Какво е точка в дефиницията на физиката. механично движение

МАТЕРИАЛНА ТОЧКА- моделно понятие (абстракция) на класическата механика, обозначаващо тяло с изчезващо малки размери, но имащо определена маса.

От една страна, материалната точка е най-простият обект на механиката, тъй като нейното положение в пространството се определя само от три числа. Например три декартови координати на точката в пространството, където се намира нашата материална точка.

От друга страна, материалната точка е основният референтен обект на механиката, тъй като за нея са формулирани основните закони на механиката. Всички други обекти на механиката - материални тела и среди - могат да бъдат представени като един или друг набор от материални точки. Например всяко тяло може да се "нареже" на малки части и всяка от тях да се приеме за материална точка със съответната маса.

Кога е възможно да се „замени“ реално тяло с материална точка при поставяне на проблема за движението на тялото зависи от въпросите, на които трябва да отговори решението на формулирания проблем.

Има различни подходи към въпроса за използването на модела на материалната точка.

Един от тях е емпиричен. Смята се, че моделът на материалната точка е приложим, когато размерите на движещите се тела са незначителни в сравнение с големината на относителните премествания на тези тела. Илюстрация е слънчевата система. Ако приемем, че Слънцето е неподвижна материална точка и смятаме, че то действа върху друга материална точка-планета съгласно закона за всемирното привличане, тогава проблемът за движението на точкова планета има известно решение. Сред възможните траектории на движение на точката има такива, по които се изпълняват законите на Кеплер, емпирично установени за планетите от Слънчевата система.

По този начин, когато се описват орбиталните движения на планетите, моделът на материалната точка е доста задоволителен. (Въпреки това, изграждането на математически модел на такива явления като слънчеви и лунни затъмнения изисква да се вземат предвид реалните размери на Слънцето, Земята и Луната, въпреки че тези явления очевидно са свързани с орбитални движения.)

Съотношението на диаметъра на Слънцето към диаметъра на орбитата на най-близката планета - Меркурий - е ~ 1 10 -2 , а съотношението на диаметрите на най-близките до Слънцето планети към диаметрите на техните орбити е ~ 1 ÷ 2 10 -4 . Могат ли тези числа да служат като формален критерий за пренебрегване на размерите на тялото в други проблеми и, следователно, за приемливостта на модела на материалната точка? Практиката показва, че не е така.

Например малък куршум л= 1 ÷ 2 cm разстояние на летене Л= 1 ÷ 2 км, т.е. съотношение, обаче, траекторията на полета (и обхватът) значително зависи не само от масата на куршума, но и от неговата форма и от това дали се върти. Следователно дори малък куршум, строго погледнато, не може да се счита за материална точка. Ако в проблемите на външната балистика тялото на снаряда често се счита за материална точка, то това е придружено от резерви на редица допълнителни условия, които като правило емпирично отчитат реалните характеристики на тялото.

Ако се обърнем към астронавтиката, тогава, когато космически кораб (SC) е изстрелян в работна орбита, при по-нататъшни изчисления на неговата траектория на полета, той се счита за материална точка, тъй като никакви промени във формата на SC нямат забележим ефект върху траектория. Само понякога, когато се коригира траекторията, става необходимо да се осигури точната ориентация на реактивните двигатели в пространството.

Когато отделението за спускане се доближи до повърхността на Земята на разстояние от ~100 км, то незабавно се „превръща“ в тяло, тъй като „странично“ навлиза в плътните слоеве на атмосферата, определя дали отделението ще достави астронавтите и върнатите материали на желаната точка на Земята..

Моделът на материалната точка се оказа практически неприемлив за описание на движенията на такива физически обекти на микросвета като елементарни частици, атомни ядра, електрон и др.

Друг подход към въпроса за използването на модела на материалната точка е рационален. Според закона за изменение на импулса на системата, приложен към отделно тяло, центърът на масата С на тялото има същото ускорение като някаква (да я наречем еквивалентна) материална точка, върху която действат същите сили като тялото, т.е.

Най-общо казано, резултантната сила може да бъде представена като сума , където зависи само от и (радиус вектора и скоростта на точката С), и - и от ъгловата скорост на тялото и неговата ориентация.

Ако Е 2 = 0, тогава горната връзка се превръща в уравнението на движението на еквивалентна материална точка.

В този случай се казва, че движението на центъра на масата на тялото е независимо от въртеливото движение на тялото. По този начин възможността за използване на модела на материалната точка получава строга математическа (а не само емпирична) обосновка.

Естествено, на практика условието Е 2 = 0 рядко и обикновено Е 2 No. 0, но може да се окаже, че Е 2 е малко в сравнение с Е 1 . Тогава можем да кажем, че моделът на еквивалентна материална точка е някакво приближение при описание на движението на тяло. Оценка на точността на такова приближение може да бъде получена математически и ако тази оценка се окаже приемлива за "потребителя", тогава замяната на тялото с еквивалентна материална точка е приемлива, в противен случай такава замяна ще доведе до значителни грешки.

Това може да стане и когато тялото се движи напред и от гледна точка на кинематиката то може да бъде "заместено" от някаква еквивалентна точка.

Естествено, моделът на материалната точка не е подходящ за отговор на въпроси като „защо Луната е обърната към Земята само с едната си страна?“ Подобни явления са свързани с въртеливото движение на тялото.

Виталий Самсонов

Определение

Материалната точка е макроскопично тяло, чиито размери, форма, въртене и вътрешна структура могат да бъдат пренебрегнати, когато се описва неговото движение.

Въпросът дали дадено тяло може да се разглежда като материална точка не зависи от размера на това тяло, а от условията на решаваната задача. Например, радиусът на Земята е много по-малък от разстоянието от Земята до Слънцето и нейното орбитално движение може да се опише добре като движение на материална точка с маса, равна на масата на Земята и разположена в нейната център. Въпреки това, когато се разглежда ежедневното движение на Земята около собствената й ос, заместването й с материална точка няма смисъл. Приложимостта на модела на материалната точка към конкретно тяло зависи не толкова от размера на самото тяло, колкото от условията на неговото движение. По-специално, в съответствие с теоремата за движението на центъра на масата на система по време на транслационно движение, всяко твърдо тяло може да се счита за материална точка, чието положение съвпада с центъра на масата на тялото.

Масата, позицията, скоростта и някои други физически свойства на материална точка във всеки конкретен момент от време напълно определят нейното поведение.

Позицията на материална точка в пространството се определя като позиция на геометрична точка. В класическата механика се приема, че масата на материална точка е постоянна във времето и не зависи от каквито и да било характеристики на нейното движение и взаимодействие с други тела. В аксиоматичния подход към изграждането на класическата механика се приема следното като една от аксиомите:

Аксиома

Материална точка е геометрична точка, която е свързана със скалар, наречен маса: $(r,m)$, където $r$ е вектор в евклидовото пространство, отнесен към някаква декартова координатна система. Приема се, че масата е постоянна, независимо от положението на точката в пространството или времето.

Механичната енергия може да се съхранява от материална точка само под формата на кинетична енергия на нейното движение в пространството и (или) потенциална енергия на взаимодействие с полето. Това автоматично означава, че материалната точка не е способна на деформация (само абсолютно твърдо тяло може да се нарече материална точка) и въртене около собствената си ос и промяна на посоката на тази ос в пространството. В същото време изключително широко се използва моделът на движение на тялото, описан от материална точка, който се състои в промяна на разстоянието му от някакъв моментен център на въртене и два ъгъла на Ойлер, които определят посоката на линията, свързваща тази точка с центъра. в много клонове на механиката.

Методът за изучаване на законите на движение на реални тела чрез изучаване на движението на идеален модел - материална точка - е основният в механиката. Всяко макроскопично тяло може да бъде представено като набор от взаимодействащи материални точки g, чиито маси са равни на масите на неговите части. Изследването на движението на тези части се свежда до изследване на движението на материалните точки.

Ограниченията на приложението на концепцията за материална точка могат да се видят от този пример: в разреден газ при висока температура размерът на всяка молекула е много малък в сравнение с типичното разстояние между молекулите. Изглежда, че те могат да бъдат пренебрегнати и молекулата може да се счита за материална точка. Това обаче не винаги е така: вибрациите и въртенията на молекулата са важен резервоар на "вътрешната енергия" на молекулата, чийто "капацитет" се определя от размера на молекулата, нейната структура и химични свойства. В добро приближение едноатомна молекула (инертни газове, метални пари и т.н.) понякога може да се разглежда като материална точка, но дори в такива молекули при достатъчно висока температура се наблюдава възбуждане на електронни обвивки поради молекулярни сблъсъци, последвано от чрез емисия.

Упражнение 1

а) кола, влизаща в гаража;

б) кола по магистралата Воронеж - Ростов?

а) кола, влизаща в гаража, не може да се приеме като материална точка, тъй като при тези условия размерите на колата са значителни;

б) кола по магистралата Воронеж-Ростов може да се приеме като материална точка, тъй като размерите на колата са много по-малки от разстоянието между градовете.

Може ли да се приеме за материална точка:

а) момче, което върви 1 км на път за вкъщи от училище;

б) момче, което прави упражнения.

а) Когато момче, връщайки се от училище, измине разстояние от 1 км до къщата, тогава момчето в това движение може да се разглежда като материална точка, тъй като размерът му е малък в сравнение с разстоянието, което изминава.

б) когато същото момче прави сутрешна гимнастика, тогава то не може да се счита за материална точка.

Материална точка

Материална точка(частица) - най-простият физически модел в механиката - идеално тяло, чиито размери са равни на нула, може също да се счита, че размерите на тялото са безкрайно малки в сравнение с други измерения или разстояния в рамките на допусканията на разглеждания проблем. Позицията на материална точка в пространството се определя като позиция на геометрична точка.

На практика материалната точка се разбира като тяло с маса, чийто размер и форма могат да бъдат пренебрегнати при решаването на тази задача.

При праволинейно движение на тялото е достатъчна една координатна ос, за да се определи неговото положение.

Особености

Масата, позицията и скоростта на материална точка във всеки конкретен момент от време напълно определят нейното поведение и физически свойства.

Последствия

Механичната енергия може да се съхранява от материална точка само под формата на кинетична енергия на нейното движение в пространството и (или) потенциална енергия на взаимодействие с полето. Това автоматично означава, че материалната точка не е способна на деформация (само абсолютно твърдо тяло може да се нарече материална точка) и въртене около собствената си ос и промяна на посоката на тази ос в пространството. В същото време изключително широко се използва моделът на движение на тялото, описан от материална точка, който се състои в промяна на разстоянието му от някакъв моментен център на въртене и два ъгъла на Ойлер, които определят посоката на линията, свързваща тази точка с центъра. в много раздели на механиката.

Ограничения

Ограниченията на приложението на концепцията за материална точка могат да се видят от този пример: в разреден газ при висока температура размерът на всяка молекула е много малък в сравнение с типичното разстояние между молекулите. Изглежда, че те могат да бъдат пренебрегнати и молекулата може да се счита за материална точка. Това обаче не винаги е така: вибрациите и въртенията на молекулата са важен резервоар на "вътрешната енергия" на молекулата, чийто "капацитет" се определя от размера на молекулата, нейната структура и химични свойства. В добро приближение едноатомна молекула (инертни газове, метални пари и т.н.) понякога може да се разглежда като материална точка, но дори в такива молекули при достатъчно висока температура се наблюдава възбуждане на електронни обвивки поради молекулярни сблъсъци, последвани чрез емисия.

