Zjawisko fizyczne, Zjawisko fizyczne - fakt obserwacyjny (doświadczalny) będący przedmiotem badań w ramach fizyki


Zjawisko fizyczne - fakt obserwacyjny (doświadczalny) będący przedmiotem badań w ramach fizyki.

 Prawo fizyczne - twierdzenie odnoszące się do zjawisk fizycznych, wystarczająco uzasadnione doświadczalnie (prawo fizyczne jakościowe). 

Prawo fizyczne ilościowe - zależność funkcyjna między wielkościami fizycznymi z uwzględnieniem w zapisie relacji przyczynowo - skutkowej.

Teoria fizyczna - zwarty system praw opisujących zjawiska fizyczne lub klasę zjawisk fizycznych.

 Wielkość fizyczna - właściwość ciał lub zjawisk, które można wyznaczyć jakościowo i ilościowo, czyli można porównać z taką samą własnością innych ciał lub zjawisk (gęstość, natężenie prądu).

 Wielkości podstawowe - wielkości, które w danym układzie (np. SI) przyjęto jako niezależne od siebie i przy użyciu których wyraża się wzorami definicyjnymi wielkości pochodne.

0x08 graphic
Wielkości pochodne :

0x08 graphic
Prędkość-

 

Szybkośc-

Uproszczony schemat metody fenomenologicznej (empirycznej)

1.Postawienie problemu (pytania), którego źródłem jest dostrzeżenie nowego faktu w czasie obserwacji otaczającej rzeczywistości, bądź w czasie przeprowadzonych eksperymentów, a także czasami przewidywanie teoretyczne.

2.Wykonanie szeregu doświadczeń w celu zbadania zależności między określonymi wielkościami fizycznymi.

3.Ustalenie zależności ilościowej wiążącej badane wielkości fizyczne - zapisanie wzoru, jako wniosku z eksperymentów.

4.Uogólnienie wniosków eksperymentalnych.

5.Sformułowanie prawa fenomenologicznego (empirycznego).

Metoda idealizacji

 1.Wyróżnienie czynników (wielkości fizycznych) istotnych w danym zjawisku.

2.Hierarchizacja w obrębie zestawu wielkości (W,W1, W2, ... )

3.Wyróżnienie czynników (wielkości fizycznych) głównych i ubocznych.

4.Pominięcie czynników ubocznych, wprowadzenie założeń idealizacyjnych

(tworzenie uproszczonego obrazu rzeczywistości - modelu rzeczywistości).

5.Ustalenie zależności funkcyjnej między wielkościami fizycznymi.

Sformułowanie prawa idealizacyjnego.

6.Modyfikacja prawa idealizacyjnego przez znoszenie kolejnych założeń idealizujących (tzw. konkretyzacja prawa).

7.Aproksymacja jako ostateczny etap konkretyzacji prawa.

1. Układ odniesienia - ciało lub układ ciał, względem których opisywane jest położenie badanego ciała (z wybranym układem odniesienia wiąże się na ogół układ współrzędnych).

2. Ruch - zmiana położenia ciała względem innego ciała (układu odniesienia).

3.Punkt materialny - punkt obdarzony masą. Jest modelem obiektu fizycznego, którego rozmiary pomijamy. Ciało traktujemy jako punkt materialny wtedy, kiedy odległości przebywane przez to ciało są o wiele większe od jego rozmiarów, a jego struktura wewnętrzna nie ma znaczenia dla opisu jego zachowania.

4.Tor - linia zakreślana przez obrany punkt poruszającego się ciała w danym układzie odniesienia.

Wektor położenia - wektor, którego początek znajduje się w początku
układu współrzędnych, a koniec w punkcie położenia ciała w danej chwili.

0x08 graphic
Przemieszczenie - wielkość wektorowa

Droga s - wielkość skalarna (długość toru)

0x08 graphic
Szybkość średnia

0x08 graphic
Szybkość chwilowa:

0x08 graphic
Prędkość średnia:

0x08 graphic
Prędkość chwilowa:

0x08 graphic
Przyśpieszenie średnie:

Przyśpieszeni chwilowe:

Ruch jednostajnie przyśpieszony

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Ruch jednostajnie opóźniony

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Ruch jednostajny, prostoliniowy

v=const

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Ruch niejednostajny, prostoliniowy

0x08 graphic
vconst

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
Swobodny spadek ciał

0x08 graphic
0x01 graphic

Rzut pionowy do góry

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Rzut ukośny

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Składowe prędkości początkowej:

0x08 graphic
Składowe przyśpieszenia:

0x08 graphic
Zasiek

0x08 graphic

0x08 graphic
Wzniesienie maksymalne

Czas trwania ruchu:

0x08 graphic
równanie paraboli

0x08 graphic
Ruch jednostajny po okręgu

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

v - prędkość liniowa

0x08 graphic
w - prędkość kątowa

T - okres

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic

Przyśpieszenie styczne i normalne

0x08 graphic
w ruchu krzywoliniowym

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Przyspieszenie katowe

0x08 graphic

0x08 graphic

przyśpieszenie

styczne

0x08 graphic
przyśpieszenie

normalne

Przyśpieszenie dośrodkowe w ruchu po okręgu

0x08 graphic

Dynamika dinamix - dynamis (działanie)

 Podstawowym pojęciem w dynamice jest działanie (oddziaływanie)

oraz jego ilościowa miara - siła.

 Philosophie naturalis principia mathematica (1686 r.)

 1. Ciało pozostaje w spoczynku lub ruchu jednostajnym po linii prostej, jeśli działające na nie siły nie zmuszą go do zmiany tego stanu.

 2. Zmiana pędu w czasie jest proporcjonalna do siły powodującej ruch i zachodzi w kierunku linii prostej, którą wyznacza kierunek działania siły.

 3. Działaniu towarzyszy zawsze przeciwdziałanie, równe co do wielkości, lecz wprost przeciwnie skierowane (działania dwu ciał na siebie są zawsze równe i wprost przeciwnie skierowane).

I zasada dynamiki spełniona jest tylko w inercjalnych układach odniesienia

0x08 graphic
II zasada dynamiki

 wprowadźmy pojęcie pędu:

 

0x08 graphic

wynika z tego I zasada dynamiki

0x08 graphic
gdy F=0 i m=/0 to ,

0x08 graphic
czyli v=const lub v=0 .

taką samą zmianę pędu

można uzyskać z dużą siła

w krótkim czasie,

lub z małą siłą w długim czasie.

0x08 graphic
Korzystając z II zasady dynamiki wprowadźmy pojęcie : siła dośrodkowa.

0x08 graphic

dla ruchu po okręguto zgodnie

z II zasadą dynamiki działa siła:

0x08 graphic

III zasada dynamiki

Jeżeli ciało A działa na ciało B siłą , to ciało B działa na ciało A siłą równą co do wartości bezwzględnej, lecz o przeciwnym zwrocie.

0x08 graphic
iły te nie równoważą się, gdyż

przyłożone są do różnych ciał !!!

0x08 graphic
Siła sprężystości

gdzie:

Fs - siła sprężystości,

k- współczynnik sprężystości,

0x08 graphic
x - wychylenie końca sprężyny z położenia równowagi

0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
Siły oporu mają zwrot przeciwny do zwrotu wektora prędkości (hamują ruch ciał).

Dla niewielkich prędkości sił

a oporu rośnie liniowo z prędkością.

b- współczynnik oporu

(zależy od kształtów ciała,

rozmiarów, stanu powierzchni, właściwości ośrodka)

Dla kuli:

0x08 graphic
- współczynnik lepkości płynu

0x08 graphic
r - promień kuli

Tarcie statyczne

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Wyznaczanie fstat

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Tarcie kinetyczne (poślizgowe

0x08 graphic
f- współczynnik tarcia kinetycznego

N - siła nacisku

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Prawo powszechnego ciążenia (pr. Newtona)

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Siła ciężkości

Na ciało znajdujące się na Ziemi działa siła dośrodkowa, która jest wypadkową sił działających na ciało:

F-siły grawitacyjnej

R-siły reakcji podłoża

Siła ciężkości to siła równa co do wartości sile , ale o przeciwnym zwrocie.

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x01 graphic
g - zależy od położe geograficznego

0x08 graphic
Pole grawitacyjne

0x08 graphic
0x01 graphic

gdzie:

M - ciało o masie M, źródło pola

m - ciało próbne o masie m, nie deformuje pola wytworzonego przez źródło

W otoczeniu każdego ciała przestrzeń posiada tę właściwość, że w każdym jej punkcie na ciało próbne działa siła grawitacyjna. Mówimy, że każde ciało wytwarza pole grawitacyjne.

0x08 graphic
 W celu scharakteryzowania pola grawitacyjnego wprowadzamy wielkość, która nie zależy od ciała próbnego, tzw. natężenie pola grawitacyjnego

- definicja wielkości fizycznej

Pojęcie pracy

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
Jeśli:

0x08 graphic
 1.ၡ = 0

2. ၡ = 180o praca ujemna

3. ၡ = 90o W = 0

0x08 graphic
4.  Jeśli na ciało działa wiele sił, to praca wykonana nad ciałem równa się sumie prac poszczególnych sił.

0x08 graphic

Praca siły grawitacyjnej

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
energia potencjalna ciała m w punkcie B pola

0x08 graphic
Praca siły zewnętrznej przy przenoszeniu ciała m z nieskończoności do dowolnego punktu pola centralnego P wynosi:

0x08 graphic
Obliczmy wartość tej pracy przy przeniesieniu masy próbnej m = 1 kg

Tę wielkość fizyczną, która definiujemy jako stosunek pracy wykonanej przez siłę zewnętrzną przy przeniesieniu punktu materialnego o masie m = 1 kg z nieskończoności do danego punktu P pola, nazywamy potencjałem w danym punkcie pola (lub potencjałem danego punktu pola).

0x08 graphic
0x08 graphic

gdzie:

M - masa źródła pola

rP - odległość wybranego

punktu P pola od źródła pola

Związek między siłą grawitacji i potencjałem grawitacyjnym

0x08 graphic
Siły pola są prostopadłe do powierzchni ekwipotencjalnych i zwrócone są w stronę malejącego potencjału

Praca siły ciężkości w polu jednorodnym

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
Praca równa się różnicy dwóch wyrażeń, które są funkcjami wysokości (położenia). Wyrażenie mgh nazywamy energią potencjalną ciężkości układu: Ziemia-ciało.

Potrafimy określić przyrost

0x08 graphic
energii potencjalnej ciężkości

Praca siły sprężystości

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Praca W równa jest różnicy

dwóch wyrażeń, które są funkcjami

wychylenia ciała z położeni

a równowagi.

0x08 graphic
0x08 graphic

Zasada zachowania energii

0x08 graphic

Siła bezwładności,

nieinercjalne układy odniesienia

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Układ odniesienia, w którym występują siły bezwładności nosi nazwę nieinercjalnego układu odniesienia. Układ poruszający się z przyśpieszeniem aႹ0 jest układem nieinercjalnym.

Odśrodkowa siła bezwładności

0x08 graphic
0x08 graphic
Z punktu widzenia obserwatora O kulka porusza się ruchem jednostajnym po okręgu z przyśpieszeniem w wyniku działania siły sprężystości sprężyny (pełni rolę siły dośrodkowej).

 

0x08 graphic
Z punktu widzenia obserwatora O' kulka spoczywa mimo działania siły F (sprężyna wydłużona). Dla wyjaśnienia spoczynku kulki obserwator O' przyjmuje istnienie dodatkowej siły działającej na kulkę i równoważnejF. Siła ta działa wzdłuż promienia tarczy, od jej środka.

Siła Coriolisa

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Zderzenia

  Znane są początkowe pędy i energie kinetyczne cząstek przed zderzeniem.

Należy znaleźć wartości (w przypadku pędu - kierunek) tych wielkości po zderzeniu

W obszarze działają siły zderzeniowe (impulsowe). Natura tych sił może być różna; są to siły grawitacyjne, elektromagnetyczne, jądrowe. Siły zewnętrzne są tak małe, że można je pominąć i traktować zderzające się ciała jako układ odosobniony.

0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
Z teorii Hertza (1881 r.) wynika, że czas zderzenia zależy od względnej prędkości kul przed zderzeniem.

 

gdzie:

k - zależy od właściwości materiału kul i jest proporcjonalne do ich promieni

 

Czas zderzenia np. protonu z jądrem atomowym wynosi około 10-22s,

zaś czas zderzenia komety ze Słońcem - setki lat.

 

Dla kul stalowych o średnicy d = 203 mm oraz prędkości v = 0,6 m/s wynosi 0,000675 s.

 

Dwie kule stalowe o promieniach równych promieniowi kuli ziemskiej, poruszające się z prędkością v = 0,01 m/s mają czas zderzenia = 28 godzin.

  I.      zasada zachowania energii

0x08 graphic

Jeśli E=0 , to zderzenia nazywamy doskonale sprężystymi

0x08 graphic
II. zasada zachowania pędu

0x08 graphic
Zderzenia niesprężyste ( 0)

0x08 graphic
0x01 graphic

Bryła sztywna

0x08 graphic
Bryłą sztywną nazywamy takie ciało, w którym wszystkie punkty mają zawsze względem siebie stałe odległości

nie zależy od czasu i nie zmienia

się pod wpływem działających sił

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Moment siły

M-moment siły F przyłożonej w

punkcie P względem punktu O

0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
Moment pędu

gdzie:

l - moment pędu punktu P
względem punktu

Moment pędu względem0x08 graphic
0x01 graphic
dowolnego punktu O pojedynczego punktu materialnego P,

poruszającego się ze stałą prędkością, pozostaje stały podczas ruchu.

Moment pędu punktu materialnego względem osi. Wyznaczamy moment pędu punktu materialnego P względem punktu O leżącego na osi.

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Moment bezwładności

0x08 graphic

0x08 graphic
nazywamy momentem bezwładności ciała względem danej osi obrotu

Twierdzenie Steinera

oś przechodząca przez środek mas,

równoległa do osi OO'.

0x08 graphic
Is - moment bezwładności bryły

względem tej osi

Moment bezwładności bryły względem osi OO' jest równy sumie momentu bezwładności względem osi równoległej do OO' i przechodzącej przez środek masy oraz iloczynu masy ciała przez kwadrat odległości obu osi.

Prawa ruchu obrotowego bryły sztywnej

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Szybkość zmiany momentu pędu równa się momentowi siły wypadkowej

0x08 graphic
działającej na punkt o masie m

ε - przyspieszenie kątowe

Zasada zachowania momentu pędu

0x08 graphic
0x01 graphic

Energia kinetyczna w ruchu obrotowym

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Bąk pod działaniem sił zewnętrznych

0x08 graphic
0x01 graphic

Wektor L a razem z nim oś symetrii obręczy, obróci się dookoła osi X!

Zjawisko to nosi nazwę efektu giroskopowego

Ruch postępowo-obrotowy bryły sztywnej

 

Toczenie np. walca można opisać jako złożenie ruchu postępowego i obrotowego lub jako „czysty” ruch obrotowy dookoła chwilowej osi.

0x08 graphic
0x08 graphic
 

0x08 graphic
Drgania tłumione

0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
Z II zasady dynamiki:

równanie drgań tłumionych

rozwiązanie równania drgań tłumionych

A0 - amplituda początkowa drgań

0x08 graphic
- początkowa faza drgań

- pulsacja drgań tłumionych

Dekrement tłumienia:

0x08 graphic
d - logarytmiczny dekrement

t tłumienia

metoda wyznaczania

współczynnika tłumienia

0x08 graphic

0x08 graphic
Czasem relaksacji nazywamy czas, po którym amplituda drgań zmaleje e-krotnie

Czas relaksacji jes

wprost proporcjonalny do

masy ciała drgającego

i odwrotnie proporcjonalny

do współczynnika tłumienia.

Drgania swobodne

0x08 graphic
równanie drgań swobodnych

rozwiązanie równania drgań

0x08 graphic
swobodnych

0x08 graphic
- faza początkowa

- pulsacja drgań swobodnych

0x08 graphic
maksymalne wychylenie ciała z położenia równowagi (amplituda drgań, stała w czasie

Przemiany energii w ruchu drgającym

0x08 graphic

0x08 graphic
energia kinetyczna w ruchu drgającym

0x08 graphic
0x01 graphic

energia potencjalna w ruchu drgającym

0x08 graphic
Okres wahań nie zależy od amplitudy - wahania są izochroniczne

Składanie drgań

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Drgania wzajemnie prostopadłe

 

0x08 graphic
Punkt A' wykonuje jednocześnie dwa drgania harmoniczne:

0x08 graphic
wzdłuż osi X

wzdłuż osi Y

Superpozycja drgań harmonicznych wzdłuż jednej prostej

Wprowadzamy pojęcie wektora amplitudy . Jest to wektor o długości A, wirujący z prędkością kątową , przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Rzut wektora amplitudy na oś OX zmienia się zgodnie z zależnością charakteryzującą drgania harmoniczne:

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Obliczamy fazę drgania wypadkowego:

0x08 graphic

Drgania wymuszone. Zjawisko rezonansu.

 

0x08 graphic
Na punkt materialny wykonujący drgania tłumione wzdłuż osi X (a więc poddany działaniu siły sprężystości -kx i siły oporu -bv ) działa siła zewnętrzna, zmienna w czasie ( - amplituda siły, - pulsacja siły wymuszającej drgania).

Z II zasady dynamiki

równanie drgań wymuszonych

0x08 graphic
0x08 graphic

Ruch falowy

Równanie fali płaskiej

0x08 graphic
Drgania harmoniczne punktu materialnego odbywające się wokół położenia równowagi można opisać podając zależność wychylenia od czasu: ၪ = 0; ၹ = 0; t = 0;

Umownie przyjmujemy, że zaburzenie ၹ = 0 odpowiada chwili przyjętej za początek rachuby czasu (t = 0).

Niech zaburzenie (stan drgania) przesuwa się w przestrzeni np. w kierunku osi z.

Wówczas cząstka znajdująca się w punkcie o współrzędnej z Ⴙ 0 będzie opóźniona w drganiach względem cząstki znajdującej się w punkcie 0 (z = 0) - źródła fali. Opóźnienie jest proporcjonalne do odległości „z” od źródła fali.

Załóżmy, że stan drgań przesuwa się ruchem jednostajnym z prędkością V.

Do punktu B', odległego od źródła fali (punktu 0) o z', zaburzenie dociera z opóźnieniem t = z' / v

Długość fali równa się drodze, jaką zaburzenie przebywa w czasie jednego okresu drgania źródła.

liczba falowa 0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

równanie fali płaskiej, harmonicznej

0x08 graphic
0x01 graphic

- wychylenie z położenia równowagi cząstki znajdującej się w

odległości „z” od źródła fali, po czasie t

ω - pulsacja źródła fali

A0 - amplituda drgań źródła fali

Fale, których czoło stanowi w przestrzeni trójwymiarowej powierzchnia kuli, zaś w przestrzeni dwuwymiarowej okrąg koła nazywamy odpowiednio falami sferycznymi i kolistymi.

Fale takie pochodzą od źródeł punktowych. Amplituda fali kulistej maleje wraz ze wzrostem odległości od źródła. Przy założeniu, iż nie ma strat energii, amplitudę fali opisuje wzór:

R - promień źródła fali0x08 graphic
0x01 graphic

r - odległość od źródła

A0 - amplituda w odległości 1m od źródła

równanie fali kulistej 0x08 graphic
0x01 graphic

Interferencja fal

Źródła Z1 i Z2 są źródłami fal sinusoidalnych rozchodzących się w ośrodku izotropowym, jednorodnym. Niech fale te będą wzbudzane przez punktowe źródła Z1 i Z2, których pulsacja drgań równa się odpowiednio ၷ1 i ၷ2, a fazy początkowe wynoszą ၪ1 i ၪ2.

maksimum interferencyjne0x08 graphic
0x01 graphic

minimum interferencyjne0x08 graphic
0x01 graphic

Fale stojące

0x08 graphic
0x01 graphic

Falę płaską biegnącą wzdłuż osi x opisuje równanie:

0x08 graphic
0x01 graphic

Zasada Huygensa-Fresnela. Ugięcie fal

1Źródło fali Z można zastąpić układem fikcyjnych źródeł fal wtórnych. Jako te fikcyjne źródła można przyjąć małe odcinki zamkniętej powierzchni otaczającej źródło Z.

2. Źródła wtórne są spójne. Za powierzchnię S przyjmuje się powierzchnię falową. Wtedy fazy drgań źródeł wtórnych są takie same, a także moce wtórnych źródeł są jednakowe.

3. Amplituda fali wtórnej jest tym mniejsza im większy jest kąt , jaki tworzy kierunek fali z

normalną do powierzchni. Amplituda = 0, gdy

4. Jeżeli część powierzchni S jest zasłonięta, fale wtórne wysyłane są tylko przez odsłoniętą część powierzchni S. Wysyłanie fal odbywa się tak, jak w nieobecności osłony

Odbicie fali. Prawo odbicia

Kąt odbicia fali równa się kątowi padania.

0x08 graphic
0x01 graphic

Załamanie fali. Prawo załamania

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Natężenie fali

Rozchodzenie się fali polega na przekazywaniu energii (w przypadku fal mechanicznych - przekazywaniu energii ruchu drgającego cząstek ośrodka).

Natężeniem fali nazywamy wielkość liczbową równą ilości energii przenoszonej w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni prostopadłą do kierunku rozchodzenia się fali.

0x08 graphic
0x01 graphic

Tłumienie fal

Rozchodzeniu się fali w ośrodku towarzyszy pochłanianie energii (część energii drgań zamienia się w energię ruchu cieplnego).

Załóżmy, że fala płaska przechodzi przez warstwę substancji o grubości x. Natężenie fali zmienia się od wartości I0 do I, przy czym I < I0.

Przeźroczystość danej substancji D dla danej fali wyraża się stosunkiem:

0x08 graphic
0x01 graphic

Elementy akustyki

Fale akustyczne są to fale podłużne rozchodzące się w ośrodku sprężystym. Źródłami fal akustycznych (głosowych) są ciała drgające (struny, membrany).

Ucho ludzkie odbiera fale głosowe w przedziale częstości 20 - 20 000 Hz. Fale o częstości f < 20 Hz nazywamy infradźwiękami,

a o częstości f > 20 000 Hz ultradźwiękami.

W zależności od kształtu widma akustycznego rozróżniamy:

1. tony

2. dźwięki

3. szumy

Dźwięki słyszalne charakteryzujemy podając:

1częstość drgań (wysokość dźwięku)

2. amplitudę drgań (głośność - natężenie dźwięku)

3. widmo akustyczne (barwę dźwięku)

Głośność dźwięku o tej samej częstości i o innym natężeniu I określamy

prawem Webera0x08 graphic
0x01 graphic

Zjawisko Dopplera

Gdy źródło jest nieruchome to w czasie t wysyła n zagęszczeń.

W tym czasie pierwsze zagęszczenie przebędzie odległość s = Vdt

Równania Maxwella

0x08 graphic
J. C. Maxwell uogólnił prawa uzyskane na drodze doświadczalnej i opracował jednolitą teorię pola elektromagnetycznego. Jest to teoria fenomenologiczna, makroskopowa. W sposób ilościowy można ją zapisać w postaci czterech równań, zwanych równaniami Maxwella:

prawo Gaussa dla

pola elektrostatycznego

0x08 graphic
prawo Gaussa dla pola ma

gnetycznego

Strumień indukcji magnetycznej przez powierzchnię zamkniętą jest równy zero. Oznacza to, że linie pola magnetycznego są liniami zamkniętymi (nie istnieje monopol magnetyczny). Pole magnetyczne jest polem wirowym. Przez powierzchnię zamkniętą tyle samo linii pola magnetycznego wchodzi, co i wychodzi.

Zmienne pola elektryczne i magnetyczne są ściśle są ściśle ze sobą związane tworząc jedno pole elektromagnetyczne. Pole te charakteryzują dwie wartości wektorowe

W przypadku, gdy wzbudzone pole elektromagnetyczne zmienia się okresowo, rozchodzenie się tego pola w przestrzeni ma charakter falowy.

Mówimy, że w przestrzeni

rozchodzi się fala elektromagnetyczna.

0x08 graphic
0x08 graphic
Równanie fali płaskiej:

0x08 graphic

Doświadczenie Younga

Fale świetlne ulegają ugięciu na szczelinach (tak, jak fale na wodzie). Szczeliny S1 i S2 stają się punktowymi źródłami światła, rozchodzącego się z każdej szczeliny we wszystkich kierunkach

0x08 graphic
0x01 graphic

Polaryzacja światłaPrzyjmujemy za „reprezentanta” fali świetlnej wektor natężenia pola elektrycznego

Model fali świetlnej spolaryzowanej w

kierunku osi Y 0x08 graphic
0x01 graphic

Model fali świetlnej spolaryzowanej w

0x08 graphic
kierunku osi Z 0x08 graphic
0x01 graphic

wzor Malusa

Opis ruchu cieczy

aPodajemy położenie każdej cząstki cieczy w funkcji czasu

opis Lagrange'a

b.Wybieramy punkt przestrzeni, rejestrujemy prędkości, z którymi przechodzą przez dany punkt cząstki cieczy - opis Eulera

Rodzaje przepływu cieczy

Przepływ ma charakter warstwowy. Cząstki cieczy nie przechodzą z warstwy do warstwy

- przepływ laminarny

Płyn miesza się (nie zachowuje charakteru warstwowego). Prędkość cząstek w danym punkcie zmienia się chaotycznie

- przepływ turbulentny

Kryterium podziału na ruch laminarny i turbulentny jest wielkość bezwymiarowa zwana liczbą Reynoldsa Re

0x08 graphic
0x01 graphic
- gęstość cieczy

- średnia (w przekroju poprzecznym) prędkość

- współczynnik lepkości

l - charakterystyczny rozmiar przekroju poprzecznego (dł. boku, średnica)

Wprowadzamy pojęcie linii prądu:

Linią prądu nazywamy krzywą w każdym punkcie styczną do prędkości cieczy przepływającej przez ten punkt.

Linie prądu mają zwroty zgodne ze zwrotami odpowiednich wektorów prędkościUmówiono się, że gęstość linii prądu jest proporcjonalna do wartości prędkości w danym miejscu.

W przepływie stacjonarnym każda cząstka, która przechodzi przez dany punkt przestrzeni, ma tę samą wartość prędkości, kierunek i zwrot. Linie prądu pokrywają się z torami cząstek cieczy.

Obszar cieczy ograniczony liniami prądu nazywamy rurką prądu (strugą).

Cząstki cieczy poruszają się wewnątrz rurki, nie przecinają jej bocznych ścianek.

Równanie ciągłości

Rozważmy strugę cieczy, wybierając dwa dowolne przekroje S1 i S2, przez które przepływa

ciecz z prędkościami odpowiednio

0x08 graphic
0x01 graphic

Równanie Bernoulliego

Stacjonarny strumień cieczy nielepkiej i nieściśliwej

P1 - siła parcia na powierzchnię S1; P1 = p1S1

p1 - ciśnienie na powierzchnię S1

P2 - siła parcia na powierzchnię S1; P2 = p2S2

p2 - ciśnienie na powierzchnię S2

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Przepływ cieczy przez okrągła rurę

Rozkład prędkości płynu w różnych przekrojach cylindrycznych rury.

Odległość miedzy przekrojami 1-1 i 5-5 nazywamy długością odcinka stabilizacji hydrodynamicznej.

W przepływie cieczy istotną rolę odgrywa siła tarcia pomiędzy warstwami cieczy zwana siłą lepkości. W laminarnym przepływie cieczy siła lepkości między dwiema sąsiednimi warstwami, poruszającymi się z prędkościami , + d wynosi:

Fၨ - siła lepkości

ၨ - współczynnik lepkości

S - powierzchnia styku warstw

0x08 graphic
0x01 graphic

Wydajność strumienia cieczy

Przy założeniu, że przepływ jest laminarny obliczamy tzw. wydajność strumienia cieczy Q.

Wartość liczbowa Q równa jest objętości cieczy, która przepływa przez przekrój poprzeczny rury w jednostce czasu.

Poprzeczny przekrój rury dzielimy na pierścienie o grubości dr.

Przez pierścień o promieniu r przepływa w jednostce czasu ciecz o objętości równej iloczynowi powierzchni poprzecznego przekroju pierścienia 2rdr i prędkości przepływu w odległości r od osi rury

0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Kinetyczno - molekularny model gazu doskonałego

Założenia:

-cząsteczki gazu są to punkty materialne,

-poruszają się ruchem chaotycznym,

-drogę między zderzeniami (fragment prostej) nazywamy drogą swobodną.

Równanie gazu doskonałego, jako wniosek z teorii kinetyczno - molekularnej

W sześciennym naczyniu o krawędzi l znajduje się N cząsteczek gazu

m - masa cząsteczki

x - składowa prędkości cząsteczki w kierunku osi x

0x08 graphic
0x01 graphic
Poniższy wzór pozwala na interpretację temperatury jako miary średniej energii kinetycznej ruchu postępowego cząsteczek.

0x08 graphic
0x01 graphic

Energia wewnętrzna

Przy założeniu, ze cząsteczki gazu są punktami materialnymi całkowita energia gazu jest energią ruchu postępowego cząsteczek. Nazywamy ją energią wewnętrzną U.

0x08 graphic
0x01 graphic
Traktując cząsteczki jako układy złożone energią wewnętrzną nazywamy sumę wszystkich rodzajów energii: kinetycznej ruchu postępowego i obrotowego, oscylacyjnego, energii potencjalnej oddziaływania atomów, elektronów, energii wewnątrz-jądrowej, związanej z masą cząstek.

I zasada termodynamiki

0x08 graphic
0x01 graphic

Ciepło właściwe gazu (molowe)

Doprowadzanie do 1 mola gazu ciepła o ilości dQ powoduje

wzrost temperatury o dT (V = const).

0x08 graphic
0x01 graphic

Gazy rzeczywiste

1Między molekułami gazu rzeczywistego istnieją siły wzajemnego oddziaływania

2. Molekuły nie są punktami. Można je traktować jako doskonale sprężyste kulki

o promieniu rk i objętości 0x08 graphic
0x01 graphic

równanie Van der Waalsa 0x08 graphic
0x01 graphic

P - ciśnienie

V - objętość

T - temperatura gazu

I.ω = const.

dt

dL

Jeżeli M = 0, to ------ = 0, czyli L = const

a więc:

2



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
!!!! SPIS !!!!, 1) Geografia jako nauka - przedmiot badań geografii fizycznej
sciagaGN', OCENA-rezultat porównania rzeczy (zjawiska) z przyjętym kryterium zależnym od celu i prze
Obserwacja i doświadczenie jako najbardziej skuteczne i najczęściej stosowane metody nauczania, prow
Obserwacja i doświadczenie jako najbardziej skuteczne i najczęściej stosowane metody nauczania, prow
Badania jakościowe oraz obserwacja(1), Socjologia 2 rok, Metody badań społecznych
HLP - oświecenie - opracowania lektur, 19. Ignacy Krasicki, Mikołaja Doświadczyńskiego przypadki -PR
03 Obserwacja, Pedagogika społeczna, Metodologia badań społecznych, Badania jakościowe
Nawigacja-ćw.-Pozycja obserwowana, Szkoła, penek, Przedmioty, Nawigacja, Teoria
doswiadczenia podstawowe zjawiska fizyczne ich zastosowanie
F0-20!, Celem Cwiczenia jest poznanie fizycznych podstaw zjawiska termoelektrycznego i zapoznanie z
12, F-20, Celem Cwiczenia jest poznanie fizycznych podstaw zjawiska termoelektrycznego i zapoznanie
Badanie zjawiska piezoelektrycznego, Lab48v0, LABORATORIUM FIZYCZNE
12, F-20, Celem Cwiczenia jest poznanie fizycznych podstaw zjawiska termoelektrycznego i zapoznanie
Badanie zjawiska piezoelektrycznego, Lab48v0, LABORATORIUM FIZYCZNE

więcej podobnych podstron