Odjeljak 1 MEHANIKA

Poglavlje 1: Osnove kinematike

mehaničko kretanje. Putanja. Put i kretanje. Zbrajanje brzina

mehaničko kretanje tijela naziva se promjena njegovog položaja u prostoru u odnosu na druga tijela tijekom vremena.

Proučava mehaničko kretanje tijela Mehanika. Grana mehanike koja opisuje geometrijska svojstva gibanje bez uzimanja u obzir masa tijela i djelujućih sila naziva se kinematika .

Mehaničko kretanje je relativno. Da biste odredili položaj tijela u prostoru, morate znati njegove koordinate. Za određivanje koordinata materijalne točke potrebno je prije svega odabrati referentno tijelo i pridružiti mu koordinatni sustav.

Referentno tijelonaziva se tijelo, u odnosu na koje se određuje položaj drugih tijela. Referentno tijelo bira se proizvoljno. To može biti bilo što: zemljište, zgrada, automobil, brod itd.

Koordinatni sustav, referentno tijelo s kojim je povezan i indikacija vremenskog referentnog oblika referentni sustav , u odnosu na koje se razmatra gibanje tijela (sl. 1.1).

Tijelo čije se dimenzije, oblik i građa mogu zanemariti pri proučavanju određenog mehaničkog gibanja nazivamo materijalna točka . Materijalnom točkom možemo smatrati tijelo čije su dimenzije mnogo manje od udaljenosti karakterističnih za gibanje koje se razmatra u zadatku.

Putanjaje linija po kojoj se tijelo kreće.

Ovisno o vrsti putanje kretanja, dijele se na pravocrtne i krivocrtne.

Stazaje duljina putanje l(m) ( sl.1.2)

Vektor povučen od početnog položaja čestice do konačnog položaja naziva se krećući se ovu česticu za određeno vrijeme.

Za razliku od staze, pomak nije skalarna, već vektorska veličina, jer pokazuje ne samo koliko daleko, već iu kojem smjeru se tijelo pomaknulo u određenom vremenu.

Modul vektora pomaka(odnosno duljina segmenta koji spaja početnu i krajnju točku gibanja) može biti jednaka prijeđenom putu ili manja od prijeđenog puta. Ali modul pomaka nikada ne može biti veći od prijeđene udaljenosti. Na primjer, ako se automobil kreće od točke A do točke B duž zakrivljene putanje, tada je apsolutna vrijednost vektora pomaka manja od prijeđene udaljenosti ℓ. Put i modul pomaka jednaki su samo u jednom jedinom slučaju, kada se tijelo giba pravocrtno.

Ubrzatije vektorska kvantitativna karakteristika kretanja tijela

Prosječna brzina - ovo je fizička količina, jednak omjeru vektora pomaka točke i vremenskog intervala

Smjer vektora prosječne brzine poklapa se sa smjerom vektora pomaka.

trenutna brzina, odnosno brzina u određenom trenutku vremena je vektorska fizikalna veličina jednaka granici kojoj prosječna brzina teži uz beskonačno opadanje u vremenskom intervalu Δt.

Opis putanje

Uobičajeno je da se putanja materijalne točke opisuje pomoću radijus vektora, čiji smjer, duljina i početna točka ovise o vremenu. U ovom slučaju, krivulja opisana krajem radijus vektora u prostoru može se prikazati kao konjugirani lukovi različite zakrivljenosti, smješteni u općem slučaju u ravninama koje se sijeku. U ovom slučaju, zakrivljenost svakog luka određena je njegovim polumjerom zakrivljenosti usmjerenim na luk iz trenutnog središta rotacije, koji je u istoj ravnini kao i sam luk. Štoviše, ravna crta se smatra graničnim slučajem krivulje, čiji se radijus zakrivljenosti može smatrati jednakim beskonačnosti. Stoga se putanja u općem slučaju može prikazati kao skup konjugiranih lukova.

Bitno je da oblik putanje ovisi o referentnom sustavu odabranom za opisivanje gibanja materijalne točke. Tako pravocrtno gibanje u inercijalnom sustavu općenito će biti paraboličan u jednoliko ubrzavajućem referentnom sustavu.

Odnos s brzinom i normalnim ubrzanjem

Brzina materijalne točke uvijek je usmjerena tangencijalno na luk koji se koristi za opisivanje putanje točke. Postoji odnos između brzine v, normalno ubrzanje a n i polumjer zakrivljenosti putanje ρ u danoj točki:

Povezanost s jednadžbama dinamike

Predstavljanje putanje kao traga kretanja materijal točaka, povezuje čisto kinematičku koncepciju putanje, kao geometrijski problem, s dinamikom gibanja materijalne točke, odnosno problemom utvrđivanja uzroka njezina gibanja. U stvari, rješenje Newtonovih jednadžbi (uz prisutnost kompletnog skupa početnih podataka) daje putanju materijalne točke. I obrnuto, znajući putanju materijalne točke u inercijalnom referentnom okviru i njegove brzine u svakom trenutku vremena, moguće je odrediti sile koje na njega djeluju.

Putanja slobodne materijalne točke

Prema prvom Newtonovom zakonu, koji se ponekad naziva i zakon tromosti, mora postojati sustav u kojem slobodno tijelo zadržava (kao vektor) svoju brzinu. Takav referentni okvir naziva se inercijalni. Putanja takvog kretanja je ravna linija, a samo kretanje se naziva ravnomjerno i pravocrtno.

Gibanje pod djelovanjem vanjskih sila u inercijalnom referentnom sustavu

Ako je u poznatom inercijalnom sustavu brzina tijela s masom m mijenja smjer, čak ostaje isti po veličini, odnosno tijelo se okreće i kreće duž luka s polumjerom zakrivljenosti R, tada objekt doživljava normalno ubrzanje a n. Uzrok koji uzrokuje ovo ubrzanje je sila koja je izravno proporcionalna ovom ubrzanju. Ovo je bit drugog Newtonovog zakona:

(1)

Gdje je vektorski zbroj sila koje djeluju na tijelo, njegovo ubrzanje i m- inercijalna masa.

U općem slučaju, tijelo nije slobodno u svom kretanju, te se postavljaju ograničenja na njegov položaj, au nekim slučajevima i na brzinu, - veze. Ako veze nameću ograničenja samo na koordinate tijela, tada se takve veze nazivaju geometrijskim. Ako se također šire brzinama, onda se nazivaju kinematičkim. Ako se jednadžba ograničenja može integrirati tijekom vremena, tada se takvo ograničenje naziva holonomskim.

Djelovanje veza na sustav tijela koja se gibaju opisuje se silama koje se nazivaju reakcije veza. U ovom slučaju, sila uključena u lijevu stranu jednadžbe (1) je vektorski zbroj aktivnih (vanjskih) sila i reakcije veza.

Bitno je da u slučaju holonomskih ograničenja postaje moguće opisati gibanje mehaničkih sustava u generaliziranim koordinatama, uključenim u Lagrangeove jednadžbe. Broj ovih jednadžbi ovisi samo o broju stupnjeva slobode sustava i ne ovisi o broju tijela uključenih u sustav, čiji se položaj mora odrediti za potpuni opis pokret.

Ako su veze koje djeluju u sustavu idealne, odnosno ne prenose energiju gibanja u druge vrste energije, tada se pri rješavanju Lagrangeovih jednadžbi automatski isključuju sve nepoznate reakcije veza.

Konačno, ako aktivne snage pripadaju klasi potencijala, tada uz odgovarajuću generalizaciju pojmova postaje moguće koristiti Lagrangeove jednadžbe ne samo u mehanici, već iu drugim područjima fizike.

Sile koje djeluju na materijalnu točku u ovom shvaćanju jednoznačno određuju oblik putanje njezina gibanja (pod poznatim početnim uvjetima). Obratna izjava općenito nije točna, budući da se ista putanja može odvijati s različitim kombinacijama aktivnih sila i reakcija sprezanja.

Gibanje pod djelovanjem vanjskih sila u neinercijalnom referentnom sustavu

Ako je referentni okvir neinercijalan (to jest, giba se s nekim ubrzanjem u odnosu na inercijalni referentni okvir), tada se izraz (1) također može koristiti u njemu, ali s lijeve strane potrebno je uzeti u obzir uzeti u obzir takozvane inercijalne sile (uključujući centrifugalnu silu i Coriolisovu silu, povezane s rotacijom neinercijalnog referentnog okvira) .

Ilustracija

Trajektorije istog kretanja u različitim sustavima Na vrhu inercijskog okvira, propusna kanta boje nosi se u ravnoj liniji iznad stupnja za okretanje. Dolje u neinerciji (trag boje za promatrača koji stoji na pozornici)

Kao primjer, razmotrite kazališnog djelatnika koji se kreće u rešetkastom prostoru iznad pozornice u odnosu na kazališnu zgradu ravnomjerno i izravna i prenošenje rotacioni scena cureće kante boje. Ostavit će trag na njemu od pada boje u obliku spirala za odmotavanje(ako se kreće iz centar rotacije scene) i kovitlajući se- u suprotnom slučaju. U ovom trenutku, njegov kolega, koji je odgovoran za čistoću rotirajuće pozornice i nalazi se na njoj, stoga će biti prisiljen nositi kantu koja ne curi ispod prve, stalno biti ispod prve. I njegovo kretanje u odnosu na zgradu također će biti uniforma i izravna, iako s obzirom na scenu, koja je neinercijski sustav, njegovo kretanje će biti uvrnut i neravnomjeran. Štoviše, kako bi se suprotstavio zanošenju u smjeru rotacije, on mora svladati djelovanje Coriolisove sile mišićnim naporom, što njegov gornji kolega ne doživljava iznad pozornice, iako putanje oba u inercijski sustav kazališne zgrade predstavljat će ravne linije.

No, može se zamisliti da je zadatak kolega koji se ovdje razmatraju upravo primjena ravno linije uključene rotirajući stupanj. U ovom slučaju, dno mora zahtijevati da se vrh kreće duž krivulje koja je zrcalna slika tragovi prethodno prolivene boje. Posljedično, pravocrtno gibanje u neinercijski sustav referenca neće za promatrača u inercijalnom sustavu.

Nadalje, uniforma kretanje tijela u jednom sustavu, može se neravnomjeran u drugom. Dakle, dvije kapi boje koje su pale u različite trenutke vremena iz propusne kante, kako u vlastitom referentnom okviru, tako i u okviru donjeg kolege nepomičnog u odnosu na zgradu (na pozornici koja se već prestala okretati), kretat će se pravocrtno (prema središtu zemlja). Razlika će biti u tome što će za promatrača ispod ovo gibanje biti ubrzano, a za svog gornjeg kolegu, ako je posrnuo, past će, krećući se zajedno s bilo kojom od kapi, udaljenost između kapi će se proporcionalno povećati prvi stupanj vremena, odnosno međusobnog gibanja kapi i njihovog promatrača u njegovom ubrzano koordinatni sustav bit će uniforma s brzinom v, određeno kašnjenjem Δ t između trenutaka padajućih kapi:

v = gΔ t .

Gdje g- ubrzanje sile teže.

Dakle, oblik putanje i brzina tijela duž nje, promatrani u određenom referentnom okviru, o kojoj se ništa unaprijed ne zna, ne daje nedvosmislenu ideju o silama koje djeluju na tijelo. Je li ovaj sustav dovoljno inercijalan moguće je odlučiti samo na temelju analize uzroka pojave djelujućih sila.

Dakle, u neinercijalnom sustavu:

• Zakrivljenost putanje i/ili nekonzistentnost brzine nisu dovoljni argumenti u prilog tvrdnji da na tijelo koje se po njoj kreće djeluju vanjske sile, što se u krajnjem slučaju može objasniti gravitacijskim ili elektromagnetskim poljima.
• Ravnost putanje je nedovoljan argument u prilog tvrdnji da na tijelo koje se giba duž nje ne djeluju nikakve sile.

Bilješke

Književnost

• Newton I. Matematički principi prirodne filozofije. Po. i cca. A. N. Krylova. Moskva: Nauka, 1989
• Frish S. A. i Timoreva A. V. Kolegij opće fizike, udžbenik za fizičke, matematičke i fizičko-tehničke fakultete javna sveučilišta, Svezak I. M .: GITTL, 1957

Linkovi

• http://av-physics.narod.ru/mechanics/trajectory.htm [ neautoritativni izvor?] Putanja i vektor pomaka, dio udžbenika fizike

Detalji Kategorija: Mehanika Objavljeno 17.03.2014 18:55 Pregleda: 15722

U obzir dolazi mehaničko kretanje materijalna točka i za čvrsto tijelo.

Gibanje materijalne točke

translatorno kretanje apsolutno kruto tijelo je mehaničko kretanje, tijekom kojeg je bilo koji segment linije povezan s ovim tijelom uvijek paralelan sam sa sobom u bilo koje vrijeme.

Ako mentalno povežete bilo koje dvije točke krutog tijela ravnom linijom, tada će rezultirajući segment uvijek biti paralelan sa samim sobom u procesu translatornog gibanja.

Kod translatornog gibanja sve se točke tijela gibaju na isti način. Odnosno, prelaze istu udaljenost u istim vremenskim intervalima i kreću se u istom smjeru.

Primjeri translatornog gibanja: kretanje kabine dizala, čaše mehaničke vage, sanjke koje jure nizbrdo, pedale bicikla, platforma vlaka, klipovi motora u odnosu na cilindre.

rotacijsko kretanje

Kod rotacijskog gibanja sve točke fizičkog tijela kreću se kružno. Sve ove kružnice leže u ravninama koje su paralelne jedna s drugom. A centri rotacije svih točaka nalaze se na jednoj fiksnoj ravnoj liniji, koja se zove os rotacije. Kružnice opisane točkama leže u paralelnim ravninama. I te su ravnine okomite na os rotacije.

Rotacijsko gibanje je vrlo često. Dakle, kretanje točaka na rubu kotača je primjer rotacijskog gibanja. Rotacijsko gibanje opisuje propeler ventilatora itd.

Rotacijsko gibanje karakteriziraju sljedeće fizikalne veličine: kutna brzina rotacije, period rotacije, frekvencija rotacije, linearna brzina točke.

kutna brzina tijelo s ravnomjernom rotacijom naziva se vrijednost jednaka omjeru kuta rotacije i vremenskog intervala tijekom kojeg se ta rotacija dogodila.

Vrijeme koje je potrebno tijelu da izvrši jedan okretaj naziva se period rotacije (T).

Broj okretaja koje tijelo napravi u jedinici vremena naziva se brzina (f).

Frekvencija rotacije i period povezani su relacijom T = 1/f.

Ako je točka na udaljenosti R od središta rotacije, tada je njena linearna brzina određena formulom:

Mehaničko gibanje tijela je promjena njegovog položaja u prostoru u odnosu na druga tijela tijekom vremena. Proučava kretanje tijela mehaničara. Gibanje apsolutno krutog tijela (koje se tijekom gibanja i međudjelovanja ne deformira), pri kojem se sve njegove točke u određenom trenutku gibaju na isti način, naziva se translatorno gibanje, a za njegovo opisivanje potrebno je i dovoljno opisati kretanje jedne točke tijela. Gibanje kod kojeg su putanje svih točaka tijela kružnice sa središtem na jednoj pravoj liniji i sve ravnine kružnica okomite na tu ravnu liniju naziva se rotacijsko gibanje. Tijelo čiji se oblik i dimenzije u danim uvjetima mogu zanemariti nazivamo materijalnom točkom. Ovo je zanemarivanje

Dopušteno je izvršiti redukciju kada su dimenzije tijela male u odnosu na put koji ono prijeđe ili udaljenost datog tijela od drugih tijela. Da biste opisali kretanje tijela, u svakom trenutku morate znati njegove koordinate. To je glavni zadatak mehanike.

2. Relativnost gibanja. Referentni sustav. Jedinice.

Za određivanje koordinata materijalne točke potrebno je odabrati referentno tijelo i pridružiti mu koordinatni sustav te postaviti ishodište vremenske referencije. Koordinatni sustav i oznaka ishodišta vremenske referentne točke čine referentni sustav u odnosu na koji se promatra gibanje tijela. Sustav se mora kretati konstantnom brzinom (ili mirovati, što je općenito isto). Putanja tijela, prijeđeni put i pomak ovise o izboru referentnog sustava, tj. mehaničko kretanje je relativno. Jedinica za duljinu je metar, što je udaljenost koju svjetlost prijeđe u vakuumu u sekundama. Sekunda je jedinica vremena, jednaka periodima zračenja atoma cezija-133.

3. Putanja. Put i kretanje. Trenutačna brzina.

Putanja tijela je linija koju u prostoru opisuje pokretna materijalna točka. Put - duljina dionice putanje od početnog do konačnog pomaka materijalne točke. Radijus vektor - vektor koji povezuje ishodište i točku u prostoru. Pomak je vektor koji povezuje početnu i krajnju točku dionice trajektorije prijeđene u vremenu. Brzina je fizikalna veličina koja karakterizira brzinu i smjer kretanja u određenom trenutku. Prosječna brzina je definirana kao. Prosječna brzina kretanja jednaka je omjeru puta koji tijelo prijeđe u određenom vremenskom razdoblju prema tom intervalu. . Trenutna brzina (vektor) je prva derivacija radijus vektora gibljive točke. . Trenutna brzina je usmjerena tangencijalno na putanju, srednja brzina je usmjerena duž sekante. Trenutna zemaljska brzina (skalar) - prva derivacija puta u odnosu na vrijeme, po veličini jednaka trenutnoj brzini

4. Jednoliko pravocrtno gibanje. Grafovi ovisnosti kinematičkih veličina o vremenu u jednoliko kretanje. Zbrajanje brzina.

Gibanje s konstantnom brzinom po modulu i smjeru naziva se jednoliko pravocrtno gibanje. Kod jednolikog pravocrtnog gibanja tijelo prijeđe jednake udaljenosti u svim jednakim intervalima vremena. Ako je brzina konstantna, tada se prijeđeni put računa kao. Klasični zakon zbrajanja brzina formuliran je na sljedeći način: brzina materijalne točke u odnosu na referentni sustav, uzet kao nepomični, jednaka je vektorskom zbroju brzina točke u pokretnom sustavu i brzine pokretnog sustava u odnosu na nepomični.

5. Ubrzanje. Jednoliko ubrzano pravocrtno gibanje. Grafovi ovisnosti kinematičkih veličina o vremenu u jednoliko ubrzano gibanje.

Gibanje kod kojeg se tijelo nejednako giba u jednakim vremenskim intervalima naziva se nejednolikim gibanjem. Kod neravnomjernog translatornog gibanja brzina tijela se mijenja tijekom vremena. Ubrzanje (vektor) je fizikalna veličina koja karakterizira brzinu promjene brzine po apsolutnoj vrijednosti i po smjeru. Trenutna akceleracija (vektor) – prva derivacija brzine u odnosu na vrijeme. .Jednomjerno ubrzano je kretanje s akceleracijom, stalnom po veličini i smjeru. Brzina pri jednoliko ubrzanom gibanju računa se kao.

Odavde se izvodi formula za stazu s jednoliko ubrzanim gibanjem kao

Vrijede i formule izvedene iz jednadžbi brzine i puta za jednoliko ubrzano gibanje.

6. Slobodni pad tijela. Ubrzanje gravitacije.

Pad tijela je njegovo kretanje u polju sile teže (???) . Pad tijela u vakuumu nazivamo slobodnim padom. Eksperimentalno je utvrđeno da se u slobodnom padu tijela gibaju na isti način, bez obzira na njihova fizikalna svojstva. Ubrzanje kojim tijela padaju na Zemlju u vakuumu naziva se ubrzanje slobodnog pada i označava

7. Jednoliko kretanje po krugu. Ubrzanje pri jednolikom gibanju tijela po kružnici (centripetalno ubrzanje)

Svako kretanje na dovoljno malom dijelu putanje može se približno smatrati jednolikim kretanjem po kružnici. U procesu jednolikog gibanja po kružnici vrijednost brzine ostaje konstantna, a smjer vektora brzine se mijenja.<рисунок>.. Vektor ubrzanja pri kretanju duž kružnice usmjeren je okomito na vektor brzine (usmjeren tangencijalno), na središte kružnice. Vremenski interval u kojem tijelo napravi potpuni krug u krugu naziva se periodom. . Recipročna vrijednost razdoblja, koja pokazuje broj okretaja po jedinici vremena, naziva se frekvencija. Primjenom ovih formula možemo zaključiti da , ili . Kutna brzina (brzina rotacije) definirana je kao . Kutna brzina svih točaka tijela je ista i karakterizira kretanje rotirajućeg tijela u cjelini. U ovom slučaju, linearna brzina tijela izražava se kao , a ubrzanje - kao .

Načelo neovisnosti pokreta smatra kretanje bilo koje točke tijela zbrojem dvaju kretanja - translatornog i rotacijskog.

8. Prvi Newtonov zakon. Inercijalni referentni sustav.

Pojava održavanja brzine tijela bez vanjskih utjecaja naziva se inercija. Prvi Newtonov zakon, poznat i kao zakon inercije, kaže: "postoje takvi referentni okviri, u odnosu na koje progresivno gibajuća tijela zadržavaju svoju brzinu konstantnom ako na njih ne djeluju druga tijela." Referentni okviri, u odnosu na koje se tijela bez vanjskih utjecaja gibaju pravocrtno i jednoliko, nazivaju se inercijski referentni okviri. Referentni sustavi povezani sa Zemljom smatraju se inercijskim, pod uvjetom da se zanemari rotacija Zemlje.

9. Misa. Snaga. Newtonov drugi zakon. Sastav snaga. Centar gravitacije.

Razlog promjene brzine tijela uvijek je njegovo međudjelovanje s drugim tijelima. Kada dva tijela međusobno djeluju, brzine se uvijek mijenjaju, tj. akceleratori se stječu. Omjer ubrzanja dvaju tijela jednak je za bilo koje međudjelovanje. Svojstvo tijela o kojem ovisi njegovo ubrzanje u međudjelovanju s drugim tijelima naziva se tromost. Kvantitativna mjera tromosti je tjelesna težina. Omjer masa tijela koja međusobno djeluju jednak je obrnutom omjeru modula ubrzanja. Drugi Newtonov zakon uspostavlja vezu između kinematičke karakteristike gibanja – ubrzanja i dinamičke karakteristike međudjelovanja – sila. , odnosno, preciznije, , tj. brzina promjene količine gibanja materijalne točke jednaka je sili koja na nju djeluje. Uz istovremeno djelovanje više sila na jedno tijelo, tijelo se giba s akceleracijom, koja je vektorski zbroj akceleracija koje bi nastale pod djelovanjem svake od tih sila zasebno. Sile koje djeluju na tijelo, primijenjene na jednu točku, zbrajaju se prema pravilu zbrajanja vektora. Ova se odredba naziva načelo neovisnosti djelovanja sila. Središte mase je takva točka krutog tijela ili sustava krutih tijela koja se giba na isti način kao materijalna točka masa jednaka zbroju masa cijelog sustava kao cjeline, na koju djeluje ista rezultantna sila kao i na tijelo. . Integracijom ovog izraza kroz vrijeme mogu se dobiti izrazi za koordinate centra mase. Težište je točka primjene rezultante svih gravitacijskih sila koje djeluju na čestice ovog tijela u bilo kojem položaju u prostoru. Ako su linearne dimenzije tijela male u usporedbi s veličinom Zemlje, tada se središte mase poklapa s težištem. Zbroj momenata svih elementarnih gravitacijskih sila oko bilo koje osi koja prolazi kroz težište jednak je nuli.

10. Treći Newtonov zakon.

U svakom međudjelovanju dvaju tijela omjer modula stečenih ubrzanja je konstantan i jednak obrnutom omjeru masa. Jer kada tijela međusobno djeluju, vektori ubrzanja imaju suprotan smjer, to možemo napisati . Prema drugom Newtonovom zakonu sila koja djeluje na prvo tijelo je , a na drugo. Na ovaj način, . Treći Newtonov zakon povezuje sile s kojima tijela djeluju jedno na drugo. Ako dva tijela međusobno djeluju, tada se sile koje nastaju između njih primjenjuju na različita tijela, jednake su veličine, suprotnog smjera, djeluju duž iste ravne linije i imaju istu prirodu.

11. Sile elastičnosti. Hookeov zakon.

Sila koja proizlazi iz deformacije tijela i usmjerena je u smjeru suprotnom od gibanja čestica tijela tijekom te deformacije naziva se elastična sila. Pokusi sa štapom pokazali su da je za male deformacije u usporedbi s dimenzijama tijela modul elastične sile upravno proporcionalan modulu vektora pomaka slobodnog kraja štapa, koji u projekciji izgleda . Ovaj odnos je uspostavio R. Hooke, njegov zakon je formuliran na sljedeći način: elastična sila koja proizlazi iz deformacije tijela proporcionalna je produljenju tijela u smjeru suprotnom od smjera gibanja čestica tijela tijekom deformacija. Koeficijent k naziva se krutost tijela, a ovisi o obliku i materijalu tijela. Izražava se u njutnima po metru. Elastične sile nastaju zbog elektromagnetskih međudjelovanja.

12. Sile trenja, koeficijent trenja klizanja. Viskozno trenje (???)

Sila koja nastaje na granici međudjelovanja tijela u odsutnosti relativnog gibanja tijela naziva se sila statičkog trenja. Statička sila trenja jednaka je po apsolutnoj vrijednosti vanjskoj sili koja je usmjerena tangencijalno na dodirnu površinu tijela, a smjerom joj je suprotna. Kada se jedno tijelo jednoliko giba po površini drugoga, pod utjecajem vanjske sile na tijelo djeluje sila jednaka apsolutnoj vrijednosti pokretačka snaga a suprotnog smjera. Ta se sila naziva sila trenja klizanja. Vektor sile trenja klizanja usmjeren je protiv vektora brzine, pa ta sila uvijek dovodi do smanjenja relativne brzine tijela. Sile trenja, kao i sila elastičnosti, su elektromagnetske prirode, a nastaju međudjelovanjem između električni naboji atomi tijela u dodiru. Eksperimentalno je utvrđeno da je najveća vrijednost modula sile statičkog trenja proporcionalna sili pritiska. Također, najveća vrijednost sile statičkog trenja i sile trenja klizanja približno su jednake, kao i koeficijenti proporcionalnosti između sila trenja i pritiska tijela na podlogu.

13. Gravitacijske sile. Zakon univerzalne gravitacije. Gravitacija. Tjelesna težina.

Iz činjenice da tijela, bez obzira na masu, padaju istom akceleracijom, proizlazi da je sila koja na njih djeluje proporcionalna masi tijela. Ova sila privlačenja koja djeluje na sva tijela sa strane Zemlje naziva se gravitacija. Sila gravitacije djeluje na bilo kojoj udaljenosti između tijela. Sva tijela se međusobno privlače, sila univerzalne gravitacije izravno je proporcionalna umnošku masa, a obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Vektori sila univerzalne gravitacije usmjereni su duž ravne crte koja povezuje središta mase tijela. , G – Gravitacijska konstanta, jednaka . Težina tijela je sila kojom tijelo uslijed sile teže djeluje na oslonac ili rasteže ovjes. Težina tijela jednaka je po apsolutnoj vrijednosti i suprotnog smjera elastičnoj sili oslonca prema trećem Newtonovom zakonu. Prema drugom Newtonovom zakonu, ako na tijelo ne djeluje nikakva druga sila, tada je sila teže tijela uravnotežena silom elastičnosti. Zbog toga je težina tijela na nepomičnom ili ravnomjerno pokretnom horizontalnom nosaču jednaka sili gravitacije. Ako se oslonac giba ubrzano, onda prema drugom Newtonovom zakonu , iz kojeg je izvedeno. To znači da je težina tijela čiji se smjer ubrzanja poklapa sa smjerom ubrzanja slobodnog pada manja od težine tijela u mirovanju.

14. Gibanje tijela pod djelovanjem sile teže po vertikali. Promet umjetni sateliti. Bestežinsko stanje. Prva kozmička brzina.

Pri bacanju tijela paralelno s površinom zemlje, što je veća početna brzina, to će biti veći domet leta. Pri velikim brzinama potrebno je voditi računa i o sferičnosti zemlje koja se očituje u promjeni smjera vektora gravitacije. Pri određenoj vrijednosti brzine tijelo se može gibati oko Zemlje pod utjecajem univerzalne gravitacijske sile. Ova brzina, koja se naziva prva kozmička brzina, može se odrediti iz jednadžbe gibanja tijela po kružnici. S druge strane, iz drugog Newtonovog zakona i zakona univerzalne gravitacije slijedi da. Dakle, na daljinu R iz središta nebeskog tijela mase M prva kozmička brzina jednaka je. Promjenom brzine tijela mijenja se i oblik njegove orbite iz kružne u elipsu. Po dolasku do drugog svemirska brzina jednaka orbiti postaje parabolična.

15. Impuls tijela. Zakon očuvanja količine gibanja. Mlazni pogon.

Prema drugom Newtonovom zakonu, bez obzira je li tijelo mirovalo ili se gibalo, do promjene njegove brzine može doći samo u interakciji s drugim tijelima. Ako na tijelu mase m za vrijeme t djeluje sila i brzina njezina gibanja se mijenja od do tada je akceleracija tijela jednaka . Na temelju drugog Newtonovog zakona, sila se može napisati kao . Fizička veličina jednaka umnošku sile i vremena njezina djelovanja naziva se impuls sile. Impuls sile pokazuje da postoji veličina koja se jednako mijenja za sva tijela pod utjecajem istih sila, ako je trajanje sile jednako. Ta vrijednost, jednaka umnošku mase tijela i brzine njegova gibanja, naziva se moment količine gibanja tijela. Promjena količine gibanja tijela jednaka je količini gibanja sile koja je izazvala tu promjenu.Uzmimo dva tijela, mase i , koja se gibaju brzinama i . Prema trećem Newtonovom zakonu, sile koje djeluju na tijela tijekom međusobnog djelovanja jednake su po apsolutnoj vrijednosti, a suprotnog smjera, tj. mogu se označiti kao . Za promjene u momentima tijekom interakcije, možemo napisati . Iz ovih izraza dobivamo to , odnosno vektorski zbroj impulsa dvaju tijela prije međudjelovanja jednak je vektorskom zbroju impulsa nakon međudjelovanja. U općenitijem obliku, zakon očuvanja momenta zvuči ovako: Ako, onda.

16. Mehanički rad. Vlast. Kinetička i potencijalna energija.

raditi ALI konstantna sila je fizikalna veličina jednaka umnošku modula sile i pomaka, pomnoženog s kosinusom kuta između vektora i. . Rad je skalarna veličina i može biti negativan ako je kut između vektora pomaka i sile veći od . Jedinica za rad naziva se džul, 1 džul jednak je radu sile od 1 njutna kada se točka njezina djelovanja pomakne za 1 metar. Snaga je fizikalna veličina koja je jednaka omjeru rada i vremena tijekom kojeg je taj rad obavljen. . Jedinica za snagu naziva se vat, 1 vat je jednak snazi ​​pri kojoj se u 1 sekundi izvrši rad od 1 džula. Pretpostavimo da na tijelu mase m djeluje sila (koja općenito može biti rezultanta više sila), pod čijim se utjecajem tijelo giba u smjeru vektora . Modul sile prema drugom Newtonovom zakonu je ma, a modul vektora pomaka povezan je s akceleracijom te početnom i krajnjom brzinom kao. Odavde se dobiva formula za rad . Fizička veličina jednaka polovici umnoška mase tijela i kvadrata brzine naziva se kinetička energija. Rad rezultantnih sila primijenjenih na tijelo jednak je promjeni kinetičke energije. Fizikalna veličina jednaka umnošku mase tijela s modulom akceleracije slobodnog pada i visine na koju je tijelo podignuto iznad površine s nultim potencijalom naziva se potencijalna energija tijela. Promjena potencijalne energije karakterizira rad gravitacije pri gibanju tijela. Taj je rad jednak promjeni potencijalne energije, uzetoj s suprotnim predznakom. Tijelo ispod zemljine površine ima negativnu potencijalnu energiju. Potencijalnu energiju nemaju samo podignuta tijela. Razmotrite rad elastične sile kada se opruga deformira. Elastična sila izravno je proporcionalna deformaciji, a njezina će prosječna vrijednost biti jednaka , rad je jednak umnošku sile i deformacije , ili . Fizikalna veličina jednaka polovici umnoška krutosti tijela i kvadrata deformacije naziva se potencijalna energija deformiranog tijela. Važna karakteristika potencijalne energije je da je tijelo ne može posjedovati bez interakcije s drugim tijelima.

17. Zakoni održanja energije u mehanici.

Potencijalna energija karakterizira međusobno djelujuća tijela, kinetička - pokretna. I jedno i drugo nastaju kao rezultat interakcije tijela. Ako više tijela međusobno djeluju samo gravitacijskim silama i elastičnim silama, a na njih ne djeluju vanjske sile (ili je njihova rezultanta jednaka nuli), tada je za bilo koje međudjelovanje tijela rad elastičnih ili gravitacijskih sila jednak promjeni u potencijalnoj energiji, uzetoj sa suprotnim predznakom . Istodobno, prema teoremu o kinetičkoj energiji (promjena kinetičke energije tijela jednaka je radu vanjskih sila), rad istih sila jednak je promjeni kinetičke energije. . Iz ove jednakosti slijedi da zbroj kinetičke i potencijalne energije tijela koja čine zatvoreni sustav i međusobno djeluju silama gravitacije i elastičnosti ostaje konstantan. Zbroj kinetičke i potencijalne energije tijela naziva se ukupna mehanička energija. Ukupna mehanička energija zatvorenog sustava tijela koja međusobno djeluju gravitacijskim i elastičnim silama ostaje nepromijenjena. Rad sila teže i elastičnosti jednak je, s jedne strane, povećanju kinetičke energije, a s druge strane smanjenju potencijalne energije, odnosno rad je jednak energiji koja se okrenula iz jednog oblika u drugi.

18. Jednostavni mehanizmi (kosa ravnina, poluga, blok) njihova primjena.

Za izradu tijela koristi se kosa ravnina velika masa moglo pomaknuti djelovanjem sile mnogo manje od težine tijela. Ako je kut nagnute ravnine jednak a, tada je za pomicanje tijela duž ravnine potrebno primijeniti silu jednaku . Omjer te sile i težine tijela, zanemarujući silu trenja, jednak je sinusu kuta nagiba ravnine. Ali s dobitkom na snazi ​​nema dobitka u radu, jer put se umnožava. Ovaj rezultat je posljedica zakona održanja energije, budući da rad sile teže ne ovisi o putanji podizanja tijela.

Poluga je u ravnoteži ako je moment sila koji je okreće u smjeru kazaljke na satu jednak momentu il koji zakreće polugu suprotno od kazaljke na satu. Ako su smjerovi vektora sila koje djeluju na polugu okomiti na najkraće ravne crte koje povezuju točke primjene sila i os rotacije, tada uvjeti ravnoteže poprimaju oblik. Ako , tada poluga daje dobitak na snazi ​​. Dobitak u snazi ​​ne daje dobitak u radu, budući da kada se zakrene za kut a, sila radi, a sila radi. Jer prema stanju dakle .

Blok vam omogućuje promjenu smjera sile. Ramena sila primijenjenih na različite točke nepomičnog bloka su ista, pa stoga nepomični blok ne daje dobitak na snazi. Pri dizanju tereta uz pomoć pomičnog bloka dobiva se dvostruko povećanje snage jer. gravitacijski krak je polovica kraka napetosti sajle. Ali pri izvlačenju kabela na duljinu l teret raste l/2, dakle, fiksni blok također ne daje dobitak u radu.

19. Pritisak. Pascalov zakon za tekućine i plinove.

Fizička veličina jednaka omjeru modula sile koja djeluje okomito na površinu i površine ove površine naziva se tlak. Jedinica za tlak je pascal, što je jednako tlaku koji djeluje sila od 1 newtona na površini od 1 četvorni metar. Sve tekućine i plinovi prenose pritisak koji na njima nastaje u svim smjerovima.

20. Spojene žile. Hidraulička preša. Atmosferski tlak. Bernoullijeva jednadžba.

U cilindričnoj posudi sila pritiska na dno posude jednaka je težini stupca tekućine. Tlak na dnu posude je , odakle pritisak na dubini h jednako . Isti pritisak djeluje i na stijenke posude. Jednakost tlakova tekućine na istoj visini dovodi do toga da su u spojenim posudama bilo kojeg oblika slobodne površine homogene tekućine u mirovanju na istoj razini (u slučaju zanemarivo malih kapilarnih sila). U slučaju nehomogene tekućine, visina stupca gušće tekućine bit će manja od visine one manje gustoće. Hidraulički stroj radi na temelju Pascalovog zakona. Sastoji se od dvije povezane posude zatvorene klipovima različitih površina. Tlak koji stvara vanjska sila na jedan klip prenosi se prema Pascalovom zakonu na drugi klip. . Hidraulički stroj daje dobitak na snazi ​​onoliko puta koliko je površina njegovog velikog klipa veća od površine malog.

U stacionarnom gibanju nestlačivog fluida vrijedi jednadžba kontinuiteta. Za idealnu tekućinu u kojoj se viskoznost (tj. trenje između njezinih čestica) može zanemariti, matematički izraz za zakon održanja energije je Bernoullijeva jednadžba .

21. Iskustvo Torricellija. Promjena atmosferskog tlaka s visinom.

Pod utjecajem gravitacije, gornji slojevi atmosfere vrše pritisak na one ispod. Taj se pritisak, prema Pascalovom zakonu, prenosi u svim smjerovima. Najveća vrijednost ovaj tlak je na površini Zemlje, a posljedica je težine zračnog stupca od površine do granice atmosfere. S porastom nadmorske visine smanjuje se masa slojeva atmosfere koji pritišću površinu, dakle, atmosferski tlak opada s visinom. Na razini mora atmosferski tlak iznosi 101 kPa. Taj pritisak stvara živin stup visok 760 mm. Ako se cijev spusti u tekuću živu, u kojoj se stvara vakuum, tada se pod djelovanjem atmosferskog tlaka živa u njoj podigne do takve visine pri kojoj tlak tekućeg stupca postane jednak vanjskom atmosferskom tlaku na otvorena površina žive. Kada se atmosferski tlak promijeni, promijenit će se i visina stupca tekućine u cijevi.

22. Arhimedova sila dana tekućina i plinova. Uvjeti plovidbe tel.

Ovisnost tlaka u tekućini i plinu o dubini dovodi do pojave sile uzgona koja djeluje na svako tijelo uronjeno u tekućinu ili plin. Ta se sila naziva Arhimedova sila. Ako je tijelo uronjeno u tekućinu, tada se pritisci na bočne stijenke posude međusobno uravnotežuju, a rezultanta pritisaka odozdo i odozgo je Arhimedova sila. , tj. Sila koja gura tijelo uronjeno u tekućinu (plin) jednaka je težini tekućine (plina) koju je tijelo istisnulo. Arhimedova sila je usmjerena suprotno od sile gravitacije, stoga je pri vaganju u tekućini težina tijela manja nego u vakuumu. Na tijelo u tekućini djeluje gravitacija i Arhimedova sila. Ako je sila teže po modulu veća - tijelo tone, ako je manja - pluta, jednaka - može biti u ravnoteži na bilo kojoj dubini. Ti omjeri sila jednaki su omjerima gustoća tijela i tekućine (plina).

23. Osnovne odredbe molekularne kinetičke teorije i njihova eksperimentalna potkrijepljenost. Brownovo gibanje. Težina i veličina molekule.

Molekularno-kinetička teorija je proučavanje strukture i svojstava materije, koristeći koncept postojanja atoma i molekula kao najmanjih čestica materije. Glavne odredbe MKT-a: tvar se sastoji od atoma i molekula, te se čestice kreću nasumično, čestice međusobno djeluju. Kretanje atoma i molekula i njihovo međudjelovanje podložno je zakonima mehanike. U početku, u međudjelovanju molekula kada se približavaju jedna drugoj, prevladavaju privlačne sile. Na određenoj udaljenosti između njih nastaju odbojne sile koje u apsolutnoj vrijednosti premašuju silu privlačenja. Molekule i atomi stvaraju nasumične vibracije oko položaja u kojima se sile privlačenja i odbijanja međusobno uravnotežuju. U tekućini molekule ne samo da osciliraju, već i skaču iz jednog ravnotežnog položaja u drugi (fluidnost). U plinovima su udaljenosti između atoma velike više veličina molekule (stlačivost i rastezljivost). R. Brown je početkom 19. stoljeća otkrio da se čvrste čestice u tekućini kreću nasumično. Ovaj fenomen mogao bi se objasniti samo MKT. Molekule tekućine ili plina koje se nasumično kreću sudaraju se s krutom česticom i mijenjaju smjer i modul brzine njezina kretanja (pritom, naravno, mijenjaju i smjer i brzinu). Što je manja veličina čestica, to je promjena količine gibanja uočljivija. Svaka tvar sastoji se od čestica, stoga se smatra da je količina tvari proporcionalna broju čestica. Jedinica količine tvari naziva se mol. Mol je jednak količini tvari koja sadrži onoliko atoma koliko ih ima u 0,012 kg ugljika 12 C. Omjer broja molekula i količine tvari naziva se Avogadrova konstanta: . Količina tvari može se pronaći kao omjer broja molekula i Avogadrove konstante. molekulska masa M naziva se veličina jednaka omjeru mase tvari m na količinu tvari. Molarna masa se izražava u kilogramima po molu. molekulska masa može se izraziti u vidu mase molekule m0 : .

24. Idealni plin. Osnovna jednadžba molekularno-kinetičke teorije idealnog plina.

Model idealnog plina služi za objašnjenje svojstava tvari u plinovitom stanju. Ovaj model pretpostavlja sljedeće: molekule plina su zanemarive u usporedbi s volumenom posude, između molekula nema privlačnih sila, a kada se sudaraju međusobno i sa stijenkama posude, djeluju odbojne sile. Kvalitativno objašnjenje fenomena tlaka plina je da molekule idealnog plina, kada se sudaraju sa stijenkama posude, međusobno djeluju s njima kao elastična tijela. Kada se molekula sudari sa stijenkom posude, projekcija vektora brzine na os okomitu na stijenku mijenja se u suprotnu. Stoga se tijekom sudara projekcija brzine mijenja od –mv x prije mv x, a promjena količine gibanja je . Pri sudaru molekula djeluje na stijenku silom koja je, prema trećem Newtonovom zakonu, jednaka sili suprotnog smjera. Molekula je mnogo, a prosječna vrijednost geometrijskog zbroja sila koje djeluju na pojedine molekule čini silu pritiska plina na stijenke posude. Tlak plina jednak je omjeru modula sile pritiska prema površini stijenke posude: p=F/S. Pretpostavimo da se plin nalazi u kubičnoj posudi. Moment količine gibanja jedne molekule je 2 mv, jedna molekula u prosjeku djeluje silom na stijenku 2mv/Dt. Vrijeme D t kretanje s jedne stijenke krvnog suda na drugu 2l/v, Posljedično, . Sila pritiska na stijenku posude svih molekula proporcionalna je njihovom broju, tj. . Zbog potpune slučajnosti gibanja molekula, njihovo kretanje u svakom od smjerova jednako je vjerojatno i jednako 1/3 ukupni broj molekule. Na ovaj način, . Budući da se na plohu kocke s površinom vrši pritisak l 2, onda će pritisak biti isti. Ova se jednadžba naziva osnovnom jednadžbom molekularne kinetičke teorije. Označavajući za prosječnu kinetičku energiju molekula, dobivamo.

25. Temperatura, njeno mjerenje. Apsolutna temperaturna skala. Brzina molekula plina.

Osnovna MKT jednadžba za idealni plin uspostavlja vezu između mikro i makroskopskih parametara. Kada dva tijela dođu u kontakt, mijenjaju se njihovi makroskopski parametri. Kada ta promjena prestane, kaže se da je nastupila toplinska ravnoteža. Fizikalni parametar koji je isti u svim dijelovima sustava tijela koja su u državi toplinska ravnoteža naziva se tjelesna temperatura. Eksperimenti su pokazali da je za svaki plin u stanju toplinske ravnoteže omjer umnoška tlaka i volumena prema broju molekula isti . To omogućuje da se vrijednost uzme kao mjera temperature. Jer n=N/V, tada je, uzimajući u obzir osnovnu jednadžbu MKT-a, vrijednost jednaka dvije trećine prosječne kinetičke energije molekula. , gdje k– koeficijent proporcionalnosti, ovisno o mjerilu. Parametri na lijevoj strani ove jednadžbe nisu negativni. Stoga se temperatura plina pri kojoj je njegov tlak pri konstantnom volumenu jednak nuli naziva temperatura apsolutne nule. Vrijednost ovog koeficijenta može se pronaći iz dva poznata stanja tvari s poznatim tlakom, volumenom, brojem molekula i temperaturom. . Koeficijent k, koja se naziva Boltzmannova konstanta, jednaka je . To proizlazi iz jednadžbi odnosa temperature i prosječne kinetičke energije, tj. prosječna kinetička energija nasumičnog gibanja molekula proporcionalna je apsolutnoj temperaturi. , . Ova jednadžba pokazuje da je pri istoj temperaturi i koncentraciji molekula tlak svih plinova isti.

26. Jednadžba stanja idealnog plina (Mendeleev-Clapeyron jednadžba). Izotermni, izohorni i izobarni procesi.

Pomoću ovisnosti tlaka o koncentraciji i temperaturi može se pronaći odnos između makroskopskih parametara plina - volumena, tlaka i temperature. . Ova se jednadžba naziva jednadžba stanja idealnog plina (Mendelejev-Clapeyronova jednadžba).

Izotermni proces je proces koji se odvija pri konstantnoj temperaturi. Iz jednadžbe stanja idealnog plina proizlazi da pri konstantnoj temperaturi, masi i sastavu plina umnožak tlaka i volumena treba ostati konstantan. Graf izoterme (krivulja izotermnog procesa) je hiperbola. Jednadžba se naziva Boyle-Mariotteov zakon.

Izohorni proces je proces koji se odvija pri konstantnom volumenu, masi i sastavu plina. Pod ovim uvjetima , gdje - temperaturni koeficijent tlak plina. Ova se jednadžba naziva Charlesov zakon. Graf jednadžbe izohornog procesa naziva se izohora, a ravna je linija koja prolazi kroz ishodište.

Izobarni proces je proces koji se odvija pri konstantnom tlaku, masi i sastavu plina. Na isti način kao i za izohorni proces, možemo dobiti jednadžbu za izobarni proces . Jednadžba koja opisuje ovaj proces naziva se Gay-Lussacov zakon. Graf jednadžbe izobarnog procesa naziva se izobara, a ravna je linija koja prolazi kroz ishodište.

27. Unutarnja energija. Rad u termodinamici.

Ako je potencijalna energija međudjelovanja molekula nula, tada je unutarnja energija jednaka zbroju kinetičkih energija gibanja svih molekula plina. . Stoga se pri promjeni temperature mijenja i unutarnja energija plina. Zamjenom jednadžbe stanja idealnog plina u jednadžbu za energiju dobivamo da je unutarnja energija izravno proporcionalna umnošku tlaka plina i volumena. . Unutarnja energija tijela može se promijeniti samo u interakciji s drugim tijelima. U slučaju mehaničkog međudjelovanja tijela (makroskopsko međudjelovanje) mjera prenesene energije je rad ALI. Kod prijenosa topline (mikroskopske interakcije) mjera prenesene energije je količina topline Q. U neizoliranom termodinamičkom sustavu promjena unutarnje energije D U jednak zbroju predane količine topline Q i rad vanjskih sila ALI. Umjesto posla ALI izvode vanjske sile, prikladnije je razmatrati rad A` izvodi sustav na vanjskim tijelima. A=-A`. Tada se prvi zakon termodinamike izražava kao, ili. To znači da svaki stroj može raditi na vanjskim tijelima samo primajući toplinu izvana. Q ili smanjenje unutarnje energije D U. Ovaj zakon isključuje stvaranje perpetuum mobile prve vrste.

28. Količina topline. Određena toplina tvari. Zakon održanja energije u toplinskim procesima (prvi zakon termodinamike).

Proces prijenosa topline s jednog tijela na drugo bez vršenja rada naziva se prijenos topline. Energija koja se prenosi na tijelo kao rezultat prijenosa topline naziva se količina topline. Ako proces prijenosa topline nije popraćen radom, onda na temelju prvog zakona termodinamike. Unutarnja energija tijela proporcionalna je masi tijela i njegovoj temperaturi, dakle . Vrijednost S naziva se specifični toplinski kapacitet, jedinica je . Specifični toplinski kapacitet pokazuje koliko topline treba prenijeti da se 1 kg tvari zagrije za 1 stupanj. Specifični toplinski kapacitet nije jednoznačna karakteristika, a ovisi o radu koje tijelo obavi tijekom prijenosa topline.

Pri provedbi prijenosa topline između dvaju tijela pod uvjetima jednakosti nuli rada vanjskih sila i pri toplinskoj izolaciji od drugih tijela, prema zakonu održanja energije . Ako promjenu unutarnje energije ne prati rad, tada , ili , odakle . Ova se jednadžba naziva jednadžba toplinske bilance.

29. Primjena prvog zakona termodinamike na izoprocese. adijabatski proces. Ireverzibilnost toplinskih procesa.

Jedan od glavnih procesa koji rade u većini strojeva je proces ekspanzije plina da bi se izvršio rad. Ako se tijekom izobarnog širenja plina volumen V 1 do volumena V 2 pomak klipa cilindra bio je l, pa radi A savršen plin je jednak , ili . Usporedimo li površine ispod izobare i izoterme, koje su radovi, možemo zaključiti da će pri jednakom širenju plina pri istom početnom tlaku, u slučaju izotermnog procesa, biti izvršen manji rad. Osim izobarnih, izohornih i izotermnih procesa, postoji i tzv. adijabatski proces. Za proces se kaže da je adijabatski ako nema prijenosa topline. Proces brzog širenja ili kompresije plina može se smatrati bliskim adijabatskom. U tom procesu rad se vrši zbog promjene unutarnje energije, tj. , stoga se tijekom adijabatskog procesa temperatura smanjuje. Budući da temperatura plina raste tijekom adijabatske kompresije plina, tlak plina raste brže sa smanjenjem volumena nego tijekom izotermnog procesa.

Procesi prijenosa topline spontano se odvijaju samo u jednom smjeru. Toplina se uvijek prenosi na hladnije tijelo. Drugi zakon termodinamike kaže da nije izvediv termodinamički proces u kojem bi toplina prelazila s jednog tijela na drugo, toplije, bez ikakvih drugih promjena. Ovaj zakon isključuje stvaranje perpetuum mobile druge vrste.

30. Princip rada toplinskih strojeva. učinkovitost toplinskog stroja.

Kod toplinskih motora rad obično obavlja ekspandirajući plin. Plin koji obavlja rad tijekom širenja naziva se radni fluid. Širenje plina nastaje kao rezultat povećanja njegove temperature i tlaka kada se zagrijava. Uređaj od kojeg radna tekućina prima određenu količinu topline Q zove grijač. Uređaj kojem stroj predaje toplinu nakon radnog hoda naziva se hladnjak. Prvo, tlak izohorno raste, izobarno se širi, izobarno se hladi, izobarno skuplja.<рисунок с подъемником>. Kao rezultat radnog ciklusa, plin se vraća u početno stanje, njegova unutarnja energija poprima prvobitnu vrijednost. To znači da . Prema prvom zakonu termodinamike,. Rad koji tijelo obavi u ciklusu je Q. Količina topline koju primi tijelo po ciklusu jednaka je razlici topline primljene od grijača i predane hladnjaku. Posljedično,. Učinkovitost stroja je omjer korisne i utrošene energije. .

31. Isparavanje i kondenzacija. Zasićeni i nezasićeni parovi. Vlažnost zraka.

Neravnomjerna raspodjela kinetičke energije toplinsko gibanje dovodi do toga. Da pri bilo kojoj temperaturi kinetička energija nekog dijela molekule može premašiti potencijalnu energiju vezanja s ostatkom. Isparavanje je proces kojim molekule izlaze s površine tekućine ili krutine. Isparavanje je popraćeno hlađenjem, jer brže molekule napuštaju tekućinu. Isparavanje tekućine u zatvorenoj posudi pri konstantnoj temperaturi dovodi do povećanja koncentracije molekula u plinovitom stanju. Nakon nekog vremena dolazi do ravnoteže između broja molekula koje isparavaju i vraćaju se u tekućinu. plinovita tvar, koji je u dinamičkoj ravnoteži sa svojom tekućinom, naziva se zasićena para. Para pod tlakom ispod tlaka zasićene pare naziva se nezasićena. Tlak zasićene pare ne ovisi o volumenu (od ) pri konstantnoj temperaturi. Pri konstantnoj koncentraciji molekula tlak zasićene pare raste brže od tlaka idealnog plina, jer broj molekula raste s temperaturom. Omjer tlaka vodene pare pri određenoj temperaturi i tlaka zasićene pare pri istoj temperaturi, izražen u postocima, naziva se relativna vlažnost. Što je niža temperatura, niži je tlak zasićene pare, pa kada se ohladi na određenu temperaturu, para postaje zasićena. Ta se temperatura naziva točka rosišta. tp.

32. Kristalna i amorfna tijela. Mehanička svojstva čvrstih tijela. Elastične deformacije.

Amorfna tijela su ona čija su fizikalna svojstva ista u svim smjerovima (izotropna tijela). Izotropnost fizikalnih svojstava objašnjava se slučajnim rasporedom molekula. Krutine u kojima su molekule poredane nazivamo kristalima. Fizička svojstva kristalna tijela nisu ista u različitim smjerovima (anizotropna tijela). Anizotropija svojstava kristala objašnjava se činjenicom da s uređenom strukturom sile interakcije nisu iste u različitim smjerovima. Vanjsko mehaničko djelovanje na tijelo uzrokuje pomicanje atoma iz ravnotežnog položaja, što dovodi do promjene oblika i volumena tijela – deformacije. Deformacija se može karakterizirati apsolutnim istezanjem, jednakim razlici između duljina prije i poslije deformacije, ili relativnim produljenjem. Pri deformaciji tijela nastaju elastične sile. Fizička veličina jednaka omjeru modula elastičnosti i površine poprečnog presjeka tijela naziva se mehaničko naprezanje. Kod malih deformacija naprezanje je izravno proporcionalno relativnom istezanju. Faktor proporcionalnosti E u jednadžbi se naziva modul elastičnosti (Youngov modul). Modul elastičnosti je konstantan za određeni materijal , gdje . Potencijalna energija deformiranog tijela jednaka je radu utrošenom na napetost ili pritisak. Odavde .

Hookeov zakon je zadovoljen samo za male deformacije. Maksimalni napon pri kojem se još izvodi naziva se proporcionalna granica. Izvan te granice napon prestaje proporcionalno rasti. Do određene razine naprezanja, deformirano tijelo će vratiti svoje dimenzije nakon uklanjanja opterećenja. Ta se točka naziva granica elastičnosti tijela. Kada se prekorači granica elastičnosti, počinje plastična deformacija pri kojoj tijelo ne vraća prijašnji oblik. U području plastične deformacije naprezanje se gotovo ne povećava. Ova pojava naziva se protok materijala. Izvan granice tečenja, naprezanje raste do točke koja se naziva krajnja čvrstoća, nakon čega se naprezanje smanjuje sve dok se tijelo ne slomi.

33. Svojstva tekućina. Površinska napetost. kapilarne pojave.

Mogućnost slobodnog kretanja molekula u tekućini određuje fluidnost tekućine. Tijelo u tekućem stanju nema stalan oblik. Oblik tekućine određen je oblikom posude i silama površinske napetosti. Unutar tekućine, privlačne sile molekula se kompenziraju, ali ne blizu površine. Sve molekule blizu površine privlače molekule unutar tekućine. Pod djelovanjem tih sila molekule se uvlače u površinu sve dok slobodna površina ne postane najmanja od svih mogućih. Jer Ako lopta ima minimalnu površinu za određeni volumen, onda uz malo djelovanje drugih sila, površina poprima oblik sfernog segmenta. Površina tekućine na rubu posude naziva se menisk. Fenomen vlaženja karakterizira kontaktni kut između površine i meniska u točki presjeka. Veličina sile površinske napetosti u dijelu duljine D l jednako je . Zakrivljenost površine stvara prekomjerni pritisak na tekućinu, jednak poznatom kontaktnom kutu i radijusu . Koeficijent s naziva se koeficijent površinske napetosti. Kapilara je cijev malog unutarnjeg promjera. Kod potpunog vlaženja sila površinske napetosti usmjerena je duž površine tijela. U ovom slučaju, podizanje tekućine kroz kapilaru nastavlja se pod djelovanjem ove sile sve dok sila gravitacije ne uravnoteži silu površinske napetosti, tk. , zatim .

34. Električni naboj. Međudjelovanje nabijenih tijela. Coulombov zakon. Zakon održanja električnog naboja.

Ni mehanika ni MKT ne mogu objasniti prirodu sila koje vežu atome. Zakoni međudjelovanja atoma i molekula mogu se objasniti na temelju pojma električnih naboja.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Interakcija tijela pronađena u ovom eksperimentu naziva se elektromagnetska, a određena je električnim nabojima. Sposobnost naboja da privlače i odbijaju objašnjava se pretpostavkom da postoje dvije vrste naboja – pozitivni i negativni. Tijela s istim nabojem se međusobno odbijaju, a tijela s različitim nabojem se privlače. Jedinica naboja je privjesak - naboj koji prolazi kroz presjek vodiča u 1 sekundi pri jakosti struje od 1 ampera. U zatvorenom sustavu, koji ne uključuje električne naboje izvana i iz kojeg električni naboji ne izlaze tijekom bilo kakvih međudjelovanja, algebarski zbroj naboja svih tijela je konstantan. Osnovni zakon elektrostatike, poznat i kao Coulombov zakon, kaže da je modul sile međudjelovanja između dva naboja izravno proporcionalan umnošku modula naboja i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti između njih. Sila je usmjerena duž pravca koji povezuje nabijena tijela. Je li sila odbijanja ili privlačenja, ovisno o predznaku naboja. Konstantno k u izrazu Coulombovog zakona jednaka je . Umjesto ovog koeficijenta tzv. električna konstanta povezana s koeficijentom k izraz odakle. Interakcija fiksnih električnih naboja naziva se elektrostatikom.

35. Električno polje. napetost električno polje. Princip superpozicije električnih polja.

Oko svakog naboja, prema teoriji djelovanja kratkog dometa, postoji električno polje. Električno polje je materijalni objekt koji stalno postoji u prostoru i može djelovati na druge naboje. Električno polje se u prostoru širi brzinom svjetlosti. Fizička veličina jednaka omjeru sile kojom električno polje djeluje na ispitni naboj (točkasti pozitivan mali naboj koji ne utječe na konfiguraciju polja) i vrijednosti tog naboja naziva se jakost električnog polja. Pomoću Coulombovog zakona moguće je dobiti formulu za jakost polja koju stvara naboj q na daljinu r od naplate . Jakost polja ne ovisi o naboju na koji ono djeluje. Ako je na naplatu q istovremeno djeluju električna polja više naboja, tada je rezultirajuća sila jednaka geometrijskom zbroju sila koje djeluju iz svakog polja posebno. To se zove princip superpozicije električnih polja. Linija jakosti električnog polja je linija čija se tangenta u svakoj točki podudara s vektorom jakosti. Linije napetosti počinju na pozitivnim nabojima, a završavaju na negativnim ili idu u beskonačnost. Električno polje čiji je intenzitet jednak za sve u bilo kojoj točki prostora naziva se jednolično električno polje. Približno homogeno polje može se smatrati između dvije paralelne suprotno nabijene metalne ploče. S ravnomjernom raspodjelom naboja q na površini područja S površinska gustoća naboja je . Za beskonačnu ravninu s površinskom gustoćom naboja s, jakost polja je ista u svim točkama prostora i jednaka je .

36. Rad elektrostatičkog polja pri pomicanju naboja. Potencijalna razlika.

Kada se naboj premjesti pomoću električnog polja na udaljenost, obavljeni rad je jednak . Kao i u slučaju rada sile teže, rad Coulombove sile ne ovisi o putanji naboja. Kada se smjer vektora pomaka promijeni za 180 0, rad sila polja mijenja predznak u suprotan. Dakle, rad sila elektrostatskog polja pri pomicanju naboja po zatvorenom krugu jednak je nuli. Polje čiji je rad sila duž zatvorene putanje jednak nuli naziva se potencijalno polje.

Baš kao tijelo mase m u polju sile teže ima potencijalnu energiju proporcionalnu masi tijela, električni naboj u elektrostatičkom polju ima potencijalnu energiju Wp, proporcionalno naboju. Rad sila elektrostatskog polja jednak je promjeni potencijalne energije naboja, uzetoj s suprotnim predznakom. U jednoj točki elektrostatskog polja različiti naboji mogu imati različite potencijalne energije. Ali omjer potencijalne energije i naboja za danu točku je konstantna vrijednost. Ta se fizikalna veličina naziva potencijal električnog polja, pa je potencijalna energija naboja jednaka umnošku potencijala u danoj točki i naboja. potencijalno - skalar, potencijal nekoliko polja jednak je zbroju potencijale ovih polja. Mjera promjene energije tijekom međudjelovanja tijela je rad. Pri gibanju naboja rad sila elektrostatskog polja jednak je promjeni energije suprotnog predznaka, dakle. Jer rad ovisi o razlici potencijala i ne ovisi o putanji između njih, tada se razlika potencijala može smatrati energetskom karakteristikom elektrostatskog polja. Ako se potencijal na beskonačnoj udaljenosti od naboja uzme jednak nuli, tada na udaljenosti r od naboja, određuje se formulom .

Omjer rada koje izvrši bilo koje električno polje pri premještanju pozitivnog naboja s jedne točke polja na drugu, prema vrijednosti naboja naziva se napon između tih točaka, odakle dolazi rad. U elektrostatičkom polju napon između bilo koje dvije točke jednak je razlici potencijala između tih točaka. Jedinica za napon (i razliku potencijala) zove se volt, . 1 volt je napon pri kojem polje radi 1 džul da pomakne naboj od 1 kulona. S jedne strane, rad pomicanja naboja jednak je umnošku sile i pomaka. S druge strane, može se pronaći iz poznatog napona između dionica pruge. Odavde. Jedinica jakosti električnog polja je volt po metru ( ja/m).

Kondenzator - sustav od dva vodiča odvojena dielektričnim slojem, čija je debljina mala u usporedbi s dimenzijama vodiča. Između ploča je jakost polja jednaka dvostrukoj jakosti svake od ploča; izvan ploča jednaka je nuli. Fizička veličina jednaka omjeru naboja jedne od ploča i napona između ploča naziva se kapacitet kondenzatora. Jedinica za električni kapacitet je farad, kondenzator ima kapacitet 1 farad, između čijih ploča je napon 1 volt kada su ploče nabijene 1 privjeskom. Jakost polja između ploča čvrstog kondenzatora jednaka je zbroju jakosti njegovih ploča. , i od za homogeno polje je tada zadovoljeno , tj. Kapacitivnost je izravno proporcionalna površini ploča i obrnuto proporcionalna udaljenosti između njih. Kada se dielektrik uvede između ploča, njegov kapacitet se povećava za faktor e, gdje je e dielektrična konstanta unesenog materijala.

38. Dielektrična konstanta. Energija električnog polja.

Dielektrična permitivnost je fizikalna veličina koja karakterizira omjer modula električnog polja u vakuumu i modula električnog polja u homogenom dielektriku. Rad električnog polja je jednak, ali kada se kondenzator napuni, njegov napon raste od 0 prije U, zato . Stoga je potencijalna energija kondenzatora jednaka.

39. Električna struja. Snaga struje. Uvjeti za postojanje električne struje.

Električna struja je uredno kretanje električnih naboja. Za smjer struje uzima se kretanje pozitivnih naboja. Električni se naboji mogu kretati na uredan način pod utjecajem električnog polja. Stoga je dovoljan uvjet za postojanje struje postojanje polja i slobodnih nositelja naboja. Električno polje mogu stvoriti dva međusobno povezana suprotno nabijena tijela. Omjer naboja D q, prenesen kroz presjek vodiča za vremenski interval D t ovom intervalu naziva se jakost struje. Ako se jakost struje ne mijenja s vremenom, tada se struja naziva konstantnom. Da bi struja dugo postojala u vodiču, potrebno je da uvjeti koji uzrokuju struju budu nepromijenjeni.<схема с один резистором и батареей>. Sile koje uzrokuju kretanje naboja unutar izvora struje nazivaju se vanjskim silama. U galvanskom članku (i bilo koja baterija - npr.???) to su sile kemijske reakcije, u istosmjernom stroju - Lorentzova sila.

40. Ohmov zakon za dio lanca. otpor vodiča. Ovisnost otpora vodiča o temperaturi. Supravodljivost. Serijski i paralelni spoj vodiča.

Omjer napona između krajeva jednog dijela električnog kruga i jakosti struje konstantna je vrijednost, a naziva se otpor. Jedinica otpora je 0 ohma, otpor od 1 ohma ima takav dio kruga u kojem je pri jakosti struje od 1 ampera napon 1 volt. Otpor je izravno proporcionalan duljini i obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka, gdje je r električni otpor, konstantna vrijednost za danu tvar u danim uvjetima. Kada se zagrijava, otpornost metala raste prema linearnom zakonu, gdje je r 0 otpornost na 0 0 C, a je temperaturni koeficijent otpora, specifičan za svaki metal. U blizini apsolutna nula temperaturama, otpor tvari naglo pada na nulu. Taj se fenomen naziva supravodljivost. Prolaz struje u supravodljivim materijalima događa se bez gubitaka zagrijavanjem vodiča.

Ohmov zakon za dio kruga naziva se jednadžba. Kad su vodiči spojeni u seriju, jakost struje je ista u svim vodičima, a napon na krajevima kruga jednak je zbroju napona na svim vodičima spojenim u seriju. . Kad su vodiči spojeni u seriju, ukupni otpor je jednak zbroju otpora komponenti. Uz paralelnu vezu, napon na krajevima svakog dijela kruga je isti, a strujna snaga se grana u zasebne dijelove. Odavde. Kad su vodiči paralelno spojeni, recipročna vrijednost ukupnog otpora jednaka je zbroju recipročnih otpora svih paralelno spojenih vodiča.

41. Rad i strujna snaga. Elektromotorna sila. Ohmov zakon za kompletan krug.

Rad sila električnog polja koje stvara struja, naziva se rad struje. Raditi ALI struje u području s otporom R u vremenu D t jednako je . Snaga električne struje jednaka je omjeru rada i vremena izvršenja, tj. . Rad se izražava, kao i obično, u džulima, snaga - u vatima. Ako se u dionici strujnog kruga pod djelovanjem električnog polja i br kemijske reakcije, tada rad dovodi do zagrijavanja vodiča. U ovom slučaju, rad je jednak količini topline koju oslobađa vodič kroz koji teče struja (Joule-Lenzov zakon).

U električnom krugu rad se ne odvija samo u vanjskom dijelu, već iu bateriji. Električni otpor izvora struje naziva se unutarnji otpor r. U unutarnjem dijelu kruga oslobađa se količina topline jednaka. Ukupan rad sila elektrostatskog polja pri gibanju po zatvorenom krugu jednak je nuli, pa se sav rad obavlja zbog vanjskih sila koje održavaju konstantan napon. Omjer rada vanjskih sila i prenesenog naboja naziva se elektromotorna sila izvora, gdje je D q- prenosivi teret. Ako je kao rezultat prolaska istosmjerne struje došlo samo do zagrijavanja vodiča, tada prema zakonu očuvanja energije , tj. . Struja u električnom krugu izravno je proporcionalna EMF-u i obrnuto proporcionalna impedanciji kruga.

42. Poluvodiči. Električna vodljivost poluvodiča i njezina ovisnost o temperaturi. Vlastita i nečistoća vodljivost poluvodiča.

Mnoge tvari ne provode struju tako dobro kao metali, ali u isto vrijeme nisu dielektrici. Jedna od razlika među poluvodičima je u tome što se njihov otpor pri zagrijavanju ili osvjetljavanju ne povećava, već opada. Ali pokazalo se da je njihovo glavno praktično primjenjivo svojstvo jednostrana vodljivost. Zbog neravnomjerne raspodjele energije toplinskog gibanja u kristalu poluvodiča dolazi do ionizacije nekih atoma. Oslobođene elektrone ne mogu uhvatiti okolni atomi, jer njihove valentne veze su zasićene. Ovi slobodni elektroni mogu se kretati u metalu, stvarajući struju vodljivosti elektrona. U isto vrijeme atom, iz čijeg je omotača pobjegao elektron, postaje ion. Taj se ion neutralizira hvatanjem atoma susjeda. Kao rezultat takvog kaotičnog kretanja dolazi do pomicanja mjesta s nedostajućim ionom, što je prema van vidljivo kao pomicanje pozitivnog naboja. To se zove struja vodljivosti šupljine. U idealnom poluvodičkom kristalu struja nastaje kretanjem jednakog broja slobodnih elektrona i šupljina. Ova vrsta provođenja naziva se intrinzično provođenje. Kako se temperatura smanjuje, broj slobodnih elektrona, koji je proporcionalan prosječnoj energiji atoma, opada i poluvodič postaje sličan dielektriku. Ponekad se poluvodiču dodaju nečistoće za poboljšanje vodljivosti, a to su donorske (povećavaju broj elektrona bez povećanja broja šupljina) i akceptorske (povećavaju broj šupljina bez povećanja broja elektrona). Poluvodiči kod kojih je broj elektrona veći od broja šupljina nazivaju se elektronički poluvodiči ili poluvodiči n-tipa. Poluvodiči kod kojih je broj šupljina veći od broja elektrona nazivaju se poluvodiči s šupljinama ili p-tip poluvodiča.