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

• механично движение
• Абсолютно твърдо тяло

Вижте какво е "материална точка" в други речници:

МАТЕРИАЛНА ТОЧКАе точка с маса. В механиката понятието материална точка се използва в случаите, когато размерите и формата на тялото не играят роля при изучаването на неговото движение, а е важна само масата. Почти всяко тяло може да се разглежда като материална точка, ако ... ... Голям енциклопедичен речник

МАТЕРИАЛНА ТОЧКА- понятие, въведено в механиката за обозначаване на обект, който се разглежда като точка с маса. Позицията на M. t. вдясно се определя като позиция на геом. точки, което значително опростява решаването на проблемите в механиката. На практика тялото може да се счита за ... ... Физическа енциклопедия

материална точка- Точка с маса. [Сборник с препоръчителни термини. Брой 102. Теоретична механика. Академия на науките на СССР. Комитет по научна и техническа терминология. 1984] Теми теоретична механика EN частица DE materialle Punkt FR точка matériel … Наръчник за технически преводач

МАТЕРИАЛНА ТОЧКА Съвременна енциклопедия

МАТЕРИАЛНА ТОЧКА- В механиката: безкрайно малко тяло. Речник на чуждите думи, включени в руския език. Чудинов A.N., 1910 ... Речник на чуждите думи на руския език

Материална точка- МАТЕРИАЛНА ТОЧКА, понятие, въведено в механиката за обозначаване на тяло, чийто размер и форма могат да бъдат пренебрегнати. Позицията на материална точка в пространството се определя като позиция на геометрична точка. Тялото може да се счита за материал ... ... Илюстрован енциклопедичен речник

материална точка- понятие, въведено в механиката за обект с безкрайно малки размери, притежаващ маса. Позицията на материална точка в пространството се определя като позиция на геометрична точка, което опростява решаването на проблемите в механиката. Почти всяко тяло може... енциклопедичен речник

Материална точка- геометрична точка с маса; материалната точка е абстрактно изображение на материално тяло, което има маса и няма размери ... Началото на съвременното естествознание

материална точка- materialusis taškas statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. масова точка; материална точка вок. Massenpunkt, m; materialeller Punkt, м рус. материална точка, f; точкова маса, fпранк. маса на точката, m; точка matériel, m … Fizikos terminų žodynas

материална точка- Точка с маса ... Политехнически терминологичен тълковен речник

Книги

• Комплект маси. Физика. Клас 9 (20 таблици), . Образователен албум от 20 листа. Материална точка. движещи се координати на тялото. Ускорение. Законите на Нютон. Законът за всемирното притегляне. Праволинейно и криволинейно движение. Движение на тялото по...

От курса по физика за седми клас си спомняме, че механичното движение на тялото е неговото движение във времето спрямо други тела. Въз основа на такава информация можем да приемем необходимия набор от инструменти за изчисляване на движението на тялото.

Първо, имаме нужда от нещо, по отношение на което ще направим нашите изчисления. След това трябва да се споразумеем как ще определим позицията на тялото спрямо това „нещо“. И накрая, ще трябва да фиксирате времето по някакъв начин. По този начин, за да изчислим къде ще бъде тялото в определен момент, се нуждаем от референтна система.

Референтна система във физиката

Във физиката отправна система е набор от отправно тяло, координатна система, свързана с отправно тяло, и часовник или друго устройство за измерване на времето. В същото време винаги трябва да се помни, че всяка референтна рамка е условна и относителна. Винаги е възможно да се приеме друга референтна система, спрямо която всяко движение ще има напълно различни характеристики.

Относителността като цяло е важен аспект, който трябва да се вземе предвид при почти всяко изчисление във физиката. Например, в много случаи сме далеч от възможността да определим точните координати на движещо се тяло по всяко време.

По-конкретно, не можем да поставим наблюдатели с часовници на всеки сто метра по железопътната линия от Москва до Владивосток. В този случай изчисляваме скоростта и местоположението на тялото приблизително за определен период от време.

Ние не се интересуваме от точността до един метър при определяне на местоположението на влак по маршрут от няколкостотин или хиляди километра. За това във физиката има приближения. Едно от тези приближения е понятието "материална точка".

Материална точка във физиката

Материална точка във физиката означава тяло, в случаите, когато размерът и формата му могат да бъдат пренебрегнати. Приема се, че материалната точка има масата на първоначалното тяло.

Например, когато изчисляваме времето, което ще отнеме на самолета да лети от Новосибирск до Новополоцк, ние не се интересуваме от размера и формата на самолета. Достатъчно е да знаете каква скорост развива и разстоянието между градовете. В случай, че трябва да изчислим съпротивлението на вятъра на определена височина и при определена скорост, тогава не можем да се справим без точното познаване на формата и размерите на същия самолет.

Почти всяко тяло може да се счита за материална точка, или когато разстоянието, изминато от тялото, е голямо в сравнение с неговия размер, или когато всички точки на тялото се движат по един и същи начин. Например, кола, изминала няколко метра от магазина до кръстовището, е доста сравнима с това разстояние. Но дори и в такава ситуация тя може да се счита за материална точка, тъй като всички части на колата се движат по същия начин и на едно и също разстояние.

Но в случай, че трябва да поставим същата кола в гаража, тя вече не може да се счита за материална точка. Трябва да вземете предвид неговия размер и форма. Това са и примери, когато е необходимо да се вземе предвид относителността, тоест по отношение на това, което правим конкретни изчисления.

Механичното движение на тялото е промяната на неговото положение в пространството спрямо други тела с течение на времето. Той изучава движението на телата на механик. Движението на абсолютно твърдо тяло (недеформирано при движение и взаимодействие), при което всичките му точки в даден момент от времето се движат по един и същи начин, се нарича транслационно движение, за да се опише, е необходимо и достатъчно да се опише движение на една точка от тялото. Движение, при което траекториите на всички точки на тялото са окръжности с център една права линия и всички равнини на окръжностите са перпендикулярни на тази права линия, се нарича въртеливо движение. Тяло, чиято форма и размери могат да бъдат пренебрегнати при дадени условия, се нарича материална точка. Това е пренебрежение

Допустимо е да се направи намаление, когато размерите на тялото са малки спрямо изминатото разстояние или разстоянието на даденото тяло до други тела. За да опишете движението на тяло, трябва да знаете неговите координати по всяко време. Това е основната задача на механиката.

2. Относителност на движението. Справочна система. Единици.

За да се определят координатите на материална точка, е необходимо да се избере референтно тяло и да се асоциира координатна система с него и да се зададе началото на еталонното време. Координатната система и индикацията за началото на отправната точка на времето образуват отправната система, спрямо която се разглежда движението на тялото. Системата трябва да се движи с постоянна скорост (или да е в покой, което общо казано е същото). Траекторията на тялото, изминатото разстояние и преместването зависят от избора на отправната система, т.е. механичното движение е относително. Единицата за дължина е метърът, който представлява разстоянието, изминато от светлината във вакуум за секунди. Секундата е единица време, равна на периодите на излъчване на атом цезий-133.

3. Траектория. Път и движение. Незабавна скорост.

Траекторията на тялото е линия, описана в пространството от движеща се материална точка. Път - дължината на участъка на траекторията от началното до крайното преместване на материалната точка. Радиус вектор - вектор, свързващ началото и точка в пространството. Преместването е вектор, който свързва началната и крайната точка на изминатия във времето участък от траекторията. Скоростта е физическа величина, която характеризира скоростта и посоката на движение в даден момент. Средната скорост се определя като. Средната земна скорост е равна на отношението на пътя, изминат от тялото за период от време, към този интервал. . Моментната скорост (вектор) е първата производна на радиус вектора на движещата се точка. . Моментната скорост е насочена тангенциално към траекторията, средната скорост е насочена по секущата. Моментна земна скорост (скаларна) - първата производна на пътя по време, равна по големина на моментната скорост

4. Равномерно праволинейно движение. Графики на зависимостта на кинематичните величини от времето при равномерно движение.Добавяне на скорости.

Движение с постоянна скорост по модул и посока се нарича равномерно праволинейно движение. При равномерно праволинейно движение тялото изминава равни разстояния за всякакви равни интервали от време. Ако скоростта е постоянна, тогава изминатото разстояние се изчислява като. Класическият закон за събиране на скоростите се формулира по следния начин: скоростта на материална точка спрямо отправната система, взета за неподвижна, е равна на векторната сума от скоростите на точката в движещата се система и скоростта на подвижната система спрямо неподвижната.

5. Ускорение. Равноускорено праволинейно движение. Графики на зависимостта на кинематичните величини от времето при равномерно ускорено движение.

Движение, при което тялото извършва неравномерни движения през равни интервали от време, се нарича неравномерно движение. При неравномерно транслационно движение скоростта на тялото се променя с времето. Ускорението (вектор) е физическа величина, която характеризира скоростта на изменение на скоростта по абсолютна стойност и по посока. Моментно ускорение (вектор) - първата производна на скоростта по време. .Равноускорено е движението с постоянно по големина и посока ускорение. Скоростта при равномерно ускорено движение се изчислява като.

От тук формулата за пътя с равномерно ускорено движение се извежда като

Валидни са и формулите, получени от уравненията за скорост и път за равномерно ускорено движение.

6. Свободно падане на тела. Ускорение на гравитацията.

Падането на тялото е движението му в полето на гравитацията (???) . Падането на телата във вакуум се нарича свободно падане. Експериментално е установено, че при свободно падане телата се движат по един и същ начин, независимо от техните физически характеристики. Ускорението, с което телата падат на Земята във вакуум, се нарича ускорение на свободното падане и се означава

7. Равномерно движение в кръг. Ускорение при равномерно движение на тялото в кръг (центростремително ускорение)

Всяко движение на достатъчно малък участък от траекторията може приблизително да се разглежда като равномерно движение по окръжност. В процеса на равномерно движение в кръг стойността на скоростта остава постоянна, а посоката на вектора на скоростта се променя.<рисунок>.. Векторът на ускорението при движение по кръг е насочен перпендикулярно на вектора на скоростта (насочен тангенциално), към центъра на кръга. Интервалът от време, през който тялото прави пълно завъртане в кръг, се нарича период. . Реципрочната стойност на период, показваща броя обороти за единица време, се нарича честота. Прилагайки тези формули, можем да заключим, че , или . Ъгловата скорост (скоростта на въртене) се определя като . Ъгловата скорост на всички точки на тялото е една и съща и характеризира движението на въртящото се тяло като цяло. В този случай линейната скорост на тялото се изразява като , а ускорението - като .

Принципът на независимост на движенията разглежда движението на всяка точка на тялото като сума от две движения - транслационно и ротационно.

8. Първи закон на Нютон. Инерциална отправна система.

Явлението на запазване на скоростта на тялото при липса на външни влияния се нарича инерция. Първият закон на Нютон, известен още като закон за инерцията, гласи: "има такива референтни системи, спрямо които прогресивно движещите се тела запазват скоростта си постоянна, ако други тела не им действат." Отправните системи, спрямо които телата при липса на външни въздействия се движат праволинейно и равномерно, се наричат ​​инерционни отправни системи. Референтните системи, свързани със земята, се считат за инерционни, при условие че се пренебрегне въртенето на земята.

9. Маса. Сила. Втори закон на Нютон. Състав на силите. Център на тежестта.

Причината за промяна на скоростта на едно тяло винаги е взаимодействието му с други тела. При взаимодействие на две тела скоростите винаги се менят, т.е. се придобиват ускорители. Съотношението на ускоренията на две тела е еднакво за всяко взаимодействие. Свойството на тялото, от което зависи неговото ускорение при взаимодействие с други тела, се нарича инерция. Количествена мярка за инерция е телесното тегло. Съотношението на масите на взаимодействащите тела е равно на обратното съотношение на модулите на ускорението. Вторият закон на Нютон установява връзка между кинематичната характеристика на движението - ускорението и динамичните характеристики на взаимодействието - силите. , или по-точно , т.е. скоростта на промяна на импулса на материална точка е равна на силата, действаща върху нея. При едновременното действие на няколко сили върху едно тяло, тялото се движи с ускорение, което е векторната сума на ускоренията, които биха възникнали под въздействието на всяка от тези сили поотделно. Силите, действащи върху тялото, приложени към една точка, се събират съгласно правилото за събиране на вектори. Тази разпоредба се нарича принцип на независимост на действието на силите. Центърът на масата е такава точка на твърдо тяло или система от твърди тела, която се движи по същия начин като материална точка с маса, равна на сумата от масите на цялата система като цяло, която се влияе от същата резултатна сила като тялото. . Чрез интегриране на този израз във времето могат да се получат изрази за координатите на центъра на масата. Центърът на тежестта е точката на приложение на резултата от всички гравитационни сили, действащи върху частиците на това тяло във всяка позиция в пространството. Ако линейните размери на тялото са малки в сравнение с размерите на Земята, тогава центърът на масата съвпада с центъра на тежестта. Сумата от моментите на всички елементарни сили на гравитацията спрямо всяка ос, минаваща през центъра на тежестта, е равна на нула.

10. Трети закон на Нютон.

При всяко взаимодействие на две тела съотношението на модулите на получените ускорения е постоянно и равно на обратното съотношение на масите. защото когато телата си взаимодействат, векторите на ускорението имат обратна посока, можем да запишем това . Според втория закон на Нютон силата, действаща върху първото тяло е , а върху второто. По този начин, . Третият закон на Нютон свързва силите, с които телата действат едно на друго. Ако две тела взаимодействат едно с друго, тогава силите, които възникват между тях, се прилагат към различни тела, еднакви са по големина, противоположни по посока, действат по една и съща права линия и имат еднакъв характер.

11. Сили на еластичност. Закон на Хук.

Силата, произтичаща от деформацията на тялото и насочена в посока, обратна на движението на частиците на тялото по време на тази деформация, се нарича еластична сила. Експериментите с пръта показаха, че при малки деформации в сравнение с размерите на тялото, модулът на еластичната сила е право пропорционален на модула на вектора на преместване на свободния край на пръта, който в проекция изглежда като . Тази връзка е установена от Р. Хук, неговият закон е формулиран по следния начин: еластичната сила, възникваща от деформацията на тялото, е пропорционална на удължението на тялото в посока, обратна на посоката на движение на частиците на тялото по време на деформация. Коефициент кнаречена твърдост на тялото и зависи от формата и материала на тялото. Изразява се в нютони на метър. Еластичните сили се дължат на електромагнитни взаимодействия.

12. Сили на триене, коефициент на триене при плъзгане. Вискозно триене (???)

Силата, която възниква на границата на взаимодействието на телата при липса на относително движение на телата, се нарича сила на статично триене. Силата на статичното триене е равна по абсолютна стойност на външната сила, насочена тангенциално към контактната повърхност на телата и противоположна на нея по посока. Когато едно тяло се движи равномерно по повърхността на друго, под въздействието на външна сила, върху тялото действа сила, равна по абсолютна стойност на движещата сила и противоположна по посока. Тази сила се нарича сила на триене при плъзгане. Векторът на силата на триене при плъзгане е насочен срещу вектора на скоростта, така че тази сила винаги води до намаляване на относителната скорост на тялото. Силите на триене, както и силата на еластичност, са от електромагнитно естество и възникват поради взаимодействието между електрическите заряди на атомите на контактуващите тела. Експериментално е установено, че максималната стойност на модула на силата на статичното триене е пропорционална на силата на натиск. Също така максималната стойност на статичното триене и силата на триене при плъзгане са приблизително равни, както и коефициентите на пропорционалност между силите на триене и натиска на тялото върху повърхността.

13. Гравитационни сили. Законът за всемирното притегляне. Земно притегляне. Телесно тегло.

От факта, че телата, независимо от тяхната маса, падат с еднакво ускорение, следва, че силата, която им действа, е пропорционална на масата на тялото. Тази сила на привличане, действаща върху всички тела от страната на Земята, се нарича гравитация. Силата на гравитацията действа на всяко разстояние между телата. Всички тела се привличат едно към друго, силата на всемирната гравитация е право пропорционална на произведението на масите и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Векторите на силите на универсалната гравитация са насочени по права линия, свързваща центровете на масата на телата. , G – Гравитационна константа, равна на . Теглото на тялото е силата, с която тялото, поради гравитацията, действа върху опората или разтяга окачването. Теглото на тялото е равно по абсолютна стойност и противоположно по посока на еластичната сила на опората според третия закон на Нютон. Според втория закон на Нютон, ако върху тялото не действа друга сила, тогава силата на гравитацията на тялото се уравновесява от силата на еластичността. В резултат на това теглото на тялото върху неподвижна или равномерно движеща се хоризонтална опора е равно на силата на гравитацията. Ако опората се движи с ускорение, тогава според втория закон на Нютон , от което произлиза. Това означава, че теглото на тяло, чиято посока на ускорение съвпада с посоката на ускорението на свободното падане, е по-малко от теглото на тялото в покой.

14. Движение на тяло под действието на гравитацията по вертикала. Движение на изкуствени спътници. Безтегловност. Първа космическа скорост.

При хвърляне на тяло, успоредно на земната повърхност, колкото по-голяма е началната скорост, толкова по-голям ще бъде обхватът на полета. При високи скорости е необходимо да се вземе предвид и сферичността на земята, което се отразява в промяната на посоката на вектора на гравитацията. При определена стойност на скоростта тялото може да се движи около Земята под въздействието на силата на универсалната гравитация. Тази скорост, наречена първа космическа скорост, може да се определи от уравнението за движение на тяло в окръжност. От друга страна, от втория закон на Нютон и закона за всемирното притегляне следва, че. Така от разстояние Рот центъра на масата на небесното тяло Мпървата космическа скорост е равна на. Когато скоростта на тялото се променя, формата на орбитата му се променя от кръг в елипса. При достигане на втората космическа скорост, равна на орбитата става параболична.

15. Инерция на тялото. Закон за запазване на импулса. Реактивно задвижване.

Според втория закон на Нютон, независимо дали тялото е в покой или се движи, промяна в скоростта му може да настъпи само при взаимодействие с други тела. Ако върху тяло с маса мза време Tдейства сила и скоростта на движението й се променя от на , то ускорението на тялото е равно на . Въз основа на втория закон на Нютон силата може да бъде записана като . Физическата величина, равна на произведението на силата и времето на нейното действие, се нарича импулс на силата. Импулсът на силата показва, че има величина, която се променя еднакво за всички тела под въздействието на едни и същи сили, ако продължителността на силата е еднаква. Тази стойност, равна на произведението на масата на тялото и скоростта на движението му, се нарича импулс на тялото. Промяната в импулса на тялото е равна на импулса на силата, предизвикала тази промяна.Нека вземем две тела, маси и , движещи се със скорости и . Според третия закон на Нютон силите, действащи върху телата при тяхното взаимодействие, са равни по абсолютна стойност и противоположни по посока, т.е. те могат да бъдат означени като. За промени в моментите по време на взаимодействие можем да напишем . От тези изрази получаваме това , тоест векторната сума на импулсите на две тела преди взаимодействието е равна на векторната сума на импулсите след взаимодействието. В по-обща форма законът за запазване на импулса звучи така: Ако, тогава.

16. Механична работа. Мощност. Кинетична и потенциална енергия.

работа Апостоянна сила е физична величина, равна на произведението на модулите сила и преместване, умножено по косинуса на ъгъла между векторите и. . Работата е скаларна величина и може да бъде отрицателна, ако ъгълът между векторите на преместването и силата е по-голям от . Единицата за работа се нарича джаул, 1 джаул е равен на работата, извършена от сила от 1 нютон, когато точката на нейното приложение се премести на 1 метър. Мощността е физическо количество, равно на съотношението на работата към периода от време, през който е извършена тази работа. . Единицата за мощност се нарича ват, 1 ват е равен на мощността, при която се извършва работа от 1 джаул за 1 секунда. Да приемем, че върху тяло с маса мдейства сила (която по принцип може да бъде резултатна от няколко сили), под въздействието на която тялото се движи по посока на вектора . Модулът на силата според втория закон на Нютон е ма, а модулът на вектора на преместване е свързан с ускорението и началната и крайната скорост като. От тук се получава формулата за работа . Физическа величина, равна на половината от произведението на масата на тялото и квадрата на скоростта, се нарича кинетична енергия. Работата на резултантните сили, приложени към тялото, е равна на изменението на кинетичната енергия. Физическата величина, равна на произведението на масата на тялото с модула на ускорението на свободното падане и височината, на която тялото е издигнато над повърхността с нулев потенциал, се нарича потенциална енергия на тялото. Промяната в потенциалната енергия характеризира работата на гравитацията при движение на тялото. Тази работа е равна на промяната в потенциалната енергия, взета с обратен знак. Тялото под земната повърхност има отрицателна потенциална енергия. Не само повдигнатите тела имат потенциална енергия. Помислете за работата, извършена от еластичната сила, когато пружината се деформира. Еластичната сила е право пропорционална на деформацията и нейната средна стойност ще бъде равна на , работата е равна на произведението на силата и деформацията , или . Физическа величина, равна на половината от произведението на коравината на тялото и квадрата на деформацията, се нарича потенциална енергия на деформираното тяло. Важна характеристика на потенциалната енергия е, че тялото не може да я притежава, без да взаимодейства с други тела.

17. Закони за запазване на енергията в механиката.

Потенциалната енергия характеризира взаимодействащите тела, кинетичната - движещи се. И това, и другото възникват в резултат на взаимодействието на телата. Ако няколко тела взаимодействат помежду си само чрез гравитационни сили и еластични сили и върху тях не действат външни сили (или техният резултат е нула), тогава за всяко взаимодействие на телата работата на еластичните или гравитационните сили е равна на промяната в потенциална енергия, взета с обратен знак. В същото време, според теоремата за кинетичната енергия (промяната в кинетичната енергия на тялото е равна на работата на външните сили), работата на същите сили е равна на промяната в кинетичната енергия. . От това равенство следва, че сумата от кинетичните и потенциалните енергии на телата, които образуват затворена система и взаимодействат помежду си чрез силите на гравитацията и еластичността, остава постоянна. Сумата от кинетичната и потенциалната енергия на телата се нарича обща механична енергия. Общата механична енергия на затворена система от тела, взаимодействащи помежду си чрез гравитационни и еластични сили, остава непроменена. Работата на силите на гравитацията и еластичността е равна, от една страна, на увеличаване на кинетичната енергия, а от друга страна, на намаляване на потенциалната енергия, т.е. работата е равна на енергията, която се е превърнала от една форма в друга.

18. Прости механизми (наклонена равнина, лост, блок) тяхното приложение.

Използва се наклонена равнина, за да може тяло с голяма маса да се движи под действието на сила, която е много по-малка от теглото на тялото. Ако ъгълът на наклонената равнина е равен на a, тогава за преместване на тялото по равнината е необходимо да се приложи сила, равна на . Съотношението на тази сила към теглото на тялото, пренебрегвайки силата на триене, е равно на синуса на ъгъла на наклона на равнината. Но с печалба в сила, няма печалба в работа, т.к пътят се умножава. Този резултат е следствие от закона за запазване на енергията, тъй като работата на гравитацията не зависи от траекторията на повдигане на тялото.

Лостът е в равновесие, ако моментът на силите, който го върти по посока на часовниковата стрелка, е равен на момента il, който върти лоста обратно на часовниковата стрелка. Ако посоките на векторите на силите, приложени към лоста, са перпендикулярни на най-късите прави линии, свързващи точките на прилагане на силите и оста на въртене, тогава условията на равновесие приемат формата. Ако, тогава лостът осигурява печалба в сила. Печалбата в сила не дава печалба в работата, тъй като когато се завърти под ъгъл а, силата извършва работа и силата извършва работа. защото според условието тогава.

Блокът ви позволява да промените посоката на силата. Раменете на силите, приложени към различни точки на неподвижния блок, са еднакви и следователно неподвижният блок не дава печалба в сила. При повдигане на товар с помощта на подвижен блок се получава двойно увеличение на силата, т.к. рамото на гравитацията е половината от рамото на опън на кабела. Но при издърпване на кабела на дължина лнатоварването се повишава л/2, следователно, фиксиран блок също не дава печалба в работата.

19. Натиск. Закон на Паскал за течности и газове.

Физическото количество, равно на съотношението на модула на силата, действаща перпендикулярно на повърхността, към площта на тази повърхност, се нарича налягане. Единицата за налягане е паскал, който е равен на налягането, упражнявано от сила от 1 нютон върху площ от 1 квадратен метър. Всички течности и газове предават създаденото върху тях налягане във всички посоки.

20. Съобщителни съдове. Хидравлична преса. Атмосферно налягане. Уравнение на Бернули.

В цилиндричен съд силата на натиск върху дъното на съда е равна на теглото на стълба течност. Налягането на дъното на съда е , откъдето и налягането в дълб чравно на . Същото налягане действа върху стените на съда. Равенството на налягането на флуида на една и съща височина води до факта, че в комуникиращите съдове с всякаква форма свободните повърхности на хомогенна течност в покой са на едно и също ниво (в случай на пренебрежимо малки капилярни сили). В случай на нехомогенна течност, височината на колона от по-плътна течност ще бъде по-малка от височината на по-малко плътна. Хидравличната машина работи на базата на закона на Паскал. Състои се от два комуникиращи съда, затворени от бутала с различна площ. Налягането, създадено от външна сила върху едно бутало, се предава съгласно закона на Паскал към второто бутало. . Една хидравлична машина дава печалба в мощност толкова пъти, колкото площта на голямото й бутало е по-голяма от площта на малкото.

При стационарното движение на несвиваем флуид е валидно уравнението за непрекъснатост. За идеална течност, в която вискозитетът (т.е. триенето между нейните частици) може да бъде пренебрегнат, математическият израз на закона за запазване на енергията е уравнението на Бернули .

21. Опитът на Торичели.Промяна на атмосферното налягане с надморска височина.

Под въздействието на гравитацията горните слоеве на атмосферата оказват натиск върху долните. Това налягане, според закона на Паскал, се предава във всички посоки. Това налягане е най-голямо на повърхността на Земята и се дължи на тежестта на въздушния стълб от повърхността до границата на атмосферата. С увеличаване на надморската височина масата на слоевете на атмосферата, които притискат повърхността, намалява, следователно атмосферното налягане намалява с височина. На морското равнище атмосферното налягане е 101 kPa. Това налягане се упражнява от живачен стълб с височина 760 mm. Ако тръба се спусне в течен живак, в който се създава вакуум, тогава под действието на атмосферното налягане живакът се издига в нея до такава височина, при която налягането на течния стълб става равно на външното атмосферно налягане върху отворената повърхността на живака. Когато атмосферното налягане се промени, височината на течния стълб в тръбата също ще се промени.

22. Архимедова сила на деня на течности и газове. Условия за плаване тел.

Зависимостта на налягането в течност и газ от дълбочината води до появата на плаваща сила, действаща върху всяко тяло, потопено в течност или газ. Тази сила се нарича Архимедова сила. Ако едно тяло е потопено в течност, тогава натискът върху страничните стени на съда се балансира един от друг, а резултатът от натиска отдолу и отгоре е Архимедовата сила. , т.е. Силата, която избутва тяло, потопено в течност (газ), е равна на теглото на течността (газа), изместена от тялото. Архимедовата сила е насочена противоположно на силата на гравитацията, следователно при претегляне в течност теглото на тялото е по-малко, отколкото във вакуум. Тялото в течност се влияе от гравитацията и Архимедовата сила. Ако силата на гравитацията е по-голяма по модул - тялото потъва, ако е по-малка - плава, равна - може да бъде в равновесие на всяка дълбочина. Тези съотношения на силите са равни на съотношенията на плътностите на тялото и течността (газа).

23. Основни положения на молекулярно-кинетичната теория и тяхното експериментално обосноваване. Брауново движение. Тегло и размермолекули.

Молекулярно-кинетичната теория е изследване на структурата и свойствата на материята, използвайки концепцията за съществуването на атоми и молекули като най-малките частици материя. Основните разпоредби на MKT: веществото се състои от атоми и молекули, тези частици се движат произволно, частиците взаимодействат помежду си. Движението на атомите и молекулите и тяхното взаимодействие се подчинява на законите на механиката. Първоначално във взаимодействието на молекулите, когато се приближават една към друга, преобладават привличащите сили. На определено разстояние между тях възникват сили на отблъскване, надвишаващи силата на привличане по абсолютна стойност. Молекулите и атомите правят произволни вибрации около позиции, където силите на привличане и отблъскване се балансират взаимно. В течността молекулите не само осцилират, но и прескачат от едно равновесно положение в друго (течливост). В газовете разстоянията между атомите са много по-големи от размерите на молекулите (свиваемост и разтегливост). Р. Браун в началото на 19 век открива, че твърдите частици се движат произволно в течност. Това явление може да се обясни само с MKT. Случайно движещи се молекули на течност или газ се сблъскват с твърда частица и променят посоката и модула на скоростта на нейното движение (като, разбира се, променят посоката и скоростта си). Колкото по-малък е размерът на частиците, толкова по-забележима става промяната в импулса. Всяко вещество се състои от частици, следователно количеството на веществото се счита за пропорционално на броя на частиците. Единицата за количество на веществото се нарича мол. Един мол е равен на количеството вещество, съдържащо толкова атоми, колкото има в 0,012 kg въглерод 12 C. Съотношението на броя на молекулите към количеството вещество се нарича константа на Авогадро: . Количеството вещество може да се намери като съотношение на броя на молекулите към константата на Авогадро. моларна маса Мсе нарича количество, равно на съотношението на масата на дадено вещество мкъм количеството вещество. Моларната маса се изразява в килограми на мол. Моларната маса може да бъде изразена чрез масата на молекулата m0 : .

24. Идеален газ. Основното уравнение на молекулярно-кинетичната теория на идеален газ.

Моделът на идеалния газ се използва за обяснение на свойствата на материята в газообразно състояние. Този модел предполага следното: газовите молекули са незначителни в сравнение с обема на съда, няма сили на привличане между молекулите и отблъскващи сили действат, когато се сблъскат една с друга и със стените на съда. Качествено обяснение на явлението газово налягане е, че молекулите на идеален газ, когато се сблъскват със стените на съда, взаимодействат с тях като еластични тела. Когато една молекула се сблъска със стената на съда, проекцията на вектора на скоростта върху оста, перпендикулярна на стената, се променя на противоположната. Следователно, по време на сблъсък, проекцията на скоростта се променя от –mv xпреди mv x, а промяната в импулса е . По време на сблъсъка молекулата действа върху стената със сила, равна според третия закон на Нютон на противоположна по посока сила. Има много молекули и средната стойност на геометричната сума от силите, действащи от страна на отделните молекули, формира силата на налягането на газа върху стените на съда. Налягането на газа е равно на съотношението на модула на силата на налягането към площта на стената на съда: p=F/S. Да приемем, че газът е в кубичен съд. Инерцията на една молекула е 2 мв, една молекула действа върху стената средно със сила 2mv/Dt. Време D Tдвижение от една съдова стена към друга 2l/v, следователно, . Силата на натиск върху съдовата стена на всички молекули е пропорционална на броя им, т.е. . Поради пълната случайност на движението на молекулите, тяхното движение във всяка от посоките е равновероятно и равно на 1/3 от общия брой молекули. По този начин, . Тъй като се упражнява натиск върху лицето на куб с площ l 2, тогава налягането ще бъде същото. Това уравнение се нарича основно уравнение на молекулярната кинетична теория. Означавайки средната кинетична енергия на молекулите, получаваме.

25. Температура, нейното измерване. Абсолютна температурна скала. Скоростта на газовите молекули.

Основното уравнение на MKT за идеален газ установява връзка между микро- и макроскопични параметри. Когато две тела влязат в контакт, техните макроскопични параметри се променят. Когато тази промяна е престанала, се казва, че е настъпило топлинно равновесие. Физически параметър, който е еднакъв във всички части на система от тела в състояние на топлинно равновесие, се нарича телесна температура. Експериментите показват, че за всеки газ в състояние на топлинно равновесие съотношението на произведението на налягането и обема към броя на молекулите е еднакво . Това позволява стойността да бъде взета като мярка за температура. защото n=N/V, тогава, като се вземе предвид основното уравнение на MKT, следователно стойността е равна на две трети от средната кинетична енергия на молекулите. , Където к– коефициент на пропорционалност, в зависимост от мащаба. Параметрите от лявата страна на това уравнение са неотрицателни. Следователно температурата на газа, при която неговото налягане при постоянен обем е нула, се нарича абсолютна нулева температура. Стойността на този коефициент може да се намери от две известни състояния на материята с известни налягане, обем, брой молекули и температура. . Коефициент к, наречена константа на Болцман, е равна на . Това следва от уравненията на връзката между температурата и средната кинетична енергия, т.е. средната кинетична енергия на произволното движение на молекулите е пропорционална на абсолютната температура. , . Това уравнение показва, че при една и съща температура и концентрация на молекули налягането на всички газове е еднакво.

26. Уравнение на състоянието на идеален газ (уравнение на Менделеев-Клапейрон). Изотермични, изохорни и изобарни процеси.

Използвайки зависимостта на налягането от концентрацията и температурата, може да се намери връзка между макроскопичните параметри на газа - обем, налягане и температура. . Това уравнение се нарича уравнение на състоянието на идеалния газ (уравнение на Менделеев-Клапейрон).

Изотермичен процес е процес, който протича при постоянна температура. От уравнението на състоянието на идеален газ следва, че при постоянна температура, маса и състав на газа произведението на налягането и обема трябва да остане постоянно. Графиката на изотерма (крива на изотермичен процес) е хипербола. Уравнението се нарича закон на Бойл-Мариот.

Изохорният процес е процес, който протича при постоянен обем, маса и състав на газа. При тези условия , където е температурният коефициент на налягането на газа. Това уравнение се нарича закон на Чарлз. Графиката на уравнението на изохорния процес се нарича изохора и е права линия, минаваща през началото.

Изобарен процес е процес, който протича при постоянно налягане, маса и състав на газа. По същия начин, както за изохорния процес, можем да получим уравнението за изобарния процес . Уравнението, описващо този процес, се нарича закон на Гей-Лусак. Графиката на уравнението на изобарен процес се нарича изобара и е права линия, минаваща през началото.

27. Вътрешна енергия. Работа по термодинамика.

Ако потенциалната енергия на взаимодействие на молекулите е нула, тогава вътрешната енергия е равна на сумата от кинетичните енергии на движение на всички газови молекули . Следователно, когато температурата се промени, вътрешната енергия на газа също се променя. Замествайки уравнението на състоянието на идеален газ в уравнението за енергия, получаваме, че вътрешната енергия е право пропорционална на произведението от налягането и обема на газа. . Вътрешната енергия на тялото може да се промени само при взаимодействие с други тела. При механичното взаимодействие на телата (макроскопично взаимодействие) мярката за предадената енергия е работата А. При пренос на топлина (микроскопично взаимодействие) мярката за пренесената енергия е количеството топлина Q. В неизолирана термодинамична система промяната във вътрешната енергия D Uравна на сумата от предаденото количество топлина Qи работата на външни сили А. Вместо работа Аизвършвани от външни сили, е по-удобно да се разгледа работата А`извършвани от системата върху външни тела. А=-А`. Тогава първият закон на термодинамиката се изразява като или. Това означава, че всяка машина може да работи върху външни тела само чрез получаване на топлина отвън. Qили намаляване на вътрешната енергия D U. Този закон изключва създаването на вечен двигател от първи вид.

28. Количество топлина. Специфичен топлинен капацитет на веществото. Законът за запазване на енергията при топлинни процеси (първият закон на термодинамиката).

Процесът на предаване на топлина от едно тяло на друго без извършване на работа се нарича топлообмен. Енергията, предадена на тялото в резултат на пренос на топлина, се нарича количество топлина. Ако процесът на пренос на топлина не е придружен от работа, тогава въз основа на първия закон на термодинамиката. Следователно вътрешната енергия на тялото е пропорционална на масата на тялото и неговата температура . Стойност ссе нарича специфичен топлинен капацитет, единицата е . Специфичният топлинен капацитет показва колко топлина трябва да се предаде, за да се нагрее 1 kg вещество с 1 градус. Специфичният топлинен капацитет не е еднозначна характеристика и зависи от работата, извършена от тялото по време на пренос на топлина.

При осъществяване на топлообмен между две тела при условия на равенство до нула на работата на външните сили и при топлоизолация от други тела, съгласно закона за запазване на енергията . Ако промяната на вътрешната енергия не е придружена от работа, тогава , или , откъдето . Това уравнение се нарича уравнение на топлинния баланс.

29. Приложение на първия закон на термодинамиката към изопроцесите. адиабатен процес. Необратимостта на топлинните процеси.

Един от основните процеси, които вършат работа в повечето машини, е разширяването на газ, за ​​да върши работа. Ако по време на изобарното разширение на газ от обем V 1до обем V 2работен обем на буталото на цилиндъра беше л, тогава работете Аидеалният газ е равен на , или . Ако сравним площите под изобарата и изотермата, които са работи, можем да заключим, че при еднакво разширение на газа при същото начално налягане, в случай на изотермичен процес, ще бъде извършена по-малко работа. Освен изобарни, изохорни и изотермични процеси съществува т.нар. адиабатен процес. Процесът се нарича адиабатен, ако няма пренос на топлина. Процесът на бързо разширение или компресия на газа може да се счита за близък до адиабатен. В този процес се извършва работа поради промяна на вътрешната енергия, т.е. , следователно по време на адиабатичния процес температурата намалява. Тъй като температурата на газа се повишава по време на адиабатно компресиране на газ, налягането на газа се увеличава по-бързо с намаляване на обема, отколкото по време на изотермичен процес.

Процесите на пренос на топлина възникват спонтанно само в една посока. Топлината винаги се предава на по-студено тяло. Вторият закон на термодинамиката гласи, че не е възможен термодинамичен процес, в резултат на който топлината да се пренася от едно тяло към друго, по-горещо, без други промени. Този закон изключва създаването на вечен двигател от втори вид.

30. Принципът на действие на топлинните двигатели. ефективност на топлинния двигател.

В топлинните двигатели работата обикновено се извършва от разширяващия се газ. Газът, който извършва работа по време на разширение, се нарича работен флуид. Разширяването на газ възниква в резултат на повишаване на неговата температура и налягане при нагряване. Устройство, от което работната течност получава количество топлина Qнаречена нагревател. Устройството, на което машината отдава топлина след работен ход, се нарича хладилник. Първо, налягането се повишава изохорно, разширява се изобарно, охлажда се изобарно, свива се изобарно.<рисунок с подъемником>. В резултат на работния цикъл газът се връща в първоначалното си състояние, вътрешната му енергия приема първоначалната си стойност. Означава, че . Според първия закон на термодинамиката,. Работата, извършена от тялото за цикъл, е равна на Q.Количеството топлина, получено от тялото за един цикъл, е равно на разликата между получената от нагревателя и отдадената на хладилника. Следователно, . Ефективността на машината е съотношението на използваната полезна енергия към изразходваната енергия. .

31. Изпарение и кондензация. Наситени и ненаситени двойки. Влажност на въздуха.

Неравномерното разпределение на кинетичната енергия на топлинното движение води до това. Че при всяка температура кинетичната енергия на някои от молекулите може да надвиши потенциалната енергия на свързване с останалите. Изпаряването е процесът, при който молекулите излизат от повърхността на течност или твърдо вещество. Изпарението е придружено от охлаждане, т.к по-бързите молекули напускат течността. Изпарението на течност в затворен съд при постоянна температура води до увеличаване на концентрацията на молекулите в газообразно състояние. След известно време настъпва равновесие между броя на молекулите, които се изпаряват и се връщат в течността. Газообразно вещество в динамично равновесие със своята течност се нарича наситена пара. Пара при налягане под налягането на наситената пара се нарича ненаситена. Налягането на наситените пари не зависи от обема (от ) при постоянна температура. При постоянна концентрация на молекули налягането на наситените пари нараства по-бързо от налягането на идеалния газ, т.к. броят на молекулите се увеличава с температурата. Съотношението на налягането на водните пари при дадена температура към налягането на наситените пари при същата температура, изразено като процент, се нарича относителна влажност. Колкото по-ниска е температурата, толкова по-ниско е налягането на наситените пари, така че когато се охладят до определена температура, парите стават наситени. Тази температура се нарича точка на оросяване. tp.

32. Кристални и аморфни тела. Механични свойства на твърдите тела. Еластични деформации.

Аморфни тела са тези, чиито физически свойства са еднакви във всички посоки (изотропни тела). Изотропията на физичните свойства се обяснява с произволното подреждане на молекулите. Твърдите вещества, в които молекулите са подредени, се наричат ​​кристали. Физическите свойства на кристалните тела не са еднакви в различни посоки (анизотропни тела). Анизотропията на свойствата на кристалите се обяснява с факта, че при подредена структура силите на взаимодействие не са еднакви в различни посоки. Външното механично въздействие върху тялото предизвиква изместване на атомите от равновесното положение, което води до промяна на формата и обема на тялото - деформация. Деформацията може да се характеризира с абсолютно удължение, равно на разликата между дължините преди и след деформацията, или с относително удължение. При деформиране на тялото възникват еластични сили. Физическо количество, равно на съотношението на модула на еластичност към площта на напречното сечение на тялото, се нарича механично напрежение. При малки деформации напрежението е право пропорционално на относителното удължение. Фактор на пропорционалност дв уравнението се нарича модул на еластичност (модул на Юнг). Модулът на еластичност е постоянен за даден материал , където . Потенциалната енергия на деформирано тяло е равна на работата, изразходвана при опън или компресия. Оттук .

Законът на Хук е изпълнен само за малки деформации. Максималното напрежение, при което все още се извършва, се нарича пропорционална граница. Отвъд тази граница напрежението спира да нараства пропорционално. До определено ниво на напрежение, деформираното тяло ще възстанови размерите си след отстраняване на товара. Тази точка се нарича граница на еластичност на тялото. При превишаване на границата на еластичност започва пластична деформация, при която тялото не възстановява предишната си форма. В областта на пластичната деформация напрежението почти не се увеличава. Това явление се нарича материален поток. Отвъд границата на провлачване, напрежението се повишава до точка, наречена крайна якост, след което напрежението намалява, докато тялото се счупи.

33. Свойства на течностите. Повърхностно напрежение. капилярни явления.

Възможността за свободно движение на молекули в течност определя течливостта на течността. Тялото в течно състояние няма постоянна форма. Формата на течността се определя от формата на съда и силите на повърхностното напрежение. Вътре в течността силите на привличане на молекулите се компенсират, но не и близо до повърхността. Всяка молекула близо до повърхността се привлича от молекулите вътре в течността. Под действието на тези сили молекулите се изтеглят в повърхността, докато свободната повърхност стане минимална от всички възможни. защото Ако топката има минимална повърхност за даден обем, тогава с малко действие на други сили повърхността придобива формата на сферичен сегмент. Повърхността на течността на ръба на съда се нарича менискус. Феноменът на намокряне се характеризира с контактния ъгъл между повърхността и менискуса в точката на пресичане. Големината на силата на повърхностното напрежение в участък с дължина D ле равно на . Кривината на повърхността създава излишно налягане върху течността, равно на известния контактен ъгъл и радиус . Коефициентът s се нарича коефициент на повърхностно напрежение. Капилярът е тръба с малък вътрешен диаметър. При пълно намокряне силата на повърхностното напрежение е насочена по повърхността на тялото. В този случай издигането на течността през капиляра продължава под действието на тази сила, докато силата на гравитацията уравновеси силата на повърхностното напрежение, т.к. , Че .

34. Електричен заряд. Взаимодействие на заредени тела. Закон на Кулон. Законът за запазване на електрическия заряд.

Нито механиката, нито MKT са в състояние да обяснят природата на силите, които свързват атомите. Законите за взаимодействие на атомите и молекулите могат да бъдат обяснени въз основа на концепцията за електрическите заряди.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Взаимодействието на телата, открито в този експеримент, се нарича електромагнитно и се определя от електрически заряди. Способността на зарядите да привличат и отблъскват се обяснява с предположението, че има два вида заряди – положителни и отрицателни. Телата с еднакъв заряд се отблъскват, а телата с различен заряд се привличат. Единицата за заряд е висулката - зарядът, преминаващ през напречното сечение на проводника за 1 секунда при сила на тока 1 ампер. В затворена система, в която електрическите заряди не влизат отвън и от която електрическите заряди не излизат при никакви взаимодействия, алгебричната сума на зарядите на всички тела е постоянна. Основният закон на електростатиката, известен още като закон на Кулон, гласи, че модулът на силата на взаимодействие между два заряда е право пропорционален на произведението на модулите на зарядите и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието между тях. Силата е насочена по правата, свързваща заредените тела. Е силата на отблъскване или привличане в зависимост от знака на зарядите. Константа кв израза на закона на Кулон е равно на . Вместо този коефициент, т.нар. електрическа константа, свързана с коефициента кизраз откъде. Взаимодействието на фиксирани електрически заряди се нарича електростатично.

35. Електрическо поле. Сила на електрическото поле. Принципът на суперпозиция на електрическите полета.

Около всеки заряд, въз основа на теорията за късо действие, има електрическо поле. Електрическото поле е материален обект, който постоянно съществува в пространството и е в състояние да действа върху други заряди. Електрическото поле се разпространява в пространството със скоростта на светлината. Физическа величина, равна на отношението на силата, с която електрическото поле действа върху тестов заряд (точков положителен малък заряд, който не влияе върху конфигурацията на полето) към стойността на този заряд, се нарича напрегнатост на електрическото поле. Използвайки закона на Кулон, е възможно да се получи формула за силата на полето, създадено от заряда рна разстояние rот такса . Силата на полето не зависи от заряда, върху който то действа. Ако е на такса релектрическите полета на няколко заряда действат едновременно, тогава резултантната сила е равна на геометричната сума на силите, действащи от всяко поле поотделно. Това се нарича принцип на суперпозиция на електрическите полета. Линията на напрегнатост на електрическото поле е линията, допирателната към която във всяка точка съвпада с вектора на напрегнатост. Линиите на напрежение започват с положителни заряди и завършват с отрицателни или отиват до безкрайност. Електрическо поле, чийто интензитет е еднакъв за всички във всяка точка на пространството, се нарича еднородно електрическо поле. Приблизително хомогенно поле може да се разглежда между две успоредни противоположно заредени метални плочи. С равномерно разпределение на заряда рна повърхността на района Сповърхностната плътност на заряда е . За безкрайна равнина с повърхностна плътност на заряда s, напрегнатостта на полето е еднаква във всички точки на пространството и е равна на .

36. Работата на електростатичното поле при преместване на заряда. Потенциална разлика.

Когато заряд се премества от електрическо поле на разстояние, извършената работа е равна на . Както в случая с работата на гравитацията, работата на силата на Кулон не зависи от траекторията на заряда. Когато посоката на вектора на изместване се промени с 180 0, работата на силите на полето променя знака на противоположния. По този начин работата на силите на електростатичното поле при движение на заряда по затворена верига е равна на нула. Полето, чиято работа на силите по затворена траектория е равна на нула, се нарича потенциално поле.

Точно като тяло с маса мв полето на гравитацията има потенциална енергия, пропорционална на масата на тялото, електрически заряд в електростатично поле има потенциална енергия Wp, пропорционално на заряда. Работата на силите на електростатичното поле е равна на изменението на потенциалната енергия на заряда, взета с обратен знак. В една точка на електростатичното поле различните заряди могат да имат различни потенциални енергии. Но отношението на потенциалната енергия към заряда за дадена точка е постоянна стойност. Тази физическа величина се нарича потенциал на електрическото поле, откъдето потенциалната енергия на заряда е равна на произведението на потенциала в дадена точка и заряда. Потенциалът е скаларна величина, потенциалът на няколко полета е равен на сумата от потенциалите на тези полета. Мярката за промяна на енергията по време на взаимодействието на телата е работата. При движение на заряда работата на силите на електростатичното поле е равна на изменението на енергията с обратен знак, следователно. защото работа зависи от потенциалната разлика и не зависи от траекторията между тях, тогава потенциалната разлика може да се счита за енергийна характеристика на електростатичното поле. Ако потенциалът на безкрайно разстояние от заряда се приеме равен на нула, тогава на разстояние rот заряда, се определя по формулата .

Съотношението на работата, извършена от всяко електрическо поле при преместване на положителен заряд от една точка на полето в друга, към стойността на заряда се нарича напрежение между тези точки, откъдето идва работата. В електростатично поле напрежението между всеки две точки е равно на потенциалната разлика между тези точки. Единицата за напрежение (и потенциална разлика) се нарича волт, . 1 волт е напрежението, при което полето извършва 1 джаул работа, за да премести заряд от 1 кулон. От една страна, работата по преместване на заряда е равна на произведението на силата и преместването. От друга страна, може да се намери от известното напрежение между участъците на коловоза. Оттук. Единицата за напрегнатост на електрическото поле е волт на метър ( аз съм).

Кондензатор - система от два проводника, разделени от диелектричен слой, чиято дебелина е малка в сравнение с размерите на проводниците. Между плочите напрегнатостта на полето е равна на удвоената сила на всяка от плочите; извън плочите тя е равна на нула. Физическо количество, равно на отношението на заряда на една от плочите към напрежението между плочите, се нарича капацитет на кондензатора. Единицата за електрически капацитет е фарад, кондензаторът има капацитет 1 фарад, между плочите на който напрежението е 1 волт, когато плочите са заредени с 1 висулка. Напрегнатостта на полето между плочите на твърдия кондензатор е равна на сумата от напрегнатостта на неговите плочи. , и оттогава за хомогенно поле е изпълнено, тогава , т.е. капацитетът е право пропорционален на площта на плочите и обратно пропорционален на разстоянието между тях. Когато между плочите се постави диелектрик, неговият капацитет се увеличава с фактор e, където e е диелектричната константа на въведения материал.

38. Диелектричната константа. Енергия на електрическото поле.

Диелектричната проницаемост е физична величина, която характеризира отношението на модула на електрическото поле във вакуум към модула на електрическото поле в хомогенен диелектрик. Работата на електрическото поле е равна, но когато кондензаторът е зареден, напрежението му се повишава от 0 преди U, Ето защо . Следователно потенциалната енергия на кондензатора е равна на .

39. Електрически ток. Текуща сила. Условия за съществуване на електрически ток.

Електрическият ток е правилното движение на електрически заряди. Посоката на тока се приема за движение на положителни заряди. Електрическите заряди могат да се движат по организиран начин под въздействието на електрическо поле. Следователно достатъчно условие за съществуването на ток е наличието на поле и свободни носители на заряд. Електрическо поле може да се създаде от две свързани противоположно заредени тела. Коефициент на зареждане D р, пренесен през напречното сечение на проводника за времевия интервал D Tкъм този интервал се нарича сила на тока. Ако силата на тока не се променя с времето, токът се нарича постоянен. За да съществува ток в проводник за дълго време, е необходимо условията, причиняващи тока, да бъдат непроменени.<схема с один резистором и батареей>. Силите, които карат заряда да се движи вътре в източника на ток, се наричат ​​външни сили. В галваничен елемент (и всяка батерия - например???)те са силите на химическа реакция, в машина с постоянен ток - силата на Лоренц.

40. Закон на Ом за участък от верига. съпротивление на проводника. Зависимостта на съпротивлението на проводниците от температурата. Свръхпроводимост. Последователно и паралелно свързване на проводници.

Съотношението на напрежението между краищата на участък от електрическа верига към силата на тока е постоянна стойност и се нарича съпротивление. Единицата за съпротивление е 0 ома, съпротивлението от 1 ом има такъв участък от веригата, в който при сила на тока от 1 ампер напрежението е 1 волт. Съпротивлението е право пропорционално на дължината и обратно пропорционално на площта на напречното сечение, където r е електрическото съпротивление, постоянна стойност за дадено вещество при дадени условия. При нагряване съпротивлението на металите се увеличава по линеен закон, където r 0 е съпротивлението при 0 0 С, a е температурният коефициент на съпротивление, специфичен за всеки метал. При температури, близки до абсолютната нула, съпротивлението на веществата пада рязко до нула. Това явление се нарича свръхпроводимост. Преминаването на ток в свръхпроводящи материали става без загуба чрез нагряване на проводника.

Законът на Ом за участък от верига се нарича уравнение. Когато проводниците са свързани последователно, силата на тока е еднаква във всички проводници, а напрежението в краищата на веригата е равно на сумата от напреженията на всички последователно свързани проводници. . Когато проводниците са свързани последователно, общото съпротивление е равно на сумата от съпротивленията на компонентите. При паралелно свързване напрежението в краищата на всяка секция от веригата е еднакво и силата на тока се разклонява на отделни части. Оттук. Когато проводниците са свързани паралелно, реципрочната стойност на общото съпротивление е равна на сумата от реципрочните стойности на съпротивленията на всички паралелно свързани проводници.

41. Работа и ток. Електродвижеща сила. Закон на Ом за пълна верига.

Работата на силите на електрическото поле, което създава електрически ток, се нарича работа на тока. работа Аток в областта със съпротивление Рвъв времето Д Tе равно на . Силата на електрическия ток е равна на отношението на работата към времето на завършване, т.е. . Работата се изразява, както обикновено, в джаули, мощността - във ватове. Ако върху участъка на веригата под въздействието на електрическо поле не се извършва работа и не възникват химични реакции, тогава работата води до нагряване на проводника. В този случай работата е равна на количеството топлина, отделена от проводника с ток (закон на Джаул-Ленц).

В електрическа верига се работи не само във външната част, но и в батерията. Електрическото съпротивление на източник на ток се нарича вътрешно съпротивление r. Във вътрешната част на веригата се отделя количество топлина, равно на. Общата работа на силите на електростатичното поле при движение по затворена верига е нула, така че цялата работа се извършва поради външни сили, които поддържат постоянно напрежение. Съотношението на работата на външните сили към прехвърления заряд се нарича електродвижеща сила на източника, където D р- прехвърляема такса. Ако в резултат на преминаването на постоянен ток се получи само нагряване на проводниците, тогава според закона за запазване на енергията , т.е. . Токът в електрическата верига е право пропорционален на ЕМП и обратно пропорционален на импеданса на веригата.

42. Полупроводници. Електрическа проводимост на полупроводниците и нейната зависимост от температурата. Собствена и примесна проводимост на полупроводниците.

Много вещества не провеждат ток толкова добре, колкото металите, но в същото време не са диелектрици. Една от разликите между полупроводниците е, че при нагряване или осветяване тяхното съпротивление не се увеличава, а намалява. Но основното им практически приложимо свойство се оказа едностранната проводимост. Поради неравномерното разпределение на енергията на топлинното движение в полупроводников кристал, някои атоми се йонизират. Освободените електрони не могат да бъдат уловени от околните атоми, т.к валентните им връзки са наситени. Тези свободни електрони могат да се движат в метала, създавайки ток на електронна проводимост. В същото време атом, от чиято обвивка е избягал електрон, става йон. Този йон се неутрализира чрез улавяне на атом на съсед. В резултат на такова хаотично движение възниква движение на място с липсващ йон, което външно се вижда като движение на положителен заряд. Това се нарича проводящ ток на дупка. В идеален полупроводников кристал токът се генерира от движението на равен брой свободни електрони и дупки. Този тип проводимост се нарича присъща проводимост. С намаляването на температурата броят на свободните електрони, който е пропорционален на средната енергия на атомите, намалява и полупроводникът става подобен на диелектрик. Понякога към полупроводника се добавят примеси за подобряване на проводимостта, които са донорни (увеличават броя на електроните без увеличаване на броя на дупките) и акцепторни (увеличават броя на дупките без увеличаване на броя на електроните). Полупроводниците, при които броят на електроните надвишава броя на дупките, се наричат ​​електронни полупроводници или полупроводници от n-тип. Полупроводниците, при които броят на дупките надвишава броя на електроните, се наричат ​​полупроводници с дупки или полупроводници от p-тип.

43. Полупроводников диод. Транзистор.

Полупроводниковият диод се състои от пнпреход, т.е. от два свързани полупроводника с различен тип проводимост. Когато се комбинират, електроните дифундират в Р-полупроводник. Това води до появата на некомпенсирани положителни йони на донорния примес в електронния полупроводник и отрицателни йони на акцепторния примес, който е уловил дифузните електрони, в дупковия полупроводник. Между двата слоя възниква електрическо поле. Ако се приложи положителен заряд към областта с електронна проводимост и отрицателен заряд се приложи към областта с дупкова проводимост, тогава блокиращото поле ще се увеличи, силата на тока ще спадне рязко и е почти независима от напрежението. Този метод на включване се нарича блокиране, а токът, протичащ в диода, се нарича обратен. Ако се приложи положителен заряд към областта с проводимост на дупката и отрицателен заряд се приложи към областта с електроника, тогава блокиращото поле ще отслабне, токът през диода в този случай зависи само от съпротивлението на външната верига. Този метод на включване се нарича пропускателен, а токът, протичащ в диода, се нарича директен.

Транзисторът, известен още като полупроводников триод, се състои от две пн(или n-p) преходи. Средната част на кристала се нарича основа, крайните са емитер и колектор. Транзисторите, в които основата има дупкова проводимост, се наричат ​​транзистори. п-н-ппреход. За задвижване на транзистор п-н-п-тип, към колектора се прилага напрежение с отрицателна полярност спрямо емитера. Базовото напрежение може да бъде положително или отрицателно. защото има повече дупки, тогава основният ток през кръстовището ще бъде дифузионният поток на дупките от Р- площи. Ако към емитера се приложи малко напрежение напред, тогава през него ще тече ток на дупка, който се разпространява от Р-области в н-площ (база). Но тъй като основата е тясна, след това дупките летят през нея, ускорени от полето, в колектора. (???, тук нещо не съм разбрал ...). Транзисторът е в състояние да разпределя тока, като по този начин го усилва. Съотношението на промяната на тока в колекторната верига към промяната на тока в основната верига, при равни други условия, е постоянна стойност, наречена интегрален коефициент на предаване на базовия ток. Следователно, чрез промяна на тока в основната верига, е възможно да се получат промени в тока в колекторната верига. (???)

44. Електрически ток в газовете. Видове газови разряди и тяхното приложение.Концепцията за плазма.

Газът под въздействието на светлина или топлина може да стане проводник на ток. Феноменът на преминаване на ток през газ при условия на външно въздействие се нарича несамостоятелен електрически разряд. Процесът на образуване на газови йони под въздействието на температурата се нарича термична йонизация. Появата на йони под въздействието на светлинното лъчение е фотойонизация. Газ, в който значителна част от молекулите са йонизирани, се нарича плазма. Температурата на плазмата достига няколко хиляди градуса. Плазмените електрони и йони могат да се движат под въздействието на електрическо поле. С увеличаване на силата на полето, в зависимост от налягането и природата на газа, в него възниква разряд без влиянието на външни йонизатори. Това явление се нарича самоподдържащ се електрически разряд. За да може един електрон да йонизира атом, когато го удари, той трябва да има енергия не по-малка от работата на йонизацията. Тази енергия може да бъде придобита от електрон под въздействието на силите на външно електрическо поле в газ на свободния му път, т.е. . защото средният свободен път е малък, саморазреждането е възможно само при големи напрежения на полето. При ниско налягане на газа се образува тлеещ разряд, което се обяснява с увеличаване на проводимостта на газа по време на разреждане (средният свободен път се увеличава). Ако силата на тока в саморазряда е много висока, тогава електронните удари могат да причинят нагряване на катода и анода. Електроните се излъчват от повърхността на катода при висока температура, което поддържа разряда в газа. Този тип разряд се нарича дъгов.

45. Електрически ток във вакуум. Термионна емисия. Електроннолъчева тръба.

Във вакуум няма свободни носители на заряд, следователно, без външно влияние, няма ток във вакуум. Това може да се случи, ако един от електродите се нагрее до висока температура. Нагретият катод излъчва електрони от повърхността си. Феноменът на излъчване на свободни електрони от повърхността на нагрети тела се нарича термоелектронна емисия. Най-простото устройство, което използва термоелектронна емисия, е електровакуумен диод. Анодът се състои от метална плоча, катодът е направен от тънка навита тел. При нагряване около катода се създава електронен облак. Ако свържете катода към положителния извод на батерията и анода към отрицателния полюс, тогава полето вътре в диода ще измести електроните към катода и няма да има ток. Ако свържете обратното - анода към плюса, а катода към минуса - тогава електрическото поле ще придвижи електроните към анода. Това обяснява свойството на едностранната проводимост на диода. Потокът от електрони, движещ се от катода към анода, може да се контролира с помощта на електромагнитно поле. За да направите това, диодът се модифицира и се добавя решетка между анода и катода. Полученото устройство се нарича триод. Ако към решетката се приложи отрицателен потенциал, тогава полето между решетката и катода ще попречи на електрона да се движи. Ако приложите положително, тогава полето ще предотврати движението на електрони. Електроните, излъчени от катода, могат да бъдат ускорени до високи скорости с помощта на електрически полета. Способността на електронните лъчи да се отклоняват под въздействието на електромагнитни полета се използва в CRT.

46. ​​​​Магнитно взаимодействие на токовете. Магнитно поле. Силата, действаща върху проводник с ток в магнитно поле. Индукция на магнитно поле.

