Механическое движение. Путь, перемещение. Относительность движения. Материальная точка. Траектория. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движения.

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Механическое движени е – изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Тело отсчета – реальные тела, относительно которых рассматривается движение.

Система отсчета – тело отсчета, система координат и прибор для измерения времени.

Материальная точка – тело, размерами и формой которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до этого тела.

Траектория – линия, вдоль которой движется тело.

Путь – расстояние, пройденное вдоль траектории.

Перемещение – вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.

Для характеристики быстроты движения вводят понятие скорости:

Скорость – физическая величина, равная отношению перемещения точки к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло. В Си

Мгновенная скорость – скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории.

Равномерное движение – такое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные расстояния.

Уравнение движения:

Ускорение, векторная физическая величина, характеризующая скорость изменения скорости.

Ускорение – равно отношению изменения скорости движения ко времени, за которое это изменение произошло. В СИ ускорение:

Равноускоренное движение – движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени, изменяется на одну и ту же величину.

Движение относительно: одно и то же тело движется относительно одной системы отсчета и покоится относительно другой. Пассажир, который едет в автобусе покоиться относительно автобуса, но движется относительно пешеходов на улице.

I закон Ньютона. Сила. Взаимодействие тел. II и III законы Ньютона.

Законы Ньютона выполняются в инерциальных системах отсчета – такие системы, которые покоятся или движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют другие тела, или действие других тел скомпенсировано.

Первый закон устанавливает покоится или движется прямолинейно – обычное тело. Условие: наличие двух действующих сил, которые компенсируют друг друга.

Тело может находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.

Для тел характерно свойство инертности. Первый закон – закон инерции.

Инерция – свойство тел сохранять скорость постоянной.

С взаимодействием тел мы сталкиваемся на каждом шагу: человек растягивает пружину, лопасти винта, взаимодействуют с воздухом, ракетка взаимодействует с мячом)

Количественную меру действия тел друг на друга, в результате которой тела получают ускорения называют силой.

Тела способны изменять свою скорость при взаимодействии – инертность. Все тела инертны. Но инертность различных тел разная. Из двух взаимодействующих тел инертность больше у того тела, которое в результате взаимодействия приобретает меньшее ускорение.

Для характеристики инертности вводят понятие – масса – мера инертности (количественная характеристика) единица массы – килограмм.

Второй закон Ньютона устанавливает связь между ускорением, силой и массой:

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое ему этой силой ускорение. F=ma или

Ускорение, приобретаемое телом в результате взаимодействия с другим телом, прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его массе.

Третий закон Ньютона говорит о том, что происходит со вторым взаимодействующим телом.

Два тела взаимодействуют с силой, равной по величине, но противоположной по направлению.

Переменный электрический ток. Применение переменного тока.

Превращение энергии при механических колебаниях.

Природа электрического тока в металлах, и его применение

В бытовых электроприборах.

Катушку приводят в движение потом быстро останавливают. Свободные заряженные частицы движутся, возникает электрический ток, по его величине установили, что

1. Мандельштам и Папалекси (1913 г)

2. Стюарт и Толмен (1916 г) экспериментально установили, что

А) ток обусловлен движением заряженных частиц

Б) перенос массы вещества не происходит.

Электрический ток в металле – это направленное движение электронов.

Валентные электроны, сравнительно слабо связанные с атомными ядрами, отрываются от атомов металла, становятся свободными и могут перемещаться по всему объему. Таким образом, в узлах кристаллической решетки располагаются ионы металла, а между ними хаотически движутся свободные электроны. Согласно электронной теории сопротивление металлов обусловлено соударениями свободных электронов с ионами кристаллической решетки. Подвижность свободных электронов с увеличением температуры уменьшается, сопротивление металлов при нагревании увеличивается.

Обозначим: R₀ – сопротивление при 0⁰С

R – сопротивление при t⁰ C

ρ – удельное сопротивление проводника

α – температурный коэффициент сопротивления (для чистых металлов α =1/273 К^-1

С ростом температуры удельное сопротивление металлов увеличивается. Удельное сопротивление линейно зависит от температуры.

Электрическое сопротивление металлов и их сплавов скачком падает до нуля при охлаждении ниже критической температуры, характерной для данного проводника, т.е. металл становится абсолютным проводником. Критическая температура металлов составляет 1-20 К, а для некоторых керамических материалов достигает 100 К и выше; для них наблюдается высокотемпературная сверхпроводимость.

Прохождение тока в сверхпроводнике происходит без потерь энергии, поэтому однажды возбужденный в сверхпроводящем кольце электрический ток может существовать неограниченно долго.

Сверхпроводящие материалы используются в электромагнитах. Ведутся исследования на создание сверхпроводящих линий электропередачи. Главная трудность обусловлена необходимостью глубокого охлаждения всей линии для перехода в сверхпроводящее состояние до температуры ниже 20 К. при создании таких проводников электроэнергию можно будет передавать на любые расстояния без потерь энергии.

II положение МКТ

Частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении.

Доказательства:

1) Броуновское движение – тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц.

Причина Броуновского движения заключается в том, что удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга.

2) Диффузия – самопроизвольное смешивание вещества (молекулы одного вещества проникают между промежутками молекул другого вещества)

Время диффузии зависит: 1) от агрегатного состояния вещества

2) от температуры

Определение скорости движения молекул Опыт Штерна

III положение МКТ

Частицы взаимодействуют друг с другом. Причина электромагнитное взаимодействие электронов и ядер соседних атомов.

Примеры: слияние свинцовых пластин, малая сжимаемость твердых и жидких тел, сопротивление при сжатии.

К изопроцессам.

Адиабатный процесс.

Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией.

Внутренняя энергия – это кинетическая энергия движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.

Все тела обладают внутренней энергией.

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа определяется по формуле:

Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической энергии.

Теплопередача – это изменение внутренней энергии без совершения работы: передается от более нагретых тел к менее нагретым. Бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа); излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты.

В механике работа равна изменению механической энергии. В термодинамике работа равна изменению внутренней энергии:

При расширении газ совершает положительную работу, т.к. направление силы и направление перемещения поршня совпадают. Если газ сжимается, тогда газ будет совершать отрицательную работу. Работа внешних сил, действующих на газ, равна:

При сжатии газа работа внешней силы оказывается положительной. Совершая над газом положительную работу, внешние тела передают ему часть своей энергии. При расширении газа, наоборот, работа внешних сил отрицательна.

Первый закон термодинамики – это закон сохранения энергии, распространяющийся на тепловые процессы. Он показывает, от каких причин зависит изменение внутренней энергии.

Коней XIX в, опытным путем установлен закон сохранения энергии:

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает бесследно, она только переходит из одного вида в другой в эквивалентных (т.е. равных) количествах.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе

Если сама система совершает работу над внешними телами, тогда: .

Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами

Работа и количество теплоты являются величинами, характеризующими изменение внутренней энергии системы в результате того или иного процесса.

При изобарном нагревании газ совершает работу над внешними силами .

В изотермическом процессе температура постоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнение примет вид: , т.е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении.

В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы: .

При изохорном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы: , т.е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатным называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q=0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается,

Планка. Применение фотоэффекта в технике.

Стремясь преодолеть затруднения классической теории при объяснении излучения черного тела, Планк в 1900 г. высказал гипотезу: атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями - квантами. Энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения: E=hν, где h=6, 63*10³⁴ Дж*с – постоянная Планка.

Таким образом, Планк указал путь выхода из трудностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения, после чего начала развиваться современная теория – квантовая физика.

Фотоэффект – испускание электронов с поверхности металла под действием света.

В 1888 г. Герц обнаружил, что при облучении ультрафиолетовыми лучами электродов, находящихся под высоким напряжением, разряд возникает при большем расстоянии между электродами, чем без облучения.

Фотоэффект можно наблюдать в следующих случаях:

1. Цинковую пластину, соединенную с электроскопом, заряжают отрицательно и облучают ультрафиолетовым светом.

Она быстро разряжается. Если же ее зарядить положительно, то заряд пластины не изменится.

2. Ультрафиолетовые лучи, проходящие через сетчатый положительный электрод, попадают на отрицательно заряженную цинковую пластину и выбивают из нее электроны, которые устремляются к сетке, создавая фототок, регистрируемый чувствительным гальванометром.

Количественные закономерности фотоэффекта были установлены А.Г. Столетовым. Он использовал вакуумный стеклянный баллон с двумя электродами.

Первый закон.

Исследуя зависимость силы тока в баллоне от напряжения между электродами при постоянном световом потоке на один из них, он установил первый закон фотоэффекта:

Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл где ν – коэффициент пропорциональности (фоточувствительность вещества).

Число электронов, выбиваемых за 1 с из вещества, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

Изменяя условия освещения на этой же установке, Столетов открыл второй закон фотоэффекта:

Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

Если к освещенному электроду подключить положительный полюс батареи, то при некотором напряжении фототок прекратится. Это явление не зависит от величины светового потока.

Кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света.

при изменении интенсивности

Заменяя в приборе материал фотокатода, Столетов установил третий закон:

Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. существует наименьшая частота, при которой еще возможен фотоэффект. При ν < ν _min – фотоэффекта не будет.

Четвертый закон: Фотоэффект практически безынерциален (t=10^-9 с).

Эйнштейн, развив идею Планка, показал, что законы фотоэффекта могут быть объяснены при помощи квантовой теории.

Явление фотоэффекта экспериментально доказывает: свет имеет прерывистую структуру.

Излученная порция энергии E=hν сохраняет свою индивидуальность и поглощается веществом только целиком. На основании закона сохранения энергии уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

С помощью фотоэффекта «заговорило» кино и стала возможной передача движущихся изображений. фотоэлементы используются в различном оборудовании. С помощью фотоэлементов осуществляется воспроизведение звука, записанного на пленке. Фотоэлементы используются на заводах, для предотвращения аварии. Фотоэлементы могут использоваться в системе автоматики управления самооткрывающихся дверей.

Испарение и конденсация.