Fizyka
Bilans cieplny
Suma wszystkich energii, jaką posiadają wszystkie drobiny danej substancji, jest energią wewnętrzną tej substancji. Na tę energię składają się energie kinetyczne drobin oraz energie potencjalne oddziaływań między nimi. Podgrzewanie substancji w dowolnym stanie skupienia prowadzi do wzrostu energii jej drobin i tym samym do wzrostu energii wewnętrznej substancji.
Termodynamika
Fale harmoniczne
Optyka
Dualizm korpuskularno-falowy
Rozpad promieniotwórczy i promieniowanie jądrowe
Promieniowanie jądrowe to promieniowanie wysyłane przez nietrwałe jądra atomowe podczas ich rozpadu. Są nimi głównie jądra ciężkie, dla których Z > 82. Zbyt duża liczba neutronów w takich jądrach powoduje, że rozpadają się one na jądra innego pierwiastka i na cząstkę promieniowania jądrowego.
Kiedy stosujemy prawa fizyki relatywistycznej
W przypadku obiektów poruszających się z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła prawa klasycznej mechaniki Newtona nie zgadzają się z doświadczeniem. Do opisu takich obiektów należy stosować prawa sformułowane przez Alberta Einsteina w szczególnej teorii względności. Teoria ta odnosi się tylko do zjawisk zachodzących w inercjalnych układach odniesienia. Układem inercjalnym jest układ, w którym nie występują siły bezwładności. Układ inercjalny nie może być w ruchu przyspieszonym....
Transformacja Lorentza
Wszystkie zdarzenia zachodzą w czterowymiarowej czasoprzestrzeni, w której trzy współrzędne określają położenie w przestrzeni, a czwarta współrzędna to czas. Jeżeli w jednym układzie U określone są wszystkie cztery współrzędne jakiegoś zdarzenia ( x, y, z, t ) to w układzie U’ , który porusza się względem układu U ze stałą prędkością u skierowaną wzdłuż osi x , współrzędne tego zdarzenia będą miały inne wartości ( x’, y’, z’, t’ ). Zależność między współrzędnymi w układzie U’ , a...
Ewolucja gwiazd
Pod nazwą ewolucja gwiazd rozumiemy zmiany w życiu gwiazd, jakie dokonują się na oczach astronomów. Gwiazdy rodzą się, żyją w stanie stabilnym i umierają dając początek nowym generacjom gwiazd.
Zjawisko interferencji
Rzuty – ruchy pod wpływem siły przyciągania ziemskiego
Rzut pionowy Warunki początkowe: prędkość początkowa v 0 skierowana pionowo do góry. Rzut pionowy składa się z dwóch ruchów następujących po sobie. Są to: Ruch jednostajnie opóźniony w górę z opóźnieniem g: ciało w czasie wznoszenia osiągnie wysokość Ruch jednostajnie przyspieszony w dół z przyspieszeniem g: ciało w czasie opadania zwiększa prędkość od zera do wartości, jaką nadano mu w chwili wyrzucenia. Rzut poziomy Warunki początkowe: ciało...
Przemiany stanu gazu
Fizyka jądrowa
Fizyka jądrowa zajmuje się zjawiskami związanymi z jądrem atomowym. Jądro jest centralną częścią każdego atomu, zajmującą tylko jedną kwadrylionową część całej objętości atomu. Ponieważ w jądrach zajmujących tak małą objętość jest skupiona prawie cała masa atomu, możemy uważać, że atomy są prawie puste.
Podstawowe założenia fizyki kwantowej
W fizyce kwantowej nie istnieje pojęcie toru cząstki, które jest podstawowym pojęciem w klasycznym opisie ruchu. Falowe cechy cząstek mikroświata nie pozwalają na ich dokładne zlokalizowanie. Położenie i prędkość mikrocząstki mogą być określone tylko w pewnych przedziałach wartości. Jest to właściwość mikroświata, którą wyraża zasada nieoznaczoności Heisenberga.
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...
Efekty relatywistyczne
Założenia szczególnej teorii względności prowadzą do zjawiska kontrakcji długości, dylatacji czasu i nierównoczesności zdarzeń w jednym układzie, które zaszły równocześnie w innym układzie.
Ruch postępowy i obrotowy bryły sztywnej
Gdy mamy do czynienia z ruchami, w których wielkość przemieszczenia jest porównywalna z rozmiarami poruszającego się ciała, to nie traktujemy tego ciała jako punktu materialnego. W takim przypadku posługujemy się pojęciem bryły sztywnej , która jest wyidealizowanym modelem rzeczywistych brył. Bryłą sztywną jest ciało, które nie deformuje się pod wpływem działających na nią sił . Zatem odległości między dowolnymi dwoma punktami bryły sztywnej nie zmieniają się pod wpływem sił zewnętrznych....
Falowa natura cząstek materii
Poruszające się elektrony, protony, neutrony, cząstki α (jądra helu), a nawet całe atomy wykazują dyfrakcję i interferencję, które są zjawiskami typowymi dla fal. Im mniejsza masa cząstki, tym łatwiej zaobserwować jej właściwości falowe, gdyż ze wzrostem masy maleje długość fali związanej z cząstką. Przykładowo fala związana z piłką tenisową poruszającą się z szybkością 50 m/s jest około 10 27 razy mniejsza od długości fali światła fioletowego. Dyfrakcja takiej fali może być zauważona...
Równania opisujące drgania wymuszone
Ciało wykonujące drgania wymuszone Siła wymuszająca Zależność wychylenia ciała od czasu: x(t)=A⋅sin(ωt+ϕ). Zależność wartości siły od czasu: F(t)=F 0 ⋅sinωt . Amplituda drgań wymuszonych: Gdy sinωt = 1, to F(t)=F 0 . F 0 – to maksymalna wartość siły wymuszającej. Zależność przesunięcia fazowego od częstotliwości kołowej: Zakładamy, że dla chwili t = 0 siła przyjmuje wartość równą zeru. Częstotliwości drgań wymuszonych oraz...
Nierównoczesność zdarzeń
Nierównoczesność zdarzeń w jednym układzie, które w innym zaszły jednocześnie. Jeżeli dwa zdarzenia zaszły jednocześnie w dwóch różnych miejscach w układzie U , względem którego porusza się układ U’ z prędkością zbliżoną do prędkości światła, to prawdziwy jest wzór:
Energia wewnętrzna U [J]
Energia wewnętrzna to suma wszystkich rodzajów energii, jakie posiadają wszystkie molekuły gazu łącznie. Z ruchem molekuł związana jest energia kinetyczna , a z ich oddziaływaniami na odległość związana jest energia potencjalna . Z powodu braku oddziaływań między drobinami gazu doskonałego energia wewnętrzna takiego gazu składa się tylko z energii kinetycznych wszystkich drobin gazu. Wzrost temperatury jest oznaką wzrostu średniej energii kinetycznej przypadającej na jedną drobinę i tym...
Prawa Keplera
Prawa Keplera opisują ruch planet wokół Słońca. Masa Słońca stanowi 99,9% masy całego Układu Słonecznego, dlatego siły grawitacyjne działające między Słońcem i planetami wywierają znaczny wpływ na ruch planet i nieznacznie wpływają na Słońce.
Równanie fali harmonicznej kulistej
gdzie y – to wartość wychylenia z położenia równowagi dla cząsteczki ośrodka, która w chwili t znajduje się w odległości r od źródła.
Ładunek elektryczny - Q [C]
Istnienie w przyrodzie siły, dzięki której elektrony przyciągane są do jądra atomowego, jest skutkiem cechy, jaką posiadają elektrony i protony , którą nazywamy ładunkiem elektrycznym . Cecha ta przejawia się przyciąganiem się protonów z elektronami oraz odpychaniem się elektronów z elektronami i odpychaniem się protonów z protonami. Umownie przyjęto, aby ładunek elektryczny elektronu traktować jako ujemny, ładunek elektryczny protonu jako dodatni. Atom jest elektrycznie obojętny, jeśli...
Praca W [J]
Praca to wielkość fizyczna. Gaz wykonuje pracę , gdy się rozszerza i przesuwa dzięki temu tłok cylindra, w którym się znajduje. Kiedy mamy do czynienia z sytuacją odwrotną, tzn. z taką, w której siła zewnętrzna przesuwa tłok ściskając gaz, to mówimy, że praca wykonywana jest nad gazem .
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 .
Drgania i fale mechaniczne
Ciepło Q [J]
Ciepło podobnie jak praca jest sposobem przekazywania energii. Jeżeli zetkniemy ze sobą dwa ciała o różnych temperaturach, to drobinom ciała o temperaturze niższej przekazywana będzie energia przez drobiny ciała o temperaturze wyższej. Proces ten będzie trwał aż do momentu osiągnięcia równowagi termodynamicznej przez oba ciała. Mówimy wtedy, że nastąpił przepływ ciepła. Proces ten może zachodzić nie tylko na skutek zetknięcia ciał. Energia cieplna może być też przekazywana poprzez emisję lub...
Oddziaływania grawitacyjne
Ruchy w ziemskim polu grawitacyjnym
Pole grawitacyjne wytwarzane przez masę Ziemi w obszarze obejmującym niewielkie odległości od Ziemi w porównaniu z jej promieniem, jest polem jednorodnym: W polu jednorodnym linie pola są równoległe, a natężenie pola jest w każdym punkcie takie samo. Dla ziemskiego jednorodnego pola grawitacyjnego natężenie pola
Elementy kosmologii
Entropia układu ciał
Entropia układu ciał jest sumą entropii wszystkich ciał należących do układu: S = S 1 + S 2 + ... + S n Zmiana entropii całego układu jest równa sumie zmian entropii poszczególnych ciał należących do układu.
Struktura wszechświata
Wszechświat zbudowany jest z miliardów galaktyk , które można uważać za jego podstawowe elementy. Każda galaktyka składa się średnio z około 100 miliardów gwiazd oraz gazu i pyłu. Galaktyki mają różne kształty. Są galaktyki eliptyczne przypominające spłaszczoną kulę, galaktyki spiralne w postaci dysku z wystającymi ramionami i galaktyki nieregularne. Najwięcej gwiazd znajduje się w centrum galaktyk. Galaktyki występują samodzielnie lub tworzą większe struktury nazywane gromadami...
Przykłady ruchu harmonicznego
Ciało o masie m zaczepione do jednego końca sprężyny wykonuje drgania harmoniczne pod wpływem siły F = – kx, jeśli zostanie wychylone z położenia równowagi poprzez naciągnięcie lub ściśnięcie sprężyny: Innym przykładem ruchu harmonicznego jest ruch wahadła matematycznego, które składa się z punktu materialnego o masie m zawieszonego na cienkiej i nierozciągliwej nici. Jeżeli wychylimy tę masę z położenia równowagi o bardzo mały kąt i puścimy swobodnie, to będzie ona wykonywała...
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.
Energia całkowita cząstki swobodnej
Energia całkowita cząstki swobodnej jest sumą energii spoczynkowej i kinetycznej:
Prawo indukcji Faraday’a
Jeśli zmiana strumienia magnetycznego ΔΦ B objętego obwodem elektrycznym zachodzi w czasie Δt , to w obwodzie tym powstaje siła elektromotorycznej indukcji ε ind , która jest równa: Znak minus w tym wzorze wynika z reguły Lentza , która mówi, że kierunek przepływu prądu indukcyjnego jest taki, iż pole magnetyczne tego prądu przeciwstawia się zmianie strumienia indukcji.
Prawo powszechnego ciążenia
Źródłem siły przyciągania grawitacyjnego jest masa. Każde dwa ciała o masach M i m znajdujące się w odległości r przyciągają się wzajemnie siłą grawitacji F , której wartość jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych mas, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi: Obydwie siły działające na każde z dwóch ciał mają taką samą wartość i kierunek, lecz przeciwne zwroty. Ziemia przyciąga Słońce siłą o takiej samej wartości jak siła, z jaką Słońce przyciąga...
Zakaz Pauliego
W atomach wieloelektronowych obowiązuje zakaz Pauliego, zgodnie z którym w atomie żadne dwa elektrony nie mogą znajdować się w stanie opisanym przez te same liczby kwantowe. Dwa elektrony muszą różnić się wartością co najmniej jednej liczby kwantowej.
Ciepło właściwe molowe
Ciepło właściwe molowe C to ilość ciepła niezbędna do zmiany temperatury jednego mola gazu o 1K (1K = 1°C). gdzie: Δ T – zmiana temperatury, Q – wartość wymienionego ciepła, n – liczba moli. Między ciepłem właściwym c w a ciepłem molowym C istnieje związek: cw ⋅ μ = C , gdzie μ to masa jednego mola gazu.
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 wiązania nukleonów w jądrze i deficyt masy
Energia wiązania nukleonów w jądrze jest równa energii,jaką należałoby dostarczyć, aby rozłożyć jądro na poszczególne składniki. Okazuje się, że suma mas wszystkich nukleonów w jądrze jest większa niż masa całego jądra utworzonego z tych nukleonów. Różnicę między tymi masami nazywamy deficytem masy i oznaczamy Δm. Ta brakująca masa jest równoważna energii wiązania nukleonów zgodnie ze wzorem podanym przez Einsteina: ΔE=Δm⋅c 2 .
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Korpuskularna natura promieniowania elektromagnetycznego ujawnia się między innymi, w zjawisku fotoelektrycznym, które znajduje szerokie zastosowanie w wielu urządzeniach elektronicznych. Polega ono na wybijaniu elektronów z metalu przez fotony promieniowania elektromagnetycznego. Jeśli metalowa płytka,na którą pada światło jest częścią obwodu elektrycznego (katodą), to uwolnione przez światło elektrony mogą brać udział w przewodzeniu prądu. Układ elektryczny sterowany światłem...
Pole elektryczne
Pole elektryczne to otoczenie każdego ładunku elektrycznego ,w którym na inne ładunki działają siły elektryczne. Każdy ładunek jest źródłem pola elektrycznego działającego na inne ładunki, ale sam też podlega działaniu pól wytworzonych przez inne ładunki. Na tym polega wzajemność oddziaływań. Za pośrednictwem pola elektrycznego możliwe jest oddziaływanie między oddalonymi od siebie naelektryzowanymi ciałami, czyli oddziaływanie na odległość. Jeśli pole elektryczne nie zmienia się w...