مثل یک نکته مادی. نکته اصلی: تعریف ، مقادیر ، مثالها و حل مسئله

تمام اجسامی که ما را احاطه کرده اند از تعداد زیادی عظیم اتم یا مولکول تشکیل شده است ، یعنی آنها سیستم های ماکروسکوپی هستند

خواص مکانیکی اجسام

خواص مکانیکی اجسام با ساختار داخلی ، وضعیت ، ترکیب شیمیایی آنها تعیین می شود ، مطالعه آنها فراتر از چارچوب مکانیک است ، بنابراین آنها در شاخه های دیگر فیزیک مورد مطالعه قرار می گیرند. در مکانیک ، هنگام در نظر گرفتن اجسام واقعی ، بسته به شرایط یک مسئله خاص ، آنها از مدلهای ساده شده استفاده می کنند: یک نقطه ماده ، یک بدن کاملاً سخت و سایر موارد.

نقطه ماده (MT) جسمی گفته می شود که اندازه و شکل آن در این مشکل جسمی خاص قابل چشم پوشی است. معیار این امر این است که فواصل مشخصه ای که بدن در طی یک حرکت معین طی می کند (مقیاس حرکتی که با L نشان می دهیم) باید دستوراتی از اندازه (حداقل 1-2 مرتبه از اندازه) بزرگتر از ابعاد مشخصه بدن باشد. بنابراین ، این معیار که بدن فیزیکی را می توان MT در نظر گرفت ، تحقق شرط است. اصطلاح "نقطه مادی" خود ، همانطور که بود ، تأکید می کند که اندازه بدن نادیده گرفته می شود ، اما در عین حال یک جسم فیزیکی با جرم است. از این لحاظ استفاده از اصطلاح "جرم نقطه ای" درست تر است ، مانند آنچه در الکترواستاتیک انجام می شود ، جایی که مفهوم "بار نقطه" استفاده می شود.

مقاله های مشابه را بخوانید:

در فیزیک ، مفهوم ترتیب قدر بسیار مهم است: از آنجا که حتی برای تعریف صحیح MT باید از این مفهوم استفاده شود ، ما به طور خلاصه این تعریف را به یاد می آوریم. چنین مقایسه ای از طریق مرتبه ای به شما امکان می دهد تا به درستی تعیین کنید که آیا این جسم می تواند یک نقطه مادی در یک مسئله خاص فیزیکی مشخص باشد یا خیر. راحت تر - می توانید از اندازه بدن در مقایسه با مشخصه مسافت عبور از بدن در روند یک حرکت مشخص غافل شوید.

اکنون واضح است که البته در روند حرکت زمین به دور خورشید ، می توان آن را به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت. در روند حرکت اجسام در امتداد سطح زمین. یا در نزدیکی زمین (حرکت ماهواره ها) ، زمین را دیگر نمی توان یک نقطه مادی دانست و بالعکس ، ما در هر کار خاص اندازه این اجسام را با اندازه زمین مقایسه خواهیم کرد.

هر جسم یا سیستم از اجسام در مکانیک مورد مطالعه قرار گرفته است ، می توان آن را به عنوان یک سیستم از نقاط مواد در نظر گرفت. برای این منظور ، لازم است كه تمام بدنه های سیستم به طور كافی به قطعات كافی زیادی تقسیم شوند ، به گونه ای كه ابعاد هر یك از این قطعات در مقایسه با ابعاد خود اجسام ، غیر قابل مقایسه باشد.

یک بدن کاملاً سفت و سخت یک بدن است ، فاصله بین - هر دو نقطه از آن بدون تغییر باقی می ماند. از چنین مدلی می توان در مشکلاتی استفاده کرد که در آن می توان تغییر شکل بدن را نادیده گرفت. در حقیقت ، یک بدنه کاملاً سفت و سخت یک سیستم MT است که کاملاً به هم پیوسته است.

مقاله های مشابه را بخوانید:

حرکات بدن در فیزیک

هر حرکتی از یک بدن کاملاً سفت و سخت را می توان به دو نوع حرکت اصلی - انتقالی و چرخشی تجزیه کرد.

حرکت ترجمه حرکتی است که در آن هر خط مستقیمی که دو نقطه دلخواه از این بدن را به هم متصل می کند ، در یک بدن متحرک ترسیم می شود ، موازی با خودش باقی می ماند. به عنوان مثال ، یک پیستون در یک سیلندر یک موتور یا یک موتور حرارتی ، یک ماشین آسانسور ، هنگام پایین آوردن و بالا آمدن ، به صورت تدریجی حرکت می کند. در زیر نشان داده خواهد شد که در هر لحظه از زمان سرعت و شتاب تمام نقاط بدن در حین حرکت انتقالی یکسان خواهد بود ، به این معنی که برای توصیف چنین حرکتی از یک جسم صلب ، در نظر گرفتن حرکت یکی از نقاط آن کافی است.

نقطه مواد- یک مفهوم مدل (انتزاع) از مکانیک کلاسیک ، بدنه ای از ابعاد ناگهانی کوچک را نشان می دهد ، اما دارای جرم خاصی است.

از یک طرف ، یک ماده ماده ساده ترین جسم مکانیک است ، زیرا موقعیت آن در فضا فقط با سه عدد تعیین می شود. به عنوان مثال ، سه مختصات دکارتی از نقطه در مکانی که نقطه مادی ما در آن قرار دارد.

از طرف دیگر ، یک ماده ماده اصلی ترین مرجع مکانیک است ، زیرا قوانین اساسی مکانیک برای آن تدوین می شود. تمام اشیا other دیگر مکانیک - اجسام و محیط های مادی - را می توان در قالب یک یا مجموعه دیگری از نقاط مادی نشان داد. به عنوان مثال ، هر جسمی را می توان به قطعات کوچک "برش داد" و هر یک از آنها را به عنوان یک نقطه ماده با جرم مربوطه در نظر گرفت.

وقتی می توان هنگام تنظیم مسئله حرکت بدن ، جسمی واقعی را با یک ماده مهم "جایگزین" کرد ، بستگی به س questionsالاتی دارد که حل مسئله فرموله شده باید به آنها پاسخ دهد.

رویکردهای مختلفی در مورد استفاده از مدل نقطه ماده وجود دارد.

یکی از آنها تجربی است. اعتقاد بر این است که مدل نقطه ماده زمانی قابل اجرا است که ابعاد اجسام متحرک در مقایسه با اندازه جابجایی های نسبی این اجسام ناچیز باشد. از منظومه شمسی می توان به عنوان تصویر استفاده کرد. اگر فرض کنیم که خورشید یک نقطه مادی ثابت است و آن را در نظر می گیریم که بر اساس قانون جاذبه جهانی روی یک سیاره مادی دیگر کار کند ، در این صورت مسئله حرکت یک سیاره نقطه یک راه حل شناخته شده دارد. در میان سیرهای احتمالی این نقطه ، مواردی وجود دارد که قوانین کپلر بر اساس آنها انجام می شود و از نظر تجربی برای سیارات منظومه شمسی وضع شده است.

بنابراین ، در توصیف حرکات مداری سیارات ، مدل نقطه ماده کاملاً راضی کننده است. (با این حال ، ساختن یک مدل ریاضی برای پدیده هایی مانند خورشید گرفتگی و ماه به مستلزم در نظر گرفتن اندازه واقعی خورشید ، زمین و ماه است ، اگرچه این پدیده ها به وضوح با حرکات مداری مرتبط هستند).

نسبت قطر خورشید به قطر مدار نزدیکترین سیاره - عطارد - 1 10 10–2 ~ و نسبت قطر سیارات نزدیک به خورشید به قطر مدار آنها ~ 1 ÷ 2 · 10–4 است. آیا این اعداد می توانند به عنوان یک معیار رسمی برای غفلت از اندازه بدن در سایر مشکلات و در نتیجه قابل قبول بودن مدل نقطه ماده عمل کنند؟ تمرین نشان می دهد که چنین نیست.

به عنوان مثال ، یک اندازه گلوله کوچک من \u003d 1 ÷ 2 سانتی متر فاصله پرواز می کند ل \u003d 1 ÷ 2 کیلومتر ، یعنی نسبت ، با این حال ، مسیر پرواز (و برد) به طور قابل توجهی نه تنها به جرم گلوله ، بلکه همچنین به شکل آن و چرخش آن بستگی دارد. بنابراین ، حتی یک گلوله کوچک ، به عبارت دقیق ، نمی تواند یک نکته مهم تلقی شود. اگر در مشکلات بالستیک خارجی ، پرتابه اغلب به عنوان یک ماده مهم در نظر گرفته می شود ، این امر با رزرو تعدادی از شرایط اضافی همراه است ، معمولاً به طور تجربی با در نظر گرفتن خصوصیات واقعی بدن.

اگر به فضانوردی روی بیاوریم ، وقتی یک فضاپیما (مدار چرخان) به مدار در حال کار پرتاب می شود ، در محاسبات بعدی مسیر پرواز خود ، این یک نقطه مهم محسوب می شود ، زیرا هیچ تغییری در شکل فضاپیما تأثیر قابل توجهی در مسیر حرکت ندارد. فقط گاهی اوقات ، هنگام اصلاح مسیر ، اطمینان از جهت گیری دقیق موتورهای جت در فضا ضروری می شود.

هنگامی که محفظه نزول با فاصله 100 ~ کیلومتر به سطح زمین نزدیک می شود ، بلافاصله به یک جسم تبدیل می شود ، زیرا این بستگی به چگونگی "پهلو" شدن آن در لایه های متراکم جو دارد که آیا محفظه فضانوردان را تحویل خواهد داد و مواد را به نقطه مورد نظر روی زمین برمی گرداند. ...

معلوم شد که مدل نقطه ماده برای توصیف حرکات اجسام فیزیکی جهان کوچک مانند ذرات بنیادی ، هسته های اتمی ، الکترون ها و غیره غیرقابل قبول است.

رویکرد دیگر به مسئله استفاده از مدل نقطه ماده منطقی است. طبق قانون تغییر در حرکت سیستم ، اعمال شده بر روی جسمی جداگانه ، مرکز جرم C بدن همان شتاب برخی از نقاط ماده را دارد (بگذارید آن را معادل آن بنامیم) ، که با همان نیروهایی که بر روی بدن اعمال می شود ، عمل می کند.

به طور کلی ، نیروی حاصل را می توان به صورت یک جمع نشان داد ، جایی که فقط به و (شعاع بردار و سرعت نقطه C) و - و به سرعت زاویه ای بدن و جهت گیری آن بستگی دارد.

اگر یک F 2 \u003d 0 ، سپس رابطه فوق به معادله حرکت یک نقطه ماده معادل تبدیل می شود.

در این حالت گفته می شود که حرکت مرکز جرم بدن به حرکت چرخشی بدن بستگی ندارد. بنابراین ، امکان استفاده از مدل نقطه ماده توجیه ریاضی دقیق (و نه فقط تجربی) دریافت می کند.

به طور طبیعی ، در عمل ، شرایط F 2 \u003d 0 به ندرت و معمولاً F 2 شماره 0 ، اما ممکن است معلوم شود که F 2 ، به یک معنا ، در مقایسه با کوچک است F 1 سپس می توان گفت که مدل یک نقطه ماده معادل ، تقریبی در توصیف حرکت بدن است. برآورد دقت چنین تقریبی را می توان از نظر ریاضی بدست آورد و اگر این برآورد برای "مصرف کننده" قابل قبول باشد ، جایگزینی بدنه با یک ماده ماده معادل قابل قبول است ، در غیر این صورت چنین جایگزینی منجر به خطاهای قابل توجهی خواهد شد.

این امر همچنین می تواند زمانی اتفاق بیفتد که بدن به صورت ترجمه ای حرکت می کند و از نقطه نظر حرکت شناسی می توان آن را با یک نقطه معادل "جایگزین" کرد.

به طور طبیعی ، مدل یک نقطه مادی برای پاسخ به س questionsالاتی از جمله "چرا ماه فقط یک طرف رو به زمین دارد" مناسب نیست؟ پدیده های مشابه با حرکت چرخشی بدن همراه است.

ویتالی سامسونوف

حرکت مکانیکی بدن تغییر موقعیت آن در فضا نسبت به اجسام دیگر در طول زمان است. مکانیک حرکت اجسام را مطالعه می کند. حرکت یک بدن کاملاً سفت و سخت (در حین حرکت و تعامل تغییر شکل نیافته است) ، که در آن تمام نقاط آن در یک لحظه معین از زمان به همان طریق حرکت می کنند ، حرکت ترجمه ای نامیده می شود ؛ برای توصیف آن ، توصیف حرکت یک نقطه از بدن لازم و کافی است. حرکتی که در آن سیرهای تمام نقاط بدن دایره هایی باشد که روی یک خط مستقیم قرار دارند و تمام صفحات دایره ها عمود بر این خط مستقیم هستند ، حرکت چرخشی نامیده می شود. بدنی که در این شرایط می توان از شکل و اندازه آن غافل شد ، یک نقطه مادی نامیده می شود. این مورد غفلت می شود

انجام این کار زمانی مجاز است که ابعاد بدن در مقایسه با مسافتی که طی می کند یا فاصله بدن داده شده با اجسام دیگر ، کوچک باشد. برای توصیف حرکت بدن ، باید مختصات آن را در هر لحظه از زمان بدانید. این وظیفه اصلی مکانیک است.

2. نسبیت حرکت. سیستم مرجع واحدها

برای تعیین مختصات یک ماده مهم ، شما باید یک مرجع را انتخاب کنید و یک سیستم مختصات را با آن مرتبط کنید و مبدا زمان را تنظیم کنید. سیستم مختصات و نشانگر منشا زمان مرجع یک سیستم مرجع را تشکیل می دهد که با توجه به آن حرکت بدن در نظر گرفته می شود. سیستم باید با سرعت ثابت حرکت کند (یا در حالت استراحت ، که به طور کلی همان چیز است). مسیر حرکت بدن ، مسافت طی شده و حرکت - به انتخاب قاب مرجع بستگی دارد ، یعنی حرکت مکانیکی نسبی است. واحد اندازه گیری طول متر است ، یعنی فاصله ای که نور در ثانیه در خلا light طی می کند. ثانیه واحد زمان است ، برابر با دوره های تابش اتم سزیم -133.

3. مسیر حرکت. مسیر و حرکت. سرعت فوری

خط سیر بدنی خطی است که در فضا توسط یک ماده ماده متحرک توصیف می شود. مسیر - طول قطعه مسیر از حرکت اولیه تا حرکت نهایی نقطه ماده است. بردار شعاع برداري است كه مبدا و يك نقطه را در فضا متصل مي كند. جابجایی برداری است که نقاط شروع و انتهای قطعه مسیر را متصل می کند ، در زمان پیموده می شود. سرعت کمیت فیزیکی است که مشخص کننده سرعت و جهت حرکت در یک زمان معین است. سرعت متوسط \u200b\u200bبه صورت تعریف شده است. سرعت متوسط \u200b\u200bزمین برابر با نسبت مسافت پیموده شده توسط بدن طی یک دوره زمانی به این فاصله است. ... سرعت آنی (بردار) اولین مشتق بردار شعاع نقطه متحرک است. ... سرعت لحظه ای به طور مستقیم به مسیر حرکت می کند ، سرعت متوسط \u200b\u200bدر امتداد ثانیه است. سرعت زمین لحظه ای (اسکالر) - اولین مشتق مسیر با توجه به زمان ، در اندازه برابر با سرعت لحظه ای

4. حرکت یک خطی یکنواخت. نمودار وابستگی مقادیر حرکتی به زمان در حرکت یکنواخت. اضافه شدن سرعت

حرکت با سرعت ثابت در مقدار و جهت مطلق را حرکت یک خطی یکنواخت می نامند. با حرکت یک خطی یکنواخت ، بدن فواصل یکسانی را برای هر بازه زمانی برابر طی می کند. اگر سرعت ثابت باشد ، مسافت طی شده به این صورت محاسبه می شود. قانون کلاسیک جمع کردن سرعتها به صورت زیر تنظیم شده است: سرعت حرکت یک نقطه ماده در رابطه با قاب مرجع ، که به عنوان یک ثابت در نظر گرفته می شود ، برابر است با مجموع بردار سرعت یک نقطه در یک سیستم متحرک و سرعت یک سیستم متحرک نسبت به یک ثابت.

5. شتاب. حرکت خطی به همان اندازه شتاب گرفته. نمودار وابستگی مقادیر حرکتی به زمان در حرکت شتاب یکنواخت.

حرکتی که در آن بدن در فواصل زمانی برابر حرکات نابرابر انجام می دهد ، حرکت ناهموار نامیده می شود. با یک حرکت ترجمه ناهموار ، سرعت بدن با گذشت زمان تغییر می کند. شتاب (بردار) یک کمیت فیزیکی است که میزان تغییر سرعت در اندازه و جهت را مشخص می کند. شتاب آنی (بردار) اولین مشتق سرعت است. به همان اندازه شتابدار حرکتی با ثابت و شتاب در اندازه و جهت است. سرعت شتاب یکنواخت به عنوان محاسبه می شود.

از این رو ، فرمول مسیر حرکت با شتاب یکنواخت بدست می آید

فرمول های مشتق شده از معادلات سرعت و مسیر برای حرکت شتاب یکنواخت نیز معتبر هستند.