Ако през проводниците минава ток в една и съща посока, тогава те се привличат, а ако са еднакви, тогава се отблъскват. Следователно има известно взаимодействие между проводниците, което не може да се обясни с наличието на електрическо поле, тъй като. По принцип проводниците са електрически неутрални. Магнитното поле се създава от движещи се електрически заряди и действа само върху движещи се заряди. Магнитното поле е специален вид материя и е непрекъснато в пространството. Преминаването на електрически ток през проводник е придружено от генериране на магнитно поле, независимо от средата. Магнитното взаимодействие на проводниците се използва за определяне на големината на силата на тока. 1 ампер - силата на тока, преминаващ през два успоредни проводника с дължина ¥ и малко напречно сечение, разположени на разстояние 1 метър един от друг, при които магнитният поток предизвиква сила на взаимодействие надолу, равна на всеки метър дължина . Силата, с която магнитното поле действа върху проводник с ток, се нарича сила на ампера. За да се характеризира способността на магнитното поле да въздейства върху проводник с ток, има величина, наречена магнитна индукция. Модулът на магнитната индукция е равен на отношението на максималната стойност на силата на Ампер, действаща върху проводник с ток, към силата на тока в проводника и неговата дължина. Посоката на индукционния вектор се определя от правилото на лявата ръка (на ръката е проводник, на палеца е сила, в дланта е индукция). Единицата за магнитна индукция е тесла, която е равна на индукцията на такъв магнитен поток, при който върху 1 метър от проводника с ток от 1 ампер действа максимална амперна сила от 1 нютон. Линия, във всяка точка на която векторът на магнитната индукция е насочен тангенциално, се нарича линия на магнитна индукция. Ако във всички точки на дадено пространство индукционният вектор има една и съща стойност по абсолютна стойност и една и съща посока, тогава полето в тази част се нарича хомогенно. В зависимост от ъгъла на наклона на проводника с ток спрямо вектора на магнитната индукция силата на Ампер се променя пропорционално на синуса на ъгъла.

47. Закон на Ампер.Действието на магнитно поле върху движещ се заряд. Сила на Лоренц.

Действието на магнитното поле върху ток в проводник показва, че то действа върху движещи се заряди. Текуща сила азв проводника е свързано с концентрацията нсвободни заредени частици, скорост vтяхното организирано движение и площ Снапречно сечение на проводника по израза , където ре зарядът на една частица. Замествайки този израз във формулата за силата на Ампер, получаваме . защото nSlе равен на броя на свободните частици в проводник с дължина л, тогава силата, действаща от страната на полето върху една заредена частица, движеща се със скорост vпод ъгъл a спрямо вектора на магнитната индукция бе равно на . Тази сила се нарича сила на Лоренц. Посоката на силата на Лоренц за положителен заряд се определя от правилото на лявата ръка. В еднородно магнитно поле частица, движеща се перпендикулярно на линиите на индукция на магнитното поле, придобива центростремително ускорение под действието на силата на Лоренц и се движи в кръг. Радиусът на окръжността и периодът на въртене се определят от изразите . Независимостта на периода на въртене от радиуса и скоростта се използва в ускорителя на заредени частици - циклотрона.

48. Магнитни свойства на материята. Феромагнетици.

Електромагнитното взаимодействие зависи от средата, в която се намират зарядите. Ако окачите малка намотка близо до голяма намотка, тя ще се отклони. Ако желязна сърцевина се постави в голяма, тогава отклонението ще се увеличи. Тази промяна показва, че индукцията се променя с въвеждането на ядрото. Веществата, които значително увеличават външното магнитно поле, се наричат ​​феромагнетици. Физическа величина, показваща колко пъти индуктивността на магнитното поле в среда се различава от индуктивността на полето във вакуум, се нарича магнитна проницаемост. Не всички вещества усилват магнитното поле. Парамагнетиците създават слабо поле, което съвпада по посока с външното. Диамагнитите отслабват външното поле със своето поле. Феромагнетизмът се обяснява с магнитните свойства на електрона. Електронът е движещ се заряд и следователно има собствено магнитно поле. В някои кристали има условия за успоредна ориентация на магнитните полета на електроните. В резултат на това във феромагнитния кристал се появяват магнетизирани области, наречени домейни. Тъй като външното магнитно поле се увеличава, домейните подреждат своята ориентация. При определена стойност на индукцията настъпва пълно подреждане на ориентацията на домейните и се задава магнитно насищане. Когато феромагнетик се отстрани от външно магнитно поле, не всички домейни губят ориентацията си и тялото се превръща в постоянен магнит. Подреждането на ориентацията на домейна може да бъде нарушено от топлинни вибрации на атомите. Температурата, при която веществото престава да бъде феромагнетик, се нарича температура на Кюри.

49. Електромагнитна индукция. магнитен поток. Законът за електромагнитната индукция. Правилото на Ленц.

В затворена верига, когато магнитното поле се промени, възниква електрически ток. Този ток се нарича индуктивен ток. Феноменът на възникване на ток в затворена верига с промени в магнитното поле, проникващо във веригата, се нарича електромагнитна индукция. Появата на ток в затворена верига показва наличието на външни сили от неелектростатичен характер или появата на индукционна ЕМП. Дадено е количествено описание на явлението електромагнитна индукция въз основа на установяване на връзката между индукционната ЕМП и магнитния поток. магнитен поток Епрез повърхността се нарича физическо количество, равно на произведението на повърхността Сна модул на вектора на магнитната индукция би чрез косинуса на ъгъла a между него и нормалата към повърхността. Единицата за магнитен поток е weber, равен на потока, който, когато равномерно намалява до нула за 1 секунда, причинява ЕДС от 1 волт. Посоката на индукционния ток зависи от това дали потокът, проникващ във веригата, се увеличава или намалява, както и от посоката на полето спрямо веригата. Общата формулировка на правилото на Ленц: индукционният ток, възникващ в затворена верига, има такава посока, че магнитният поток, създаден от него през зоната, ограничена от веригата, има тенденция да компенсира промяната в магнитния поток, която причинява този ток. Закон за електромагнитната индукция: ЕМП на индукция в затворена верига е право пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток през повърхността, ограничена от тази верига, и е равна на скоростта на промяна на този поток, като се вземе предвид Ленц правило. При промяна на ЕМП в намотка, състояща се от нидентични завои, общата ЕДС в нпъти повече EMF в една единствена намотка. За еднородно магнитно поле, въз основа на определението за магнитен поток, следва, че индукцията е 1 тесла, ако потокът през верига от 1 квадратен метър е 1 вебер. Възникването на електрически ток в неподвижен проводник не се обяснява с магнитно взаимодействие, т.к Магнитното поле действа само върху движещи се заряди. Електрическото поле, което възниква при промяна на магнитното поле, се нарича вихрово електрическо поле. Работата на силите на вихровото поле върху движението на зарядите е ЕМП на индукция. Вихровото поле не е свързано със заряди и представлява затворена линия. Работата на силите на това поле по затворен контур може да бъде различна от нула. Явлението електромагнитна индукция възниква и когато източникът на магнитен поток е в покой, а проводникът се движи. В този случай причината за индукционната ЕМП, равна на , е силата на Лоренц.

50. Феноменът на самоиндукцията. Индуктивност. Енергията на магнитното поле.

Електрическият ток, преминаващ през проводник, създава магнитно поле около него. магнитен поток Епрез контура е пропорционален на вектора на магнитната индукция IN, а индукцията от своя страна силата на тока в проводника. Следователно за магнитния поток можем да напишем . Коефициентът на пропорционалност се нарича индуктивност и зависи от свойствата на проводника, неговите размери и средата, в която се намира. Единицата за индуктивност е хенри, индуктивността е 1 хенри, ако при сила на тока от 1 ампер магнитният поток е 1 вебер. Когато силата на тока в намотката се промени, магнитният поток, създаден от този ток, се променя. Промяната в магнитния поток причинява появата на ЕМП индукция в намотката. Феноменът на появата на индукция на ЕМП в намотка в резултат на промяна на силата на тока в тази верига се нарича самоиндукция. В съответствие с правилото на Ленц, ЕМП на самоиндукция предотвратява увеличаването, когато веригата е включена, и намалява, когато веригата е изключена. ЕМП на самоиндукция, възникваща в намотка с индуктивност Л, според закона за електромагнитната индукция е равно на . Да предположим, че когато мрежата е изключена от източника, токът намалява по линеен закон. Тогава ЕМП на самоиндукция има постоянна стойност, равна на . По време на Tпри линейно намаляване на веригата ще премине заряд. В този случай работата на електрическия ток е равна на . Тази работа се извършва за светлината на енергията W mмагнитно поле на бобината.

51. Хармонични вибрации. Амплитуда, период, честота и фаза на трептенията.

Механичните вибрации са движенията на телата, които се повтарят точно или приблизително еднакви на редовни интервали. Силите, действащи между телата в разглежданата система от тела, се наричат ​​вътрешни сили. Силите, действащи върху телата на системата от други тела, се наричат ​​външни сили. Свободните трептения се наричат ​​трептения, които са възникнали под въздействието на вътрешни сили, например махало върху нишка. Трептенията под действието на външни сили са принудени трептения, например бутало в двигател. Обща характеристика на всички видове трептения е повторяемостта на процеса на движение след определен интервал от време. Трептенията, описани от уравнението, се наричат ​​хармонични. . По-специално, вибрациите, които възникват в система с една възстановяваща сила, пропорционална на деформацията, са хармонични. Минималният интервал, през който се повтаря движението на тялото, се нарича период на трептене. T. Физическата величина, която е реципрочна на периода на трептене и характеризира броя на трептенията за единица време, се нарича честота. Честотата се измерва в херци, 1 Hz = 1 s -1. Използва се и концепцията за циклична честота, която определя броя на трептенията за 2p секунди. Модулът на максималното изместване от равновесното положение се нарича амплитуда. Стойността под знака на косинуса е фазата на трептенията, j 0 е началната фаза на трептенията. Производните също се променят хармонично и , а общата механична енергия с произволно отклонение х(ъгъл, координата и т.н.) е , Където АИ INса константи, определени от системните параметри. Диференцирайки този израз и като вземем предвид липсата на външни сили, е възможно да напишем какво , откъде .

52. Математическо махало. Вибрация на товар върху пружина. Период на трептене на математическо махало и тежест върху пружина.

Тяло с малки размери, окачено на неразтеглива нишка, чиято маса е пренебрежимо малка в сравнение с масата на тялото, се нарича математическо махало. Вертикалното положение е положението на равновесие, при което силата на гравитацията се балансира от силата на еластичността. При малки отклонения на махалото от равновесното положение възниква резултантна сила, насочена към равновесното положение и нейните трептения са хармонични. Периодът на хармоничните трептения на математическото махало при малък ъгъл на завъртане е равен на . За да изведем тази формула, записваме втория закон на Нютон за махалото. Върху махалото действат силата на гравитацията и напрежението на струната. Тяхната резултатна при малък ъгъл на отклонение е . следователно , където .

При хармонични вибрации на тяло, окачено на пружина, еластичната сила е равна според закона на Хук. Според втория закон на Нютон.

53. Преобразуване на енергия при хармонични вибрации. Принудителни вибрации. Резонанс.

Когато математическото махало се отклони от равновесното положение, неговата потенциална енергия нараства, т.к. разстоянието до земята се увеличава. При придвижване до равновесно положение скоростта на махалото се увеличава и кинетичната енергия се увеличава поради намаляване на потенциалния резерв. В равновесно положение кинетичната енергия е максимална, потенциалната енергия е минимална. В положение на максимално отклонение - обратното. При пружината - същото, но не се взема потенциалната енергия в гравитационното поле на Земята, а потенциалната енергия на пружината. Свободните вибрации винаги се оказват затихващи, т.е. с намаляваща амплитуда, т.к енергията се изразходва за взаимодействие с околните тела. Загубата на енергия в този случай е равна на работата на външните сили за същото време. Амплитудата зависи от честотата на промяна на силата. Тя достига максималната си амплитуда при честотата на трептенията на външната сила, която съвпада със собствената честота на трептенията на системата. Феноменът на увеличаване на амплитудата на принудените трептения при описаните условия се нарича резонанс. Тъй като при резонанс външната сила извършва максималната положителна работа за периода, резонансното състояние може да се определи като условие за максимален трансфер на енергия към системата.

54. Разпространение на трептенията в еластични среди. Напречни и надлъжни вълни. Дължина на вълната. Отношение на дължината на вълната към скоростта на нейното разпространение. Звукови вълни. Скорост на звука. Ултразвук

Възбуждането на трептения в едно място на средата предизвиква принудени трептения на съседни частици. Процесът на разпространение на вибрациите в пространството се нарича вълна. Вълните, при които вибрациите възникват перпендикулярно на посоката на разпространение, се наричат ​​напречни вълни. Вълни, при които се появяват вибрации по посока на разпространение на вълната, се наричат ​​надлъжни вълни. Надлъжни вълни могат да възникнат във всички среди, напречни вълни - в твърди тела под действието на еластични сили по време на деформация или сили на повърхностно напрежение и сили на гравитация. Скоростта на разпространение на трептенията v в пространството се нарича скорост на вълната. Разстоянието l между най-близките една до друга точки, осцилиращи в еднакви фази, се нарича дължина на вълната. Зависимостта на дължината на вълната от скоростта и периода се изразява като , или . Когато се появят вълни, тяхната честота се определя от честотата на трептенията на източника, а скоростта се определя от средата, в която се разпространяват, следователно вълни с еднаква честота могат да имат различна дължина в различни среди. Процесите на компресия и разреждане във въздуха се разпространяват във всички посоки и се наричат ​​звукови вълни. Звуковите вълни са надлъжни. Скоростта на звука, както скоростта на всяка вълна, зависи от средата. Във въздух скоростта на звука е 331 m/s, във вода - 1500 m/s, в стомана - 6000 m/s. Звуковото налягане е допълнително налягане в газ или течност, причинено от звукова вълна. Интензитетът на звука се измерва чрез енергията, пренасяна от звуковите вълни за единица време през единица площ от участък, перпендикулярен на посоката на разпространение на вълната, и се измерва във ватове на квадратен метър. Силата на звука определя неговата сила. Височината на звука се определя от честотата на вибрациите. Ултразвукът и инфразвукът се наричат ​​звукови вибрации, които се намират извън границите на слуха с честоти съответно 20 килохерца и 20 херца.

55. Свободни електромагнитни трептения във веригата. Преобразуване на енергия в колебателен кръг. Собствена честота на трептенията във веригата.

Електрическата осцилаторна верига е система, състояща се от кондензатор и намотка, свързани в затворена верига. Когато бобина е свързана към кондензатор, в бобината се генерира ток и енергията на електрическото поле се преобразува в енергията на магнитното поле. Кондензаторът не се разрежда моментално, т.к. това се предотвратява от ЕМП на самоиндукция в намотката. Когато кондензаторът е напълно разреден, ЕМП на самоиндукция ще предотврати намаляването на тока и енергията на магнитното поле ще се превърне в електрическа енергия. Токът, възникващ в този случай, ще зареди кондензатора, а знакът на заряда върху плочите ще бъде противоположен на оригинала. След това процесът се повтаря, докато цялата енергия се изразходва за нагряване на елементите на веригата. Така енергията на магнитното поле в колебателната верига се преобразува в електрическа и обратно. За общата енергия на системата е възможно да се напишат отношенията: , откъдето за произволен момент от време . Както е известно, за пълна верига . Ако приемем, че в идеалния случай R"0, накрая получаваме , или . Решението на това диференциално уравнение е функцията , Където . Стойността на w се нарича собствена кръгова (циклична) честота на трептения във веригата.

56. Принудени електрически трептения. Променлив електрически ток. Алтернатор. AC захранване.

Променливият ток в електрическите вериги е резултат от възбуждането на принудителни електромагнитни трептения в тях. Нека плоската намотка има площ Си индукционния вектор бсключва ъгъл j с перпендикуляра към равнината на намотката. магнитен поток Епрез площта на намотката в този случай се определя от израза. Когато бобината се върти с честота n, ъгълът j се променя по закона ., тогава изразът за потока ще приеме формата. Промените в магнитния поток създават индукционна ЕДС, равна на минус скоростта на промяна на потока. Следователно промяната в ЕМП на индукция ще се извърши съгласно хармоничния закон. Напрежението, взето от изхода на генератора, е пропорционално на броя на намотките. Когато напрежението се променя според хармоничния закон напрегнатостта на полето в проводника се изменя по същия закон. Под действието на полето възниква нещо, чиято честота и фаза съвпадат с честотата и фазата на колебанията на напрежението. Флуктуациите на тока във веригата са принудени, възникващи под въздействието на приложено променливо напрежение. Ако фазите на тока и напрежението съвпадат, мощността на променливия ток е равна на или . Средната стойност на косинус на квадрат за периода е 0,5, така че . Ефективната стойност на силата на тока е силата на постоянния ток, която отделя същото количество топлина в проводника като променливия ток. По амплитуда Imaxхармонични трептения на тока, ефективното напрежение е равно на. Текущата стойност на напрежението също е няколко пъти по-малка от стойността на амплитудата му.Средната мощност на тока при съвпадение на фазите на трептене се определя чрез ефективното напрежение и силата на тока.

5 7. Активно, индуктивно и капацитивно съпротивление.

активно съпротивление Рнаречена физическа величина, равна на отношението на мощността към квадрата на тока, което се получава от израза за мощност. При ниски честоти той практически не зависи от честотата и съвпада с електрическото съпротивление на проводника.

Нека бобина е свързана към верига с променлив ток. След това, когато силата на тока се промени според закона, в намотката се появява самоиндукционна емф. защото електрическото съпротивление на намотката е нула, тогава ЕМП е равна на минус напрежението в краищата на намотката, създадено от външен генератор (??? Какъв друг генератор???). Следователно промяната в тока предизвиква промяна в напрежението, но с фазово изместване . Продуктът е амплитудата на колебанията на напрежението, т.е. . Съотношението на амплитудата на колебанията на напрежението върху намотката към амплитудата на колебанията на тока се нарича индуктивно съпротивление .

Нека във веригата има кондензатор. Когато е включен, той зарежда една четвърт от периода, след това разрежда същото количество, след това същото, но с промяна на полярността. Когато напрежението върху кондензатора се променя според хармоничния закон зарядът на неговите плочи е равен на . Токът във веригата възниква при промяна на заряда: , подобно на случая с намотка, амплитудата на колебанията на тока е равна на . Стойността, равна на съотношението на амплитудата към силата на тока, се нарича капацитет .

58. Закон на Ом за променлив ток.

Помислете за верига, състояща се от резистор, намотка и кондензатор, свързани последователно. Във всеки даден момент приложеното напрежение е равно на сумата от напреженията на всеки елемент. Текущите колебания във всички елементи се извършват според закона. Флуктуациите на напрежението през резистора са във фаза с флуктуациите на тока, флуктуациите на напрежението през кондензатора изостават от флуктуациите на тока във фаза, флуктуациите на напрежението през бобината водят флуктуациите на тока във фаза от (защо изостават?). Следователно, условието за равенство на сбора от напреженията към общото може да бъде записано като. Използвайки векторната диаграма, можете да видите, че амплитудата на напрежението във веригата е , или , т.е. . Импедансът на веригата е означен . От диаграмата е очевидно, че напрежението също се колебае по хармоничния закон . Началната фаза j може да се намери по формулата . Моментната мощност в AC веригата е равна на. Тъй като средната стойност на косинус на квадрат за периода е 0,5, . Ако във веригата има намотка и кондензатор, тогава според закона на Ом за променлив ток. Стойността се нарича фактор на мощността.

59. Резонанс в електрическа верига.

Капацитивните и индуктивните съпротивления зависят от честотата на приложеното напрежение. Следователно при постоянна амплитуда на напрежението амплитудата на силата на тока зависи от честотата. При такава стойност на честотата, при която сумата от напреженията на бобината и кондензатора става равна на нула, т.к. техните трептения са противофазови. В резултат на това напрежението на активното съпротивление при резонанс се оказва равно на пълното напрежение и силата на тока достига максималната си стойност. Изразяваме индуктивните и капацитивните съпротивления при резонанс: , следователно . Този израз показва, че при резонанс амплитудата на колебанията на напрежението върху намотката и кондензатора може да надвиши амплитудата на приложените колебания на напрежението.

60. Трансформатор.

Трансформаторът се състои от две намотки с различен брой навивки. Когато се подаде напрежение към една от намотките, в нея се генерира ток. Ако напрежението се промени според хармоничния закон, токът също ще се промени според същия закон. Магнитният поток, преминаващ през намотката, е . Когато магнитният поток се променя при всяко завъртане на първата намотка, възниква емф на самоиндукция. Продуктът е амплитудата на ЕМП в един оборот, общата ЕМП в първичната намотка. Следователно вторичната намотка е пронизана от същия магнитен поток. защото тогава магнитните потоци са еднакви. Активното съпротивление на намотката е малко в сравнение с индуктивното съпротивление, така че напрежението е приблизително равно на ЕМП. Оттук. Коефициент ДА СЕнаречен коефициент на трансформация. Следователно топлинните загуби на проводниците и жилата са малки Е1" F 2. Магнитният поток е пропорционален на тока в намотката и броя на навивките. Следователно, т.е. . Тези. трансформаторът увеличава напрежението в ДА СЕпъти, намалявайки тока със същото количество. Текущата мощност в двете вериги, пренебрегвайки загубите, е една и съща.

61. Електромагнитни вълни. Скоростта на разпространението им. Свойства на електромагнитните вълни.

Всяка промяна в магнитния поток във веригата предизвиква появата на индукционен ток в нея. Появата му се обяснява с появата на вихрово електрическо поле при всяка промяна в магнитното поле. Вихровото електрическо огнище има същото свойство като обикновеното - да генерира магнитно поле. Така, веднъж започнал, процесът на взаимно генериране на магнитни и електрически полета продължава непрекъснато. Електрическите и магнитните полета, които образуват електромагнитните вълни, могат да съществуват и във вакуум, за разлика от други вълнови процеси. От експерименти със смущения е установена скоростта на разпространение на електромагнитните вълни, която е приблизително . В общия случай скоростта на електромагнитната вълна в произволна среда се изчислява по формулата . Плътността на енергията на електрическите и магнитните компоненти е равна една на друга: , където . Свойствата на електромагнитните вълни са подобни на тези на другите вълнови процеси. При преминаване през интерфейса между две среди те се отразяват частично, частично се пречупват. Те не се отразяват от повърхността на диелектрика, но почти напълно се отразяват от металите. Електромагнитните вълни имат свойствата на интерференция (експеримент на Херц), дифракция (алуминиева плоча), поляризация (решетка).

62. Принципи на радиокомуникацията. Най-простият радиоприемник.

За осъществяване на радиовръзка е необходимо да се осигури възможност за излъчване на електромагнитни вълни. Колкото по-голям е ъгълът между пластините на кондензатора, толкова по-свободно EM вълните се разпространяват в пространството. В действителност отворената верига се състои от намотка и дълъг проводник - антена. Единият край на антената е заземен, другият е повдигнат над повърхността на Земята. защото Тъй като енергията на електромагнитните вълни е пропорционална на четвъртата степен на честотата, тогава по време на колебания на променлив ток на звукови честоти, ЕМ вълните практически не възникват. Затова се използва принципът на модулация – честотна, амплитудна или фазова. Най-простият генератор на модулирани трептения е показан на фигурата. Нека честотата на трептене на веригата се променя според закона. Нека честотата на модулираните звукови вибрации също се променя като и У<(какво по дяволите е това точно???)(G е реципрочната стойност на съпротивлението). Замествайки в този израз стойностите на напрежението, където , получаваме . защото при резонанс се отрязват честоти, далеч от резонансната честота, след това от израза за азвторият, третият и петият член изчезват; .

Помислете за прост радиоприемник. Състои се от антена, осцилаторна верига с променлив кондензатор, детекторен диод, резистор и телефон. Честотата на колебателната верига е избрана по такъв начин, че да съвпада с носещата честота, докато амплитудата на трептенията на кондензатора става максимална. Това ви позволява да изберете желаната честота от всички получени. От веригата модулирани високочестотни трептения достигат до детектора. След преминаване на детектора, токът зарежда кондензатора на всеки половин цикъл, а следващият половин цикъл, когато токът не преминава през диода, кондензаторът се разрежда през резистора. (Правилно ли разбрах???).

64. Аналогия между механични и електрически вибрации.

Аналогиите между механичните и електрическите вибрации изглеждат така: