Fizyka

Fizyka relatywistyczna

Energia kinetyczna i potencjalna oddziaływań

Energia kinetyczna i energia potencjalna noszą nazwę energii mechanicznej .

Ustabilizowany stan gwiazd

Dzięki energii powstającej w reakcjach syntezy termojądrowej zahamowane zostaje kurczenie się materii w gwieździe i ustala się równowaga między siłą grawitacji zmierzającą do ściśnięcia materii w gwieździe i siłą parcia działającą od wewnątrz. Ta równowaga trwa tak długo, jak długo w gwieździe jest surowiec do podtrzymywania reakcji syntezy termojądrowej. Słońce jest obecnie w stanie stabilnym, który utrzyma się jeszcze przez około 5 miliardów lat, gdyż z każdą chwilą ubywa w nim wodoru. Gdy...

Zasada zachowania momentu pędu

Zasada zachowania momentu pędu wynika z II zasady dynamiki dla bryły sztywnej, którą można przedstawić w postaci: Z powyższego wzoru widać, że gdy wypadkowy moment sił M w = 0, to L k - L 0 = 0 i tym samym: L = const, czyli I ⋅ ω = const. Jest to treść zasady zachowania momentu pędu (krętu) . Wnioskujemy stąd, że jeżeli M w = 0, to zmiana momentu bezwładności (inny rozkład masy względem osi obrotu) pociąga za sobą taką zmianę szybkości kątowej, przy której moment pędu...

Dźwięk

Dźwięk jest złożeniem pewnej liczby tonów. Dźwięk jest falą periodyczną, ale nie sinusoidalną. Każdy dźwięk można rozłożyć na sumę pewnej ilości tonów, czyli fal sinusoidalnych.

II zasada dynamiki dla ruchu obrotowego bryły sztywnej

Jeśli na bryłę sztywną działa niezrównoważony moment sił względem wybranej osi obrotu, to bryła porusza się wokół tej osi ruchem obrotowym przyspieszonym (opóźnionym), w którym przyspieszenie kątowe jest wprost proporcjonalne do wartości wypadkowego momentu siły M w , a odwrotnie proporcjonalne do momentu bezwładności bryły I , wyznaczonego względem tej osi: skąd mamy: M w = ε ⋅ I.

Opis cząstek materii za pomocą funkcji falowej

Ponieważ cząstki kwantowe mają taką naturę, że nie można dokładnie podać ich położenia, to określamy jedynie prawdopodobieństwo obecności cząstki w danym punkcie przestrzeni. Wykorzystuje się do tego celu funkcję falową, która jest rozwiązaniem różniczkowego równania Schrödingera. Równanie to spełnia w fizyce kwantowej, taką samą rolę jak równanie Newtona F=m⋅a w fizyce klasycznej.

Transformacja Lorentza tabela

We wszystkich wzorach c≈3⋅10 8 m/s oznacza prędkość światła w próżni, a wyraz w którym u oznacza wartość prędkości układu U’ względem układu U . Układ U Układ U' Współrzędne w układzie U: x, y, z, t – są nam znane Współrzędne w układzie U’: x′=γ(x−ut), y′ = y, z′ = z, v x , v y , v z – składowe wektora prędkości z jaką porusza się ciało w układzie U . Składowe wektora prędkości tego samego ciała wyznaczone w układzie U’:...

Podstawowe równania opisujące ruch harmoniczny

Równanie Wykres Wychylenie z położenia równowagi: x=A⋅sin(ωt+ϕ). x max = A. Prędkość: v=Aω⋅cos(ωt+ϕ). v max = Aω. Przyspieszenie: a= −Aω 2 ⋅ sin(ωt+ϕ). a max = A ω 2 . Można zauważyć, że: a= −ω 2 ⋅ x. Energia kinetyczna: Energia potencjalna: Energia całkowita:

Praca, moc, energia

Stan równowagi termodynamicznej

Stan równowagi termodynamicznej to stan, w którym nie zachodzi wymiana energii między układem a otoczeniem. Dwa układy, które nie są od siebie cieplnie odizolowane, znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej, jeżeli mają jednakową temperaturę.

