Fizyka
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 ,...
Aktywność źródła promieniowania
Aktywnością źródła nazywamy liczbę rozpadów zachodzących w jednostce czasu: Jednostką aktywności jest becqurel [Bq]. Jeśli w ciągu 1s zachodzi rozpad jednego jądra, to aktywność źródła wynosi 1 bq. Aktywność każdego źródła promieniotwórczego maleje z upływem czasu według wzoru: A=A 0 e −t⋅λ , w którym A 0 jest początkową aktywnością źródła promieniotwórczego, A jest aktywnością tego źródła po upływie czasu t, a λ jest stałą rozpadu, której wartość jest zależna od rodzaju...
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...
Polaryzacja światła
Polaryzacja światła jest zjawiskiem, w którym światło ujawnia swoje właściwości jako fala poprzeczna. Światło jest falą elektromagnetyczną polegającą na rozchodzeniu się na przemian zmiennych pól elektrycznych i magnetycznych, których linie są do siebie wzajemnie prostopadłe. Wektory natężenia pola elektrycznego E i indukcji magnetycznej B zmieniając się „drgają” przypadkowo w różnych kierunkach, ale zawsze prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali. Gdy wektor E i tym samym wektor B mają...
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.
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...
Zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie opóźnionym
Zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie opóźnionym jest równaniem kwadratowym o ujemnym współczynniku stojącym przy t 2 : Na wykresie taka zależność ma kształt paraboli o ramionach zwróconych w dół: Z wykresu widać, że droga przebyta w czasie dowolnie wybranej sekundy ruchu jest mniejsza od drogi przebytej w poprzedniej sekundzie. Jest to cecha ruchu opóźnionego.
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...
Pojemność kondensatora
Pojemnością kondensatora C nazywamy stały dla danego kondensatora stosunek ładunku zgromadzonego na jego okładkach do napięcia panującego między okładkami:
Fale stojące
Fale stojące mogą powstawać w obszarach ograniczonych. Wtedy fala biegnąca w jednym kierunku nakłada się na falę odbitą od granicy obszaru i biegnącą w kierunku przeciwnym. W wyniku interferencji takich fal powstaje fala stojąca. Różne cząsteczki ośrodka, w którym obecna jest fala stojąca wykonują drgania o różnych amplitudach, ale o tej samej częstości. Równanie fali stojącej ma postać: Falę stojącą charakteryzują następujące pojęcia: węzeł fali stojącej to miejsce, w...
Obrazy w soczewkach
Rysując obrazy, jakie powstają po przejściu światła przez soczewki, wykorzystujemy bieg trzech charakterystycznych promieni: jeśli promień biegnie równolegle do osi optycznej, to po przejściu przez soczewkę załamuje się i przechodzi przez ognisko z drugiej strony soczewki, jeśli promień biegnie przez środek soczewki, to przechodzi przez soczewkę bez zmiany kierunku, jeśli promień przechodzi przez ognisko, to po przejściu przez soczewkę biegnie równolegle do osi optycznej....
Zasada zachowania pędu
Zasada zachowania pędu wynika z uogólnionej postaci II zasady dynamiki.
Zasada nieoznaczoności Heisenberga
Zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi, że nie jest możliwy jednoczesny dokładny pomiar położenia cząstki i jej pędu, co zapisujemy: gdzie Δx i Δp oznaczają odpowiednio nieokreśloność położenia i pędu. Jeśli iloczyn tych dwóch nieokreśloności jest stały, to znaczy, że im dokładniej jest określony pęd cząstki (prędkość), tym mniej dokładnie wiemy, jakie wtedy było jej położenie i odwrotnie. Wynika z tego, że mikrocząstka nigdy nie będzie w stanie, w którym miałaby jednocześnie...
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 elektrodynamiczna
Siłę działającą na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym nazywamy siłą elektrodynamiczną . F = B ⋅ I ⋅ l ⋅ sinα , gdzie α jest kątem zawartym pomiędzy wektorem indukcji i kierunkiem przepływu prądu. Jeśli α = 0 , to sinα = 0 i F = 0 .Dla α = 90° sinα = 1 i wtedy mamy: F = B ⋅ I ⋅ l Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej określa reguła lewej dłoni.
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 =...
Równanie fali harmonicznej płaskiej:
gdzie y – to wartość wychylenia z położenia równowagi dla cząsteczki ośrodka, która w chwili t znajduje się w odległości x od źródła fali.
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...
Stabilność jąder atomowych
Duże jądra atomowe są mniej stabilne niż jądra małe. Jest to skutek krótkozasięgowego charakteru sił jądrowych, które słabną przy większych odległościach między protonami znajdującymi się na przeciwnych brzegach jądra. Duży wpływ na stabilność jąder wywierają neutrony, które osłabiają bardzo silne daleko zasięgowe i odpychające oddziaływanie między protonami. Tak więc trwałość jąder zagwarantowana jest przez ściśle określoną liczbę protonów i neutronów. Jądra nietrwałe rozpadają się na jądra...
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 prądu elektrycznego
Moc prądu elektrycznego o natężeniu I płynącego przez element obwodu, na którego końcach różnica potencjałów jest równa U , określona jest wzorem:
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.
Drugi postulat Bohra
Elektron może emitować lub pochłaniać promieniowanie elektromagnetyczne tylko podczas przejść z jednej dozwolonej orbity na inną. Energia ta jest wysyłana lub pochłaniana w postaci kwantu (porcji) o wartości równej różnicy energii elektronu na tych dwóch orbitach: E m - E n = h ⋅ f, gdzie E m i E n to energie elektronu na m-tej orbicie i na n-tej. Na skutek przejścia elektronu między różnymi orbitami z atomu są wysyłane (lub pochłaniane) kwanty promieniowania (fotony) o różnej...
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...
Fale akustyczne
Fale akustyczne są podłużnymi falami mechanicznymi, które mogą rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zaburzenie będące falą akustyczną polega na chwilowych zmianach gęstości ośrodka w skutek czego powstają chwilowe różnice ciśnień. Ze względu na częstotliwość fale akustyczne dzielimy na następujące rodzaje: Fale dźwiękowe, to fale które działając na ludzkie ucho i mózg wywołują wrażenie słyszenia. Zakres częstotliwości tych fal to od 16Hz do 20kHz. Fale...
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...
Budowa atomu według Bohra
Teoria budowy atomu sformułowana przez Bohra z punktu widzenia współczesnej fizyki jest błędna. Jednak postulaty tej teorii prowadzą do wniosków, które dobrze służą do opisu atomów wodoropodobnych. Przed stworzeniem przez Bohra teorii atomu Ernest Rutherford na podstawie swoich doświadczeń wyprowadził wniosek, że atom składa się z dodatnio naładowanego jądra atomowego oraz ujemnie naładowanych elektronów, które poruszają się wokół jądra po orbitach kołowych i eliptycznych. Zgodnie z...
Synteza termojądrowa
Synteza termojądrowa polega na połączeniu dwóch mniejszych jąder w jedno jądro o średniej masie. Deficyt masy, jaki wynika z różnicy między sumaryczną masą składników reakcji syntezy i masą jądra powstałego w wyniku ich połączenia, jest źródłem wyzwolonej w takiej reakcji olbrzymiej energii (E = mc 2 ) . Reakcje syntezy termojądrowej zachodzą w Słońcu, gdzie jądra helu powstają z dwóch jąder wodoru (deuteru): Reakcja syntezy zajdzie wtedy, gdy dwa jądra zbliżą się do siebie na...
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.
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia
Zjawisko to zachodzi tylko wtedy, gdy światło przechodzi z ośrodka gęstszego do rzadszego (załamuje się od normalnej). W takim przypadku role kąta padania i kąta załamania odwracają się i dlatego: Zwiększając kąt padania światła do wartości granicznej, dla której kąt załamania jest równy 90° i sinβ = sin90° = 1 otrzymamy następujący związek: Jeśli światło będzie padało pod kątem większym niż kąt graniczny,to nie może już wejść do drugiego ośrodka, gdyż w całości ulegnie...
Opór zastępczy oporników
Każdy element obwodu elektrycznego posiada swój opór. Sposób połączenia tych elementów ma wpływ na opór całego układu. Oporniki połączone szeregowo przedstawione są na rysunku: Opór zastępczy oporników połączonych szeregowo jest równy sumie oporów poszczególnych oporników: R Z = R 1 + R 2 + R 3 + ... + R n Oznacza to, że kilka oporników połączonych szeregowo można zastąpić jednym opornikiem, którego wartość jest równa ich sumie. Oporniki połączone równolegle...
Zasada superpozycji pól
Gdy pole grawitacyjne jest wytwarzane przez kilka mas, to wypadkowe natężenie pola w danym punkcie jest wektorową sumą natężeń pochodzących od wszystkich mas: W ten sam sposób wyznaczyć można potencjał pola w danym punkcie pochodzący od wielu źródeł: