Kuris taškas vadinamas medžiaga. Be matmenų medžiagos taškas ir skirtingos atskaitos sistemos

Mechaninis kūno judėjimas – tai jo padėties erdvėje kitimas kitų kūnų atžvilgiu laikui bėgant. Jis tiria mechaninių kūnų judėjimą. Absoliučiai standaus kūno judėjimas (nedeformuotas judėjimo ir sąveikos metu), kuriame visi jo taškai tam tikru laiko momentu juda vienodai, vadinamas transliaciniu judesiu, jo judėjimui apibūdinti yra būtina ir pakanka kūno taškas. Judėjimas, kurio visų kūno taškų trajektorijos yra apskritimai, kurių centras yra vienoje tiesėje, o visos apskritimų plokštumos yra statmenos šiai tiesei, vadinamas sukamasis judėjimas. Kūnas, kurio formos ir matmenų tam tikromis sąlygomis gali būti nepaisoma, vadinamas materialiu tašku. Tai nepaisoma

Leidžiama tai daryti, kai kūno dydis yra mažas, palyginti su jo nuvažiuotu atstumu arba kūno atstumu iki kitų kūnų. Norėdami apibūdinti kūno judėjimą, turite žinoti jo koordinates bet kuriuo momentu. Tai yra pagrindinė mechanikos užduotis.

2. Judėjimo reliatyvumas. Atskaitos sistema. Matavimo vienetai.

Norint nustatyti materialaus taško koordinates, reikia pasirinkti atskaitos kūną ir su juo susieti koordinačių sistemą bei nustatyti laiko pradžią. Koordinačių sistema ir laiko pradžios nuoroda sudaro atskaitos sistemą, kurios atžvilgiu yra vertinamas kūno judėjimas. Sistema turi judėti pastoviu greičiu (arba būti ramybės būsenoje, o tai paprastai yra tas pats). Kūno trajektorija, nuvažiuotas atstumas ir poslinkis priklauso nuo atskaitos sistemos pasirinkimo, t.y. mechaninis judėjimas santykinai. Ilgio vienetas yra metras, lygus atstumui, šviesa, perduodama vakuume per kelias sekundes. Sekundė yra laiko vienetas, lygus cezio-133 atomo spinduliavimo periodams.

3. Trajektorija. Kelias ir judėjimas. Momentinis greitis.

Kūno trajektorija yra linija, kurią erdvėje apibūdina judantis materialus taškas. Kelias – trajektorijos atkarpos ilgis nuo pradinio iki galutinio materialaus taško judėjimo. Spindulio vektorius yra vektorius, jungiantis koordinačių pradžią ir tašką erdvėje. Poslinkis yra vektorius, jungiantis pradinį ir pabaigos taškas laikui bėgant įveiktos trajektorijos atkarpos. Greitis - fizinis kiekis, apibūdinantis judėjimo greitį ir kryptį tam tikru metu. Vidutinis greitis yra apibrėžiamas kaip. Vidutinis antžeminis greitis lygus kūno per tam tikrą laikotarpį nueito kelio ir šio intervalo santykiui. . Momentinis greitis (vektorius) yra pirmoji judančio taško spindulio vektoriaus išvestinė. . Momentinis greitis nukreipiamas tangentiškai trajektorijai, vidutinis greitis – išilgai sekanto. Momentinis važiavimo greitis (skaliarinis) – pirmoji trasos išvestinė laiko atžvilgiu, dydžiu lygi momentiniam greičiui

4. Uniforma tiesus judesys. Kinematinių dydžių ir laiko tolygaus judėjimo grafikai. Greičių pridėjimas.

Judėjimas, kurio dydis ir kryptis yra pastovus, vadinamas vienodu tiesiniu judėjimu. Esant vienodam tiesiam judėjimui, kūnas nukeliauja vienodus atstumus per bet kurį vienodą laiko tarpą. Jei greitis yra pastovus, tada nuvažiuotas atstumas apskaičiuojamas taip: Klasikinė teisė greičių sudėjimas formuluojamas taip: materialaus taško judėjimo greitis atskaitos sistemos atžvilgiu, laikoma stacionaria, yra lygus taško judėjimo judančioje sistemoje greičių ir judėjimo greičio vektorinei sumai. judančios sistemos, palyginti su stacionaria.

5. Pagreitis. Tolygiai pagreitintas linijinis judėjimas. Kinematinių dydžių, palyginti su laiku, grafikai tolygiai pagreitintas judėjimas.

Vadinamas judesys, kai kūnas vienodais laiko intervalais atlieka nevienodus judesius netolygus judėjimas. Esant netolygiam judesiui, kūno greitis laikui bėgant kinta. Pagreitis (vektorius) – fizikinis dydis, apibūdinantis greičio pokyčio dydį ir kryptį. Momentinis pagreitis (vektorius) yra pirmoji greičio išvestinė laiko atžvilgiu. .Tolygiai pagreitintas yra judėjimas su pagreičiu, kurio dydis ir kryptis yra pastovūs. Greitis tolygiai pagreitinto judėjimo metu apskaičiuojamas taip:

Iš čia tolygiai pagreitinto judėjimo metu kelio formulė gaunama kaip

Taip pat galioja formulės, gautos iš greičio ir kelio lygčių tolygiai pagreitėjusiam judėjimui.

6. Laisvas kūnų kritimas. Gravitacijos pagreitis.

Kūno kritimas yra jo judėjimas gravitacijos lauke (???) . Kūnų kritimas vakuume vadinamas laisvuoju kritimu. Eksperimentiškai nustatyta, kad laisvojo kritimo metu kūnai juda vienodai, nepaisant jų fizinių savybių. Pagreitis, su kuria kūnai nukrenta į Žemę vakuume, vadinamas laisvojo kritimo pagreičiu ir žymimas

7. Vienodas judėjimas ratu. Pagreitis tolygiai judant kūnui apskritime (centripetinis pagreitis)

Bet koks judėjimas pakankamai mažoje trajektorijos atkarpoje gali būti apytiksliai laikomas vienodu judėjimu apskritimu. Tolygiai judant aplink apskritimą greičio reikšmė išlieka pastovi, tačiau keičiasi greičio vektoriaus kryptis.<рисунок>.. Pagreičio vektorius judant apskritimu nukreiptas statmenai greičio vektoriui (nukreiptas tangentiškai), į apskritimo centrą. Laikotarpis, per kurį organizmas atlieka savo veiklą pilnas apsisukimas išilgai perimetro vadinamas periodu. . Laikotarpio grįžtamasis dydis, rodantis apsisukimų skaičių per laiko vienetą, vadinamas dažniu. Naudodami šias formules galime daryti išvadą, kad , arba . Kampinis greitis(sukimosi greitis) apibrėžiamas kaip . Visų kūno taškų kampinis greitis yra vienodas ir apibūdina viso besisukančio kūno judesius. Šiuo atveju linijinis greitis kūno išreiškiamas kaip , o pagreitis kaip .

Judesių nepriklausomumo principas bet kurio kūno taško judėjimą laiko dviejų judesių – transliacinio ir sukimosi – suma.

8. Pirmasis Niutono dėsnis. Inercinė atskaitos sistema.

Kūno greičio palaikymo reiškinys, kai nėra išorinių poveikių, vadinamas inercija. Pirmasis Niutono dėsnis, dar žinomas kaip inercijos dėsnis, teigia: „yra tokių atskaitos sistemų, kurių atžvilgiu judantys kūnai išlaiko pastovų greitį, nebent kiti kūnai jas veiktų“. Atskaitos sistemos, kurių atžvilgiu kūnai, nesant išorinių poveikių, juda tiesia linija ir tolygiai, vadinamos inercinės sistemos atgalinis skaičiavimas. Su žeme susijusios atskaitos sistemos laikomos inercinėmis, jei neatsižvelgiama į žemės sukimąsi.

9. Mišios. Jėga. Antrasis Niutono dėsnis. Jėgų papildymas. Svorio centras.

Kūno greičio pasikeitimo priežastis visada yra jo sąveika su kitais kūnais. Kai du kūnai sąveikauja, greičiai visada kinta, t.y. įgyjami pagreičiai. Dviejų kūnų pagreičių santykis yra vienodas bet kokiai sąveikai. Kūno savybė, nuo kurios priklauso jo pagreitis sąveikaujant su kitais kūnais, vadinama inercija. Kiekybinis inercijos matas yra kūno svoris. Sąveikaujančių kūnų masių santykis lygus atvirkštiniam pagreičio modulių santykiui. Antrasis Niutono dėsnis nustato ryšį tarp judėjimo kinematinių charakteristikų – pagreičio ir sąveikos dinaminių charakteristikų – jėgų. , arba daugiau tiksli forma, , t.y. materialaus taško impulso kitimo greitis yra lygus jį veikiančiai jėgai. Kai vieną kūną vienu metu veikia kelios jėgos, kūnas juda su pagreičiu, kuris yra pagreičių, kurie atsirastų veikiant kiekvienai iš šių jėgų atskirai, vektorinė suma. Jėgos, veikiančios kūną ir veikiančios vieną tašką, sudedamos pagal vektorių sudėjimo taisyklę. Ši pozicija vadinama jėgų nepriklausomumo principu. Masės centras yra standaus kūno ar standžių kūnų sistemos taškas, kuris juda taip pat kaip materialus taškas masė, lygi visos sistemos masių sumai, kuriai veikia ta pati atstojamoji jėga kaip ir kūną. . Laikui bėgant integravę šią išraišką, galime gauti masės centro koordinačių išraiškas. Svorio centras yra visų gravitacijos jėgų, veikiančių šio kūno daleles bet kurioje erdvės vietoje, rezultatas. Jei kūno linijiniai matmenys yra maži, palyginti su Žemės dydžiu, tai masės centras sutampa su svorio centru. Visų elementariosios gravitacijos jėgų momentų suma bet kurios ašies, einančios per svorio centrą, atžvilgiu yra lygi nuliui.

10. Trečiasis Niutono dėsnis.

Bet kokiai dviejų kūnų sąveikai įgytų pagreičių modulių santykis yra pastovus ir lygus atvirkštiniam masių santykiui. Nes Kai kūnai sąveikauja, pagreičio vektoriai turi priešingą kryptį, tai galime parašyti . Pagal antrąjį Niutono dėsnį, jėga, veikianti pirmąjį kūną, yra lygi , o antrąjį. Taigi,. Trečiasis Niutono dėsnis susijęs su jėgomis, kuriomis kūnai veikia vienas kitą. Jei du kūnai sąveikauja vienas su kitu, tai tarp jų atsirandančios jėgos yra taikomos skirtingiems kūnams, yra vienodo dydžio, priešingos krypties, veikia išilgai tos pačios tiesės ir turi tą pačią prigimtį.

11. Tamprumo jėgos. Huko dėsnis.

Jėga, atsirandanti dėl kūno deformacijos ir nukreipta priešinga kūno dalelių judėjimui šios deformacijos metu, vadinama elastine jėga. Eksperimentai su lazdele parodė, kad esant mažoms deformacijoms, palyginti su kūno dydžiu, tamprumo jėgos modulis yra tiesiogiai proporcingas laisvojo strypo galo poslinkio vektoriaus moduliui, kuris projekcijoje atrodo kaip . Šį ryšį nustatė R. Hukas jo dėsnis suformuluotas taip: kūno deformacijos metu atsirandanti tamprumo jėga yra proporcinga kūno pailgėjimui į šoną; priešinga kryptimi kūno dalelių judėjimas deformacijos metu. Koeficientas k vadinamas kūno standumu ir priklauso nuo kūno formos ir medžiagos. Išreiškiamas niutonais vienam metrui. Elastinės jėgos atsiranda dėl elektromagnetinės sąveikos.

12. Trinties jėgos, slydimo trinties koeficientas. Klampi trintis (???)

Jėga, atsirandanti ties kūnų sąveikos riba, nesant santykinio kūnų judėjimo, vadinama statine trinties jėga. Statinė trinties jėga savo dydžiu yra lygi išorinei jėgai, nukreiptai tangentiškai į kūnų sąlyčio paviršių ir priešinga kryptimi. Kai vienas kūnas tolygiai juda kito paviršiumi veikiamas išorinės jėgos, kūną veikia vienodo dydžio jėga. varomoji jėga ir priešinga kryptimi. Ši jėga vadinama slydimo trinties jėga. Slydimo trinties jėgos vektorius yra nukreiptas prieš greičio vektorių, todėl ši jėga visada sumažina santykinis greitis kūnai. Trinties jėgos, kaip ir tamprumo jėga, turi elektromagnetinė prigimtis, ir atsiranda dėl besiliečiančių kūnų atomų elektrinių krūvių sąveikos. Eksperimentiškai nustatyta, kad didžiausia statinės trinties jėgos modulio vertė yra proporcinga slėgio jėgai. Didžiausia statinės trinties jėgos ir slydimo trinties jėgos vertė taip pat yra maždaug vienoda, kaip ir proporcingumo koeficientai tarp trinties jėgų ir kūno slėgio paviršiuje.

13. Gravitacinės jėgos. Visuotinės gravitacijos dėsnis. Gravitacija. Kūno svoris.

Iš to, kad kūnai, nepaisant jų masės, krenta vienodu pagreičiu, išplaukia, kad juos veikianti jėga yra proporcinga kūno masei. Ši patraukli jėga, veikianti visus kūnus iš Žemės, vadinama gravitacija. Gravitacijos jėga veikia bet kokiu atstumu tarp kūnų. Visi kūnai traukia vienas kitą, visuotinės gravitacijos jėga yra tiesiogiai proporcinga masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Visuotinių gravitacinių jėgų vektoriai nukreipti išilgai tiesės, jungiančios kūnų masės centrus. , G – Gravitacijos konstanta, lygi . Kūno svoris – tai jėga, kuria kūnas dėl gravitacijos veikia atramą arba ištempia pakabą. Pagal trečiąjį Niutono dėsnį kūno svoris yra lygus dydžiui ir priešinga kryptimi atramos tamprumo jėgai. Pagal antrąjį Niutono dėsnį, jei kūno neveikia jokia jėga, tai kūno gravitacijos jėgą atsveria elastingumo jėga. Dėl to kūno svoris ant nejudančios arba tolygiai judančios horizontalios atramos lygus jėgai gravitacija. Jei atrama juda su pagreičiu, tada pagal antrąjį Niutono dėsnį , iš kur jis kilęs. Tai reiškia, kad kūno svoris, kurio pagreičio kryptis sutampa su laisvojo kritimo pagreičio kryptimi, mažesnis svoris kūnas ramybės būsenoje.

14. Vertikalus kūno judėjimas veikiant gravitacijai. Dirbtinių palydovų judėjimas. Nesvarumas. Pirmasis pabėgimo greitis.

Metant kūną lygiagrečiai žemės paviršiui, kuo didesnis pradinis greitis, tuo didesnis skrydžio nuotolis. At didelės vertybės greičiu, būtina atsižvelgti ir į žemės sferiškumą, kuris atsispindi gravitacijos vektoriaus krypties pokytyje. Tam tikru greičiu kūnas gali judėti aplink Žemę veikiamas visuotinės gravitacijos. Šis greitis, vadinamas pirmuoju kosminiu greičiu, gali būti nustatytas pagal kūno judėjimo apskritime lygtį. Kita vertus, iš antrojo Niutono dėsnio ir visuotinės gravitacijos dėsnio tai išplaukia. Taigi per atstumą R nuo dangaus kūno centro su mase M pirmasis pabėgimo greitis lygus. Keičiantis kūno greičiui, jo orbitos forma keičiasi iš apskritimo į elipsę. Pasiekus antrą pabėgimo greitis, lygi orbita tampa parabolinis.

15. Kūno impulsas. Impulso tvermės dėsnis. Reaktyvinis varymas.

Pagal antrąjį Niutono dėsnį, nepriklausomai nuo to, ar kūnas ilsėjosi, ar judėjo, jo greičio pokytis gali įvykti tik sąveikaujant su kitais kūnais. Jei kūnas sveria m laikui bėgant t veikia jėga ir jos judėjimo greitis pasikeičia nuo iki , tada kūno pagreitis lygus . Remdamiesi antruoju Niutono jėgos dėsniu, galime rašyti . Fizinis kiekis, lygus produktui jėga visą jos veikimo laiką vadinama jėgos impulsu. Jėgos impulsas rodo, kad yra dydis, kuris vienodai kinta visuose kūnuose, veikiant toms pačioms jėgoms, jei jėgos veikimo laikas yra vienodas. Šis dydis, lygus kūno masės ir jo judėjimo greičio sandaugai, vadinamas kūno impulsu. Kūno judesio pokytis yra lygus jėgos, sukėlusios šį pokytį, impulsui. Paimkime du kūnus, kurių masės ir , judančius greičiais ir . Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, kūnus jų sąveikos metu veikiančios jėgos yra vienodo dydžio ir priešingos krypties, t.y. jie gali būti žymimi kaip ir . Dėl impulsų pokyčių sąveikos metu galime rašyti . Iš šių posakių gauname tai , tai yra dviejų kūnų momentų vektorinė suma prieš sąveiką yra lygi momentų vektorinei sumai po sąveikos. Daugiau bendras vaizdas Impulso išsaugojimo dėsnis skamba taip: Jei, tai.

16. Mechaniniai darbai. Galia. Kinetinės ir potenciali energija.

Darbas A nuolatinė jėga yra fizikinis dydis, lygus jėgos ir poslinkio modulių sandaugai, padaugintam iš kampo tarp vektorių ir kosinuso. . Darbas yra skaliarinis dydis ir gali turėti neigiama reikšmė, jei kampas tarp poslinkio ir jėgos vektorių yra didesnis nei . Darbo vienetas vadinamas džauliu, 1 džaulis lygus darbui veikiama 1 niutono jėga, kai jos taikymo taškas pasislenka 1 metru. Galia yra fizinis dydis, lygus darbo ir laiko, per kurį šis darbas buvo atliktas, santykiui. . Galios vienetas vadinamas vatu, 1 vatas yra lygus galiai, kuriai esant 1 džaulis atliekamas per 1 sekundę. Tarkime, kad masės kūnas m veikia jėga (kuri paprastai gali būti kelių jėgų rezultatas), kurios veikiamas kūnas juda vektoriaus kryptimi. Jėgos modulis pagal antrąjį Niutono dėsnį yra lygus mama, o poslinkio vektoriaus modulis yra susijęs su pagreičiu ir pradiniu ir terminalo greičiai Kaip. Tai suteikia mums darbo formulę: . Fizinis kiekis, lygus pusei Kūno masės ir greičio kvadrato sandauga vadinama kinetine energija. Kūną veikiančių rezultatinių jėgų atliktas darbas yra lygus kinetinės energijos pokyčiui. Fizinis dydis, lygus kūno masės sandaugai pagal laisvojo kritimo pagreičio modulį ir aukštį, iki kurio kūnas yra pakeltas virš nulinio potencialo paviršiaus, vadinamas potencialia kūno energija. Potencialios energijos pokytis apibūdina gravitacijos atliekamą darbą judinant kūną. Šis darbas lygus potencinės energijos pokyčiui, paimtam iš priešingas ženklas. Kūnas, esantis žemiau žemės paviršiaus, turi neigiamą potencialią energiją. Ne tik iškilę kūnai turi potencialią energiją. Panagrinėkime elastinės jėgos atliekamą darbą, kai spyruoklė deformuojasi. Tamprumo jėga yra tiesiogiai proporcinga deformacijai, o jos vidutinė vertė bus lygi , darbas lygus jėgos ir deformacijos sandaugai , arba . Fizinis dydis, lygus pusei kūno standumo sandaugos iš deformacijos kvadrato, vadinamas deformuoto kūno potencine energija. Svarbi savybė potenciali energija yra ta, kad kūnas negali jos turėti nesąveikaujant su kitais kūnais.

17. Energijos tvermės dėsniai mechanikoje.

Potenciali energija apibūdina sąveikaujančius kūnus, kinetinė – judančius kūnus. Abu atsiranda dėl kūnų sąveikos. Jei keli kūnai sąveikauja vienas su kitu tik gravitacinėmis ir tamprumo jėgomis ir jų neveikia jokios išorinės jėgos (arba jų rezultatas lygus nuliui), tai bet kuriai kūnų sąveikai tampriųjų arba gravitacinių jėgų darbas lygus pokyčiui potenciali energija, paimta su priešingu ženklu . Tuo pačiu metu pagal kinetinės energijos teoremą (kūno kinetinės energijos pokytis lygus išorinių jėgų darbui) tų pačių jėgų darbas lygus kinetinės energijos pokyčiui. . Iš šios lygybės išplaukia, kad kūnų, sudarančių uždarą sistemą ir sąveikaujančių vienas su kitu gravitacijos bei elastingumo jėgomis, kinetinės ir potencinės energijos suma išlieka pastovi. Kūnų kinetinės ir potencinės energijos suma vadinama visa mechanine energija. Suminė uždaros sistemos kūnų, sąveikaujančių vienas su kitu gravitacijos ir elastingumo jėgomis, bendra mechaninė energija išlieka nepakitusi. Gravitacijos ir elastingumo jėgų darbas yra lygus, viena vertus, kinetinės energijos padidėjimui, kita vertus, potencinės energijos sumažėjimui, tai yra, darbas yra lygus energijai, paversta iš vienos rūšies. į kitą.

18. Paprasti mechanizmai (nuožulni plokštuma, svirtis, blokas) ir jų pritaikymas.

Nuožulni plokštuma naudojama siekiant užtikrinti, kad kūnas didelė masė gali būti judinama jėga, žymiai mažesnė už kūno svorį. Jei kampas pasvirusi plokštuma yra lygus a, tada norint perkelti kūną išilgai plokštumos reikia taikyti jėgą, lygią . Šios jėgos ir kūno svorio santykis, neatsižvelgiant į trinties jėgą, yra lygus plokštumos pasvirimo kampo sinusui. Tačiau įgyjant jėgų, nėra jokio darbo, nes kelias padidėja kelis kartus. Šis rezultatas yra energijos tvermės dėsnio pasekmė, nes gravitacijos atliekamas darbas nepriklauso nuo kūno kėlimo trajektorijos.

Svirtis yra pusiausvyroje, jei jėgų, sukančių ją pagal laikrodžio rodyklę, momentas yra lygus jėgų, sukančių svirtį prieš laikrodžio rodyklę, momentui. Jei svirtimi taikomų jėgų vektorių kryptys yra statmenos trumpiausioms tiesioms linijoms, jungiančioms jėgų taikymo taškus ir sukimosi ašį, tada pusiausvyros sąlygos įgauna formą. Jei , tada svirtis suteikia jėgų. Jėgų padidėjimas neduoda naudos darbui, nes sukant kampu a jėga veikia, o jėga veikia. Nes pagal būklę, tada.

Blokas leidžia keisti jėgos kryptį. Skirtinguose fiksuoto bloko taškuose veikiančių jėgų pečiai yra vienodi, todėl fiksuotas blokas nesuteikia jokio stiprumo. Keliant krovinį naudojant judantį bloką, jėgos prieaugis padvigubėja, nes Gravitacinė svirtis yra perpus didesnė už troso įtempimo svirtį. Bet kai traukiate kabelį iki ilgio l apkrova pakyla į aukštį l/2 Todėl stacionarus blokas taip pat neduoda jokio darbo pelno.

19. Slėgis. Paskalio dėsnis skysčiams ir dujoms.

Fizinis dydis, lygus statmenai paviršiui veikiančios jėgos modulio ir šio paviršiaus ploto santykiui, vadinamas slėgiu. Slėgio vienetas yra paskalis, lygus slėgiui, kurį sukuria 1 niutono jėga 1 plotui. kvadratinis metras. Visi skysčiai ir dujos perduoda jiems daromą slėgį visomis kryptimis.

20. Susisiekimo laivai. Hidraulinis presas. Atmosferos slėgis. Bernulio lygtis.

Cilindriniame inde slėgio jėga indo dugne lygi skysčio kolonėlės svoriui. Slėgis indo apačioje lygus , iš kur atsiranda slėgis gylyje? h lygus . Toks pat slėgis veikia indo sieneles. Skysčių slėgių vienodumas tame pačiame aukštyje lemia tai, kad bet kokios formos susisiekiančiuose induose laisvieji vienalyčio skysčio paviršiai ramybės būsenoje yra tame pačiame lygyje (esant nereikšmingoms kapiliarinėms jėgoms). Nevienodo skysčio atveju tankesnio skysčio stulpelio aukštis bus mažesnis už mažiau tankaus skysčio aukštį. Hidraulinė mašina veikia pagal Paskalio dėsnį. Jį sudaro du susisiekiantys indai, uždaryti stūmokliais skirtingos sritys. Sukurtas slėgis išorinė jėga ant vieno stūmoklio, pagal Paskalio dėsnį perduodamas antrajam stūmokliui. . Hidraulinė mašina padidina jėgą tiek kartų, kiek yra jos didelio stūmoklio plotas daugiau ploto mažas.

Stacionariam nesuspaudžiamo skysčio judėjimui galioja tęstinumo lygtis. Idealaus skysčio, kurio klampumą (t. y. trintį tarp jo dalelių) galima nepaisyti, energijos tvermės dėsnio matematinė išraiška yra Bernulio lygtis. .

21. Torricelli patirtis. Atmosferos slėgio pokytis priklausomai nuo aukščio.

Gravitacijos įtakoje viršutiniai atmosferos sluoksniai spaudžia apatinius. Šis slėgis pagal Paskalio dėsnį perduodamas visomis kryptimis. Šis slėgis yra didžiausias Žemės paviršiuje ir jį lemia oro stulpelio svoris nuo paviršiaus iki atmosferos ribos. Didėjant aukščiui, mažėja paviršių spaudžiančių atmosferos sluoksnių masė, todėl didėjant aukščiui atmosferos slėgis mažėja. Jūros lygyje atmosferos slėgis yra 101 kPa. Šį slėgį daro 760 mm aukščio gyvsidabrio stulpelis. Jei vamzdis, kuriame susidaro vakuumas, nuleistas į skystą gyvsidabrį, tai veikiamas atmosferos slėgio gyvsidabris jame pakils iki tokio aukščio, kuriame skysčio kolonėlės slėgis taps lygus išoriniam atmosferos slėgiui atviroje vietoje. gyvsidabrio paviršius. Keičiantis atmosferos slėgiui, pasikeis ir skysčio kolonėlės aukštis vamzdyje.

22. Archimedo skysčių ir dujų dienos galia. Plaukimo sąlygos tel.

Slėgio skysčiuose ir dujose priklausomybė nuo gylio lemia plūduriuojančios jėgos atsiradimą, veikiančią bet kurį kūną, panardintą į skystį ar dujas. Ši jėga vadinama Archimedo jėga. Jei kūnas panardinamas į skystį, slėgiai ant indo šoninių sienelių yra subalansuoti vienas kito, o slėgių iš apačios ir viršaus rezultatas yra Archimedo jėga. , t.y. Jėga, išstumianti į skystį (dujas) panardintą kūną, yra lygi kūno išstumto skysčio (dujų) svoriui. Archimedo jėga nukreipta priešingai gravitacijos jėgai, todėl sveriant skystyje kūno svoris yra mažesnis nei vakuume. Skystyje esantį kūną veikia gravitacija ir Archimedo jėga. Jei gravitacijos jėgos modulis yra didesnis, kūnas skęsta, jei jie yra vienodi, jis gali būti pusiausvyroje; Šie jėgų santykiai yra lygūs kūno ir skysčio (dujų) tankių santykiui.

23. Pagrindiniai molekulinės kinetinės teorijos principai ir jų eksperimentinis pagrindimas. Brauno judesys. Svoris ir dydis molekulių.

Molekulinė kinetinė teorija yra materijos struktūros ir savybių doktrina, naudojanti idėją apie atomų ir molekulių egzistavimą kaip mažiausios dalelės medžiagų. Pagrindinės MCT nuostatos: medžiaga susideda iš atomų ir molekulių, šios dalelės juda chaotiškai, dalelės sąveikauja viena su kita. Atomų ir molekulių judėjimas bei jų sąveika paklūsta mechanikos dėsniams. Molekulių sąveikoje, kai jos artėja viena prie kitos, pirmiausia vyrauja traukos jėgos. Tam tikru atstumu tarp jų atsiranda atstumiančios jėgos, kurios savo dydžiu viršija patrauklias jėgas. Molekulės ir atomai atsitiktinai svyruoja apie pozicijas, kuriose traukos ir atstūmimo jėgos subalansuoja viena kitą. Skystyje molekulės ne tik vibruoja, bet ir šokinėja iš vienos pusiausvyros padėties į kitą (skystumas). Dujose atstumai tarp atomų yra daug didesni nei molekulių dydžiai (suspaudžiamumas ir plėtimasis). R. Brownas XIX amžiaus pradžioje atrado, kad kietosios dalelės skystyje juda atsitiktinai. Šį reiškinį galima paaiškinti tik MCT. Atsitiktinai judančios skysčio ar dujų molekulės susiduria su kietąja dalele ir keičia jos judėjimo kryptį bei greitį (žinoma, keičiant ir kryptį, ir greitį). Kaip mažesni dydžiai dalelių, tuo labiau pastebimas impulso pokytis. Bet kuri medžiaga susideda iš dalelių, todėl dažniausiai atsižvelgiama į medžiagos kiekį proporcingas kiekiui dalelės. Medžiagos kiekio vienetas vadinamas moliu. Molis lygus kiekiui medžiagos, turinčios tiek atomų, kiek jų yra 0,012 kg anglies 12 C. Molekulių skaičiaus ir medžiagos kiekio santykis vadinamas Avogadro konstanta: . Medžiagos kiekį galima rasti kaip molekulių skaičiaus santykį su Avogadro konstanta. Molinė masė M yra dydis, lygus medžiagos masės santykiui mį medžiagos kiekį. Molinė masė išreiškiama kilogramais vienam moliui. Molinė masė gali būti išreikštas molekulės mase m 0 : .

24. Idealios dujos. Pagrindinė molekulinės kinetinės teorijos lygtis idealios dujos.

Paaiškinti medžiagos savybes dujinė būsena Naudojamas idealus dujų modelis. Šiame modelyje daroma prielaida, kad dujų molekulės yra nežymiai mažos, palyginti su indo tūriu, tarp molekulių nėra traukos jėgų, o kai jos susiduria viena su kita ir indo sienelėmis, veikia atstumiančios jėgos. Kokybinis dujų slėgio reiškinio paaiškinimas yra tas, kad idealių dujų molekulės, susidūrusios su indo sienelėmis, sąveikauja su jomis kaip elastingi kūnai. Molekulei susidūrus su indo sienele, greičio vektoriaus projekcija į ašį, statmeną sienelei, pasikeičia į priešingą. Todėl susidūrimo metu greičio projekcija skiriasi nuo -mv xį mv x, o impulso pokytis yra . Susidūrimo metu molekulė veikia sieną jėga, lygia pagal trečiąjį Niutono dėsnį priešingos krypties jėgai. Molekulių yra daug, o vidutinė jėgų, veikiančių atskiras molekules, geometrinės sumos reikšmė sudaro dujų slėgio jėgą indo sienelėms. Dujų slėgis yra lygus slėgio jėgos modulio ir indo sienelės ploto santykiui: p=F/S. Tarkime, kad dujos yra kubiniame inde. Vienos molekulės impulsas yra 2 mv, viena molekulė sieną veikia vidutine jėga 2mv/Dt. Laikas D t judėjimas iš vienos indo sienelės į kitą lygus 2l/v, vadinasi,. Visų molekulių indo sienelę veikianti spaudimo jėga proporcinga jų skaičiui, t.y. . Dėl visiško molekulių judėjimo atsitiktinumo jų judėjimas kiekviena kryptimi yra vienodai tikėtinas ir lygus 1/3 bendro molekulių skaičiaus. Taigi,. Kadangi slėgis taikomas kubo su sritimi veidui l 2, tada slėgis bus lygus. Ši lygtis vadinama pagrindine molekulinės kinetinės teorijos lygtimi. Nurodydami vidutinę molekulių kinetinę energiją, gauname.

25. Temperatūra, jos matavimas. Absoliutus temperatūros skalė. Dujų molekulių greitis.

Pagrindinė idealių dujų MKT lygtis nustato ryšį tarp mikro ir makroskopinių parametrų. Kai du kūnai liečiasi, pasikeičia jų makroskopiniai parametrai. Kai šis pokytis nutrūksta, laikoma, kad įvyko šiluminė pusiausvyra. Fizinis parametras, identiškas visose būsenos kūnų sistemos dalyse šiluminė pusiausvyra, vadinama kūno temperatūra. Eksperimentai parodė, kad bet kokioms dujoms, esančioms šiluminės pusiausvyros būsenoje, slėgio ir tūrio sandaugos santykis su molekulių skaičiumi yra toks pat. . Tai leidžia vertę laikyti temperatūros matu. Nes n = N/V, tada atsižvelgiant į pagrindinę MKT lygtį, todėl vertė yra lygi dviem trečdaliams molekulių vidutinės kinetinės energijos. , Kur k– proporcingumo koeficientas priklausomai nuo skalės. Kairėje šios lygties pusėje parametrai yra neneigiami. Taigi dujų temperatūra, kai jų slėgis esant pastoviam tūriui lygus nuliui, vadinama absoliučia nuline temperatūra. Šio koeficiento vertę galima rasti iš dviejų žinomų medžiagos būsenų, kurių slėgis, tūris, molekulių skaičius ir temperatūra yra žinomi. . Koeficientas k, paskambino Boltzmanno konstanta, yra lygus . Iš temperatūros ir vidutinės kinetinės energijos ryšio lygčių išplaukia, t.y. vidutinė chaotiško molekulių judėjimo kinetinė energija yra proporcinga absoliuti temperatūra. , . Ši lygtis rodo, kad esant tokiai pačiai temperatūrai ir molekulių koncentracijai, bet kokių dujų slėgis yra vienodas.

26. Idealiųjų dujų būsenos lygtis (Mendelejevo-Klapeirono lygtis). Izoterminiai, izochoriniai ir izobariniai procesai.

Naudojant slėgio priklausomybę nuo koncentracijos ir temperatūros, galima rasti ryšį tarp makroskopinių dujų parametrų – tūrio, slėgio ir temperatūros. . Ši lygtis vadinama idealiųjų dujų būsenos lygtimi (Mendelejevo-Klapeirono lygtis).

Izoterminis procesas yra procesas, kuris vyksta pastovi temperatūra. Iš idealių dujų būsenos lygties išplaukia, kad esant pastoviai temperatūrai, dujų masei ir sudėčiai, slėgio ir tūrio sandauga turi išlikti pastovi. Izotermos (izoterminio proceso kreivės) grafikas yra hiperbolė. Lygtis vadinama Boyle-Mariotte dėsniu.

Izochorinis procesas yra procesas, vykstantis esant pastoviam dujų tūriui, masei ir sudėčiai. Tokiomis sąlygomis , kur - temperatūros koeficientas dujų slėgis. Ši lygtis vadinama Charleso dėsniu. Izochorinio proceso lygties grafikas vadinamas izochoru ir yra tiesi linija, einanti per pradžią.

Izobarinis procesas yra procesas, vykstantis esant pastoviam dujų slėgiui, masei ir sudėčiai. Lygiai taip pat, kaip ir izochoriniam procesui, galime gauti izobarinio proceso lygtį . Lygtis, apibūdinanti šį procesą, vadinama Gay-Lussac dėsniu. Izobarinio proceso lygties grafikas vadinamas izobaru ir yra tiesi linija, einanti per koordinačių pradžią.

27. Vidinė energija. Darbas termodinamikos srityje.

Jei potenciali molekulių sąveikos energija lygi nuliui, tada vidinė energija lygi visų dujų molekulių judėjimo kinetinių energijų sumai . Vadinasi, keičiantis temperatūrai, kinta ir vidinė dujų energija. Pakeitę idealių dujų būsenos lygtį į energijos lygtį, mes nustatome, kad vidinė energija yra tiesiogiai proporcinga dujų slėgio ir tūrio sandaugai. . Vidinė kūno energija gali keistis tik sąveikaujant su kitais kūnais. Mechaninės kūnų sąveikos (makroskopinės sąveikos) metu perduodamos energijos matas yra darbas A. Šilumos mainų (mikroskopinės sąveikos) metu perduodamos energijos matas yra šilumos kiekis K. Neizoliuotame termodinaminė sistema vidinės energijos pokytis D U lygus perduoto šilumos kiekio sumai K ir išorinių jėgų darbas A. Vietoj darbo A atlieka išorinės jėgos, patogiau apsvarstyti darbą A` sistema atliekama per išorinius kūnus. A=–A“.. Tada pirmasis termodinamikos dėsnis išreiškiamas kaip arba. Tai reiškia, kad bet kuri mašina gali atlikti išorinių kūnų darbus tik gaudama tam tikrą šilumos kiekį iš išorės K arba vidinės energijos sumažėjimas D U. Šis įstatymas neleidžia kurti amžinasis variklis pirmoji rūšis.

28. Šilumos kiekis. Specifinė šiluma medžiagų. Energijos tvermės šiluminiuose procesuose dėsnis (pirmasis termodinamikos dėsnis).

Šilumos perdavimas iš vieno kūno į kitą neatliekant darbo vadinamas šilumos perdavimu. Energija, perduodama kūnui dėl šilumos mainų, vadinama šilumos kiekiu. Jei šilumos perdavimo proceso nelydi darbas, tai jis grindžiamas pirmuoju termodinamikos dėsniu. Vidinė kūno energija yra proporcinga kūno masei ir jo temperatūrai, todėl . Didumas Su vadinamas savituoju šiluminiu pajėgumu, vienetas yra . Savitoji šiluminė talpa parodo, kiek šilumos turi būti perduota, norint pašildyti 1 laipsniu 1 kg medžiagos. Savitoji šiluminė talpa nėra vienareikšmė charakteristika ir priklauso nuo kūno atliekamo darbo šilumos perdavimo metu.

Atliekant šilumos mainus tarp dviejų kūnų nulinio išorinių jėgų veikimo sąlygomis ir šiluminėje izoliacijoje nuo kitų kūnų pagal energijos tvermės dėsnį . Jei vidinės energijos pokytis nėra lydimas darbo, tada , arba , kur . Ši lygtis vadinama šilumos balanso lygtimi.

29. Pirmojo termodinamikos dėsnio taikymas izoprocesams. Adiabatinis procesas. Šiluminių procesų negrįžtamumas.

Vienas iš pagrindinių procesų, kurie atlieka darbus daugumoje mašinų, yra dujų išsiplėtimo procesas atliekant darbus. Jeigu izobariškai plečiant dujas nuo tūrio V 1 iki garsumo V 2 cilindro stūmoklio poslinkis buvo l, tada dirbk A tobulas pagal dujas yra lygus , arba . Palyginus plotus po izobaru ir izoterma, kurie yra darbas, galime daryti išvadą, kad esant tokiam pačiam dujų plėtimuisi esant tokiam pačiam pradiniam slėgiui izoterminio proceso atveju bus atlikta mažiau darbo. Be izobarinių, izochorinių ir izoterminių procesų, yra ir vadinamasis. adiabatinis procesas. Adiabatinis yra procesas, vykstantis nesant šilumos perdavimo. Procesas gali būti laikomas artimu adiabatiniam greita plėtra arba dujų suspaudimas. Šiame procese dirbama dėl vidinės energijos pokyčių, t.y. , todėl adiabatinio proceso metu temperatūra mažėja. Kadangi adiabatinio dujų suspaudimo metu pakyla jų temperatūra, mažėjant tūriui, dujų slėgis didėja greičiau nei izoterminio proceso metu.

Šilumos perdavimo procesai spontaniškai vyksta tik viena kryptimi. Šilumos perdavimas visada vyksta šaltesniam kūnui. Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad neįmanomas termodinaminis procesas, kurio pasekoje šiluma be jokių kitų pakitimų pereitų iš vieno kūno į kitą, karštesnį. Šis įstatymas neleidžia sukurti antrojo tipo amžinojo varymo mašinos.

30. Šilumos variklių veikimo principas. Šilumos variklio efektyvumas.

Paprastai šiluminiuose varikliuose darbą atlieka besiplečiančios dujos. Dujos, kurios veikia plėtimosi metu, vadinamos darbiniu skysčiu. Dujų plėtimasis atsiranda dėl jų temperatūros ir slėgio padidėjimo kaitinant. Prietaisas, iš kurio darbinis skystis gauna šilumos kiekį K vadinamas šildytuvu. Įrenginys, kuriam mašina perduoda šilumą, baigusi savo darbinį taktą, vadinamas šaldytuvu. Pirma, slėgis izochoriškai didėja, izobariškai plečiasi, izobariškai vėsta ir izobariškai susitraukia.<рисунок с подъемником>. Dėl darbo ciklo dujos grįžta į pradinę būseną, jų vidinė energija įgauna pradinę vertę. Tai reiškia, kad. Pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį,. Kūno atliktas darbas per ciklą lygus K.Šilumos kiekis, kurį kūnas gauna per ciklą, yra lygus skirtumui tarp šilumos, kurią gauna iš šildytuvo ir atiduodama į šaldytuvą. Vadinasi,. Mašinos efektyvumas yra sunaudotos naudingos energijos ir sunaudotos energijos santykis. .

31. Garavimas ir kondensacija. Sočiosios ir nesočiosios poros. Oro drėgmė.

Tai lemia netolygus šiluminio judėjimo kinetinės energijos pasiskirstymas. Kad bet kurioje temperatūroje kai kurių molekulių kinetinė energija gali viršyti potencialią surišimo energiją su kitomis. Garavimas yra procesas, kurio metu molekulės išeina iš skysčio ar kietos medžiagos paviršiaus. Garavimą lydi atšalimas, nes greitesnės molekulės palieka skystį. Skysčio išgarinimas uždarame inde esant pastoviai temperatūrai padidina molekulių koncentraciją dujinėje būsenoje. Po kurio laiko susidaro pusiausvyra tarp išgaruojančių ir į skystį grįžtančių molekulių skaičiaus. Dujinė medžiaga, esanti dinaminėje pusiausvyroje su skysčiu, vadinama sočiaisiais garais. Garai, kurių slėgis mažesnis už sočiųjų garų slėgį, vadinami nesočiaisiais. Sočiųjų garų slėgis nepriklauso nuo tūrio esant pastoviai temperatūrai (nuo ). Esant pastoviai molekulių koncentracijai, sočiųjų garų slėgis didėja greičiau nei idealių dujų slėgis, nes Temperatūros įtakoje didėja molekulių skaičius. Vandens garų slėgio tam tikroje temperatūroje ir sočiųjų garų slėgio toje pačioje temperatūroje santykis, išreikštas procentais, vadinamas santykinė drėgmė oro Kuo žemesnė temperatūra, tuo mažesnis sočiųjų garų slėgis, todėl atvėsus iki tam tikros temperatūros garai tampa sotūs. Ši temperatūra vadinama rasos tašku t p.

32. Kristalinis ir amorfiniai kūnai. Mechaninės savybės kietosios medžiagos Elastinės deformacijos.

Amorfiniai kūnai yra tie, kurių fizinės savybės visomis kryptimis yra vienodos (izotropiniai kūnai). Fizinių savybių izotropija paaiškinama atsitiktiniu molekulių išsidėstymu. Kietosios medžiagos, kuriose išdėstytos molekulės, vadinamos kristalais. Fizinės savybės kristaliniai kūnai nevienodos skirtingomis kryptimis (anizotropiniai kūnai). Kristalų savybių anizotropija paaiškinama tuo, kad esant tvarkingai struktūrai sąveikos jėgos nėra vienodos įvairiomis kryptimis. Išorinis mechaninis poveikis ant kūno sukelia atomų poslinkį iš pusiausvyros padėties, dėl ko keičiasi kūno forma ir tūris – deformacija. Deformacija gali būti apibūdinama absoliučiu pailgėjimu, lygus skirtumui ilgiai prieš ir po deformacijos arba santykinis pailgėjimas. Kai kūnas deformuojasi, atsiranda tamprumo jėgos. Fizinis dydis, lygus tamprumo jėgos modulio ir kūno skerspjūvio ploto santykiui, vadinamas mechaniniu įtempimu. Esant mažoms deformacijoms, įtempis yra tiesiogiai proporcingas pailgėjimui. Proporcingumo koeficientas E lygtyje vadinamas tamprumo moduliu (Youngo moduliu). Tamprumo modulis tam tikrai medžiagai yra pastovus , kur. Deformuoto kūno potencinė energija lygi darbui, sunaudotam įtempiant ar suspaudžiant. Iš čia .

Huko dėsnis tenkinamas tik esant mažoms deformacijoms. Didžiausia įtampa, kuriai esant ji vis dar tenkinama, vadinama proporcine riba. Peržengus šią ribą, įtampa nustoja proporcingai augti. Iki tam tikro įtempimo lygio, pašalinus apkrovą, deformuotas korpusas atkurs savo matmenis. Šis taškas vadinamas kūno elastingumo riba. Viršijus tamprumo ribą, prasideda plastinė deformacija, kurios metu kūnas neatkuria ankstesnės formos. Plastinės deformacijos srityje įtempis beveik nedidėja. Šis reiškinys vadinamas materialiu srautu. Virš takumo ribos įtempis padidėja iki taško, vadinamo ribine jėga, po kurio įtampa mažėja, kol kūnas sugenda.

33. Skysčių savybės. Paviršiaus įtempimas. Kapiliariniai reiškiniai.

Laisvo molekulių judėjimo skystyje galimybė lemia skysčio sklandumą. Skystos būsenos kūnas neturi pastovios formos. Skysčio formą lemia indo forma ir jėgos paviršiaus įtempimas. Skysčio viduje molekulių traukos jėgos yra kompensuojamos, bet paviršiuje – ne. Bet kurią molekulę, esančią šalia paviršiaus, traukia skysčio viduje esančios molekulės. Šioms jėgoms veikiamos molekulės paviršiuje traukiamos į vidų, kol laisvas paviršius netaps visų galimų minimumu. Nes Jei rutulio paviršius yra minimalus tam tikram tūriui, tada mažai veikiant kitoms jėgoms paviršius įgauna sferinio segmento formą. Skysčio paviršius prie indo krašto vadinamas menisku. Drėkinimo reiškiniui būdingas kontaktinis kampas tarp paviršiaus ir menisko susikirtimo taške. D ilgio atkarpos paviršiaus įtempimo jėgos dydis l lygus . Paviršiaus kreivumas sukuria perteklinį slėgį skysčiui, lygų, esant žinomam kontaktiniam kampui ir spinduliui . Koeficientas s vadinamas paviršiaus įtempimo koeficientu. Kapiliaras yra mažo vidinio skersmens vamzdis. Visiškai sudrėkinus, paviršiaus įtempimo jėga nukreipiama išilgai kūno paviršiaus. Šiuo atveju, veikiant šiai jėgai, skysčio kilimas per kapiliarą tęsiasi tol, kol gravitacijos jėga subalansuoja paviršiaus įtempimo jėgą, nes , Tai.

34. Elektros krūvis. Įkrautų kūnų sąveika. Kulono dėsnis. Elektros krūvio tvermės dėsnis.

Nei mechanika, nei MCT negali paaiškinti atomus surišančių jėgų prigimties. Atomų ir molekulių sąveikos dėsnius galima paaiškinti remiantis elektros krūvių samprata.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Šiame eksperimente aptikta kūnų sąveika vadinama elektromagnetine ir nulemta elektros krūvių. Krūvių gebėjimas pritraukti ir atstumti paaiškinamas prielaida, kad yra dviejų tipų krūviai – teigiami ir neigiami. Kūnai apmokestinti vienodas krūvis, atstumti, kitoks – pritraukti. Krūvio vienetas yra kulonas – krūvis, praeinantis per laidininko skerspjūvį per 1 sekundę, esant 1 ampero srovei. IN uždara sistema, į kurią iš išorės nepatenka elektros krūviai ir iš kurių jokių sąveikų metu elektros krūviai neišeina, visų kūnų krūvių algebrinė suma yra pastovi. Pagrindinis elektrostatikos dėsnis, dar žinomas kaip Kulono dėsnis, teigia, kad sąveikos jėgos modulis tarp dviejų krūvių yra tiesiogiai proporcingas krūvių modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcingas atstumo tarp jų kvadratui. Jėga nukreipta išilgai tiesės, jungiančios įkrautus kūnus. Tai yra atstumianti arba traukianti jėga, priklausomai nuo krūvių ženklo. Pastovus k Kulono dėsnio išraiškoje yra lygus . Vietoj šio koeficiento, vadinamasis elektrinė konstanta, susijusi su koeficientu k išraiška , nuo . Stacionarių elektros krūvių sąveika vadinama elektrostatiniu.

35. Elektrinis laukas. Įtampa elektrinis laukas. Elektrinių laukų superpozicijos principas.

Remiantis trumpojo nuotolio veikimo teorija, aplink kiekvieną krūvį yra elektrinis laukas. Elektrinis laukas yra materialus objektas, nuolat egzistuojantis erdvėje ir galintis veikti kitus krūvius. Elektrinis laukas sklinda erdvėje šviesos greičiu. Fizinis dydis, lygus jėgos, kuria elektrinis laukas veikia bandomąjį krūvį (taškinio teigiamo mažo krūvio, kuris neturi įtakos lauko konfigūracijai), santykiui su šio krūvio dydžiu vadinamas elektrinio lauko stipriu. Naudojant Kulono dėsnį galima gauti krūvio sukuriamo lauko stiprumo formulę q per atstumą r nuo mokesčio . Lauko stiprumas nepriklauso nuo krūvio, kurį jis veikia. Jei už mokestį q kelių krūvių elektriniai laukai veikia vienu metu, tada susidaranti jėga pasirodo lygi geometrinė suma jėgų, veikiančių kiekvieno lauko dalį atskirai. Tai vadinama elektrinių laukų superpozicijos principu. Elektrinio lauko intensyvumo linija yra linija, kurios liestinė kiekviename taške sutampa su intensyvumo vektoriumi. Įtempimo linijos prasideda nuo teigiamų krūvių ir baigiasi neigiamais krūviais arba eina į begalybę. Elektrinis laukas, kurio stiprumas visiems vienodas bet kuriame erdvės taške, vadinamas vienodu elektriniu lauku. Laukas tarp dviejų lygiagrečių priešingai įkrautų metalinių plokščių gali būti laikomas maždaug vienodu. At vienodas paskirstymas mokestis q per teritorijos paviršių S paviršiaus krūvio tankis yra . Už begalinė plokštuma Su paviršiaus tankis krūvis s, lauko stipris yra vienodas visuose erdvės taškuose ir lygus .

36. Elektrostatinio lauko darbas judant krūviui. Potencialus skirtumas.

Kai krūvis elektriniu lauku per atstumą perkeliamas, atliktas darbas lygus . Kaip ir gravitacijos atliekamas darbas, darbas Kulono jėga nepriklauso nuo krūvio trajektorijos. Pasikeitus poslinkio vektoriaus krypčiai 180 0, lauko jėgų darbas keičia ženklą į priešingą. Taigi elektrostatinio lauko jėgų atliktas darbas, perkeliant krūvį uždaroje grandinėje, yra lygus nuliui. Laukas, kurio jėgų darbas uždarame kelyje yra lygus nuliui, vadinamas potencialiu lauku.

Visai kaip masės kūnas m gravitacijos lauke turi potencialią energiją, proporcingą kūno masei, elektros krūvis elektrostatiniame lauke turi potencinę energiją W p, proporcingas mokesčiui. Elektrostatinio lauko jėgų atliktas darbas yra lygus krūvio potencinės energijos pokyčiui, paimtam su priešingu ženklu. Viename elektrostatinio lauko taške skirtingi krūviai gali turėti skirtingą potencialią energiją. Tačiau potencialios energijos ir krūvio santykis tam tikram taškui yra pastovi vertė. Šis fizikinis dydis vadinamas elektrinio lauko potencialu, nuo kurio krūvio potencinė energija yra lygi potencialo tam tikrame taške ir krūvio sandaugai. Potencialas – skaliarinis dydis, kelių laukų potencialas lygi sumaišių sričių potencialą. Energijos kitimo matas kūnų sąveikos metu yra darbas. Judinant krūvį elektrostatinio lauko jėgų atliktas darbas yra lygus energijos pokyčiui su priešingu ženklu, todėl. Nes darbas priklauso nuo potencialų skirtumo ir nepriklauso nuo trajektorijos tarp jų, tuomet galima svarstyti potencialų skirtumą energetines charakteristikas elektrostatinis laukas. Jei potencialas, esantis begaliniu atstumu nuo krūvio, yra lygus nuliui, tada atstumu r nuo mokesčio jis nustatomas pagal formulę .

Darbo, kurį atlieka bet koks elektrinis laukas judant, santykis teigiamas krūvis nuo vieno lauko taško iki kito įkrovos vertė vadinama įtampa tarp šių taškų, iš kurių atsiranda darbas. Elektrostatiniame lauke įtampa tarp bet kurių dviejų taškų yra lygi potencialų skirtumui tarp šių taškų. Įtampos (ir potencialų skirtumo) vienetas vadinamas voltu. 1 voltas yra lygus įtampai, kuriai esant laukas atlieka 1 džaulį, kad išjudintų 1 kuloną. Viena vertus, darbas, atliktas norint perkelti krūvį, yra lygus jėgos ir poslinkio sandaugai. Kita vertus, jį galima rasti iš žinomos įtampos tarp kelio atkarpų. Iš čia. Elektrinio lauko stiprio vienetas yra voltas vienam metrui ( i/m).

Kondensatorius yra dviejų laidininkų sistema, atskirta dielektriniu sluoksniu, kurio storis yra mažas, palyginti su laidininkų dydžiu. Tarp plokščių lauko stiprumas yra lygus dvigubam kiekvienos plokštės stiprumui už plokščių ribų. Fizinis dydis, lygus vienos iš plokščių įkrovos ir įtampos tarp plokščių santykiui, vadinamas kondensatoriaus elektrine talpa. Elektrinės talpos vienetas yra 1 faradas, kurio talpa yra lygi 1 voltui, kai į plokštes perduodamas 1 kulono krūvis. Lauko stiprumas tarp kietojo kondensatoriaus plokščių yra lygus plokščių stiprių sumai. , ir todėl nes homogeninis laukas yra patenkintas, tada , t.y. elektrinė talpa yra tiesiogiai proporcinga plokščių plotui ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp jų. Įvedus dielektriką tarp plokščių, jo elektrinė talpa padidėja e kartų, kur e yra įterptos medžiagos dielektrinė konstanta.

38. Leidžiamumas. Elektrinio lauko energija.

Dielektrinė konstanta yra fizikinis dydis, apibūdinantis elektrinio lauko stiprio modulio vakuume ir elektrinio lauko modulio santykį vienalyčiame dielektrike. Elektrinio lauko atliktas darbas lygus, tačiau įkraunant kondensatorių jo įtampa didėja nuo 0 į U, Štai kodėl . Todėl kondensatoriaus potenciali energija yra lygi .

39. Elektros srovė. Srovės stiprumas. Elektros srovės egzistavimo sąlygos.

Elektros srovė yra tvarkingas elektros krūvių judėjimas. Srovės kryptis laikoma teigiamų krūvių judėjimu. Elektros krūviai gali judėti tvarkingai veikiami elektrinio lauko. Štai kodėl pakankama būklė srovės buvimas – tai lauko ir laisvųjų krūvininkų buvimas. Elektrinį lauką gali sukurti sujungti du skirtingai įkrauti kūnai. Įkrovimo koeficientas D q, perkeltas per laidininko skerspjūvį per laiko intervalą D t iki šio intervalo vadinamas srovės stiprumu. Jei srovės stiprumas laikui bėgant nekinta, tada srovė vadinama pastovia. Norint, kad srovė laidininke egzistuotų ilgą laiką, būtina, kad sąlygos, sukeliančios srovę, išliktų nepakitusios.<схема с один резистором и батареей>. Jėgos, dėl kurių krūvis juda srovės šaltinio viduje, vadinamos pašalinėmis jėgomis. IN galvaninis elementas (ir bet kokia baterija – pvz.???) jos yra cheminės reakcijos jėgos, nuolatinės srovės mašinoje – Lorenco jėga.

40. Omo dėsnis grandinės atkarpai. Laidininko varža. Laidininko varžos priklausomybė nuo temperatūros. Superlaidumas. Nuoseklus ir lygiagretus laidų prijungimas.

Įtampos tarp elektros grandinės sekcijos galų ir srovės santykis yra pastovi vertė ir vadinama varža. Atsparumo vienetas yra 0 omų, 1 omų varža yra ta grandinės dalis, kurioje, esant 1 ampero srovei, įtampa yra lygi 1 voltui. Atsparumas yra tiesiogiai proporcingas ilgiui ir atvirkščiai proporcingas plotui skerspjūvis, kur r – specifinis elektrinė varža, pastovi tam tikros medžiagos vertė tam tikromis sąlygomis. Kai šildomas varža metalų padidėja tiesinis įstatymas, kur r 0 – varža esant 0 0 C, a – atsparumo temperatūros koeficientas, būdingas kiekvienam metalui. Kai arti absoliutus nulis Esant temperatūrai, medžiagų atsparumas smarkiai sumažėja iki nulio. Šis reiškinys vadinamas superlaidumu. Srovė praeina superlaidžiose medžiagose neprarandant laidininko šildymo.

Omo dėsnis grandinės atkarpai vadinamas lygtimi. Kai laidininkai jungiami nuosekliai, srovė visuose laiduose yra vienoda, o įtampa grandinės galuose yra lygi visų nuosekliai sujungtų laidininkų įtampų sumai. . Kai laidininkai jungiami nuosekliai, bendra varža yra lygi komponentų varžų sumai. At lygiagretus ryšysįtampa kiekvienos grandinės sekcijos galuose yra vienoda, o srovės stiprumas išsišakoja į atskiras dalis. Iš čia. Lygiagrečiai jungiant laidininkus, bendros varžos abipusė vertė yra lygi visų lygiagrečiai sujungtų laidininkų varžų abipusių verčių sumai.

41. Darbo ir srovės galia. Elektrovaros jėga. Omo dėsnis visai grandinei.

Elektrinio lauko jėgų darbas, kuris sukuria elektros srovė, vadinamas srovės darbu. Darbas A srovė zonoje su varža R laiku D t lygus . Elektros srovės galia lygi darbo ir atlikimo laiko santykiui, t.y. . Darbas, kaip įprasta, išreiškiamas džauliais, galia - vatais. Jei grandinės atkarpoje, veikiant elektriniam laukui, neatliekamas darbas ir Nr cheminės reakcijos, tada darbas veda į laidininko kaitinimą. Šiuo atveju darbas lygus šilumos kiekiui, kurį išskiria srovės laidininkas (Joule-Lenz dėsnis).

Elektros grandinėje darbas atliekamas ne tik išorinėje sekcijoje, bet ir akumuliatoriuje. Srovės šaltinio elektrinė varža vadinama vidine varža r. Vidinėje grandinės dalyje šilumos kiekis, lygus . Bendras elektrostatinio lauko jėgų atliktas darbas judant uždara kilpa yra lygus nuliui, todėl visas darbas atliekamas dėl išorinių jėgų, palaikančių pastovią įtampą. Išorinių jėgų atliekamo darbo ir perkelto krūvio santykis vadinamas šaltinio elektrovaros jėga, kur D q– perkeltas mokestis. Jei dėl nuolatinės srovės pratekėjimo įvyko tik laidininkų kaitinimas, tada pagal energijos tvermės įstatymą , t.y. . Srovės srautas elektros grandinėje yra tiesiogiai proporcingas emf ir atvirkščiai proporcingas bendrai grandinės varžai.

42. Puslaidininkiai. Puslaidininkių elektrinis laidumas ir jo priklausomybė nuo temperatūros. Nuosavas ir priemaišų laidumas puslaidininkiai.

Daugelis medžiagų nepraleidžia srovės taip gerai, kaip metalai, tačiau kartu jos nėra dielektrikai. Vienas iš skirtumų tarp puslaidininkių yra tas, kad kaitinant ar apšviečiant jų savitoji varža ne didėja, o mažėja. Tačiau jų pagrindinė praktiškai taikoma savybė pasirodė vienpusis laidumas. Dėl netolygus pasiskirstymas puslaidininkiniame kristale šiluminio judėjimo energija, kai kurie atomai yra jonizuoti. Išsiskyrusių elektronų negali užfiksuoti aplinkiniai atomai, nes jų valentiniai ryšiai yra prisotinti. Šie laisvieji elektronai gali judėti per metalą, kurdami elektronų srovė laidumas. Tuo pačiu metu atomas, iš kurio apvalkalo ištrūko elektronas, tampa jonu. Šis jonas neutralizuojamas užfiksuojant gretimą atomą. Dėl tokio chaotiško judėjimo atsiranda vietos judėjimas su trūkstamu jonu, kuris išoriškai matomas kaip teigiamo krūvio judėjimas. Tai vadinama skylės laidumo srove. Idealiame puslaidininkiniame kristale srovė sukuriama judant vienodam skaičiui laisvųjų elektronų ir skylių. Šis laidumo tipas vadinamas savo laidumą. Mažėjant temperatūrai, mažėja laisvųjų elektronų skaičius, proporcingas vidutinei atomų energijai, ir puslaidininkis tampa panašus į dielektriką. Siekiant pagerinti laidumą, į puslaidininkį kartais dedama priemaišų, kurios gali būti donorinės (padidinti elektronų skaičių nedidinant skylių skaičiaus) ir akceptoriaus (padidinti skylių skaičių nedidinant elektronų skaičiaus). Puslaidininkiai, kuriuose elektronų skaičius viršija skylių skaičių, vadinami elektroniniais puslaidininkiais arba n tipo puslaidininkiais. Puslaidininkiai, kuriuose skylių skaičius viršija elektronų skaičių, vadinami skylutiniais puslaidininkiais arba p tipo puslaidininkiais.

43. Puslaidininkinis diodas. Tranzistorius.

Puslaidininkinis diodas susideda iš p-n perėjimas, t.y. pagamintas iš dviejų sujungtų puslaidininkių skirtingų tipų laidumas. Jungdamiesi elektronai difunduoja į r- puslaidininkis. Dėl to elektroniniame puslaidininkyje atsiranda nekompensuotų teigiamų donoro priemaišų jonų, o skylės puslaidininkyje - neigiamus akceptoriaus priemaišos jonus, kurie užfiksavo išsklaidytus elektronus. Tarp dviejų sluoksnių susidaro elektrinis laukas. Jei elektroninio laidumo sričiai taikomas teigiamas krūvis, o skylės laidumo srityje – neigiamas, blokavimo laukas padidės, srovės stiprumas smarkiai sumažės ir beveik nepriklauso nuo įtampos. Toks įjungimo būdas vadinamas blokavimu, o srovė, tekanti diodu, vadinama atvirkštine. Jei skylės laidumo sričiai taikomas teigiamas krūvis, o elektronų laidumo sričiai – blokuojantis laukas susilpnės srovės stiprumas per diodą šiuo atveju priklauso tik nuo išorinės grandinės varžos. Šis perjungimo būdas vadinamas aplinkkeliu, o srovė, tekanti diodu, vadinama tiesiogine.

Tranzistorius, taip pat žinomas kaip puslaidininkinis triodas, susideda iš dviejų p-n(arba n-p) perėjimai. Vidurinė kristalo dalis vadinama pagrindu, išorinės – emiteris ir kolektorius. Tranzistoriai, kurių bazė turi skylę, vadinami tranzistoriais p-n-p perėjimas. Vairuoti tranzistorių p-n-p-į kolektorių tiekiama neigiamo poliškumo emiterio atžvilgiu įtampa. Įtampa prie pagrindo gali būti teigiama arba neigiama. Nes yra daugiau skylių, tada pagrindinė srovė per sandūrą bus difuzinis skylių srautas iš r- regionai Jei į emiterį įvedama maža tiesioginė įtampa, per jį tekės skylės srovė, sklindanti iš r- regionuose n-plotas (bazė). Bet todėl Jei pagrindas siauras, skylės pro ją, lauko pagreitintos, lekia į kolektorių. (???, aš čia kažko nesupratau...). Tranzistorius gali paskirstyti srovę ir taip ją sustiprinti. Srovės pokyčio kolektoriaus grandinėje ir srovės pokyčio bazinėje grandinėje santykis, kai kiti dalykai yra vienodi, yra pastovi reikšmė, vadinama integraliu bazinės srovės perdavimo koeficientu. Todėl keičiant srovę bazinėje grandinėje, galima gauti kolektoriaus grandinės srovės pokyčius. (???)

44. Elektros srovė dujose. Rūšis dujų išmetimai ir jų taikymas. Plazmos samprata.

Dujos, veikiamos šviesos ar šilumos, gali tapti srovės laidininku. Reiškinys, kai srovė praeina per dujas esant išoriniam poveikiui, vadinamas nesavarankišku elektros iškrova. Dujų jonų susidarymo procesas veikiant temperatūrai vadinamas termine jonizacija. Jonų atsiradimas veikiant šviesos spinduliuotei yra fotojonizacija. Dujos, kuriose didelė dalis molekulių yra jonizuotos, vadinamos plazma. Plazmos temperatūra siekia kelis tūkstančius laipsnių. Plazmos elektronai ir jonai gali judėti veikiami elektrinio lauko. Didėjant lauko stiprumui, priklausomai nuo dujų slėgio ir pobūdžio, jose atsiranda iškrova be išorinių jonizatorių įtakos. Šis reiškinys vadinamas savarankiška elektros iškrova. Tam, kad elektronas, atsitrenkęs į atomą, jonizuotų į jį, būtina, kad jo energija būtų ne mažesnė už jonizacijos darbą. Elektronas šią energiją gali įgyti veikiamas išorinio elektrinio lauko jėgų dujose savo laisvuoju keliu, t.y. . Nes vidutinis laisvas kelias mažas, nepriklausomas iškrovimas galimas tik esant dideliam lauko stiprumui. Esant žemam dujų slėgiui, susidaro švytėjimo išlydis, o tai paaiškinama padidėjus dujų laidumui retėjimo metu (didėja laisvas kelias). Jei srovės stiprumas yra nepriklausomas išleidimas yra labai didelis, elektronų smūgiai gali sukelti katodo ir anodo įkaitimą. Esant aukštai temperatūrai, elektronai išsiskiria iš katodo paviršiaus, palaikydami išlydį dujose. Šis iškrovos tipas vadinamas lanku.

45. Elektros srovė vakuume. Termioninė emisija. Katodinių spindulių vamzdis.

Vakuume nėra nešėjų nemokamas mokestis, taigi be išorinis poveikis Vakuume nėra srovės. Tai gali atsirasti, jei vienas iš elektrodų yra įkaitintas iki aukštos temperatūros. Įkaitęs katodas iš savo paviršiaus išskiria elektronus. Laisvųjų elektronų emisijos iš įkaitusių kūnų paviršiaus reiškinys vadinamas termone emisija. Paprasčiausias prietaisas, kuriame naudojama termoelektrinė emisija, yra vakuuminis diodas. Anodas susideda iš metalinės plokštės, katodas - iš plonos suvyniotos vielos. Kaitinant katodą, susidaro elektronų debesis. Jei prijungiate katodą prie teigiamo akumuliatoriaus gnybto, o anodą - prie neigiamo gnybto, tada diodo viduje esantis laukas nukreips elektronus į katodą ir srovė netekės. Jei prijungsite priešingai – anodą prie pliuso, o katodą prie minuso – tada elektrinis laukas elektronus judės link anodo. Tai paaiškina diodo vienpusio laidumo savybę. Elektronų srautą, judantį iš katodo į anodą, galima valdyti naudojant elektromagnetinis laukas. Norėdami tai padaryti, diodas modifikuojamas ir tarp anodo ir katodo pridedamas tinklelis. Gautas prietaisas vadinamas triodu. Jei pritaikysite jį prie tinklelio neigiamas potencialas, tada laukas tarp tinklelio ir katodo trukdys elektronui judėti. Jei pritaikysite teigiamą lauką, laukas trukdys elektronų judėjimui. Katodo skleidžiamus elektronus galima pagreitinti iki dideliu greičiu. Elektronų pluoštų gebėjimas nukreipti elektromagnetinius laukus naudojamas CRT.

46. ​​Srovių magnetinė sąveika. Magnetinis laukas. Jėga, veikianti srovės laidininką magnetiniame lauke. Magnetinio lauko indukcija.

Jei per laidininkus teka tos pačios krypties srovė, tai jie traukia, o jei yra lygūs, tada atstumia. Vadinasi, tarp laidininkų vyksta tam tikra sąveika, kurios negalima paaiškinti elektrinio lauko buvimu, nes Paprastai laidininkai yra elektra neutralūs. Magnetinis laukas susidaro judant elektros krūviams ir veikia tik judančius krūvius. Magnetinis laukas yra ypatinga materijos rūšis ir yra ištisinė erdvėje. Elektros srovės praėjimą per laidininką lydi magnetinio lauko generavimas, neatsižvelgiant į terpę. Srovės dydžiui nustatyti naudojama laidininkų magnetinė sąveika. 1 amperas yra srovės, einančios per du, stiprumas lygiagrečiai laidininkai¥ ilgio, ir nedidelis skerspjūvis, esantis 1 metro atstumu vienas nuo kito, kuriame magnetinis srautas sukelia sąveikos jėgą apačioje, lygią kiekvienam ilgio metrui. Jėga, kuria magnetinis laukas veikia srovės laidininką, vadinama Ampero jėga. Norint apibūdinti magnetinio lauko gebėjimą paveikti srovės laidininką, yra dydis, vadinamas magnetine indukcija. Magnetinės indukcijos modulis lygus santykiui didžiausia srovės laidininką veikiančios Ampero jėgos vertė, atsižvelgiant į srovės stiprumą laidininke ir jo ilgį. Indukcijos vektoriaus kryptis nustatoma pagal kairiosios rankos taisyklę (laidininkas yra išilgai rankos, nykščiu jėga, delne – indukcija). Magnetinės indukcijos vienetas yra tesla, lygus indukcijai tokie magnetinis srautas, kuriame veikia 1 metras laidininko, kurio srovė yra 1 amperas maksimali jėga Amperas 1 niutonas. Tiesė, kurios bet kuriame taške magnetinės indukcijos vektorius nukreiptas tangentiškai, vadinama magnetinės indukcijos linija. Jei visuose tam tikros erdvės taškuose indukcijos vektorius turi ta pati vertė modulis ir ta pati kryptis, tada laukas šioje dalyje vadinamas vienarūšiu. Priklausomai nuo srovės laidininko pasvirimo kampo Ampero jėgų magnetinės indukcijos vektoriaus atžvilgiu, jis kinta proporcingai kampo sinusui.

47. Ampero dėsnis. Magnetinio lauko poveikis judančiam krūviui. Lorenco jėga.

Magnetinio lauko poveikis srovei laidininke rodo, kad jis veikia judančius krūvius. Srovės stiprumas aš laidininke yra susijęs su koncentracija n laisvos įkrautos dalelės, greitis v jų užsakytas judėjimas ir plotas S laidininko skerspjūvis pagal išraišką , kur q– vienos dalelės krūvis. Pakeitę šią išraišką į Ampero jėgos formulę, gauname . Nes nSl lygus laisvųjų dalelių skaičiui laidininko ilgio l, tada jėga, veikianti iš lauko vieną greičiu judančią įkrautą dalelę v kampu a magnetinės indukcijos vektoriaus atžvilgiu B lygus . Ši jėga vadinama Lorenco jėga. Lorenco jėgos kryptis teigiamam krūviui nustatoma pagal kairiosios rankos taisyklę. Vienodame magnetiniame lauke dalelė, judanti statmenai magnetinio lauko indukcijos linijoms, veikiama Lorenco jėgos, įgyja įcentrinį pagreitį. ir juda ratu. Apskritimo spindulį ir apsisukimo periodą nustato išraiškos . Orbitos periodo nepriklausomybė nuo spindulio ir greičio naudojama įkrautame dalelių greitintuve – ciklotrone.

48. Magnetinės medžiagos savybės. Feromagnetai.

Elektromagnetinė sąveika priklauso nuo aplinkos, kurioje yra krūviai. Jei pakabinsite mažą šalia didelės ritės, ji nukryps. Jei į didesnę įkišama geležinė šerdis, nuokrypis padidės. Šis pakeitimas rodo, kad indukcija pasikeičia, kai pridedama šerdis. Medžiagos, kurios žymiai sustiprina išorinį magnetinį lauką, vadinamos feromagnetais. Fizinis dydis, parodantis, kiek kartų magnetinio lauko induktyvumas terpėje skiriasi nuo lauko induktyvumo vakuume, vadinamas magnetiniu pralaidumu. Ne visos medžiagos sustiprina magnetinį lauką. Paramagnetai sukuria silpnas laukas, kryptis sutampa su išorine. Diamagnetai savo lauku susilpnina išorinį lauką. Feromagnetizmas paaiškinamas elektrono magnetinėmis savybėmis. Elektronas yra judantis krūvis, todėl turi savo magnetinį lauką. Kai kuriuose kristaluose yra sąlygos lygiagrečiai elektronų magnetinių laukų orientacijai. Dėl to feromagnetinio kristalo viduje atsiranda įmagnetintos sritys, vadinamos domenais. Didėjant išoriniam magnetiniam laukui, domenai nustato savo orientaciją. Esant tam tikrai indukcijos vertei, visiškai sutvarkoma domenų orientacija ir atsiranda magnetinis prisotinimas. Kai feromagnetas pašalinamas iš išorinio magnetinio lauko, ne visi domenai praranda orientaciją, o kūnas tampa nuolatiniu magnetu. Tvarkingą domenų orientaciją gali sutrikdyti šiluminiai atomų virpesiai. Temperatūra, kurioje medžiaga nustoja būti feromagnetine, vadinama Curie temperatūra.

49. Elektromagnetinė indukcija. Magnetinis srautas. Teisė elektromagnetinė indukcija. Lenzo taisyklė.

Uždaroje grandinėje, pasikeitus magnetiniam laukui, atsiranda elektros srovė. Ši srovė vadinama indukcine srove. Srovės susidarymo uždaroje grandinėje reiškinys dėl į grandinę prasiskverbiančio magnetinio lauko pokyčių vadinamas elektromagnetine indukcija. Srovės atsiradimas uždaroje grandinėje rodo, kad yra išorinių neelektrostatinių jėgų arba atsiranda sukeltas emf. Kiekybinis aprašymas Elektromagnetinės indukcijos reiškinys pateikiamas remiantis ryšiu tarp indukuoto emf ir magnetinio srauto. Magnetinis srautas F per paviršių yra fizikinis dydis, lygus paviršiaus ploto sandaugai S vienam magnetinės indukcijos vektoriaus moduliui B o kampo a kosinusu tarp jo ir normaliojo paviršiaus. Magnetinio srauto vienetas yra Weberis, lygus srautui, kuris, tolygiai mažėjant iki nulio per 1 sekundę, sukelia 1 volto emf. Kryptis indukuota srovė priklauso nuo to, ar grandinę perveriantis srautas didėja, ar mažėja, taip pat nuo lauko krypties grandinės atžvilgiu. Bendra Lenco taisyklės formuluotė: uždaroje grandinėje kylanti indukuota srovė turi tokią kryptį, kad jos sukuriamas magnetinis srautas per grandinės ribojamą sritį linkęs kompensuoti magnetinio srauto pokytį, sukeliantį šią srovę. Elektromagnetinės indukcijos dėsnis: Indukuotas emf uždaroje grandinėje yra tiesiogiai proporcingas magnetinio srauto per paviršių, kurį riboja ši grandinė, kitimo greičiui ir yra lygus šio srauto kitimo greičiui, atsižvelgiant į Lenco taisyklę. Pasikeitus EML ritėje, susidedančioje iš n identiški posūkiai, bendra emf in n kartų emf vienu apsisukimu. Dėl vienodo magnetinio lauko, remiantis magnetinio srauto apibrėžimu, išplaukia, kad indukcija yra lygi 1 Tesla, jei srautas per 1 kvadratinio metro grandinę yra lygus 1 Weberiui. Elektros srovės atsiradimas stacionariame laidininke nėra paaiškinamas magnetine sąveika, nes Magnetinis laukas veikia tik judančius krūvius. Elektrinis laukas, atsirandantis pasikeitus magnetiniam laukui, vadinamas sūkuriniu elektriniu lauku. Jėgų darbas sūkurio laukas dėl krūvių judėjimo yra sukeltas emf. Sūkurio laukas nėra susietas su krūviais ir reiškia uždaras linijas. Šio lauko jėgų uždaroje kilpoje atliktas darbas gali skirtis nuo nulio. Elektromagnetinės indukcijos reiškinys atsiranda ir tada, kai magnetinio srauto šaltinis yra ramybės būsenoje, o laidininkas juda. Šiuo atveju sukeltos emf atsiradimo priežastis lygi , yra Lorenco jėga.

50. Savęs indukcijos reiškinys. Induktyvumas. Magnetinio lauko energija.

Elektros srovė, einanti per laidininką, sukuria aplink jį magnetinį lauką. Magnetinis srautas F per grandinę yra proporcinga magnetinės indukcijos vektoriui IN, o indukcija, savo ruožtu, yra srovės stipris laidininke. Todėl magnetiniam srautui galime rašyti . Proporcingumo koeficientas vadinamas induktyvumu ir priklauso nuo laidininko savybių, jo dydžio ir aplinkos, kurioje jis yra. Induktyvumo vienetas yra Henris, induktyvumas lygus 1 henriui, jei, esant 1 ampero stipriui, magnetinis srautas yra lygus 1 Weberiui. Pasikeitus srovei ritėje, pasikeičia šios srovės sukurtas magnetinis srautas. Dėl magnetinio srauto pasikeitimo ritėje atsiranda indukuota emf. Indukcinio emf reiškinys ritėje dėl srovės pasikeitimo šioje grandinėje vadinamas saviindukcija. Pagal Lenco taisyklę savaime indukcinis emf neleidžia didėti, kai grandinė įjungiama, ir mažėti, kai grandinė išjungiama. Savaime sukeltas emf, atsirandantis indukcinėje ritėje L, pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį yra lygus . Tarkime, kad atjungus tinklą nuo šaltinio srovė mažėja pagal tiesinį dėsnį. Tada savęs sukeltas emf turi pastovią vertę, lygus . Per tą laiką t tiesiniu mažėjimu, per grandinę praeis krūvis. Šiuo atveju elektros srovės atliktas darbas lygus . Šis darbas atliekamas dėl energijos šviesos W m ritės magnetinis laukas.

51. Harmoniniai virpesiai. Virpesių amplitudė, periodas, dažnis ir fazė.

Mechaniniai virpesiai – tai kūnų judesiai, kurie reguliariais intervalais kartojasi tiksliai arba maždaug vienodai. Jėgos, veikiančios tarp kūnų nagrinėjamoje kūnų sistemoje, vadinamos vidinėmis jėgomis. Jėgos, veikiančios sistemos kūnus iš kitų kūnų, vadinamos išorinėmis jėgomis. Laisvosios vibracijos yra vibracijos, atsirandančios veikiant vidines jėgas, pavyzdžiui, švytuoklė ant stygos. Virpesiai, veikiami išorinių jėgų – priverstiniai svyravimai, pavyzdžiui, stūmoklis variklyje. Bendras visų tipų svyravimų bruožas yra judėjimo proceso pakartojamumas po tam tikro laiko intervalo. Harmoninės vibracijos yra tos, kurios apibūdinamos lygtimi . Visų pirma, svyravimai, atsirandantys sistemoje su viena atkuriančia jėga, proporcinga deformacijai, yra harmoningi. Minimalus intervalas, per kurį kartojamas kūno judėjimas, vadinamas svyravimo periodu T. Fizinis dydis, kuris yra atvirkštinis virpesių periodas ir apibūdina svyravimų skaičių per laiko vienetą, vadinamas dažniu. Dažnis matuojamas hercais, 1 Hz = 1 s -1. Taip pat naudojama ciklinio dažnio sąvoka, kuri lemia svyravimų skaičių per 2p sekundes. Didžiausio poslinkio iš pusiausvyros padėties dydis vadinamas amplitude. Reikšmė po kosinuso ženklu yra svyravimo fazė, j 0 – pradinė svyravimo fazė. Dariniai taip pat harmoningai keičiasi, ir , ir visa mechaninė energija dėl savavališko nuokrypio X(kampas, koordinatė ir kt.) yra lygus , Kur A Ir IN– konstantos, kurias nustato sistemos parametrai. Diferencijuojant šią išraišką ir atsižvelgiant į tai, kad nėra išorinių jėgų, galima užrašyti, kad , iš kur .

52. Matematinė švytuoklė. Spyruoklės apkrovos svyravimai. Virpesių laikotarpis matematinė švytuoklė ir svarmenį ant spyruoklės.

Nedidelis kūnas, pakabintas ant netiesiamo sriegio, kurio masė yra nereikšminga, palyginti su kūno mase, vadinamas matematine švytuokle. Vertikali padėtis yra pusiausvyros padėtis, kurioje gravitacijos jėgą subalansuoja elastingumo jėga. Esant nedideliems švytuoklės nukrypimams nuo pusiausvyros padėties, atsiranda rezultatyvioji jėga, nukreipta į pusiausvyros padėtį, o jos svyravimai yra harmoningi. Matematinės švytuoklės su mažu svyravimo kampu harmoninių svyravimų periodas lygus . Norėdami gauti šią formulę, užrašykite antrąjį Niutono dėsnį švytuoklei. Švytuoklę veikia gravitacija ir stygos įtempimas. Jų rezultatas esant nedideliam nuokrypio kampui yra lygus . Vadinasi, , kur .

Ant spyruoklės pakabinto kūno harmoninių virpesių metu tamprumo jėga yra lygi pagal Huko dėsnį. Pagal antrąjį Niutono dėsnį.

53. Energijos konversija harmoninių virpesių metu. Priverstinės vibracijos. Rezonansas.

Kai matematinė švytuoklė nukrypsta nuo pusiausvyros padėties, jos potencinė energija didėja, nes atstumas iki Žemės didėja. Judant link pusiausvyros padėties, dėl sumažėjusio potencialo rezervo didėja švytuoklės greitis, didėja kinetinė energija. Pusiausvyros padėtyje kinetinė energija yra didžiausia, potenciali energija yra minimali. Didžiausio nuokrypio padėtyje yra atvirkščiai. Su spyruokle tai tas pats, bet paimama ne potenciali energija Žemės gravitaciniame lauke, o potenciali spyruoklės energija. Laisvos vibracijos visada pasirodo amortizuotos, t.y. su mažėjančia amplitude, nes energija eikvojama sąveikai su aplinkiniais kūnais. Energijos nuostoliai šiuo atveju yra lygūs išorinių jėgų darbui per tą patį laiką. Amplitudė priklauso nuo jėgos kitimo dažnio. Didžiausią amplitudę jis pasiekia tada, kai išorinės jėgos virpesių dažnis sutampa su sistemos natūraliu virpesių dažniu. Priverstinių svyravimų amplitudės didėjimo reiškinys aprašytomis sąlygomis vadinamas rezonansu. Nuo rezonanso išorinė jėga laikotarpiu atlieka maksimalų teigiamą darbą, tada rezonanso sąlyga gali būti apibrėžta kaip maksimalaus energijos perdavimo sistemai sąlyga.

54. Virpesių sklidimas į elastinga mediaga. Skersinės ir išilginės bangos. Bangos ilgis. Ryšys tarp bangos ilgio ir jos sklidimo greičio. Garso bangos. Garso greitis. Ultragarsas

Virpesių sužadinimas vienoje terpės vietoje sukelia priverstinius gretimų dalelių virpesius. Erdvėje sklindančių virpesių procesas vadinamas banga. Bangos, kuriose virpesiai atsiranda statmenai sklidimo krypčiai, vadinamos skersinėmis bangomis. Bangos, kuriose svyruoja bangos sklidimo kryptimi, vadinamos išilginėmis bangomis. Išilginės bangos gali atsirasti visose aplinkose, skersai – in kietosios medžiagos deformacijos metu veikiant tamprumo jėgoms arba paviršiaus įtempimui ir gravitacijos jėgoms. Virpesių sklidimo erdvėje greitis v vadinamas bangos greičiu. Atstumas l tarp arčiausiai vienas kito esančių taškų, svyruojančių tose pačiose fazėse, vadinamas bangos ilgiu. Bangos ilgio priklausomybė nuo greičio ir periodo išreiškiama kaip , arba . Kylant bangoms jų dažnį lemia šaltinio virpesių dažnis, o greitį – terpė, kurioje jos sklinda, todėl to paties dažnio bangos gali būti skirtingos. skirtingos aplinkos skirtingi ilgiai. Suspaudimo ir retėjimo procesai ore plinta visomis kryptimis ir vadinami garso bangomis. Garso bangos yra išilginės. Garso greitis, kaip ir bet kokių bangų greitis, priklauso nuo terpės. Ore garso greitis siekia 331 m/s, vandenyje – 1500 m/s, pliene – 6000 m/s. Garso slėgis papildomai yra slėgis dujose arba skystyje, kurį sukelia garso banga. Garso intensyvumas matuojamas pagal garso bangų per laiko vienetą perduodamą energiją per vienetinį skerspjūvio plotą, statmenai krypčiai bangos sklidimas, ir matuojamas vatais kvadratiniam metrui. Garso stiprumas lemia jo stiprumą. Garso aukštis nustatomas pagal vibracijos dažnį. Ultragarsas ir infragarsas yra garso virpesiai, viršijantys girdimumo ribas, atitinkamai 20 kilohercų ir 20 hercų dažniais.

55.Laisvieji elektromagnetiniai virpesiai grandinėje. Energijos keitimas virpesių grandinėje. Natūralus virpesių dažnis grandinėje.

Elektrinė virpesių grandinė yra sistema, susidedanti iš kondensatoriaus ir ritės, sujungtos uždaroje grandinėje. Sujungus ritę su kondensatoriumi, ritėje atsiranda srovė ir elektrinio lauko energija paverčiama magnetinio lauko energija. Kondensatorius neišsikrauna akimirksniu, nes... to neleidžia ritėje esantis savaime sukeltas emf. Kai kondensatorius visiškai išsikrauna, savaime indukcinis emf neleis srovei mažėti, o magnetinio lauko energija bus paversta elektros energija. Šiuo atveju atsirandanti srovė įkraus kondensatorių, o įkrovimo ženklas ant plokštelių bus priešingas pradiniam. Po to procesas kartojamas tol, kol visa energija išleidžiama grandinės elementų šildymui. Taigi, magnetinio lauko energija virpesių grandinėje paverčiama elektros energija ir atvirkščiai. Visai sistemos energijai galima užrašyti tokius ryšius: , iš kur savavališkai tam tikrą laiką . Kaip žinoma, visai grandinei . Tikėdamas tuo idealiai R » 0, pagaliau gauname , arba . Sprendimas šiuo klausimu diferencialinė lygtis yra funkcija , Kur. Reikšmė w vadinama natūraliu apskritimu (cikliniu) virpesių grandinėje dažniu.

56. Priverstiniai elektriniai virpesiai. Kintamoji elektros srovė. kintamosios srovės generatorius. kintamoji srovė.

Kintamoji srovė elektros grandinėse yra priverstinių jėgų sužadinimo jose rezultatas elektromagnetinės vibracijos. Tegul plokščia ritė turi plotą S ir indukcijos vektorius B sudaro kampą j su statmena ritės plokštumai. Magnetinis srautas Fšiuo atveju posūkio plotas nustatomas pagal išraišką. Kai ritė sukasi dažniu n, kampas j kinta pagal dėsnį., tada srauto išraiška įgauna formą. Magnetinio srauto pokyčiai sukuria indukuotą emf, lygų atėmus srauto kitimo greitį. Vadinasi, sukeltos emf pokytis vyks pagal harmonijos dėsnis. Iš generatoriaus išėjimo pašalinta įtampa yra proporcinga apvijos apsisukimų skaičiui. Kai įtampa kinta pagal harmonikos dėsnį Lauko stiprumas laidininke kinta pagal tą patį dėsnį. Lauko įtakoje atsiranda kažkas, kurio dažnis ir fazė sutampa su įtampos svyravimų dažniu ir faze. Srovės stiprumo svyravimai grandinėje yra priverstiniai, atsirandantys veikiant kintamajai įtampai. Kai srovės ir įtampos fazės sutampa, kintamosios srovės galia yra lygi arba . Vidutinė kvadratinio kosinuso reikšmė per laikotarpį yra 0,5, todėl . Efektyvioji srovės vertė yra nuolatinė srovė, kuri laidininke išskiria tokį patį šilumos kiekį kaip ir kintamoji srovė. Esant amplitudei Imax srovės stiprumo harmoniniai virpesiai efektyvioji įtampa lygus . Efektyviosios įtampos vertė taip pat kelis kartus mažesnė už jos amplitudės vertę Vidutinė srovės galia, kai sutampa virpesių fazės, nustatoma pagal efektyviąją įtampą ir srovės stiprumą.

5 7. Aktyvioji, indukcinė ir talpinė reaktyvumas.

Aktyvus pasipriešinimas R yra fizikinis dydis, lygus galios ir srovės kvadrato santykiui, kuris gaunamas iš galios išraiškos. Žemuose dažniuose jis praktiškai nepriklauso nuo dažnio ir sutampa su laidininko elektrine varža.

Tegul ritė yra prijungta prie kintamosios srovės grandinės. Tada srovei pasikeitus pagal įstatymą, ritėje atsiranda savaiminis indukcinis emf. Nes ritės elektrinė varža lygi nuliui, tada emf lygi minus išorinio generatoriaus sukurtai įtampai ritės galuose (??? Koks dar generatorius???). Todėl srovės pokytis sukelia įtampos pokytį, bet su fazės poslinkiu . Produktas yra įtampos svyravimų amplitudė, t.y. . Ritės įtampos svyravimų amplitudės ir srovės svyravimų amplitudės santykis vadinamas indukcine reaktyvia varža .

Tegul grandinėje yra kondensatorius. Įjungtas jis krauna ketvirtadalį laikotarpio, tada iškrauna tiek pat, tada tas pats, tik pasikeitus poliškumui. Kai kondensatoriaus įtampa keičiasi pagal harmonikos dėsnį jo plokščių krūvis lygus . Srovė grandinėje atsiranda pasikeitus įkrovimui: , panašiai kaip ritės atveju, srovės svyravimų amplitudė lygi . Reikšmė, lygi amplitudės ir srovės stiprumo santykiui, vadinama talpine reaktyvia varža .

58. Kintamosios srovės Ohmo dėsnis.

Apsvarstykite grandinę, kurią sudaro rezistorius, ritė ir nuosekliai sujungtas kondensatorius. Bet kuriuo metu taikoma įtampa yra lygi kiekvieno elemento įtampų sumai. Srovės stiprumo svyravimai visuose elementuose atsiranda pagal įstatymą. Rezistoriaus įtampos svyravimai sutampa su srovės svyravimais, kondensatoriaus įtampos svyravimai atsilieka nuo srovės fazės svyravimų, ritės laido srovės svyravimai fazėje (kodėl jie atsilieka???). Todėl sąlyga, kad įtempių suma būtų lygi bendrajai sumai, gali būti parašyta taip: Pasinaudodamas vektorinė diagrama, matosi, kad įtampos amplitudė grandinėje lygi , arba , t.y. . Bendra grandinės varža žymima . Iš diagramos akivaizdu, kad įtampa taip pat svyruoja pagal harmonikų dėsnį . Pradinę fazę j galima rasti naudojant formulę . Momentinė galia kintamosios srovės grandinėje yra lygi. Kadangi vidutinė kvadratinio kosinuso vertė per laikotarpį yra 0,5, . Jei grandinėje yra ritė ir kondensatorius, tai pagal Ohmo dėsnį kintamajai srovei. Ši vertė vadinama galios koeficientu.

59. Rezonansas elektros grandinėje.

Talpinė ir indukcinė reaktyvinė varža priklauso nuo naudojamos įtampos dažnio. Todėl, esant pastoviai įtampos amplitudei, srovės amplitudė priklauso nuo dažnio. Esant dažnio vertei, kuriai esant , ritės ir kondensatoriaus įtampų suma tampa lygus nuliui, nes jų svyravimai faze priešingi. Dėl to aktyviosios varžos įtampa esant rezonansui pasirodo lygi visai įtampai, o srovė pasiekia maksimali vertė. Išreikškime indukcinę ir talpinę rezonanso reaktyvumą: , vadinasi . Ši išraiška rodo, kad esant rezonansui, ritės ir kondensatoriaus įtampos svyravimų amplitudė gali viršyti taikomos įtampos virpesių amplitudę.

60. Transformatorius.

Transformatorius susideda iš dviejų ritių su skirtingos sumos posūkiai. Įjungus įtampą vienai iš ritių, joje atsiranda srovė. Jei įtampa keičiasi pagal harmonikų dėsnį, tada srovė keisis pagal tą patį dėsnį. Magnetinis srautas, einantis per ritę, yra lygus . Pasikeitus magnetiniam srautui, savaime indukcinis emf atsiranda kiekviename pirmosios ritės posūkyje. Produktas yra emf amplitudė viename posūkyje, bendra EMF pirminėje ritėje. Į antrinę ritę prasiskverbia tas pats magnetinis srautas, todėl . Nes magnetiniai srautai yra tokie patys. Apvijos aktyvioji varža yra maža, palyginti su indukcine varža, todėl įtampa yra maždaug lygi emf. Iš čia. Koeficientas KAM vadinamas transformacijos koeficientu. Todėl laidų ir gyslų šildymo nuostoliai yra maži F1" Ф 2. Magnetinis srautas yra proporcingas srovei apvijoje ir apsisukimų skaičiui. Vadinasi, t.y. . Tie. transformatorius padidina įtampą KAM kartų, sumažinant srovės stiprumą tiek pat. Srovės galia abiejose grandinėse, neatsižvelgiant į nuostolius, yra vienoda.

61. Elektromagnetinės bangos. Jų plitimo greitis. Elektromagnetinių bangų savybės.

Bet koks magnetinio srauto pasikeitimas grandinėje sukelia indukcinės srovės atsiradimą joje. Jo atsiradimas paaiškinamas sūkurio elektrinio lauko atsiradimu su bet kokiu magnetinio lauko pasikeitimu. Sūkurinis elektrinis židinys turi tokią pat savybę kaip ir paprastas – generuoti magnetinį lauką. Taigi, prasidėjus abipusio magnetinio ir elektrinio laukų susidarymo procesui, jis tęsiasi nuolat. Elektriniai ir magnetiniai laukai, sudarantys elektromagnetines bangas, gali egzistuoti vakuume, skirtingai nei kiti bangų procesai. Iš eksperimentų su trukdžiais nustatyta, kad elektromagnetinių bangų sklidimo greitis yra maždaug . IN bendras atvejis elektromagnetinės bangos greitis savavališkoje terpėje apskaičiuojamas pagal formulę. Elektrinių ir magnetinių komponentų energijos tankis yra lygus vienas kitam: , kur. Elektromagnetinių bangų savybės yra panašios į kitų bangų procesų savybes. Praeinant per sąsają tarp dviejų laikmenų, jos iš dalies atsispindi ir iš dalies lūžta. Jie neatsispindi nuo dielektrinio paviršiaus, jie beveik visiškai atsispindi nuo metalų. Elektromagnetinės bangos turi trukdžių (Hertzo eksperimentas), difrakcijos (aliuminio plokštės), poliarizacijos (tinklo) savybes.

62. Radijo ryšio principai. Paprasčiausias radijo imtuvas.

Norint vykdyti radijo ryšį, būtina užtikrinti galimybę skleisti elektromagnetines bangas. Kaip didesnis kampas tarp kondensatoriaus plokščių – tuo laisviau erdvėje sklinda EM bangos. Iš tikrųjų atvira grandinė susideda iš ritės ir ilgo laido – antenos. Vienas antenos galas įžemintas, kitas pakeltas virš Žemės paviršiaus. Nes elektromagnetinių bangų energija proporcinga ketvirtajai dažnio laipsniai, tada kintamajai srovei svyruojant garso dažniais EM bangos praktiškai nekyla. Todėl naudojamas moduliacijos principas – dažnis, amplitudė arba fazė. Paprasčiausias generatorius moduliuoti svyravimai pateikti paveiksle. Tegul grandinės virpesių dažnis keičiasi pagal dėsnį. Tegul keičiasi ir moduliuojamų garso virpesių dažnis kaip , ir W<(kodėl taip yra???)(G yra pasipriešinimo atvirkštinė vertė). Pakeisdami įtampos reikšmes į šią išraišką, kur gauname . Nes rezonanso metu atjungiami dažniai, esantys toli nuo rezonanso dažnio, tada nuo išraiškos už i išnyksta antra, trečia ir penkta terminai, t.y. .

Panagrinėkime paprastą radijo imtuvą. Jį sudaro antena, svyruojanti grandinė su kintamu kondensatoriumi, detektoriaus diodas, rezistorius ir telefonas. Virpesių grandinės dažnis parenkamas taip, kad jis sutaptų su nešlio dažniu, o kondensatoriaus virpesių amplitudė tampa didžiausia. Tai leidžia pasirinkti norimą dažnį iš visų gaunamų. Iš grandinės į detektorių patenka moduliuoti aukšto dažnio virpesiai. Praleidus detektorių, srovė įkrauna kondensatorių kas pusę ciklo, o kitą pusę ciklo, kai srovė nepraeina per diodą, kondensatorius iškraunamas per rezistorių. (ar teisingai supratau???).

64. Mechaninių ir elektrinių virpesių analogija.

Mechaninių ir elektrinių virpesių analogijos atrodo taip:

Norėdami apibūdinti kūno judėjimą, turite žinoti, kaip juda įvairūs jo taškai. Tačiau transliacinio judesio atveju visi kūno taškai juda vienodai. Todėl norint apibūdinti kūno transliacinį judėjimą, pakanka apibūdinti vieno iš jo taškų judėjimą.

Be to, daugelyje mechanikos problemų nereikia nurodyti atskirų kūno dalių padėties. Jei kūno matmenys yra maži, palyginti su atstumais iki kitų kūnų, tai šį kūną galima apibūdinti kaip tašką.

APIBRĖŽIMAS

Materialinis taškas yra kūnas, kurio matmenų tam tikromis sąlygomis galima nepaisyti.

Žodis „medžiaga“ čia pabrėžia skirtumą tarp šio taško ir geometrinio taško. Geometrinis taškas neturi jokių fizinių savybių. Materialus taškas gali turėti masę, elektros krūvį ir kitas fizikines charakteristikas.

Tas pats kūnas tam tikromis sąlygomis gali būti laikomas materialiu tašku, bet kitomis – ne. Taigi, pavyzdžiui, atsižvelgiant į laivo judėjimą iš vieno jūrų uosto į kitą, laivą galima laikyti materialiu tašku. Tačiau tiriant rutulio, riedančio laivo deniu, judėjimą, laivas negali būti laikomas materialiu tašku. Kiškio, bėgančio per mišką, judėjimą nuo vilko galima apibūdinti kiškį imant materialiu tašku. Tačiau kiškis negali būti laikomas materialiu tašku apibūdinant jo bandymus pasislėpti duobėje. Tiriant planetų judėjimą aplink Saulę, jas galima apibūdinti materialiais taškais, tačiau kasdieniniam planetų sukimuisi aplink savo ašį toks modelis netaikomas.

Svarbu suprasti, kad materialūs taškai gamtoje neegzistuoja. Materialus taškas yra abstrakcija, judėjimo aprašymo modelis.

Problemų sprendimo pavyzdžiai tema „Materialusis taškas“

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

3 PAVYZDYS

Visi mus supantys kūnai susideda iš nepaprastai daug atomų ar molekulių, tai yra, jie yra makroskopinės sistemos.

Mechaninės kūnų savybės

Mechaninės kūnų savybės lemia jų vidinė sandara, būsena, cheminė sudėtis, kurių tyrimas peržengia mechanikos ribas, todėl tiriamos kitose fizikos šakose. Mechanikoje, nagrinėjant tikrus kūnus, priklausomai nuo konkrečios problemos sąlygų, naudojami supaprastinti modeliai: materialus taškas, absoliučiai standus kūnas ir kt.

Materialinis taškas(MT) yra kūnas, kurio dydis ir forma gali būti nepaisyti tam tikroje konkrečioje fizinėje problemoje. To kriterijus yra tas, kad būdingi atstumai, kuriuos kūnas nuvažiuoja tam tikro judėjimo metu (judesio skalė, žymima L), turi būti dydžių eilėmis (mažiausiai 1-2 eilėmis) didesni už būdingus kūno matmenis. . Taigi kriterijus, kad fizinis kūnas gali būti laikomas MT, bus sąlygos įvykdymas. Pats terminas „materialus taškas“ tarsi pabrėžia, kad mes nepaisome kūno matmenų, tačiau kartu tai yra fizinis objektas, turintis masę. Šia prasme teisingiau būtų vartoti terminą „taškinė masė“, panašiai kaip tai daroma elektrostatikoje, kur vartojama „taškinio krūvio“ sąvoka.

Skaitykite panašias santraukas:

Fizikoje dydžio eilės sąvoka yra labai svarbi: kadangi ši sąvoka turi būti naudojama net ir teisingam MT apibrėžimui, trumpai prisiminkime šį apibrėžimą. Toks palyginimas pagal dydį leidžia teisingai nustatyti, ar šis kūnas gali būti laikomas materialiu tašku konkrečioje fizinėje problemoje, ar ne. Paprasčiausiai galime nepaisyti kūno dydžio, palyginti su būdingais atstumais, kuriuos kūnas nuvažiuoja tam tikro judesio metu.

Dabar akivaizdu, kad Žemės judėjimo aplink Saulę procese ji, žinoma, gali būti laikoma materialiu tašku. Kūnų judėjimo žemės paviršiumi procese. arba šalia Žemės (palydovų judėjimas), Žemė nebegali būti laikoma materialiu tašku, ir atvirkščiai, kiekvienoje konkrečioje problemoje lyginsime šių kūnų dydžius su Žemės dydžiais.

Bet koks mechanikoje tiriamas kūnas ar kūnų sistema gali būti laikoma materialių taškų sistema. Tam reikia sąlygiškai padalyti visus sistemos korpusus į pakankamai daug dalių, kad kiekvienos iš šių dalių dydžiai būtų nepalyginamai maži, lyginant su pačių kūnų dydžiais.

Absoliučiai standus kūnas yra kūnas, kurio atstumas tarp bet kurių dviejų taškų nesikeičia. Toks modelis gali būti naudojamas tais atvejais, kai kūno deformacijos gali būti nepaisomos. Tiesą sakant, absoliučiai standus korpusas yra MT sistema, kuri yra tvirtai sujungta.

Skaitykite panašias santraukas:

Kūno judesiai fizikoje

Bet kokį absoliučiai standaus kūno judesį galima suskirstyti į du pagrindinius judesių tipus – transliacinį ir sukamąjį.

Judėjimas į priekį- tai judėjimas, kurio metu bet kuri tiesi linija, jungianti du savavališkus šio kūno taškus, nubrėžta judančiame kūne, lieka lygiagreti sau pačiam. Pavyzdžiui, variklio ar šiluminio variklio cilindre esantis stūmoklis ar lifto kabina juda palaipsniui, kai nuleidžiamas ir kyla. Žemiau bus parodyta, kad kiekvienu laiko momentu visų kūno taškų greičiai ir pagreičiai atliekant transliacinį judėjimą bus vienodi, o tai reiškia, kad tokiam standaus kūno judėjimui apibūdinti pakanka atsižvelgti į bet kurio kūno judesį. vienas iš jo taškų.

MEDŽIAGOS TAŠKAS– klasikinės mechanikos pavyzdinė samprata (abstrakcija), žyminti nykstančių matmenų, bet tam tikrą masę turintį kūną.

Viena vertus, materialus taškas yra paprasčiausias mechanikos objektas, nes jo vietą erdvėje lemia tik trys skaičiai. Pavyzdžiui, trys Dekarto koordinatės erdvės taško, kuriame yra mūsų materialusis taškas.

Kita vertus, materialus taškas yra pagrindinis pagalbinis mechanikos objektas, nes būtent jam suformuluoti pagrindiniai mechanikos dėsniai. Visi kiti mechanikos objektai – materialūs kūnai ir aplinkos – gali būti pavaizduoti vienokių ar kitokių materialių taškų aibės pavidalu. Pavyzdžiui, bet kurį kūną galima „supjaustyti“ į mažas dalis ir kiekvieną iš jų paimti kaip materialų tašką, turintį atitinkamą masę.

Kai keliant kūno judėjimo problemą įmanoma realų kūną „pakeisti“ materialiu tašku, tai priklauso nuo klausimų, į kuriuos turi atsakyti suformuluotos problemos sprendimas.

Galimi įvairūs požiūriai į materialaus taško modelio panaudojimo klausimą.

Vienas iš jų yra empirinio pobūdžio. Manoma, kad materialaus taško modelis yra taikomas, kai judančių kūnų dydžiai yra nereikšmingi, palyginti su šių kūnų santykinių judesių dydžiu. Saulės sistema gali būti naudojama kaip iliustracija. Jei darysime prielaidą, kad Saulė yra stacionarus materialus taškas ir darysime prielaidą, kad ji veikia kitą materialų tašką-planetą pagal visuotinės gravitacijos dėsnį, tada taškinės planetos judėjimo problema turi žinomą sprendimą. Tarp galimų taško judėjimo trajektorijų taip pat yra tokių, kuriose yra tenkinami Keplerio dėsniai, empiriškai nustatyti Saulės sistemos planetoms.

Taigi, aprašant planetų orbitinius judėjimus, materialaus taško modelis yra gana patenkinamas. (Tačiau, norint sukurti matematinį tokių reiškinių, kaip Saulės ir Mėnulio užtemimai, modelį, reikia atsižvelgti į tikrus Saulės, Žemės ir Mėnulio dydžius, nors šie reiškiniai akivaizdžiai susiję su orbitos judėjimu.)

Saulės skersmens ir artimiausios planetos - Merkurijaus - orbitos skersmens santykis yra ~ 1·10 -2, o arčiausiai Saulės esančių planetų skersmenų ir jų orbitų skersmenų santykis yra ~ 1 ÷ 2 · 10 -4. Ar šie skaičiai gali būti formalus kūno dydžio nepaisymo kitose problemose ir dėl to taško modelio priimtinumo kriterijus? Praktika rodo, kad ne.

Pavyzdžiui, mažas kulkos dydis l= 1 ÷ 2 cm atstumo musės L= 1 ÷ 2 km, t.y. santykis, tačiau skrydžio trajektorija (ir nuotolis) labai priklauso ne tik nuo kulkos masės, bet ir nuo jos formos bei nuo to, ar ji sukasi. Todėl net ir maža kulka, griežtai tariant, negali būti laikoma materialiu tašku. Jei išorinės balistikos problemose mestas kūnas dažnai laikomas materialiu tašku, tai lydi daugybė papildomų sąlygų, kurios, kaip taisyklė, empiriškai atsižvelgia į tikrąsias kūno savybes.

Jei kreiptume į astronautiką, tai kai erdvėlaivis (SV) iškeliamas į darbinę orbitą, tolesniuose jo skrydžio trajektorijos skaičiavimuose jis laikomas materialiu tašku, nes jokie SK formos pokyčiai neturi pastebimos įtakos trajektorijai. . Tik kartais, atliekant trajektorijos korekcijas, iškyla būtinybė užtikrinti tikslią reaktyvinių variklių orientaciją erdvėje.

Kai nusileidimo skyrius priartėja prie Žemės paviršiaus ~100 km atstumu, jis iš karto „pavirsta“ kūnu, nes ta „pusė“, kuri patenka į tankius atmosferos sluoksnius, nulemia, ar skyrius pristatys kosmonautus ir sugrąžintas medžiagas. į norimą Žemės tašką .

Materialaus taško modelis pasirodė praktiškai nepriimtinas apibūdinant tokių fizinių mikropasaulio objektų, kaip elementariosios dalelės, atomo branduoliai, elektronai ir kt., judėjimą.

Kitas požiūris į materialaus taško modelio naudojimo klausimą yra racionalus. Pagal sistemos judesio kitimo dėsnį, taikomą atskiram kūnui, kūno masės centras C turi tokį patį pagreitį kaip koks nors (vadinkime jį lygiavertis) materialus taškas, kurį veikia tos pačios jėgos. kaip ir ant kūno, t.y.

Paprastai tariant, susidariusią jėgą galima pavaizduoti kaip sumą, kur ji priklauso tik nuo ir (spindulio vektoriaus ir taško C greičio), ir - ir nuo kūno kampinio greičio bei jo orientacijos.

Jeigu F 2 = 0, tada aukščiau pateiktas ryšys virsta lygiaverčio materialaus taško judėjimo lygtimi.

Šiuo atveju jie sako, kad kūno masės centro judėjimas nepriklauso nuo kūno sukamojo judėjimo. Taigi galimybė panaudoti materialaus taško modelį gauna griežtą matematinį (ir ne tik empirinį) pagrindimą.

Natūralu, kad praktiškai sąlyga F 2 = 0 atliekamas retai ir paprastai F 2 Nr. 0, tačiau gali pasirodyti, kad F 2 tam tikra prasme yra mažas, palyginti su F 1. Tada galime sakyti, kad ekvivalentiško materialaus taško modelis yra tam tikra aproksimacija apibūdinant kūno judėjimą. Tokio aproksimavimo tikslumo įvertinimą galima gauti matematiškai ir, jei šis įvertinimas yra priimtinas „vartotojui“, tada korpuso pakeitimas lygiaverčiu materialiu tašku yra priimtinas, kitaip toks pakeitimas sukels didelių klaidų. .

Tai taip pat gali įvykti, kai kūnas juda transliaciniu būdu ir, kinematikos požiūriu, jis gali būti „pakeistas“ kokiu nors lygiaverčiu tašku.

Natūralu, kad materialaus taško modelis netinka atsakyti į tokius klausimus kaip „kodėl Mėnulis atsuktas į Žemę tik viena puse? Tokie reiškiniai yra susiję su kūno sukamuoju judėjimu.

Vitalijus Samsonovas

Materialinis taškas

Materialinis taškas(dalelė) - paprasčiausias fizinis modelis mechanikoje - idealus kūnas, kurio matmenys lygūs nuliui, kūno matmenys taip pat gali būti laikomi be galo mažais, palyginti su kitais dydžiais ar atstumais, atsižvelgiant į tiriamos problemos prielaidas. Materialaus taško padėtis erdvėje apibrėžiama kaip geometrinio taško padėtis.

Praktikoje materialus taškas suprantamas kaip masės kūnas, kurio dydis ir forma sprendžiant šią problemą gali būti nepaisoma.

Kai kūnas juda tiesia linija, jo padėčiai nustatyti pakanka vienos koordinačių ašies.

Ypatumai

Materialaus taško masė, padėtis ir greitis bet kuriuo laiko momentu visiškai lemia jo elgesį ir fizines savybes.

Pasekmės

Mechaninė energija gali būti saugoma materialiame taške tik kaip jo judėjimo erdvėje kinetinė energija ir (arba) potenciali sąveikos su lauku energija. Tai automatiškai reiškia, kad materialus taškas nepajėgus deformuotis (materialiu tašku gali būti vadinamas tik absoliučiai standus kūnas) ir suktis aplink savo ašį bei keisti šios ašies kryptį erdvėje. Tuo pačiu metu kūno judėjimo modelis, apibūdinamas materialiu tašku, kuris susideda iš jo atstumo nuo kurio nors momentinio sukimosi centro ir dviejų Eulerio kampų, nurodančių linijos, jungiančios šį tašką su centru, kryptį, yra itin plačiai naudojamas daugelyje mechanikos šakų.

Apribojimai

Iš šio pavyzdžio aiškiai matyti, kad materialaus taško sąvoka taikoma ribotai: išretintose dujose aukštoje temperatūroje kiekvienos molekulės dydis yra labai mažas, palyginti su tipiniu atstumu tarp molekulių. Atrodytų, kad jų galima nepaisyti, o molekulę galima laikyti materialiu tašku. Tačiau taip būna ne visada: molekulės virpesiai ir sukimai yra svarbus molekulės „vidinės energijos“ rezervuaras, kurio „talpa“ priklauso nuo molekulės dydžio, struktūros ir cheminių savybių. Gerai apytiksliai monatominė molekulė (inertinės dujos, metalo garai ir kt.) kartais gali būti laikoma materialiu tašku, tačiau net ir tokiose molekulėse, esant pakankamai aukštai temperatūrai, stebimas elektronų apvalkalų sužadinimas dėl molekulių susidūrimų. , po kurio seka emisija.

Pastabos

Wikimedia fondas.

• 2010 m.
• Mechaninis judėjimas

Visiškai tvirtas korpusas

MEDŽIAGOS TAŠKAS Pažiūrėkite, kas yra „materialus taškas“ kituose žodynuose: - taškas su mase. Mechanikoje materialaus taško sąvoka vartojama tais atvejais, kai kūno dydis ir forma jo judėjimo tyrime neturi reikšmės, o svarbi tik masė. Beveik bet kuris kūnas gali būti laikomas materialiu tašku, jei... ...

MEDŽIAGOS TAŠKAS Didysis enciklopedinis žodynas - mechanikoje įdiegta sąvoka objektui, kuris laikomas tašku, turinčiu masę, žymėti. M. t padėtis teisėje apibrėžiama kaip geom. taškų, o tai labai supaprastina mechanikos uždavinių sprendimą. Praktiškai kūnas gali būti laikomas......

Fizinė enciklopedija materialus taškas Techninis vertėjo vadovas

MEDŽIAGOS TAŠKAS Šiuolaikinė enciklopedija

MEDŽIAGOS TAŠKAS- Mechanikoje: be galo mažas kūnas. Užsienio žodžių žodynas, įtrauktas į rusų kalbą. Chudinovas A.N., 1910 m. Rusų kalbos svetimžodžių žodynas

Materialinis taškas- MEDŽIAGOS TAŠKAS – mechanikoje įdiegta sąvoka, skirta apibūdinti kėbulą, kurio matmenų ir formos galima nepaisyti. Materialaus taško padėtis erdvėje apibrėžiama kaip geometrinio taško padėtis. Kūnas gali būti laikomas materialiu...... Iliustruotas enciklopedinis žodynas

Fizinė enciklopedija- mechanikoje įdiegta be galo mažo dydžio objekto, turinčio masę, sąvoka. Materialaus taško padėtis erdvėje apibrėžiama kaip geometrinio taško padėtis, kuri supaprastina mechanikos uždavinių sprendimą. Beveik bet kuris kūnas gali...... Enciklopedinis žodynas

Materialinis taškas- geometrinis taškas su mase; materialus taškas yra abstraktus materialaus kūno vaizdas, kuris turi masę ir neturi matmenų... Šiuolaikinio gamtos mokslo pradžia

Fizinė enciklopedija- materialusis taškas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. masės taškas; materialus taškas vok. Massenpunkt, m; materieller Punkt, m rus. materialus taškas, f; taškinė masė, f pranc. taškinė masė, m; point matériel, m … Fizikos terminų žodynas

Fizinė enciklopedija- Taškas su mase... Politechnikos terminų aiškinamasis žodynas

Knygos

• Stalų komplektas. Fizika. 9 klasė (20 lentelių), . Mokomasis 20 lapų albumas.