Atbildes plāns
1. Ķermeņu mijiedarbība.
2. Mijiedarbības veidi.
4. Spēki mehānikā.
Vienkārši novērojumi un eksperimenti, piemēram, ar ratiem (1. att.), rada šādu kvalitatīvu
secinājumi: a) ķermenis, uz kuru citi ķermeņi neiedarbojas, saglabā savu ātrumu nemainīgu; b) ķermeņa paātrinājums notiek citu ķermeņu ietekmē, bet ir atkarīgs arī no paša ķermeņa;
c) ķermeņu darbībai vienam uz otru vienmēr ir mijiedarbības raksturs.
Šos secinājumus apstiprina, novērojot parādības dabā, tehnoloģijā un kosmosā tikai inerciālās atskaites sistēmās.
Mijiedarbība atšķiras viena no otras gan kvantitatīvi, gan kvalitatīvi.
Piemēram, ir skaidrs, ka jo vairāk atspere tiek deformēta, jo lielāka ir tās spoļu mijiedarbība. Vai arī, jo tuvāk ir divi līdzīgi lādiņi, jo spēcīgāki tie piesaistīs.
Vienkāršākajos mijiedarbības gadījumos kvantitatīvā īpašība ir spēks.
Spēks- iemesls ķermeņu paātrinājumam attiecībā pret inerciālo atskaites sistēmu vai to deformāciju.
Spēks ir vektora fiziskais lielums, kas ir paātrinājuma mērs, ko ķermeņi iegūst mijiedarbības laikā.
Spēku raksturo: a) modulis; b) piemērošanas vieta; c) virziens.
Spēka mērvienība ir ņūtons.
1 ņūtons ir spēks, kas piešķir ķermenim, kas sver 1 kg, šī spēka darbības virzienā 1 m/s paātrinājumu, ja citi ķermeņi uz to neiedarbojas.
Rezultāts vairāki spēki ir spēks, kura darbība ir līdzvērtīga to spēku darbībai, kurus tas aizstāj. Rezultants ir visu ķermenim pielikto spēku vektoru summa.
R g = F g 1 + F g 2 + ... + F g n.
Pamatojoties uz eksperimentāliem datiem, tika formulēti Ņūtona likumi.
Ņūtona otrais likums. Paātrinājums, ar kādu ķermenis kustas, ir tieši proporcionāls visu uz ķermeni iedarbojošo spēku rezultantam, apgriezti proporcionāls tā masai un vērsts tāpat kā rezultējošais spēks:
a → = F → /t.
Lai atrisinātu problēmas, likums bieži tiek rakstīts šādā formā: F → =m a → .
Biļete Nr.13 Ķermeņa impulss. Impulsa saglabāšanas likums.
Atbildes plāns
1. Ķermeņa impulss.
2. Impulsu nezūdamības likums.
3. Reaktīvā piedziņa.
Atpūta un kustība ir relatīvas, ķermeņa ātrums ir atkarīgs no atskaites sistēmas izvēles; saskaņā ar otro Ņūtona likumu, neatkarīgi no tā, vai ķermenis atradās miera stāvoklī vai kustējās, tā kustības ātruma izmaiņas var notikt tikai spēka iedarbībā, t.i., mijiedarbības ar citiem ķermeņiem rezultātā. Ir daudzumi, kurus var saglabāt, kad ķermeņi mijiedarbojas. Šie daudzumi ir enerģiju Un pulss .
Ķermeņa impulss sauc par vektora fizisko lielumu, kas ir ķermeņu translācijas kustības kvantitatīvs raksturlielums. Impulss ir norādīts r → .
Impulsu vienība r →- kg m/s.
Ķermeņa impulss ir vienāds ar ķermeņa masas un tā ātruma reizinājumu : p → = t υ → .
Impulsa vektora virziens r → sakrīt ar ķermeņa ātruma vektora virzienu υ → (1. att.).
 |
Ķermeņu impulss pakļaujas saglabāšanas likumam, kas ir spēkā tikai slēgtām fiziskām sistēmām.
Mehānikā slēgts sauc par sistēmu, kuru neietekmē ārējie spēki vai šo spēku darbība tiek kompensēta.
Šajā gadījumā р → 1 = р → 2, Kur p → 1 ir sistēmas sākotnējais impulss, un p → 2- fināls.
Ja sistēmā ir iekļauti divi ķermeņi, šai izteiksmei ir forma t 1 υ → 1 + t 2 υ → 2 = m 1 υ → 1 " + m 2 υ → 2 ", Kur t 1 Un t 2- ķermeņu masas un υ → 1 un υ → 2 - ātrums pirms mijiedarbības, υ → 1" Un υ → 2"- ātrums pēc mijiedarbības.
Šī impulsa saglabāšanas likuma formula ir: slēgtas fiziskās sistēmas impulss tiek saglabāts jebkurā mijiedarbībā, kas notiek šajā sistēmā.
. Atvērtas sistēmas gadījumā sistēmas ķermeņu impulss netiek saglabāts.
Taču, ja sistēmā ir virziens, kurā ārējie spēki nedarbojas vai to darbība tiek kompensēta, tad impulsa projekcija šajā virzienā tiek saglabāta.
Ja mijiedarbības laiks ir īss (šāviens, sprādziens, trieciens), tad šajā laikā pat atvērtas sistēmas gadījumā ārējie spēki nedaudz maina mijiedarbojošo ķermeņu impulsus.
Eksperimentālie pētījumi par dažādu ķermeņu mijiedarbību - no planētām un zvaigznēm līdz atomiem un elementārdaļiņām - ir parādījuši, ka jebkurā mijiedarbībā esošo ķermeņu sistēmā, ja nav citu sistēmā neiekļautu ķermeņu darbības, vai arī iedarbojošie spēki ir vienādi ar nulli, ķermeņu momentu ģeometriskā summa tiešām paliek nemainīga .
Mehānikā impulsa saglabāšanas likums un Ņūtona likumi ir savstarpēji saistīti.
Ja ķermenis sver T uz laiku t iedarbojas spēks un tā kustības ātrums mainās no υ → 0 uz υ → , tad kustības paātrinājums a →ķermenis ir vienāds a → =(υ → - υ → 0)/ t.
