Gerak dengan percepatan tetap adalah gerak yang vektor percepatannya tetap baik besar maupun arahnya. Contoh dari jenis pergerakan ini adalah pergerakan suatu titik di medan gravitasi (baik secara vertikal maupun miring ke cakrawala).

Menggunakan definisi percepatan, kita memperoleh hubungan berikut

Setelah integrasi, kami memiliki kesetaraan
.

Diberikan bahwa vektor kecepatan sesaat adalah
, kita akan memiliki ekspresi berikut

Integrasi ekspresi terakhir memberikan hubungan berikut

. Dari situ kita mendapatkan persamaan gerak suatu titik dengan percepatan konstan

.

Contoh persamaan vektor gerak titik material

Gerak lurus beraturan (
):

. (1.7)

Gerakan dengan percepatan konstan (
):

. (1.8)

Ketergantungan kecepatan pada waktu ketika suatu titik bergerak dengan percepatan konstan berbentuk:

. (1.9)

Pertanyaan untuk pengendalian diri.

Merumuskan definisi gerak mekanik.

Tentukan titik material.

Bagaimana posisi suatu titik material dalam ruang ditentukan dengan cara vektor menggambarkan gerak?

Apa inti dari metode vektor untuk menggambarkan gerak mekanis? Karakteristik apa yang digunakan untuk menggambarkan gerakan ini?

Berikan definisi vektor kecepatan rata-rata dan sesaat. Bagaimana arah vektor ini ditentukan?

Tentukan rata-rata dan vektor percepatan sesaat.

Hubungan manakah yang merupakan persamaan gerak suatu titik dengan percepatan konstan? Hubungan apa yang menentukan ketergantungan vektor kecepatan terhadap waktu?

§1.2. Koordinat cara menggambarkan gerak

Dalam metode koordinat, sistem koordinat (misalnya Cartesian) dipilih untuk menggambarkan pergerakan. Titik referensi dipasang secara kaku dengan bodi yang dipilih ( badan referensi). Membiarkan
vektor satuan diarahkan ke sisi positif sumbu OX, OY dan OZ. Posisi titik diberikan oleh koordinat
.

Vektor kecepatan sesaat didefinisikan sebagai berikut:

Di mana
proyeksi vektor kecepatan pada sumbu koordinat, dan
turunan koordinat terhadap waktu.

Panjang vektor kecepatan berhubungan dengan proyeksinya dengan hubungan:

. (1.11)

Untuk vektor percepatan sesaat, hubungannya benar:

Di mana
proyeksi vektor percepatan pada sumbu koordinat, dan
turunan waktu dari proyeksi vektor kecepatan.

Panjang vektor percepatan sesaat ditemukan dengan rumus:

. (1.13)

Contoh persamaan gerak titik dalam sistem koordinat Cartesian

. (1.14)

persamaan gerak:
. (1.15)

Ketergantungan proyeksi vektor kecepatan pada sumbu koordinat tepat waktu:

(1.16)

Pertanyaan untuk pengendalian diri.

Apa inti dari metode koordinat untuk menggambarkan gerak?

Rasio apa yang menentukan vektor kecepatan sesaat? Rumus apa yang digunakan untuk menghitung besarnya vektor kecepatan?

Rasio apa yang menentukan vektor percepatan sesaat? Rumus apa yang digunakan untuk menghitung besarnya vektor percepatan sesaat?

Hubungan apa yang disebut persamaan gerak seragam suatu titik?

Hubungan apa yang disebut persamaan gerak dengan percepatan konstan? Rumus apa yang digunakan untuk menghitung proyeksi kecepatan sesaat suatu titik pada sumbu koordinat?

Gerak bujursangkar dengan percepatan konstan disebut dipercepat secara seragam jika modulus kecepatan bertambah terhadap waktu, atau diperlambat secara seragam jika modulus kecepatannya berkurang.

Contoh gerakan yang dipercepat adalah jatuhnya pot bunga dari balkon rumah rendah. Pada awal musim gugur, kecepatan pot adalah nol, tetapi dalam beberapa detik ia berhasil tumbuh hingga puluhan m/s. Contoh gerak lambat adalah gerakan batu yang dilempar vertikal ke atas, yang kecepatannya awalnya tinggi, tetapi kemudian berangsur-angsur menurun hingga nol di puncak lintasan. Jika kita mengabaikan gaya hambatan udara, maka percepatan pada kedua kasus ini akan sama dan sama dengan percepatan gravitasi, yang selalu diarahkan vertikal ke bawah, dilambangkan dengan huruf g dan kira-kira 9,8 m/s2.

Percepatan jatuh bebas, g, disebabkan oleh gravitasi bumi. Gaya ini mempercepat semua benda yang bergerak menuju bumi dan memperlambat benda yang menjauh darinya.

di mana v adalah kecepatan benda pada waktu t, di mana, setelah transformasi sederhana, kita peroleh persamaan untuk kecepatan saat bergerak dengan percepatan konstan: v = v0 + at

8. Persamaan gerak dengan percepatan konstan.

Untuk mencari persamaan kecepatan dalam gerak lurus dengan percepatan konstan, kita asumsikan bahwa pada saat t=0 benda memiliki kecepatan awal v0. Karena percepatan a konstan, persamaan berikut berlaku untuk setiap waktu t:

di mana v adalah kecepatan benda pada waktu t, dari mana, setelah transformasi sederhana, kita mendapatkan persamaan kecepatan saat bergerak dengan percepatan konstan: v = v0 + at

Untuk menurunkan persamaan lintasan yang ditempuh selama gerak lurus dengan percepatan konstan, pertama-tama kita membuat grafik kecepatan terhadap waktu (5.1). Untuk a>0, grafik ketergantungan ini ditunjukkan di sebelah kiri pada Gambar 5 (garis biru). Seperti yang kita tentukan di §3, perpindahan yang dilakukan dalam waktu t dapat ditentukan dengan menghitung luas di bawah kurva kecepatan-waktu antara t=0 dan t. Dalam kasus kita, gambar di bawah kurva, dibatasi oleh dua garis vertikal t=0 dan t, adalah OABC trapesium, yang luasnya S, seperti yang Anda ketahui, sama dengan produk setengah jumlah panjang alas OA dan CB dan tinggi OC:

Seperti yang terlihat pada Gambar 5, OA = v0, CB= v0 + at, dan OC = t. Mengganti nilai-nilai ini ke dalam (5.2), kami memperoleh persamaan berikut untuk perpindahan S yang diselesaikan dalam waktu t selama gerakan bujursangkar dengan percepatan konstan a pada kecepatan awal v0:

Sangat mudah untuk menunjukkan bahwa rumus (5.3) berlaku tidak hanya untuk gerak dengan percepatan a>0, yang diturunkan, tetapi juga dalam kasus di mana a<0. На рис.5 справа красными линиями показаны графики зависимости S при положительных (верх) и отрицательных (низ) значениях a, построенные по формуле (5.3) для различных величин v0. Видно, что в отличие от равномерного движения (см. рис. 3), график зависимости перемещения от времени является параболой, а не прямой, показанной для сравнения пунктирной линией.

9. Badan jatuh bebas. Gerak dengan percepatan jatuh bebas tetap.

Jatuh bebas benda disebut jatuhnya benda ke Bumi tanpa adanya hambatan udara (dalam kehampaan)

Percepatan jatuhnya benda ke bumi disebut percepatan jatuh bebas. Vektor percepatan gravitasi ditunjukkan dengan simbol, diarahkan vertikal ke bawah. Di berbagai titik di dunia, bergantung pada garis lintang geografis dan ketinggian di atas permukaan laut, nilai numerik g ternyata tidak sama, bervariasi dari kira-kira 9,83 m/s2 di kutub hingga 9,78 m/s2 di ekuator. Di garis lintang Moskow, g = 9,81523 m/s2. Biasanya, jika akurasi tinggi tidak diperlukan dalam perhitungan, maka nilai numerik g di permukaan bumi diambil sama dengan 9,8 m/s2 atau bahkan 10 m/s2.

Contoh sederhana jatuh bebas adalah jatuhnya benda dari ketinggian tertentu h tanpa kecepatan awal. Jatuh bebas adalah gerak lurus dengan percepatan konstan.

Jatuh bebas yang ideal hanya mungkin terjadi dalam ruang hampa, di mana tidak ada gaya hambatan udara, dan terlepas dari massa, kerapatan, dan bentuk, semua benda jatuh dengan kecepatan yang sama, yaitu. pada setiap saat, benda memiliki kecepatan dan percepatan sesaat yang sama.

Semua rumus untuk gerak yang dipercepat secara seragam dapat diterapkan pada benda yang jatuh bebas.

Nilai kecepatan jatuh bebas benda pada waktu tertentu:

gerakan tubuh:

Dalam hal ini, alih-alih percepatan a, percepatan jatuh bebas g = 9,8 m/s2 dimasukkan ke dalam rumus untuk gerak yang dipercepat secara seragam.

10. Gerakan tubuh. GERAK TRANSLASI BADAN KAKU

Gerak translasi benda tegar adalah geraknya, di mana setiap garis lurus, selalu terhubung dengan benda, bergerak sejajar dengan dirinya sendiri. Untuk ini, cukup dua garis non-paralel yang terhubung dengan tubuh bergerak sejajar dengan dirinya sendiri. Dalam gerak translasi, semua titik benda menggambarkan lintasan paralel yang sama dan memiliki kecepatan dan percepatan yang sama setiap saat. Jadi, gerak translasi suatu benda ditentukan oleh gerak salah satu titiknya O.

Dalam kasus umum, gerak translasi terjadi dalam ruang tiga dimensi, tetapi ciri utamanya tetap berlaku - pelestarian paralelisme segmen mana pun terhadap dirinya sendiri.

Bergerak secara progresif, misalnya lift mobil. Selain itu, pada pendekatan pertama, kabin kincir ria melakukan gerakan maju. Namun, tegasnya, pergerakan kabin bianglala tidak bisa dibilang progresif. Jika benda bergerak maju, maka untuk mendeskripsikan pergerakannya cukup dengan mendeskripsikan pergerakan titik arbitrernya (misalnya, pergerakan pusat massa benda).

Jika benda-benda yang membentuk sistem mekanis tertutup berinteraksi satu sama lain hanya melalui gaya gravitasi dan elastisitas, maka kerja gaya-gaya ini sama dengan perubahan energi potensial benda, diambil dengan tanda yang berlawanan: A \ u003d - (E p2 - E p1).

Menurut teorema energi kinetik, usaha ini sama dengan perubahan energi kinetik benda

Karena itu

Atau E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2 .

Jumlah energi kinetik dan potensial benda yang membentuk sistem tertutup dan berinteraksi satu sama lain melalui gaya gravitasi dan gaya elastis tetap tidak berubah.

Pernyataan ini mengungkapkan hukum kekekalan energi dalam proses mekanis. Ini adalah konsekuensi dari hukum Newton. Jumlah E = E k + E p disebut energi mekanik total. Hukum kekekalan energi mekanik terpenuhi hanya ketika benda dalam sistem tertutup berinteraksi satu sama lain dengan gaya konservatif, yaitu gaya yang konsep energi potensial dapat diperkenalkan.

Energi mekanik dari sistem benda tertutup tidak berubah jika hanya gaya konservatif yang bekerja di antara benda-benda ini. Gaya konservatif adalah gaya yang bekerja di sepanjang lintasan tertutup sama dengan nol. Gravitasi adalah salah satu gaya konservatif.

Dalam kondisi nyata, benda yang hampir selalu bergerak, bersama dengan gaya gravitasi, gaya elastis, dan gaya konservatif lainnya, dipengaruhi oleh gaya gesek atau gaya hambatan medium.

Gaya gesekan tidak konservatif. Pekerjaan gaya gesekan tergantung pada panjang lintasan.

Jika gaya gesekan bekerja di antara benda-benda yang membentuk sistem tertutup, maka energi mekanik tidak kekal. Bagian dari energi mekanik diubah menjadi energi internal tubuh (pemanasan).

Dalam setiap interaksi fisik, energi tidak muncul dan tidak hilang. Itu hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Salah satu konsekuensi dari hukum kekekalan dan transformasi energi adalah pernyataan bahwa tidak mungkin menciptakan "mesin gerak abadi" (perpetuum mobile) - sebuah mesin yang dapat bekerja tanpa henti tanpa menghabiskan energi.

Sejarah menyimpan sejumlah besar proyek "gerakan abadi". Di beberapa di antaranya, kesalahan "penemu" terlihat jelas, di beberapa di antaranya kesalahan ini ditutupi oleh desain perangkat yang rumit, dan sangat sulit untuk memahami mengapa mesin ini tidak berfungsi. Upaya sia-sia untuk menciptakan "mesin gerak abadi" berlanjut di zaman kita. Semua upaya ini pasti akan gagal, karena hukum kekekalan dan transformasi energi "melarang" bekerja tanpa menghabiskan energi.

31. Ketentuan dasar teori molekuler-kinetik dan pembuktiannya.

Semua benda terdiri dari molekul, atom, dan partikel elementer, yang dipisahkan oleh celah, bergerak secara acak, dan berinteraksi satu sama lain.

Kinematika dan dinamika membantu kita menggambarkan gerakan benda dan menentukan gaya yang menyebabkan gerakan tersebut. Namun, mekanik tidak dapat menjawab banyak pertanyaan. Misalnya, tubuh terbuat dari apa? Mengapa banyak zat menjadi cair ketika dipanaskan dan kemudian menguap? Dan, secara umum, apakah suhu dan kalor itu?

Filsuf Yunani kuno Democritus mencoba menjawab pertanyaan seperti itu 25 abad yang lalu. Tanpa melakukan eksperimen apa pun, dia sampai pada kesimpulan bahwa benda hanya tampak padat bagi kita, tetapi sebenarnya terdiri dari partikel terkecil yang dipisahkan oleh kekosongan. Mempertimbangkan bahwa partikel-partikel ini tidak dapat dipecah, Democritus menyebutnya atom, yang dalam bahasa Yunani berarti tidak dapat dibagi. Dia juga menyarankan bahwa atom dapat berbeda dan bergerak konstan, tetapi kami tidak melihatnya, karena. mereka sangat kecil.

Kontribusi besar untuk pengembangan teori kinetik molekuler dibuat oleh M.V. Lomonosov. Lomonosov adalah orang pertama yang menyatakan bahwa panas mencerminkan gerak atom-atom suatu benda. Selain itu, ia memperkenalkan konsep zat sederhana dan kompleks, yang molekulnya masing-masing terdiri dari atom yang sama dan berbeda.

Fisika molekul atau teori kinetik molekul didasarkan pada ide-ide tertentu tentang struktur materi

Jadi, menurut teori atom struktur materi, partikel terkecil dari suatu zat yang mempertahankan semua sifat kimianya adalah molekul. Dimensi molekul besar sekalipun yang terdiri dari ribuan atom sangatlah kecil sehingga tidak dapat dilihat dengan mikroskop cahaya. Berbagai percobaan dan perhitungan teoretis menunjukkan bahwa ukuran atom sekitar 10 -10 m Ukuran molekul bergantung pada berapa banyak atom yang menyusunnya dan bagaimana letaknya relatif satu sama lain.

Teori molekuler-kinetik adalah studi tentang struktur dan sifat materi berdasarkan gagasan keberadaan atom dan molekul sebagai partikel terkecil dari zat kimia.

Teori kinetik molekuler didasarkan pada tiga ketentuan utama:

1. Semua zat - cair, padat dan gas - terbentuk dari partikel terkecil - molekul, yang terdiri dari atom ("molekul dasar"). Molekul zat kimia bisa sederhana atau kompleks, mis. terdiri dari satu atau lebih atom. Molekul dan atom adalah partikel netral secara elektrik. Dalam kondisi tertentu, molekul dan atom dapat memperoleh muatan listrik tambahan dan berubah menjadi ion positif atau negatif.

2. Atom dan molekul terus menerus bergerak kacau.

3. Partikel berinteraksi satu sama lain dengan gaya listrik. Interaksi gravitasi antar partikel dapat diabaikan.

Konfirmasi eksperimental yang paling mencolok dari gagasan teori kinetik molekuler tentang gerakan acak atom dan molekul adalah gerakan Brown. Ini adalah gerakan termal dari partikel mikroskopis terkecil yang tersuspensi dalam cairan atau gas. Itu ditemukan oleh ahli botani Inggris R. Brown pada tahun 1827. Partikel Brown bergerak di bawah pengaruh tumbukan acak molekul. Karena gerakan termal molekul yang kacau, tumbukan ini tidak pernah seimbang satu sama lain. Akibatnya, kecepatan partikel Brown berubah secara acak dalam besaran dan arah, dan lintasannya berupa kurva zigzag yang kompleks.

Pergerakan kacau yang konstan dari molekul-molekul suatu zat juga memanifestasikan dirinya dalam fenomena lain yang mudah diamati - difusi. Difusi adalah fenomena penetrasi dua atau lebih zat yang berdampingan satu sama lain. Proses berlangsung paling cepat dalam gas.

Gerakan acak acak molekul disebut gerakan termal. Energi kinetik gerak termal meningkat dengan meningkatnya suhu.

Satu mol adalah banyaknya suatu zat yang mengandung partikel (molekul) sebanyak jumlah atom dalam 0,012 kg karbon 12 C. Satu molekul karbon terdiri dari satu atom.

32. Massa molekul, massa molekul relatif dari molekul. 33. Massa molar molekul. 34. Jumlah zat. 35. Konstanta Avogadro.

Dalam teori kinetik molekul, jumlah suatu zat dianggap sebanding dengan jumlah partikel. Satuan besaran suatu zat disebut mol (mole).

Satu mol adalah banyaknya zat yang mengandung partikel (molekul) sebanyak jumlah atom dalam 0,012 kg (12 g) karbon 12 C. Satu molekul karbon terdiri dari satu atom.

Satu mol zat mengandung jumlah molekul atau atom yang sama dengan konstanta Avogadro.

Jadi, satu mol zat apa pun mengandung jumlah partikel (molekul) yang sama. Angka ini disebut konstanta Avogadro N A: N A \u003d 6,02 10 23 mol -1.

Konstanta Avogadro adalah salah satu konstanta terpenting dalam teori kinetik molekuler.

Jumlah zat ν didefinisikan sebagai rasio jumlah N partikel (molekul) zat terhadap konstanta Avogadro N A:

Massa molar, M, adalah rasio massa m dari sampel zat tertentu dengan jumlah n zat yang terkandung di dalamnya:

yang secara numerik sama dengan massa zat yang diambil dalam jumlah satu mol. Massa molar dalam sistem SI dinyatakan dalam kg/mol.

Jadi, massa molekul atau atom relatif suatu zat adalah perbandingan massa molekul dan atomnya dengan 1/12 massa atom karbon.

36. Gerak Brown.

Banyak fenomena alam bersaksi tentang pergerakan kacau mikropartikel, molekul, dan atom materi. Semakin tinggi suhu zat, semakin intens gerakan ini. Oleh karena itu, panas tubuh merupakan cerminan dari gerakan acak molekul dan atom penyusunnya.

Bukti bahwa semua atom dan molekul suatu zat bergerak konstan dan acak dapat berupa difusi - interpenetrasi partikel dari satu zat ke zat lainnya.

Jadi, baunya cepat menyebar ke seluruh ruangan meski tidak ada pergerakan udara. Setetes tinta dengan cepat mengubah seluruh gelas air menjadi hitam.

Difusi juga dapat dideteksi dalam padatan jika ditekan rapat dan dibiarkan dalam waktu lama. Fenomena difusi menunjukkan bahwa mikropartikel suatu zat dapat bergerak secara spontan ke segala arah. Gerakan mikropartikel suatu zat, serta molekul dan atomnya, disebut gerakan termalnya.

GERAKAN BROWNIAN - gerakan acak dari partikel terkecil yang tersuspensi dalam cairan atau gas, terjadi di bawah pengaruh pengaruh molekul lingkungan; ditemukan oleh R. Brown pada tahun 1827

Pengamatan menunjukkan bahwa gerak Brown tidak pernah berhenti. Dalam setetes air (jika tidak dibiarkan mengering) pergerakan butiran dapat diamati selama berhari-hari, berbulan-bulan, bertahun-tahun. Itu tidak berhenti baik di musim panas atau musim dingin, siang atau malam.

Alasan gerak Brown adalah gerakan molekul-molekul cairan yang terus menerus dan tidak pernah berakhir di mana butiran-butiran zat padat berada. Tentu saja, butiran ini berkali-kali lebih besar dari molekul itu sendiri, dan ketika kita melihat pergerakan butiran di bawah mikroskop, kita tidak boleh berpikir bahwa kita melihat pergerakan molekul itu sendiri. Molekul tidak dapat dilihat dengan mikroskop biasa, tetapi kita dapat menilai keberadaan dan pergerakannya dari dampak yang dihasilkannya, mendorong butiran benda padat dan membuatnya bergerak.

Penemuan gerak Brown sangat penting untuk mempelajari struktur materi. Ini menunjukkan bahwa tubuh benar-benar terdiri dari partikel - molekul yang terpisah dan bahwa molekul-molekul tersebut berada dalam gerakan acak yang terus menerus.

Penjelasan tentang gerak Brown diberikan hanya pada kuartal terakhir abad ke-19, ketika menjadi jelas bagi banyak ilmuwan bahwa gerak partikel Brown disebabkan oleh tumbukan acak dari molekul medium (cair atau gas) yang menghasilkan panas. gerakan. Rata-rata, molekul medium bekerja pada partikel Brownian dari semua sisi dengan kekuatan yang sama, namun, tumbukan ini tidak pernah benar-benar seimbang satu sama lain, dan akibatnya, kecepatan partikel Brownian berubah secara acak dalam besaran dan arah. Oleh karena itu, partikel Brown bergerak di sepanjang jalur zigzag. Dalam hal ini, semakin kecil ukuran dan massa partikel Brownian, semakin terlihat gerakannya.

Dengan demikian, analisis gerak Brown meletakkan dasar bagi teori molekul-kinetik modern tentang struktur materi.

37. Kekuatan interaksi molekul. 38. Struktur zat gas. 39. Struktur zat cair. 40. Struktur padatan.

Jarak antara molekul dan gaya yang bekerja di antara mereka menentukan sifat-sifat benda gas, cair, dan padat.

Kami terbiasa dengan fakta bahwa cairan dapat dituangkan dari satu bejana ke bejana lain, dan gas dengan cepat mengisi seluruh volume yang disediakan untuknya. Air hanya bisa mengalir di sepanjang dasar sungai, dan udara di atasnya tidak mengenal batas.

Gaya tarik-menarik antarmolekul bekerja di antara semua molekul, yang besarnya berkurang sangat cepat dengan jarak molekul satu sama lain, dan oleh karena itu, pada jarak yang sama dengan beberapa diameter molekul, mereka tidak berinteraksi sama sekali.

Jadi, di antara molekul-molekul cairan, yang terletak hampir berdekatan satu sama lain, gaya tarik-menarik bekerja, mencegah molekul-molekul ini berhamburan ke arah yang berbeda. Sebaliknya, gaya tarik-menarik yang dapat diabaikan antara molekul gas tidak mampu menyatukannya, dan oleh karena itu gas dapat mengembang, mengisi seluruh volume yang disediakan untuknya. Keberadaan gaya tarik-menarik antarmolekul dapat diverifikasi dengan melakukan percobaan sederhana - untuk menekan dua batang timah satu sama lain. Jika permukaan kontak cukup halus, maka palang akan saling menempel dan akan sulit untuk memisahkannya.

Namun, gaya tarik-menarik antarmolekul saja tidak dapat menjelaskan semua perbedaan antara sifat-sifat zat gas, cair, dan padat. Mengapa, misalnya, sangat sulit untuk mengurangi volume cairan atau padatan, tetapi relatif mudah untuk mengompres balon? Ini dijelaskan oleh fakta bahwa di antara molekul tidak hanya ada gaya tarik-menarik, tetapi juga gaya tolak antarmolekul yang bekerja ketika kulit elektron atom molekul tetangga mulai tumpang tindih. Gaya tolak inilah yang mencegah satu molekul menembus ke dalam volume yang sudah ditempati oleh molekul lain.

Ketika gaya eksternal tidak bekerja pada benda cair atau padat, jarak antara molekulnya sedemikian rupa sehingga gaya resultan tarik dan tolakan sama dengan nol. Jika Anda mencoba mengurangi volume benda, maka jarak antar molekul berkurang, dan dari sisi benda yang terkompresi, resultan dari gaya tolak yang meningkat mulai bekerja. Sebaliknya, ketika sebuah benda diregangkan, gaya elastis yang timbul berhubungan dengan peningkatan relatif gaya tarik, karena Saat molekul bergerak menjauh, gaya tolak menurun jauh lebih cepat daripada gaya tarik.

Molekul gas terletak pada jarak puluhan kali lebih besar dari ukurannya, akibatnya molekul-molekul ini tidak berinteraksi satu sama lain, dan oleh karena itu gas jauh lebih mudah dikompresi daripada cairan dan padatan. Gas tidak memiliki struktur tertentu dan merupakan kumpulan molekul yang bergerak dan bertabrakan.

Cairan adalah kumpulan molekul yang hampir berdekatan satu sama lain. Gerakan termal memungkinkan molekul cair mengubah tetangganya dari waktu ke waktu, melompat dari satu tempat ke tempat lain. Ini menjelaskan fluiditas cairan.

Atom dan molekul padatan tidak memiliki kemampuan untuk mengubah tetangganya, dan gerakan termalnya hanyalah fluktuasi kecil relatif terhadap posisi atom atau molekul tetangga. Interaksi antar atom dapat mengarah pada fakta bahwa suatu padatan menjadi kristal, dan atom-atom di dalamnya menempati posisi di simpul kisi kristal. Karena molekul padatan tidak bergerak relatif terhadap tetangganya, benda-benda ini mempertahankan bentuknya.

41. Gas ideal dalam teori kinetika molekuler.

Gas ideal adalah model gas yang dijernihkan di mana interaksi antar molekul diabaikan. Kekuatan interaksi antar molekul cukup kompleks. Pada jarak yang sangat kecil, ketika molekul terbang berdekatan satu sama lain, gaya tolak besar bekerja di antara mereka. Pada jarak besar atau menengah antar molekul, gaya tarik-menarik yang relatif lemah bekerja. Jika jarak antar molekul rata-rata besar, yang diamati dalam gas yang cukup dijernihkan, maka interaksi tersebut memanifestasikan dirinya dalam bentuk tumbukan molekul yang relatif jarang satu sama lain ketika mereka terbang dari dekat. Dalam gas ideal, interaksi molekul umumnya diabaikan.

42. Tekanan gas dalam teori molekul-kinetik.

Gas ideal adalah model gas yang dijernihkan di mana interaksi antar molekul diabaikan.

Tekanan gas ideal sebanding dengan hasil kali konsentrasi molekul dan energi kinetik rata-ratanya.

Gas ada di sekitar kita. Di tempat mana pun di bumi, bahkan di bawah air, kita membawa sebagian atmosfer, yang lapisan bawahnya terkompresi di bawah aksi gravitasi lapisan atas. Oleh karena itu, dengan mengukur tekanan atmosfer, seseorang dapat menilai apa yang terjadi jauh di atas kita dan memprediksi cuaca.

43. Nilai rata-rata kuadrat kecepatan molekul gas ideal.

44. Penurunan persamaan dasar teori molekul-kinetik gas. 45. Penurunan rumus yang menghubungkan tekanan dan energi kinetik rata-rata molekul gas.

Tekanan p pada bagian tertentu dari permukaan adalah rasio gaya F yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan ini dengan luas S dari bagian yang diberikan

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa). 1 Pa \u003d 1 N / m 2.

Mari kita cari gaya F yang dengannya sebuah molekul bermassa m0 bekerja pada permukaan tempat ia memantul. Ketika dipantulkan dari permukaan, selama periode waktu Dt, komponen kecepatan molekul, tegak lurus terhadap permukaan ini, vy berubah menjadi kebalikannya (-vy). Oleh karena itu, ketika dipantulkan dari permukaan, molekul memperoleh momentum, 2m0vy , dan karenanya, menurut hukum ketiga Newton, 2m0vy = FDt, di mana:

Rumus (22.2) memungkinkan untuk menghitung gaya yang menekan satu molekul gas pada dinding bejana selama interval Dt. Untuk menentukan gaya rata-rata tekanan gas, misalnya dalam satu detik, perlu diketahui berapa banyak molekul yang dipantulkan per detik dari luas permukaan S, dan juga perlu diketahui kecepatan rata-rata vy molekul yang bergerak ke arah ini. permukaan.

Misalkan ada n molekul per satuan volume gas. Mari sederhanakan tugas kita dengan mengasumsikan bahwa semua molekul gas bergerak dengan kecepatan yang sama, v. Dalam hal ini, 1/3 dari semua molekul bergerak di sepanjang sumbu Kerbau, dan jumlah yang sama bergerak di sepanjang sumbu Oy dan Oz (lihat Gambar 22c). Biarkan setengah dari molekul yang bergerak sepanjang sumbu Oy bergerak menuju dinding C, dan sisanya bergerak ke arah yang berlawanan. Maka, jelas, jumlah molekul per satuan volume, yang bergegas menuju dinding C, adalah n/6.

Sekarang mari kita cari jumlah molekul yang mengenai luas permukaan S (diarsir pada Gambar 22c) dalam satu detik. Jelas, dalam 1 detik, molekul-molekul yang bergerak ke arahnya dan berada pada jarak tidak lebih dari v akan memiliki waktu untuk mencapai dinding. Oleh karena itu, 1/6 dari semua molekul dalam pipa paralel persegi panjang, yang disorot pada Gambar. 1, akan mengenai area permukaan ini. 22c, yang panjangnya sama dengan v, dan luas permukaan ujungnya adalah S. Karena volume pipa paralel ini adalah Sv, jumlah total N molekul yang mengenai luas permukaan dinding dalam 1 detik akan sama ke:

Dengan menggunakan (22.2) dan (22.3) dimungkinkan untuk menghitung impuls, yang dalam 1 detik memberi molekul gas bagian dari permukaan dinding dengan luas S. Dorongan ini secara numerik akan sama dengan gaya tekanan gas, F:

dari mana, dengan menggunakan (22.1), kita memperoleh pernyataan berikut yang menghubungkan tekanan gas dan energi kinetik rata-rata dari gerak translasi molekulnya:

dimana Е СР adalah energi kinetik rata-rata molekul gas ideal. Rumus (22.4) disebut persamaan dasar dari teori molekul-kinetik gas.

46. ​​​​Kesetimbangan termal. 47. Suhu. Perubahan suhu. 48. Alat pengukur suhu.

Kesetimbangan termal antar benda hanya mungkin terjadi jika suhunya sama.

Dengan menyentuh benda apa pun dengan tangan kita, kita dapat dengan mudah menentukan apakah benda itu hangat atau dingin. Jika suhu benda lebih rendah dari suhu tangan, benda tersebut tampak dingin, dan jika sebaliknya, maka benda tersebut hangat. Jika Anda meremas koin dingin di kepalan tangan Anda, kehangatan tangan akan mulai memanaskan koin, dan setelah beberapa saat suhunya akan menjadi sama dengan suhu tangan, atau, seperti yang mereka katakan, kesetimbangan termal akan datang. Oleh karena itu, suhu mencirikan keadaan kesetimbangan termal dari sistem dua atau lebih benda yang memiliki suhu yang sama.

Suhu bersama dengan volume dan tekanan gas adalah parameter makroskopik. Termometer digunakan untuk mengukur suhu. Di beberapa di antaranya, perubahan volume cairan selama pemanasan dicatat, di yang lain, perubahan hambatan listrik, dll. Yang paling umum adalah skala suhu Celcius, dinamai menurut fisikawan Swedia A. Celcius. Untuk mendapatkan skala suhu Celcius untuk termometer cair, pertama-tama ia direndam dalam es yang mencair dan posisi ujung kolom dicatat, kemudian dalam air mendidih. Segmen antara dua posisi kolom ini dibagi menjadi 100 bagian yang sama, dengan asumsi bahwa suhu leleh es sama dengan nol derajat Celcius (o C), dan suhu air mendidih adalah 100 o C.

49. Energi kinetik rata-rata molekul gas pada kesetimbangan termal.

Persamaan dasar teori kinetik molekul (22.4) menghubungkan tekanan gas, konsentrasi molekul dan energi kinetik rata-ratanya. Namun, energi kinetik rata-rata molekul biasanya tidak diketahui, meskipun hasil dari banyak percobaan menunjukkan bahwa kecepatan molekul meningkat dengan meningkatnya suhu (lihat, misalnya, gerakan Brown dalam §20). Ketergantungan energi kinetik rata-rata molekul gas pada temperaturnya dapat diperoleh dari hukum yang ditemukan oleh fisikawan Perancis J. Charles pada tahun 1787.

50. Gas dalam keadaan kesetimbangan termal (jelaskan pengalaman).

51. Suhu mutlak. 52. Skala suhu mutlak. 53. Suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata molekul.

Ketergantungan energi kinetik rata-rata molekul gas pada temperaturnya dapat diperoleh dari hukum yang ditemukan oleh fisikawan Perancis J. Charles pada tahun 1787.

Menurut hukum Charles, jika volume suatu massa gas tertentu tidak berubah, tekanannya pt bergantung secara linier pada suhu t:

dimana t adalah suhu gas yang diukur dalam oC, dan p 0 adalah tekanan gas pada suhu 0 oC (lihat Gambar 23b). Jadi, mengikuti hukum Charles bahwa tekanan gas yang menempati volume konstan sebanding dengan jumlah (t + 273 o C). Di sisi lain, mengikuti dari (22.4) bahwa jika konsentrasi molekul konstan, yaitu volume yang ditempati gas tidak berubah, maka tekanan gas harus sebanding dengan energi kinetik rata-rata molekul. Ini berarti bahwa energi kinetik rata-rata, E SR molekul gas, sebanding dengan nilai (t + 273 o C):

di mana b adalah koefisien konstanta, yang nilainya akan kita tentukan nanti. Dari (23.2) dapat disimpulkan bahwa energi kinetik rata-rata molekul akan menjadi sama dengan nol pada -273 ° C. Berdasarkan hal ini, ilmuwan Inggris W. Kelvin pada tahun 1848 mengusulkan menggunakan skala suhu absolut, suhu nol yang sesuai hingga -273 ° C, dan setiap derajat suhu akan sama dengan satu derajat Celcius. Jadi suhu mutlak, T, berhubungan dengan suhu t, diukur dalam Celcius, sebagai berikut:

Satuan SI dari suhu absolut adalah Kelvin (K).

Diberikan (23.3), persamaan (23.2) diubah menjadi:

mengganti yang menjadi (22.4), kita mendapatkan yang berikut:

Untuk menghilangkan pecahan di (23.5), kita ganti 2b/3 dengan k, dan alih-alih (23.4) dan (23.5) kita mendapatkan dua persamaan yang sangat penting:

di mana k adalah konstanta Boltzmann, dinamai L. Boltzmann. Eksperimen menunjukkan bahwa k=1.38.10 -23 J/K. Jadi, tekanan gas dan energi kinetik rata-rata molekulnya sebanding dengan suhu absolutnya.

54. Ketergantungan tekanan gas pada konsentrasi molekul dan suhunya.

Dalam kebanyakan kasus, ketika gas berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain, semua parameternya berubah - suhu, volume, dan tekanan. Ini terjadi ketika gas dikompresi di bawah piston di dalam silinder mesin pembakaran internal, akibatnya suhu gas dan tekanannya meningkat, dan volumenya berkurang. Namun, dalam beberapa kasus, perubahan salah satu parameter gas relatif kecil atau tidak ada sama sekali. Proses semacam itu, di mana salah satu dari tiga parameter - suhu, tekanan, atau volume tetap tidak berubah, disebut isoproses, dan hukum yang menjelaskannya disebut hukum gas.

55. Pengukuran kecepatan molekul gas. 56. Pengalaman Stern.

Pertama-tama, mari kita perjelas apa yang dimaksud dengan kecepatan molekul. Ingatlah bahwa karena seringnya tumbukan, kecepatan setiap molekul individu berubah sepanjang waktu: molekul bergerak cepat atau lambat, dan untuk beberapa waktu (misalnya, satu detik) kecepatan molekul mengambil banyak nilai yang berbeda. Di sisi lain, setiap saat dalam sejumlah besar molekul yang menyusun volume gas yang dianggap, ada molekul dengan kecepatan yang sangat berbeda. Jelas, untuk mengkarakterisasi keadaan gas, seseorang harus berbicara tentang kecepatan rata-rata tertentu. Kita dapat berasumsi bahwa ini adalah kecepatan rata-rata salah satu molekul selama periode waktu yang cukup lama, atau ini adalah kecepatan rata-rata semua molekul gas dalam volume tertentu pada suatu titik waktu.

Ada berbagai cara untuk menentukan kecepatan pergerakan molekul. Salah satu yang paling sederhana adalah metode yang dilakukan pada tahun 1920 dalam percobaan Stern.

Beras. 390. Ketika ruang di bawah kaca A diisi dengan hidrogen; kemudian dari ujung corong yang ditutup oleh bejana berpori B keluar gelembung

Untuk memahaminya, perhatikan analogi berikut. Saat menembak target yang bergerak, untuk mengenainya, Anda harus membidik satu titik di depan target. Jika Anda melihat target, maka peluru akan mengenai target di belakang. Penyimpangan tempat tumbukan dari sasaran ini akan semakin besar, semakin cepat sasaran bergerak dan semakin rendah kecepatan pelurunya.

Eksperimen Otto Stern (1888–1969) dikhususkan untuk konfirmasi eksperimental dan visualisasi distribusi kecepatan molekul gas. Ini adalah pengalaman indah lainnya, yang memungkinkan untuk "menggambar" grafik distribusi ini pada penyiapan eksperimental dalam arti sebenarnya dari kata tersebut. Pemasangan buritan terdiri dari dua silinder berongga yang berputar dengan sumbu yang bertepatan (lihat gambar di sebelah kanan; silinder besar tidak sepenuhnya ditarik). Di silinder bagian dalam, benang perak 1 direntangkan lurus di sepanjang sumbunya, yang dilalui arus, yang menyebabkan pemanasannya, pencairan sebagian, dan selanjutnya penguapan atom perak dari permukaannya. Akibatnya, silinder bagian dalam, yang awalnya vakum, secara bertahap diisi dengan gas perak dengan konsentrasi rendah. Di silinder bagian dalam, seperti yang ditunjukkan pada gambar, celah tipis 2 dibuat, sehingga sebagian besar atom perak, yang mencapai silinder, menetap di atasnya. Sebagian kecil atom melewati celah dan jatuh ke silinder luar, di mana ruang hampa dipertahankan. Di sini, atom-atom ini tidak lagi bertabrakan dengan atom lain dan karena itu bergerak ke arah radial dengan kecepatan konstan, mencapai silinder luar setelah waktu yang berbanding terbalik dengan kecepatan ini:

di mana jari-jari silinder dalam dan luar, dan adalah komponen radial dari kecepatan partikel. Alhasil, lama kelamaan muncul lapisan silver sputtering di outer cylinder 3. Dalam hal silinder diam, lapisan ini berbentuk strip yang terletak tepat di seberang celah di silinder bagian dalam. Tetapi jika silinder berputar dengan kecepatan sudut yang sama, maka pada saat molekul mencapai silinder luar, yang terakhir sudah bergeser jauh.

dibandingkan dengan titik yang berhadapan langsung dengan slot (yaitu, titik di mana partikel-partikel menetap dalam kasus silinder stasioner).

57. Penurunan persamaan keadaan gas ideal (persamaan Mendeleev-Claiperon)

Gas seringkali merupakan reaktan dan produk dalam reaksi kimia. Tidak selalu mungkin membuat mereka bereaksi satu sama lain dalam kondisi normal. Oleh karena itu, Anda perlu mempelajari cara menentukan jumlah mol gas dalam kondisi yang tidak normal.

Untuk melakukan ini, gunakan persamaan keadaan gas ideal (juga disebut persamaan Clapeyron-Mendeleev): PV = nRT

di mana n adalah jumlah mol gas;

P adalah tekanan gas (misalnya, dalam atm;

V adalah volume gas (dalam liter);

T adalah suhu gas (dalam kelvin);

R adalah konstanta gas (0,0821 L atm/mol K).

Saya menemukan turunan dari persamaan, tetapi sangat rumit. Kami masih harus mencari.

58. Proses isotermal.

Proses isotermal adalah perubahan keadaan gas di mana suhunya tetap konstan. Contoh dari proses tersebut adalah pemompaan ban mobil dengan udara. Namun, proses tersebut dapat dianggap isotermal jika kita membandingkan keadaan udara sebelum memasuki pompa dengan keadaannya di dalam ban setelah suhu ban dan udara di sekitarnya menjadi sama. Setiap proses lambat yang terjadi dengan volume gas yang kecil dikelilingi oleh massa gas yang besar, cair atau padat yang memiliki suhu konstan dapat dianggap isotermal.

Dalam proses isotermal, hasil kali tekanan massa tertentu gas dan volumenya bernilai konstan. Hukum ini, yang disebut hukum Boyle-Mariotte, ditemukan oleh ilmuwan Inggris R. Boyle dan fisikawan Prancis E. Mariotte dan ditulis sebagai berikut:

Temukan contoh!

59. Proses isobarik.

Proses isobarik adalah perubahan keadaan gas yang terjadi pada tekanan konstan.

Dalam proses isobarik, rasio volume massa tertentu gas terhadap suhunya adalah konstan. Kesimpulan ini, yang disebut hukum Gay-Lussac untuk menghormati ilmuwan Prancis J. Gay-Lussac, dapat ditulis sebagai:

Salah satu contoh proses isobarik adalah mengembangnya gelembung-gelembung kecil udara dan karbondioksida yang terkandung dalam adonan ketika dimasukkan ke dalam oven. Tekanan udara di dalam dan di luar oven sama, dan suhu di dalam oven kira-kira 50% lebih tinggi daripada di luar. Menurut hukum Gay-Lussac, volume gelembung gas di dalam adonan juga bertambah 50%, yang membuat kue menjadi lapang.

60. Proses isokorik.

Suatu proses di mana keadaan gas berubah sementara volumenya tetap tidak berubah disebut isokorik. Dari persamaan Mendeleev-Clapeyron dapat disimpulkan bahwa untuk gas yang menempati volume konstan, rasio tekanan terhadap temperaturnya juga harus konstan:

Temukan contoh!

61. Penguapan dan kondensasi.

Uap adalah gas yang terbentuk dari molekul yang memiliki energi kinetik yang cukup untuk meninggalkan cairan.

Kami terbiasa dengan fakta bahwa air dan uapnya dapat saling berpindah. Genangan di trotoar mengering setelah hujan, dan uap air di udara di pagi hari seringkali berubah menjadi tetesan kabut kecil. Semua cairan memiliki kemampuan untuk berubah menjadi uap - menjadi gas. Proses perubahan zat cair menjadi uap disebut penguapan. Pembentukan cairan dari uapnya disebut kondensasi.

Teori kinetik molekuler menjelaskan proses penguapan sebagai berikut. Diketahui (lihat § 21) bahwa gaya tarik-menarik bekerja di antara molekul-molekul cairan, yang tidak memungkinkan mereka untuk menjauh satu sama lain, dan energi kinetik rata-rata dari molekul-molekul cairan tidak cukup untuk mengatasi gaya kohesif. kekuatan di antara mereka. Namun, pada saat tertentu, molekul cairan yang berbeda memiliki energi kinetik yang berbeda, dan energi beberapa molekul dapat beberapa kali lebih tinggi dari nilai rata-ratanya. Molekul berenergi tinggi ini memiliki kecepatan gerak yang jauh lebih tinggi dan oleh karena itu dapat mengatasi gaya tarik molekul tetangga dan terbang keluar dari cairan, sehingga membentuk uap di atas permukaannya (lihat Gambar 26a).

Molekul-molekul yang membentuk uap yang meninggalkan cairan bergerak secara acak, bertabrakan satu sama lain dengan cara yang sama seperti yang dilakukan molekul gas selama gerakan termal. Dalam hal ini, gerakan kacau beberapa molekul uap dapat membawa mereka begitu jauh dari permukaan cairan sehingga tidak pernah kembali ke sana. Berkontribusi untuk ini, tentu saja, dan angin. Sebaliknya, gerakan acak molekul lain dapat membawanya kembali ke cairan, yang menjelaskan proses kondensasi uap.

Hanya molekul dengan energi kinetik yang jauh lebih tinggi dari rata-rata yang dapat terbang keluar dari cairan, yang berarti selama penguapan, energi rata-rata molekul cairan yang tersisa berkurang. Dan karena energi kinetik rata-rata molekul cairan, seperti gas (lihat 23.6), sebanding dengan suhu, suhu cairan menurun selama penguapan. Oleh karena itu, kita menjadi dingin segera setelah kita keluar dari air, ditutupi dengan lapisan tipis cairan, yang segera mulai menguap dan mendingin.

62. Uap jenuh. Tekanan uap jenuh.

Apa yang terjadi jika bejana dengan volume cairan tertentu ditutup dengan penutup (Gbr. 26b)? Setiap detik, molekul tercepat akan tetap meninggalkan permukaan cairan, massanya akan berkurang, dan konsentrasi molekul uap akan meningkat. Pada saat yang sama, sebagian molekul uap akan kembali ke cairan dari uap, dan semakin besar konsentrasi uap, semakin intens proses kondensasi ini. Akhirnya, konsentrasi uap di atas cairan akan menjadi sangat tinggi sehingga jumlah molekul yang kembali ke cairan per satuan waktu akan sama dengan jumlah molekul yang meninggalkannya. Keadaan ini disebut kesetimbangan dinamis, dan uap yang sesuai disebut uap jenuh. Konsentrasi molekul uap di atas cairan tidak boleh lebih besar dari konsentrasinya dalam uap jenuh. Jika konsentrasi molekul uap kurang dari yang jenuh, maka uap seperti itu disebut tidak jenuh.

Molekul uap yang bergerak menciptakan tekanan, yang nilainya, seperti untuk gas, sebanding dengan hasil kali konsentrasi molekul-molekul ini dan suhu. Oleh karena itu, pada temperatur tertentu, semakin tinggi konsentrasi steam, semakin besar tekanan yang diberikannya. Tekanan uap jenuh tergantung pada jenis cairan dan suhu. Semakin sulit untuk merobek molekul cairan, semakin rendah tekanan uap jenuhnya. Jadi, tekanan uap air jenuh pada suhu 20 ° C adalah sekitar 2 kPa, dan tekanan uap jenuh air raksa pada suhu 20 ° C hanya 0,2 Pa.

Kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan bergantung pada konsentrasi uap air (kelembaban) atmosfer, yang sangat bervariasi tergantung pada tempat dan musim. Biasanya, uap air di sekitar kita tidak jenuh. Kelembaban relatif adalah rasio tekanan uap air terhadap tekanan uap jenuh pada suhu yang sama, dinyatakan dalam persentase. Salah satu alat untuk mengukur kelembaban udara adalah psychrometer yang terdiri dari dua termometer identik yang salah satunya dibungkus dengan kain lembab.

63. Ketergantungan tekanan uap jenuh pada temperatur.

Uap adalah gas yang dibentuk oleh molekul cairan yang diuapkan, dan oleh karena itu persamaan (23.7) berlaku untuknya, yang menghubungkan tekanan uap, p, konsentrasi molekul di dalamnya, n, dan suhu absolut, T:

Dari (27.1) dapat disimpulkan bahwa tekanan uap jenuh harus meningkat secara linier dengan kenaikan suhu, seperti kasus gas ideal dalam proses isokorik (lihat §25). Namun, pengukuran telah menunjukkan bahwa tekanan uap jenuh meningkat dengan suhu jauh lebih cepat daripada tekanan gas ideal (lihat Gambar 27a). Ini terjadi karena fakta bahwa dengan meningkatnya suhu, dan karenanya energi kinetik rata-rata, semakin banyak molekul cair yang keluar darinya, meningkatkan konsentrasi, n uap di atasnya. Dan sejak menurut (27.1), tekanan sebanding dengan n, maka peningkatan konsentrasi uap ini menjelaskan peningkatan tekanan uap jenuh yang lebih cepat dengan suhu, dibandingkan dengan gas ideal. Peningkatan tekanan uap jenuh dengan suhu menjelaskan fakta yang terkenal - saat dipanaskan, cairan menguap lebih cepat. Perhatikan bahwa segera setelah kenaikan suhu menyebabkan cairan menguap sepenuhnya, uap akan menjadi tidak jenuh.

Saat cairan di masing-masing gelembung dipanaskan, proses penguapan dipercepat, dan tekanan uap jenuhnya meningkat. Gelembung mengembang dan, di bawah aksi gaya apung Archimedes, lepas dari dasar, mengapung dan meledak di permukaan. Dalam hal ini, uap yang mengisi gelembung terbawa ke atmosfer.

Semakin rendah tekanan atmosfer, semakin rendah suhu saat cairan ini mendidih (lihat Gambar 27c). Jadi, di puncak Gunung Elbrus yang tekanan udaranya setengah normal, air biasa mendidih bukan pada suhu 100 o C, melainkan pada suhu 82 o C. Sebaliknya, jika perlu menaikkan titik didih cairan, maka itu dipanaskan pada tekanan tinggi. Ini, misalnya, menjadi dasar kerja pressure cooker, di mana makanan yang mengandung air dapat dimasak dengan suhu lebih dari 100 ° C tanpa mendidih.

64. Mendidih.

Mendidih adalah proses penguapan yang intens yang terjadi di seluruh volume cairan dan di permukaannya. Cairan mulai mendidih ketika tekanan uap jenuhnya mendekati tekanan di dalam cairan.

Mendidih adalah pembentukan sejumlah besar gelembung uap yang mengapung dan meledak di permukaan cairan saat dipanaskan. Faktanya, gelembung ini selalu ada dalam cairan, tetapi ukurannya bertambah, dan hanya terlihat saat mendidih. Salah satu alasan mengapa cairan selalu mengandung gelembung mikro adalah sebagai berikut. Cairan, ketika dituangkan ke dalam bejana, memindahkan udara dari sana, tetapi tidak dapat melakukan ini sepenuhnya, dan gelembung kecilnya tetap berada di celah mikro dan ketidakteraturan di permukaan bagian dalam bejana. Selain itu, cairan biasanya mengandung gelembung mikro uap dan udara yang melekat pada partikel debu terkecil.

Saat cairan di masing-masing gelembung dipanaskan, proses penguapan dipercepat, dan tekanan uap jenuhnya meningkat. Gelembung mengembang dan, di bawah aksi gaya apung Archimedes, lepas dari dasar, mengapung dan meledak di permukaan. Dalam hal ini, uap yang mengisi gelembung terbawa ke atmosfer. Oleh karena itu, mendidih disebut penguapan, yang terjadi di seluruh volume cairan. Mendidih dimulai pada suhu saat gelembung gas memiliki kesempatan untuk mengembang, dan ini terjadi jika tekanan uap saturasi melebihi tekanan atmosfer. Jadi, titik didih adalah suhu di mana tekanan uap saturasi cairan tertentu sama dengan tekanan atmosfer. Selama cairan mendidih, suhunya tetap konstan.

Proses perebusan tidak mungkin dilakukan tanpa partisipasi gaya apung Archimedean. Oleh karena itu, tidak ada pendidihan di stasiun luar angkasa dalam kondisi tanpa bobot, dan pemanasan air hanya menyebabkan peningkatan ukuran gelembung uap dan kombinasinya menjadi satu gelembung uap besar di dalam bejana berisi air.

65. Suhu kritis.

Ada juga yang namanya suhu kritis, jika gas berada pada suhu di atas suhu kritis (individu untuk setiap gas, misalnya untuk karbon dioksida sekitar 304 K), maka tidak dapat lagi diubah menjadi cairan, tidak peduli tekanan apa yang diterapkan padanya. Fenomena ini terjadi karena pada suhu kritis gaya tegangan permukaan cairan sama dengan nol.

Tabel 23. Suhu kritis dan tekanan kritis beberapa zat

Apa yang ditunjukkan oleh adanya suhu kritis? Apa yang terjadi pada suhu yang lebih tinggi?

Pengalaman menunjukkan bahwa pada suhu yang lebih tinggi dari suhu kritis, suatu zat hanya dapat eksis dalam wujud gas.

Adanya suhu kritis pertama kali dikemukakan pada tahun 1860 oleh Dmitri Ivanovich Mendeleev.

Setelah ditemukannya suhu kritis, menjadi jelas mengapa untuk waktu yang lama tidak mungkin mengubah gas seperti oksigen atau hidrogen menjadi cair. Temperatur kritis mereka sangat rendah (Tabel 23). Untuk mengubah gas-gas ini menjadi cair, mereka harus didinginkan di bawah temperatur kritis. Tanpa ini, semua upaya untuk mencairkannya pasti akan gagal.

66. Tekanan parsial. kelembaban relatif. 67. Instrumen untuk mengukur kelembaban relatif udara.

Kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan bergantung pada konsentrasi uap air (kelembaban) atmosfer, yang sangat bervariasi tergantung pada tempat dan musim. Biasanya, uap air di sekitar kita tidak jenuh. Kelembaban relatif adalah rasio tekanan uap air terhadap tekanan uap jenuh pada suhu yang sama, dinyatakan dalam persentase. Salah satu alat untuk mengukur kelembapan udara adalah psikrometer, terdiri dari dua buah termometer identik yang salah satunya dibungkus dengan kain lembab. Saat kelembapan udara kurang dari 100%, air dari kain akan menguap, dan termometer B akan menguap. dingin, menunjukkan suhu yang lebih rendah dari A. Dan semakin rendah kelembapan udara, semakin besar perbedaan, Dt, antara pembacaan termometer A dan B. Dengan menggunakan tabel psikrometrik khusus, perbedaan suhu ini dapat digunakan untuk menentukan kelembapan udara. udara.

Tekanan parsial adalah tekanan dari gas tertentu yang merupakan bagian dari campuran gas, yang akan diberikan gas ini pada dinding wadah yang menampungnya, jika gas itu sendiri menempati seluruh volume campuran pada suhu campuran.

Tekanan parsial tidak diukur secara langsung, tetapi diperkirakan dari tekanan total dan komposisi campuran.

Gas terlarut dalam air atau jaringan tubuh juga memberikan tekanan karena molekul gas terlarut bergerak secara acak dan memiliki energi kinetik. Jika gas terlarut dalam cairan menyentuh permukaan, seperti membran sel, ia memberikan tekanan parsial dengan cara yang sama seperti gas dalam campuran gas.

PD tidak dapat diukur secara langsung, melainkan dihitung berdasarkan tekanan total dan komposisi campuran.

Faktor-Faktor yang Menentukan Nilai Tekanan Parsial Gas yang Terlarut dalam Cairan. Tekanan parsial gas dalam larutan ditentukan tidak hanya oleh konsentrasinya, tetapi juga oleh koefisien kelarutannya, yaitu beberapa jenis molekul, seperti karbon dioksida, secara fisik atau kimia melekat pada molekul air, sementara yang lain ditolak. Hubungan ini disebut hukum Henry dan dinyatakan dengan rumus berikut: Tekanan parsial = Konsentrasi gas terlarut / Koefisien kelarutan.

68. Tegangan permukaan.

Fitur cairan yang paling menarik adalah adanya permukaan bebas. Cairan, tidak seperti gas, tidak mengisi seluruh volume bejana tempat ia dituangkan. Antarmuka terbentuk antara cairan dan gas (atau uap), yang berada dalam kondisi khusus dibandingkan dengan massa cairan lainnya. Molekul di lapisan batas cairan, berbeda dengan molekul di kedalamannya, tidak dikelilingi oleh molekul lain dari cairan yang sama dari semua sisi. Gaya interaksi antarmolekul yang bekerja pada salah satu molekul di dalam cairan dari molekul tetangga, rata-rata, saling terkompensasi. Setiap molekul di lapisan batas tertarik oleh molekul di dalam cairan (gaya yang bekerja pada molekul cairan tertentu dari molekul gas (atau uap) dapat diabaikan). Akibatnya, beberapa gaya resultan muncul, diarahkan jauh ke dalam cairan. Molekul permukaan ditarik ke dalam cairan oleh gaya tarik-menarik antarmolekul. Tetapi semua molekul, termasuk lapisan batas, harus berada dalam keadaan setimbang. Kesetimbangan ini tercapai karena adanya penurunan jarak antara molekul-molekul lapisan permukaan dan tetangga terdekatnya di dalam cairan. Seperti dapat dilihat dari gambar. 3.1.2, ketika jarak antar molekul berkurang, gaya tolak muncul. Jika jarak rata-rata antar molekul di dalam cairan sama dengan r0, maka molekul-molekul di lapisan permukaan dikemas agak lebih padat, dan oleh karena itu mereka memiliki cadangan energi potensial tambahan dibandingkan dengan molekul internal (lihat Gambar 3.1.2) . Perlu diingat bahwa, karena kompresibilitas yang sangat rendah, adanya lapisan permukaan yang lebih padat tidak menyebabkan perubahan volume cairan yang nyata. Jika molekul bergerak dari permukaan ke dalam cairan, gaya interaksi antarmolekul akan melakukan kerja positif. Sebaliknya, untuk menarik sejumlah molekul dari kedalaman cairan ke permukaan (yaitu, meningkatkan luas permukaan cairan), gaya eksternal harus melakukan kerja positif ΔAext sebanding dengan perubahan ΔS dari luas permukaan: ΔAext = σΔS.

Koefisien σ disebut koefisien tegangan permukaan (σ > 0). Jadi, koefisien tegangan permukaan sama dengan usaha yang diperlukan untuk menaikkan luas permukaan zat cair pada suhu konstan sebesar satu satuan.

Dalam SI, koefisien tegangan permukaan diukur dalam joule per meter persegi (J/m2) atau dalam newton per meter (1 N/m = 1 J/m2).

Diketahui dari mekanika bahwa keadaan kesetimbangan suatu sistem sesuai dengan nilai minimum energi potensialnya. Oleh karena itu, permukaan bebas cairan cenderung mengurangi luasnya. Karena alasan ini, setetes cairan bebas berbentuk bola. Fluida berperilaku seolah-olah gaya bekerja secara tangensial ke permukaannya, mengurangi (mengontrak) permukaan ini. Gaya-gaya ini disebut gaya tegangan permukaan.

Kehadiran gaya tegangan permukaan membuat permukaan cairan terlihat seperti film elastis yang diregangkan, dengan satu-satunya perbedaan bahwa gaya elastis dalam film bergantung pada luas permukaannya (yaitu, pada bagaimana film dideformasi), dan gaya tegangan permukaan tidak. tidak bergantung pada luas permukaan cairan.

Beberapa cairan, seperti air sabun, memiliki kemampuan membentuk lapisan tipis. Semua gelembung sabun terkenal memiliki bentuk bola yang benar - ini juga memanifestasikan aksi gaya tegangan permukaan. Jika bingkai kawat diturunkan ke dalam larutan sabun, salah satu sisinya dapat digerakkan, maka seluruhnya akan ditutup dengan lapisan tipis cairan.

69. Membasahi.

Semua orang tahu bahwa jika Anda meletakkan setetes cairan di permukaan yang rata, cairan itu akan menyebar di atasnya atau berbentuk bulat. Selain itu, ukuran dan kecembungan (nilai yang disebut sudut kontak) dari tetesan sessile ditentukan oleh seberapa baik ia membasahi permukaan tertentu. Fenomena pembasahan dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika molekul cairan tertarik satu sama lain lebih kuat daripada molekul benda padat, cairan cenderung terkumpul menjadi tetesan.

Sudut kontak akut terjadi pada permukaan yang dibasahi (liofilik), sedangkan sudut tumpul terjadi pada permukaan yang tidak dapat dibasahi (liofobik).

Beginilah perilaku merkuri pada kaca, air pada parafin, atau pada permukaan yang "berminyak". Sebaliknya, jika molekul cairan tertarik satu sama lain lebih lemah daripada molekul benda padat, cairan "ditekan" ke permukaan dan menyebar ke atasnya. Ini terjadi dengan setetes merkuri di atas pelat seng, atau dengan setetes air di atas kaca bersih. Dalam kasus pertama, dikatakan bahwa cairan tidak membasahi permukaan (sudut kontak lebih besar dari 90°), dan dalam kasus kedua, membasahinya (sudut kontak kurang dari 90°).

Ini adalah pelumas anti air yang membantu banyak hewan keluar dari pembasahan yang berlebihan. Misalnya, penelitian tentang hewan laut dan burung - anjing laut berbulu, anjing laut, penguin, loon - telah menunjukkan bahwa bulu dan bulu berbulu halus mereka memiliki sifat hidrofobik, sedangkan bulu pelindung hewan dan bagian atas kontur bulu burung dibasahi dengan baik. dengan air. Akibatnya, lapisan udara tercipta antara tubuh hewan dan air, yang memainkan peran penting dalam termoregulasi dan isolasi termal.

Tapi pelumasan bukanlah segalanya. Struktur permukaan juga memainkan peran penting dalam fenomena pembasahan. Medan yang kasar, bergelombang, atau keropos dapat meningkatkan pembasahan. Ingat, misalnya, spons dan handuk terry yang menyerap air dengan sempurna. Tetapi jika permukaan awalnya "takut" pada air, maka relief yang dikembangkan hanya akan memperburuk situasi: tetesan air akan terkumpul di tepian dan menggelinding.

70. Fenomena kapiler.

Fenomena kapiler disebut naik atau turunnya cairan dalam tabung kapiler berdiameter kecil. Cairan pembasah naik melalui kapiler, cairan non-pembasahan turun.

Pada ara. 3.5.6 menunjukkan tabung kapiler dengan radius r, diturunkan ujung bawahnya menjadi cairan pembasah dengan kerapatan ρ. Ujung atas kapiler terbuka. Kenaikan cairan dalam kapiler berlanjut sampai gaya gravitasi yang bekerja pada kolom cairan dalam kapiler menjadi sama modulusnya dengan Fn yang dihasilkan dari gaya tegangan permukaan yang bekerja di sepanjang batas kontak antara cairan dan permukaan kapiler: Ft = Fn, dimana Ft = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

Ini menyiratkan:

Gambar 3.5.6.

Kenaikan cairan pembasah di kapiler.

Dengan pembasahan sempurna θ = 0, cos θ = 1. Dalam hal ini

Dengan nonwetting lengkap, θ = 180°, cos θ = –1 dan, karenanya, h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Air hampir sepenuhnya membasahi permukaan kaca yang bersih. Sebaliknya, merkuri tidak sepenuhnya membasahi permukaan kaca. Oleh karena itu, tingkat merkuri dalam kaca kapiler turun di bawah tingkat di bejana.

71. Badan kristal dan sifat-sifatnya.

Tidak seperti cairan, benda padat tidak hanya mempertahankan volumenya, tetapi juga bentuknya dan memiliki kekuatan yang cukup besar.

Berbagai padatan yang ditemui dapat dibagi menjadi dua kelompok yang berbeda secara signifikan dalam sifatnya: kristal dan amorf.

Sifat dasar dari badan kristal

1. Benda kristal memiliki titik leleh tertentu tmelt, yang tidak berubah selama meleleh pada tekanan konstan (Gbr. 1, kurva 1).

2. Benda kristal dicirikan oleh adanya kisi kristal spasial, yang merupakan susunan molekul, atom, atau ion yang teratur, berulang di seluruh volume benda (urutan jarak jauh). Untuk kisi kristal apa pun, keberadaan elemen seperti itu dari strukturnya adalah karakteristik, dengan pengulangan berulang yang di ruang angkasa seseorang dapat memperoleh seluruh kristal. Ini adalah kristal tunggal. Polikristal terdiri dari banyak kristal tunggal yang sangat kecil dan saling bertautan, yang berorientasi secara acak di ruang angkasa.

Pergerakan. Kehangatan Kitaigorodsky Alexander Isaakovich

Gerak lurus dengan percepatan tetap

Gerakan seperti itu terjadi, menurut hukum Newton, ketika gaya konstan bekerja pada benda secara total, mendorong atau memperlambat benda.

Meski tidak sepenuhnya akurat, kondisi seperti itu cukup sering terjadi: mobil yang bergerak dengan mesin dimatikan direm di bawah aksi gaya gesekan yang kira-kira konstan, benda berbobot jatuh dari ketinggian di bawah aksi gaya gravitasi konstan.

Mengetahui besarnya gaya yang dihasilkan, serta massa benda, akan kita temukan dengan rumusnya A = F/M jumlah percepatan. Karena

Di mana T- waktu perjalanan ay- akhir, dan ay 0 adalah kecepatan awal, maka dengan rumus ini dimungkinkan untuk menjawab sejumlah pertanyaan yang sifatnya seperti itu, misalnya: setelah berapa lama kereta berhenti jika gaya pengereman, massa kereta dan kecepatan awal diketahui ? Berapa kecepatan mobil dipercepat jika gaya motor, gaya hambatan, massa mobil dan waktu percepatan diketahui?

Seringkali kita tertarik untuk mengetahui panjang lintasan yang ditempuh benda dalam gerak dipercepat beraturan. Jika gerakannya seragam, maka jarak yang ditempuh diperoleh dengan mengalikan kecepatan gerakan dengan waktu gerakan. Jika gerakan dipercepat secara seragam, maka jarak yang ditempuh dihitung seolah-olah benda bergerak pada waktu yang bersamaan T seragam dengan kecepatan sama dengan setengah jumlah dari kecepatan awal dan akhir:

Jadi, dengan gerakan yang dipercepat (atau diperlambat) secara seragam, jalur yang ditempuh benda sama dengan hasil setengah dari jumlah kecepatan awal dan akhir serta waktu gerakan. Jarak yang sama akan ditempuh dalam waktu yang sama dengan gerak beraturan dengan kecepatan (1/2)( ay 0 + ay). Dalam pengertian ini, sekitar (1/2)( ay 0 + ay) kita dapat mengatakan bahwa ini adalah kecepatan rata-rata dari gerak yang dipercepat secara seragam.

Berguna untuk menyusun rumus yang akan menunjukkan ketergantungan jarak yang ditempuh pada percepatan. Mengganti ay = ay 0 + pada dalam rumus terakhir, kami menemukan:

atau, jika gerakan terjadi tanpa kecepatan awal,

Jika dalam satu detik benda telah melewati 5 m, maka dalam dua detik akan melewati (4? 5) m, dalam tiga detik - (9? 5) m, dst. Jarak yang ditempuh meningkat dengan kuadrat waktu.

Menurut hukum ini, benda yang berat jatuh dari ketinggian. Percepatan jatuh bebas adalah G, dan rumusnya terlihat seperti ini:

Jika T pengganti dalam hitungan detik.

Jika benda itu dapat jatuh tanpa gangguan selama sekitar 100 detik, benda itu akan menempuh jarak yang sangat jauh dari awal jatuhnya - sekitar 50 km. Dalam hal ini, dalam 10 detik pertama, hanya (1/2) km yang akan ditempuh - inilah yang dimaksud dengan gerakan yang dipercepat.

Tapi berapa kecepatan yang akan dikembangkan tubuh saat jatuh dari ketinggian tertentu? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita membutuhkan rumus yang menghubungkan jarak yang ditempuh dengan percepatan dan kecepatan. Mengganti di S = (1/2)(ay 0 + ay)T nilai waktu tempuh T = (ay ? ay 0)/A, kita mendapatkan:

atau, jika kecepatan awal adalah nol,

Sepuluh meter adalah ketinggian rumah kecil berlantai dua atau tiga. Mengapa berbahaya melompat ke bumi dari atap rumah seperti itu? Perhitungan sederhana menunjukkan bahwa kecepatan jatuh bebas akan mencapai nilai tersebut ay= sqrt(2 9,8 10) m/s = 14 m/s? 50 km / jam, tapi ini kecepatan mobil di kota.

Hambatan udara tidak akan banyak mengurangi kecepatan ini.

Rumus yang kami peroleh digunakan untuk berbagai perhitungan. Mari terapkan untuk melihat bagaimana gerakan di bulan terjadi.

Novel Wells The First Men in the Moon menceritakan tentang kejutan yang dialami para pelancong dalam perjalanan fantastis mereka. Di Bulan, percepatan gravitasi sekitar 6 kali lebih kecil daripada di Bumi. Jika di Bumi benda jatuh melewati 5 m pada detik pertama, maka di Bulan benda itu akan "melayang" ke bawah hanya 80 cm (percepatannya kira-kira 1,6 m / s 2).

Loncat tinggi H waktu berlangsung T= akar(2 H/G). Karena percepatan bulan 6 kali lebih kecil dari percepatan terestrial, di Bulan Anda perlu sqrt(6) untuk melompat? 2,45 kali lebih banyak waktu. Berapa kali kecepatan akhir lompatan berkurang ( ay= akar(2 gh))?

Di bulan, Anda dapat melompat dengan aman dari atap gedung berlantai tiga. Ketinggian lompatan yang dilakukan dengan kecepatan awal yang sama bertambah enam kali lipat (rumus H = ay 2 /(2G)). Lompatan yang melebihi rekor bumi akan berada dalam kekuatan seorang anak kecil.

Dari buku Fisika: Mekanika Paradoks dalam Pertanyaan dan Jawaban pengarang Gulia Nurbey Vladimirovich

4. Gerakan dan kekuatan

Dari buku Buku Fakta Terbaru. Volume 3 [Fisika, kimia dan teknologi. Sejarah dan arkeologi. Aneka ragam] pengarang Kondrashov Anatoly Pavlovich

Dari buku Theory of the Universe penulis Eternus

Dari buku Menarik tentang astronomi pengarang Tomilin Anatoly Nikolaevich

9. Pergerakan Bulan Bulan berputar mengelilingi Bumi dengan jangka waktu 27 hari 7 jam 43 menit 11,5 detik. Periode ini disebut bulan sidereal atau sidereal. Bulan berputar mengelilingi porosnya sendiri dengan periode yang persis sama. Oleh karena itu, jelas bahwa kami terus-menerus disapa

Dari buku The Evolution of Physics pengarang Einstein Albert

Eter dan gerak Prinsip relativitas Galileo berlaku untuk fenomena mekanis. Dalam semua sistem inersia yang bergerak relatif satu sama lain, hukum mekanika yang sama berlaku. Apakah prinsip ini juga berlaku untuk fenomena non-mekanis, khususnya untuk

Dari buku Fisika di Setiap Langkah pengarang Perelman Yakov Isidorovich

Gerakan dalam lingkaran Buka payung, sandarkan dengan ujungnya di lantai, putar dan lempar ke dalam bola, kertas kusut, sapu tangan - secara umum, sesuatu yang ringan dan tidak rapuh. Sesuatu yang tidak terduga akan terjadi pada Anda. Payung itu sepertinya tidak mau menerima hadiah: bola atau gumpalan kertas.

Dari buku Gerakan. Panas pengarang Kitaygorodsky Alexander Isaakovich

Gerak relatif terhadap hukum inersia membawa kita pada kesimpulan tentang banyaknya sistem inersia. Bukan hanya satu, tetapi banyak kerangka acuan mengecualikan gerakan "tanpa sebab". Jika satu sistem seperti itu ditemukan, maka sistem lain akan segera ditemukan, bergerak maju (tanpa

Dari buku Systems of the World (dari zaman dahulu hingga Newton) pengarang Gurev Grigory Abramovich

Gerakan di sepanjang lingkaran Jika suatu titik bergerak di sepanjang lingkaran, maka gerakan dipercepat, jika hanya karena pada setiap saat kecepatan berubah arah. Besarnya, kecepatannya bisa tetap tidak berubah, dan kami akan fokus hanya pada itu

Dari buku 1. Ilmu alam modern, hukum mekanika pengarang Feynman Richard Phillips

Penggerak jet Manusia bergerak dengan mendorong dari tanah; perahu mengapung karena para pendayung mendorong air dengan dayungnya; kapal juga ditolak dari air, tetapi tidak dengan dayung, tetapi dengan baling-baling. Juga, kereta api yang berjalan di atas rel dan sebuah mobil terlempar dari tanah, -

Dari kitab Faraday. Induksi Elektromagnetik [Ilmu Tegangan Tinggi] pengarang Castillo Sergio Rarra

VI. Gerak benda kaku Momen gaya Coba putar flywheel yang berat dengan tangan. Tarik jarumnya. Akan sulit bagi Anda jika Anda memegang tangan Anda terlalu dekat dengan porosnya. Gerakkan tangan Anda ke pinggiran, dan semuanya akan menjadi lebih mudah. ​​Apa yang berubah? Bagaimanapun, kekuatan dalam kedua kasus

Dari buku penulis

Seperti apa gerak termal Interaksi antar molekul dapat menjadi lebih besar atau lebih kecil kepentingannya dalam "kehidupan" molekul Tiga keadaan materi - gas, cair dan padat - berbeda satu sama lain dalam peran yang dimainkan interaksi di dalamnya

Dari buku penulis

MENGUBAH LISTRIK MENJADI GERAK Faraday memperhatikan satu detail kecil dalam eksperimen Oersted yang tampaknya memegang kunci untuk memahami masalah tersebut.Dia menebak bahwa magnetisme arus listrik selalu membelokkan jarum kompas ke satu arah. Misalnya, jika

Tujuan Pelajaran:

Pendidikan:

Mengembangkan:

Vos bergizi

Jenis pelajaran : Pelajaran gabungan.

Lihat konten dokumen
Topik pelajaran: “Percepatan. Gerak lurus dengan percepatan tetap.

Disiapkan oleh - guru fisika MBOU "Sekolah Menengah No. 4" Pogrebnyak Marina Nikolaevna

Kelas -11

Pelajaran 5/4 Topik pelajaran: “Percepatan. Gerak lurus dengan percepatan tetap».

Tujuan Pelajaran:

Pendidikan: Untuk mengenalkan siswa dengan ciri-ciri gerak lurus beraturan dipercepat. Berikan konsep percepatan sebagai besaran fisik utama yang mencirikan gerak tidak seragam. Masukkan rumus untuk menentukan kecepatan sesaat tubuh setiap saat, hitung kecepatan sesaat tubuh setiap saat,

untuk meningkatkan kemampuan siswa dalam memecahkan masalah secara analitis dan grafis.

Mengembangkan: pengembangan pemikiran teoretis, kreatif di kalangan anak sekolah, pembentukan pemikiran operasional yang bertujuan untuk memilih solusi yang optimal

Vosbergizi : untuk menumbuhkan sikap sadar untuk belajar dan minat dalam studi fisika.

Jenis pelajaran : Pelajaran gabungan.

Demo:

1. Gerak bola dipercepat beraturan pada bidang miring.

2. Aplikasi multimedia "Dasar-dasar kinematika": fragmen "Gerakan yang dipercepat secara seragam".

Kemajuan.

1. Momen organisasi.

2. Pemeriksaan pengetahuan: Pekerjaan mandiri ("Gerakan." "Grafik gerak seragam bujursangkar") - 12 mnt.

3. Mempelajari materi baru.

Rencana untuk menyajikan materi baru:

1. Kecepatan sesaat.

2. Percepatan.

3. Kecepatan dalam gerak dipercepat lurus beraturan.

1. Kecepatan sesaat. Jika kecepatan benda berubah seiring waktu, untuk mendeskripsikan gerakan, Anda perlu mengetahui berapa kecepatan benda pada waktu tertentu (atau pada titik tertentu dalam lintasan). Kecepatan ini disebut kecepatan sesaat.

Anda juga dapat mengatakan bahwa kecepatan sesaat adalah kecepatan rata-rata dalam interval waktu yang sangat kecil. Saat mengemudi dengan kecepatan variabel, kecepatan rata-rata yang diukur pada interval waktu yang berbeda akan berbeda.

Namun, jika interval waktu yang lebih kecil dan lebih kecil diambil saat mengukur kecepatan rata-rata, nilai kecepatan rata-rata akan cenderung ke nilai tertentu. Ini adalah kecepatan sesaat pada waktu tertentu. Di masa depan, berbicara tentang kecepatan benda, yang kami maksud adalah kecepatan sesaatnya.

2. Percepatan. Dengan gerakan yang tidak rata, kecepatan sesaat tubuh adalah variabel; itu berbeda dalam modulus dan (atau) dalam arah pada momen waktu yang berbeda dan pada titik lintasan yang berbeda. Semua spedometer mobil dan sepeda motor hanya menampilkan modul kecepatan sesaat.

Jika kecepatan sesaat dari gerakan tidak seragam berubah secara tidak merata dalam interval waktu yang sama, maka sangat sulit untuk menghitungnya.

Gerakan kompleks yang tidak rata seperti itu tidak dipelajari di sekolah. Oleh karena itu, kami hanya akan mempertimbangkan gerakan tidak seragam yang paling sederhana - gerakan bujursangkar yang dipercepat secara seragam.

Gerak bujursangkar, di mana kecepatan sesaat berubah dengan cara yang sama untuk interval waktu yang sama, disebut gerak bujursangkar yang dipercepat secara seragam.

Jika kecepatan benda berubah saat bergerak, muncul pertanyaan: berapa "laju perubahan kecepatan"? Kuantitas ini, yang disebut percepatan, memainkan peran paling penting dalam semua mekanika: kita akan segera melihat bahwa percepatan benda ditentukan oleh gaya yang bekerja pada benda ini.

Percepatan adalah rasio perubahan kecepatan benda terhadap interval waktu selama perubahan ini terjadi.

Satuan percepatan dalam SI: m/s 2 .

Jika sebuah benda bergerak ke satu arah dengan percepatan 1 m/s 2 , kecepatannya berubah setiap detik sebesar 1 m/s.

Istilah "percepatan" digunakan dalam fisika untuk setiap perubahan kecepatan, termasuk ketika modulus kecepatan berkurang atau ketika modulus kecepatan tetap tidak berubah dan kecepatan hanya berubah dalam arah.

3. Kecepatan dalam gerak dipercepat lurus beraturan.

Ini mengikuti dari definisi percepatan bahwa v = v 0 + at.

Jika kita mengarahkan sumbu x di sepanjang garis lurus yang dilalui benda, maka dalam proyeksi ke sumbu x kita mendapatkan v x \u003d v 0 x + a x t.

Jadi, dalam gerak lurus yang dipercepat secara seragam, proyeksi kecepatan secara linier bergantung pada waktu. Artinya grafik v x (t) merupakan ruas garis lurus.

Rumus gerakan:

Bagan kecepatan mobil yang dipercepat:

Memperlambat grafik kecepatan mobil

4. Konsolidasi materi baru.

Berapa kecepatan sesaat batu yang dilemparkan vertikal ke atas di puncak lintasan?

Kecepatan apa - rata-rata atau sesaat - yang kita bicarakan dalam kasus berikut:

a) kereta api melakukan perjalanan antar stasiun dengan kecepatan 70 km/jam;

b) kecepatan palu saat tumbukan adalah 5 m/s;

c) speedometer pada lokomotif listrik menunjukkan 60 km/jam;

d) peluru terbang keluar dari senapan dengan kecepatan 600 m/s.

TUGAS YANG DIPECAHKAN DALAM PELAJARAN

Sumbu OX diarahkan sepanjang lintasan gerak bujursangkar tubuh. Apa yang dapat Anda katakan tentang gerakan di mana: a) v x 0, dan x 0; b) v x 0, a x v x x 0;

d) v x x v x x = 0?

1. Pemain hoki dengan ringan memukul keping dengan tongkat, memberikan kecepatan 2 m / s. Berapakah kelajuan keping 4 s setelah tumbukan, jika akibat gesekan terhadap es, keping bergerak dengan percepatan 0,25 m / s 2?

2. Kereta api, 10 detik setelah mulai bergerak, memperoleh kecepatan 0,6 m/s. Berapa lama waktu yang dibutuhkan kereta api untuk mencapai kecepatan 3 m/s?

5. PEKERJAAN RUMAH: §5,6, mis. 5 No. 2, eks. 6 #2.

Dipercepat secara seragam adalah gerakan dengan percepatan konstan. Contoh paling sederhana dari gerak tersebut adalah benda jatuh bebas, yang dipelajari oleh Galileo Galilei. Dalam hal ini, kecepatan gerakan tidak tetap konstan: dalam kasus umum, kecepatan berubah baik dalam nilai absolut maupun arah. Deskripsi gerak ini jauh lebih rumit daripada gerak lurus beraturan. Tindakan dengan angka di sini diganti dengan tindakan dengan vektor, karena vektor berisi informasi tentang arah besaran yang menjadi ciri gerakan (tentang kecepatan, percepatan, perpindahan).
Akselerasi selama gerakan yang dipercepat secara seragam menunjukkan seberapa besar kecepatan tubuh berubah untuk setiap detik gerakan:

Dimana V 0 adalah kecepatan awal benda, dan V adalah kecepatan benda yang sama setelah beberapa waktu t.
Percepatan menunjukkan perubahan kecepatan per satuan waktu.
Ini mengikuti dari definisi percepatan bahwa kecepatan sesaat suatu benda selama gerak yang dipercepat secara seragam berubah dari waktu ke waktu menurut hukum linier:

(2)

Rumus ini memungkinkan Anda menghitung kecepatannya kapan saja t dari kecepatan awal dan percepatan benda. Sedangkan tugas utama mekanika adalah menentukan di mana benda itu berada setelah waktu tertentu. Untuk mengatasinya, Anda perlu mengetahui gerakan yang dilakukan tubuh selama ini. Perpindahan dapat ditemukan dengan mengalikan kecepatan rata-rata dengan waktu tempuh:

s=v cp t

Dengan gerakan yang dipercepat secara seragam, kecepatan rata-rata sama dengan setengah jumlah kecepatan awal dan akhir gerakan:

Itu sebabnya:

Mengganti ekspresi (2) di sini, kami memperoleh:

s=v 0 t +at 2 /2(3)

Persamaan inilah yang merupakan generalisasi dari rumus: s=vt untuk kasus gerak dengan percepatan konstan.
Persamaan (1),(2),(3) adalah vektor. Tindakan dengan vektor berbeda dengan tindakan dengan angka, jadi tidak ada nilai numerik perpindahan, kecepatan, dan percepatan yang dapat disubstitusi ke dalam persamaan tersebut. Sedangkan perhitungan apapun membutuhkan operasi dengan angka. Untuk memungkinkan hal ini, perlu untuk berpindah dari cara vektor menggambarkan gerakan ke koordinat. Untuk deskripsi koordinat gerak, proyeksi ke sumbu koordinat digunakan sebagai pengganti vektor. Karena vektor apa pun dicirikan oleh tiga proyeksi pada sumbu X, Y, dan Z, oleh karena itu, setiap persamaan vektor dalam kasus umum akan sesuai dengan tiga persamaan dalam bentuk koordinat. Untuk gerak bidang (dua dimensi) hanya ada dua persamaan seperti itu. Jika gerakannya bujursangkar, maka satu persamaan dalam proyeksi ke sumbu X sudah cukup untuk menggambarkannya (asalkan sumbu ini diarahkan sejajar dengan vektor kecepatan partikel). Maka persamaan (2) dan (3) misalnya, dapat ditulis sebagai berikut:

v x = v 0x + a x t

s x \u003d v 0x t + a x t 2 /2 (4)

Dengan deskripsi koordinat gerakan, koordinat tubuh akan sama dengan:

x=x 0 +v 0x t+a x t 2 /2(5)

Sebagai kesimpulan, kami ingin menyampaikan kepada Anda lembar contekan: