F 20-014

Soal dan tugas untuk ujian dan ulangan

Disetujui

Risalah rapat departemen

____ tanggal _______________

Pertanyaan untuk ujian

dengan disiplin _________________ Fisika ________________

__1 __kursus, spesialisasi 1-43 01 07 Operasi teknis peralatan listrik

organisasi

______hari _____bentuk pembelajaran

1. Mata pelajaran fisika. Metode penelitian fisik Kata kunci: pengalaman, hipotesis, eksperimen, teori. Peran fisika dalam perkembangan teknologi dan pengaruh teknologi terhadap perkembangan fisika. Hubungan fisika dengan ilmu-ilmu lain.
2. gerakan mekanis sebagai bentuk paling sederhana gerakan materi. Gagasan tentang sifat-sifat ruang dan waktu yang mendasari mekanika klasik (Newtonian). Batas penerapan mekanika klasik.
3. Elemen kinematika dari titik material. Kecepatan dan percepatan suatu titik sebagai turunan dari vektor radius terhadap waktu. biasa dan percepatan tangensial. Jari-jari kelengkungan jalan.
4. Sistem referensi inersia. Dinamika titik material dan gerak translasi tubuh yang kokoh.
5. Hukum dinamika titik material dan sistem titik material. Kekuatan eksternal dan internal.
6. Pusat massa (pusat inersia) sistem mekanik dan hukum geraknya.
7. Detak. Hukum kekekalan momentum.
8. Energi sebagai ukuran universal berbagai bentuk gerakan dan interaksi. Energi kinetik sistem mekanik dan hubungannya dengan kerja eksternal dan kekuatan internal melekat pada sistem.
9. Ubah teorema energi kinetik. Kerja kekuatan variabel. Kekuatan.
10. Medan sebagai wujud materi, melakukan interaksi gaya antar partikel materi. Konsep gradien fungsi skalar koordinat. Bidang kekuatan pusat.
11. Energi potensial suatu titik material dalam medan gaya eksternal dan hubungannya dengan gaya yang bekerja pada poin materi. Energi potensial sistem
12. Hukum kekekalan energi mekanik. Disipasi energi. Penerapan hukum kekekalan pada tumbukan benda elastik dan benda tak lenting. Energi deformasi.
13. Transformasi Galilea. Prinsip mekanis relativitas. Postulat teori khusus relativitas.
14. transformasi Lorentz. Konsep simultanitas. Relativitas panjang dan interval waktu.
15. Interval antara peristiwa dan invariansnya sehubungan dengan pilihan sistem inersia referensi sebagai manifestasi dari hubungan antara ruang dan waktu.
16. Hukum relativistik penambahan kecepatan. momentum relativistik. Hukum dasar dinamika relativistik suatu titik material.
17. Ekspresi relativistik untuk energi kinetik. Hubungan massa dan energi. Hubungan antara energi total dan momentum partikel.
18. Unsur kinematika gerakan berputar. Kecepatan sudut dan percepatan sudut, hubungannya dengan kecepatan linier dan percepatan titik-titik benda yang berputar.
19. Momen gaya terhadap sumbu. Momentum sudut benda relatif terhadap poros tetap rotasi. Momen inersia benda terhadap sumbu. teorema Huygens-Steiner.
20. Persamaan dinamika gerak rotasi benda tegar relatif terhadap sumbu tetap. Energi kinetik benda yang berputar.
21. Hukum kekekalan momentum sudut gerak rotasi benda tegar dan hubungannya dengan isotropi ruang.
22. Sistem referensi non-inersia. Kekuatan inersia.
23. Harmonis getaran mekanis. Karakteristik kinematik getaran harmonik. Energi getaran harmonik.
24. persamaan diferensial getaran harmonik. Musim semi, pendulum fisik dan matematika.
25. Penambahan osilasi harmonik satu arah dan frekuensi yang sama. ketukan. Penambahan getaran yang saling tegak lurus.
26. persamaan diferensial getaran teredam dan keputusannya. persamaan diferensial getaran paksa dan keputusannya.
27. Amplitudo dan fase osilasi paksa. Konsep resonansi.

Sifat zat cair dan gas. Persamaan gerak fluida. Cairan ideal dan kental. Hidrostatika fluida tak termampatkan.

Gerakan stasioner cairan ideal. persamaan Bernoulli.

1. Hidrodinamika fluida kental. Koefisien viskositas. rumus Poiseuille. rumus Stoke.
2. Ketidakstabilan hidrodinamik. Pergolakan.
3. Ketegangan elastis. hukum Hooke. Modulus Young. Deformasi tarik dan tekan.
4. Metode penelitian statistik dan termodinamika. Parameter termodinamika. keadaan keseimbangan dan proses.
5. eksperimental hukum gas. persamaan Mendeleev-Clapeyron. Gas ideal.
6. Persamaan dasar teori kinetika molekuler gas ideal.
7. Energi kinetik rata-rata molekul. Interpretasi kinetik-molekul suhu termodinamika.
8. Jumlah derajat kebebasan molekul. Hukum distribusi seragam energi dalam hal derajat kebebasan molekul.
9. Hukum Maxwell untuk distribusi molekul gas ideal menurut kecepatan dan energi gerak termal.
10. rumus barometrik. Hukum Boltzmann untuk distribusi partikel dalam medan potensial eksternal.
11. Jumlah rata-rata tumbukan dan panjang rata-rata jalur bebas molekul.
12. Hukum difusi, konduksi panas dan friksi internal. Teori kinetik-molekul dari fenomena ini.
13. Energi dalam gas ideal. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volumenya berubah. Kuantitas panas.
14. Hukum pertama termodinamika. Penerapan hukum pertama termodinamika untuk isoproses dan proses adiabatik dari gas ideal.
15. Kapasitas panas. Ketergantungan kapasitas panas gas ideal pada jenis proses. Teori kinetik-molekul klasik kapasitas panas gas ideal dan keterbatasannya.
16. Proses melingkar (siklus). Proses reversibel dan ireversibel. Mesin panas dan mesin pendingin.
17. Siklus Carnot dan efisiensinya untuk gas ideal.
18. Hukum kedua termodinamika. Independensi efisiensi siklus Carnot pada sifat fluida kerja.
19. Entropi gas ideal. Interpretasi statistik dari hukum kedua termodinamika.
20. Penyimpangan dari hukum gas ideal. gas nyata. Gaya dan energi potensial interaksi antarmolekul. Diameter molekul efektif.
21. persamaan Van der Waals. Perbandingan isoterm van der Waals dengan isoterm eksperimental.
22. Situasi kritis. Energi internal gas nyata.
23. Transisi fase jenis I dan II. Fitur cairan dan keadaan padat zat.

Pertimbangkan aliran stasioner dari fluida ideal di beberapa medan gaya potensial, misalnya, di medan gravitasi. Mari kita terapkan hukum kekekalan energi pada aliran ini. Mari kita pilih tabung aliran yang sangat sempit dalam cairan dan pertimbangkan bagian cairan yang menempati volume MNDC. Biarkan bagian ini bergerak ke posisi yang sangat dekat (Gbr. 6.2). Dengan perpindahan kecil, perbedaan luas penampang dapat diabaikan M N dan , CD dan .

Mari kita hitung kerja TETAPI dilakukan oleh gaya tekan. Gaya tekanan yang bekerja pada permukaan sisi tabung arus yang tegak lurus terhadap perpindahan tidak bekerja. Saat memindahkan perbatasan M N pekerjaan dilakukan oleh gaya tekanan, di mana adalah jumlah perpindahan. Pekerjaan ini dapat direpresentasikan sebagai atau , Dimana massa cairan dalam volume , . Saat memindahkan perbatasan CD pada posisinya, fluida bekerja melawan gaya tekanan. Berdebat sama, kita menemukan , Dimana massa cairan dalam volume .

20. Hidrodinamika fluida kental, koefisien viskositas. Aliran pipa. rumus Poiselle. Hukum kesamaan. rumus Stoke. Pergolakan.\

Dalam hidrostatika, cairan direduksi menjadi kompresi independen dari orientasi situs. Dalam dinamika, gesekan internal lapisan fluida yang bergerak satu sama lain, garis singgung muncul. Garis singgung dihasilkan oleh viskositas fluida. Dapat diasumsikan bahwa viskositas cairan juga mempengaruhi nilai normal. Dari posisi matematika, perlu untuk menetapkan jenis ketergantungan fungsional untuk, mis. membentuk model fluida kental. Model yang diadopsi dari cairan kental memenuhi hipotesis berikut: linearitas, homogenitas, dan isotropi. Koefisien viskositas suatu fluida adalah satuan yang berhubungan dengan kemampuannya menahan gaya geser. Zat dengan indeks viskositas tinggi membutuhkan gaya geser yang lebih besar untuk menggeser cairan daripada zat dengan indeks viskositas lebih rendah. Viskositas bukanlah sifat cairan yang konstan dan tetap. Karakteristik ini, yang bervariasi tergantung pada kepadatan cairan dan suhu. Viskositas dinamis cairan berkurang dengan meningkatnya suhu dan meningkat dengan meningkatnya tekanan.

Ketika fluida bergerak dalam pipa bundar, kecepatannya nol pada dinding pipa dan maksimum pada sumbu pipa. Dengan asumsi aliran menjadi laminar, kita menemukan hukum perubahan kecepatan dengan jarak r dari sumbu pipa.

rumus Poiseuille

Kesamaan hidrodinamik terdiri dari tiga komponen yaitu kesamaan geometrik, kinematika dan dinamis.

Kesamaan geometris, seperti yang diketahui dari geometri, adalah proporsionalitas ukuran yang sama dan kesetaraan sudut-sudut yang bersesuaian. Kesamaan geometrik dipahami sebagai kesamaan permukaan yang membatasi aliran, yaitu kesamaan saluran (atau saluran).

Kesamaan kinematik berarti proporsionalitas kecepatan lokal pada titik yang sama dan persamaan sudut yang mencirikan arah kecepatan ini

Gaya yang berbeda biasanya bekerja dalam aliran fluida: gaya tekanan, viskositas (gesekan), gravitasi, dll. Mengamati proporsionalitas mereka berarti kesamaan hidrodinamika lengkap. Implementasi dalam praktik kesamaan hidrodinamika lengkap ternyata sangat sulit, oleh karena itu, mereka biasanya berurusan dengan kesamaan parsial (tidak lengkap), di mana proporsionalitas hanya gaya utama yang diamati.

rumus stokes

Biasanya, turbulensi terjadi ketika beberapa parameter kritis terlampaui, seperti bilangan Reynolds atau Rayleigh (dalam kasus tertentu kecepatan aliran pada kerapatan konstan dan diameter pipa dan/atau suhu pada batas luar medium).

Di bawah parameter tertentu, turbulensi diamati dalam aliran cairan dan gas, aliran multifase, kristal cair, cairan Bose dan Fermi kuantum, cairan magnetik, plasma, dan media kontinu apa pun (misalnya, di pasir, bumi, logam). Turbulensi juga diamati pada ledakan bintang, helium superfluida, bintang neutron, di paru-paru seseorang, pergerakan darah di jantung, selama pembakaran yang bergejolak (disebut getaran).

Turbulensi terjadi secara spontan ketika daerah yang berdekatan dari medium mengikuti atau menembus satu sama lain, dengan adanya perbedaan tekanan atau dengan adanya gravitasi, atau ketika daerah aliran medium di sekitar permukaan kedap air. Itu bisa muncul dengan adanya kekuatan acak yang memaksa. Biasanya, gaya acak eksternal dan gaya gravitasi bekerja secara bersamaan. Misalnya, selama gempa bumi atau embusan angin, longsoran salju jatuh dari gunung, di mana aliran salju bergolak. Parameter aliran sesaat (kecepatan, suhu, tekanan, konsentrasi pengotor) berfluktuasi secara acak di sekitar nilai rata-rata. Ketergantungan amplitudo kuadrat pada frekuensi osilasi (atau spektrum Fourier) adalah fungsi kontinu.

Pertimbangkan aliran stasioner dari fluida ideal di beberapa medan gaya potensial, misalnya, di medan gravitasi. Mari kita terapkan hukum kekekalan energi pada aliran ini. Mari kita pilih tabung aliran yang sangat sempit dalam cairan dan pertimbangkan bagian cairan yang menempati volume MNDC. Biarkan bagian ini bergerak ke posisi yang sangat dekat (Gbr. 6.2). Dengan perpindahan kecil, perbedaan luas penampang dapat diabaikan M N dan , CD dan .

Mari kita hitung kerja TETAPI dilakukan oleh gaya tekan. Gaya tekanan yang bekerja pada permukaan samping tabung saat ini tegak lurus terhadap perpindahan, mereka tidak melakukan pekerjaan. Saat memindahkan perbatasan M N pekerjaan dilakukan oleh gaya tekanan, di mana adalah jumlah perpindahan. Pekerjaan ini dapat direpresentasikan sebagai atau , Dimana massa cairan dalam volume , . Saat memindahkan perbatasan CD pada posisinya, fluida bekerja melawan gaya tekanan. Berdebat sama, kita menemukan , Dimana massa cairan dalam volume .

Jika gerakannya diam, maka massa cairan dalam volume tidak akan berubah, dan oleh karena itu dari hukum kekekalan massa kita peroleh . Maka untuk usaha yang dilakukan oleh tekanan luar, kita peroleh:

.

Pekerjaan ini harus sama dengan peningkatan energi total dari bagian cairan yang dialokasikan. Karena stasioneritas aliran, energi cairan dalam volume tidak berubah. Oleh karena itu, kenaikan energi total sama dengan perbedaan antara energi massa cair dalam volume dan . Dilambangkan dengan energi per satuan massa cairan, maka . Menyamakan nilai ini untuk bekerja TETAPI dan dikurangi dengan , kita mendapatkan:

.

Oleh karena itu, sepanjang garis arus yang sama dalam aliran stasioner dari fluida ideal, nilainya tetap konstan:

.

Rasio ini disebut persamaan Bernoulli. Ini pertama kali diterbitkan pada tahun 1738.

Daniel Bernoulli, 1700-1782

Daniel Bernoulli adalah salah satu yang paling fisikawan luar biasa dan matematikawan pada masanya. Dari tahun 1725 hingga 1733 ia bekerja di St. Petersburg. Mengawasi pekerjaan Departemen Matematika Murni. Anggota Berlin, Paris, St. Petersburg dan akademi ilmu pengetahuan lainnya, anggota London Royal Society. Daniel Bernoulli adalah salah satu perwakilan dari dinasti turun-temurun para jenius ilmiah dari Swiss. Ayah Daniil, Johann Bernoulli, adalah seorang profesor matematika terkemuka di Universitas Groningen.

Buku Daniel "Hidrodinamika" (Hydrodynamica) diterbitkan pada tahun 1738, hampir bersamaan dengan buku Johann Bernoulli "Hidraulik" (Hydraulica).

Energi adalah jumlah energi kinetik suatu satuan massa zat cair dan energi potensial gh di bidang gravitasi. Dalam hal ini, persamaan Bernoulli mengambil bentuk:

Biarkan cairan mengalir melalui pipa horizontal. Maka persamaan Bernoulli akan berbentuk:

(6.2)

Dari ekspresi (6.2) berikut bahwa di daerah tabung dengan lebih cepat tekanan aliran fluida lebih kecil. Menurut persamaan kontinuitas jet (6.1), laju aliran fluida lebih besar di tempat-tempat dengan bagian pipa yang lebih kecil, oleh karena itu, tekanan berkurang saat bergerak ke bagian yang lebih sempit. Penurunan tekanan yang dihasilkan menyebabkan fluida bergerak sepanjang pipa dengan percepatan.

Contoh

FORMULA TORRICELLI

Mari kita terapkan persamaan Bernoulli pada aliran keluar cairan dari lubang kecil di bejana lebar. Pilih tabung saat ini (Gbr. 6.3). Di setiap bagian, kecepatan dan ketinggian di atas beberapa garis dasar dapat dianggap konstan. Tekanan di kedua bagian sama dengan atmosfer. Kecepatan pergerakan permukaan terbuka jauh lebih kecil daripada kecepatan aliran keluar cairan dari lubang, jadi kita bisa mengatakannya nol. Kemudian

.

Oleh karena itu , dimana . Rumus ini disebut rumus Torricelli dan menentukan laju aliran keluar fluida dari sebuah lubang. Itu diperoleh untuk cairan yang ideal.

Ini mengikuti dari rumus Torricelli bahwa laju aliran fluida dari sebuah lubang adalah sama untuk semua fluida dan hanya bergantung pada ketinggian dari mana fluida telah turun. Dia ternyata kecepatan yang sama jatuh bebas tubuh dari ketinggian yang sama. Untuk cairan nyata, kecepatannya akan lebih kecil, itu tergantung pada bentuk, ukuran lubang dan pada viskositas cairan