Pamatojoties uz Ņūtona otro likumu
spēkam F → var pierakstīt F → = ta → = m(υ → - υ → 0) / t, tas nozīmē
F → t = mυ → - mυ → 0.
F → t- sauc vektora fizisko lielumu, kas raksturo spēka iedarbību uz ķermeni noteiktā laika periodā spēka impulss. Impulsa SI mērvienība ir 1H s.
Reaktīvās piedziņas pamatā ir impulsa saglabāšanas likums.
Reaktīvā piedziņa- ŠisŠī ir ķermeņa kustība, kas notiek pēc tā daļas atdalīšanas no ķermeņa.
Piemērs: masas ķermenis T atpūtušies. Kāda ķermeņa daļa ir atdalīta t 1 ar ātrumu υ → 1 . Tad atlikušā daļa pārvietosies pretējā virzienā ar ātrumu υ → 2, atlikušās daļas masa t 2. Patiešām, abu ķermeņa daļu impulsu summa pirms atdalīšanas bija vienāda ar nulli un pēc atdalīšanas būs vienāda ar nulli:
t 1 υ → 1 + m 2 υ → 2 =0, tātad υ → 1 = -m 2 υ → 2 / m 1 .
K. E. Ciolkovskis izstrādāja mainīgas masas ķermeņa (raķetes) lidojuma teoriju vienmērīgā gravitācijas laukā un aprēķināja smaguma spēka pārvarēšanai nepieciešamās degvielas rezerves.
Ciolkovska tehniskās idejas tiek izmantotas mūsdienu raķešu un kosmosa tehnoloģiju izveidē. Hidroreaktīvā dzinēja pamatā ir kustība, izmantojot reaktīvo strūklu saskaņā ar impulsa saglabāšanas likumu. Arī daudzu jūras molusku (astoņkāju, medūzu, kalmāru, sēpiju) kustība balstās uz reaktīvo principu.
Biļetes numurs 17
Universālās gravitācijas likums. Gravitācija. Ķermeņa masa. Bezsvara stāvoklis.
Atbildes plāns
1. Gravitācijas spēki.
2. Universālās gravitācijas likums.
3. Gravitācijas konstantes fiziskā nozīme.
4. Gravitācija.
5. Ķermeņa svars, pārslodze.
6. Bezsvara stāvoklis.
Īzaks Ņūtons ierosināja, ka starp jebkuriem ķermeņiem dabā pastāv savstarpējas pievilkšanās spēki.
Šos spēkus sauc gravitācijas spēki, vai universālās gravitācijas spēki. Universālās gravitācijas spēks izpaužas Kosmosā, Saules sistēmā un uz Zemes. Ņūtons atvasināja formulu:
t 1 t 2
F=G----, Kur G- proporcionalitātes koeficients, saukts gravitācijas
R 2
Pastāvīgi.
Universālās gravitācijas likums: starp jebkuriem materiāliem punktiem ir savstarpējas pievilkšanās spēks, kas ir tieši proporcionāls to masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem, kas darbojas pa līniju, kas savieno šos punktus.
Gravitācijas konstantes fiziskā nozīme izriet no universālās gravitācijas likuma.
Ja t 1 = t 2 = 1 kg, R= 1 m, tad G = F, i., gravitācijas konstante ir vienāda ar spēku, ar kādu tiek piesaistīti divi ķermeņi, kuru svars ir 1 kg 1 m attālumā. Skaitliskā vērtība: G= 6,67 10 -11 N m 2 / kg 2. Universālās gravitācijas spēki darbojas starp jebkuriem ķermeņiem dabā, bet tie kļūst pamanāmi pie lielām masām. Universālās gravitācijas likums ir izpildīts tikai materiālajiem punktiem un bumbiņām (šajā gadījumā par attālumu tiek ņemts attālums starp lodīšu centriem).
Īpašs universālā gravitācijas spēka veids ir ķermeņu pievilkšanās spēks pret Zemi (vai citu planētu). Šo spēku sauc smagums.
Šī spēka ietekmē visi ķermeņi iegūst gravitācijas paātrinājumu. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu g = F T/m, tātad, F T = tg.
Smaguma spēks vienmēr ir vērsts uz Zemes centru.
Uz Zemes virsmas gravitācijas paātrinājums ir 9,831 m/s 2 .
Ķermeņa masa sauc par spēku, ar kādu ķermenis nospiež uz balsta vai balstiekārtu planētas gravitācijas pievilkšanās rezultātā (1. att.).
Ir norādīts ķermeņa svars p → . Svara mērvienība ir 1 N. Tā kā svars ir vienāds ar spēku, ar kādu ķermenis iedarbojas uz balstu, tad saskaņā ar Ņūtona trešo likumu lielākais ķermeņa svars ir vienāds ar atbalsta reakcijas spēku. Tāpēc, lai atrastu ķermeņa svaru, ir jāatrod, ar ko ir vienāds atbalsta reakcijas spēks.
 |
Rīsi. 1 att. 2
Apskatīsim gadījumu, kad ķermenis un balsts nekustas. Šajā gadījumā zemes reakcijas spēks un ķermeņa svars ir vienādi ar gravitācijas spēku (2. att.):
P → = N → = tg → .
Ja ķermenis pārvietojas vertikāli uz augšu kopā ar atbalstu ar paātrinājumu, saskaņā ar otro Ņūtona likumu mēs varam rakstīt tg → + N → = ta →(3. att. A).
Projekcijā uz asi OH:
-тg + N = ta, no šejienes
N= t(g + a).
Virzoties vertikāli uz augšu ar paātrinājumu, ķermeņa svars palielinās un tiek atrasts pēc formulas R= t(g + a).
Tiek saukts ķermeņa masas pieaugums, ko izraisa atbalsta vai balstiekārtas paātrināta kustība pārslodze.
Pārslodzes sekas izjūt astronauti un automašīnu vadītāji pēkšņas bremzēšanas laikā.
 |
Ja ķermenis virzās uz leju vertikāli,
tg → + N → = ta → ; tg - N = ta; N = m(g - a); P = m(g - a),
tas ir, svars, pārvietojoties vertikāli ar paātrinājumu, būs mazāks par gravitācijas spēku (3. att., b).