Interferencja

Innym zjawiskiem zdradzającym falową naturę światła jest interferencja, będąca zjawiskiem charakterystycznym dla każdego ruchu falowego. Polega ona na nakładaniu się fal pochodzących z różnych źródeł. Aby powstał stabilny i możliwy do zaobserwowania obraz interferencyjny, to światło pochodzące z tych źródeł musi być spójne. Takie warunki można uzyskać, kierując światło pochodzące z jednego źródła na dwie szczeliny, z których każda będzie stanowiła odrębne źródło światła spójnego. Na...

Mol

Mol to ilość substancji posiadająca liczbę Avogadra drobin, czyli tyle, ile jest atomów w 12 gramach węgla 12 C. Jeśli N oznacza całkowitą liczbę drobin w gazie, to liczbę moli tego gazu obliczamy ze wzoru:

Przepływ ciepła

Zetknięcie ze sobą dwóch ciał o różnych temperaturach powoduje przekazywanie energii kinetycznej drobinom ciała o temperaturze niższej przez drobiny ciała o temperaturze wyższej. Taki sposób przekazywania energii nazywamy przepływem ciepła . Proces ten trwa tak długo, aż wyrównają się temperatury obu ciał, to znaczy aż średnia energia kinetyczna przypadająca na jedną drobinę każdego ciała będzie taka sama.

Energia spoczynkowa

Energia spoczynkowa, nie występująca w ramach mechaniki Newtona, jest energią ciała spoczywającego w danym układzie odniesienia i wynika z posiadania przez to ciało masy. Wielkość ta wyraża się wzorem: E 0 = mc 2

Fale de Broglie’a

Każda cząstka materialna poruszająca się z określoną prędkością jest jednocześnie falą, której długość zależy odwrotnie proporcjonalnie od jej pędu zgodnie ze wzorem de Broglie’a : Fale związane z cząstkami materii nazywamy falami de Broglie’a. Mikrocząstki naszego świata raz zachowują się jak cząstki, a innym razem ujawniają swoje właściwości falowe. Nie są więc ani cząstkami, ani falami. Są jednym i drugim równocześnie.

Gaz doskonały

Gaz doskonały to uproszczony model gazu rzeczywistego. Założenia modelu gazu doskonałego są następujące: Drobiny gazu poza zderzeniami nie oddziałują ze sobą. Pomiędzy zderzeniami cząsteczki poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Zderzenia drobin są idealnie sprężyste. Drobiny gazu posiadają masę, lecz są pozbawione objętości, czyli traktujemy je jako punkty materialne. W rzeczywistości substancja, która spełniałaby te założenia nie istnieje, jednak w wielu...

Kondensatory

Kondensator to element konstrukcyjny urządzeń elektrycznych i elektronicznych, służący do gromadzenia ładunku elektrycznego oraz energii elektrycznej. Kondensator płaski złożony jest z dwóch równoległych płytek metalowych nazywanych okładkami. Okładki kondensatora znajdują się w niewielkiej odległości od siebie i są oddzielone warstwą izolatora. Izolatorem może być np. powietrze, próżnia, szkło, mika, papier, plastik.

Fala mechaniczna

Fala mechaniczna jest to zaburzenie rozchodzące się w ośrodku sprężystym i przenoszące energię bez przenoszenia masy. Zaburzenie to polega na ruchu drgającym cząsteczek ośrodka spowodowanym przez ciało drgające będące źródłem fali. Jeżeli cząsteczki ośrodka drgają w kierunku rozchodzenia się fali,to falę taką nazywamy falą podłużną . Gdy cząsteczki ośrodka drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali, to taką falę nazywamy falą poprzeczną .

Entropia

Entropia S jest funkcją stanu, która jest tym większa, im stan układu jest bardziej prawdopodobny (bardziej chaotyczny). Z kolei prawdopodobieństwo znalezienia się układu w danym stanie jest tym większe, im więcej jest możliwych sposobów, na które określony stan może być osiągnięty. Ponieważ stan o wysokim stopniu nieuporządkowania można uzyskać na dużo więcej różnych sposobów niż stan uporządkowany, to jest on bardziej prawdopodobny od stanu uporządkowanego. Entropia jest miarą...

Budowa jądra atomowego

Składnikami jąder atomowych są nukleony, czyli protony i neutrony. Istnienie jąder atomowych możliwe jest dzięki siłom jądrowym łączącym ze sobą nukleony. Siły jądrowe są krótkozasięgowe i działają na bardzo małych odległościach. Są to ogromne siły, które znacznie przewyższają bardzo duże siły odpychania elektrycznego między protonami. Ich źródłem są kwarki , które są składnikami zarówno protonów, jak i neutronów. Kwarki zgodnie z dzisiejszą wiedzą nie dzielą się już na mniejsze części i...

Rozpad jądra i odpowiadające mu promieniowanie

Rozpad promieniotwórczy Rodzaj promieniowania jądrowego Rozpad beta – neutron w niestabilnym jądrze rozpada się na proton i elektron. Elektron zostaje wyrzucony poza jądro,a proton pozostaje w jądrze, co powoduje, że przekształca się ono w jądro innego pierwiastka o liczbie atomowej Z większej o jeden. Przykładowo: Nietrwały izotop siarki o liczbie atomowej Z = 16 przekształca się w pierwiastek o liczbie atomowej Z = 17, którym jest trwały chlor....

Wrzenie

Wrzenie wymaga dostarczenia cieczy odpowiednio dużej energii, dzięki której drobiny w całej objętości cieczy mogą pokonać siły łączące je ze sobą i uzyskać swobodę właściwą dla drobin gazu. Należy więc ciecz podgrzać do odpowiednio wysokiej temperatury nazywanej temperaturą wrzenia . Wrzenie to zachodzący w temperaturze wrzenia proces zamiany cieczy w gaz. Cała energia cieplna dostarczana substancji w czasie wrzenia jest zużywana na zmianę budowy wewnętrznej i dlatego jej temperatura w...

Parowanie

Parowanie to zmiana cieczy w gaz zachodząca w temperaturze niższej od temperatury wrzenia. Polega ona na uwalnianiu się drobin cieczy ze swobodnej powierzchni cieczy. Gdy drobiny z tej powierzchni odparują, zaczyna się parowanie drobin z kolejnej warstwy. W ten sposób stopniowo może odparować cała ciecz.Podczas parowania ciecz pobiera ciepło z otoczenia.

Szybkość rozpadu promieniotwórczego

Różne pierwiastki rozpadają się w różnym czasie. Dla każdej substancji promieniotwórczej określa się czas, po którym połowa jąder zawartych w substancji promieniotwórczej ulega rozpadowi. Jest to czas połowicznego rozpadu . Przykład: Dla radu Ra-226 czas połowicznego rozpadu wynosi 1620 lat. Oznacza to, że po takim czasie tylko połowa jąder zawartych w dowolnej ilości radu ulega rozpadowi i przekształca się w izotop ołowiu. Po upływie kolejnych 1620 lat rozpadnie się połowa z połowy...

Praca prądu elektrycznego

Praca prądu elektrycznego o natężeniu I płynącego w czasie t przez element obwodu, na którego końcach różnica potencjałów jest równa U , określona jest wzorem:

Trzecie prawo Keplera

Stosunek kwadratu okresu T obiegu wokół Słońca do sześcianu średniej odległości od Słońca R (promień orbity) jest dla każdej planety taki sam:

Pole elektryczne i magnetyczne

Źródłem pola elektrycznego i magnetycznego są elektrony i protony zawarte w atomach. Od budowy wewnętrznej atomów zależą zarówno właściwości elektryczne jak i magnetyczne wszystkich substancji. Istnienie atomów, jako całości zawdzięczamy sile elektrycznego przyciągania działającej między jądrem atomowym i krążącymi w jego otoczeniu elektronami.

Pierwsze prawo Keplera

Orbita każdej planety jest elipsą, przy czym Słońce znajduje się w jednym z jej ognisk.

Definicje wielkości opisujących pole grawitacyjne

Natężenie pola grawitacyjnego – γ Natężenie pola w danym punkcie wyraża siłę działającą na jednostkową masę umieszczoną w tym punkcie: Natężenie jest wektorem , który ma kierunek i zwrot taki sam jak siła F . Wartość wektora natężenia pola obliczamy dzieląc wartość siły przez masę umieszczoną w tym punkcie pola: Potencjał – V Punkty jednakowo odległe od źródła pola mają jednakowy potencjał. Powierzchnie kuliste utworzone z punktów, na których potencjał...

Definicje wielkości charakteryzujących ruch jednostajny po okręgu

Okres – T [s] Okres to czas, w którym zostanie zakreślony jeden pełny okrąg. Droga przebyta w tym czasie jest równa obwodowi okręgu: s= 2πr . Częstotliwość – f [Hz] Częstotliwość informuje nas o liczbie okrążeń (liczba całkowita lub ułamek) wykonanych w czasie jednej sekundy: Stąd: v=2πr⋅f. Szybkość kątowa – ω [s –1 ] Szybkość kątowa to stosunek kąta zakreślonego przez wektor wodzący do czasu, w którym ten kąt został zakreślony:...

Prawo Ohma dla przewodników

Prawo Ohma mówi, że w stałej temperaturze stosunek napięcia na danym odcinku przewodnika do natężenia prądu, jaki w tym odcinku płynie jest wielkością stałą, charakteryzującą ten przewodniki równą jego oporowi. co można zapisać w postaci: Odwrotność oporu, który ma dla danego opornika wartość stałą, jest tutaj współczynnikiem kierunkowym. Wykres zależności natężenia prądu od napięcia nazywamy charakterystyką prądowo-napięciową . Dla przewodników jest ona liniowa:

Izotopy

Liczba neutronów w jądrach danego pierwiastka może być różna. Atomy, które mają taką samą liczbę protonów w jądrze, lecz różnią się liczbą neutronów nazywamy izotopami .

Prawo Gaussa dla magnetyzmu

Prawo Gaussa dla magnetyzmu, które mówi, że pole magnetyczne jest polem bez źródłowym, czyli że strumień indukcji magnetycznej przez dowolną płaszczyznę zamkniętą jest równy zero: Φ B = 0.

Interferencja dwóch fal kulistych

Na rysunku przedstawione są dwa spójne źródła fal kulistych.Zaburzenie falowe w punkcie P powstaje w wyniku nałożenia się na siebie dwóch fal. Fala pochodząca od źródła Z 2 przebyła dłuższą drogę niż ta, która pochodzi od źródła Z 1 . Zaburzenia falowe w punkcie P pochodzące od tych dwóch źródeł mają postać: Zaburzenie wypadkowe jest sumą y 1 i y 2 : y(t)= y(r 1 , t)+ y(r 2 , t), skąd wynika, że zaburzenie falowe w punkcie P opisuje równanie: Wyrażenie jest...

Prędkości kosmiczne, stan przeciążenia, niedociążenia i nieważkości

Druga prędkość kosmiczna

Druga prędkość kosmiczna jest to najmniejsza prędkość, jaką należy nadać ciału na Ziemi, aby mogło oddalić się od Ziemi na nieskończenie dużą odległość. Wartość tej prędkości wyraża się wzorem: Ciało wyrzucone z Ziemi z taką prędkością znajdzie się poza obszarem ziemskiego pola grawitacyjnego i może obiegać Słońce.

Ruch harmoniczny prosty i jego przykłady

Cykle termodynamiczne

Cykl termodynamiczny jest procesem, w którym gaz poddawany jest zbiorowi przemian gazowych, po których gaz zawsze wraca do tego samego stanu (tych samych wartości ciśnienia, objętości i temperatury, a co za tym idzie do tej samej energii wewnętrznej). W oparciu o cykle termodynamiczne działają silniki cieplne i chłodziarki. Ponieważ w całym cyklu ΔU = 0 , to Q+W=0 , a stąd Q= −W . Tutaj Q oznacza różnicę między ciepłem pobranym i oddanym do chłodnicy, zaś W to efektywna praca, która...

Prąd elektryczny

Ciepło właściwe przy stałej objętości i przy stałym ciśnieniu

Ciepło właściwe c V , to ciepło właściwe wyznaczone przy stałej objętości gazu. Ciepło właściwe c p , to ciepło właściwe wyznaczone przy stałym ciśnieniu. Różnicę między nimi wyraża wzór:

Pole magnetyczne

Wydobywana z ziemi ruda żelaza, którą nazywamy magnetytem, jest trwałym magnesem. W jego otoczeniu na substancje posiadające właściwości magnetyczne działają siły magnetyczne. Siły magnetyczne działają również na ładunki elektryczne, które są w ruchu. Takie oddziaływanie na odległość jest możliwe za pośrednictwem pola magnetycznego, wytwarzanego przez każdy magnes. Pole magnetyczne to otoczenie magnesu, w którym na inne magnesy oraz na poruszające się, naładowane cząstki działają siły...

Współczesny obraz atomów

Wielkości fizyczne służące do opisu zjawisk zachodzących w atomach nie zmieniają się w sposób ciągły, lecz mogą przyjmować jedynie ściśle określone wartości zmieniające się w sposób skokowy. Dlatego mówimy, że zjawiska fizyczne mikroświata mają charakter kwantowy, a dziedzina fizyki służąca do ich opisu nazwana została mechaniką kwantową. Mechanika kwantowa w opisie atomów uwzględnia falowy charakter elektronów i do ich opisu posługuje się funkcjami falowymi. Podstawowym równaniem służącym...

Prawa Kirchoffa

Poziom natężenia fali akustycznej

Poziom natężenia fali akustycznej wyrażamy w belach [B] lub decybelach [dB] i definiujemy za pomocą wzoru: I – natężenie fali, której poziom natężenia obliczamy. I 0 = 10 -12 W/m 2 , to minimalne natężenie fali akustycznej o częstotliwości 1000 Hz, słyszalnej dla człowieka. Maksymalne natężenie fali akustycznej jakie nie prowadzi do uszkodzenia błony bębenkowej jest równe 1,07 W/m 2 . Przykład:

Efekt Dopplera

Efekt Dopplera występuje wtedy, gdy źródło fali jest w ruchu względem obserwatora. Polega on na tym, że w zależności od tego, czy źródło fali zbliża się do obserwatora czy oddala, rejestruje on większą lub mniejszą częstotliwość fal niż mają fale wysyłane ze źródła. Jeżeli obserwator zbliża się do źródła fal akustycznych z prędkością v 0 , a źródło fal akustycznych o częstotliwości f dodatkowo zbliża się do obserwatora z prędkością v z , to częstotliwość jaką zarejestruje obserwator...

Właściwości mechaniczne ciał stałych

Ciała stałe dzielimy na krystaliczne i amorficzne. Drobiny w ciałach krystalicznych tworzą uporządkowany układ, który nazywamy siecią krystaliczną. W ciałach amorficznych drobiny są ułożone przypadkowo i przypominają układ drobin charakterystyczny dla cieczy, który został nagle zamrożony i utrwalony w postaci ciała stałego. Budowa wewnętrzna ciał stałych ma wpływ na ich właściwości fizyczne.

Strumień indukcji magnetycznej

Strumieniem indukcji magnetycznej przechodzącym przez płaską powierzchnię o polu S znajdującą się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B nazywamy wielkość określoną wzorem: gdzie: B – wektor indukcji pola magnetycznego, S – wektor prostopadły do powierzchnio wartości równej polu tej powierzchni, α – kąt pomiędzy wektorami S i B . Jednostką strumienia indukcji magnetycznej jest weber [Wb]. Strumień indukcji magnetycznej ma wartość jednego webera, jeśli...

Prawo załamania światła

Gdy światło przechodzi z ośrodka o bezwzględnym współczynniku załamania n 1 do ośrodka o bezwzględnym współczynniku załamania n 2 , to stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnych współczynników załamania światła w obu ośrodkach, zgodnie ze wzorem w którym n 2/1 oznacza współczynnik załamania drugiego ośrodka względem pierwszego.

Odkształcanie sprężyste

Odwracalne odkształcenie ciał stałych nazywamy odkształceniem sprężystym , dla którego słuszne jest prawo Hooke’a: gdzie Δl=l−l 0 jest wydłużeniem spowodowanym siłą F . Współczynnik sprężystości k zależy od pola powierzchni przekroju poprzecznego pręta S i od jego długości początkowej l 0 , zgodnie ze wzorem: w którym E to współczynnik proporcjonalności nazywany modułem Younga , zależny wyłącznie od rodzaju materiału, z którego wykonany jest pręt. Prawo Hooke’a...