43. Poluvodička dioda. Tranzistor.

Poluvodička dioda se sastoji od pn prijelaz, tj. od dva povezana poluvodiča drugačiji tip provodljivost. Kada se spoje, elektroni difundiraju u R-poluvodič. To dovodi do pojave nekompenziranih pozitivnih iona donorske nečistoće u elektroničkom poluvodiču i negativnih iona akceptorske nečistoće, koji su zarobili difuzirane elektrone, u rupičastom poluvodiču. Između dva sloja razvija se električno polje. Ako se pozitivni naboj primijeni na područje s elektronskom vodljivošću, a negativan naboj na područje s šupljinom, tada će se polje blokiranja povećati, jakost struje će naglo pasti i gotovo je neovisna o naponu. Ovakav način uključivanja naziva se blokiranje, a struja koja teče u diodi reverzna. Ako se pozitivni naboj primijeni na područje s rupičastom vodljivošću, a negativni naboj na područje s elektroničkim, tada će blokirajuće polje oslabiti, struja kroz diodu u ovom slučaju ovisi samo o otporu vanjskog kruga. Ovakav način uključivanja naziva se propusnost, a struja koja teče u diodi izravna.

Tranzistor, poznat i kao poluvodička trioda, sastoji se od dva pn(ili n-p) prijelazi. Srednji dio kristala naziva se baza, ekstremni su emiter i kolektor. Tranzistori kod kojih baza ima šupljinu vodljivosti nazivaju se tranzistori. p-n-p tranzicija. Za pokretanje tranzistora p-n-p-tip, na kolektor se dovodi napon negativnog polariteta u odnosu na emiter. Bazni napon može biti pozitivan ili negativan. Jer ima više rupa, tada će glavna struja kroz spoj biti difuzijski tok rupa iz R- područja. Ako se na emiter primijeni mali prednji napon, tada će kroz njega teći struja rupe koja će difuzirati R-područja u n- površina (osnova). Ali budući da baza je uska, onda rupice lete kroz nju, ubrzane poljem, u kolektor. (???, nešto sam krivo shvatio...). Tranzistor može distribuirati struju, čime je pojačava. Omjer promjene struje u krugu kolektora i promjene struje u krugu baze, ako su sve ostale stvari jednake, konstantna je vrijednost, koja se naziva integralni prijenosni koeficijent struje baze. Dakle, promjenom struje u krugu baze moguće je dobiti promjene struje u krugu kolektora. (???)

44. Električna struja u plinovima. Vrste plinskih pražnjenja i njihovu primjenu. Pojam plazme.

Plin pod utjecajem svjetlosti ili topline može postati vodič struje. Pojava prolaska struje kroz plin pod vanjskim utjecajem naziva se nesamoodrživo električno pražnjenje. Proces stvaranja iona plina pod utjecajem temperature naziva se toplinska ionizacija. Pojava iona pod utjecajem svjetlosnog zračenja je fotoionizacija. Plin u kojem je značajan dio molekula ioniziran naziva se plazma. Temperatura plazme doseže nekoliko tisuća stupnjeva. Elektroni i ioni plazme mogu se kretati pod utjecajem električnog polja. S povećanjem jakosti polja, ovisno o tlaku i prirodi plina, u njemu dolazi do pražnjenja bez utjecaja vanjskih ionizatora. Taj se fenomen naziva samoodrživo električno pražnjenje. Da bi elektron ionizirao atom kad ga udari, mora imati energiju koja nije manja od rada ionizacije. Tu energiju elektron može dobiti pod utjecajem sila vanjskog električnog polja u plinu na svom slobodnom putu, tj. . Jer srednji slobodni put je mali, samopražnjenje je moguće samo pri velikim jakostima polja. Pri niskom tlaku plina nastaje tinjajuće pražnjenje, što se objašnjava povećanjem vodljivosti plina tijekom razrjeđivanja (povećava se srednji slobodni put). Ako je jakost struje u samopražnjenju vrlo visoka, tada udari elektrona mogu izazvati zagrijavanje katode i anode. Elektroni se emitiraju s površine katode pri visokoj temperaturi, što održava pražnjenje u plinu. Ova vrsta pražnjenja naziva se luk.

45. Električna struja u vakuumu. Termionska emisija. Katodna cijev.

U vakuumu nema slobodnih nositelja naboja, stoga, bez vanjskog utjecaja, u vakuumu nema struje. Može se dogoditi ako se jedna od elektroda zagrije na visoku temperaturu. Zagrijana katoda emitira elektrone sa svoje površine. Pojava emisije slobodnih elektrona s površine zagrijanih tijela naziva se termoemisija. Najjednostavnije korištenje uređaja termoemisija, je elektrovakuumska dioda. Anoda se sastoji od metalne ploče, katoda je izrađena od tanke smotane žice. Prilikom zagrijavanja katode stvara se elektronski oblak. Ako spojite katodu na pozitivni pol baterije, a anodu na negativni pol, tada će polje unutar diode istisnuti elektrone prema katodi, te neće biti struje. Ako spojite suprotno - anodu na plus, a katodu na minus - tada će električno polje pomaknuti elektrone prema anodi. Ovo objašnjava svojstvo jednostrane vodljivosti diode. Protok elektrona koji se kreće od katode do anode može se kontrolirati pomoću elektromagnetskog polja. Da bi se to postiglo, dioda se modificira i dodaje se rešetka između anode i katode. Rezultirajući uređaj naziva se trioda. Ako se na rešetku primijeni negativan potencijal, tada će polje između rešetke i katode spriječiti kretanje elektrona. Ako primijenite pozitivno, polje će spriječiti kretanje elektrona. Elektroni koje emitira katoda mogu se pomoću električnih polja ubrzati do velikih brzina. Sposobnost elektronskih zraka da odstupaju pod utjecajem elektromagnetskih polja koristi se u CRT-u.

46. ​​​​Magnetska interakcija struja. Magnetsko polje. Sila koja djeluje na vodič kroz koji teče struja u magnetskom polju. Indukcija magnetskog polja.

Ako kroz vodiče prolazi struja u istom smjeru, oni se privlače, a ako su jednaki, onda se odbijaju. Posljedično, postoji neka interakcija između vodiča, koja se ne može objasniti prisutnošću električnog polja, jer. Općenito, vodiči su električki neutralni. Magnetsko polje nastaje kretanjem električnih naboja i djeluje samo na pokretne naboje. Magnetsko polje je posebna vrsta materije i neprekidno je u prostoru. Prolaz električne struje kroz vodič prati stvaranje magnetskog polja, bez obzira na medij. Magnetska interakcija vodiča služi za određivanje veličine struje. 1 amper - jakost struje koja prolazi kroz dva paralelna vodiča duljine ¥ i malog presjeka, koji se nalaze na udaljenosti od 1 metra jedan od drugog, pri čemu magnetski tok uzrokuje interakcijsku silu prema dolje jednaku svakom metru duljine . Sila kojom magnetsko polje djeluje na vodič kroz koji teče struja naziva se amperova sila. Za karakterizaciju sposobnosti magnetskog polja da utječe na vodič s strujom, postoji veličina koja se naziva magnetska indukcija. Modul magnetske indukcije jednak je omjeru najveće vrijednosti Amperove sile koja djeluje na vodič kroz koji teče struja prema jakosti struje u vodiču i njegovoj duljini. Smjer vektora indukcije određuje se pravilom lijeve ruke (na ruci je vodič, na palcu je snaga, na dlanu je indukcija). Jedinica za magnetsku indukciju je tesla, što je jednako indukciji takvog magnetskog toka, u kojem na 1 metar vodiča sa strujom od 1 ampera djeluje najveća amperska sila od 1 newtona. Linija u kojoj je vektor magnetske indukcije usmjeren tangencijalno naziva se linija magnetske indukcije. Ako u svim točkama nekog prostora vektor indukcije ima istu apsolutnu vrijednost i isti smjer, tada se polje u tom dijelu naziva homogenim. Ovisno o kutu nagiba vodiča sa strujom u odnosu na vektor magnetske indukcije, Amperova sila se mijenja proporcionalno sinusu kuta.

47. Amperov zakon. Djelovanje magnetskog polja na pokretni naboj. Lorentzova sila.

Djelovanje magnetskog polja na struju u vodiču pokazuje da ono djeluje na pokretne naboje. Snaga struje ja u vodiču povezana je s koncentracijom n slobodne nabijene čestice, brzina v njihovo uredno kretanje i područje S presjek vodiča izrazom , gdje je q je naboj jedne čestice. Zamjenom ovog izraza u formulu Amperove sile dobivamo . Jer nSl jednak je broju slobodnih čestica u vodiču duljine l, zatim sila koja djeluje sa strane polja na jednu nabijenu česticu koja se kreće brzinom v pod kutom a u odnosu na vektor magnetske indukcije B jednako je . Ova sila se naziva Lorentzova sila. Smjer Lorentzove sile za pozitivan naboj određen je pravilom lijeve ruke. U jednoličnom magnetskom polju, čestica koja se kreće okomito na linije indukcije magnetskog polja dobiva centripetalno ubrzanje pod djelovanjem Lorentzove sile i kreće se u krug. Polumjer kružnice i period revolucije određeni su izrazima . Neovisnost perioda revolucije o polumjeru i brzini koristi se u akceleratoru nabijenih čestica - ciklotronu.

48. Magnetska svojstva tvari. Feromagneti.

Elektromagnetsko međudjelovanje ovisi o mediju u kojem se naboji nalaze. Ako objesite malu zavojnicu blizu velike zavojnice, ona će skrenuti. Ako se željezna jezgra umetne u veliku, tada će se odstupanje povećati. Ova promjena pokazuje da se indukcija mijenja kako se jezgra uvodi. Tvari koje značajno povećavaju vanjsko magnetsko polje nazivaju se feromagneti. Fizička veličina koja pokazuje koliko se puta induktivitet magnetskog polja u nekom mediju razlikuje od induktiviteta polja u vakuumu naziva se magnetska permeabilnost. Ne pojačavaju sve tvari magnetsko polje. Paramagneti stvaraju slabo polje koje se po smjeru podudara s vanjskim. Dijamagneti svojim poljem oslabljuju vanjsko polje. Feromagnetizam se objašnjava magnetskim svojstvima elektrona. Elektron je pokretni naboj i stoga ima vlastito magnetsko polje. U nekim kristalima postoje uvjeti za paralelnu orijentaciju magnetskih polja elektrona. Kao rezultat toga, unutar feromagnetskog kristala pojavljuju se magnetizirana područja, koja se nazivaju domene. Kako se vanjsko magnetsko polje povećava, domene uređuju svoju orijentaciju. Pri određenoj vrijednosti indukcije dolazi do potpunog uređenja orijentacije domena i dolazi do magnetskog zasićenja. Kada se feromagnet makne iz vanjskog magnetskog polja, sve domene ne gube svoju orijentaciju, a tijelo postaje trajni magnet. Poredak orijentacije domena može biti poremećen toplinskim vibracijama atoma. Temperatura pri kojoj tvar prestaje biti feromagnet naziva se Curiejeva temperatura.

49. Elektromagnetska indukcija. magnetski tok. Zakon elektromagnetske indukcije. Lenzovo pravilo.

U zatvorenom krugu, kada se magnetsko polje mijenja, nastaje električna struja. Ova struja se naziva induktivna struja. Pojava pojave struje u zatvorenom krugu s promjenama magnetskog polja koje prodire kroz krug naziva se elektromagnetska indukcija. Pojava struje u zatvorenom krugu ukazuje na prisutnost vanjskih sila neelektrostatske prirode ili na pojavu indukcijskog EMF-a. Dan je kvantitativni opis fenomena elektromagnetske indukcije na temelju utvrđivanja odnosa između EMF indukcije i magnetskog toka. magnetski tok F kroz površinu naziva se fizikalna veličina jednaka umnošku površine S po modulu vektora magnetske indukcije B a kosinusom kuta a između njega i normale na površinu . Jedinica magnetskog toka je weber, jednak toku, koji, kada jednoliko opada na nulu u 1 sekundi, uzrokuje EMF od 1 volta. Smjer indukcijske struje ovisi o tome da li se tok koji prodire u strujni krug povećava ili smanjuje, kao i o smjeru polja u odnosu na strujni krug. Opća formulacija Lenzova pravila: induktivna struja koja se javlja u zatvorenom krugu ima takav smjer da magnetski tok koji stvara kroz područje ograničeno krugom nastoji kompenzirati promjenu magnetskog toka koja uzrokuje ovu struju. Zakon elektromagnetske indukcije: EMF indukcije u zatvorenom krugu izravno je proporcionalan brzini promjene magnetskog toka kroz površinu omeđenu tim krugom i jednak je brzini promjene tog toka, a podložan je Lenzovom pravilu. Pri promjeni EMF-a u zavojnici koja se sastoji od n identične zavoje, ukupna emf u n puta više EMF-a u jednom jedinom svitku. Za jednoliko magnetsko polje, na temelju definicije magnetskog toka, slijedi da je indukcija 1 tesla ako je tok kroz krug od 1 kvadratnog metra 1 weber. Pojava električne struje u nepomičnom vodiču ne objašnjava se magnetskom interakcijom jer Magnetsko polje djeluje samo na pokretne naboje. Električno polje koje nastaje pri promjeni magnetskog polja naziva se vrtložno električno polje. Rad sila vrtložnog polja na gibanje naboja je EMF indukcije. Vrtložno polje nije povezano s nabojima i zatvorena je linija. Rad sila ovog polja duž zatvorene konture može biti različit od nule. Pojava elektromagnetske indukcije također se javlja kada izvor magnetskog toka miruje, a vodič se kreće. U ovom slučaju, uzrok indukcije EMF, jednak , je Lorentzova sila.

50. Fenomen samoindukcije. Induktivitet. Energija magnetskog polja.

Električna struja koja prolazi kroz vodič stvara magnetsko polje oko njega. magnetski tok F kroz konturu proporcionalan je vektoru magnetske indukcije NA, a indukcija pak jakost struje u vodiču. Stoga za magnetski tok možemo napisati . Koeficijent proporcionalnosti naziva se induktivitet i ovisi o svojstvima vodiča, njegovim dimenzijama i okolini u kojoj se nalazi. Jedinica za induktivitet je henri, induktivitet je 1 henri, ako je pri jakosti struje od 1 ampera magnetski tok 1 weber. Kad se jakost struje u zavojnici promijeni, mijenja se i magnetski tok koji stvara ta struja. Promjena magnetskog toka uzrokuje pojavu EMF indukcije u zavojnici. Pojava indukcije EMF-a u zavojnici kao rezultat promjene jakosti struje u ovom krugu naziva se samoindukcija. U skladu s Lenzovim pravilom, EMF samoindukcije sprječava povećanje kada je krug uključen i smanjenje kada je krug isključen. EMF samoindukcije koji nastaje u zavojnici s induktivitetom L, prema zakonu elektromagnetske indukcije jednako je . Pretpostavimo da kada se mreža odvoji od izvora, struja opada prema linearnom zakonu. Tada EMF samoindukcije ima konstantnu vrijednost jednaku . Tijekom t u linearnom smanjenju u krugu, naboj će proći. U tom slučaju rad električne struje jednak je . Ovaj rad se radi za svjetlo energije W m magnetsko polje zavojnice.

51. Harmonijske vibracije. Amplituda, period, frekvencija i faza oscilacija.

Mehaničke vibracije su kretanja tijela koja se ponavljaju točno ili približno isto u pravilnim vremenskim razmacima. Sile koje djeluju između tijela unutar razmatranog sustava tijela nazivamo unutarnjim silama. Sile koje na tijela sustava djeluju od strane drugih tijela nazivamo vanjskim silama. Slobodne oscilacije nazivaju se oscilacije koje su nastale pod utjecajem unutarnjih sila, na primjer, njihalo na niti. Oscilacije pod djelovanjem vanjskih sila su prisilne oscilacije, npr. klipa u motoru. Zajednička značajka svih vrsta oscilacija je ponovljivost procesa gibanja nakon određenog vremenskog intervala. Oscilacije opisane jednadžbom nazivamo harmoničkim. . Konkretno, harmonijske su vibracije koje se javljaju u sustavu s jednom povratnom silom proporcionalnom deformaciji. Minimalni interval kroz koji se ponavlja gibanje tijela naziva se periodom titranja. T. Fizička veličina koja je recipročna vrijednost perioda titranja i karakterizira broj titraja u jedinici vremena naziva se frekvencija. Frekvencija se mjeri u hercima, 1 Hz = 1 s -1. Također se koristi koncept cikličke frekvencije, koji određuje broj oscilacija u 2p sekundi. Modul najvećeg pomaka od ravnotežnog položaja naziva se amplituda. Vrijednost ispod predznaka kosinusa je faza oscilacija, j 0 je početna faza oscilacija. Izvodnice se također harmonijski mijenjaju, i , a ukupna mehanička energija s proizvoljnim odstupanjem x(kut, koordinata itd.) je , gdje ALI i NA su konstante određene parametrima sustava. Razlikujući ovaj izraz i uzimajući u obzir odsutnost vanjskih sila, moguće je napisati što , odakle .

52. Matematičko njihalo. Vibracija tereta na opruzi. Period titranja matematičkog njihala i utega na opruzi.

Tijelo male veličine, obješeno na neistegljivu nit, čija je masa zanemariva u odnosu na masu tijela, naziva se matematičko njihalo. Okomiti položaj je položaj ravnoteže, u kojem je sila teže uravnotežena silom elastičnosti. Pri malim odstupanjima njihala od položaja ravnoteže nastaje rezultantna sila, usmjerena prema položaju ravnoteže, a njezino je titranje harmonično. Razdoblje harmonijske vibracije matematičkog njihala s malim kutom njihanja jednaka je . Da bismo izveli ovu formulu, zapisujemo drugi Newtonov zakon za njihalo. Na njihalo djeluje sila teže i napetost niti. Njihova rezultanta pri malom kutu otklona je . Posljedično, , gdje .

Kod harmonijskih vibracija tijela obješenog na oprugu, elastična sila je jednaka prema Hookeovom zakonu. Prema drugom Newtonovom zakonu.

53. Pretvorba energije tijekom harmonijskih titraja. Prisilne vibracije. Rezonancija.

Kada matematičko njihalo odstupi od ravnotežnog položaja, njegova potencijalna energija raste, jer povećava se udaljenost do zemlje. Pri pomicanju u ravnotežni položaj povećava se brzina njihala, a povećava se i kinetička energija, zbog smanjenja rezerve potencijala. U ravnotežnom položaju kinetička energija je maksimalna, a potencijalna minimalna. U položaju najvećeg odstupanja - obrnuto. Kod opruge - isto, ali se ne uzima potencijalna energija u gravitacijskom polju Zemlje, nego se uzima potencijalna energija opruge. Slobodne vibracije uvijek ispadaju prigušeni, tj. s opadajućom amplitudom, jer energija se troši na interakciju s okolnim tijelima. Gubitak energije u ovom slučaju jednak je radu vanjskih sila za isto vrijeme. Amplituda ovisi o frekvenciji promjene sile. Svoju najveću amplitudu postiže pri frekvenciji oscilacija vanjske sile koja se poklapa s vlastitom frekvencijom oscilacija sustava. Pojava porasta amplitude prisilnih oscilacija u opisanim uvjetima naziva se rezonancija. Budući da pri rezonanciji vanjska sila čini maksimum pozitivan rad, tada se uvjet rezonancije može definirati kao uvjet za maksimalni prijenos energije u sustav.

54. Širenje vibracija u elastičnim medijima. Transverzalni i longitudinalni valovi. Valna duljina. Odnos valne duljine i brzine njezina širenja. Zvučni valovi. Brzina zvuka. Ultrazvuk

Pobuda oscilacija na jednom mjestu medija uzrokuje prisilne oscilacije susjednih čestica. Proces širenja titraja u prostoru naziva se val. Valovi kod kojih se titraji javljaju okomito na smjer širenja nazivaju se transverzalnim valovima. Valovi kod kojih se vibracije javljaju duž smjera širenja valova nazivaju se longitudinalnim valovima. Uzdužni valovi mogu se pojaviti u svim medijima, poprečni - u čvrste tvari pod djelovanjem elastičnih sila pri deformaciji ili sila površinske napetosti i gravitacije. Brzina širenja oscilacija v u prostoru naziva se brzinom vala. Udaljenost l između točaka najbližih jedna drugoj, koje osciliraju u istim fazama, naziva se valnom duljinom. Ovisnost valne duljine o brzini i periodu izražava se kao , ili . Kada valovi nastanu, njihova je frekvencija određena frekvencijom titranja izvora, a brzina je određena medijem kojim se šire, pa valovi iste frekvencije mogu imati različite sredine različite duljine. Procesi kompresije i razrjeđivanja u zraku se šire u svim smjerovima i nazivaju se zvučni valovi. Zvučni valovi su longitudinalni. Brzina zvuka, kao i brzina svakog vala, ovisi o mediju. U zraku je brzina zvuka 331 m/s, u vodi - 1500 m/s, u čeliku - 6000 m/s. Zvučni tlak je dodatni tlak u plinu ili tekućini uzrokovan zvučnim valom. Intenzitet zvuka mjeri se energijom koju zvučni valovi po jedinici vremena nose kroz jedinicu površine odsječka okomitog na smjer širenja valova, a mjeri se u vatima po kvadratnom metru. Intenzitet zvuka određuje njegovu glasnoću. Visina zvuka određena je frekvencijom vibracija. Ultrazvuk i infrazvuk nazivaju se zvučne vibracije koje leže izvan granica sluha s frekvencijama od 20 kiloherca odnosno 20 herca.

55. Slobodne elektromagnetske oscilacije u krugu. Pretvorba energije u oscilatornom krugu. Vlastita frekvencija oscilacija u krugu.

Električni oscilatorni krug je sustav koji se sastoji od kondenzatora i zavojnice povezanih u zatvoreni krug. Kada se zavojnica spoji na kondenzator, u zavojnici se stvara struja i energija električnog polja se pretvara u energiju magnetskog polja. Kondenzator se ne prazni trenutno, jer. to sprječava EMF samoindukcije u zavojnici. Kada se kondenzator potpuno isprazni, EMF samoindukcije spriječit će smanjenje struje, a energija magnetskog polja pretvorit će se u električnu energiju. Struja koja u ovom slučaju nastaje napunit će kondenzator, a znak naboja na pločama bit će suprotan izvorniku. Nakon toga, proces se ponavlja sve dok se sva energija ne potroši na zagrijavanje elemenata kruga. Tako se energija magnetskog polja u oscilatornom krugu pretvara u električnu energiju i obrnuto. Za ukupnu energiju sustava moguće je napisati relacije: , odakle za proizvoljni trenutak vremena . Kao što je poznato, za kompletan lanac . Pod pretpostavkom da u idealnom slučaju R"0, konačno dobivamo , ili . Rješenje za ovo diferencijalna jednadžba je funkcija , gdje . Vrijednost w naziva se vlastita kružna (ciklička) frekvencija oscilacija u krugu.

56. Prisilne električne oscilacije. Izmjenična električna struja. Alternator. AC napajanje.

Izmjenična struja u električnim krugovima rezultat je pobude prisilnog elektromagnetske oscilacije. Neka ravna zavojnica ima površinu S i vektor indukcije B zaklapa kut j s okomicom na ravninu zavojnice. magnetski tok F kroz područje zavojnice u ovom slučaju određeno je izrazom . Kada se zavojnica okreće frekvencijom n, kut j se mijenja prema zakonu ., tada će izraz za protok dobiti oblik. Promjene magnetskog toka stvaraju indukcijsku emf jednaku minus brzini promjene toka. Stoga će se promjena EMF indukcije odvijati prema harmonijskom zakonu. Napon uzet iz izlaza generatora proporcionalan je broju zavoja namota. Kad se napon mijenja po harmonijskom zakonu jakost polja u vodiču varira po istom zakonu. Pod djelovanjem polja nastaje nešto čija se frekvencija i faza podudaraju s frekvencijom i fazom oscilacija napona. Strujne fluktuacije u krugu su prisilne, nastaju pod utjecajem primijenjenog izmjeničnog napona. Ako se faze struje i napona podudaraju, snaga izmjenične struje jednaka je ili . Srednja vrijednost kvadrata kosinusa tijekom perioda je 0,5, dakle . Efektivna vrijednost jakosti struje je jakost istosmjerne struje, koja u vodiču oslobađa istu količinu topline kao i izmjenična struja. Na amplitudi Imax harmonijske oscilacije struje, efektivni napon je jednak. Trenutna vrijednost napona također je nekoliko puta manja od njegove amplitudne vrijednosti.Prosječna strujna snaga kada se faze titranja podudaraju određena je preko efektivnog napona i jakosti struje.

5 7. Aktivni, induktivni i kapacitivni otpor.

aktivni otpor R naziva se fizikalna veličina jednaka omjeru snage i kvadrata struje, koja se dobiva iz izraza za snagu. Na niskim frekvencijama praktički ne ovisi o frekvenciji i podudara se s električnim otporom vodiča.

Neka je svitak spojen na krug izmjenične struje. Zatim, kada se jakost struje mijenja prema zakonu, u zavojnici se pojavljuje EMF samoindukcije. Jer električni otpor zavojnice je nula, tada je EMF jednak minus napon na krajevima zavojnice, stvoren vanjskim generatorom (??? Koji drugi generator???). Dakle, promjena struje uzrokuje promjenu napona, ali uz fazni pomak . Umnožak je amplituda fluktuacija napona, tj. . Omjer amplitude fluktuacija napona na zavojnici i amplitude fluktuacija struje naziva se induktivna reaktancija .

Neka se u krugu nalazi kondenzator. Kada je uključen, puni se četvrtinu razdoblja, zatim se isprazni isto toliko, zatim isto, ali s promjenom polariteta. Kada se napon na kondenzatoru mijenja po harmonijskom zakonu naboj na njegovim pločama jednak je . Struja u krugu nastaje pri promjeni naboja: , slično kao kod zavojnice, amplituda strujnih oscilacija jednaka je . Vrijednost jednaka omjeru amplitude i jakosti struje naziva se kapacitivnost .

58. Ohmov zakon za izmjeničnu struju.

Razmotrimo krug koji se sastoji od otpornika, zavojnice i kondenzatora povezanih u seriju. U bilo kojem trenutku, primijenjeni napon jednak je zbroju napona na svakom elementu. Trenutne fluktuacije u svim elementima događaju se prema zakonu. Fluktuacije napona na otporniku su u fazi s fluktuacijama struje, fluktuacije napona na kondenzatoru zaostaju za fluktuacijama struje u fazi, fluktuacije napona na zavojnici predvode fluktuacije struje u fazi za (zašto zaostaju?). Stoga se uvjet jednakosti zbroja naprezanja ukupnom može napisati kao. Pomoću vektorskog dijagrama možete vidjeti da je amplituda napona u krugu , ili , tj. . Označava se impedancija strujnog kruga . Iz dijagrama je vidljivo da i napon fluktuira po harmonijskom zakonu . Početna faza j može se pronaći pomoću formule . Trenutna snaga u krugu izmjenične struje jednaka je. Budući da je prosječna vrijednost kvadrata kosinusa tijekom razdoblja 0,5, . Ako u strujnom krugu postoji zavojnica i kondenzator, tada prema Ohmovom zakonu za izmjeničnu struju. Vrijednost se naziva faktor snage.

59. Rezonancija u električnom krugu.

Kapacitivni i induktivni otpori ovise o frekvenciji primijenjenog napona. Stoga pri konstantnoj amplitudi napona amplituda jakosti struje ovisi o frekvenciji. Pri takvoj vrijednosti frekvencije pri kojoj , zbroj napona na zavojnici i kondenzatoru postaje nula, jer titraji su im suprotni po fazi. Kao rezultat toga, napon na aktivnom otporu pri rezonanciji ispada jednak punom naponu, a jakost struje doseže svoju maksimalnu vrijednost. Izražavamo induktivni i kapacitivni otpor pri rezonanciji: , Posljedično . Ovaj izraz pokazuje da pri rezonanciji amplituda fluktuacija napona na zavojnici i kondenzatoru može premašiti amplitudu primijenjenih fluktuacija napona.

60. Transformator.

Transformator se sastoji od dva svitka s različitim brojem zavoja. Kada se na jedan od svitaka primijeni napon, u njemu se stvara struja. Ako se napon mijenja po harmonijskom zakonu, tada će se i struja mijenjati po istom zakonu. Magnetski tok koji prolazi kroz zavojnicu je . Kada se magnetski tok mijenja u svakom zavoju prve zavojnice, javlja se emf samoindukcije. Umnožak je amplituda EMF u jednom zavoju, ukupni EMF u primarnoj zavojnici. Sekundarnu zavojnicu probija isti magnetski tok, dakle. Jer onda su magnetski tokovi isti. Aktivni otpor namota je mali u usporedbi s induktivnom reaktancijom, pa je napon približno jednak EMF-u. Odavde. Koeficijent Do koji se naziva koeficijent transformacije. Zbog toga su toplinski gubici žica i žila mali F1" F 2. Magnetski tok proporcionalan je struji u namotu i broju zavoja. Dakle, tj. . Oni. transformator povećava napon u Do puta, smanjujući struju za isti iznos. Trenutna snaga u oba kruga, zanemarujući gubitke, je ista.

61. Elektromagnetski valovi. Brzina njihovog širenja. Svojstva Elektromagnetski valovi.

Svaka promjena magnetskog toka u krugu uzrokuje pojavu indukcijske struje u njemu. Njegov izgled objašnjava se pojavom vrtložnog električnog polja s bilo kojom promjenom magnetskog polja. Vrtložno električno ognjište ima isto svojstvo kao i obično - stvarati magnetsko polje. Tako se jednom započeti proces međusobnog stvaranja magnetskog i električnog polja neprekidno nastavlja. Električni i magnetska polja, koji čine elektromagnetske valove, mogu postojati i u vakuumu, za razliku od drugih valnih procesa. Iz pokusa s interferencijom utvrđena je brzina širenja elektromagnetskih valova koja je iznosila približno . U općem slučaju, brzina elektromagnetskog vala u proizvoljnom sredstvu izračunava se po formuli . Gustoća energije električne i magnetske komponente međusobno su jednake: , gdje . Svojstva elektromagnetskih valova slična su onima drugih valnih procesa. Kada prolaze kroz sučelje između dva medija, djelomično se reflektiraju, djelomično lome. Oni se ne reflektiraju od površine dielektrika, ali se gotovo potpuno reflektiraju od metala. Elektromagnetski valovi imaju svojstva interferencije (Hertzov pokus), difrakcije (aluminijska ploča), polarizacije (mreža).

62. Načela radijskih komunikacija. Najjednostavniji radio prijemnik.

Za provedbu radiokomunikacije potrebno je osigurati mogućnost zračenja elektromagnetskih valova. Što je veći kut između ploča kondenzatora, to se EM valovi slobodnije šire u prostoru. U stvarnosti, otvoreni krug se sastoji od zavojnice i dugačke žice - antene. Jedan kraj antene je uzemljen, drugi je podignut iznad površine Zemlje. Jer Budući da je energija elektromagnetskih valova proporcionalna četvrtoj potenciji frekvencije, tada se tijekom oscilacija izmjenične struje zvučnih frekvencija EM valovi praktički ne pojavljuju. Stoga se koristi princip modulacije - frekvencija, amplituda ili faza. Najjednostavniji generator moduliranih oscilacija prikazan je na slici. Neka se frekvencija titranja kola mijenja prema zakonu. Neka se mijenja i frekvencija moduliranih zvučnih vibracija , i W<(što je to točno???)(G je recipročna vrijednost otpora). Zamjenom u ovaj izraz vrijednosti naprezanja, gdje , dobivamo . Jer kod rezonancije se odsijecaju frekvencije daleko od rezonantne frekvencije, zatim iz izraza za ja drugi, treći i peti član nestaju; .

Razmotrimo jednostavan radio prijemnik. Sastoji se od antene, oscilatornog kruga s promjenjivim kondenzatorom, detektorske diode, otpornika i telefona. Frekvencija titrajnog kruga odabrana je tako da se podudara s frekvencijom nosača, dok amplituda oscilacija na kondenzatoru postaje maksimalna. To vam omogućuje da odaberete željenu frekvenciju od svih primljenih. Iz kruga do detektora stižu modulirane visokofrekventne oscilacije. Nakon što prođe detektor, struja puni kondenzator svakih pola ciklusa, a sljedećeg pola ciklusa, kada struja ne prolazi kroz diodu, kondenzator se prazni kroz otpornik. (Jesam li dobro shvatio???).

64. Analogija između mehaničkih i električnih vibracija.

Analogije između mehaničkih i električnih vibracija izgledaju ovako:

Koordinirati
Ubrzati		Snaga struje
Ubrzanje		Trenutna stopa promjene
		Induktivitet
Krutost		Vrijednost, recipročna električni kapacitet
		napon
Viskoznost		Otpornost
Potencijalna energija deformirana opruga		Energija električnog polja kondenzator
Kinetička energija, gdje . 65. Skala elektromagnetskog zračenja. Ovisnost svojstava elektromagnetskog zračenja o frekvenciji. Korištenje elektromagnetskog zračenja. Raspon elektromagnetskih valova duljine od 10 -6 m do m su radiovalovi. Koriste se za televizijske i radio komunikacije. Duljine od 10 -6 m do 780 nm su infracrveni valovi. Vidljiva svjetlost - od 780 nm do 400 nm. Ultraljubičasto zračenje - od 400 do 10 nm. Zračenje u rasponu od 10 nm do 10 pm je rendgensko zračenje. Manje valne duljine odgovaraju gama zračenju. (Prijava???). Što je valna duljina kraća (dakle, što je veća frekvencija), to medij apsorbira manje valova. 65. Pravocrtno širenje svjetlosti. Brzina svjetlosti. Zakoni odbijanja i loma svjetlosti. Ravna linija koja označava smjer prostiranja svjetlosti naziva se svjetlosni snop. Na granici dva medija svjetlost se može djelomično reflektirati i širiti u prvom mediju u novom smjeru, a također djelomično proći kroz granicu i širiti se u drugom mediju. Upad, reflektiran i okomit na granicu dvaju medija, rekonstruiran u točki upada, leži u istoj ravnini. Kut refleksije jednak je upadnom kutu. Ovaj zakon koincidira sa zakonom refleksije valova bilo koje prirode i dokazuje se Huygensovim principom. Kada svjetlost prolazi kroz sučelje između dva medija, omjer sinusa kuta upada i sinusa kuta loma konstantna je vrijednost za ta dva medija.<рисунок>. Vrijednost n naziva se indeks loma. Indeks loma nekog medija u odnosu na vakuum naziva se apsolutni indeks loma tog medija. Promatrajući učinak refrakcije, vidi se da se pri prijelazu medija iz optički gušćeg medija u manje gusti, uz postupno povećanje upadnog kuta, može postići takav da kut loma postaje jednak . U ovom slučaju jednakost je ispunjena. Upadni kut a 0 zove se granični kut totalne refleksije. Pri kutovima većim od a 0 dolazi do totalne refleksije. 66. Objektiv, slikanje. formula leće. Leća je prozirno tijelo omeđeno dvjema sfernim plohama. Leća koja je na rubovima deblja nego u sredini naziva se konkavna, a deblja u sredini konveksna. Pravac koji prolazi kroz središta obiju sfernih površina leće naziva se glavna optička os leće. Ako je debljina leće mala, tada možemo reći da se glavna optička os siječe s lećom u jednoj točki, koja se naziva optičko središte leće. Pravac koji prolazi kroz optičko središte naziva se sekundarna optička os. Ako je zraka svjetlosti paralelna s glavnom optičkom osi usmjerena na leću, tada će se zraka skupiti u točki blizu konveksne leće F. U formuli leće, udaljenost od leće do virtualne slike smatra se negativnom. Optička jakost bikonveksne (i zapravo bilo koje) leće određena je polumjerom njezine zakrivljenosti i indeksom loma stakla i zraka . 66. Koherentnost. Interferencija svjetlosti i njezina primjena u tehnici. Difrakcija svjetlosti. Difrakcijska rešetka. U pojavama difrakcije i interferencije uočavaju se valna svojstva svjetlosti. Dvije svjetlosne frekvencije čija je fazna razlika jednaka nuli nazivamo međusobno koherentnim. Tijekom interferencije - dodavanja koherentnih valova - nastaje vremenski stabilan interferencijski uzorak maksimuma i minimuma osvjetljenja. S razlikom puta javlja se interferencijski maksimum, pri - minimum. Pojava otklona svjetlosti od pravocrtnog prostiranja pri prolasku kroz rub prepreke naziva se difrakcija svjetlosti. Ovaj fenomen se objašnjava Huygens-Fresnelovim načelom: poremećaj u bilo kojoj točki rezultat je interferencije sekundarnih valova koje emitira svaki element valne površine. Difrakcija se koristi u spektralnim instrumentima. Element ovih uređaja je difrakcijska rešetka, koja je prozirna ploča sa sustavom neprozirnih paralelnih pruga nanesenih na nju, smještenih na udaljenosti d jedni od drugih. Neka monokromatski val pada na rešetku. Kao rezultat difrakcije od svakog proreza, svjetlost se širi ne samo u izvornom smjeru, već iu svim ostalim. Ako se iza rešetke postavi leća, tada će se u žarišnoj ravnini paralelne zrake iz svih proreza skupiti u jednu traku. Paralelne zrake idu s razlikom putanje. Kada je razlika putanja jednaka cijelom broju valova, opaža se interferencijski maksimum svjetlosti. Za svaku valnu duljinu zadovoljen je uvjet maksimuma za vlastitu vrijednost kuta j, pa rešetka razlaže bijelu svjetlost na spektar. Što je duža valna duljina, to je veći kut. 67. Disperzija svjetlosti. Spektar elektromagnetskog zračenja. Spektroskopija. Spektralna analiza. Izvori zračenja i vrste spektra. Uski paralelni snop bijele svjetlosti pri prolasku kroz prizmu razlaže se na snopove svjetlosti različitih boja. Traka boja vidljiva u ovom slučaju naziva se kontinuirani spektar. Pojava ovisnosti brzine svjetlosti o valnoj duljini (frekvenciji) naziva se disperzija svjetlosti. Ovaj efekt se objašnjava činjenicom da se bijela svjetlost sastoji od EM valova različitih valnih duljina, o čemu ovisi indeks loma. Ima najveću vrijednost za najkraći val - ljubičastu, najmanju - za crvenu. U vakuumu je brzina svjetlosti jednaka bez obzira na njezinu frekvenciju. Ako je izvor spektra razrijeđeni plin, tada spektar ima oblik uskih linija na crnoj podlozi. Komprimirani plinovi, tekućine i čvrste tvari emitiraju kontinuirani spektar, gdje se boje neprimjetno stapaju jedna u drugu. Priroda izgleda spektra objašnjava se činjenicom da svaki element ima svoj specifičan skup emitiranog spektra. Ovo svojstvo omogućuje korištenje spektralne analize za određivanje kemijskog sastava tvari. Spektroskop je uređaj koji se koristi za proučavanje spektralnog sastava svjetlosti koju emitira određeni izvor. Razgradnja se provodi pomoću difrakcijske rešetke (bolje) ili prizme; za proučavanje ultraljubičastog područja koristi se kvarcna optika. 68. Fotoelektrični efekt i njegovi zakoni. kvanti svjetlosti. Einsteinova jednadžba za fotoelektrični efekt. Primjena fotoelektričnog efekta u tehnici. Pojava izvlačenja elektrona iz čvrstih i tekućih tijela pod utjecajem svjetlosti naziva se vanjski fotoelektrični efekt, a tako izvučeni elektroni nazivaju se fotoelektroni. Eksperimentalno su utvrđene zakonitosti fotoelektričnog efekta - najveća brzina fotoelektrona određena je frekvencijom svjetlosti i ne ovisi o njezinom intenzitetu, za svaku tvar postoji svoj crveni rub fotoelektričnog efekta, tj. takva frekvencija n min pri kojoj je fotoelektrični efekt još moguć, broj fotoelektrona koji se iščupaju u sekundi izravno je proporcionalan intenzitetu svjetlosti. Također je utvrđena inercija fotoelektričnog efekta - on se javlja odmah nakon početka osvjetljenja, pod uvjetom da je prekoračena crvena granica. Objašnjenje fotoelektričnog efekta moguće je uz pomoć kvantne teorije, koja tvrdi diskretnost energije. Elektromagnetski val, prema ovoj teoriji, sastoji se od zasebnih dijelova - kvanta (fotona). Kad apsorbira kvant energije, fotoelektron dobiva kinetičku energiju, koja se može pronaći iz Einsteinove jednadžbe za fotoelektrični učinak , gdje je A 0 izlazni rad, parametar tvari. Broj fotoelektrona koji napuštaju metalnu površinu proporcionalan je broju elektrona, koji pak ovisi o osvjetljenosti (jačini svjetlosti). 69. Rutherfordovi pokusi o raspršenju alfa čestica. Nuklearni model atoma. Bohrovi kvantni postulati. Prvi model strukture atoma pripada Thomsonu. Predložio je da je atom pozitivno nabijena kugla unutar koje se nalaze mrlje negativno nabijenih elektrona. Rutherford je proveo eksperiment taloženja brzih alfa čestica na metalnu ploču. Pritom je uočeno da neki od njih malo odstupaju od pravocrtnog prostiranja, a neki za kutove veće od 2 0 . To se objašnjava činjenicom da pozitivni naboj u atomu nije sadržan jednoliko, već u određenom volumenu, mnogo manjem od veličine atoma. Taj središnji dio nazvan je jezgrom atoma, gdje je koncentriran pozitivni naboj i gotovo sva masa. Polumjer atomske jezgre ima dimenzije reda veličine 10 -15 m. Rutherford je također predložio tzv. planetarni model atoma, prema kojem se elektroni okreću oko atoma poput planeta oko sunca. Polumjer najudaljenije orbite = polumjer atoma. Ali ovaj je model proturječio elektrodinamici, jer ubrzano gibanje (uključujući elektrone u krugu) popraćeno je emisijom EM valova. Posljedično, elektron postupno gubi svoju energiju i mora pasti na jezgru. U stvarnosti se ne događa niti emisija niti pad elektrona. Objašnjenje za to dao je N. Bohr, iznoseći dva postulata - atomski sustav može biti samo u određenim određenim stanjima u kojima nema emisije svjetlosti, iako je kretanje ubrzano, a pri prijelazu iz jednog stanja u drugo, ili apsorpcija ili se emisija kvanta odvija prema zakonu gdje je Planckova konstanta. Iz relacije se određuju različita moguća stacionarna stanja , gdje n je cijeli broj. Za kružno gibanje elektrona u atomu vodika vrijedi izraz, Coulombova sila međudjelovanja s jezgrom. Odavde. Oni. s obzirom na Bohrov postulat o kvantizaciji energije, kretanje je moguće samo duž stacionarnih kružnih orbita, čiji su polumjeri definirani kao . Sva stanja, osim jednog, uvjetno su stacionarna, a samo u jednom - osnovnom stanju, u kojem elektron ima minimalnu rezervu energije - atom može ostati proizvoljno dugo, a preostala stanja nazivaju se pobuđena. 70. Emisija i apsorpcija svjetlosti atoma. Laser. Atomi mogu spontano emitirati kvante svjetlosti, dok ona prolazi nekoherentno (jer svaki atom emitira neovisno o drugima) i naziva se spontanom. Prijelaz elektrona s gornje razine na donju može se dogoditi pod utjecajem vanjskog elektromagnetskog polja s frekvencijom jednakom frekvenciji prijelaza. Takvo zračenje nazivamo stimuliranim (induciranim). Oni. kao rezultat međudjelovanja pobuđenog atoma s fotonom odgovarajuće frekvencije velika je vjerojatnost pojave dva identična fotona istog smjera i frekvencije. Značajka stimulirane emisije je da je monokromatska i koherentna. Ovo svojstvo je osnova za rad lasera (optičkih kvantnih generatora). Da bi tvar pojačala svjetlost koja prolazi kroz nju, potrebno je da više od polovice njenih elektrona bude u pobuđenom stanju. Takvo stanje se naziva stanje s inverznom razinom naseljenosti. U tom će se slučaju apsorpcija fotona događati rjeđe nego emisija. Za rad lasera na rubinskoj šipki, tzv. pumpna lampa, čije je značenje stvaranje inverzne populacije. U tom slučaju, ako jedan atom prijeđe iz metastabilnog stanja u osnovno stanje, tada će se dogoditi lančana reakcija emisije fotona. Odgovarajućim (paraboličnim) oblikom reflektirajućeg zrcala moguće je stvoriti zraku u jednom smjeru. Potpuno osvjetljenje svih pobuđenih atoma događa se za 10 -10 s, pa snaga lasera doseže milijarde vata. Postoje i laseri na plinske svjetiljke čija je prednost kontinuitet zračenja. 70. Sastav jezgre atoma. Izotopi. Energija vezanja atomskih jezgri. Nuklearne reakcije. Električni naboj atomske jezgre q jednak je umnošku elementarnog električnog naboja e na serijski broj Z kemijski element u periodnom sustavu. Atomi koji imaju istu strukturu imaju istu elektronsku ljusku i kemijski se ne razlikuju. Nuklearna fizika koristi vlastite mjerne jedinice. 1 fermi - 1 femtometar, . 1 jedinica atomske mase je 1/12 mase ugljikovog atoma. . Atomi s istim nuklearnim nabojem, ali različitim masama nazivaju se izotopi. Izotopi se razlikuju po svojim spektrima. Jezgra atoma sastoji se od protona i neutrona. Broj protona u jezgri jednak je broju naboja Z, broj neutrona je masa minus broj protona A–Z=N. Pozitivni naboj protona brojčano je jednak naboju elektrona, masa protona je 1,007 amu. Neutron nema naboj i ima masu od 1,009 amu. (neutron je teži od protona za više od dvije mase elektrona). Neutroni su stabilni samo u sastavu atomskih jezgri, u slobodnom stanju žive ~15 minuta i raspadaju se na proton, elektron i antineutrino. Sila gravitacijskog privlačenja između nukleona u jezgri premašuje elektrostatsku silu odbijanja za 10 36 puta. Stabilnost jezgri objašnjava se prisustvom posebnih nuklearnih sila. Na udaljenosti od 1 fm od protona nuklearne sile su 35 puta veće od Coulombovih, ali vrlo brzo opadaju, a na udaljenosti od oko 1,5 fm mogu se zanemariti. Nuklearne sile ne ovise o tome ima li čestica naboj. Precizna mjerenja masa atomskih jezgri pokazala su postojanje razlike između mase jezgre i algebarskog zbroja masa njezinih sastavnih nukleona. Potrebna je energija da se atomska jezgra razdvoji na sastavne dijelove. Količina se naziva defekt mase. Minimalna energija koja se mora potrošiti na podjelu jezgre na sastavne nukleone naziva se energija vezanja jezgre, utrošena na obavljanje rada protiv nuklearnih sila privlačenja. Omjer energije vezanja i masenog broja naziva se specifična energija vezanja. Nuklearna reakcija je transformacija izvorne atomske jezgre, u interakciji s bilo kojom česticom, u drugu, različitu od izvorne. Kao rezultat nuklearne reakcije mogu se emitirati čestice ili gama zrake. Postoje dvije vrste nuklearnih reakcija - za provedbu jednih potrebno je utrošiti energiju, za druge se energija oslobađa. Oslobođena energija naziva se rezultat nuklearne reakcije. U nuklearnim reakcijama svi zakoni očuvanja su zadovoljeni. Zakon o održanju kutne količine gibanja ima oblik zakona o održanju spina. 71. Radioaktivnost. Vrste radioaktivnog zračenja i njihova svojstva. Jezgre imaju sposobnost spontanog raspada. U ovom slučaju stabilne su samo one jezgre koje imaju minimalnu energiju u odnosu na one u koje se jezgre mogu spontano pretvoriti. Jezgre, u kojima ima više protona nego neutrona, nestabilne su, jer raste Coulombova odbojna sila. Jezgre s više neutrona su također nestabilne, jer masa neutrona veća je od mase protona, a povećanje mase dovodi do povećanja energije. Jezgre se mogu osloboditi viška energije ili fisijom na stabilnije dijelove (alfa raspad i fisija), ili promjenom naboja (beta raspad). Alfa raspad je spontana fisija atomske jezgre na alfa česticu i produkt jezgre. Svi elementi teži od urana prolaze kroz alfa raspad. Sposobnost alfa čestice da nadvlada privlačnost jezgre određena je efektom tunela (Schrödingerova jednadžba). Tijekom alfa raspada ne pretvara se sva energija jezgre u kinetičku energiju gibanja produkta jezgre i alfa čestice. Dio energije može otići na ekscitaciju atoma produkta jezgre. Dakle, neko vrijeme nakon raspada, jezgra produkta emitira nekoliko gama kvanta i vraća se u svoje normalno stanje. Postoji i druga vrsta raspada - spontana nuklearna fisija. Najlakši element sposoban za takav raspad je uran. Propadanje se događa po zakonu, gdje T je vrijeme poluraspada, konstanta za dati izotop. Beta raspad je spontana transformacija atomske jezgre, pri čemu se njezin naboj povećava za jedinicu zbog emisije elektrona. Ali masa neutrona premašuje zbroj masa protona i elektrona. To je zbog oslobađanja druge čestice - elektronskog antineutrina . Ne samo da se neutron može raspasti. Slobodni proton je stabilan, ali kada je izložen česticama, može se raspasti u neutron, pozitron i neutrino. Ako je energija nove jezgre manja, tada dolazi do beta raspada pozitrona. . Kao i alfa raspad, beta raspad također može biti praćen gama zračenjem. 72. Metode registracije ionizirajućeg zračenja. Metoda fotoemulzije je pričvršćivanje uzorka na fotografsku ploču, a nakon razvijanja moguće je odrediti količinu i raspodjelu pojedine radioaktivne tvari u uzorku prema debljini i duljini traga čestica na njemu. Scintilacijski brojač je uređaj u kojem se može promatrati transformacija kinetičke energije brze čestice u energiju svjetlosnog bljeska, koja zauzvrat inicira fotoelektrični efekt (puls električne struje), koji se pojačava i bilježi. . Oblačna komora je staklena komora ispunjena zrakom i prezasićenim alkoholnim parama. Kada se čestica kreće kroz komoru, ona ionizira molekule oko kojih odmah počinje kondenzacija. Lanac kapljica koji nastaje kao rezultat čini trag čestica. Komora s mjehurićima radi na istim principima, ali registrator je tekućina blizu vrelišta. Plinski brojač (Geigerov brojač) - cilindar ispunjen razrijeđenim plinom i rastegnutom niti iz vodiča. Čestica uzrokuje ionizaciju plina, ioni pod djelovanjem električnog polja divergiraju do katode i anode, ionizirajući usput ostale atome. Dolazi do koronskog pražnjenja čiji se impuls bilježi. 73. Lančana reakcija fisije jezgri urana. Tridesetih godina prošlog stoljeća eksperimentalno je utvrđeno da pri ozračivanju urana neutronima nastaju jezgre lantana koje ne mogu nastati kao rezultat alfa ili beta raspada. Jezgra urana-238 sastoji se od 82 protona i 146 neutrona. Kod fisije točno na pola trebao bi nastati prazeodimij, ali u stabilnoj jezgri prazeodimija ima 9 neutrona manje. Stoga pri fisiji urana nastaju druge jezgre i višak slobodnih neutrona. Godine 1939. izvedena je prva umjetna fisija jezgre urana. Pri tome se oslobađaju 2-3 slobodna neutrona i 200 MeV energije, a oko 165 MeV oslobađa se u obliku kinetičke energije jezgri fragmenata ili ili . Pod povoljnim uvjetima, oslobođeni neutroni mogu uzrokovati fisiju drugih jezgri urana. Faktor množenja neutrona karakterizira kako će se reakcija odvijati. Ako je više od jednog. tada sa svakom fisijom raste broj neutrona, uran se zagrijava na temperaturu od nekoliko milijuna stupnjeva i dolazi do nuklearne eksplozije. Kada je koeficijent dijeljenja manji od jedan, reakcija se raspada, a kada je jednak jedinici, održava se na konstantnoj razini, što se koristi u nuklearnim reaktorima. Od prirodnih izotopa urana samo je jezgra sposobna za fisiju, a najčešći izotop apsorbira neutron i pretvara se u plutonij prema shemi. Plutonij-239 po svojstvima je sličan uranu-235. 74. Nuklearni reaktor. termonuklearna reakcija. Postoje dvije vrste nuklearnih reaktora - spori i brzi neutroni. Većina neutrona koji se oslobađaju tijekom fisije imaju energiju reda veličine 1-2 MeV i brzine od oko 10 7 m/s. Takvi se neutroni nazivaju brzim, a jednako ih učinkovito apsorbiraju i uran-235 i uran-238, i od tada. postoji više teškog izotopa, ali se ne dijeli, tada se lančana reakcija ne razvija. Neutroni koji se kreću brzinom od oko 2×10 3 m/s nazivaju se toplinski neutroni. Uran-235 takve neutrone apsorbira aktivnije od brzih neutrona. Dakle, da bi se izvela kontrolirana nuklearna reakcija, potrebno je usporiti neutrone na toplinske brzine. Najčešći moderatori u reaktorima su grafit, obična i teška voda. Apsorberi i reflektori koriste se za održavanje faktora podjele na jedinici. Apsorberi su šipke od kadmija i bora, hvataju toplinske neutrone, reflektor - berilij. Ako se kao gorivo koristi uran obogaćen izotopom mase 235, tada reaktor može raditi bez moderatora na brzim neutronima. U takvom reaktoru većinu neutrona apsorbira uran-238, koji kroz dva beta raspada postaje plutonij-239, koji je također nuklearno gorivo i početni materijal za nuklearno oružje. Dakle, brzi neutronski reaktor nije samo elektrana, već i izvor goriva za reaktor. Nedostatak je potreba obogaćivanja urana lakim izotopom. Energija se u nuklearnim reakcijama oslobađa ne samo zbog fisije teških jezgri, već i zbog spajanja lakih jezgri. Za spajanje jezgri potrebno je svladati Coulombovu odbojnu silu, što je moguće pri temperaturi plazme od oko 10 7 -10 8 K. Primjer termonuklearne reakcije je sinteza helija iz deuterija i tricija odn. . Sinteza 1 grama helija oslobađa energiju koja je jednaka izgaranju 10 tona dizelskog goriva. Kontrolirana termonuklearna reakcija moguća je zagrijavanjem na odgovarajuću temperaturu propuštanjem električne struje ili korištenjem lasera. 75. Biološki učinak ionizirajućeg zračenja. Zaštita od zračenja. Upotreba radioaktivnih izotopa. Mjera utjecaja bilo koje vrste zračenja na tvar je apsorbirana doza zračenja. Jedinica doze je gray, što je jednako dozi kojom se 1 džul energije prenese na ozračenu tvar mase 1 kg. Jer fizički učinak bilo kojeg zračenja na tvar povezan je ne toliko s zagrijavanjem koliko s ionizacijom, tada je uvedena jedinica doze izloženosti, koja karakterizira ionizacijski učinak zračenja na zrak. Nesistemska jedinica doze izloženosti je rendgen, jednak 2,58×10 -4 C/kg. Pri dozi ekspozicije od 1 rentgena, 1 cm3 zraka sadrži 2 milijarde parova iona. Uz istu apsorbiranu dozu učinak različitih vrsta zračenja nije isti. Što je čestica teža, to je njen učinak jači (međutim, ona je teža i lakše ju je zadržati). Razliku u biološkom učinku zračenja karakterizira biološki koeficijent učinkovitosti jednak jedinici za gama zrake, 3 za toplinske neutrone, 10 za neutrone s energijom od 0,5 MeV. Doza pomnožena s koeficijentom karakterizira biološki učinak doze i naziva se ekvivalentna doza, mjerena u sivertima. Glavni mehanizam djelovanja na tijelo je ionizacija. Ioni stupaju u kemijsku reakciju sa stanicom i remete njezinu aktivnost, što dovodi do stanične smrti ili mutacije. Prirodna pozadinska izloženost je prosječno 2 mSv godišnje, za gradove dodatno +1 mSv godišnje. 76. Apsolutnost brzine svjetlosti. Elementi servisne stanice. Relativistička dinamika. Empirijski je utvrđeno da brzina svjetlosti ne ovisi o tome u kojem se referentnom okviru promatrač nalazi. Također je nemoguće bilo koju elementarnu česticu, poput elektrona, ubrzati do brzine jednake brzini svjetlosti. Proturječje između te činjenice i Galileovog načela relativnosti razriješio je A. Einstein. Osnovu njegove [specijalne] teorije relativnosti činila su dva postulata: svi fizikalni procesi odvijaju se na isti način u različitim inercijskim referentnim okvirima, brzina svjetlosti u vakuumu ne ovisi o brzini izvora svjetlosti i posmatrač. Pojave koje opisuje teorija relativnosti nazivaju se relativističkim. U teoriji relativnosti uvode se dvije klase čestica - one koje se kreću brzinama manjim od S, a kojima se može pridružiti referentni sustav, te one koje se gibaju brzinama jednakima S, s kojim se referentni sustavi ne mogu povezati. Množenjem ove nejednakosti () s , dobivamo . Ovaj izraz je relativistički zakon zbrajanja brzina, koji se podudara s Newtonovim pri v<. Za bilo koje relativne brzine inercijalnih referentnih okvira V Vlastito vrijeme, tj. onaj koji djeluje u referentnom okviru pridruženom čestici je nepromjenjiv, tj. ne ovisi o izboru inercijalnog referentnog okvira. Načelo relativnosti modificira ovu izjavu, govoreći da u svakom inercijalnom referentnom okviru vrijeme teče na isti način, ali ne postoji jedinstveno, apsolutno vrijeme za sve. Koordinatno vrijeme je zakonom povezano s vlastitim vremenom . Kvadriranjem ovog izraza dobivamo . vrijednost s naziva interval. Posljedica relativističkog zakona zbrajanja brzina je Dopplerov efekt koji karakterizira promjenu frekvencije titranja ovisno o brzinama izvora vala i promatrača. Kada se promatrač pomakne pod kutom Q prema izvoru, frekvencija se mijenja prema zakonu . Kada se udaljava od izvora, spektar se pomiče prema nižim frekvencijama koje odgovaraju većoj valnoj duljini, tj. na crveno, kada se približava - na ljubičasto. Moment se također mijenja pri brzinama blizu S:. 77. Elementarne čestice. U početku su elementarne čestice uključivale proton, neutron i elektron, kasnije - foton. Kada je otkriven raspad neutrona, elementarnim česticama dodani su mioni i pioni. Njihova masa se kretala od 200 do 300 masa elektrona. Unatoč tome što se neutron raspada na tok, elektron i neutrino, te čestice ne postoje unutar njega, te se on smatra elementarnom česticom. Većina elementarnih čestica je nestabilna i ima vrijeme poluraspada reda veličine 10 -6 -10 -16 s. U Diracovoj relativističkoj teoriji gibanja elektrona u atomu, slijedilo je da elektron može imati dvojnika sa suprotnim nabojem. Ova čestica, koja se nalazi u kozmičkom zračenju, naziva se pozitron. Naknadno je dokazano da sve čestice imaju svoje antičestice, koje se razlikuju po spinu i (ako ga ima) naboju. Postoje i istinski neutralne čestice koje se potpuno podudaraju sa svojim antičesticama (pi-nul-mezon i eta-nul-mezon). Fenomen anihilacije je međusobno uništenje dviju antičestica uz oslobađanje energije, npr. . Prema zakonu održanja energije, oslobođena energija proporcionalna je zbroju masa anihiliranih čestica. Prema zakonima održanja, čestice se nikad ne pojavljuju pojedinačno. Čestice se dijele u skupine, prema rastućoj masi - fotoni, leptoni, mezoni, barioni. Ukupno postoje 4 vrste temeljnih (nesvodivih na druge) interakcija - gravitacijska, elektromagnetska, slaba i jaka. Elektromagnetska interakcija se objašnjava izmjenom virtualnih fotona (Iz Heisenbergove nesigurnosti proizlazi da u kratkom vremenu elektron zbog svoje unutarnje energije može osloboditi kvant, te hvatanjem istog kompenzirati gubitak energije. Emitirani kvant apsorbira drugi, čime se osigurava interakcija.), jaki - izmjenom gluona (spin 1, masa 0, nose naboj "boje" kvarka), slabi - vektorski bozoni. Gravitacijska interakcija nije objašnjena, ali bi kvanti gravitacijskog polja teoretski trebali imati masu 0, spin 2 (???).

Pojam materijalne točke. Putanja. Put i kretanje. Referentni sustav. Brzina i ubrzanje kod krivuljastog gibanja. Normalna i tangencijalna ubrzanja. Klasifikacija mehaničkih gibanja.

Predmet mehanika . Mehanika je grana fizike posvećena proučavanju zakona najjednostavnijeg oblika gibanja materije – mehaničkog gibanja.

Mehanika sastoji se od tri podcjeline: kinematika, dinamika i statika.

Kinematika proučava gibanje tijela ne uzimajući u obzir uzroke koji ga uzrokuju. Radi s veličinama kao što su pomak, prijeđena udaljenost, vrijeme, brzina i ubrzanje.

Dinamika istražuje zakonitosti i uzroke koji uzrokuju kretanje tijela,tj. proučava gibanje materijalnih tijela pod djelovanjem sila koje na njih djeluju. Kinematičkim veličinama dodaju se veličine – sila i masa.

NAstatički istražiti uvjete ravnoteže za sustav tijela.

Mehaničko kretanje tijelo je promjena njegovog položaja u prostoru u odnosu na druga tijela tijekom vremena.

Materijalna točka - tijelo čija se veličina i oblik mogu zanemariti u danim uvjetima gibanja s obzirom na masu tijela koncentriranu u danoj točki. Model materijalne točke je najjednostavniji model gibanja tijela u fizici. Tijelo se može smatrati materijalnom točkom kada su njegove dimenzije puno manje od karakterističnih udaljenosti u zadatku.

Za opis mehaničkog gibanja potrebno je navesti tijelo u odnosu na koje se kretanje razmatra. Proizvoljno odabrano nepomično tijelo, u odnosu na koje se razmatra gibanje tog tijela, naziva se referentno tijelo .

Referentni sustav - referentno tijelo zajedno s njime povezanim koordinatnim sustavom i satom.

Razmotrimo gibanje materijalne točke M u pravokutnom koordinatnom sustavu, postavljajući ishodište u točku O.

Položaj točke M u odnosu na referentni sustav može se postaviti ne samo uz pomoć tri kartezijeve koordinate, već i uz pomoć jedne vektorske veličine - radijus vektora točke M, povučene na ovu točku iz ishodišta koordinatni sustav (slika 1.1). Ako su jedinični vektori (orti) osi pravokutnog Kartezijevog koordinatnog sustava, tada

ili vremenska ovisnost radijus vektora ove točke

Tri skalarne jednadžbe (1.2) ili jedna njima ekvivalentna vektorska jednadžba (1.3) nazivaju se kinematičke jednadžbe gibanja materijalne točke .

putanja materijalna točka je linija koju ta točka opisuje u prostoru tijekom svog kretanja (lokus krajeva radijus vektora čestice). Ovisno o obliku putanje, razlikuju se pravocrtno i krivocrtno gibanje točke. Ako svi dijelovi putanje točke leže u istoj ravnini, tada se kretanje točke naziva ravno.

Jednadžbe (1.2) i (1.3) definiraju putanju točke u tzv. parametarskom obliku. Ulogu parametra ima vrijeme t. Rješavajući ove jednadžbe zajedno i isključujući iz njih vrijeme t, nalazimo jednadžbu putanje.

dug put materijalna točka je zbroj duljina svih dionica putanje koje točka prijeđe tijekom razmatranog vremenskog razdoblja.

Vektor pomaka Materijalna točka je vektor koji povezuje početni i krajnji položaj materijalne točke, tj. prirast radijus-vektora točke za razmatrani vremenski interval

S pravocrtnim gibanjem, vektor pomaka podudara se s odgovarajućim dijelom putanje. Iz činjenice da je pomak vektor proizlazi iskustveno potvrđen zakon neovisnosti gibanja: ako materijalna točka sudjeluje u više gibanja, tada je rezultirajući pomak točke jednak vektorskom zbroju njezinih pomaka izvršenih to tijekom istog vremena u svakom od pokreta zasebno

Za karakterizaciju kretanja materijalne točke uvodi se vektorska fizikalna veličina - ubrzati , veličina koja određuje i brzinu gibanja i smjer gibanja u određenom trenutku.

Neka se materijalna točka giba po krivuljnoj putanji MN tako da se u trenutku t nalazi u točki M, a u trenutku u točki N. Radijus vektori točaka M i N su jednaki, a duljina luka MN je (Slika 1.3).

Vektor prosječne brzine bodova u vremenskom intervalu od t prije t+Δ t zove se omjer prirasta radijus-vektora točke tijekom tog vremenskog razdoblja i njegove vrijednosti:

Vektor prosječne brzine usmjeren je na isti način kao i vektor pomaka, tj. duž tetive MN.

Trenutna brzina ili brzina u određenom trenutku . Ako u izrazu (1.5) prijeđemo na granicu, težeći nuli, tada ćemo dobiti izraz za vektor brzine m.t. u trenutku t njegovog prolaska kroz t.M putanju.

U procesu smanjenja vrijednosti, točka N se približava t.M, a tetiva MN, okrećući se oko t.M, u granici se poklapa po smjeru s tangentom na putanju u točki M. Prema tome, vektori brzinavpokretna točka usmjerena tangentnom putanjom u smjeru gibanja. Vektor brzine v materijalne točke može se rastaviti na tri komponente usmjerene duž osi pravokutnog Kartezijevog koordinatnog sustava.

Iz usporedbe izraza (1.7) i (1.8) proizlazi da su projekcije brzine materijalne točke na osi pravokutnog Kartezijevog koordinatnog sustava jednake prvim vremenskim izvodnicama odgovarajućih koordinata točke:

Kretanje pri kojemu se smjer brzine materijalne točke ne mijenja nazivamo pravocrtnim. Ako brojčana vrijednost trenutne brzine točke tijekom gibanja ostaje nepromijenjena, tada se takvo gibanje naziva jednolikim.

Ako točka u proizvoljno jednakim vremenskim intervalima prolazi stazom različite duljine, tada se brojčana vrijednost njezine trenutne brzine mijenja tijekom vremena. Takvo kretanje se naziva neravnomjerno.

U ovom slučaju često se koristi skalarna vrijednost, koja se naziva prosječna brzina neravnomjernog kretanja na određenom dijelu putanje. Jednaka je brojčanoj vrijednosti brzine takvog jednolikog gibanja, pri kojoj se za prolazak staze utroši isto vrijeme kao kod zadanog neravnomjernog gibanja:

Jer samo u slučaju pravocrtnog gibanja s konstantnom brzinom u pravcu, tada u općem slučaju:

Vrijednost puta koji točka prijeđe može se grafički prikazati površinom figure ograničene krivulje v = f (t), direktno t = t 1 i t = t 1 a vremenska os na grafu brzine.

Zakon zbrajanja brzina . Ako materijalna točka istovremeno sudjeluje u više gibanja, tada je rezultirajući pomak, u skladu sa zakonom neovisnosti gibanja, jednak vektorskom (geometrijskom) zbroju elementarnih pomaka zbog svakog od tih gibanja zasebno:

Prema definiciji (1.6):

Dakle, brzina rezultirajućeg gibanja jednaka je geometrijskom zbroju brzina svih gibanja u kojima sudjeluje materijalna točka (ta se odredba naziva zakon zbrajanja brzina).

Kada se točka pomiče, trenutna brzina može se promijeniti i po veličini i po smjeru. Ubrzanje karakterizira brzinu promjene modula i smjera vektora brzine, tj. promjena veličine vektora brzine po jedinici vremena.

Vektor srednje akceleracije . Omjer povećanja brzine i vremenskog intervala tijekom kojeg se to povećanje dogodilo izražava prosječno ubrzanje:

Vektor srednje akceleracije podudara se po smjeru s vektorom .

Ubrzanje, odnosno trenutno ubrzanje jednak je granici prosječnog ubrzanja kada vremenski interval teži nuli:

U projekcijama na odgovarajuće koordinate osi:

Kod pravocrtnog gibanja vektori brzine i ubrzanja podudaraju se sa smjerom putanje. Razmotrimo gibanje materijalne točke duž krivocrtne ravninske putanje. Vektor brzine u bilo kojoj točki putanje usmjeren je tangencijalno na nju. Pretpostavimo da je u t.M putanje brzina bila , a u t.M 1 postala . Istodobno, smatramo da je vremenski interval tijekom prijelaza točke na putu od M do M 1 toliko malen da se promjena akceleracije u veličini i smjeru može zanemariti. Da bi se našao vektor promjene brzine potrebno je odrediti razliku vektora:

Da bismo to učinili, pomičemo ga paralelno sa samim sobom, poravnavajući njegov početak s točkom M. Razlika između dva vektora jednaka je vektoru koji povezuje njihove krajeve i jednaka je AC strani MAC-a, izgrađenoj na vektorima brzine, kao na stranama. Vektor rastavljamo na dvije komponente AB i AD, a obje redom kroz i . Dakle, vektor promjene brzine jednak je vektorskom zbroju dva vektora:

Dakle, ubrzanje materijalne točke može se prikazati kao vektorski zbroj normalnih i tangencijalnih ubrzanja te točke

Po definiciji:

gdje je - brzina tla duž putanje, koja se podudara s apsolutnom vrijednošću trenutne brzine u određenom trenutku. Vektor tangencijalne akceleracije usmjeren je tangencijalno na putanju tijela.