Definicja
Definicje wielkości opisujących ruch
Przemieszczenie to wektor łączący początkowe i końcowe położenie ciała. Jako wielkość wektorowa przemieszczenie posiada kierunek, zwrot i wartość . Jego wartość oznaczamy symbolem AB (bez strzałki u góry) i wyrażamy ją w jednostkach długości – [m]. Droga to długość przebytego toru. Droga jest wielkością skalarną (liczbową) wyrażoną w jednostkach długości. Na rys. 1.2. widać, że w ruchu krzywoliniowym droga s jest większa od wartości wektora...
Równanie Clapeyrona
Równanie to wiąże ze sobą parametry stanu dla n moli gazu doskonałego. Jest to równanie stanu gazu, które ma postać: Przykład: Oblicz temperaturę 1 mola tlenu wiedząc, że znajduje się on pod ciśnieniem atmosferycznym (1013 hPa) i zajmuje objętość 0,0224 m 3 . Rozwiązanie: Tlen w takich warunkach możemy traktować jako gaz doskonały. Korzystamy więc z równania Clapeyrona: pV = nRT , wypisujemy dane: n=1 mol, p=1013hPa = 1013⋅10 2 Pa, Przekształcamy równanie Clapeyrona: 1...
Zasada zachowania pędu
Zasada zachowania pędu wynika z uogólnionej postaci II zasady dynamiki.
III zasada dynamiki Newtona
Jeśli ciało A działa na ciało B pewną siłą (siłą akcji), to ciało B działa na ciało A siłą (siłą reakcji) o takiej samej wartości, takim samym kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie (rys. 2.7.).
Sublimacja i resublimacja
Sublimacja to bezpośrednia zmiana stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego. Resublimacja to proces odwrotny do sublimacji polegający na bezpośredniej zmianie stanu gazowego w stały.
Drgania wymuszone
Jeżeli na ciało oprócz siły sprężystości i sił oporu działa siła wymuszająca, której wartość zmienia się okresowo, to ciało wykonuje drgania wymuszone .
Drgania tłumione
Jeżeli na ciało działa siła sprężystości oraz odpowiednio słaba siła oporu , to ciało po wychyleniu ze stanu równowagi wykonuje drgania tłumione o coraz to mniejszej amplitudzie.
Siła jako wektor
Wszystkie siły są wielkościami wektorowymi. Każda siła ma więc wartość, kierunek i zwrot. Jeśli na ciało działa kilka sił, to zachowuje się ono tak, jakby działała na nie jedna siła, która jest sumą tych wszystkich sił. Nazywamy ją siłą wypadkową . Dodawanie sił odbywa się zgodnie z obowiązującymi w matematyce metodami dodawania wektorów. Symbolem siły jest duża litera ze strzałką u góry, np. . Wartość wektora można oznaczać po prostu jako F, R, Q (bez strzałki) np. F = 10N, R = 2N, Q =...
Ruch jednostajnie przyspieszony
Ruch jednostajnie przyspieszony to ruch, w którym wartość, kierunek i zwrot wektora przyspieszenia są stałe: a=const. Stały kierunek i zwrot wektora przyspieszenia jest możliwy tylko w ruchu prostoliniowym. Wobec tego ruch jednostajnie przyspieszony musi być ruchem prostoliniowym , czyli ruchem, w którym wartość prędkości jest równa szybkości. Stała wartość przyspieszenia oznacza, że w ciągu każdej sekundy szybkość (wartość prędkości) wzrasta o tyle samo: We wzorze v 0...
Pierwsze prawo Kirchoffa
Pierwsze prawo Kirchhoffa mówi, że suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z węzła: I 1 + I 2 + I 3 + ... + I n = I' 1 + I' 2 + I' 3 + ... + I' m
Procesy odwracalne i nieodwracalne
Proces jest odwracalny , jeśli gaz przechodzi przez te same stany pośrednie zarówno w jednym, jak i w drugim kierunku przebiegu procesu. Po powrocie gazu do stanu wyjściowego również otoczenie, z którym oddziaływał gaz, powraca do stanu początkowego. Proces nieodwracalny to proces, który tylko w jednym kierunku może zajść samoistnie (czyli bez ingerencji z zewnątrz). W kierunku przeciwnym zachodzi tylko w towarzystwie innego procesu dodatkowego. W przyrodzie wszystkie procesy, które...
Tarcie statyczne
Tarcie statyczne to siła działająca między ciałem spoczywającym na powierzchni, a tą powierzchnią. Siła tarcia statycznego rośnie wraz z siłą, która chce wprawić ciało w ruch. Maksymalna wartość siły tarcia statycznego zależy od rodzaju powierzchni i siły nacisku ciała na powierzchnię. Ciało zacznie się poruszać dopiero wtedy, gdy siła zewnętrzna pokona maksymalną siłę tarcia statycznego.
Moc
Moc P jest wielkością skalarną wyrażającą pracę wykonaną w jednostce czasu. Definicję mocy wyraża wzór: Podstawową jednostką mocy w układzie SI jest wat [W]. Jednostką mocy spoza układu SI jest koń mechaniczny (1 KM = 735,5 W) oraz kilowat (1 kW = 1000 W). Kilowatogodzina (1 kWh) to jednostka pracy wykonanej przez urządzenie o mocy 1 kW w ciągu 1h (kWh = 3,6 ⋅ 10 6 J).
Ruch jednostajny po okręgu
W ruchu jednostajnym po okręgu wektor prędkości zmienia kierunek i zwrot lecz jego wartość jest w każdej chwili taka sama i wynosi: gdzie r oznacza promień okręgu, a T okres.
Niedociążenie
Niedociążenie jest stanem, w którym siły nacisku pomiędzy elementami układu, powstałe na skutek sił zewnętrznych działających na układ, są mniejsze co do wartości od sił ciężkości, jakie działają na elementy układu. Przykład: Człowiek jadący windą w dół znajduje się w stanie niedociążenia.
I zasada dynamiki Newtona
Jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub działające siły równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym: Gdy F w = 0, to v=const. Jest to zasada bezwładności, z której wynika, że bez udziału niezrównoważonej siły ciało nie zmieni swojej prędkości.
Definicje wielkości opisujących ruch obrotowy bryły sztywnej
Ramię siły to wektor łączący środek obrotu z wektorem siły. Jego wartość wyrażamy w metrach, [r] = [m] . Moment siły to wektor , którego wartość obliczamy według wzoru: M=r⋅F⋅sinα [N⋅m] . Kierunek wektora momentu siły jest prostopadły do płaszczyzny, w której leży siła i jej ramię. Zwrot wektora momentu siły ma wpływ na kierunek obrotu bryły. Posługujemy się tutaj regułą śruby prawoskrętnej Moment bezwładności punktu materialnego o masie m...
Opór ośrodka
Ciało poruszające się w wodzie, w powietrzu lub w innym ośrodku płynnym „odczuwa” działanie siły wywieranej na nie przez ośrodek i hamującej jego ruch. Jest to siła oporu ośrodka. Siła ta rośnie, gdy rośnie szybkość ciała. Na ciało spadające w powietrzu działa pionowo w dół siła przyciągania ziemskiego oraz zwrócona przeciwnie do niej siła oporu powietrza, która rośnie wraz ze wzrostem szybkości ciała. Gdy wartość oporu powietrza zrówna się z wartością siły grawitacji, to szybkość ciała...
Praca w centralnym polu elektrycznym
Praca wykonana przez siłę zewnętrzną podczas przesunięciu ładunku próbnego q , w polu elektrycznym wytworzonym przez punktowy ładunek Q wyraża się wzorem: w którym r 1 i r 2 oznaczają początkowe i końcowe położenie punktów pola, między którymi przesunięty został ładunek q . Wartość pracy w polu elektrycznym nie zależy od kształtu i długości przebytej drogi między punktami pola, lecz od położenia tych punktów. Jest to cecha każdego pola zachowawczego , w którym praca...
Linie pola elektrycznego
Linie pola są to abstrakcyjne linie, które w każdym punkcie pola są styczne do siły działającej w tym polu na próbny ładunek q . Ładunek próbny to ładunek dodatni o bardzo małej wartości, który ma znikomy wpływ na badane pole.
Oddziaływania między drobinami substancji w różnych stanach skupienia
Właściwości fizyczne każdej substancji zależą od jej budowy wewnętrznej. Siły oddziaływań między drobinami substancji są największe, gdy jest ona w stanie stałym, mniejsze gdy jest w stanie ciekłym i najmniejsze, gdy jest w stanie gazowym. Z tego powodu drobiny w stanie stałym mają najmniej swobody, mogą drgać tylko wokół ustalonych położeń równowagi i trudno jest zmienić kształt ciał stałych . Na skutek dużych oddziaływań drobiny ciał stałych są tak blisko siebie, że już bliżej być nie...
Topnienie
Aby zamienić ciało stałe w ciecz, należy drobinom tego ciała dostarczyć odpowiednią ilość energii, dzięki której pokonają one duże siły oddziaływań łączące je ze sobą w stanie stałym. Należy podgrzać je do odpowiednio wysokiej temperatury nazywanej temperaturą topnienia , która jest różna dla różnych substancji. Topnienie to zachodzący w temperaturze topnienia proces polegający na zmianie stanu stałego w stan ciekły. Podtrzymanie procesu topnienia wymaga ciągłego dostarczania ciepła,...
Energia potencjalna grawitacyjna
Energia potencjalna grawitacyjna związana jest z położeniem masy w polu grawitacyjnym. Wartość energii potencjalnej, jaką posiada ciało o masie m w polu grawitacyjnym ziemskim względem wybranego poziomu odniesienia, jest równa pracy, jaką musiała wykonać siła przemieszczając to ciało z poziomu odniesienia na wysokość h . Obliczamy ją ze wzoru: Uwaga: Wzór ten stosuje się dla wysokości małych w porównaniu z promieniem Ziemi. Dla takich wysokości pole grawitacyjne Ziemi jest polem...
Pole centralne
Pole centralne to pole wytworzone przez dodatni lub ujemny ładunek punktowy. Linie pola centralnego rozchodzą się promieniście i przecinają się w miejscu, w którym znajduje się ładunek będący źródłem tego pola. Linie te są zwrócone tak jak siły, które działałyby na umieszczony w tym polu ładunek próbny. Pole centralne nazywamy polem kulombowskim.
Pole jednorodne
Pole jednorodne to pole wytworzone przez dwie równoległe, płaskie płytki naelektryzowane ładunkami o takiej samej wartości i o przeciwnym znaku. Linie pola jednorodnego są do siebie równoległe i są zwrócone od płytki dodatniej do ujemnej – tak jak siły, które działałyby na umieszczony w tym polu ładunek próbny.
Ruch obrotowy
Ruch obrotowy to ruch, w którym wszystkie punkty bryły zataczają współśrodkowe okręgi wokół osi obrotu. Oś obrotu to linia, na której leżą punkty bryły pozostające w spoczynku podczas obrotu. W ruchu obrotowym wszystkie punkty bryły mają taką samą szybkość kątową ω i różne szybkości liniowe v (styczne do toru), ponieważ v=r⋅ω . Jeśli szybkość kątowa rośnie lub maleje, to ruch obrotowy jest odpowiednio przyspieszony lub opóźniony i dla takich ruchów istnieje przyspieszenie lub...
Prawo Pascala
Ciśnienie w cieczach i gazach rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach. Przykład: Dzięki temu, że ciśnienie wywierane przez siłę F przesuwającą tłok, jest we wszystkich kierunkach takie samo, to przez dziurki w naczyniu ciecz wypływa również w kierunku przeciwnym do kierunku działania siły. Ciśnienie powietrza pompowanego do kół samochodu lub roweru również jest w każdym miejscu jednakowe.
Sprawność silnika
Sprawność silnika η jest parametrem charakteryzującym dany silnik. Wyraża się ona wzorem: gdzie W – praca wykonana przez gaz roboczy, Q 1 – ciepło pobrane ze źródła. Oznaczając przez Q 2 ciepło oddane przez gaz do chłodnicy i korzystając z zasady zachowania energii możemy napisać: W = Q 1 − Q 2 . Zatem: W tym wzorze Q 2 oznacza bezwzględną wartość ciepła oddanego do chłodnicy. Dla silnika pracującego w cyklu Carnota można wykazać, że: gdzie T 1 i T 2 to...
II zasada dynamiki Newtona
Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się, to ciało porusza się ruchem przyspieszonym (opóźnionym), w którym przyspieszenie (opóźnienie) jest wprost proporcjonalne do wartości siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalne do masy tego ciała: Stąd wynika, że: Gdy siła F w ma zwrot zgodny ze zwrotem prędkości, to zwiększa prędkość ciała i wówczas ruch jest przyspieszony. Gdy zwrot siły F w jest przeciwny do zwrotu prędkości ciała, to siła zmniejsza prędkość ciała i...
Definicje wielkości i pojęć opisujących pole elektryczne
Natężenie pola elektrycznego – E Natężenie pola elektrycznego w danym punkcie pola to wektor , którego kierunek i zwrot jest taki sam, jak kierunek i zwrot siły działającej na ładunek próbny umieszczony w tym punkcie. Wartość natężenia pola jest równa wartości siły działającej na jednostkowy ładunek próbny: W polu centralnym wartość natężenia pola jest w każdym punkcie tego pola inna. Dla pola centralnego , w którym F można wyrazić poprzez prawo...
Pojęcia i wielkości fizyczne opisujące falę
Źródło fali Fale mechaniczne nie powstają w próżni. Źródłem fali jest drgające ciało przekazujące swoje drgania cząsteczkom ośrodka, w którym się znajduje, dzięki czemu fala może się rozprzestrzeniać. Powierzchnia falowa Powierzchnia falowa to zbiór punktów, w których znajdują się cząsteczki ośrodka będące w tej samej fazie ruchu. Fala płaska Fala kulista Gdy powierzchnia falowa jest płaska, mówimy, że fala jest płaska,a gdy jest w kształcie sfery –...
Zasada superpozycji
W wyniku nakładania się na siebie fal pochodzących z kilku źródeł powstaje fala wypadkowa. Drgania wypadkowe cząsteczek w danym miejscu ośrodka są wówczas sumą drgań wywołanych przez poszczególne fale. Jeżeli dwie lub więcej fal mają tę samą częstotliwość i stałe przesunięcie w fazie oraz związane z tymi falami drgania zachodzą w tym samym kierunku, to nazywamy je falami spójnymi (koherentnymi) . Jeżeli fale pochodzące z kilku źródeł są spójne, to w ośrodku powstaje trwały w czasie...
II zasada dynamiki w postaci uogólnionej:
Powyższy wzór prowadzi do wniosku, że gdy układ jest odizolowany od otoczenia, czyli F w = 0 , to Δp = 0 , a to oznacza, że p=const . Jest to zasada zachowania pędu, którą można wyrazić słowami w następujący sposób: Jeśli na ciało lub na układ ciał nie działają żadne siły zewnętrzne, lub działające siły równoważą się, to pęd ciała (układu ciał) pozostaje stały. Pęd układu ciał jest wektorową sumą pędów poszczególnych ciał p = p 1 + p 2 + ... + p n . Zgodnie z zasadą...
Zasada bilansu cieplnego
Zasada zachowania energii, którą w nauce o cieple nazywamy zasadą bilansu cieplnego, wymaga, aby ilość energii cieplnej Q 1 oddanej przez ciało cieplejsze była równa energii cieplnej Q 2 pobranej przez ciało zimniejsze: Q 1 = Q 2 , m 1 ⋅ c w1 ⋅ ΔT 1 = m 2 ⋅ c w2 ⋅ ΔT 2 .
Siły równoważące się
Jeśli na jedno ciało działają dwie siły o takiej samej wartości, takim samym kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie, to wypadkowa tych sił wynosi zero. Takie siły nazywamy siłami równoważącymi się. Gdy na ciało działają siły równoważące się, to zachowuje się ono tak, jakby nie działała na nie żadna siła. Siły w przyrodzie występują parami , to znaczy, że każdej sile akcji ze strony jednego ciała odpowiada siła reakcji ze strony drugiego ciała, która ma taki sam kierunek, taką samą wartość,...
Pole grawitacyjne i jego opis
Pole grawitacyjne to właściwość przestrzeni wokół każdego ciała posiadającego masę. W obszarze, w którym znajduje się pole grawitacyjne jakiegoś ciała, na każde inne ciało posiadające masę działają siły określone przez prawo powszechnego ciążenia. Linie, wzdłuż których te siły działają, nazywamy liniami pola grawitacyjnego. Pole, w którym linie pola przebiegają promieniście i przecinają się w środku masy ciała będącego źródłem pola, nazywamy polem centralnym .