Ja ķermenis brīvi krīt, šajā gadījumā P = (g – g)m = 0
Tiek saukts ķermeņa stāvoklis, kurā tā svars ir nulle bezsvara stāvoklis. Bezsvara stāvoklis tiek novērots lidmašīnā vai kosmosa kuģī, pārvietojoties ar brīvā kritiena paātrinājumu, neatkarīgi no to kustības virziena un ātruma vērtības.
Biļete Nr. 24 Enerģijas pārvēršana mehānisko vibrāciju laikā. Brīvās un piespiedu vibrācijas. Rezonanse.
Atbildes plāns
1. Svārstību kustības definīcija.
2. Brīvās vibrācijas.
3. Enerģijas pārvērtības.
4. Piespiedu vibrācijas. Mehāniskās vibrācijas
ir ķermeņa kustības, kas atkārtojas precīzi vai aptuveni vienādos laika intervālos. Mehānisko vibrāciju galvenie raksturlielumi ir: pārvietojums, amplitūda, frekvence, periods. Ofseta ir novirze no līdzsvara stāvokļa. Amplitūda- maksimālās novirzes no līdzsvara stāvokļa modulis. Biežums- pilno svārstību skaits, kas veiktas laika vienībā. Periods- vienas pilnīgas svārstības laiks, t.i., minimālais laika periods, pēc kura process tiek atkārtots. Periods un biežums ir saistīti ar attiecību: ν = 1 /T.
Vienkāršākais svārstīgo kustību veids ir harmoniskas vibrācijas, kurā oscilējošais lielums laika gaitā mainās atbilstoši sinusa vai kosinusa likumam (1. att. ).
Bezmaksas tiek sauktas par svārstībām, kas rodas sākotnēji piešķirtās enerģijas dēļ, kam seko ārējas ietekmes neesamība uz sistēmu, kas veic svārstības. Piemēram, vītnes slodzes vibrācijas (2. att.).
 |
Rīsi. 1 att. 2
Aplūkosim enerģijas pārveidošanas procesu, izmantojot vītnes slodzes svārstību piemēru (skat. 2. att.).
Kad svārsts novirzās no līdzsvara stāvokļa, tas paceļas augstumā h attiecībā pret nulles līmeni, tāpēc punktā A svārstam ir potenciālā enerģija tgh Virzoties uz līdzsvara stāvokli, uz punktu 0, augstums samazinās līdz nullei, un slodzes ātrums palielinās, un punktā 0 visa potenciālā enerģija tgh pārvēršas kinētiskā enerģijā tυ 2 /2. Līdzsvara stāvoklī kinētiskā enerģija ir maksimālā un potenciālā enerģija ir minimālā. Izejot līdzsvara stāvokli, kinētiskā enerģija tiek pārvērsta potenciālajā enerģijā, svārsta ātrums samazinās un pie maksimālās novirzes no līdzsvara stāvokļa kļūst vienāds ar nulli. Ar svārstību kustību vienmēr notiek periodiskas tās kinētiskās un potenciālās enerģijas pārvērtības.
Ar brīvām mehāniskām vibrācijām neizbēgami rodas enerģijas zudumi, lai pārvarētu pretestības spēkus. Ja svārstības notiek periodiska ārējā spēka ietekmē, tad šādas svārstības sauc piespiedu kārtā. Piemēram, vecāki šūpo bērnu šūpolēs, automašīnas dzinēja cilindrā kustas virzulis, vibrē elektriskā skuvekļa asmens un šujmašīnas adata. Piespiedu svārstību raksturs ir atkarīgs no ārējā spēka darbības rakstura, no tā lieluma, virziena, darbības biežuma un nav atkarīgs no svārstīgā ķermeņa izmēra un īpašībām. Piemēram, motora pamats, uz kura tas ir piestiprināts, veic piespiedu svārstības ar frekvenci, ko nosaka tikai motora apgriezienu skaits - un tas nav atkarīgs no pamatnes lieluma.
Kad ārējā spēka frekvence sakrīt ar paša ķermeņa vibrāciju frekvenci, piespiedu vibrāciju amplitūda strauji palielinās. Šo fenomenu sauc mehāniskā rezonanse. Grafiski piespiedu svārstību atkarība no ārējā spēka frekvences parādīta 3. attēlā.
 |
Rezonanses parādība var izraisīt automašīnu, ēku, tiltu iznīcināšanu, ja to dabiskās frekvences sakrīt ar periodiski darbojošā spēka frekvenci. Tāpēc, piemēram, automašīnās dzinēji tiek uzstādīti uz īpašiem amortizatoriem, un militārajām vienībām, pārvietojoties pāri tiltam, ir aizliegts iet kopsolī.
Ja nav berzes, piespiedu svārstību amplitūdai rezonanses laikā vajadzētu palielināties ar laiku bez ierobežojumiem. Reālās sistēmās amplitūdu rezonanses līdzsvara stāvoklī nosaka enerģijas zuduma stāvoklis periodā un ārējā spēka darbs tajā pašā laikā. Jo mazāka berze, jo lielāka amplitūda rezonanses laikā.
Biļete Nr.16
Kondensatori. Kondensatora kapacitāte. Kondensatoru pielietojums.
Atbildes plāns
1. Kondensatora definīcija.
2. Apzīmējums.
3. Kondensatora elektriskā jauda.
4. Plakanā kondensatora elektriskā jauda.
5. Kondensatoru pieslēgšana.
6. Kondensatoru pielietojums.
Lai uzkrātu ievērojamu daudzumu pretēju elektrisko lādiņu, tiek izmantoti kondensatori.
Kondensators ir divu vadītāju (plāksnīšu) sistēma, kas atdalītas ar dielektrisku slāni, kura biezums ir mazs, salīdzinot ar vadītāju izmēru.
Piemēram, divas plakanas metāla plāksnes, kas novietotas paralēli un atdalītas ar dielektrisku, veido plakanu kondensatoru.
Ja plakanā kondensatora plāksnēm ir vienāda lieluma un pretējas zīmes lādiņi, tad spriegums starp plāksnēm būs divas reizes lielāks par vienas plāksnes spriegumu. Ārpus plāksnēm spriegums ir nulle.
Kondensatori diagrammās ir apzīmēti šādi:
 |
Kondensatora elektriskā jauda ir vērtība, kas vienāda ar vienas no plāksnēm esošā lādiņa attiecību pret spriegumu starp tām. Ir norādīta elektriskā jauda C.
A-prioritāte AR= q/U. Elektriskās kapacitātes mērvienība ir farads (F).
1 farads ir tāda kondensatora elektriskā kapacitāte, kura spriegums starp plāksnēm ir vienāds ar 1 voltu, kad plāksnes tiek uzlādētas ar pretējiem 1 kulona lādiņiem.
Plakanā kondensatora elektrisko jaudu nosaka pēc formulas:
C = ε ε 0 - ,
kur ε 0 ir elektriskā konstante, ε ir vides dielektriskā konstante, S ir kondensatora plāksnes laukums, d- attālums starp plāksnēm (vai dielektriskā biezums).
Ja kondensatori ir pievienoti, lai izveidotu akumulatoru, tad ar paralēlo savienojumu C O = C 1 + C 2(1. att.). Seriālajam savienojumam
- = - + - (2. att.).
C O C 1 C 2
Atkarībā no dielektriķa veida kondensatori var būt gaiss, papīrs vai vizla.
Kondensatori tiek izmantoti elektrības uzglabāšanai un izmantošanai ātrās izlādes laikā (foto zibspuldze), līdzstrāvas un maiņstrāvas ķēžu atdalīšanai, taisngriežos, svārstību ķēdēs un citās elektroniskās ierīcēs.
 |
Biļete Nr.15
Darbs un jauda līdzstrāvas ķēdē. Elektromotora spēks. Oma likums pilnīgai ķēdei.
Atbildes plāns
1. Pašreizējais darbs.
2. Džoula-Lenca likums.
3. Elektromotora spēks.
4. Oma likums pilnīgai ķēdei.
Elektriskā laukā no sprieguma noteikšanas formulas
U = A/q
tad aprēķināt elektriskā lādiņa pārneses darbu
A = U q jo par pašreizējo maksu q = I t
tad strāvas darbs:
A = UIt vai A = I 2 Rt = U 2 / R t
Jauda pēc definīcijas N = A / t tātad, N = UI = I 2 R = U 2 /R
Džoula-Lenca likums: Kad strāva iet caur vadītāju, vadītājā izdalītais siltuma daudzums ir tieši proporcionāls strāvas stipruma kvadrātam, vadītāja pretestībai un strāvas pārejas laikam, Q = I 2 Rt.
 |
Pilnīga slēgta ķēde ir elektriskā ķēde, kas ietver ārējās pretestības un strāvas avotu (1. att.).
Kā vienai no ķēdes sekcijām strāvas avotam ir pretestība, ko sauc par iekšējo , r.
Lai strāva plūst caur slēgtu ķēdi, strāvas avotā esošajiem lādiņiem ir jāpiešķir papildu enerģija; šī enerģija tiek ņemta no lādiņu pārvietošanas darba, ko rada neelektriskas izcelsmes spēki. (ārējie spēki) pret elektriskā lauka spēkiem.
Strāvas avotu raksturo EMF - avota elektromotora spēks.
EMF - raksturīgs neelektriskam enerģijas avotam elektriskā ķēdē, kas nepieciešams, lai uzturētu tajā elektrisko strāvu .
EML mēra pēc ārējo spēku veiktā darba attiecības, lai pārvietotu pozitīvu lādiņu gar slēgtu ķēdi uz šo lādiņu.
Ɛ = A ST / q.
Lai tas aizņem laiku t elektriskais lādiņš izies cauri vadītāja šķērsgriezumam q.
Tad ārējo spēku darbu, pārvietojot lādiņu, var uzrakstīt šādi: A ST = Ɛ q.
Saskaņā ar strāvas definīciju q=I t,
A ST = Ɛ I t
Veicot šo darbu uz ķēdes iekšējām un ārējām sekcijām, kuru pretestība R un r, izdalās nedaudz siltuma.
Saskaņā ar Džoula-Lenca likumu tas ir vienāds ar : Q = I 2 R t + I 2 r t
Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu A = Q. Tāpēc Ɛ = IR + Ir .
Bieži tiek saukts strāvas un ķēdes posma pretestības reizinājums sprieguma kritumsšajā jomā.
EMF ir vienāds ar sprieguma kritumu summu slēgtās ķēdes iekšējā un ārējā daļā. PAR
I = Ɛ / (R + r).
Šo attiecību sauc par Oma likumu pilnīgai ķēdei
Strāvas stiprums pilnā ķēdē ir tieši proporcionāls strāvas avota emf un apgriezti proporcionāls ķēdes kopējai pretestībai .
Kad ķēde ir atvērta, emf ir vienāds ar spriegumu avota spailēs, un tāpēc to var izmērīt ar voltmetru.
Biļete Nr.12
Uzlādētu ķermeņu mijiedarbība. Kulona likums. Elektriskā lādiņa nezūdamības likums.
Atbildes plāns
1. Elektriskais lādiņš.
2. Uzlādētu ķermeņu mijiedarbība.
3. Elektriskā lādiņa nezūdamības likums.
4. Kulona likums.
5. Dielektriskā konstante.
6. Elektriskā konstante.
Atomu un molekulu mijiedarbības likumi tiek skaidroti, pamatojoties uz atoma uzbūvi, izmantojot tā uzbūves planetāro modeli.
Atoma centrā atrodas pozitīvi lādēts kodols, ap kuru noteiktās orbītās rotē negatīvi lādētas daļiņas.
Mijiedarbība starp lādētām daļiņām tiek saukta elektromagnētiskais.
Elektromagnētiskās mijiedarbības intensitāti nosaka fiziskais lielums - elektriskais lādiņš, kuras apzīmē ar q.
Elektriskā lādiņa mērvienība - kulons (Cl).
1 kulons- tas ir elektriskais lādiņš, kas, 1 s laikā izejot cauri vadītāja šķērsgriezumam, rada tajā 1 A lielu strāvu.
Elektrisko lādiņu spēja gan savstarpēji piesaistīt, gan atgrūst ir izskaidrojama ar divu veidu lādiņu esamību.
Viens maksas veids tiek saukts pozitīvs, Elementārā pozitīvā lādiņa nesējs ir protons.
Tika izsaukts cits maksas veids negatīvs, tā nesējs ir elektrons. Elementārais lādiņš ir e = 1,6 × 10 -19 Cl.
Elektriskais lādiņš netiek ne radīts, ne iznīcināts, bet tikai pāriet no viena ķermeņa uz otru.
Šo faktu sauc elektriskā lādiņa nezūdamības likums.
Dabā tādas pašas zīmes elektriskais lādiņš neparādās un nepazūd.
Elektrisko lādiņu parādīšanās un izzušana uz ķermeņiem vairumā gadījumu ir izskaidrojama ar lādētu elementārdaļiņu - elektronu - pārejām no viena ķermeņa uz otru.
Elektrifikācija- tas ir vēstījums ķermenim par elektrisko lādiņu.
Elektrifikācija var notikt atšķirīgu vielu saskares (berzes) un apstarošanas laikā.
Kad organismā notiek elektrifikācija, rodas elektronu pārpalikums vai trūkums.
Ja ir elektronu pārpalikums, ķermenis iegūst negatīvu lādiņu, un, ja ir trūkums, tas iegūst pozitīvu.
Elektrostatikas pamatlikumu eksperimentāli noteica Čārlzs Kulons:
Divu punktu fiksētu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēka modulis vakuumā ir tieši proporcionāls šo lādiņu lieluma reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma starp tiem kvadrātam.
F = k q 1 q 2 / r 2,
kur q 1 un q 2 ir uzlādes moduļi, r ir attālums starp tiem, k ir proporcionalitātes koeficients atkarībā no mērvienību sistēmas izvēles SI
k = 9 10 9 N m 2 /Cl 2.
Tiek saukts lielums, kas parāda, cik reižu mijiedarbības spēks starp lādiņiem vakuumā ir lielāks nekā vidē. barotnes dielektriskā konstanteε.
Videi ar dielektrisko konstanti ε Kulona likums: F = k q 1 q 2 /(ε r 2).
Koeficienta k vietā bieži izmanto koeficientu, ko sauc par elektrisko konstante ε 0 .
Elektriskā konstante ir saistīta ar koeficientu k šādi:
k = 1/4πε 0 un skaitliski ir vienāds ar ε 0 = 8,85 10 -12 C/N m 2
Izmantojot elektrisko konstanti, Kulona likums ir šāds:
1 q 1 q 2
F = --- ---
4 π ε 0 r 2
Stacionāro elektrisko lādiņu mijiedarbību sauc elektrostatiskā, vai Kulona mijiedarbība. Kulona spēkus var attēlot grafiski (1. att.).
Kulona spēks ir vērsts pa taisnu līniju, kas savieno lādētos ķermeņus. Tas ir pievilcīgais spēks dažādām lādiņu pazīmēm un atgrūšanas spēks tām pašām zīmēm.
 |
Ķermeņa kustības ātruma izmaiņu iemesls vienmēr ir tā mijiedarbība ar citiem ķermeņiem.
Pēc dzinēja izslēgšanas automašīna pamazām samazina ātrumu un apstājas. Galvenais iemesls
transportlīdzekļa ātruma izmaiņas - tā riteņu mijiedarbība ar ceļa virsmu.
Bumba, kas nekustīgi guļ uz zemes, nekad nekustas pati no sevis. Bumbiņas ātrums mainās tikai citu ķermeņu, piemēram, futbolista kāju, darbības rezultātā.
Paātrinājuma moduļu attiecības nemainīgums.
Diviem ķermeņiem mijiedarbojoties, vienmēr mainās gan pirmā, gan otrā ķermeņa ātrums, t.i., abi ķermeņi iegūst paātrinājumu. Divu savstarpēji mijiedarbojošu ķermeņu paātrinājuma moduļi var būt atšķirīgi, taču to attiecība izrādās nemainīga jebkurai mijiedarbībai:
Ķermeņu inerce.
Divu ķermeņu paātrinājuma moduļu attiecības nemainīgums jebkuras to mijiedarbības laikā parāda, ka ķermeņiem ir kāda īpašība, no kuras ir atkarīgs to paātrinājums mijiedarbības laikā ar citiem ķermeņiem. Ķermeņa paātrinājums ir vienāds ar tā ātruma izmaiņu attiecību pret laiku, kurā šīs izmaiņas notika:
Tā kā ķermeņu darbības laiks vienam uz otru ir vienāds, ātruma izmaiņas ir lielākas ķermenim, kurš iegūst lielāku paātrinājumu.
Jo mazāk mainās ķermeņa ātrums, mijiedarbojoties ar citiem ķermeņiem, jo tuvāka tā kustība ir vienmērīgai taisnvirziena kustībai pēc inerces. Šādu ķermeni sauc par inertu.
Visiem ķermeņiem ir inerces īpašība. Tas sastāv no tā, ka ir nepieciešams zināms laiks, lai mainītu ķermeņa ātrumu, kad tas mijiedarbojas ar citiem ķermeņiem.
Ķermeņu inerces īpašību izpausmi var novērot sekojošā eksperimentā. Uz plānas vītnes pakarinām metāla cilindru (20. att., a), no apakšas sasienam tieši tādu pašu pavedienu. Pieredze rāda, ka, pakāpeniski nospriegojot apakšējo vītni, augšējais pavediens pārtrūkst (20. att., b). Strauji pavelkot apakšējo vītni, augšējais pavediens paliek neskarts, bet apakšējais vītne pārtrūkst (20. att., c). Šajā gadījumā tiek ietekmēta cilindra inerce, kam īsā laikā nav laika pietiekami mainīt ātrumu un veikt ievērojamu kustību, kas ir pietiekama, lai pārrautu augšējo vītni.
Ķermeņa masa.
Ķermeņa īpašību, no kuras ir atkarīgs tā paātrinājums, mijiedarbojoties ar citiem ķermeņiem, sauc par inerci. Ķermeņa inerces kvantitatīvais mērs ir ķermeņa masa. Jo lielāka ir ķermeņa masa, jo mazāku paātrinājumu tas saņem mijiedarbības laikā.
Tāpēc fizikā ir pieņemts, ka mijiedarbojošo ķermeņu masu attiecība ir vienāda ar paātrinājuma moduļu apgriezto attiecību:
Masas mērvienība starptautiskajā sistēmā ir īpaša standarta masa, kas izgatavota no platīna un irīdija sakausējuma. Šī standarta masu sauc par kilogramu (kg).
Jebkura ķermeņa masu var atrast, mijiedarbojoties ar šo ķermeni ar standarta masu.
Pēc masas jēdziena definīcijas mijiedarbojošo ķermeņu masu attiecība ir vienāda ar to paātrinājumu moduļu apgriezto attiecību (5.2.). Izmērot ķermeņa un etalona paātrinājuma moduļus, var atrast ķermeņa masas attiecību pret etalona masu
Ķermeņa masas attiecība pret etalona masu ir vienāda ar standarta paātrinājuma moduļa attiecību. Uz ķermeņa paātrinājuma moduli to mijiedarbības laikā.
Ķermeņa masu var izteikt ar standarta masu:
Ķermeņa masa ir fizisks lielums, kas raksturo tā inerci.
Masas mērīšana.
Ķermeņu masu mērīšanai zinātnē, tehnoloģijā un ikdienas praksē reti tiek izmantota metode, kā ķermeņa masu salīdzināt ar standarta masu, nosakot ķermeņu paātrinājumus to mijiedarbības laikā. Parasti izmantotā metode ir ķermeņu masu salīdzināšana, izmantojot svarus.
Sverot, masu noteikšanai tiek izmantota visu ķermeņu spēja mijiedarboties ar Zemi. Eksperimenti ir parādījuši, ka ķermeņi ar vienādu masu tiek vienādi piesaistīti Zemei. Ķermeņu pievilkšanās vienlīdzību pret Zemi var noteikt, piemēram, ar vienādu atsperes stiepšanu, kad no tās pārmaiņus tiek piekārti ķermeņi ar vienādu masu.
Klasiskajā mehānikā tiek uzskatīts, ka:
a) Materiālā punkta masa nav atkarīga no punkta kustības stāvokļa, jo tā ir tā konstante raksturlielums.
b) Masa ir aditīvs lielums, t.i. sistēmas (piemēram, ķermeņa) masa ir vienāda ar visu materiālo punktu masu summu, kas ir šīs sistēmas daļa.
c) Slēgtas sistēmas masa paliek nemainīga jebkādu šajā sistēmā notiekošo procesu laikā (masas nezūdamības likums).
Blīvums ρ ķermenis noteiktā punktā M sauc par masas attiecību dm mazs ķermeņa elements, tostarp punkts M, uz vērtību dVšī elementa tilpums:
Aplūkojamā elementa izmēriem jābūt tik maziem, lai, mainot blīvumu tā robežās, varētu sasniegt daudzkārt lielākus starpmolekulāros attālumus.
Ķermeni sauc viendabīgs , ja blīvums ir vienāds visos tā punktos. Viendabīga ķermeņa masa ir vienāda ar tā blīvuma un tilpuma reizinājumu:
Neviendabīga ķermeņa masa:
dV,kur ρ ir koordinātu funkcija, un integrācija tiek veikta visā ķermeņa tilpumā. Vidēja blīvuma (ρ) nehomogēna ķermeņa sauc par tā masas un tilpuma attiecību: (ρ)=m/V.
Sistēmas masas centrs materiālos punktus sauc par punktu C, rādiusa vektoru
kas ir vienāds ar: un – masas un rādiusa vektoru i materiālais punkts, n ir kopējais materiālo punktu skaits sistēmā, un m= ir visas sistēmas masa.Masas ātruma centrs:
Vektoru daudzums
, kas vienāds ar materiāla punkta masas un tā ātruma reizinājumu, sauc impulss, vai kustības apjoms , šis materiālais punkts. Sistēmas impulss materiālu punktu sauc par vektoru lpp, vienāds ar visu sistēmas materiālo punktu momentu ģeometrisko summu:Sistēmas impulss ir vienāds ar visas sistēmas masas un tās masas centra ātruma reizinājumu:
Ņūtona otrais likums
Materiālā punkta dinamikas pamatlikums ir Ņūtona otrais likums, kas runā par to, kā mainās materiāla punkta mehāniskā kustība tam pielikto spēku ietekmē. Ņūtona otrais likums skan: impulsa maiņas ātrums ρ materiālais punkts ir vienāds ar spēku, kas uz to iedarbojas F, t.i.
, vaikur m un v ir materiālā punkta masa un ātrums.
Ja uz kādu materiālu punktu iedarbojas vairāki spēki vienlaikus, tad zem spēka FŅūtona otrajā likumā jums ir jāsaprot visu darbojošos spēku ģeometriskā summa - gan aktīvo, gan reakcijas reakciju, t.i. rezultējošais spēks.
Vektoru daudzums Fdt sauc par elementāru impulss spēks Fīsā laikā dt viņas darbības. Impulsa spēks F uz noteiktu laiku no plkst
to ir vienāds ar noteiktu integrāli:Kur F, kopumā ir atkarīgs no laika t.
Saskaņā ar otro Ņūtona likumu materiāla punkta impulsa izmaiņas ir vienādas ar spēka impulsu, kas uz to iedarbojas:
d p = F dt Un
, ir materiālā punkta impulsa vērtība aplūkojamā laika perioda beigās ( ) un sākumā ( ).Tā kā Ņūtona mehānikā masa m materiālais punkts nav atkarīgs no punkta kustības stāvokļa, tad
Tāpēc Ņūtona otrā likuma matemātisko izteiksmi var attēlot arī formā
- materiāla punkta paātrinājums, r ir tā rādiusa vektors. Attiecīgi formulējums Ņūtona otrais likums norāda: materiāla punkta paātrinājums virzienā sakrīt ar spēku, kas uz to iedarbojas, un ir vienāds ar šī spēka attiecību pret materiālā punkta masu.Materiāla tangenciālo un normālo paātrinājumu nosaka attiecīgās spēka sastāvdaļas F
, ir materiāla punkta ātruma vektora lielums, un R– tās trajektorijas izliekuma rādiuss. Spēks, kas materiālam punktam piešķir normālu paātrinājumu, ir vērsts uz punkta trajektorijas izliekuma centru, un tāpēc to sauc centripetālais spēks.Ja uz kādu materiālu punktu iedarbojas vairāki spēki vienlaikus
, tad tā paātrinājums. Līdz ar to katrs spēks, kas vienlaicīgi iedarbojas uz materiālu punktu, piešķir tam tādu pašu paātrinājumu, it kā nebūtu citu spēku (spēku darbības neatkarības princips).Materiāla punkta kustības diferenciālvienādojums sauc par vienādojumu
Projekcijās uz taisnstūra Dekarta koordinātu sistēmas asīm šim vienādojumam ir šāda forma
, ,kur x, y un z ir kustīgā punkta koordinātas.
Ņūtona trešais likums. Masas centra kustība
Ķermeņu mehāniskā iedarbība vienam uz otru izpaužas to mijiedarbības veidā. Tā viņš saka Trešais Ņūtona likums: divi materiāli punkti iedarbojas viens uz otru ar spēkiem, kas ir skaitliski vienādi un ir vērsti pretējos virzienos pa taisni, kas savieno šos punktus.
– spēks, kas iedarbojas uz i- yu materiālais punkts no sāniem k- th, a ir spēks, kas iedarbojas uz k-to materiālo punktu no i-tās puses, tad saskaņā ar Ņūtona trešo likumu tie tiek piemēroti dažādiem materiālajiem punktiem un var būt savstarpēji līdzsvaroti tikai tajos gadījumos, kad šie punkti pieder vienam un tam pašam. absolūti ciets ķermenis.Ņūtona trešais likums ir būtisks papildinājums pirmajam un otrajam likumam. Tas ļauj pāriet no viena materiāla punkta dinamikas uz patvaļīgas mehāniskās sistēmas (materiālu punktu sistēmas) dinamiku. No trešā Ņūtona likuma izriet, ka jebkurā mehāniskajā sistēmā visu iekšējo spēku ģeometriskā summa ir vienāda ar nulli: kur
– pielikto ārējo spēku rezultants i materiālais punkts.No Ņūtona otrā un trešā likuma izriet, ka pirmais atvasinājums attiecībā uz laiku t no impulsa lpp mehāniskā sistēma ir vienāda ar visu sistēmai pielikto ārējo spēku galveno vektoru,
.Šis vienādojums izsaka Sistēmas impulsa izmaiņu likums.
Mijiedarbība ir darbība, kas ir abpusēja. Visi ķermeņi spēj savstarpēji mijiedarboties, izmantojot inerci, spēku, vielas blīvumu un faktiski ķermeņu mijiedarbību. Fizikā divu ķermeņu vai ķermeņu sistēmas darbību viens uz otru sauc par mijiedarbību. Ir zināms, ka, ķermeņiem tuvojoties, mainās to uzvedības raksturs. Šīs izmaiņas ir abpusējas. Pārvietojot ķermeņus ievērojamos attālumos, mijiedarbība pazūd.
Ķermeņiem mijiedarbojoties, tā rezultātu vienmēr izjūt visi ķermeņi (galu galā, iedarbojoties uz kaut ko, vienmēr ir atdeve). Tā, piemēram, biljardā, sitot bumbiņu ar kiju, tā nolido daudz spēcīgāk nekā bižele, kas izskaidrojams ar ķermeņu inerci. Ķermeņu mijiedarbības veidus un apjomu nosaka tieši šī īpašība. Daži ķermeņi ir mazāk inerti, citi vairāk. Jo lielāka ir ķermeņa masa, jo lielāka ir tā inerce. Ķermenim, kas mijiedarbības laikā lēnāk maina ātrumu, ir lielāka masa un tas ir inertāks. Ķermenim, kas ātrāk maina ātrumu, ir mazāka masa un tas ir mazāk inerts.
Spēks ir mērs, kas mēra ķermeņu mijiedarbību. Fizika izšķir četrus mijiedarbības veidus, kas nav reducējami savā starpā: elektromagnētiskā, gravitācijas, spēcīga un vāja. Visbiežāk ķermeņu mijiedarbība notiek tiem pieskaroties, kas noved pie šo ķermeņu ātruma izmaiņām, ko mēra ar spēku, kas darbojas starp tiem. Tātad, lai iestrēgušu automašīnu iekustinātu kustībā, stumtu ar rokām, ir jāpieliek spēks. Ja jums tas jāstumj kalnā, tad to izdarīt ir daudz grūtāk, jo tas prasīs vairāk spēka. Labākais risinājums būtu pielietot spēku, kas vērsts gar ceļu. Šajā gadījumā tiek norādīts spēka lielums un virziens (ņemiet vērā, ka spēks ir vektora lielums).
Ķermeņu mijiedarbība notiek arī mehāniska spēka ietekmē, kuras sekas ir ķermeņu vai to daļu mehāniska kustība. Spēks nav apceres objekts, tas ir kustības cēlonis. Katra viena ķermeņa darbība attiecībā pret otru izpaužas kustībā. Piemērs mehāniskam spēkam, kas rada kustību, ir tā sauktais “domino” efekts. Mākslinieciski novietoti domino kauliņi krīt viens pēc otra, izplatot kustību tālāk rindā, kad tiek stumts pirmais domino. Notiek kustības pārnešana no vienas inertas figūras uz otru.
Ķermeņu mijiedarbība saskarē var izraisīt ne tikai to ātruma palēnināšanos vai paātrināšanos, bet arī to deformāciju - tilpuma vai formas izmaiņas. Spilgts piemērs ir papīra lapa, kas saspiesta rokā. Iedarbojoties uz to ar spēku, mēs novedam pie šīs loksnes daļu paātrinātas kustības un tās deformācijas.
Jebkurš ķermenis pretojas deformācijai, mēģinot to izstiept, saspiest vai saliekt. No ķermeņa sāk darboties spēki, kas to novērš (elastība). Elastīgais spēks izpaužas no atsperes sāniem tās stiepšanās vai saspiešanas brīdī. Slodze, ko pa zemi velk ar virvi, paātrinās, jo iedarbojas izstieptās auklas elastīgais spēks.
Ķermeņu mijiedarbība, slīdot pa virsmu, kas tos atdala, neizraisa to deformāciju. Ja, piemēram, zīmulis slīd pa gludu galda virsmu vai slēpes vai ragavas slīd pa sablīvētu sniegu, iedarbojas spēks, kas novērš slīdēšanu. Tas ir berzes spēks, kas ir atkarīgs no mijiedarbojošo ķermeņu virsmu īpašībām un no spēka, kas tos nospiež viens pret otru.
Ķermeņu mijiedarbība var notikt arī attālumā. Darbība, ko sauc arī par gravitāciju, notiek starp visiem apkārtējiem ķermeņiem, ko var pamanīt tikai tad, ja ķermeņi ir zvaigžņu vai planētu lielumā. veidojas no jebkura astronomiskā ķermeņa gravitācijas pievilkšanās un kuras izraisa to rotācija. Tātad Zeme piesaista Mēnesi, Saule piesaista Zemi, tāpēc Mēness griežas ap Zemi, bet Zeme savukārt riņķo ap Sauli.
Elektromagnētiskie spēki darbojas arī attālumā. Lai gan tas nepieskaras nevienam ķermenim, kompasa adata vienmēr griezīsies gar magnētiskā lauka līniju. Elektromagnētisko spēku darbības piemērs ir tas, kas bieži notiek uz matiem ķemmēšanas laikā. Lādiņu atdalīšana starp tām notiek berzes spēka dēļ. Mati, būdami pozitīvi uzlādēti, sāk atgrūst viens otru. Šāda statika bieži rodas, uzvelkot džemperi vai valkājot cepures.
Tagad jūs zināt, kas ir ķermeņu mijiedarbība (definīcija izrādījās diezgan plaša!).
4. jautājums
Inerciālās atskaites sistēmas
Inerciālās atskaites sistēmas Ņūtona pirmais likums
3. jautājums
Ņūtona pirmais likums– (inerces likums) ir tādas atskaites sistēmas, attiecībā pret kurām kustīgs ķermenis, saglabājot savu ātrumu nemainīgs, atrodas miera stāvoklī vai kustas taisni un vienmērīgi, ja uz to neiedarbojas ārēji ķermeņi vai to darbība ir vienāda ar nulle, tas ir, tas tiek kompensēts.
Atsauces sistēma, kurā ir spēkā inerces likums: materiāls punkts, kad uz to neiedarbojas nekādi spēki (vai uz to iedarbojas savstarpēji līdzsvaroti spēki), atrodas miera stāvoklī vai vienmērīgā lineārā kustībā. Jebkura atskaites sistēma, kas pārvietojas attiecībā pret asi. O. progresīvi, vienmērīgi un taisni ir arī I. s. O. Līdz ar to teorētiski var būt jebkurš vienāds i.s. o., kam piemīt svarīga īpašība, ka visās šādās sistēmās fizikas likumi ir vienādi (tā sauktais relativitātes princips).
Ķermeņu mijiedarbība.Ķermeņa kustības ātruma izmaiņu iemesls vienmēr ir tā mijiedarbība ar citiem ķermeņiem.
Pēc dzinēja izslēgšanas automašīna pamazām samazina ātrumu un apstājas. Galvenais transportlīdzekļa ātruma izmaiņu iemesls ir tā riteņu mijiedarbība ar ceļa virsmu.
Bumba, kas nekustīgi guļ uz zemes, nekad nekustas pati no sevis. Bumbiņas ātrums mainās tikai citu ķermeņu, piemēram, futbolista kāju, darbības rezultātā.
Paātrinājuma moduļu attiecības nemainīgums. Diviem ķermeņiem mijiedarbojoties, vienmēr mainās gan pirmā, gan otrā ķermeņa ātrums, t.i., abi ķermeņi iegūst paātrinājumu. Divu savstarpēji mijiedarbojošu ķermeņu paātrinājuma moduļi var būt atšķirīgi, taču to attiecība izrādās nemainīga jebkurai mijiedarbībai:
Mijiedarbība atšķiras viena no otras gan kvantitatīvi, gan kvalitatīvi. Piemēram, ir skaidrs, ka jo vairāk atspere tiek deformēta, jo lielāka ir tās pagriezienu mijiedarbība. Vai arī jo tuvāk atrodas divi viena nosaukuma lādiņi, jo spēcīgāk tie piesaistīs. Vienkāršākajos mijiedarbības gadījumos kvantitatīvā īpašība ir spēku.
Ķermeņa masa. Tiek saukta ķermeņa īpašība, no kuras ir atkarīgs tā paātrinājums, mijiedarbojoties ar citiem ķermeņiem inerce.
Ķermeņa inerces kvantitatīvais mērs ir ķermeņa masa. Jo lielāka ir ķermeņa masa, jo mazāku paātrinājumu tas saņem mijiedarbības laikā.
Tāpēc fizikā tas ir pieņemts mijiedarbojošo ķermeņu masu attiecība ir vienāda ar paātrinājuma moduļu apgriezto attiecību:
Masas mērvienība starptautiskajā sistēmā ir īpaša standarta masa, kas izgatavota no platīna un irīdija sakausējuma. Šī standarta masu sauc kilogramu(Kilograms).
Jebkura ķermeņa masu var atrast, mijiedarbojoties ar šo ķermeni ar standarta masu.
Pēc masas jēdziena definīcijas mijiedarbojošo ķermeņu masu attiecība ir vienāda ar to paātrinājumu moduļu apgriezto attiecību (5.2.). Izmērot korpusa un standarta paātrinājuma moduļus, var atrast ķermeņa masas attiecību pret etalona masu:
Ķermeņa masas attiecība pret etalona masu ir vienāda ar standarta paātrinājuma moduļa attiecību pret ķermeņa paātrinājuma moduli to mijiedarbības laikā.
Ķermeņa masu var izteikt ar standarta masu:
Ķermeņa masa ir fizisks lielums, kas raksturo tā inerci.
Spēks ir iemesls ķermeņu paātrinājumam attiecībā pret inerciālo atskaites sistēmu vai to deformāciju. Spēks ir vektora fiziskais lielums, kas ir paātrinājuma mērs, ko ķermeņi iegūst mijiedarbības laikā. Spēku raksturo: a) modulis; b) piemērošanas vieta; c) virziens.
Otrais Ņūtona likums – spēks, kas iedarbojas uz ķermeni, ir vienāds ar ķermeņa masas un šī spēka radītā paātrinājuma reizinājumu.
