaoks on võimalik kirjutada suhted: , kust suvaliseks ajahetkeks ... Nagu teate, terve keti jaoks ... Eeldusel, et ideaaljuhul R "0, lõpuks saame, või. Selle diferentsiaalvõrrandi lahendus on funktsioon , kus. Suurust w nimetatakse vooluringi võnkumiste sisemiseks ring- (tsükliliseks) sageduseks.

56. Elektriline sundvibratsioon. Vahelduv elektrivool. Generaator. Vahelduvvool.

Vahelduvvool elektriahelates on neis elektromagnetiliste sundvõnkumiste ergastamise tulemus. Laske tasasel pöördel olla pindala S ja induktsioonivektor B loob nurga j pöördetasandiga risti. Magnetvoog F läbi silmuse ala määratakse sel juhul väljendiga. Kui silmus pöörleb sagedusega n, muutub nurk j vastavalt seadusele, siis saab voolu avaldis kuju. Magnetvoo muutused loovad induktsiooni EMF-i, mis on võrdne voo muutumise kiirusega. Järelikult toimub induktsiooni EMF-i muutus harmoonilise seaduse kohaselt. Generaatori väljundist võetud pinge on võrdeline mähise keerdude arvuga. Kui pinge muutub harmoonilise seaduse järgi väljatugevus juhis muutub sama seaduse järgi. Välja toimel tekib midagi, mille sagedus ja faas langevad kokku pingekõikumiste sageduse ja faasiga. Voolu võnkumised vooluringis on sunnitud, mis tekivad rakendatud vahelduvpinge mõjul. Kui voolu ja pinge faasid langevad kokku, on vahelduvvoolu võimsus võrdne või ... Koosinuse ruudu keskmine väärtus perioodi jooksul on 0,5, seega. Voolutugevuse efektiivne väärtus on alalisvoolu tugevus, mis eraldab juhis sama palju soojust kui vahelduvvool. Amplituudiga Ma max voolutugevuse harmoonilised võnkumised, on efektiivne pinge võrdne. Efektiivpinge väärtus on samuti üks kord väiksem selle tippväärtusest Keskmine vooluvõimsus koos võnkefaaside kokkulangemisega määratakse efektiivse pinge ja voolutugevuse kaudu.

5 7. Aktiivne, induktiivne ja mahtuvuslik takistus.

Aktiivne vastupanu R nimetatakse füüsikaliseks suuruseks, mis on võrdne võimsuse ja voolu ruudu suhtega, mis saadakse võimsuse avaldisest. Madalatel sagedustel see praktiliselt ei sõltu sagedusest ja langeb kokku juhi elektritakistusega.

Olgu vahelduvvooluahelasse kaasatud mähis. Siis, kui voolutugevus muutub vastavalt seadusele, ilmub mähisesse iseinduktsiooni EMF. Sest mähise elektritakistus on null, siis on EMF võrdne välise generaatori poolt tekitatud pingega mähise otstes (??? Mis generaator veel ???)... Seetõttu põhjustab voolutugevuse muutus pinge muutust, kuid faasinihkega ... Korrutis on pinge kõikumiste amplituud, s.o. ... Mähise pingekõikumiste amplituudi ja voolukõikumiste amplituudi suhet nimetatakse induktiivseks reaktantsiks. .

Ahelas olgu kondensaator. Kui see on sisse lülitatud, laeb see veerand perioodist, seejärel tühjendatakse sama palju, seejärel sama asi, kuid polaarsuse muutusega. Kui pinge kondensaatoris muutub harmoonilise seaduse järgi selle plaatide laeng on võrdne. Voolu vooluringis tekib siis, kui laeng muutub: sarnaselt mähise puhul on voolukõikumiste amplituud ... Väärtust, mis võrdub amplituudi ja voolutugevuse suhtega, nimetatakse mahtuvuslikuks takistuseks .

58. Ohmi seadus vahelduvvoolu kohta.

Mõelge vooluringile, mis koosneb järjestikku ühendatud takistist, mähist ja kondensaatorist. Igal ajahetkel on rakendatav pinge võrdne iga elemendi pingete summaga. Kõikide elementide voolukõikumised toimuvad vastavalt seadusele. Pinge kõikumine takistil langeb faasis kokku voolukõikumistega, kondensaatori pinge kõikumine on voolukõikumisega faasis, pooli pingekõikumised on voolukõikumistest ees. (miks nad maha jäävad???)... Seetõttu võib pingete summa võrdsuse tingimuse üldisega kirjutada kujul. Vektordiagrammi kasutades on näha, et ahela pingete amplituud on võrdne ehk s.t. ... Ahela impedantsi näitab ... Skeemilt on näha, et ka pinge kõigub harmoonilise seaduse järgi ... Algfaasi j saab leida valemiga ... Vahelduvvooluahela hetkevõimsus on. Kuna ruudu koosinuse keskmine perioodi jooksul on 0,5,. Kui ahelas on mähis ja kondensaator, siis vastavalt Ohmi seadusele vahelduvvoolule. Kogust nimetatakse võimsusteguriks.

59. Resonants elektriahelas.

Mahtuvuslikud ja induktiivsed reaktantsid sõltuvad rakendatava pinge sagedusest. Seetõttu sõltub konstantse pinge amplituudi korral voolutugevuse amplituud sagedusest. Sellise sageduse väärtuse juures, mille juures muutub pooli ja kondensaatori pingete summa nulliks, sest nende võnkumised on faasilt vastupidised. Selle tulemusena on resonantsi aktiivtakistuse pinge võrdne kogupingega ja vool saavutab maksimaalse väärtuse. Avaldame induktiivset ja mahtuvuslikku takistust resonantsil: , järelikult ... See väljend näitab, et resonantsi korral võib pooli ja kondensaatori pingekõikumiste amplituud ületada rakendatud pinge amplituudi.

60. Trafo.

Trafo koosneb kahest erineva pöörete arvuga mähist. Kui ühele mähisele rakendatakse pinge, tekib selles vool. Kui pinge muutub harmooniliselt, muutub vool sama seaduse järgi. Mähist läbiv magnetvoog on ... Kui magnetvoog muutub esimese pooli igas pöördes, tekib iseinduktsiooni EMF. Toode on EMF-i amplituud ühes pöördes, kogusumma on primaarmähises olev EMF. Seetõttu tungib sekundaarmähisesse sama magnetvoog. Sest siis on magnetvood samad. Mähise aktiivne takistus on võrreldes induktiivse takistusega väike, seega on pinge ligikaudu võrdne EMF-iga. Siit. Koefitsient TO nimetatakse teisendussuhteks. Seetõttu on juhtmete ja südamike küttekaod väikesed F1 "F 2... Magnetvoog on võrdeline mähises oleva voolu ja pöörete arvuga. Seega, s.t. ... Need. trafo tõstab sisendpinget TO korda, vähendades voolutugevust sama palju. Praegune võimsus mõlemas vooluringis, arvestamata kadusid, on sama.

61. Elektromagnetlained. Nende leviku kiirus. Elektromagnetlainete omadused.

Igasugune magnetvoo muutus ahelas põhjustab induktsioonivoolu tekkimist. Selle välimust seletatakse keerise elektrivälja ilmumisega koos magnetvälja muutustega. Keerisel elektrikoldel on sama omadus kui tavalisel – tekitada magnetvälja. Seega jätkub magnet- ja elektriväljade vastastikuse genereerimise protsess, kui see kord juba alanud on. Elektromagnetlaineid moodustavad elektri- ja magnetväljad võivad erinevalt muudest laineprotsessidest eksisteerida vaakumis. Häirekatsete põhjal tehti kindlaks elektromagnetlainete levimiskiirus, mis oli ligikaudu. Üldjuhul arvutatakse elektromagnetlaine kiirus suvalises keskkonnas valemiga. Elektriliste ja magnetiliste komponentide energiatihedus on üksteisega võrdne: , kus. Elektromagnetlainete omadused on sarnased teiste laineprotsesside omadega. Kahe kandja liidest läbides peegelduvad need osaliselt, murduvad osaliselt. Need ei peegeldu dielektriku pinnalt, nad peegelduvad peaaegu täielikult metallidelt. Elektromagnetlainetel on interferentsi (Hertzi eksperiment), difraktsiooni (alumiiniumplaat), polarisatsiooni (võrk) omadused.

62. Raadioside põhimõtted. Lihtsaim raadiovastuvõtja.

Raadioside rakendamiseks on vaja tagada elektromagnetlainete kiirguse võimalus. Mida suurem on nurk kondensaatori plaatide vahel, seda vabamalt levivad EM-lained ruumis. Tegelikkuses koosneb avatud ahel mähist ja pikast traadist, mida nimetatakse antenniks. Antenni üks ots on maandatud, teine ​​on Maa pinnast kõrgemale tõstetud. Sest Kuna elektromagnetlainete energia on võrdeline sageduse neljanda astmega, siis helisageduste vahelduvvoolu võnkumisel EM-laineid praktiliselt ei teki. Seetõttu kasutatakse modulatsiooni põhimõtet - sagedus, amplituud või faas. Lihtsaim moduleeritud ostsillaator on näidatud joonisel. Laske ahela võnkesagedusel vastavalt seadusele muutuda. Muutku ka moduleeritud helivõnke sagedus as ja W<(miks kurat see nii on???)(G on takistuse pöördväärtus). Asendades selle avaldise pingete väärtused, kus saame. Sest resonantsi korral lõigatakse ära resonantssagedusest kaugel olevad sagedused, seejärel avaldisest for i kaovad teine, kolmas ja viies termin, s.o. .

Mõelge kõige lihtsamale raadiovastuvõtjale. See koosneb antennist, muutuva kondensaatoriga võnkeahelast, detektordioodist, takistist ja telefonist. Võnkeahela sagedus valitakse nii, et see langeb kokku kandesagedusega, samas kui kondensaatori võnkumiste amplituud muutub maksimaalseks. See võimaldab teil valida kõigi vastuvõetavate hulgast soovitud sageduse. Vooluahelast suunatakse detektorisse moduleeritud kõrgsageduslikud võnked. Pärast detektori läbimist laadib vool kondensaatorit iga poolperioodi järel ja järgmise poolperioodi jooksul, kui vool ei läbi dioodi, tühjeneb kondensaator läbi takisti. (kas ma sain õigesti aru???).

64. Analoogia mehaaniliste ja elektriliste vibratsioonide vahel.

Mehaanilise ja elektrilise vibratsiooni vahelised analoogid näevad välja järgmised:

Koordineerida
Kiirus		Praegune tugevus
Kiirendus		Praegune muutuse määr
		Induktiivsus
Jäikus		Vastastikune elektriline võimsus
		Pinge
Viskoossus		Vastupidavus
Potentsiaalne energia deformeerunud vedru		Elektrivälja energia kondensaator
Kineetiline energia, kus. 65. Elektromagnetkiirguse skaala. Elektromagnetkiirguse omaduste sagedussõltuvus. Elektromagnetilise kiirguse rakendamine. Elektromagnetlainete ulatus 10-6 m kuni m on raadiolained. Neid kasutatakse televisiooni ja raadioside jaoks. Pikkused 10 -6 m kuni 780 nm - infrapuna lained. Nähtav valgus - 780 nm kuni 400 nm. Ultraviolettkiirgus - 400 kuni 10 nm. Kiirgus vahemikus 10 nm kuni 22 pm – röntgenikiirgus. Lühemad lainepikkused vastavad gammakiirgusele. (Taotlus???)... Mida lühem on lainepikkus (seega kõrgem sagedus), seda vähem laineid keskkond neelab. 65. Valguse sirgjooneline levik. Valguse kiirus. Valguse peegelduse ja murdumise seadused. Valguse levimissuunda näitavat sirgjoont nimetatakse valguskiireks. Kahe keskkonna piiril võib valgus osaliselt peegelduda ja levida esimeses keskkonnas uues suunas, samuti osaliselt läbida piiri ja levida teises keskkonnas. Langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunktis rekonstrueeritud kahe keskkonna piiriga risti asetsevad samal tasapinnal. Peegeldusnurk on võrdne langemisnurgaga. See seadus langeb kokku mis tahes laadi lainete peegelduse seadusega ja seda tõestab Huygensi põhimõte. Kui valgus läbib kahe keskkonna vahelise liidese, on langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe kahe keskkonna jaoks konstantne väärtus.<рисунок>... Kogus n nimetatakse murdumisnäitajaks. Söötme murdumisnäitajat vaakumi suhtes nimetatakse selle keskkonna absoluutseks murdumisnäitajaks. Murdumisefekti jälgides võib märgata, et keskkonna üleminekul optiliselt tihedamast keskkonnast vähemtihedasse saab langemisnurga järkjärgulise suurenemisega saavutada sellise, et murdumisnurk muutub võrdseks. Sel juhul on võrdsus täidetud. Langemisnurka a 0 nimetatakse täieliku peegelduse piirnurgaks. Nurkade korral, mis on suuremad kui 0, toimub täielik peegeldus. 66. Objektiiv, pildi konstrueerimine. Objektiivi valem. Objektiiv on läbipaistev korpus, mis on piiratud kahe sfäärilise pinnaga. Läätse, mis on servadest paksem kui keskel, nimetatakse nõgusläätseks, mis on keskelt paksem – kumer. Läätse mõlema sfäärilise pinna keskpunkte läbivat sirgjoont nimetatakse läätse optiliseks põhiteljeks. Kui läätse paksus on väike, siis võime öelda, et optiline peatelg lõikub läätsega ühes punktis, mida nimetatakse läätse optiliseks keskpunktiks. Optilist keskpunkti läbivat sirgjoont nimetatakse külgseks optiliseks teljeks. Kui valguskiir on suunatud läätsele paralleelselt optilise põhiteljega, siis kumerläätse puhul kogutakse valgusvihk teatud punkti F. Objektiivi valemis loetakse kaugus objektiivist virtuaalkujutiseks negatiivseks. Kaksikkumera (ja tegelikult iga) läätse optiline võimsus määratakse selle kõverusraadiuse ning klaasi ja õhu murdumisnäitaja järgi . 66. Sidusus. Valguse interferents ja selle rakendamine tehnoloogias. Valguse difraktsioon. Difraktsioonivõre. Difraktsiooni ja interferentsi nähtustes vaadeldakse valguse lainelisi omadusi. Kahte valguse sagedust, mille faaside erinevus on võrdne nulliga, nimetatakse üksteise suhtes koherentseteks. Häiretega - koherentsete lainete lisamisega - tekib valgustuse maksimumide ja miinimumide interferentsmuster, mis on ajas stabiilne. Kui teeerinevus tekib, tekib interferentsi maksimum, millal - miinimum. Valguse kõrvalekaldumist sirgjoonelisest levimisest takistuse servast möödumisel nimetatakse valguse difraktsiooniks. Seda nähtust seletatakse Huygensi-Fresneli põhimõttega: häire mis tahes punktis on lainepinna iga elemendi poolt kiiratavate sekundaarlainete interferentsi tulemus. Spektriinstrumentides kasutatakse difraktsiooni. Nende seadmete üks element on difraktsioonvõre, mis on läbipaistev plaat, mis on kaetud läbipaistmatute paralleelsete triipude süsteemiga, mis asuvad kaugusel. d peale. lase restile langeda monokromaatiline laine. Igast pilust difraktsiooni tulemusena levib valgus mitte ainult algses suunas, vaid ka kõigis teistes. Kui panete läätse resti taha, siis fookustasandil kogunevad kõigist piludest paralleelsed kiired üheks ribaks. Paralleelkiirtel on teeerinevus. Kui tee vahe on võrdne täisarvuga laineid, täheldatakse valguse interferentsi maksimumi. Iga lainepikkuse puhul on maksimaalne tingimus täidetud oma nurga j väärtusega; seetõttu lagundab võre valge valguse spektriks. Mida pikem on lainepikkus, seda suurem on nurk. 67. Valguse hajumine. Elektromagnetilise kiirguse spekter. Spektroskoopia. Spektraalanalüüs. Kiirgusallikad ja spektritüübid. Kitsas paralleelne valge valgusvihk laguneb prismat läbides erinevat värvi valguskiirteks. Sel juhul nähtavat värviriba nimetatakse pidevaks spektriks. Valguse kiiruse sõltuvust lainepikkusest (sagedusest) nimetatakse valguse dispersiooniks. Seda efekti seletatakse asjaoluga, et valge valgus koosneb erineva lainepikkusega EM-lainetest, millest sõltub murdumisnäitaja. Sellel on suurim väärtus lühima laine puhul - violetne, kõige vähem - punase jaoks. Vaakumis on valguse kiirus sama sõltumata selle sagedusest. Kui spektri allikaks on haruldane gaas, siis näeb spekter välja kitsaste joontena mustal taustal. Kokkusurutud gaasid, vedelikud ja tahked ained eraldavad pidevat spektrit, kus värvid sujuvalt üksteisega segunevad. Spektri päritolu on seletatav sellega, et igal elemendil on oma spetsiifiline kiirgava spektri hulk. See omadus võimaldab aine keemilise koostise tuvastamiseks kasutada spektraalanalüüsi. Spekroskoop on seade, mis uurib teatud allika poolt kiiratava valguse spektraalset koostist. Lagundamine toimub difraktsioonvõre (parem) või prisma abil, ultraviolettpiirkonna uurimiseks kasutatakse kvartsoptikat. 68. Fotoefekt ja selle seadused. Valguskvandid. Einsteini võrrand fotoelektrilise efekti jaoks. Fotoelektrilise efekti kasutamine tehnoloogias. Valguse mõjul tahketest ainetest ja vedelikest elektronide väljarebimist nimetatakse väliseks fotoelektriliseks efektiks ja sel viisil välja rebitud elektrone nimetatakse fotoelektronideks. Fotoelektrilise efekti seadused on paika pandud empiiriliselt - fotoelektronide maksimaalne kiirus on määratud valguse sagedusega ja ei sõltu selle intensiivsusest, igal ainel on oma punane fotoefekti piir, s.t. sellisel sagedusel n min, mille juures fotoelektriline efekt on veel võimalik, on sekundis väljutatavate fotoelektronide arv otseselt võrdeline valguse intensiivsusega. Samuti on tuvastatud fotoelektrilise efekti inertsus - see ilmneb kohe pärast valgustuse algust, kui punane piir on ületatud. Fotoelektrilise efekti selgitamine on võimalik kvantteooria abil, mis kinnitab energia diskreetsust. Selle teooria kohaselt koosneb elektromagnetlaine eraldi osadest - kvantidest (footonitest). Energiakvanti neeldumisel omandab fotoelektron kineetilise energia, mille võib leida fotoelektrilise efekti Einsteini võrrandist , kus A 0 on tööfunktsioon, aine parameeter. Metalli pinnalt lahkuvate fotoelektronide arv on võrdeline elektronide arvuga, mis omakorda sõltub valgustusest (valguse intensiivsusest). 69. Rutherfordi katsed alfaosakeste hajumise kohta. Aatomi tuumamudel. Bohri kvantpostulaadid. Esimene aatomistruktuuri mudel kuulub Thomsonile. Ta väitis, et aatom on positiivselt laetud pall, mille sees on negatiivselt laetud elektrone. Rutherford viis läbi katse kiirte alfaosakeste kandmiseks metallplaadile. Samal ajal täheldati, et mõned neist kalduvad sirgjoonelisest levimisest veidi kõrvale ja mõned neist kalduvad kõrvale nurkade võrra, mis on suuremad kui 2 0. Seda seletati asjaoluga, et aatomi positiivne laeng ei sisaldu ühtlaselt, vaid teatud mahus, mis on aatomi suurusest palju väiksem. Seda keskosa nimetati aatomi tuumaks, kuhu on koondunud positiivne laeng ja peaaegu kogu mass. Aatomituuma raadius on suurusjärgus 10 -15 m. Rutherford pakkus välja ka nn. aatomi planetaarmudel, mille järgi elektronid tiirlevad ümber aatomi nagu planeedid ümber Päikese. Kõige kaugema orbiidi raadius = aatomi raadius. Kuid see mudel oli vastuolus elektrodünaamikaga, sest kiirendatud liikumisega (kaasa arvatud elektronid ringis) kaasneb EM-lainete emissioon. Järelikult kaotab elektron järk-järgult oma energia ja peab langema tuumale. Tegelikkuses ei toimu ei kiirgust ega elektronide langemist. Sellele andis seletuse N. Bohr, kes esitas kaks postulaati - aatomisüsteem saab olla ainult teatud teatud olekutes, milles valgust ei kiirgata, kuigi liikumine on kiirendatud, ning üleminekul ühest olekust teine, kvanti neeldumine või emissioon toimub vastavalt seadusele , kus on Plancki konstant. Seosest määratakse erinevad võimalikud statsionaarsed seisundid , kus n On täisarv. Elektroni liikumisel ringjoonel vesinikuaatomis kehtib avaldis tuumaga vastastikmõju Coulombi jõud. Siit. Need. Bohri energiakvantimise postulaati silmas pidades on liikumine võimalik ainult mööda statsionaarseid ringorbiite, mille raadiused on määratud kui. Kõik olekud, välja arvatud üks, on tinglikult statsionaarsed ja ainult ühes - peamises, milles elektronil on minimaalne energiavaru - võib aatom olla meelevaldselt pikk ja ülejäänud olekuid nimetatakse ergastatud. 70. Valguse emissioon ja neeldumine aatomite poolt. Laser. Aatomid võivad spontaanselt kiirata valguskvante, samas kui see läbib ebajärjekindlalt (kuna iga aatom kiirgab teistest sõltumatult) ja seda nimetatakse spontaanseks. Elektroni üleminek ülemisest tasemest alumisele võib toimuda välise elektromagnetvälja mõjul, mille sagedus on võrdne üleminekusagedusega. Sellist kiirgust nimetatakse stimuleeritud (indutseeritud). Need. ergastatud aatomi interaktsiooni tulemusena vastava sagedusega footoniga on suur tõenäosus kahe ühesuguse sama suuna ja sagedusega footoni ilmnemiseks. Indutseeritud kiirguse eripäraks on see, et see on monokromaatiline ja koherentne. See omadus on laserite (optiliste kvantgeneraatorite) töö aluseks. Selleks, et aine võimendaks seda läbivat valgust, on vaja, et üle poole selle elektronidest oleks ergastatud olekus. Sellist olekut nimetatakse tasandite pöördpopulatsiooniga olekuks. Sel juhul toimub footonite neeldumine harvemini kui emissioon. Laseri kasutamiseks rubiinvardal nn. pumbalamp, mille tähendus on ümberpööratud populatsiooni tekitamine. Sel juhul, kui üks aatom läheb metastabiilsest olekust põhiolekusse, tekib footonite emissiooni ahelreaktsioon. Peegeldava peegli sobiva (paraboolse) kujuga on võimalik tekitada kiirt ühes suunas. Kõigi ergastatud aatomite täielik emissioon toimub 10–10 sekundiga, seega ulatub laseri võimsus miljarditesse vattidesse. Samuti on olemas gaasilamp laserid, mille eeliseks on pidev toimimine. 70. Aatomi tuuma koostis. Isotoobid. Aatomituumade sidumisenergia. Tuumareaktsioonid. Tuuma aatomi elektrilaeng q on võrdne elementaarelektrilaengu korrutisega e seerianumbrile Z keemiline element perioodilisustabelis. Sama struktuuriga aatomitel on sama elektronkiht ja need on keemiliselt eristamatud. Tuumafüüsikal on oma mõõtühikud. 1 fermi - 1 femtomeeter,. 1 aatommassiühik on 1/12 süsinikuaatomi massist. ... Sama tuumalaenguga, kuid erineva massiga aatomeid nimetatakse isotoopideks. Isotoobid erinevad spektri poolest. Aatomi tuum koosneb prootonitest ja neutronitest. Prootonite arv tuumas on võrdne laengu numbriga Z, neutronite arv on mass miinus prootonite arv A – Z = N... Prootoni positiivne laeng on arvuliselt võrdne elektroni laenguga, prootoni mass on 1,007 amü. Neutronil puudub laeng ja selle mass on 1,009 amu. (neutron on prootonist rohkem kui kahe elektroni massi võrra raskem). Neutronid on stabiilsed ainult aatomituumade osana, vabal kujul elavad nad ~ 15 minutit ja lagunevad prootoniks, elektroniks ja antineutriinoks. Tuumas olevate nukleonide vahelise gravitatsiooni tõmbejõud ületab elektrostaatilist tõukejõudu 10 36 korda. Tuumade stabiilsus on tingitud spetsiaalsete tuumajõudude olemasolust. Prootonist 1 fm kaugusel on tuumajõud 35 korda suuremad kui Coulombi jõud, kuid need vähenevad väga kiiresti ja umbes 1,5 fm kaugusel võib neid tähelepanuta jätta. Tuumajõud ei sõltu sellest, kas osakesel on laeng. Aatomituumade masside täpsed mõõtmised näitasid erinevust tuuma massi ja selle koostisse kuuluvate nukleonide masside algebralise summa vahel. Aatomituuma lahutamiseks komponentideks on vaja energiat kulutada. Kogust nimetatakse massidefektiks. Minimaalset energiat, mis tuleb kulutada tuuma lahutamiseks selle moodustavateks nukleoniteks, nimetatakse tuuma sidumisenergiaks, mis kulub tuumatõmbejõudude vastu töötamiseks. Sidumisenergia ja massiarvu suhet nimetatakse spetsiifiliseks sidumisenergiaks. Tuumareaktsioon on algse aatomituuma muundumine interaktsioonil mis tahes osakesega millekski muuks peale algse tuuma. Tuumareaktsiooni tulemusena võivad eralduda osakesed või gamma kvantid. Tuumareaktsioone on kahte tüüpi - mõne rakendamiseks on vaja energiat kulutada, teistes aga energiat vabaneb. Vabanenud energiat nimetatakse tuumareaktsiooni saagiseks. Tuumareaktsioonides on kõik säilivusseadused täidetud. Nurkmomendi jäävuse seadus võtab spinni jäävuse seaduse kuju. 71. Radioaktiivsus. Radioaktiivse kiirguse liigid ja nende omadused. Tuumadel on võime spontaanselt laguneda. Sel juhul on stabiilsed ainult need tuumad, millel on minimaalne energia võrreldes nendega, milleks tuum võib spontaanselt muutuda. Tuumad, milles on rohkem prootoneid kui neutroneid, on ebastabiilsed, sest Coulombi tõukejõud suureneb. Ka rohkem neutroneid sisaldavad tuumad on ebastabiilsed, sest neutroni mass on suurem kui prootoni mass ja massi suurenemine toob kaasa energia suurenemise. Tuumasid saab liigsest energiast vabastada kas jagades stabiilsemateks osadeks (alfalagunemine ja lõhustumine) või laengu muutmisega (beeta-lagunemine). Alfa lagunemine on aatomituuma spontaanne lõhustumine alfaosakeseks ja produkti tuumaks. Kõik uraanist raskemad elemendid alluvad alfalagunemisele. Alfaosakese võime ületada tuuma külgetõmbejõudu määrab tunneliefekt (Schrödingeri võrrand). Alfalagunemise ajal ei muutu kogu tuuma energia produktituuma ja alfaosakese liikumise kineetiliseks energiaks. Osa energiast võib minna produkti tuuma aatomi ergastamiseks. Seega, mõni aeg pärast lagunemist, kiirgab toote tuum mitu gamma-kvanti ja jõuab normaalsesse olekusse. On ka teist tüüpi lagunemine – spontaanne tuuma lõhustumine. Kergeim element, mis on võimeline selliseks lagunemiseks, on uraan. Lagunemine toimub seaduse järgi, kus T- poolestusaeg, konstantne antud isotoobi puhul. Beeta-lagunemine on aatomituuma spontaanne muundumine, mille tulemusena selle laeng suureneb elektroni emissiooni tõttu ühe võrra. Kuid neutroni mass ületab prootoni ja elektroni masside summa. See on tingitud teise osakese - elektroni antineutriino - vabanemisest ... Neutron pole ainus, mis on võimeline lagunema. Vaba prooton on stabiilne, kuid osakestega kokkupuutel võib see laguneda neutroniteks, positroniteks ja neutriinodeks. Kui uue tuuma energia on väiksem, siis toimub positroni beeta lagunemine ... Sarnaselt alfa-lagunemisega võib ka beeta-lagunemisega kaasneda gammakiirgus. 72. Ioniseeriva kiirguse registreerimise meetodid. Fotoemulsioonide meetod seisneb proovi kinnitamises fotoplaadile ja pärast sellel oleva osakeste jälje paksuse ja pikkuse järgi väljatöötamist on võimalik määrata konkreetse radioaktiivse aine kogus ja jaotus proovis. Stsintillatsiooniloendur on seade, milles on võimalik jälgida kiire osakese kineetilise energia muutumist valgussähvatuse energiaks, mis omakorda käivitab fotoelektrilise efekti (elektrivooluimpulss), mida võimendatakse ja salvestatud. Wilsoni kamber on õhu ja üleküllastunud alkoholiauruga klaaskamber. Kui osake liigub läbi kambri, ioniseerib see molekule, mille ümber algab kohe kondenseerumine. Saadud tilkade ahel moodustab osakese jälje. Mullikamber töötab samadel põhimõtetel, kuid keemistemperatuurile lähedane vedelik toimib salvestajana. Gaaslahendusloendur (Geigeri loendur) - harvendatud gaasiga täidetud balloon ja juhist välja venitatud traat. Osake põhjustab gaasi ionisatsiooni, elektrivälja toimel olevad ioonid lahknevad katoodile ja anoodile, ioniseerides teel teisi aatomeid. Tekib koroonaheide, mille pulss registreeritakse. 73. Uraani lõhustumise ahelreaktsioon. 30ndatel tehti eksperimentaalselt kindlaks, et uraani kiiritamisel neutronitega tekivad lantaanituumad, mis ei saanud tekkida alfa- ega beetalagunemise tulemusena. Uraan-238 tuum koosneb 82 prootonist ja 146 neutronist. Täpselt pooleldi lõhustumine oleks pidanud tekitama praseodüümi, kuid stabiilses praseodüümi tuumas on 9 neutronit vähem. Seetõttu tekib uraani lõhustumisel teisi tuumasid ja liigselt vabu neutroneid. 1939. aastal viidi läbi esimene uraanituuma kunstlik lõhustamine. Sel juhul vabanes 2-3 vaba neutronit ja 200 MeV energiat ning umbes 165 MeV tuumade fragmentide kineetilise energia kujul või või. Soodsates tingimustes võivad vabanenud neutronid põhjustada teiste uraani tuumade lõhustumist. Neutronite korrutustegur iseloomustab reaktsiooni kulgu. Kui seda on rohkem kui üks. siis iga lõhustumisega suureneb neutronite arv, uraan kuumeneb mitme miljoni kraadini ja toimub tuumaplahvatus. Kui lõhustumissuhe on väiksem kui üks, siis reaktsioon kustub ja kui see on võrdne ühega, hoitakse see konstantsel tasemel, mida kasutatakse tuumareaktorites. Uraani looduslikest isotoopidest on lõhustumisvõimeline vaid tuum ning levinuim isotoop neelab neutroni ja muutub vastavalt skeemile plutooniumiks. Plutoonium-239 on omadustelt sarnane uraan-235-ga. 74. Tuumareaktor. Termotuumareaktsioon. Tuumareaktoreid on kahte tüüpi – aeglased ja kiired neutronid. Enamiku lõhustumise käigus vabanevate neutronite energia on suurusjärgus 1–2 MeV ja kiirus umbes 10 7 m/s. Selliseid neutroneid nimetatakse kiireteks ja nii uraan-235 kui ka uraan-238 neelavad neid võrdselt tõhusalt. rasket isotoopi on rohkem, aga see ei jagune, siis ahelreaktsioon ei arene. Neutroneid, mis liiguvad kiirusega umbes 2 × 10 3 m / s, nimetatakse termilisteks. Sellised neutronid on aktiivsemad kui kiired neutronid neelavad uraan-235. Seega on kontrollitud tuumareaktsiooni läbiviimiseks vaja neutroneid aeglustada termiliste kiirusteni. Reaktorites levinumad moderaatorid on grafiit, vesi ja raske vesi. Jaotussuhte ühtsuse tasemel hoidmiseks kasutatakse neeldujaid ja reflektoreid. Absorberid on kaadmiumi ja boori vardad, mis püüavad kinni termilised neutronid, ja reflektor on berüllium. Kui kütusena kasutatakse isotoobiga rikastatud uraani massiga 235, võib reaktor töötada ilma kiire neutronite aeglustajata. Sellises reaktoris neelab enamiku neutronitest uraan-238, mis kahe beetalagunemise tulemusena muutub plutoonium-239-ks, mis on ühtlasi tuumakütus ja tuumarelvade lähtematerjal. Seega ei ole kiirneutronreaktor mitte ainult elektrijaam, vaid ka reaktori kütusekasvataja. Puuduseks on vajadus uraani rikastada kerge isotoobiga. Tuumareaktsioonides ei vabane energia mitte ainult raskete tuumade lõhustumise tõttu, vaid ka kopsude koosmõjul. Tuumade sulandamiseks on vaja ületada Coulombi tõukejõud, mis on võimalik plasmatemperatuuril umbes 10 7 –10 8 K. Termotuumareaktsiooni näide on heeliumi liitmine deuteeriumist ja triitiumist või ... 1 grammi heeliumi sünteesi käigus eraldub energiat, mis võrdub 10 tonni diislikütuse põletamisega. Kontrollitud termotuumareaktsioon on võimalik kuumutades seda sobiva temperatuurini, juhtides sellest läbi elektrivoolu või kasutades laserit. 75. Ioniseeriva kiirguse bioloogiline mõju. Kiirguskaitse. Radioaktiivsete isotoopide kasutamine. Neeldunud kiirgusdoos on mis tahes tüüpi kiirguse mõju mõõt ainele. Annuse ühik on hall, mis võrdub doosiga, millele 1 kg kaaluvale kiiritatud ainele kantakse üle 1 džaul energiat. Sest mis tahes kiirguse füüsikalist mõju ainele seostatakse mitte niivõrd kuumutamisega, kuivõrd ionisatsiooniga, siis võetakse kasutusele kokkupuutedoosi ühik, mis iseloomustab kiirguse ioniseerivat mõju õhule. Ekspositsioonidoosi mittesüsteemne ühik on röntgen, võrdne 2,58 × 10 -4 C / kg. Ühe röntgenikiirguse doosi korral sisaldab 1 cm 3 õhku 2 miljardit ioonipaari. Sama neeldumisdoosi korral ei ole erinevat tüüpi kiirguse mõju ühesugune. Mida raskem on osake, seda tugevam on selle toime (samas, seda raskem on see ja seda on kergem tagasi hoida). Kiirguse bioloogilise mõju erinevust iseloomustab bioloogilise efektiivsuse koefitsient, mis võrdub gammakiirguse ühtsusega, termiliste neutronite puhul 3, neutronitega, mille energia on 0,5 MeV, 10. Doos, mis on korrutatud teguriga, iseloomustab doosi bioloogilist toimet ja seda nimetatakse ekvivalentdoosiks, mõõdetuna siivertides. Peamine toimemehhanism kehale on ionisatsioon. Ioonid astuvad rakuga keemilisesse reaktsiooni ja häirivad selle aktiivsust, mis viib rakusurma või mutatsioonini. Looduslik taustkiirgus on keskmiselt 2 mSv aastas, linnadel lisaks +1 mSv aastas. 76. Valguse kiiruse absoluutsus. Tankla elemendid. Relativistlik dünaamika. Empiiriliselt leiti, et valguse kiirus ei sõltu sellest, millises tugiraamistikus vaatleja on. Samuti on võimatu kiirendada ühtegi elementaarosakest, näiteks elektroni, valguse kiirusega võrdse kiiruseni. Vastuolu selle fakti ja Galilei relatiivsusprintsiibi vahel lahendas A. Einstein. Tema [spetsiaalne] relatiivsusteooria põhines kahel postulaadil: igasugused füüsikalised protsessid kulgevad erinevates inertsiaalsetes võrdlusraamides ühtemoodi, valguse kiirus vaakumis ei sõltu valgusallika ja vaatleja kiirusest. Relatiivsusteoorias kirjeldatud nähtust nimetatakse relativistlikuks. Relatiivsusteoorias võetakse kasutusele kaks osakeste klassi – need, mis liiguvad kiirusega, mis on väiksem kui koos, ja millega tugiraamistikku saab seostada, ja need, mis liiguvad kiirusega, mis on võrdne koos mida ei saa seostada võrdlussüsteemidega. Selle ebavõrdsuse () korrutamisel saame. See avaldis on kiiruste liitmise relativistlik seadus, mis langeb kokku Newtoni kiirusega v<... Inertsiaalsete tugisüsteemide V mis tahes suhtelistel kiirustel Omaaeg, st. see, mis toimib osakesega seotud tugiraamistikus, on muutumatu, s.t. ei sõltu inertsiaalse võrdlussüsteemi valikust. Relatiivsusprintsiip modifitseerib seda väidet, öeldes, et igas inertsiaalses võrdlusraamis voolab aeg ühtemoodi, kuid aeg pole kõigile ühtlane, absoluutne. Koordinaatide aeg on seadusega seotud oma ajaga ... Selle avaldise ruudustamisel saame. Kogus s nimetatakse intervalliks. Kiiruste liitmise relativistliku seaduse tagajärg on Doppleri efekt, mis iseloomustab võnkesageduse muutumist sõltuvalt laineallika ja vaatleja kiirustest. Kui vaatleja liigub allika suhtes nurga Q all, muutub sagedus vastavalt seadusele ... Lähtest eemaldudes nihkub spekter madalamatele sagedustele, mis vastavad pikemale lainepikkusele, s.t. punaseks, lähenedes - lillaks. Hoog muutub ka lähedasel kiirusel koos:. 77. Elementaarosakesed. Algselt nimetati prootonit, neutronit ja elektroni elementaarosakesteks ning hiljem footoniteks. Kui neutronite lagunemine avastati, lisati elementaarosakeste arvule müüonid ja pionid. Nende mass oli vahemikus 200 kuni 300 elektroni massi. Hoolimata asjaolust, et neutron laguneb kanaliks, elektroniks ja neutriinoks, ei ole selle sees neid osakesi ja seda peetakse elementaarosakeseks. Enamik elementaarosakesi on ebastabiilsed ja nende poolestusajad on suurusjärgus 10-6-10-16 s. Diraci väljatöötatud relativistlikust teooriast elektroni liikumise kohta aatomis järeldas, et elektronil võib olla vastupidise laenguga kaksik. Seda kosmilise kiirgusega tuvastatud osakest nimetatakse positroniks. Seejärel tõestati, et kõigil osakestel on oma antiosakesed, mis erinevad pöörlemise ja (kui üldse) laengu poolest. On ka tõeliselt neutraalseid osakesi, mis langevad täielikult kokku nende antiosakestega (pi-null-meson ja eta-null-meson). Annihilatsiooni nähtus on kahe antiosakese vastastikune hävitamine näiteks energia vabanemisega ... Energia jäävuse seaduse kohaselt on vabanev energia võrdeline hävinud osakeste masside summaga. Looduskaitseseaduste kohaselt ei ilmu osakesed kunagi üksi. Osakesed jagunevad rühmadesse, vastavalt kasvavale massile – footonid, leptonid, mesonid, barüonid. Kokku on fundamentaalseid (teistele taandamatuid) interaktsioone 4 tüüpi – gravitatsiooniline, elektromagnetiline, nõrk ja tugev. Elektromagnetilist vastastikmõju seletatakse virtuaalsete footonite vahetusega (Heisenbergi ebakindlusest järeldub, et elektron suudab oma siseenergia tõttu lühikese aja jooksul vabastada kvanti ja kompenseerida energiakadu sama kinnipüüdmisega. emiteeritud kvant neeldub teise poolt, tagades seega vastasmõju.), Tugev - gluoonide vahetamise teel (spin 1, mass 0, kannab "värvi" kvargi laengut), nõrk - vektorbosonid. Gravitatsioonilist vastastikmõju ei selgitata, kuid gravitatsioonivälja kvantide mass peaks teoreetiliselt olema 0, spinn 2 (???).

MATERJALI PUNKTI MATERJALIPUNKT, mehaanikas kasutusele võetud mõiste, mis tähistab keha, mille suurust ja kuju võib tähelepanuta jätta. Materiaalse punkti asukohta ruumis defineeritakse kui geomeetrilise punkti asukohta. Keha võib pidada materiaalseks punktiks juhtudel, kui see liigub translatsiooniliselt suurte (võrreldes oma suurusega) vahemaadega; näiteks Maa raadiusega umbes 6,4 tuhat km on materiaalne punkt oma aastasel liikumisel ümber Päikese (orbiidi raadius - nn ekliptika - on umbes 150 miljonit km). Samamoodi on materiaalse punkti mõiste rakendatav, kui keha liikumise pöörlevat osa saab vaadeldava probleemi tingimustes ignoreerida (näiteks võib aastaliikumist uurides jätta tähelepanuta Maa ööpäevase pöörlemise).

Kaasaegne entsüklopeedia. 2000.

Materiaalne punkt

Füüsikaliste objektide ajas ja ruumis lokaliseerimise võimalusest lähtudes algab klassikalises mehaanikas nihkeseaduste uurimine kõige lihtsamast juhtumist. See juhtum on materiaalse punkti liikumine. Elementaarosakese skemaatilise ideega loob analüütiline mehaanika eeldused dünaamika põhiseaduste esitamiseks.

Materiaalne punkt on lõpmata väikese suurusega ja piiratud massiga objekt. See idee on täielikult kooskõlas mateeria diskreetsuse kontseptsiooniga. Varem püüdsid füüsikud defineerida seda liikumisseisundis olevate elementaarosakeste kogumina. Sellega seoses on materiaalsest punktist oma dünaamikas saanud just see teoreetiliste konstruktsioonide jaoks vajalik tööriist.

Vaadeldava objekti dünaamika põhineb inertsiaalprintsiibil. Tema sõnul säilitab materiaalne punkt, mis ei ole väliste jõudude mõju all, aja jooksul oma puhkeseisundi (või liikumise). Seda sätet rakendatakse üsna rangelt.

Vastavalt inertsi põhimõttele liigub materiaalne punkt (vaba) ühtlaselt ja sirgjooneliselt. Arvestades erijuhtumit, mil kiirus on null, võib öelda, et objekt jääb paigale. Sellega seoses võib eeldada, et teatud jõu mõju vaadeldavale objektile taandub lihtsalt selle kiiruse muutumisele. Lihtsaim hüpotees on eeldus, et materiaalse punkti kiiruse muutus on otseselt võrdeline sellele mõjuva jõu näitajaga. Sel juhul proportsionaalsuskoefitsient väheneb inertsi suurenemisega.

Loomulik on iseloomustada materiaalset punkti, kasutades inertsi koefitsiendi – massi väärtust. Sel juhul saab objekti dünaamika põhiseaduse sõnastada järgmiselt: teatatud kiirendus igal ajahetkel on võrdne objektile mõjuva jõu ja selle massi suhtega. Kinemaatika esitamine eelneb seega dünaamika esitamisele. Mass, mis dünaamikas iseloomustab materiaalset punkti, võetakse kasutusele tagantjärele (kogemuse põhjal), samas kui trajektoori, asukoha, kiirenduse, kiiruse olemasolu on lubatud a priori.

Sellega seoses väidavad objekti dünaamika võrrandid, et vaatlusaluse objekti massi korrutis selle kiirenduse mis tahes komponendiga on võrdne objektile mõjuva jõu vastava komponendiga. Eeldades, et jõud on aja ja koordinaatide teadaolev funktsioon, tehakse materiaalse punkti koordinaatide määramine aja järgi kolme tavalise teist järku diferentsiaalvõrrandi abil.

Vastavalt matemaatilise analüüsi käigus tuntud teoreemile määratakse kindlaksmääratud võrrandisüsteemi lahendus üheselt kindlaks koordinaatide ja ka nende esimeste tuletiste määramisega mingil esialgsel ajaintervallil. Teisisõnu on materiaalse punkti teadaoleva asukoha ja kiirusega teatud hetkel võimalik täpselt määrata selle liikumise olemust kõigil tulevastel perioodidel.

Selle tulemusena saab selgeks, et vaadeldava objekti klassikaline dünaamika on absoluutses kooskõlas füüsikalise determinismi põhimõttega. Tema sõnul saab materiaalse maailma eelseisvat seisundit (asendit) täielikult ennustada parameetrite olemasolul, mis määravad selle asukoha teatud eelneval hetkel.

Tulenevalt asjaolust, et materiaalse punkti suurus on lõpmatult väike, on selle trajektoor joon, mis hõivab kolmemõõtmelises ruumis ainult ühemõõtmelise kontiinumi. Igas trajektoori lõigus toimub teatud väärtus jõud, mis määrab liikumise järgmisel lõpmata väikesel ajaperioodil.

/ vastused füüsikas, mitte kõik

küsimus

Mehaanika, kinemaatika, dünaamika (definitsioon, ulatus).

Vastus

Mehaanika- teadus kehade liikumise üldistest seadustest.

Kehad meie ümber liiguvad suhteliselt aeglaselt. Seetõttu järgivad nende liigutused Newtoni seadusi. Seega on klassikalise mehaanika rakendusvaldkond väga lai. Ja selles valdkonnas kasutab inimkond keha mis tahes liikumise kirjeldamiseks alati Newtoni seadusi.

Kinemaatika on mehaanika haru, mis uurib liikumiste kirjeldamise viise ja neid liikumisi iseloomustavate suuruste vahelisi seoseid.

Keha liikumise kirjeldamine tähendab viisi, kuidas määrata selle asukoht ruumis igal ajahetkel.

küsimus

Mehaaniline liikumine, tugikeha, tugisüsteem, materjali punkti asukoha märkimise viisid koordinaattasandil, materiaalse punkti kinemaatilise võrrandi mõiste.

Vastus

Mehaaniline liikumine nimetatakse kehade või kehaosade liikumist ruumis üksteise suhtes aja jooksul.

Keha, mille suhtes liikumist vaadeldakse, nimetatakse viiteorgan.

Kutsutakse välja võrdluskeha, sellega seotud koordinaatsüsteemi ja kella hulk tugiraamistik.

Matemaatiliselt kirjeldatakse keha (või materiaalse punkti) liikumist valitud tugiraamistiku suhtes võrranditega, mis määravad kindlaks, kuidas muutuvad koordinaadid, mis määravad keha (punkti) asukoha selles tugiraamistikus, ajas t. Neid võrrandeid nimetatakse liikumisvõrranditeks. Näiteks Descartes'i koordinaatides x, y, z on punkti liikumine määratud võrranditega,,.

Meetodid materiaalse punkti asukoha määramiseks koordinaattasandil

Punkti asukoha määramine koordinaatide abil. Matemaatika kursusest on teada, et punkti asukohta tasapinnal saab määrata kahe arvu abil, mida nimetatakse selle punkti koordinaatideks. Selleks on teatavasti võimalik tasapinnale joonistada kaks ristuvat vastastikku risti olevat telge, näiteks teljed OX ja OY. Telgede lõikepunkti nimetatakse alguspunktiks ja telgesid endid koordinaattelgedeks.

Punkti M1 koordinaadid (joonis 1.2) on võrdsed Xj = 2, yx - 4; punkti M2 koordinaadid on x2 = -2,5, y2 = -3,5.

Punkti M asukohta ruumis võrdluskeha suhtes saab määrata kolme koordinaadi abil. Selleks on vaja läbi võrdluskeha valitud punkti tõmmata kolm omavahel risti olevat telge OX, OY, OZ. Saadud koordinaatsüsteemis määratakse punkti asukoht kolme koordinaadiga x, y, z.

Kui arv x on positiivne, asetatakse segment OX-telje positiivses suunas (joonis 1.3) (x - OA). Kui arv x on negatiivne, siis joonistatakse segment OX-telje negatiivses suunas. Selle segmendi lõpust tõmmatakse OY-teljega paralleelne sirgjoon ja sellele sirgele asetatakse OX-teljelt lõik, mis vastab numbrile y (y = AB) - OY positiivses suunas. telg, kui M on arv y on positiivne, ja OY telje negatiivses suunas, kui arv y on negatiivne.

Lisaks tehakse lõikamine teisest U-st punktist B sirgjooneliselt, mis on paralleelne OZ-teljega. Sellel sirgjoonel koordinaattasandist XOY asetatakse lõik, mis vastab numbrile 2. Suund, joon. 1.4, millesse see segment on paigaldatud, määratakse samamoodi nagu eelmistel juhtudel.

Kolmanda lõigu lõpp on punkt, mille asukoht määratakse koordinaatidega x, y, z.

Antud punkti koordinaatide määramiseks on vaja sooritada toimingud vastupidises järjekorras, leides selle punkti asukoha koordinaatide järgi.

Määrab punkti asukoha raadiusvektori abil. Punkti asukohta saab määrata mitte ainult koordinaatide, vaid ka raadiusvektori abil. Raadiusvektor on suundjoon, mis on tõmmatud lähtepunktist antud punkti. _

Raadiusvektorit tähistatakse tavaliselt tähega r. Raadiusvektori pikkus ehk, mis on üks ja sama, selle moodul (joon. 1.4) on kaugus alguspunktist punktini M.

Punkti asukoht määratakse raadiusvektori abil ainult siis, kui on teada selle moodul (pikkus) ja suund ruumis. Ainult sel tingimusel saame teada, millises suunas koordinaatide alguspunktist tuleks r pikkusega lõiku edasi lükata, et määrata punkti asukoht.

Seega määrab punkti asukoha ruumis selle koordinaadid või raadiusvektorid.

Iga vektori moodul ja suund leitakse selle projektsioonidest koordinaatteljel. Et mõista, kuidas seda tehakse, tuleb esmalt vastata küsimusele: mida tähendab vektori projektsioon teljele?

Kukkugem perpendikulaarid vektori a algusest A ja otsast B OX-teljele.

Punktid Aj ja Bj on vastavalt vektori a alguse ja lõpu projektsioonid sellele teljele.

Vektori a projektsioon mis tahes teljel on selle telje vektori alguse ja lõpu projektsioonide vahelise lõigu A1B1 pikkus, mis on võetud märgiga "+" või "-".

Tähistame vektori projektsiooni sama tähega nagu vektor, kuid esiteks ilma selle kohal oleva nooleta ja teiseks allpool oleva indeksiga, mis näitab, millisele teljele vektor projitseeritakse. Niisiis, ax ja ay on vektori a projektsioonid koordinaattelgedel OX ja OY.

Vastavalt vektori projektsiooni definitsioonile teljel saab kirjutada: ax = ± I AjEJ.

Vektori projektsioon teljele on algebraline suurus. Seda väljendatakse samades ühikutes nagu vektori moodul.

Leppigem kokku, et vektori projektsioon teljele loetakse positiivseks, kui vektori alguse projektsioonist kuni selle lõpu projektsioonini on vaja minna projektsioonitelje positiivses suunas. Vastasel juhul (vt joonis 1.5) loetakse see negatiivseks.

Joonistelt 1.5 ja 1.6 on hästi näha, et projektsioon. vektor telje suhtes on positiivne, kui vektor moodustab projektsioonitelje suunaga teravnurga, ja negatiivne, kui vektor moodustab projektsioonitelje suunaga nürinurga.

Punkti asukohta ruumis saab määrata koordinaatide või alguspunkti ja punkti ühendava raadiusvektori abil.

LIIKUMISE KIRJELDUSE MEETODID. LOENDUSSÜSTEEM

Kui keha võib pidada punktiks, siis selle liikumise kirjeldamiseks tuleb õppida, kuidas arvutada punkti asukohta mis tahes ajahetkel valitud võrdluskeha suhtes.

Punkti liikumise kirjeldamiseks või, mis on sama asi, ülesannete kirjeldamiseks on mitu võimalust. Vaatame kahte neist, mida kõige sagedamini kasutatakse.

Koordinaadi viis. Punkti asukoha määrame koordinaatide abil (joonis 1.7). Kui punkt liigub, muutuvad selle koordinaadid aja jooksul.

Kuna punkti koordinaadid sõltuvad ajast, siis võib öelda, et need on aja funktsioonid. Matemaatiliselt on tavaks kirjutada see vormi

(1.1)

Võrrandeid (1.1) nimetatakse punkti kinemaatilisteks liikumisvõrranditeks, mis on kirjutatud koordinaatide kujul. Kui need on teada, siis saame iga ajahetke kohta arvutada punkti koordinaadid ja seega ka selle asukoha valitud võrdluskeha suhtes. Iga konkreetse liikumise võrrandite (1.1) vorm on üsna kindel.

Sirget, mida mööda punkt ruumis liigub, nimetatakse trajektooriks.

Sõltuvalt trajektoori kujust jagatakse kõik punkti liikumised sirgjoonelisteks ja kõverjoonelisteks. Kui trajektoor on sirgjoon, nimetatakse punkti liikumist sirgjooneliseks ja kui kõver on kõver.

Vektori viis. Punkti asukohta saab määrata, nagu on teada, ja kasutades raadiusvektorit. Kui materiaalne punkt liigub, muutub selle asukohta määrav raadiuse vektor ajas (pöörleb ja muudab oma pikkust; joon. 1.8), see tähendab, et see on aja funktsioon:

Viimane võrrand on punkti liikumise seadus, mis on kirjutatud vektorkujul. Kui see on teada, siis saame arvutada punkti raadiusvektori mis tahes ajahetkel ja seega määrata selle asukoha. Seega on kolme skalaarvõrrandi (1.1) täpsustamine samaväärne ühe vektorvõrrandi (1.2) täpsustamisega.

Kinemaatilised liikumisvõrrandid, mis on kirjutatud koordinaatide või vektorite kujul, võimaldavad teil igal ajal määrata punkti asukoha.

küsimus

Trajektoor, tee, liikumine.

Vastus

Materiaalse punkti trajektoor on joon ruumis, mis on punktide kogum, kus materiaalne punkt oli, on või hakkab olema, kui see ruumis liigub valitud tugiraami suhtes. Oluline on, et trajektoori mõistel oleks füüsiline tähendus ka siis, kui seda mööda ei liiguta.. Trajektoori mõistet saab üsna selgelt illustreerida bobikelgurada. (Kui vastavalt probleemi tingimustele võib selle laiuse tähelepanuta jätta). Ja see oli rada, mitte uba ise.

Trajektoori on tavaks kirjeldada materiaalne punkt etteantud koordinaatsüsteemis, kasutades raadiusvektorit, mille suund, pikkus ja alguspunkt sõltuvad ajast. Sellisel juhul saab raadiusvektori ruumilise otsaga kirjeldatud kõverat kujutada mitmesuguste kumeruste konjugeeritud kaare kujul, mis on üldiselt ristuvatel tasapindadel. Sel juhul määrab iga kaare kumeruse selle kõverusraadius, mis on suunatud hetkelisest pöörlemiskeskmest kaare poole, mis on kaare endaga samas tasapinnas. Veelgi enam, sirgjoont peetakse kõvera piirjuhuks, mille kõverusraadiust võib lugeda võrdseks lõpmatusega. Ja seetõttu saab trajektoori üldjuhul kujutada konjugeeritud kaare hulgana.

On oluline, et trajektoori kuju sõltuks materiaalse punkti liikumise kirjeldamiseks valitud tugiraamistikust. Seega on sirgjooneline ühtlaselt kiirenev liikumine ühes inertsiaalkaadris üldiselt paraboolne teises ühtlaselt liikuvas inertsiaalses tugiraamistikus.

Materjali kiirus punktid on alati puutesuunalised kaare suhtes, mida kasutatakse punkti teekonna kirjeldamiseks. Sel juhul on seos kiiruse suuruse, normaalkiirenduse ja trajektoori kõverusraadiuse vahel antud punktis:

Kuid mitte iga teadaoleva kiirusega liikumine piki teadaoleva raadiusega kõverat ja ülaltoodud valemiga leitud normaal (tsentripetaalne) kiirendus ei ole seotud jõu avaldumisega, mis on suunatud trajektoorile piki normaaljoont (tsentripetaalne jõud). Niisiis ei näita tähtede ööpäevase liikumise fotodelt leitud ühegi tähe kiirendus sugugi seda kiirendust põhjustava jõu olemasolule, mis tõmbab seda Polaartähele kui pöörlemiskeskmele.

Tee - ainelise punkti trajektoori lõigu pikkus füüsikas.

Nihe (kinemaatikas) - füüsilise keha asukoha muutus ruumis valitud tugiraami suhtes. Seda muutust iseloomustavat vektorit nimetatakse ka nihkeks. Omab aditiivsuse omadust. Lõigu pikkus on liikumismoodul, rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis (SI) mõõdetakse seda meetrites.

Liikumise saate määratleda punkti raadiuse vektori muutmisena:.

Nihkemoodul langeb kokku läbitud vahemaaga siis ja ainult siis, kui kiiruse suund liikumise ajal ei muutu. Sel juhul on trajektoor sirgjooneline segment. Igal muul juhul, näiteks kõverjoonelisel liikumisel, järeldub kolmnurga ebavõrdsusest, et tee on rangelt pikem.

Punkti hetkekiirus on määratletud kui nihke ja väikese ajaperioodi suhte piir, mille jooksul see läbitakse. Rangemalt:

Vaata Wikipediast ……………………………………………………

küsimus

Kiirus, keskmine kiirus, hetkekiirus, kinemaatiline võrrand ühtlase sirgjoonelise liikumise jaoks.

Vastus

Kiirus (sageli tähistatakse inglise keeles velocity või prantsuse vitesse) on vektorfüüsikaline suurus, mis iseloomustab materiaalse punkti liikumiskiirust ja liikumissuunda valitud tugiraami suhtes; definitsiooni järgi on see võrdne punkti raadiusvektori ajatuletisega. Sama sõna nimetatakse ka skalaarseks suuruseks - kas kiirusvektori mooduliks või punkti algebraliseks kiiruseks, see tähendab selle vektori projektsiooniks punkti trajektoori puutujale

Keskmine kiirus – kinemaatikas mõni liikuva keha (või materiaalse punkti) kiiruse keskmistatud tunnus. Keskmisel kiirusel on kaks peamist määratlust, mis vastavad kiiruse käsitlemisele skalaari või vektori väärtusena: keskmine kiirus (skalaarväärtus) ja keskmine kiirus üle nihke (vektori väärtus). Täiendavate täpsustuste puudumisel mõistetakse keskmise kiiruse all tavaliselt keskmist maakiirust.

Samuti saate sisestada liikumise keskmise kiiruse, mis on vektor, mis võrdub liikumise ja kulunud aja suhtega

Keha ühtlase sirgjoonelise liikumise kiirus on väärtus, mis võrdub selle liikumise suhtega ajavahemikku, mille jooksul see liikumine toimus.

Hetkekiirus – hetkekiirus on punkti koordinaadi muutuse suhe ajavahemikku, mille jooksul see muutus toimus, kusjuures ajavahemik kipub olema null.

Hetkekiiruse geomeetriline tähendus on liikumisseaduse graafiku puutuja kaldetegur.

Seega "sidusime" hetkekiiruse väärtuse konkreetse ajahetkega - määrame kiiruse väärtuse antud ajahetkel, antud ruumipunktis. Seega on meil võimalus käsitleda keha kiirust aja funktsioonina ehk koordinaatide funktsioonina.

Kiirendus, keskmine kiirendus, hetkkiirendus, normaalkiirendus, tangentsiaalne kiirendus, ühtlase liikumise kinemaatiline võrrand.

Vastus

küsimus

Kehade vaba langemine. Gravitatsiooni kiirendus.

Vastus

vabalangemine on liikumine, mida keha teeks ainult gravitatsiooni mõjul, arvestamata õhutakistust. Keha vabalangemisel väikeselt kõrguselt h Maa pinnast (h ≪Rz, kus Rz on Maa raadius) liigub see vertikaalselt allapoole suunatud pideva kiirendusega g.

Kiirendust g nimetatakse raskuskiirenduseks. See on kõigi kehade puhul sama ja sõltub ainult kõrgusest merepinnast ja geograafilisest laiuskraadist. Kui aja alguse hetkel (t0 = 0) oli kehal kiirus v0, siis suvalise ajaintervalli ∆t = t - t0 järel on keha kiirus vabalangemisel: v = v0 + g · t.

Tee h, mille keha läbis vabal langemisel ajani t:

Keha liikumiskiiruse moodul pärast tee h läbimist vabal langemisel leitakse valemist:

Sest vk2-v02 = 2 g h, siis

Vaba langemise kestus ∆t ilma algkiiruseta (v0 = 0) kõrguselt h:

Näide 1. Keha kukub vertikaalselt alla 20 m kõrguselt ilma algkiiruseta. Määratlege:

1) tee h, mille keha läbis kukkumise viimasel sekundil,

2) keskmine langemiskiirus vav,

3) keskmine kiirus tee teisel poolel vav2.

küsimus

Molekulaar-kinemaatilise teooria põhisätted.

Vastus

küsimus

Molekuli mõiste, aatommassi ühik, aatomite ja molekulide suhteline molekulmass (härra), aine kogus, konstantne avogadro, molaarmass.

Vastus

küsimus

Ideaalne gaas. Ideaalse gaasi molekulaar-kineetilise teooria põhivõrrand.

Vastus

Ideaalgaasi olekuvõrrand (Mendelejevi – Clapeyroni võrrand).

küsimus

Isotermilised, isohoorilised ja isobaarsed protsessid.

Vastus

küsimus

Elektrilaeng ja selle omadused.

Vastus

küsimus

Coulombi seadus.

küsimus

Elektriväli. Elektrivälja tugevus.

Vastus

küsimus

Väljajõudude töö laengu liigutamisel. Potentsiaalne ja potentsiaalne erinevus.

Vastus

küsimus

Geomeetrilise optika seadused, valguse absoluutne murdumisnäitaja. Valguse suhteline murdumisnäitaja.

Vastus

küsimus

Õhuke lääts, õhuke läätse valem.

Vastus

Objektiiv on klaaskeha, mis on piiratud ühe või kahe sfäärilise pinnaga.

Materiaalne punkt??

Valentine

Materiaalse punkti standarddefinitsioon mehaanikas on objekti mudel, mille mõõtmed võib ülesande lahendamisel tähelepanuta jätta. Selgemalt saame aga rääkida järgmiselt: materiaalne punkt on mehaanilise süsteemi mudel, millel on ainult translatsioonilised, kuid mitte sisemised vabadusastmed. See tähendab automaatselt materjali punkti võimetust deformeeruda ja pöörata. Mehaanilist energiat saab materiaalses punktis salvestada ainult translatsiooniliikumise kineetilise energia või väljaga interaktsiooni potentsiaalse energia kujul, kuid mitte pöörlemis- või deformatsioonienergiana. Teisisõnu, materiaalne punkt on kõige lihtsam mehaaniline süsteem minimaalse võimaliku vabadusastmete arvuga. Materiaalsel punktil võib olla mass, laeng, kiirus, impulss, energia.
Selle määratluse täpsust saab näha sellest näitest: kõrgetel temperatuuridel eralduvas gaasis on iga molekuli suurus võrreldes tüüpilise molekulidevahelise kaugusega väga väike. Näib, et selle võib tähelepanuta jätta ja molekuli võib pidada materiaalseks punktiks. See aga pole nii: molekuli võnked ja pöörlemised on oluline molekuli "siseenergia" reservuaar, mille "mahtuvuse" määrab molekuli suurus.