Definicja
Kinematyka
Kinematyka to nauka o ruchu. Ruch jest naturalnym i powszechnym zjawiskiem występującym w przyrodzie. Opisujemy go za pomocą pojęć wprowadzonych w XVII wieku przez Galileusza.
Przemiany stanu gazu doskonałego
Przemiana izotermiczna charakteryzuje się tym, że T=const i ΔU = 0 . Na podstawie I zasady termodynamiki: Q+W=0 , czyli: Q= −W . Wniosek: W stałej temperaturze energia wewnętrzna gazu nie zmienia się. Z zasady termodynamiki wynika, że aby to było możliwe, całe dostarczone do gazu ciepło musi być zużyte przez gaz na wykonanie pracy podczas rozprężania się. Z kolei, jeśli gaz jest sprężany (praca jest wykonana nad gazem), to musi całą energię przekazaną mu w ten sposób oddać...
Dynamika
Dynamika to nauka o siłach i ich skutkach. Siła jest miarą wzajemnych oddziaływań między ciałami. Jednostką siły jest 1N – niuton .
Energia potencjalna w centralnym polu elektrycznym
Energia potencjalna w polu centralnym wynika z oddziaływań między ładunkami punktowymi. Zakładamy, że gdy ładunki Q i q są w nieskończenie dużej odległości od siebie, to prawie w ogóle ze sobą nie oddziałują i dlatego w nieskończoności energia potencjalna ładunku q jest równa zeru. Energia potencjalna w dowolnym punkcie pola jest równa pracy jaka musi być wykonana, aby sprowadzić ładunek q z nieskończoności do danego punktu pola. Dla pola centralnego energię potencjalną wyraża...
Indukcja magnetyczna
Indukcja magnetyczna B jest wektorem, którego wartość jest równa wartości siły F działającej na dodatni ładunek elektryczny q wpadający do pola magnetycznego prostopadle do linii tego pola z prędkością v : Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla – T. W polu magnetycznym o indukcji 1T na ładunek 1C poruszający się prostopadle do linii pola z szybkością 1 m/s działa siła o wartości 1N.
Ruch cząstki naładowanej w jednorodnym polu elektrycznym
Ruch naładowanej cząstki (np. elektronu) wpadającej do jednorodnego pola elektrycznego z prędkością skierowaną prostopadle do linii tego pola jest taki sam, jak rzut poziomy w jednorodnym polu grawitacyjnym. Pod wpływem siły pola elektrycznego ( F=q⋅E ) cząstka odchyla się od pierwotnego kierunku ruchu o pewien kąt, którego wielkość zależy wprost proporcjonalnie od napięcia między okładkami kondensatora. Daje to możliwość sterowania wielkością tego odchylenia, co wykorzystywane...
Zasada zachowania energii
Zasada zachowania energii mówi, że w układzie zamkniętym (odizolowanym od otoczenia) energia może ulegać przemianom z jednej postaci w inną (np. energia kinetyczna może przekształcić się w energię potencjalną grawitacji), ale całkowita ilość energii pozostaje stała. Zasada zachowania energii jest słuszna dla wszystkich rodzajów energii, nie tylko dla energii mechanicznej.
Siła Lorentza
Siła Lorentza jest to siła, która działa na naładowaną cząstkę wpadającą z pewną prędkością do pola magnetycznego. Wielkość tej siły zależy od wartości indukcji magnetycznej pola magnetycznego B , ładunku elektrycznego cząstki q , i prędkości z jaką cząstka wpada do pola v , według wzoru: F L = qvB ⋅ sinα, w którym kąt α , to kąt zawarty między wektorem indukcji B i wektorem prędkości cząstki v . Kierunek i zwrot siły Lorentza określa reguła śruby prawoskrętnej. Siła...
Energia kinetyczna ruchu postępowego
Energia kinetyczna ruchu postępowego poruszającego się ciała o masie m jest równa pracy, jaką trzeba wykonać, aby rozpędzić to ciało od prędkości zerowej do prędkości v , posiadanej przez to ciało. Jest to wielkość wprost proporcjonalna do masy i do kwadratu prędkości ciała. Wyraża się ją wzorem:
Właściwości sprężyste
Ciała stałe, które pod wpływem działającej na nie siły odkształcają się w sposób nietrwały (wyginają się – trampolina, wydłużają się – sprężyna, skręcają się – metalowe pręty itp.) mają właściwości sprężyste. Jeśli ciało ma właściwości sprężyste, to po usunięciu siły przyjmuje pierwotny kształt.
Właściwości plastyczne
Właściwości plastyczne mają te ciała stałe, które pod wpływem działającej na nie siły odkształcają się w sposób trwały. Są to np.: plastelina, folia aluminiowa, glina itp.
Masa a ciężar
Masa ciała jest miarą ilości substancji (zależy od liczby drobin, z których zbudowane jest ciało). Ciężar to siła , jaką dana masa jest grawitacyjnie przyciągana przez Ziemię. Siła przyciągania ziemskiego,jak każda siła nadaje ciału o masie m przyspieszenie, które w tym przypadku nazywamy przyspieszeniem ziemskim i dla odróżnienia oznaczamy je literą g (a = g ). Zgodnie z II zasadą dynamiki między ciężarem i masą istnieje związek: F g = m ⋅ g . Na Ziemi g = 9,81 m/s 2 . Na innych...
Ciśnienie atmosferyczne
Ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie wywierane przez ciężar powietrza nad Ziemią i wyraża się takim samym wzorem jak ciśnienie hydrostatyczne. Ciśnienie atmosferyczne najczęściej podajemy w hektopaskalach – hPa (1 hPa = 100 Pa). W górach, gdzie słup powietrza nad Ziemią jest mniejszy, ciśnienie atmosferyczne jest mniejsze niż na terenach nizinnych. Ponieważ gazy są ściśliwe, to gęstość powietrza na różnych wysokościach nad Ziemią jest różna, co zgodnie z powyższym wzorem ma też wpływ na...
Ruch jednostajnie przyspieszony po okręgu
Gdy wartość wektora prędkości w ruchu po okręgu rośnie, to rośnie też szybkość kątowa i obok przyspieszenia liniowego występuje wtedy przyspieszenie kątowe , które oznaczamy literą ε. Wyrażamy je jako stosunek przyrostu szybkości kątowej do czasu, w jakim ten przyrost nastąpił: Tutaj ω 0 oznacza początkową szybkość kątową (w chwili t = 0), a ω k to szybkość kątowa po czasie t (końcowa szybkość kątowa). Warto zauważyć, że matematyczna postać tego wzoru jest identyczna ze wzorem...
Ruch harmoniczny prosty
Ruch harmoniczny prosty jest ruchem drgającym. Ruch ten odbywa się pod wpływem siły zwróconej zawsze w stronę położenia równowagi i posiadającej wartość wprost proporcjonalną do wychylenia z położenia równowagi. Taką siłą może być przykładowo siła sprężystości sprężyny F = – kx.
Pierwsza prędkość kosmiczna
Pierwsza prędkość kosmiczna jest to prędkość jaką należy nadać ciału, aby obiegało Ziemię po orbicie kołowej o promieniu niewiele większym od promienia Ziemi. Wartość tej prędkości wyraża się wzorem: gdzie: G – stała grawitacji, M – masa Ziemi, R – promień Ziemi.
Pierwsza zasada termodynamiki
Pierwsza zasada termodynamiki to zasada zachowania energii w procesach termodynamicznych. Przedstawia ona związek między zmianą energii wewnętrznej gazu, a ciepłem wymienionym przez gaz z otoczeniem oraz pracą wykonaną przez gaz lub pracą wykonaną nad gazem.
Częstotliwość i amplituda drgań wymuszonych
Częstotliwość drgań wymuszonych jest równa częstotliwości zmian siły wymuszającej. Amplituda drgań wymuszonych jest zależna od wielkości sił oporu oraz od maksymalnej wartości, jaką przyjmuje siła wymuszająca i od częstotliwości jej zmian, a także od częstości kołowej drgań własnych oscylatora.
Energia potencjalna w polu grawitacyjnym
Ciało o masie m umieszczone w danym punkcie pola ma energię potencjalną, która jest równa pracy, jaką wykonają siły pola, aby przenieść ciało z nieskończoności do tego punktu: gdzie M to masa ciała będącego źródłem pola. Im dalej znajduje się ciało od źródła pola, tym jego energia potencjalna jest bliższa zeru.
Prawo Archimedesa
Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu skierowana pionowo do góry i równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało. W= d cieczy ⋅ V zanurzona ⋅ g Ciśnienie hydrostatyczne wywierane na dolną powierzchnię ciała zanurzonego w cieczy jest większe niż ciśnienie wywierane na jego górną powierzchnię. Ta różnica ciśnień jest przyczyną występowania siły wyporu. Siła wyporu, jak pokazuje wzór, zależy od gęstości cieczy i od tej części objętości ciała, która jest...
Drugie prawo Kirchoffa
Drugie prawo Kirchhoffa mówi, że suma napięć na wszystkich elementach obwodu elektrycznego jest równa napięciu źródła: U 1 + U 2 + U 3 + ... + U n = U z
Przemiana termodynamiczna
Przemiana termodynamiczna to proces, w którym przynajmniej jeden z parametrów stanu gazu ulega zmianie. Gaz przechodzi wtedy do innego stanu opisanego przez nowe parametry, które również muszą spełniać równanie Clapeyrona.
Ładunek elementarny
Ładunek elektryczny zarówno elektronu, jaki i protonu ma taką samą wartość i jako najmniejsza porcja ładunku elektrycznego nosi nazwę ładunku elementarnego – e 0 . e 0 =1,602⋅10 −19 C Dowolny ładunek elektryczny, jaki ma naelektryzowane ciało, jest całkowitą wielokrotnością ładunku jednego elektronu, gdyż każdy ładunek powstaje na skutek przejścia elektronów z atomów jednego ciała do atomów drugiego ciała. Q=N⋅e, N =1,2,3,... Zasada zachowania ładunku elektrycznego W...
Ciśnienie hydrostatyczne
Ciśnienie hydrostatyczne to ciśnienie spowodowane ciężarem cieczy. Jeśli w naczyniu lub zbiorniku znajduje się słup cieczy o wysokości h , to wywiera on na dno ciśnienie hydrostatyczne o wartości: p h = d ⋅ g ⋅ h gdzie d oznacza gęstość cieczy, a g oznacza przyspieszenie ziemskie. Ciśnienie hydrostatyczne na Ziemi zależy tylko od gęstości cieczy i wysokości słupa cieczy. Nie zależy od ilości cieczy w naczyniu lub zbiorniku. Ciśnienie wody w stawie i w oceanie na tej samej...
Tarcie toczne
Tarcie toczne to siła działająca na toczącą się po powierzchni kulę lub walec. Jest ona znacznie mniejsza od siły tarcia występującej podczas przesuwania bez toczenia.
Energia potencjalna sprężystości
Energia potencjalna sprężystości wynika ze stopnia odkształcenia ciała sprężystego. Ciało ściśnięte lub rozciągnięte sprężyście posiada energię potencjalną równą pracy, jaką musiała wykonać siła ściskając je lub rozciągając o wartość x . Energię potencjalną sprężystości wyraża wzór:
Nieważkość
Nieważkość jest to stan, w którym działające na układ siły zewnętrzne nie są powodem powstawania wzajemnych sił nacisku pomiędzy elementami układu. Stan taki występuje, jeżeli jedynymi siłami zewnętrznymi działającymi na układ są siły grawitacji. Przykład: Statek kosmiczny znajdujący się na orbicie okołoziemskiej z wyłączonymi silnikami jest w stanie nieważkości, ponieważ jedyną siłą działającą na niego jest siła grawitacji.
Pojęcie pracy w fizyce
Praca jest wielkością skalarną zdefiniowaną jako iloczyn skalarny wektora siły i wektora przemieszczenia: gdzie α to kąt pomiędzy wektorem siły a wektorem przemieszczenia.Jednostką pracy jest jeden dżul [J] Praca może przyjmować wartości dodatnie i ujemne w zależności od kąta α . Kiedy α > 90° to cos α < 0 i wtedy W < 0 . Praca W jest wykonywana tylko wtedy, gdy siła F działająca na ciało spowoduje przemieszczenie s tego ciała. Przykład: Dziecko...
Cykl Carnota
Cykl Carnota składa się z dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych, przedstawionych na rysunku: Począwszy od punktu A następuje: izotermiczne sprężanie --> adiabatyczne sprężanie --> izotermiczne rozprężanie --> adiabatyczne rozprężanie. W oparciu o cykl Carnota przebiegający w tym kierunku działa doskonały silnik cieplny . Począwszy od punktu A adiabatyczne sprężanie --> izotermiczne sprężanie --> adiabatyczne rozprężanie -->...
Drugie prawo Keplera
Linia łącząca Słońce z planetą zakreśla w równych odcinkach czasu równe pola wewnątrz orbity. Jeżeli czas, w jakim planeta przemieściła się z punktu A do B jest równy czasowi w jakim planeta przemieściła się z punktu C do D, to zaciemnione pola są sobie równe. Z tego wynika, że szybkość planety się zmienia. Największa jest w peryhelium (punkt najbliżej Słońca), a najmniejsza w aphelium (punkt najdalej Słońca). To prawo jest konsekwencją zasady zachowania momentu pędu w ruchu planet.
Praca w polu grawitacyjnym
Jeśli ciało o masie m, przedstawione na rys. 4.2., które znajduje się w polu grawitacyjnym wytworzonym przez ciało o masie M , zostanie przemieszczone z punktu B do A , to siły pola grawitacyjnego wykonają pracę: Ponieważ r B > r A , to praca wykonana przez siły pola jest ujemna W < 0 . Przeniesienie ciała z punktu A do B wymaga wykonania pracy przez siłę zewnętrzną: W tym przypadku praca jest dodatnia. Wartość pracy w polu grawitacyjnym nie zależy od...
Przeciążenie
Przeciążenie jest stanem, w którym działające na układ siły zewnętrzne są powodem powstawania wzajemnych sił nacisku pomiędzy elementami układu. Siły nacisku są większe co do wartości od sił ciężkości działających na elementy układu. Przykład: Kosmonauci znajdujący się w rakiecie startującej z powierzchni Ziemi poddawani są przeciążeniom.
Zderzenia
Zderzenia możemy podzielić na: zderzenia doskonale sprężyste , wśród których wyróżniamy zderzenia centralne i niecentralne, zderzenia doskonale niesprężyste , wśród których wyróżniamy zderzenia centralne i niecentralne. Zderzenia centralne Zderzenia niecentralne Wektory prędkości ciał biorących udział w zderzeniu leżą na linii łączącej środki ciężkości tych ciał. Wektory prędkości ciał biorących udział w zderzeniu nie leżą na linii, która łączy...
Siła dośrodkowa
Jest to siła, która jest przyczyną przyspieszenia dośrodkowego . Powoduje ona zakrzywienie toru nie zmieniając szybkości ciała. Jest ona prostopadła do toru i zwrócona w stronę środka krzywizny .W ruchu po okręgu siła dośrodkowa leży wzdłuż promienia okręgu i jest zwrócona do środka okręgu, a jej wartość zgodnie z II zasadą dynamiki wyraża się wzorem:
Rezonans
Rezonans to zjawisko zachodzące wtedy, gdy częstość siły wymuszającej ma wartość: Jeśli warunek ten jest spełniony, to amplituda drgań wymuszonych przyjmuje maksymalną wartość równą: Gdy nie występuje tłumienie drgań, wtedy do powyższych wzorów wstawiamy β = 0 i zauważamy,że gdy nie ma tłumienia, to częstość rezonansowa jest równa częstości drgań własnych oscylatora. Rys. 7.9. pokazuje zależność amplitudy drgań wymuszonych od częstości kołowej siły wymuszającej dla różnych...
Definicje podstawowych wielkości opisujących przepływ prądu stałego
Natężenie prądu I [A] , wyraża szybkość przepływu ładunku przez przekrój poprzeczny przewodnika. Natężenie mierzymy za pomocą amperomierza, który włączamy do obwodu szeregowo. Jego opór powinien być minimalny. Natężenie prądu to stosunek ładunku ΔQ przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu Δt , w jakim ten ładunek przepłynął: Jednostką natężenia jest amper. Napięcie U [V] Napięcie między dwoma punktami obwodu mierzy woltomierz...
Ruch postępowy
Ruch postępowy to ruch, w którym wszystkie punkty bryły doznają równych i równoległych przemieszczeń, gdyż wszystkie zakreślają tory o takim samym kształcie i wszystkie mają takie same prędkości. Wynika z tego, że w ruchu postępowym wszystkie punkty bryły mogą być reprezentowane przez jeden punkt – środek ciężkości, a cały ruch może być opisany tak, jak ruch punktu materialnego.
Druga zasada termodnamiki
Jest to zasada, która stwierdza, że w układzie izolowanym (czyli w takim, który w żaden sposób nie oddziałuje z otoczeniem) wszystkie procesy zachodzą w kierunku wzrostu entropii: S 2 > S 1 , ΔS = S 2 − S 1 ≥ 0, gdzie S 1 i S 2 to wartości entropii układu odpowiednio przed i po zajściu procesu. Oznacza to, że układ przechodzi od stanu mniej prawdopodobnego (uporządkowanego) do stanu bardziej prawdopodobnego (chaotycznego). Druga zasada termodynamiki może być także...
Prawo Coulomba
Między dwoma ładunkami punktowymi q 1 i q 2 działa siła, której wartość jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi: Siła F jest przyciągająca dla ładunków różnoimiennych i odpychająca dla ładunków jednoimiennych.
Wielkości opisujące ruch
Najważniejszą cechą ruchu jest jego względność. Ruch jest względny , ponieważ w zależności od przyjętego układu odniesienia to samo ciało może być równocześnie w ruchu i w spoczynku. Układem odniesienia może być dowolne ciało lub układ ciał. Ruch to zmiana położenia względem przyjętego układu odniesienia. Położenie ciała opisujemy przez podanie współrzędnych (x, y, z), dlatego z układem odniesienia wiążemy układ współrzędnych (X, Y, Z) . Ciało przyjęte jako układ odniesienia jest...
Właściwości kruche
Właściwości kruche mają te ciała stałe, które pod wpływem działającej na nie siły łamią się lub kruszą. Są to np.: szkło, kreda, niektóre tworzywa sztuczne.
Ważkość
Ważkość jest to stan, w którym działające na układ siły zewnętrzne są powodem powstawania wzajemnych sił nacisku pomiędzy elementami układu. Stan ten występuje jeżeli oprócz sił grawitacji na układ ciał działają również inne siły zewnętrzne. Przykład: Człowiek idący po ulicy znajduje się w stanie ważkości, ponieważ oprócz siły ciężkości działa jeszcze na niego siła reakcji podłoża, po którym idzie.
Siła tarcia
Siła tarcia to siła, która występuje między stykającymi się powierzchniami dwóch ciał. Wartość siły tarcia zależy od rodzaju stykających się powierzchni (od stopnia ich gładkości) oraz od siły nacisku, jaką wywiera jedno ciało na drugie. Siła tarcia nie zależy od wielkości stykających się powierzchni.
Ruch jednostajnie opóźniony
W ruchu jednostajnie opóźnionym szybkość w dowolnej chwili ruchu jest mniejsza niż szybkość początkowa. Zatem wartość Δv= v−v 0 < 0 . Oznacza to, że wektor opóźnienia w każdej chwili ma zwrot przeciwny do zwrotu wektora prędkości, gdy tymczasem wektor przyspieszenia (w ruchu jednostajnie przyspieszonym) ma zwrot zgodny ze zwrotem wektora prędkości.
Co to jest prąd elektryczny
Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych (dodatnich lub ujemnych). Nośnikami tych ładunków mogą być elektrony lub jony. W obwodach elektrycznych, w których nośnikami ładunków są elektrony, przyjmuje się umowny kierunek przepływu prądu, który z przyczyn historycznych jest przeciwny do kierunku rzeczywistego. Warunkiem uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych jest istnienie pola elektrycznego. Takie pole występuje między biegunami źródła napięcia. Źródłami napięcia...
Definicje podstawowych wielkości opisujących ruch drgający
Amplituda – A [m] Amplituda to największe wychylenie z położenia równowagi. Okres drgań – T [s] Okres drgań to czas, w którym ciało drgające wykona jedno pełne drganie. Częstotliwość drgań – f [Hz] Częstotliwość drgań wyraża liczbę drgań zachodzących w ciągu jednej sekundy. Częstość kołowa – ω [ 1 / s ] ω=2π⋅f Częstość kołowa odpowiada wartości prędkości kątowej w ruchu po okręgu. Faza drgania – α [rad] α=ω⋅t+ϕ ,...
Tarcie kinetyczne
Gdy ciało przesuwa się po podłożu, to działa na nie siła tarcia kinetycznego, która jest zwrócona przeciwnie do wektora prędkości. Siła ta hamuje ruch ciała i tym samym jest przyczyną opóźnienia. Jej wartość wyrażamy wzorem: T=f⋅N . T – wartość siły tarcia kinetycznego, f – współczynnik tarcia kinetycznego zależny od rodzaju stykających się powierzchni, N – wartości siły nacisku działającej prostopadle do powierzchni, po której przesuwa się ciało.
Siły i przyspieszenie w ruchu na równi pochyłej
Siła ciężkości (ciężar ciała) na równi pochyłej rozkłada się na dwie siły: siłę równoległą do powierzchni równi –F S i siłę prostopadłą do powierzchni równi –F N Siła F S powoduje ruch ciała wzdłuż równi, a siła F N naciska na równię i dlatego ma wpływ na wartość siły tarcia. Siła F N jest równoważona przez siłę sprężystości równi S , a niezrównoważona siła wypadkowa o wartości F w s - T = F − nadaje ciału na równi przyspieszenie: Podstawiając do tego wzoru F w =F S...
Krzepnięcie
Krzepnięcie to proces odwrotny do topnienia i zachodzi w temperaturze krzepnięcia, która jest równa temperaturze topnienia.
Skraplanie
Skraplanie to proces odwrotny do wrzenia i parowania. Polega na zmianie stanu gazowego w stan ciekły. Podczas skraplania ciecz musi oddawać ciepło do otoczenia.