Plán odozvy
1. Interakcia telies.
2. Typy interakcií.
4. Sily v mechanike.
Jednoduché pozorovania a experimenty, napríklad s vozíkmi (obr. 1), vedú k nasledujúcemu kvalitatívnemu
závery: a) teleso, na ktoré iné telesá nepôsobia, si zachováva rýchlosť nezmenenú; b) zrýchlenie telesa nastáva vplyvom iných telies, ale závisí aj od samotného telesa;
c) pôsobenie telies na seba má vždy povahu vzájomného pôsobenia.
Tieto závery sú potvrdené pozorovaním javov v prírode, technike a vesmíre iba v inerciálnych referenčných systémoch.
Interakcie sa navzájom líšia kvantitatívne aj kvalitatívne.
Napríklad je jasné, že čím viac je pružina deformovaná, tým väčšia je interakcia jej závitov. Alebo čím bližšie sú dva podobné náboje, tým silnejšie budú priťahovať.
V najjednoduchších prípadoch interakcie je kvantitatívnou charakteristikou sila.
sila- dôvod zrýchlenia telies voči inerciálnej vzťažnej sústave alebo ich deformácie.
sila je vektorová fyzikálna veličina, ktorá je mierou zrýchlenia získaného telesami počas interakcie.
Sila je charakterizovaná: a) modulom; b) miesto aplikácie; c) smer.
Jednotkou sily je newton.
1 newton je sila, ktorá udeľuje telesu s hmotnosťou 1 kg v smere pôsobenia tejto sily zrýchlenie 1 m/s, ak naň nepôsobia iné telesá.
Výsledný viacero síl je sila, ktorej pôsobenie je ekvivalentné pôsobeniu tých síl, ktoré nahrádza. Výsledkom je vektorový súčet všetkých síl pôsobiacich na teleso.
Rg = F g 1 + F g 2 + ... + F g n.
Na základe experimentálnych údajov boli formulované Newtonove zákony.
Druhý Newtonov zákon. Zrýchlenie, s ktorým sa teleso pohybuje, je priamo úmerné výslednici všetkých síl pôsobiacich na teleso, je nepriamo úmerné jeho hmotnosti a smeruje rovnakým spôsobom ako výsledná sila:
a → = F → /t.
Na riešenie problémov sa zákon často píše v tvare: F → =m a → .
Lístok č.13 Telesný impulz. Zákon zachovania hybnosti.
Plán odozvy
1. Impulz tela.
2.Zákon zachovania hybnosti.
3. Prúdový pohon.
Kľud a pohyb sú relatívne, rýchlosť telesa závisí od výberu referenčného systému; podľa druhého Newtonovho zákona, bez ohľadu na to, či bolo teleso v pokoji alebo v pohybe, zmena rýchlosti jeho pohybu môže nastať len pôsobením sily, teda v dôsledku interakcie s inými telesami. Existujú množstvá, ktoré je možné zachovať pri interakcii telies. Tieto množstvá sú energie A pulz .
Impulz tela sa nazýva vektorová fyzikálna veličina, ktorá je kvantitatívnou charakteristikou translačného pohybu telies. Impulz je určený r → .
Pulzná jednotka r →- kg m/s.
Hybnosť telesa sa rovná súčinu hmotnosti telesa a jeho rýchlosti : p → = t υ → .
Smer vektora impulzov r → sa zhoduje so smerom vektora rýchlosti telesa υ → (obr. 1).
 |
Hybnosť telies sa riadi zákonom zachovania, ktorý platí len pre uzavreté fyzikálne systémy.
V mechanike ZATVORENÉ nazývaný systém, ktorý nie je ovplyvnený vonkajšími silami alebo je pôsobenie týchto síl kompenzované.
V tomto prípade р → 1 = р → 2, Kde p → 1 je počiatočným impulzom systému a p → 2- Konečný.
V prípade dvoch telies zaradených do sústavy má tento výraz tvar t 1 υ → 1 + t 2 υ → 2 = m 1 υ → 1 " + m 2 υ → 2 ", Kde t 1 A t 2- hmotnosti telies a υ → 1 a υ → 2 - rýchlosť pred interakciou, υ → 1 " A υ → 2 "- rýchlosť po interakcii.
Tento vzorec pre zákon zachovania hybnosti je: hybnosť uzavretého fyzického systému je zachovaná pri akýchkoľvek interakciách, vyskytujúce sa v tomto systéme.
. V prípade otvoreného systému nie je zachovaná hybnosť telies systému.
Ak však v systéme existuje smer, v ktorom vonkajšie sily nepôsobia alebo je ich pôsobenie kompenzované, potom je priemet impulzu v tomto smere zachovaný.
Ak je čas interakcie krátky (výstrel, výbuch, náraz), potom počas tohto času, aj v prípade otvoreného systému, vonkajšie sily mierne menia impulzy interagujúcich telies.
Experimentálne štúdie interakcií rôznych telies – od planét a hviezd až po atómy a elementárne častice – ukázali, že v akomkoľvek systéme interagujúcich telies, pri absencii pôsobenia iných telies nezaradených do systému, alebo súčtu pôsobiace sily sa rovnajú nule, geometrický súčet hybností telies skutočne zostáva nezmenený .
V mechanike sú zákon zachovania hybnosti a Newtonove zákony vzájomne prepojené.
Ak telo váži T na istý čas t pôsobí sila a rýchlosť jej pohybu sa mení z υ → 0 na υ → , potom zrýchlenie pohybu a → telo je rovné a → =(υ → - υ → 0)/ t.
Na základe druhého Newtonovho zákona
pre silu F → dá sa zapísať F → = ta → = m(υ → - υ → 0) / t, to znamená
F → t = mυ → - mυ → 0.
F → t- vektorová fyzikálna veličina charakterizujúca pôsobenie sily na teleso za určitý čas sa nazýva impulz moci. Jednotkou SI hybnosti je 1H s.
Zákon zachovania hybnosti je základom prúdového pohonu.
Prúdový pohon- Toto Ide o pohyb telesa, ktorý nastáva po oddelení jeho časti od tela.
Príklad: teleso hmoty T odpočíval. Niektorá časť tela bola oddelená t 1 s rýchlosťou υ → 1 . Potom sa zvyšná časť bude pohybovať v opačnom smere rýchlosťou υ → 2, čo je hmotnosť zostávajúcej časti t 2. V skutočnosti sa súčet impulzov oboch častí tela pred oddelením rovnal nule a po oddelení sa bude rovnať nule:
t 1 υ → 1 + m 2 υ → 2 =0, teda υ → 1 = -m 2 υ → 2 / m 1 .
K. E. Ciolkovskij vypracoval teóriu letu telesa s premenlivou hmotnosťou (rakety) v rovnomernom gravitačnom poli a vypočítal zásoby paliva potrebné na prekonanie gravitačnej sily.
Technické nápady Tsiolkovského sa využívajú pri tvorbe moderných raketových a vesmírnych technológií. Pohyb pomocou prúdového prúdu podľa zákona zachovania hybnosti je základom hydroprúdového motora. Na reaktívnom princípe je založený aj pohyb mnohých morských mäkkýšov (chobotnice, medúzy, chobotnice, sépie).
Číslo lístka 17
Zákon univerzálnej gravitácie. Gravitácia. Telesná hmotnosť. Stav beztiaže.
Plán odozvy
1. Gravitačné sily.
2. Zákon univerzálnej gravitácie.
3. Fyzikálny význam gravitačnej konštanty.
4. Gravitácia.
5. Telesná hmotnosť, preťaženie.
6. Stav beztiaže.
Isaac Newton navrhol, že medzi akýmikoľvek telesami v prírode existujú sily vzájomnej príťažlivosti.
Tieto sily sú tzv gravitačné sily, alebo sily univerzálnej gravitácie. Sila univerzálnej gravitácie sa prejavuje vo vesmíre, slnečnej sústave a na Zemi. Newton odvodil vzorec:
t 1 t 2
F=G----, Kde G- koeficient proporcionality, tzv gravitačné
R 2
Neustále.
Zákon univerzálnej gravitácie: medzi akýmikoľvek hmotnými bodmi existuje sila vzájomnej príťažlivosti, priamo úmerná súčinu ich hmotností a nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi nimi, pôsobiaca pozdĺž čiary spájajúcej tieto body.
Fyzikálny význam gravitačnej konštanty vyplýva zo zákona univerzálnej gravitácie.
Ak t1 = t2 = 1 kg, R= Potom 1 m G = F, t.j. gravitačná konštanta sa rovná sile, ktorou sú priťahované dve telesá s hmotnosťou 1 kg vo vzdialenosti 1 m. Číselná hodnota: G= 6,67 10 -11 N m 2 / kg 2. Sily univerzálnej gravitácie pôsobia medzi akýmikoľvek telesami v prírode, ale prejavujú sa pri veľkých hmotnostiach. Zákon univerzálnej gravitácie je splnený iba pre hmotné body a guľôčky (v tomto prípade sa vzdialenosť medzi stredmi gúľ berie ako vzdialenosť).
Konkrétnym typom univerzálnej gravitačnej sily je sila príťažlivosti telies smerom k Zemi (alebo k inej planéte). Táto sila sa nazýva gravitácia.
Pod vplyvom tejto sily získavajú všetky telesá gravitačné zrýchlenie. Podľa druhého Newtonovho zákona g = F T /m, teda, FT = tg.
Gravitačná sila je vždy nasmerovaná do stredu Zeme.
Na povrchu Zeme je gravitačné zrýchlenie 9,831 m/s 2 .
Telesná hmotnosť nazývaná sila, ktorou teleso tlačí na podperu alebo záves v dôsledku gravitačnej príťažlivosti k planéte (obr. 1).
Uvádza sa telesná hmotnosť p → . Jednotkou hmotnosti je 1 N. Keďže hmotnosť sa rovná sile, ktorou telo pôsobí na podperu, potom sa podľa tretieho Newtonovho zákona najväčšia hmotnosť telesa rovná reakčnej sile podpery. Preto, aby sme našli hmotnosť telesa, je potrebné zistiť, čomu sa rovná reakčná sila podpory.
 |
Ryža. 1 Obr. 2
Zoberme si prípad, keď sa telo a podpera nepohybujú. V tomto prípade sa reakčná sila zeme a hmotnosť tela rovnajú sile gravitácie (obr. 2):
P → = N → = tg → .
V prípade, že sa teleso pohybuje vertikálne nahor spolu s podperou so zrýchlením, podľa druhého Newtonovho zákona môžeme písať tg → + N → = ta →(obr. 3, A).
V projekcii na os och:
-тg + N = ta, odtiaľ
N= t(g + a).
Pri vertikálnom pohybe nahor so zrýchlením sa hmotnosť tela zvyšuje a zistí sa podľa vzorca R= t(g + a).
Zvýšenie telesnej hmotnosti spôsobené zrýchleným pohybom podpery alebo zavesenia sa nazýva preťaženie.
Účinky preťaženia pociťujú astronauti a vodiči áut pri náhlom brzdení.
 |
Ak sa telo pohybuje vertikálne dole,
tg → + N → = ta → ; tg - N = ta; N = m(g-a); P = m(g - a),
to znamená, že hmotnosť pri vertikálnom pohybe so zrýchlením bude menšia ako sila gravitácie (obr. 3, b).
Ak telo voľne padá, v tomto prípade P = (g – g)m = 0
Stav telesa, v ktorom je jeho hmotnosť nulová, sa nazýva stav beztiaže. Stav beztiaže sa pozoruje v lietadle alebo kozmickej lodi pri pohybe so zrýchlením voľného pádu bez ohľadu na smer a hodnotu rýchlosti ich pohybu.
Lístok č. 24 Premena energie pri mechanických vibráciách. Voľné a nútené vibrácie. Rezonancia.
Plán odozvy
1. Definícia kmitavého pohybu.
2. Voľné vibrácie.
3. Energetické premeny.
4. Nútené vibrácie. Mechanické vibrácie
sú pohyby tela, ktoré sa opakujú presne alebo približne v rovnakých časových intervaloch. Hlavné charakteristiky mechanických vibrácií sú: posun, amplitúda, frekvencia, perióda. Offset je odchýlka od rovnovážnej polohy. Amplitúda- modul maximálnej odchýlky od rovnovážnej polohy. Frekvencia- počet úplných kmitov vykonaných za jednotku času. Obdobie- čas jedného úplného kmitania, t.j. minimálna doba, po ktorej sa proces opakuje. Perióda a frekvencia sú spojené vzťahom: ν = 1 /T.
Najjednoduchší typ oscilačného pohybu je harmonické vibrácie, v ktorom sa oscilujúca veličina v čase mení podľa zákona sínusu alebo kosínusu (obr. 1 ).
zadarmo sa nazývajú oscilácie, ktoré vznikajú v dôsledku pôvodne odovzdanej energie pri následnej absencii vonkajších vplyvov na systém vykonávajúci oscilácie. Napríklad vibrácie bremena na závite (obr. 2).
 |
Ryža. 1 Obr. 2
Uvažujme proces premeny energie na príklade kmitov záťaže na závite (pozri obr. 2).
Keď sa kyvadlo vychýli z rovnovážnej polohy, zdvihne sa do výšky h relatívne k nulovej úrovni teda v bode A kyvadlo má potenciálnu energiu tgh. Pri pohybe smerom k rovnovážnej polohe smerom k bodu 0, výška klesá na nulu a rýchlosť zaťaženia sa zvyšuje a v bode 0 všetku potenciálnu energiu tgh premení na kinetickú energiu tυ 2 /2. V rovnováhe je kinetická energia na maxime a potenciálna na minime. Po prejdení rovnovážnej polohy sa kinetická energia premieňa na potenciálnu, rýchlosť kyvadla klesá a pri maximálnej odchýlke od rovnovážnej polohy sa rovná nule. Pri oscilačnom pohybe vždy dochádza k periodickým premenám jeho kinetickej a potenciálnej energie.
Pri voľných mechanických vibráciách nevyhnutne dochádza k strate energie na prekonanie odporových síl. Ak sa pod vplyvom periodickej vonkajšej sily vyskytujú oscilácie, potom sa takéto oscilácie nazývajú nútený. Rodičia napríklad hojdajú dieťa na hojdačke, vo valci motora auta sa pohybuje piest, vibruje elektrická žiletka a ihla šijacieho stroja. Charakter vynútených kmitov závisí od charakteru pôsobenia vonkajšej sily, od jej veľkosti, smeru, frekvencie pôsobenia a nezávisí od veľkosti a vlastností kmitajúceho telesa. Napríklad základ motora, na ktorom je pripevnený, vykonáva nútené kmity s frekvenciou určenou iba počtom otáčok motora - a nezávisí od veľkosti základu.
Keď sa frekvencia vonkajšej sily a frekvencia vlastných vibrácií tela zhodujú, amplitúda vynútených vibrácií sa prudko zvyšuje. Tento jav sa nazýva mechanická rezonancia. Graficky je závislosť vynútených kmitov od frekvencie vonkajšej sily znázornená na obrázku 3.
 |
Fenomén rezonancie môže spôsobiť deštrukciu áut, budov, mostov, ak sa ich prirodzené frekvencie zhodujú s frekvenciou periodicky pôsobiacej sily. Preto sú napríklad motory v autách inštalované na špeciálnych tlmičoch a vojenské jednotky majú pri pohybe po moste zakázané držať tempo.
Pri absencii trenia by sa amplitúda vynútených kmitov počas rezonancie mala zvyšovať s časom bez obmedzenia. V reálnych systémoch je amplitúda v ustálenom stave rezonancie určená podmienkou straty energie počas periódy a prácou vonkajšej sily za rovnaký čas. Čím menšie trenie, tým väčšia amplitúda počas rezonancie.
Lístok č. 16
Kondenzátory. Kapacita kondenzátora. Aplikácia kondenzátorov.
Plán odozvy
1. Definícia kondenzátora.
2. Označenie.
3. Elektrická kapacita kondenzátora.
4. Elektrická kapacita plochého kondenzátora.
5. Zapojenie kondenzátorov.
6. Aplikácia kondenzátorov.
Na akumuláciu značného množstva opačných elektrických nábojov sa používajú kondenzátory.
Kondenzátor je sústava dvoch vodičov (doštičiek) oddelených dielektrickou vrstvou, ktorej hrúbka je v porovnaní s veľkosťou vodičov malá.
Príklad, dve ploché kovové dosky umiestnené paralelne a oddelené dielektrikom tvoria plochý kondenzátor.
Ak dosky plochého kondenzátora dostanú náboje rovnakej veľkosti a opačného znamienka, potom bude napätie medzi doskami dvakrát väčšie ako napätie jednej dosky. Mimo dosky je napätie nulové.
Kondenzátory sú v diagramoch označené nasledovne:
 |
Elektrická kapacita kondenzátora je hodnota rovnajúca sa pomeru náboja na jednej z dosiek k napätiu medzi nimi. Elektrická kapacita je určená C.
A-priorstvo S= q/U. Jednotkou elektrickej kapacity je farad (F).
1 farad je elektrická kapacita takého kondenzátora, ktorého napätie medzi doskami sa rovná 1 voltu, keď sú dosky nabité opačnými nábojmi 1 coulomb.
Elektrická kapacita plochého kondenzátora sa zistí podľa vzorca:
C = ε ε 0 -,
kde ε 0 je elektrická konštanta, ε je dielektrická konštanta média, S je plocha dosky kondenzátora, d- vzdialenosť medzi doskami (alebo hrúbka dielektrika).
Ak sú kondenzátory pripojené tak, aby vytvorili batériu, potom s paralelným pripojením CO = C1 + C2(obr. 1). Pre sériové pripojenie
- = - + - (obr. 2).
C O C 1 C 2
V závislosti od typu dielektrika môžu byť kondenzátory vzduchové, papierové alebo sľudové.
Kondenzátory slúžia na skladovanie elektriny a jej využitie pri rýchlom vybíjaní (fotoblesk), na oddelenie jednosmerných a striedavých obvodov, v usmerňovačoch, oscilačných obvodoch a iných elektronických zariadeniach.
 |
Lístok č.15
Práca a napájanie v jednosmernom obvode. Elektromotorická sila. Ohmov zákon pre úplný obvod.
Plán odozvy
1. Aktuálna práca.
2. Joule-Lenzov zákon.
3. Elektromotorická sila.
4. Ohmov zákon pre úplný obvod.
V elektrickom poli zo vzorca na určenie napätia
U = A/q
potom na výpočet práce prenosu elektrického náboja
A = U q keďže pre aktuálny poplatok q = I t
potom práca prúdu:
A = UIt alebo A = I2 Rt = U2 / Rt
Sila podľa definície N = A/t teda, N = UI = I2R = U2/R
Joule-Lenzov zákon: Pri prechode prúdu vodičom je množstvo tepla uvoľneného vo vodiči priamo úmerné druhej mocnine sily prúdu, odporu vodiča a času prechodu prúdu, Q = I 2 Rt.
 |
Kompletne uzavretý obvod je elektrický obvod, ktorý zahŕňa vonkajšie odpory a zdroj prúdu (obr. 1).
Ako jedna z častí obvodu má zdroj prúdu odpor, ktorý sa nazýva vnútorný , r.
Na to, aby prúd pretekal uzavretým okruhom, je potrebné, aby nábojom v zdroji prúdu bola odovzdaná dodatočná energia; táto energia sa odoberá pohybom nábojov, ktorý je produkovaný silami neelektrického pôvodu. (vonkajšie sily) proti silám elektrického poľa.
Prúdový zdroj je charakterizovaný EMF - elektromotorickou silou zdroja.
EMF - charakteristika neelektrického zdroja energie v elektrickom obvode potrebná na udržanie elektrického prúdu v ňom .
EMF sa meria pomerom práce vykonanej vonkajšími silami na pohyb kladného náboja pozdĺž uzavretého okruhu k tomuto náboju
Ɛ = A ST / q.
Nech to trvá t cez prierez vodiča prejde elektrický náboj q.
Potom prácu vonkajších síl pri pohybe náboja možno zapísať takto: A ST = Ɛ q.
Podľa definície prúdu q=I t,
A ST = Ɛ I t
Pri vykonávaní tejto práce na vnútorných a vonkajších častiach obvodu, ktorých odpor R a r, uvoľňuje sa trochu tepla.
Podľa Joule-Lenzovho zákona sa rovná : Q = I2Rt + I2rt
Podľa zákona zachovania energie A = Q. teda Ɛ = IR + Ir .
Súčin prúdu a odporu časti obvodu sa často nazýva pokles napätia v tejto oblasti.
EMF sa rovná súčtu poklesov napätia vo vnútorných a vonkajších častiach uzavretého okruhu. O
I = Ɛ/ (R + r).
Tento vzťah sa nazýva Ohmov zákon pre úplný obvod
Intenzita prúdu v úplnom obvode je priamo úmerná emf zdroja prúdu a nepriamo úmerná celkovému odporu obvodu .
Keď je obvod otvorený, emf sa rovná napätiu na svorkách zdroja, a preto ho možno merať voltmetrom.
Lístok č. 12
Interakcia nabitých telies. Coulombov zákon. Zákon zachovania elektrického náboja.
Plán odozvy
1. Nabíjačka.
2. Interakcia nabitých telies.
3. Zákon zachovania elektrického náboja.
4. Coulombov zákon.
5. Dielektrická konštanta.
6. Elektrická konštanta.
Zákonitosti vzájomného pôsobenia atómov a molekúl sú vysvetlené na základe štruktúry atómu pomocou planetárneho modelu jeho štruktúry.
V strede atómu je kladne nabité jadro, okolo ktorého rotujú záporne nabité častice po určitých dráhach.
Interakcia medzi nabitými časticami je tzv elektromagnetické.
Intenzita elektromagnetickej interakcie je určená fyzikálnou veličinou - nabíjačka, ktoré označené q.
Jednotka elektrického náboja - prívesok (Cl).
1 prívesok- je to elektrický náboj, ktorý pri prechode prierezom vodiča za 1 s vytvorí v ňom prúd 1 A.
Schopnosť elektrických nábojov vzájomne sa priťahovať a odpudzovať sa vysvetľuje existenciou dvoch typov nábojov.
Jeden typ náboja je tzv pozitívne, Nositeľom elementárneho kladného náboja je protón.
Iný typ náboja bol tzv negatívne, jeho nosičom je elektrón. Základný náboj je e = 1,6 x 10-19 Cl.
Elektrický náboj sa nevytvára ani neničí, ale iba sa prenáša z jedného tela do druhého.
Táto skutočnosť je tzv zákon zachovania elektrického náboja.
V prírode sa elektrický náboj rovnakého znamienka neobjaví ani nezmizne.
Vznik a zánik elektrických nábojov na telesách sa vo väčšine prípadov vysvetľuje prechodmi elementárnych nabitých častíc – elektrónov – z jedného telesa do druhého.
Elektrifikácia- to je správa pre telo elektrického náboja.
Elektrifikácia môže nastať kontaktom (trením) rôznych látok a počas ožarovania.
Keď sa v tele objaví elektrifikácia, dochádza k prebytku alebo nedostatku elektrónov.
Ak je elektrónov nadbytok, telo získava záporný náboj a ak je nedostatok, získava kladný náboj.
Základný zákon elektrostatiky experimentálne stanovil Charles Coulomb:
Modul sily interakcie medzi dvoma bodovými pevnými elektrickými nábojmi vo vákuu je priamo úmerný súčinu veľkostí týchto nábojov a nepriamo úmerný druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi.
F = k q 1 q 2 / r 2,
kde q 1 a q 2 sú nábojové moduly, r je vzdialenosť medzi nimi, k je koeficient úmernosti v závislosti od výberu sústavy jednotiek v SI
k = 9109 Nm2/Cl2.
Nazýva sa veličina, ktorá ukazuje, koľkokrát je sila interakcie medzi nábojmi vo vákuu väčšia ako v prostredí dielektrická konštanta médiaε.
Pre médium s dielektrickou konštantou ε platí Coulombov zákon: F = k q 1 q 2 /(ε r 2).
Namiesto koeficientu k sa často používa koeficient nazývaný elektrický konštanta ε 0 .
Elektrická konštanta súvisí s koeficientom k takto:
k = 1/4πε 0 a číselne sa rovná ε 0 = 8,85 10 -12 C/N m 2
Použitím elektrickej konštanty je Coulombov zákon:
1 q 1 q 2
F = --- ---
4 π ε 0 r 2
Interakcia stacionárnych elektrických nábojov je tzv elektrostatický, alebo Coulombova interakcia. Coulombove sily je možné znázorniť graficky (obr. 1).
Coulombova sila smeruje pozdĺž priamky spájajúcej nabité telesá. Je to príťažlivá sila pre rôzne znaky nábojov a odpudivá sila pre rovnaké znaky.
 |
Dôvodom zmeny rýchlosti pohybu telesa je vždy jeho interakcia s inými telesami.
Po vypnutí motora auto postupne spomaľuje a zastavuje. Hlavný dôvod
zmeny rýchlosti vozidla - interakcia jeho kolies s povrchom vozovky.
Lopta ležiaca nehybne na zemi sa nikdy sama od seba nepohne. Rýchlosť lopty sa mení až v dôsledku pôsobenia iných tiel na ňu, napríklad nôh futbalistu.
Stabilita pomeru akceleračných modulov.
Pri interakcii dvoch telies sa rýchlosť prvého aj druhého telies vždy mení, t.j. obe telesá nadobudnú zrýchlenie. Akceleračné moduly dvoch interagujúcich telies sa môžu líšiť, ale ich pomer sa ukazuje ako konštantný pre akúkoľvek interakciu:
Zotrvačnosť telies.
Nemennosť pomeru modulov zrýchlenia dvoch telies pri akejkoľvek ich interakcii ukazuje, že telesá majú nejakú vlastnosť, od ktorej závisí ich zrýchlenie pri interakciách s inými telesami. Zrýchlenie telesa sa rovná pomeru zmeny jeho rýchlosti k času, počas ktorého k tejto zmene došlo:
Keďže doba pôsobenia telies na seba je rovnaká, zmena rýchlosti je väčšia pre teleso, ktoré naberá väčšie zrýchlenie.
Čím menej sa mení rýchlosť telesa pri interakcii s inými telesami, tým je jeho pohyb bližšie k rovnomernému priamočiaremu pohybu zotrvačnosťou. Takéto teleso sa nazýva viac inertné.
Všetky telesá majú vlastnosť zotrvačnosti. Spočíva v tom, že zmena rýchlosti telesa pri jeho interakcii s inými telesami trvá určitý čas.
Prejav vlastnosti zotrvačnosti telies možno pozorovať v nasledujúcom pokuse. Kovový valec zavesíme na tenkú niť (obr. 20, a) a zospodu priviažeme presne tú istú niť. Prax ukazuje, že pri postupnom napínaní spodnej nite sa horná niť pretrhne (obr. 20, b). Ak prudko potiahnete spodnú niť, horná niť zostane neporušená, ale spodná niť sa zlomí (obr. 20, c). V tomto prípade je ovplyvnená zotrvačnosť valca, ktorý nestihne v krátkom čase dostatočne zmeniť svoju rýchlosť a urobiť citeľný pohyb dostatočný na pretrhnutie hornej nite.
Telesná hmotnosť.
Vlastnosť telesa, od ktorej závisí jeho zrýchlenie pri interakcii s inými telesami, sa nazýva zotrvačnosť. Kvantitatívnym meradlom zotrvačnosti tela je telesná hmotnosť. Čím väčšiu hmotnosť má teleso, tým menšie zrýchlenie dostáva počas interakcie.
Preto sa vo fyzike uznáva, že pomer hmotností interagujúcich telies sa rovná inverznému pomeru akceleračných modulov:
Jednotkou hmotnosti v medzinárodnom systéme je hmotnosť špeciálneho štandardu vyrobeného zo zliatiny platiny a irídia. Hmotnosť tejto normy sa nazýva kilogram (kg).
Hmotnosť akéhokoľvek telesa sa dá nájsť interakciou tohto telesa so štandardnou hmotnosťou.
Podľa definície pojmu hmotnosť sa pomer hmotností interagujúcich telies rovná inverznému pomeru modulov ich zrýchlení (5.2). Meraním akceleračných modulov karosérie a etalónu možno nájsť pomer hmotnosti karosérie k hmotnosti etalónu
Pomer telesnej hmotnosti k hmotnosti etalónu sa rovná pomeru modulu zrýchlenia etalónu. K akceleračnému modulu telesa počas ich interakcie.
Telesná hmotnosť môže byť vyjadrená prostredníctvom hmotnosti normy:
Telesná hmotnosť je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje jej zotrvačnosť.
Meranie hmotnosti.
Na meranie hmotností telies vo vede, technike a každodennej praxi sa zriedka používa metóda porovnávania hmotnosti telesa s hmotnosťou etalónu určením zrýchlení telies pri ich interakcii. Bežne používanou metódou je porovnávanie hmotností telies pomocou váh.
Pri vážení sa na určenie hmotností využíva schopnosť interakcie všetkých telies so Zemou. Experimenty ukázali, že telesá s rovnakou hmotnosťou sú rovnako priťahované k Zemi. Rovnosť priťahovania telies k Zemi môže byť napríklad dosiahnutá rovnomerným natiahnutím pružiny, keď sú na nej striedavo zavesené telesá s rovnakou hmotnosťou.
V klasickej mechanike sa verí, že:
a) Hmotnosť hmotného bodu nezávisí od stavu pohybu bodu, ktorý je jeho konštantnou charakteristikou.
b) Hmotnosť je aditívna veličina, t.j. hmotnosť sústavy (napríklad telesa) sa rovná súčtu hmotností všetkých hmotných bodov, ktoré sú súčasťou tejto sústavy.
c) Hmotnosť uzavretého systému zostáva nezmenená počas akýchkoľvek procesov prebiehajúcich v tomto systéme (zákon zachovania hmotnosti).
Hustota ρ telo v danom bode M nazývaný hmotnostný pomer dm malý prvok tela vrátane hrotu M, na hodnotu dV objem tohto prvku:
Rozmery uvažovaného prvku musia byť také malé, že zmenou hustoty v rámci jeho hraníc môžu byť medzimolekulové vzdialenosti mnohonásobne väčšie.
Telo je tzv homogénne , ak je hustota vo všetkých bodoch rovnaká. Hmotnosť homogénneho telesa sa rovná súčinu jeho hustoty a objemu:
Hmotnosť heterogénneho telesa:
dV,kde ρ je funkciou súradníc a integrácia sa vykonáva v celom objeme telesa. Stredná hustota (ρ) nehomogénneho telesa sa nazýva pomer jeho hmotnosti k objemu: (ρ)=m/V.
Ťažisko systému hmotné body sa nazývajú bod C, polomerový vektor
ktorý sa rovná: a – vektoru hmotnosti a polomeru i hmotný bod, n je celkový počet hmotných bodov v systéme a m= je hmotnosť celého systému.Rýchlosť ťažiska:
Vektorové množstvo
, rovný súčinu hmotnosti hmotného bodu a jeho rýchlosti, sa nazýva impulz, alebo množstvo pohybu , tento materiálny bod. Impulz systému hmotných bodov sa nazýva vektor p rovná geometrickému súčtu hybností všetkých hmotných bodov sústavy:Hybnosť systému sa rovná súčinu hmotnosti celého systému a rýchlosti jeho ťažiska:
Druhý Newtonov zákon
Základným zákonom dynamiky hmotného bodu je druhý Newtonov zákon, ktorý hovorí o tom, ako sa mechanický pohyb hmotného bodu mení pod vplyvom síl, ktoré naň pôsobia. Druhý Newtonov zákon znie: rýchlosť zmeny hybnosti ρ hmotný bod sa rovná sile, ktorá naň pôsobí F, t.j.
, alebokde m a v sú hmotnosť a rýchlosť hmotného bodu.
Ak na hmotný bod pôsobí niekoľko síl súčasne, potom pod silou F v druhom Newtonovom zákone treba pochopiť geometrický súčet všetkých pôsobiacich síl – aktívnych aj reakčných reakcií, t.j. výsledná sila.
Vektorové množstvo Fdt nazývané elementárne impulz silu F v krátkom čase dt jej činy. Impulzná sila F na dobu určitú od
to sa rovná určitému integrálu:Kde F, vo všeobecnosti závisí od času t.
Podľa druhého Newtonovho zákona sa zmena hybnosti hmotného bodu rovná hybnosti sily, ktorá naň pôsobí:
d p=F dt A
, je hodnota hybnosti hmotného bodu na konci ( ) a na začiatku ( ) posudzovaného časového obdobia.Keďže v newtonovskej mechanike hmot m hmotný bod nezávisí od stavu pohybu bodu, teda
Preto môže byť matematické vyjadrenie druhého Newtonovho zákona reprezentované aj vo forme
- zrýchlenie hmotného bodu, r je jeho polomerový vektor. V súlade s tým znenie Druhý Newtonov zákon stavy: zrýchlenie hmotného bodu sa zhoduje v smere so silou naň pôsobiacou a rovná sa pomeru tejto sily k hmotnosti hmotného bodu.Tangenciálne a normálové zrýchlenie materiálu sú určené príslušnými zložkami sily F
, je veľkosť vektora rýchlosti hmotného bodu a R– polomer zakrivenia jeho trajektórie. Sila, ktorá udeľuje hmotnému bodu normálové zrýchlenie, smeruje k stredu zakrivenia trajektórie bodu, a preto sa nazýva dostredivá sila.Ak na hmotný bod pôsobí súčasne viacero síl
, potom jeho zrýchlenie. V dôsledku toho každá zo síl, ktoré súčasne pôsobia na hmotný bod, mu udeľuje rovnaké zrýchlenie, ako keby neexistovali žiadne iné sily. (princíp nezávislosti pôsobenia síl).Diferenciálna pohybová rovnica hmotného bodu nazývaná rovnica
V projekciách na osi pravouhlého karteziánskeho súradnicového systému má táto rovnica tvar
, ,kde x, y a z sú súradnice pohybujúceho sa bodu.
Tretí Newtonov zákon. Pohyb ťažiska
Mechanické pôsobenie telies na seba sa prejavuje vo forme ich vzájomného pôsobenia. Toto hovorí Tretí Newtonov zákon: dva hmotné body na seba pôsobia silami, ktoré sú číselne rovnaké a smerujú v opačných smeroch pozdĺž priamky spájajúcej tieto body.
– sila pôsobiaca na i- yu hmotný bod zo strany k- th, a je sila pôsobiaca na k-tý hmotný bod z i-tej strany, potom podľa tretieho Newtonovho zákona pôsobia na rôzne hmotné body a môžu byť vzájomne vyvážené len v tých prípadoch, keď tieto body patria k tomu istému. absolútne pevné telo.Tretí Newtonov zákon je podstatným doplnením prvého a druhého zákona. Umožňuje prejsť od dynamiky jedného hmotného bodu k dynamike ľubovoľného mechanického systému (systému hmotných bodov). Z tretieho Newtonovho zákona vyplýva, že v akomkoľvek mechanickom systéme sa geometrický súčet všetkých vnútorných síl rovná nule: kde
– výslednica vonkajších síl pôsobiacich na i materiálny bod.Z druhého a tretieho Newtonovho zákona vyplýva, že prvá derivácia vzhľadom na čas t z impulzu p mechanický systém sa rovná hlavnému vektoru všetkých vonkajších síl pôsobiacich na systém,
.Táto rovnica vyjadruje zákon zmeny hybnosti systému.
Interakcia je činnosť, ktorá je obojstranná. Všetky telesá sú schopné vzájomnej interakcie pomocou zotrvačnosti, sily, hustoty hmoty a vlastne interakcie telies. Vo fyzike sa vzájomné pôsobenie dvoch telies alebo sústavy telies nazýva interakcia. Je známe, že keď sa telá priblížia, zmení sa povaha ich správania. Tieto zmeny sú vzájomné. Keď sa telesá od seba vzdialia na veľké vzdialenosti, interakcie zmiznú.
Pri interakcii telies, jej výsledok vždy pociťujú všetky telesá (napokon, pri pôsobení na niečo je vždy návrat). Takže napríklad v biliarde, keď zasiahnete loptičku tágom, tá odletí oveľa silnejšie ako tágo, čo sa vysvetľuje zotrvačnosťou tiel. Druhy a rozsah interakcie medzi telesami sú určené práve touto charakteristikou. Niektoré telesá sú menej inertné, iné viac. Čím väčšia je hmotnosť telesa, tým väčšia je jeho zotrvačnosť. Teleso, ktoré pri interakcii mení svoju rýchlosť pomalšie, má väčšiu hmotnosť a je inertnejšie. Teleso, ktoré mení svoju rýchlosť rýchlejšie, má menšiu hmotnosť a je menej inertné.
Sila je miera, ktorá meria interakciu telies. Fyzika rozlišuje štyri typy interakcií, ktoré nie sú navzájom redukovateľné: elektromagnetické, gravitačné, silné a slabé. Najčastejšie k interakcii telies dochádza pri ich dotyku, čo vedie k zmene rýchlostí týchto telies, ktorá sa meria silou pôsobiacou medzi nimi. Takže na uvedenie zastaveného auta do pohybu tlačeného rukami je potrebné použiť silu. Ak to musíte tlačiť do kopca, potom je to oveľa ťažšie, pretože to bude vyžadovať väčšiu silu. Najlepšou možnosťou by bolo použiť silu nasmerovanú pozdĺž cesty. V tomto prípade je uvedená veľkosť a smer sily (všimnite si, že sila je vektorová veličina).
K interakcii telies dochádza aj vplyvom mechanickej sily, ktorej dôsledkom je mechanický pohyb telies alebo ich častí. Sila nie je predmetom kontemplácie, je príčinou pohybu. Každé pôsobenie jedného telesa vo vzťahu k druhému sa prejavuje pohybom. Príkladom mechanickej sily, ktorá generuje pohyb, je takzvaný „domino“ efekt. Umne umiestnené domino padajú jedno za druhým a pri zatlačení prvého domino sa pohyb šíri ďalej v rade. Dochádza k prenosu pohybu z jednej inertnej postavy na druhú.
Vzájomné pôsobenie telies pri kontakte môže viesť nielen k spomaleniu či zrýchleniu ich rýchlostí, ale aj k ich deformácii – zmene objemu či tvaru. Pozoruhodným príkladom je list papiera zovretý v ruke. Pôsobením na ňu silou vedieme k zrýchlenému pohybu častí tohto plechu a jeho deformácii.
Každé telo odoláva deformácii, keď sa ho pokúša natiahnuť, stlačiť alebo ohnúť. Z tela začnú pôsobiť sily, ktoré tomu bránia (elasticita). Pružná sila sa prejavuje zo strany pružiny v momente jej natiahnutia alebo stlačenia. Záťaž, ktorá je ťahaná po zemi lanom, sa zrýchľuje, pretože pôsobí elastická sila napnutej šnúry.
Interakcia telies počas kĺzania po povrchu, ktorý ich oddeľuje, nespôsobuje ich deformáciu. V prípade, že sa napríklad ceruzka šmýka po hladkom povrchu stola, alebo sa lyže či sane šmýkajú po utlačenom snehu, pôsobí sila, ktorá kĺzaniu bráni. Ide o treciu silu, ktorá závisí od vlastností povrchov interagujúcich telies a od sily, ktorá ich pritláča k sebe.
Interakcia telies môže prebiehať aj na diaľku. Akcia, nazývaná aj gravitačná, nastáva medzi všetkými telesami v okolí, čo môže byť viditeľné iba vtedy, keď sú telesá veľkosti hviezd alebo planét. tvorené gravitačnou príťažlivosťou akéhokoľvek astronomického telesa a ktoré sú spôsobené ich rotáciou. Takže Zem priťahuje Mesiac, Slnko priťahuje Zem, takže Mesiac sa točí okolo Zeme a Zem sa otáča okolo Slnka.
Elektromagnetické sily pôsobia aj na diaľku. Napriek tomu, že sa strelka kompasu nedotkne žiadneho telesa, bude sa vždy otáčať pozdĺž siločiary magnetického poľa. Príkladom pôsobenia elektromagnetických síl je to, čo sa často vyskytuje na vlasoch pri česaní. K oddeleniu nábojov medzi nimi dochádza v dôsledku sily trenia. Vlasy, ktoré sú pozitívne nabité, sa začnú navzájom odpudzovať. Takáto statika sa často vyskytuje pri obliekaní svetra alebo nosení klobúkov.
Teraz viete, čo je interakcia telies (definícia sa ukázala byť dosť rozsiahla!).
Otázka 4
Inerciálne referenčné systémy
Inerciálne vzťažné sústavy Prvý Newtonov zákon
Otázka 3
Newtonov prvý zákon– (zákon zotrvačnosti) existujú také vzťažné sústavy, voči ktorým je translačne sa pohybujúce teleso pri nezmenenej rýchlosti v pokoji alebo sa pohybuje priamočiaro a rovnomerne, ak naň nepôsobia vonkajšie telesá alebo ich pôsobenie je rovné nula, to znamená, že je kompenzovaná.
Vzťažná sústava, v ktorej platí zákon zotrvačnosti: hmotný bod, keď naň nepôsobia žiadne sily (alebo naň pôsobia vzájomne vyvážené sily), je v stave pokoja alebo rovnomerného lineárneho pohybu. Akýkoľvek referenčný systém pohybujúci sa vzhľadom na os. O. progresívne, jednotne a priamočiaro existuje aj I. s. O. V dôsledku toho môže teoreticky existovať ľubovoľný počet rovnakých i.s. o., majúci tú dôležitú vlastnosť, že vo všetkých takýchto systémoch sú fyzikálne zákony rovnaké (tzv. princíp relativity).
Interakcia telies. Dôvodom zmeny rýchlosti pohybu telesa je vždy jeho interakcia s inými telesami.
Po vypnutí motora auto postupne spomaľuje a zastavuje. Hlavným dôvodom zmien rýchlosti vozidla je interakcia jeho kolies s povrchom vozovky.
Lopta ležiaca nehybne na zemi sa nikdy sama od seba nepohne. Rýchlosť lopty sa mení až v dôsledku pôsobenia iných tiel na ňu, napríklad nôh futbalistu.
Stabilita pomeru akceleračných modulov. Pri interakcii dvoch telies sa rýchlosť prvého aj druhého telies vždy mení, t.j. obe telesá nadobudnú zrýchlenie. Akceleračné moduly dvoch interagujúcich telies sa môžu líšiť, ale ich pomer sa ukazuje ako konštantný pre akúkoľvek interakciu:
Interakcie sa navzájom líšia kvantitatívne aj kvalitatívne. Napríklad je zrejmé, že čím viac je pružina deformovaná, tým väčšia je interakcia jej závitov. Alebo čím bližšie sú dva náboje rovnakého mena, tým silnejšie budú priťahovať. V najjednoduchších prípadoch interakcie je kvantitatívna charakteristika sila.
Telesná hmotnosť. Vlastnosť telesa, od ktorej závisí jeho zrýchlenie pri interakcii s inými telesami, sa nazýva zotrvačnosť.
Kvantitatívnym meradlom zotrvačnosti tela je telesná hmotnosť. Čím väčšiu hmotnosť má teleso, tým menšie zrýchlenie dostáva počas interakcie.
Preto sa vo fyzike uznáva, že pomer hmotností interagujúcich telies sa rovná inverznému pomeru akceleračných modulov:
Jednotkou hmotnosti v medzinárodnom systéme je hmotnosť špeciálneho štandardu vyrobeného zo zliatiny platiny a irídia. Hmotnosť tohto štandardu je tzv kilogram(kg).
Hmotnosť akéhokoľvek telesa sa dá nájsť interakciou tohto telesa so štandardnou hmotnosťou.
Podľa definície pojmu hmotnosť sa pomer hmotností interagujúcich telies rovná inverznému pomeru modulov ich zrýchlení (5.2). Meraním akceleračných modulov karosérie a štandardu je možné nájsť pomer hmotnosti tela k hmotnosti štandardu:
Pomer hmotnosti karosérie k hmotnosti etalónu sa rovná pomeru akceleračného modulu etalónu k akceleračnému modulu karosérie pri ich interakcii.
Telesná hmotnosť môže byť vyjadrená prostredníctvom hmotnosti normy:
Telesná hmotnosť je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje jej zotrvačnosť.
Sila je dôvodom zrýchlenia telies vzhľadom na inerciálnu referenčnú sústavu alebo ich deformácie. Sila je vektorová fyzikálna veličina, ktorá je mierou zrýchlenia získaného telesami počas interakcie. Sila je charakterizovaná: a) modulom; b) miesto aplikácie; c) smer.
Druhý Newtonov zákon - sila pôsobiaca na teleso sa rovná súčinu hmotnosti telesa a zrýchlenia, ktoré táto sila udeľuje.