6. سقوط آزاد بدن. شتاب گرانش.

سقوط جسم حرکت آن در زمینه جاذبه است (???) ... سقوط اجسام در خلا را سقوط آزاد می نامند. به طور آزمایشی ثابت شده است که در سقوط آزاد ، بدن بدون در نظر گرفتن ویژگی های جسمی ، به همان شیوه حرکت می کنند. شتابی که اجسام در فضای خالی به زمین می افتند ، شتاب گرانش نامیده می شود و نشان داده می شود

7. حرکت یکنواخت به دور دایره. شتاب با حرکت یکنواخت بدن در اطراف محیط (شتاب مرکز)

هر حرکتی در یک قسمت کاملاً کوچک از مسیر را می توان تقریباً یک حرکت یکنواخت در امتداد دایره در نظر گرفت. در روند حرکت یکنواخت اطراف محیط ، مقدار سرعت ثابت می ماند و جهت بردار سرعت تغییر می کند.<рисунок>.. بردار شتاب هنگام حرکت در امتداد یک دایره عمود بر بردار سرعت (به صورت مماس جهت دار) به مرکز دایره هدایت می شود. به دوره زمانی که بدن در یک دایره یک انقلاب کامل ایجاد می کند ، یک دوره گفته می شود. ... متقابل دوره ، نشان دادن تعداد دور در هر واحد زمان ، فرکانس نامیده می شود. با استفاده از این فرمول ها می توانید نتیجه گیری کنید ، یا. سرعت زاویه ای (سرعت چرخش) به این صورت تعریف می شود ... سرعت زاویه ای تمام نقاط بدن یکسان است و مشخصه حرکات بدن چرخان به عنوان یک کل است. در این حالت ، سرعت خطی بدن به صورت و شتاب آن به صورت بیان می شود.

اصل استقلال حرکات ، حرکت هر نقطه از بدن را مجموع دو حرکت - ترجمه ای و چرخشی می داند.

8. قانون اول نیوتن. چهارچوب مرجع اینرسی

به پدیده حفظ سرعت بدن در صورت عدم تأثیرات خارجی ، اینرسی گفته می شود. قانون اول نیوتن ، که به آن قانون اینرسی نیز گفته می شود ، می گوید: "چنین مرجع هایی وجود دارد که اگر اجسام دیگر به آنها عمل نکنند ، اجسام در حال حرکت به تدریج سرعت خود را ثابت نگه می دارند". فریم های مرجع نسبت به اینکه اجسام در صورت عدم تأثیر خارجی بصورت مستقیم و یکنواخت حرکت می کنند قابهای مرجع اینرسی نامیده می شوند. سیستم های مرجع مربوط به زمین ، به شرطی که از چرخش زمین غفلت شود ، اینرسی محسوب می شوند.

9. وزن قدرت. قانون دوم نیوتن. اضافه شدن نیروها. مرکز ثقل

دلیل تغییر سرعت یک بدن همیشه تعامل آن با سایر اجسام است. وقتی دو بدن با هم تعامل دارند ، سرعتها همیشه تغییر می کنند ، یعنی شتابها اکتسابی هستند. نسبت شتابهای دو جسم برای هر فعل و انفعالات یکسان است. خاصیت جسمی که شتاب آن هنگام تعامل با اجسام دیگر به آن بستگی دارد ، اینرسی گفته می شود. اندازه گیری کمی اینرسی وزن بدن است. نسبت جرمهای اجسام متقابل برابر است با نسبت معکوس ماژولهای شتاب. قانون دوم نیوتن ارتباطی بین ویژگی حرکتی حرکت - شتاب و ویژگی های دینامیکی کنش متقابل - ایجاد می کند. ، یا به عبارت دقیق تر ، سرعت تغییر حرکت یک نقطه ماده برابر با نیروی وارد بر آن است. با عمل همزمان چندین نیرو بر روی یک بدن ، بدن با شتاب حرکت می کند ، این مجموع بردار شتابهایی است که تحت عمل هر یک از این نیروها به طور جداگانه بوجود می آیند. نیروهایی که بر روی بدن وارد می شوند ، بر اساس قانون جمع برداری برداری جمع می شوند. این ماده را اصل استقلال عمل نیروها می نامند. مرکز جرم یک نقطه از یک جسم صلب یا یک سیستم از اجسام صلب است که به همان صورت یک ماده مادی با جرم برابر با مجموع جرم های کل سیستم به عنوان یک کل حرکت می کند ، که با همان نیروی حاصل از بدن عمل می شود. ... با تلفیق این عبارت در طول زمان می توان عباراتی را برای مختصات مرکز جرم بدست آورد. مرکز ثقل نقطه اعمال نتیجه حاصل از تمام نیروهای گرانشی است که در هر موقعیتی از فضا بر ذرات این بدن وارد می شوند. اگر ابعاد خطی بدن نسبت به اندازه زمین کوچک باشد ، مرکز جرم با مرکز ثقل همزمانی دارد. مجموع گشتاورهای تمام نیروهای گرانش ابتدایی نسبت به هر محوری که از مرکز ثقل عبور می کند برابر با صفر است.

10. قانون سوم نیوتن.

برای هر فعل و انفعال دو جسم ، نسبت ماژولهای شتابهای اکتسابی ثابت و برابر با نسبت معکوس جرمها است. زیرا هنگامی که بدن برهم کنش می کنند ، بردارهای شتاب جهت عکس دارند ، می توان نوشت که ... طبق قانون دوم نیوتن ، نیرویی که بر بدنه اول وارد می شود برابر است و در بدن دوم. بدین ترتیب، . قانون سوم نیوتن نیروهایی را که اجسام با یکدیگر عمل می کنند متصل می کند. اگر دو جسم با یکدیگر برهم کنش داشته باشند ، پس نیروهای بوجود آمده بین آنها به اجسام مختلف وارد می شوند ، از نظر جهت برابر هستند ، از جهت مخالف ، در امتداد یک خط مستقیم عمل می کنند ، ماهیت یکسانی دارند.

11. نیروهای کشش. قانون هوک

به نیروی حاصل از تغییر شکل بدن و در جهت مخالف جابجایی ذرات بدن در طی این تغییر شکل ، نیروی الاستیک گفته می شود. آزمایش های انجام شده با یک میله نشان داده است که برای تغییر شکل های کوچک نسبت به ابعاد بدن ، مدول نیروی الاستیک مستقیماً با مدول بردار جابجایی انتهای آزاد میله متناسب است ، که در پیش بینی به نظر می رسد. این ارتباط توسط R. Hooke برقرار شد ، قانون او به شرح زیر تنظیم شده است: نیروی الاستیک ناشی از تغییر شکل بدن متناسب با کشیدگی بدن در جهت مخالف جهت حرکت ذرات بدن در هنگام تغییر شکل است. ضریب ک سفتی بدن نامیده می شود ، و به شکل و مواد بدن بستگی دارد. در نیوتن بر متر بیان شده است. نیروهای الاستیک در اثر فعل و انفعالات الکترومغناطیسی ایجاد می شوند.

12. نیروهای اصطکاک ، ضریب اصطکاک کشویی. اصطکاک چسبناک (؟؟؟)

به نیرویی که در رابط بین اجسام در غیاب حرکت نسبی اجسام بوجود می آید ، نیروی اصطکاک ایستا گفته می شود. نیروی اصطکاک ساکن از نظر اندازه برابر با نیروی خارجی است که به طور مماس به سطح تماس بدنها هدایت می شود و از نظر جهت با آن مخالف است. وقتی جسمی به طور یکنواخت بر روی سطح جسم دیگر حرکت می کند ، تحت تأثیر یک نیروی خارجی ، نیرویی بر بدن وارد می شود ، از نظر اندازه برابر با نیروی محرک و از جهت مخالف. این نیرو را اصطکاک کشویی می نامند. بردار نیروی اصطکاک لغزنده بر خلاف بردار سرعت هدایت می شود ، بنابراین این نیرو همیشه منجر به کاهش سرعت نسبی بدن می شود. نیروهای اصطکاک و همچنین نیروی الاستیک از نوع الکترومغناطیسی هستند و در اثر فعل و انفعال بین بارهای الکتریکی اتمهای اجسام تماس دهنده بوجود می آیند. به طور آزمایشی ثابت شده است که حداکثر مقدار مدول نیروی اصطکاک ساکن متناسب با نیروی فشار است. همچنین ، حداکثر مقدار اصطکاک ساکن و نیروی اصطکاک لغزشی و ضرایب تناسب بین نیروهای اصطکاک و فشار بدن بر روی سطح ، تقریباً برابر هستند.

13. نیروهای جاذبه... قانون جاذبه جهانی. نیروی جاذبه. وزن بدن.

از آنجا که اجسام ، صرف نظر از جرم آنها ، با همان شتاب سقوط می کنند ، نتیجه می شود که نیرویی که بر آنها وارد می شود متناسب با جرم بدن است. به این نیروی جاذبه که از کنار زمین بر روی تمام اجسام وارد می شود ، جاذبه گفته می شود. نیروی جاذبه در هر فاصله بین اجسام عمل می کند. همه اجسام به یکدیگر جذب می شوند ، نیروی جاذبه مستقیماً با محصول توده ها متناسب و با مربع فاصله بین آنها متناسب است. بردارهای نیروهای جاذبه جهانی در امتداد خط مستقیمی که مراکز جرم بدن را بهم متصل می کند ، هدایت می شوند. ، G - ثابت گرانش ، برابر است. وزن بدن نیرویی است که بدن در اثر نیروی جاذبه بر روی تکیه گاه عمل می کند و یا سیستم تعلیق را می کشد. وزن بدن طبق قانون سوم نیوتن از نظر مدول برابر و از جهت مخالف نیروی کشسان ساپورت است. طبق قانون دوم نیوتن ، اگر دیگر نیرویی به بدن وارد نشود ، نیروی جاذبه بدن توسط نیروی الاستیک متعادل می شود. در نتیجه ، وزن بدن بر روی یک تکیه گاه افقی ثابت یا متحرک به طور یکسان برابر با نیروی جاذبه است. اگر پشتیبانی با شتاب حرکت کند ، مطابق قانون دوم نیوتن از جایی که خروجی دارد. این بدان معناست که وزن جسمی که جهت شتاب آن با جهت شتاب جاذبه زمین همزمان است ، کمتر از وزن بدن در حالت استراحت است.

14. حرکت بدن تحت عمل گرانش در امتداد عمودی. حرکت ماهواره های مصنوعی. بی وزنی اولین سرعت فضا.

هنگام پرتاب جسمی به موازات سطح زمین ، دامنه پرواز هر چه بیشتر باشد ، سرعت اولیه بیشتر خواهد بود. در سرعت های بالا نیز لازم است کروی زمین در نظر گرفته شود ، که در تغییر جهت بردار گرانش منعکس می شود. با مقدار مشخصی از سرعت ، بدن می تواند تحت تأثیر نیروی جاذبه جهانی به دور زمین حرکت کند. این سرعت که اولین سرعت کیهانی نامیده می شود را می توان از معادله حرکت بدن در امتداد دایره تعیین کرد. از طرف دیگر ، از قانون دوم نیوتن و قانون گرانش جهانی این نتیجه را می گیرد. بنابراین با فاصله R از مرکز یک جرم آسمانی با جرم است م اولین سرعت کیهانی است. وقتی سرعت بدن تغییر می کند ، شکل مدار آن از دایره به بیضی تغییر می کند. با رسیدن به سرعت دوم کیهانی برابر با مدار ، سهموی می شود.

15. ضربه بدن. قانون حفظ ضربه. پیشرانه جت

مطابق قانون دوم نیوتن ، صرف نظر از اینکه بدن در حالت استراحت باشد یا در حال حرکت باشد ، تغییر در سرعت آن فقط هنگام تعامل با سایر اجسام می تواند رخ دهد. اگر روی بدن با جرم باشد متر برای مدتی تی نیرو عمل می کند و سرعت حرکت آن از به تغییر می کند ، سپس شتاب بدن برابر است. بر اساس قانون دوم نیوتن ، می توان نیرو را نوشت. کمیت فیزیکی برابر با محصول نیرو در زمان عمل آن را فشار نیرو می نامند. انگیزه نیرو نشان می دهد که مقداری وجود دارد که برای همه اجسام تحت تأثیر همان نیروهای تغییر می کند ، اگر زمان عمل نیرو یکسان باشد. به این مقدار ، با سرعت حرکت آن برابر با محصول جرم بدن ، تکانه بدن گفته می شود. تغییر در حرکت بدن برابر با حرکت نیرویی است که باعث این تغییر شده است. دو جرم را بگیرید ، جرم ها و در حال حرکت با سرعت و. طبق قانون سوم نیوتن ، نیروهایی که در طی تعامل بر روی اجسام وارد می شوند از نظر اندازه برابر و از جهت مخالف هستند ، یعنی آنها می توانند به عنوان و تعیین شوند. برای تغییر انگیزه ها در هنگام تعامل می توانید بنویسید. از این عبارات آن را دریافت می کنیم ، یعنی مجموع بردار تکانه های دو بدن قبل از برهم کنش برابر است با مجموع بردار تکانه های پس از کنش متقابل. به شکل کلی تر ، قانون حفظ حرکت به این شکل است: اگر ، پس.

16. کار مکانیکی. قدرت. انرژی جنبشی و پتانسیل.

کار کردن و نیروی ثابت را کمیت فیزیکی برابر با حاصلضرب ماژولهای نیرو و جابجایی می نامیم ، ضربدر کسینوس زاویه بین بردارها و. ... کار یک مقدار مقیاسی است و اگر زاویه بین بردارهای جابجایی و نیرو بیشتر باشد ، می تواند منفی باشد. یک واحد کار را ژول می نامند ، 1 ژول برابر است با کار انجام شده توسط نیروی 1 نیوتن هنگام حرکت دادن نقطه کاربرد آن توسط 1 متر توان یک مقدار فیزیکی برابر با نسبت کار به مدت زمانی است که این کار انجام شده است. ... به توان واحد گفته می شود وات ، 1 وات برابر با قدرتی است که در آن 1 ثانیه کار می کند 1 ژول. بگذارید فرض کنیم جسمی با جرم است متر نیرویی عمل می کند (که به طور کلی می تواند نتیجه چندین نیرو باشد) ، که تحت عملکرد آن بدن در جهت بردار حرکت می کند. مدول نیرو طبق قانون دوم نیوتن است کارشناسی ارشد، و مدول بردار جابجایی مربوط به شتاب و سرعت اولیه و نهایی است. از اینجا فرمول کار را دریافت می کنیم ... مقدار فیزیکی برابر نصف حاصل از جرم بدن توسط مربع سرعت ، انرژی جنبشی نامیده می شود. کار نیروهای حاصل شده به بدن برابر با تغییر انرژی جنبشی است. کمیت فیزیکی برابر با حاصلضرب جرم بدن توسط مدول شتاب جاذبه و ارتفاعی که بدن با پتانسیل صفر از سطح بالاتر برداشته می شود ، انرژی پتانسیل بدن نامیده می شود. تغییر در انرژی پتانسیل مشخصه کار جاذبه روی حرکت بدن است. این کار برابر با تغییر در انرژی پتانسیل است که با علامت مخالف گرفته شده است. جسمی در زیر سطح زمین دارای انرژی پتانسیل منفی است. اجسام بلند شده تنها اجسام دارای انرژی بالقوه نیستند. کارهایی را که نیروی الاستیک هنگام تغییر شکل فنر انجام می دهد ، در نظر بگیرید. نیروی الاستیک با تغییر شکل مستقیماً متناسب است و مقدار متوسط \u200b\u200bآن برابر خواهد بود ، کار با محصول نیرو و تغییر شکل برابر است ، یا ... به مقدار فیزیکی برابر با نیمی از محصول سفتی بدن و مربع تغییر شکل ، انرژی بالقوه بدن تغییر شکل داده می شود. یک ویژگی مهم انرژی پتانسیل این است که بدن نمی تواند آن را بدون تعامل با سایر اجسام داشته باشد.

17. قوانین صرفه جویی در انرژی در مکانیک.

انرژی پتانسیل مشخص کننده اجزای متقابل ، انرژی جنبشی است که حرکت می کند. هر دو یکی و دیگری در اثر فعل و انفعال اجسام بوجود می آیند. اگر چندین جسم فقط با نیروی جاذبه و نیروهای الاستیک با یکدیگر تعامل داشته باشند و هیچ نیروی خارجی بر آنها وارد نشود (یا نتیجه آنها برابر با صفر باشد) ، پس برای هر فعل و انفعالات بدن ، کار نیروهای الاستیک یا نیروهای گرانشی برابر است با تغییر انرژی پتانسیل گرفته شده با علامت مخالف ... در همان زمان ، با توجه به قضیه انرژی جنبشی (تغییر در انرژی جنبشی یک بدن برابر با کار نیروهای خارجی است) ، کار همان نیروها برابر با تغییر در انرژی جنبشی است. ... از این برابری نتیجه می شود که مجموع انرژی های جنبشی و بالقوه اجسامی که یک سیستم بسته را تشکیل می دهند و توسط نیروهای جاذبه و کشش با یکدیگر تعامل دارند ، ثابت است. به مجموع انرژی های جنبشی و بالقوه اجسام ، انرژی مکانیکی کل گفته می شود. کل انرژی مکانیکی یک سیستم بسته از اجسام که با نیروهای جاذبه و کشش با یکدیگر در تعامل هستند بدون تغییر باقی می ماند. کار نیروهای جاذبه و کشش برابر است ، از یک طرف با افزایش انرژی جنبشی و از سوی دیگر ، با کاهش پتانسیل ، یعنی کار برابر با انرژی است که از یک نوع به نوع دیگر تغییر کرده است.

18- سازوکارهای ساده (صفحه شیب دار ، اهرم ، بلوک) و کاربرد آنها.

از صفحه شیب دار استفاده می شود تا بدین ترتیب جسمی با جرم بزرگ با عمل نیرویی بسیار کمتر از وزن بدن بتواند حرکت کند. اگر زاویه صفحه شیب یک باشد ، برای حرکت بدن در امتداد صفحه ، لازم است نیرویی برابر با آن اعمال شود. نسبت این نیرو به وزن بدن با غفلت از نیروی اصطکاک برابر با سینوس زاویه شیب صفحه است. اما با دستیابی به قدرت ، هیچ منفعتی در کار وجود ندارد ، از آنجا که مسیر در زمانها افزایش می یابد. این نتیجه در نتیجه قانون صرفه جویی در انرژی است ، زیرا کار ثقل به مسیر بلند شدن بدن بستگی ندارد.

اهرم در حالت تعادل است اگر لحظه نیروهایی که آن را در جهت عقربه های ساعت می چرخانند برابر با لحظه نیروی چرخش اهرم در خلاف جهت عقربه ساعت باشد. اگر جهت بردارهای نیرویی که به اهرم وارد شده عمود بر کوتاهترین خط مستقیم متصل کننده نقاط اعمال نیرو و محور چرخش باشد ، در این صورت شرایط تعادل شکل می گیرد. اگر ، پس اهرم یک افزایش قدرت را فراهم می کند. از آنجا که افزایش قدرت باعث افزایش کار نمی شود هنگام چرخش از زاویه a ، نیرو کار را انجام می دهد ، و نیرو کار را انجام می دهد. زیرا پس با شرط

بلوک به شما امکان می دهد جهت نیرو را تغییر دهید. شانه های نیروهای وارد شده به نقاط مختلف بلوک ثابت یکسان است و بنابراین بلوک ثابت باعث افزایش قدرت نمی شود. هنگام بلند کردن بار با کمک یک بلوک متحرک ، دو برابر افزایش قدرت حاصل می شود ، زیرا شانه نیروی جاذبه نیمی از شانه نیروی کششی کابل است. اما هنگام کشیدن طول کابل من بار تا ارتفاع بالا می رود l / 2بنابراین ، یک بلوک ثابت نیز سود در کار ندارد.

19. فشار. قانون پاسکال برای مایعات و گازها.

کمیت فیزیکی برابر با نسبت مدول نیروی عمود بر سطح به مساحت این سطح را فشار می نامند. واحد فشار پاسکال است که برابر با فشار تولید شده توسط نیروی 1 نیوتن در متر مربع است. کلیه مایعات و گازها فشار تولید شده بر آنها را از هر جهت منتقل می کنند.

20. شناورهای ارتباطی. فشار هیدرولیکی. فشار اتمسفر. معادله برنولی.

در یک ظرف استوانه ای ، فشار فشار به پایین ظرف برابر با وزن ستون مایع است. فشار پایین رگ است ، از آنجا که فشار در عمق است ساعت برابر. همان فشار بر دیواره های رگ تأثیر می گذارد. برابری فشارهای سیال در همان ارتفاع منجر به این واقعیت می شود که در رگهای ارتباطی از هر شکل ، سطوح آزاد یک مایع همگن در حالت استراحت در همان سطح هستند (در مورد نیروهای مویرگی ناچیز). در مورد سیال ناهمگن ، ارتفاع ستون سیال چگالتر از ارتفاع سیال کمتر متراکم کمتر خواهد بود. یک ماشین هیدرولیک بر اساس قانون پاسکال کار می کند. این شامل دو شناور ارتباطی است که توسط پیستون های مناطق مختلف بسته می شوند. فشار تولید شده توسط یک نیروی خارجی بر روی یک پیستون طبق قانون پاسکال به پیستون دوم منتقل می شود. ... هر بار که مساحت پیستون بزرگ آن از یک پیستون کوچک بیشتر باشد ، یک ماشین هیدرولیک قدرت می گیرد.

در مورد حرکت ثابت سیال غیرقابل انعطاف ، معادله پیوستگی معتبر است. برای یک سیال ایده آل ، که در آن ویسکوزیته (یعنی اصطکاک بین ذرات آن) قابل غفلت باشد ، عبارت ریاضی برای قانون صرفه جویی در انرژی ، معادله برنولی است .

21. تجربه توريچلي. تغییر فشار اتمسفر با ارتفاع.

تحت تأثیر نیروی جاذبه ، لایه های بالایی جو بر روی لایه های زیرین فشار می آورند. این فشار طبق قانون پاسکال از همه جهات منتقل می شود. این فشار در سطح زمین از اهمیت بیشتری برخوردار است و به دلیل وزن ستون هوا از سطح تا مرز جو است. با افزایش ارتفاع ، جرم لایه های جوی تحت فشار روی سطح کاهش می یابد ؛ بنابراین ، فشار جوی با ارتفاع کاهش می یابد. در سطح دریا فشار جو 101 کیلو پاسکال است. این فشار توسط ستونی به ارتفاع 760 میلی متر جیوه اعمال می شود. اگر یک لوله ، که در آن خلا ایجاد می شود ، به جیوه مایع کاهش یابد ، در نتیجه فشار جو جیوه در آن بالا می رود تا به ارتفاعی برسد که فشار ستون مایع برابر با فشار اتمسفر خارجی روی سطح باز جیوه شود. با تغییر فشار اتمسفر ، ارتفاع ستون مایع در لوله نیز تغییر می کند.

22. نیروی روزشماری روز برای مایعات و گازها. شرایط شنا تلفن

وابستگی فشار در مایع و گاز به عمق منجر به ظهور نیروی شناوری می شود که بر روی هر جسمی غوطه ور در مایع یا گاز ظاهر می شود. این نیرو را نیروی ارشمیدسی می نامند. اگر جسمی در مایع غوطه ور شده باشد ، فشارهای دیواره های جانبی رگ با یکدیگر متعادل می شوند و نتیجه فشارهای از پایین و بالا یک نیروی Archimedean است. ، یعنی نیرویی که یک بدن غوطه ور در مایع (گاز) را بیرون می کشد برابر است با وزن مایع (گاز) که توسط بدن جابجا شده است. نیروی Archimedean مخالف نیروی جاذبه است ، بنابراین ، وقتی در مایع وزن می شود ، وزن بدن کمتر از خلا است. جسمی در مایع تحت تأثیر نیروی جاذبه و نیروی Archimedean قرار دارد. اگر نیروی جاذبه در مدول بیشتر باشد - بدن غرق می شود ، کمتر - شناور ، برابر است - می تواند در هر عمقی در تعادل باشد. این نسبت نیروها برابر با نسبت چگالی بدن و مایع (گاز) است.

23. مفاد اصلی تئوری جنبشی مولکولی و اثبات تجربی آنها. حرکت براونی. وزن و اندازه مولکول ها.

نظریه جنبشی مولکولی آموزه ساختار و خصوصیات ماده است که از مفهوم وجود اتم ها و مولکول ها به عنوان کوچکترین ذرات ماده استفاده می کند. مفاد اصلی MCT: ماده از اتمها و مولکول ها تشکیل شده است ، این ذرات به صورت آشفتگی حرکت می کنند ، ذرات با یکدیگر تعامل دارند. حرکت اتمها و مولکولها و برهم کنش آنها از قوانین مکانیک پیروی می کند. در برهم کنش مولکول ها هنگام نزدیک شدن به یکدیگر ، ابتدا نیروهای جذب غالب می شوند. در یک فاصله مشخص بین آنها ، نیروهای دافعه بوجود می آیند و از نظر قدرت مطلق بیش از نیروهای جاذبه هستند. مولکول ها و اتم ها به طور تصادفی در اطراف موقعیت هایی که نیروهای جذب و دافعه یکدیگر را لغو می کنند ، می لرزند. در یک مایع ، مولکول ها نه تنها می لرزند ، بلکه از یک موقعیت تعادل به موقعیت دیگر می روند (سیالیت). در گازها ، فاصله بین اتمها بسیار بیشتر از اندازه مولکولها است (قابلیت انعطاف پذیری و انبساط پذیری). R. Brown در آغاز قرن 19 کشف کرد که ذرات جامد به طور تصادفی در یک مایع حرکت می کنند. این پدیده فقط توسط MKT قابل توضیح است. مولکول های در حال حرکت تصادفی یک مایع یا گاز با یک ذره جامد برخورد می کنند و جهت و مدول سرعت آن را تغییر می دهند (در حالی که البته هم جهت و هم سرعت آن تغییر می کند). هر چه اندازه ذرات کوچکتر باشد ، تغییر در حرکت قابل توجه تر می شود. هر ماده ای از ذرات تشکیل شده است ، بنابراین مقدار ماده متناسب با تعداد ذرات در نظر گرفته می شود. واحد مقدار یک ماده خال نامیده می شود. خال برابر است با مقدار ماده ای حاوی تعداد زیادی اتم به اندازه 0.012 کیلوگرم کربن 12 سانتی گراد. نسبت تعداد مولکول ها به مقدار ماده را ثابت آووگادرو می نامند: ... مقدار ماده را می توان به نسبت تعداد مولکول ها به ثابت آووگادرو یافت. توده مولی م کمیتی برابر با نسبت جرم یک ماده نامیده می شود متر به مقدار ماده جرم مولار به کیلوگرم در مول بیان می شود. جرم مولار را می توان با توجه به جرم یک مولکول بیان کرد متر 0 : .

24. گاز ایده آل. معادله اساسی تئوری جنبشی مولکولی یک گاز ایده آل.

مدل گازی ایده آل برای توضیح خصوصیات ماده در حالت گازی استفاده می شود. این مدل موارد زیر را فرض می کند: مولکول های گاز در مقایسه با حجم رگ دارای اندازه ناچیزی هستند ، نیروهای جذب بین مولکول ها عمل نمی کنند و نیروهای دافعه در هنگام برخورد با یکدیگر و دیواره های رگ عمل می کنند. توضیح کیفی پدیده فشار گاز در این واقعیت نهفته است که مولکول های یک گاز ایده آل ، هنگام برخورد با دیواره های یک ظرف ، به عنوان اجسام الاستیک با آنها در تعامل هستند. هنگامی که یک مولکول با دیواره رگ برخورد می کند ، برآمدگی بردار سرعت بر روی یک محور عمود بر دیواره برعکس می شود. بنابراین ، در یک برخورد ، پیش بینی سرعت از تغییر می کند –Mv x قبل از mv x، و تغییر در حرکت است. در هنگام برخورد ، طبق قانون سوم نیوتن ، مولکول با نیرویی برابر با نیروی مخالف جهت ، بر روی دیوار عمل می کند. مولکولهای زیادی وجود دارد و مقدار متوسط \u200b\u200bمجموع هندسی نیروهای وارد بر بخشی از مولکولهای منفرد ، فشار فشار گاز بر دیواره های رگ را تشکیل می دهد. فشار گاز برابر است با نسبت مدول نیروی فشار به ناحیه دیواره رگ: p \u003d F / S... فرض کنید این گاز در ظرف مکعبی باشد. تکانه یک مولکول 2 است mv، یک مولکول با یک نیروی متوسط \u200b\u200bبر روی دیوار عمل می کند 2mv / Dt... زمان D تی حرکت از یک دیواره رگ به دیواره دیگر برابر است 2l / v، از این رو ، نیروی فشار بر دیواره رگ کلیه مولکول ها متناسب با تعداد آنها است ، به عنوان مثال ... به دلیل هرج و مرج کامل حرکت مولکول ها ، حرکت آنها در هر جهت به همان اندازه محتمل و برابر با 1/3 تعداد کل مولکول ها است. بدین ترتیب، . از آنجا که فشار بر روی یک مکعب با یک سطح اعمال می شود l 2، فشار خواهد بود. این معادله را معادله اساسی تئوری جنبشی مولکولی می نامند. با تعیین میانگین انرژی جنبشی مولکول ها ، به دست می آوریم.

25. دما ، اندازه گیری آن. مقیاس درجه حرارت مطلق. سرعت مولکول گاز.

معادله اساسی MKT برای یک گاز ایده آل رابطه بین پارامترهای میکرو و ماکروسکوپی را ایجاد می کند. وقتی دو جسم تماس پیدا می کنند ، پارامترهای ماکروسکوپی آنها تغییر می کند. وقتی این تغییر متوقف شد ، گفته می شود که تعادل گرمایی به وجود آمده است. یک پارامتر فیزیکی که در تمام قسمتهای سیستم اجسام در حالت تعادل گرمایی یکسان است ، دمای بدن نامیده می شود. آزمایشات نشان داده است که برای هر گازی در حالت تعادل گرمایی ، نسبت محصول فشار و حجم به تعداد مولکول ها یکسان است ... این اجازه می دهد تا مقداری به عنوان اندازه گیری دما در نظر گرفته شود. مانند n \u003d N / Vبنابراین ، با در نظر گرفتن معادله اساسی MKT ، بنابراین ، این مقدار برابر با دو سوم انرژی جنبشی متوسط \u200b\u200bمولکول ها است. جایی که ک - ضریب تناسب ، بسته به مقیاس. پارامترهای سمت چپ این معادله غیر منفی هستند. از این رو - دمای گازی که فشار آن در حجم ثابت برابر با صفر باشد ، دمای صفر مطلق نامیده می شود. مقدار این ضریب را می توان از دو حالت شناخته شده ماده با فشار شناخته شده ، حجم ، تعداد مولکول ها ، دما یافت. ... ضریب ک، ثابت بولتزمن نامیده می شود ، است ... از معادلات رابطه بین دما و میانگین انرژی جنبشی که دنبال می شود ، به عنوان مثال میانگین انرژی جنبشی حرکت بی نظم مولکول ها متناسب با دمای مطلق است. ، این معادله نشان می دهد که در دما و غلظت یکسان مولکول ها ، فشار هر گاز یکسان است.

26. معادله حالت گاز ایده آل (معادله مندلیف-کلپیرون). فرآیندهای ایزوترمال ، ایزوکوریک و ایزوباریک.

با استفاده از وابستگی فشار به غلظت و دما ، می توان رابطه ای بین پارامترهای ماکروسکوپی گاز - حجم ، فشار و دما پیدا کرد. ... این معادله را معادله گاز ایده آل حالت (معادله مندلیف-کلپیرون) می نامند.

فرآیند همدما فرایندی است که در دمای ثابت اتفاق می افتد. از معادله حالت برای یک گاز ایده آل بدست می آید که در دما ، جرم و ترکیب گاز ثابت ، محصول فشار و حجم باید ثابت بماند. نمودار ایزوترم (منحنی فرایند همدما) یک هذلولی است. این معادله را قانون بویل-ماریوت می نامند.

فرآیند ایزوخوری فرایندی است که با حجم ، جرم و ترکیب ثابت گاز اتفاق می افتد. تحت این شرایط ، ضریب دما فشار گاز کجاست؟ این معادله را قانون چارلز می نامند. نمودار معادله یک فرآیند isochoric isochor نامیده می شود و یک خط مستقیم است که از مبدا عبور می کند.

فرآیند ایزوباریک فرآیندی است که با فشار ، جرم و ترکیب ثابت گاز پیش می رود. به همان روشی که برای فرآیند isochoric وجود دارد ، می توان معادله ای را برای فرآیند isobaric بدست آورد ... معادله ای که این روند را توصیف می کند قانون Gay-Lussac نامیده می شود. نمودار معادله فرآیند ایزوباری ایزوبار نامیده می شود و یک خط مستقیم است که از مبدا عبور می کند.

27. انرژی درونی. در ترمودینامیک کار کنید.

اگر انرژی بالقوه برهم کنش مولکول ها صفر باشد ، انرژی داخلی برابر است با مجموع انرژی های جنبشی حرکت تمام مولکول های گاز ... در نتیجه ، با تغییر دما ، انرژی داخلی گاز نیز تغییر می کند. با جایگزینی معادله حالت یک گاز ایده آل در معادله انرژی ، متوجه می شویم که انرژی داخلی با محصول فشار و حجم گاز متناسب مستقیم است. ... انرژی درونی بدن فقط هنگام تعامل با سایر اجسام می تواند تغییر کند. در برهم کنش مکانیکی اجسام (کنش متقابل ماکروسکوپی) ، اندازه گیری انرژی منتقل شده کار است و... در تبادل گرما (اثر متقابل میکروسکوپی) ، اندازه گیری انرژی منتقل شده مقدار گرما است س... در یک سیستم ترمودینامیکی غیر جدا شده ، تغییر در انرژی داخلی D تو برابر با مجموع مقدار گرما منتقل شده است س و کار نیروهای خارجی و... به جای کار وتوسط نیروهای خارجی انجام می شود ، راحت تر است که کار را بررسی کنیم الفتوسط سیستم بر روی اجسام خارجی انجام می شود. A \u003d -A`... سپس قانون اول ترمودینامیک به صورت ، یا بیان می شود. این بدان معنی است که هر ماشین فقط با دریافت مقدار گرما از خارج می تواند روی اجسام خارجی کار کند. س یا کاهش انرژی داخلی D تو... این قانون ایجاد یک ماشین حرکتی دائمی از نوع اول را شامل نمی شود.

28. مقدار گرما. گرمای خاص یک ماده. قانون صرفه جویی در انرژی در فرآیندهای حرارتی (اولین قانون ترمودینامیک).

به فرآیند انتقال گرما از یک بدن به بدن دیگر بدون انجام کار ، تبادل حرارت گفته می شود. به انرژی منتقل شده در اثر تبادل گرما به بدن ، مقدار گرما گفته می شود. اگر فرآیند انتقال حرارت همراه با کار نباشد ، بر اساس قانون اول ترمودینامیک انجام می شود. انرژی داخلی بدن متناسب با جرم بدن و دمای آن است ... کمیت از جانب گرمای خاص نامیده می شود ، واحد است. گرمای خاص نشان می دهد که چه مقدار گرما باید به گرمای 1 کیلوگرم ماده توسط 1 درجه منتقل شود. گرمای خاص یک ویژگی بدون ابهام نیست و به کار انجام شده توسط بدن در هنگام انتقال گرما بستگی دارد.

هنگامی که تبادل حرارت بین دو بدن در شرایط برابری صفر کار نیروهای خارجی و در عایق حرارتی از بدن دیگر انجام می شود ، مطابق قانون صرفه جویی در انرژی ... اگر تغییر در انرژی داخلی با کار همراه نباشد ، یا از کجا. این معادله را معادله تعادل گرما می نامند.

29. کاربرد قانون اول ترمودینامیک در فرآیندهای ایزو. روند آدیاباتیک. برگشت ناپذیری فرآیندهای حرارتی.

یکی از فرآیندهای اصلی که در اکثر ماشین آلات کار می کند ، فرآیند انبساط گاز برای انجام کار است. در صورت گسترش ایزوباریک گاز از حجم V 1به حجم V 2 حرکت پیستون سیلندر بود منبعد کار کن آ گاز کامل برابر است ، یا ... اگر مناطق زیر ایزوبار و ایزوترم را که کار می کنند مقایسه کنیم ، می توان نتیجه گرفت که با انبساط گاز مشابه با همان فشار اولیه در صورت انجام یک فرآیند هم دما ، کار کمتری انجام خواهد شد. علاوه بر فرآیندهای ایزوباریک ، ایزوکوریک و همدما ، به اصطلاح وجود دارد. روند آدیاباتیک. فرآیند آدیاباتیک فرآیندی است که در غیاب انتقال گرما اتفاق می افتد. روند انبساط یا انقباض سریع یک گاز را می توان نزدیک به آدیاباتیک در نظر گرفت. در این فرایند ، کار با تغییر انرژی داخلی انجام می شود ، یعنی ، بنابراین ، درجه حرارت در طی روند آدیاباتیک کاهش می یابد. از آنجا که در طی فشرده سازی آدیاباتیک گاز ، درجه حرارت گاز افزایش می یابد ، فشار گاز با کاهش حجم سریعتر از فرآیند ایزوترمال افزایش می یابد.

فرآیندهای انتقال حرارت به صورت خودجوش فقط در یک جهت انجام می شود. گرما همیشه به بدن سردتر منتقل می شود. قانون دوم ترمودینامیک می گوید که یک فرآیند ترمودینامیکی غیر عملی است ، در نتیجه آن گرما بدون تغییر دیگر از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود. این قانون ایجاد یک ماشین حرکتی دائمی از نوع دوم را شامل نمی شود.

30. اصل کار موتورهای گرمائی. راندمان موتور حرارتی.

به طور معمول ، در موتورهای حرارتی ، کار با گاز در حال انبساط انجام می شود. گازی که در حین انبساط کار را انجام می دهد ، مایع کار نامیده می شود. انبساط گاز در نتیجه افزایش دما و فشار آن در هنگام گرم شدن اتفاق می افتد. دستگاهی که مایع کار از آن مقدار گرما را دریافت می کند س بخاری نامیده می شود. دستگاهی که دستگاه پس از ایجاد ضربه در اثر حرارت از آن خارج می شود ، یخچال نامیده می شود. در ابتدا فشار به صورت ایزوکراتیک افزایش می یابد ، ایزوباریک منبسط می شود ، بصورت ایزوکراتیک خنک می شود و بصورت ایزوباری منقبض می شود.<рисунок с подъемником>... در نتیجه چرخه کار ، گاز به حالت اولیه خود برمی گردد ، انرژی داخلی آن به مقدار اولیه خود برمی گردد. معنیش اینه که . طبق اولین قانون ترمودینامیک ،. کاری که بدن در هر چرخه انجام می دهد س مقدار گرمای دریافتی بدن در هر چرخه برابر است با اختلاف دریافتی از بخاری و داده شده به یخچال. از این رو ، ضریب کارایی یک ماشین نسبت انرژی مفید به انرژی مصرف شده است .

31. تبخیر و تراکم. بخارات اشباع و اشباع نشده. رطوبت هوا.

توزیع ناهموار انرژی جنبشی حرکت حرارتی منجر به این می شود. که در هر دما انرژی جنبشی برخی از مولکول ها می تواند از انرژی اتصال بالقوه با بقیه فراتر رود. تبخیر فرآیندی است که در آن مولکول ها از سطح مایع یا جامد خارج می شوند. تبخیر همراه با خنک سازی است ، زیرا مولکول های سریعتر مایع را ترک می کنند. تبخیر مایعات در یک ظرف بسته در دمای ثابت منجر به افزایش غلظت مولکول ها در حالت گازی می شود. پس از مدتی تعادلی بین تعداد مولکول های تبخیر کننده و کسانی که به مایع برمی گردند ایجاد می شود. ماده گازی که با مایع خود در تعادل پویا باشد بخار اشباع نامیده می شود. بخار را در فشار زیر فشار بخار اشباع نشده اشباع می نامند. فشار بخار اشباع شده به دمای ثابت به حجم (از) بستگی ندارد. با غلظت ثابت مولکول ها ، فشار بخار اشباع سریعتر از فشار گاز ایده آل افزایش می یابد ، زیرا تحت تأثیر دما ، تعداد مولکول ها افزایش می یابد. نسبت فشار بخار آب در دمای معین به فشار بخار اشباع شده در همان دما را که به صورت درصد بیان می شود ، رطوبت نسبی می نامند. هرچه دما کمتر باشد ، فشار بخار اشباع شده کاهش می یابد ، بنابراین با سرد شدن در یک درجه حرارت خاص ، بخار اشباع می شود. به این دما نقطه شبنم گفته می شود t p.

32. اجسام متبلور و بی شکل. خواص مکانیکی جامدات. تغییر شکل الاستیک.

به اجسام آمورف گفته می شود که خصوصیات فیزیکی آن در همه جهات یکسان است (اجسام همسانگرد). ایزوتروپی خواص فیزیکی با آرایش آشفته مولکول ها توضیح داده می شود. به جامداتی که در آنها مولکولها مرتب شده اند کریستال گفته می شود. خصوصیات فیزیکی اجسام متبلور در جهات مختلف یکسان نیستند (اجسام ناهمسانگرد). ناهمسانگردی خواص کریستال ها با این واقعیت توضیح داده می شود که با یک ساختار منظم ، نیروهای برهم کنش در جهات مختلف یکسان نیستند. تأثیر مکانیکی خارجی بر بدن باعث جابجایی اتم ها از موقعیت تعادل می شود که منجر به تغییر شکل و حجم بدن می شود - تغییر شکل. تغییر شکل را می توان با طول مطلق برابر با اختلاف طول قبل و بعد از تغییر شکل ، یا با افزایش نسبی مشخص کرد. وقتی بدن تغییر شکل می یابد ، نیروهای الاستیک بوجود می آیند. کمیت فیزیکی برابر با نسبت مدول نیروی الاستیک به سطح مقطع بدن را تنش مکانیکی می نامند. در تغییر شکل های کوچک ، تنش مستقیماً با طول نسبی متناسب است. نسبت ابعاد E در این معادله مدول الاستیسیته (مدول یانگ) نامیده می شود. مدول الاستیسیته برای یک ماده معین ثابت است از جایی که. انرژی بالقوه یک بدن تغییر شکل یافته برابر با کار صرف شده در کشش یا فشرده سازی است. از اینجا .

قانون هوک فقط در مورد تغییر شکل های کوچک اعمال می شود. به حداکثر ولتاژی که در آن هنوز اجرا می شود حد متناسب گفته می شود. فراتر از این حد ، ولتاژ به طور متناسب رشد می کند. بدن تا حدی از تنش ، بعد از برداشتن بار ، ابعاد خود را بازیابی می کند. به این نقطه حد الاستیک بدن گفته می شود. با عبور از حد الاستیک ، تغییر شکل پلاستیک آغاز می شود که در آن بدن شکل قبلی خود را بازیابی نمی کند. در منطقه تغییر شکل پلاستیک ، تنش به سختی افزایش می یابد. این پدیده را جریان مواد می نامند. فراتر از نقطه تسلیم ، تنش تا جایی افزایش می یابد که مقاومت کششی نامیده می شود و پس از آن تنش کاهش می یابد تا بدن شکسته شود.

33. خواص مایعات. کشش سطحی. پدیده های مویرگی.

امکان حرکت آزاد مولکول ها در یک مایع ، سیالیت مایع را تعیین می کند. بدن در حالت مایع فرم دائمی ندارد. شکل مایع توسط شکل رگ و نیروهای کشش سطحی تعیین می شود. نیروهای جذب مولکولهای داخل مایع جبران می شوند ، اما در سطح آنها جبران نمی شوند. هر مولکولی روی سطح توسط مولکولهای داخل مایع جذب می شود. تحت تأثیر این نیروها ، مولکول ها به درون سطح کشیده می شوند تا زمانی که سطح آزاد به کمترین سطح ممکن برسد. زیرا یک کره برای یک حجم مشخص دارای حداقل سطح است ، سپس با یک عمل کوچک از نیروهای دیگر ، سطح به شکل یک بخش کروی در می آید. سطح مایع در لبه رگ را مینیسک می نامند. پدیده خیس شدن با زاویه تماس بین سطح و مینیسک در نقطه تقاطع مشخص می شود. مقدار نیروی کشش سطح در بخشی از طول D من برابر است. انحنای سطح باعث ایجاد فشار اضافی روی مایع می شود ، برابر در زاویه تماس و شعاع شناخته شده ... ضریب s را ضریب کشش سطحی می نامند. به لوله ای با قطر داخلی کم مویرگ گفته می شود. وقتی کاملاً خیس شد ، نیروی کششی سطح در امتداد سطح بدن هدایت می شود. در این حالت ، افزایش مایع در امتداد مویرگ تحت تأثیر این نیرو ادامه می یابد تا زمانی که نیروی گرانش نیروی کشش سطحی را متعادل کند ، زیرا سپس.

34. بار الکتریکی. تعامل اجسام باردار. قانون کولن. قانون حفظ بار الکتریکی.

نه مکانیک و نه MKT قادر به توضیح ماهیت نیروهای متصل به اتم نیستند. قوانین متقابل بین اتمها و مولکولها را می توان بر اساس مفهوم بارهای الکتریکی توضیح داد.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки> فعل و انفعالات اجسام موجود در این تجربه الکترومغناطیسی نام دارد و ناشی از بارهای الکتریکی است. توانایی بارها در جذب و دفع با فرض وجود دو نوع بار مثبت - منفی توضیح داده می شود. اجسامی که با همان بار شارژ شده اند ، بدن های مختلف را جذب می کنند. واحد شارژ یک کولن است - شارژی که در مقطع هادی در 1 ثانیه با جریان 1 آمپر عبور می کند. در یک سیستم بسته ، که هیچ بار الکتریکی از خارج به آن وارد نمی شود و بارهای الکتریکی برای هیچ فعل و انفعالی از آن خارج نمی شوند ، مجموع جبری بارهای تمام اجسام ثابت است. قانون اساسی الکترواستاتیک ، که به آن قانون کولن نیز گفته می شود ، می گوید که مدول نیروی برهم کنش بین دو بار مستقیماً با محصول ماژول بارها متناسب است و با مربع فاصله بین آنها متناسب است. نیرو در امتداد یک خط مستقیم که اجسام باردار را به هم متصل می کند ، هدایت می شود. این بستگی به نشانه اتهامات دارد ، نیروی دفع یا جذب است. مقدار ثابت ک در بیان قانون کولن است ... به جای این ضریب ، به اصطلاح ثابت الکتریکی همراه با ضریب ک بیان کجا. برهمکنش بارهای الکتریکی ساکن را الکترواستاتیک می نامند.

35. میدان الکتریکی. قدرت میدان الکتریکی. اصل تقارن میدانهای الکتریکی.

در اطراف هر بار ، بر اساس تئوری عمل کوتاه برد ، یک میدان الکتریکی وجود دارد. میدان الکتریکی یک جسم مادی است که به طور مداوم در فضا وجود دارد و قادر به اعمال بارهای دیگر است. میدان الکتریکی با سرعت نور در فضا پخش می شود. کمیت فیزیکی برابر با نسبت نیرویی که میدان الکتریکی با آن در بار آزمایش عمل می کند (یک بار کوچک مثبت و نقطه ای که روی پیکربندی میدان تأثیر نمی گذارد) به مقدار این بار ، قدرت میدان الکتریکی نامیده می شود. با استفاده از قانون کولنب می توان فرمولی را برای مقاومت میدان ایجاد شده توسط شارژ بدست آورد س در مسافت ر از اتهام ... قدرت میدان به شارژی که در آن عمل می کند بستگی ندارد. در صورت اتهام س میدان های الکتریکی چندین بار به طور همزمان عمل می کنند ، سپس نیروی حاصل برابر با مجموع هندسی نیروهایی است که از هر میدان به طور جداگانه عمل می کنند. این اصل را برهم نهی میدانهای الکتریکی می نامند. خط مقاومت میدان الکتریکی خطی است که مماس آن در هر نقطه با بردار مقاومت همزمان می شود. خطوط کششی با بارهای مثبت شروع می شوند و با بارهای منفی پایان می یابند ، یا به بی نهایت می روند. یک میدان الکتریکی که قدرت آن در هر نقطه از فضا برای همه یکسان باشد ، یک میدان الکتریکی یکنواخت نامیده می شود. میدان بین دو صفحه فلزی موازی با شارژ مخالف را می توان تقریباً یکنواخت در نظر گرفت. با توزیع بار یکنواخت س بیش از سطح S چگالی بار سطح برابر است با. برای یک صفحه بی نهایت با تراکم بار سطح s ، قدرت میدان در تمام نقاط فضا یکسان است و برابر است .

36. کار میدان الکترواستاتیک هنگام جابجایی بار. اختلاف پتانسیل.

هنگامی که یک بار توسط یک میدان الکتریکی از راه دور حرکت می کند ، کار عالی است ... همانطور که در مورد کار جاذبه ، کار نیروی کولن نیز به مسیر حرکت بار بستگی ندارد. هنگامی که جهت بردار جابجایی 180 درجه تغییر می کند ، کار نیروهای میدان علامت خود را به عکس تغییر می دهد. بنابراین ، کار نیروهای میدان الکترواستاتیک هنگام حرکت بار در امتداد یک مدار بسته ، برابر با صفر است. به میدانی که کار نیروها در یک مسیر بسته صفر باشد ، میدان پتانسیل گفته می شود.

درست مثل یک بدن جرم متر در یک میدان جاذبه دارای انرژی بالقوه متناسب با جرم بدن است ، یک بار الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک دارای انرژی بالقوه است W pمتناسب با اتهام. کار نیروهای میدان الکترواستاتیک برابر است با تغییر در انرژی پتانسیل بار ، گرفته شده با علامت مخالف. در یک نقطه از میدان الکترواستاتیک ، بارهای مختلف می توانند انرژی های بالقوه مختلفی داشته باشند. اما نسبت انرژی پتانسیل به شارژ برای یک نقطه معین یک مقدار ثابت است. این کمیت فیزیکی را پتانسیل میدان الکتریکی می نامند ، جایی که انرژی پتانسیل بار با حاصلضرب پتانسیل در یک نقطه مشخص توسط بار برابر است. پتانسیل یک مقدار اسکالر است ، پتانسیل چندین زمینه برابر است با مجموع پتانسیل های این زمینه ها. معیار اندازه گیری تغییر انرژی در هنگام تعامل اجسام کار است. هنگامی که بار حرکت می کند ، بنابراین کار نیروهای میدان الکترواستاتیک برابر با تغییر انرژی با علامت مخالف است. زیرا کار به اختلاف پتانسیل بستگی دارد و به مسیر بین آنها بستگی ندارد ، بنابراین اختلاف پتانسیل را می توان یک ویژگی انرژی در میدان الکترواستاتیک در نظر گرفت. اگر پتانسیل در یک فاصله نامحدود از بار صفر گرفته شود ، پس در یک فاصله ر از طریق شارژ ، با فرمول تعیین می شود .

نسبت کار انجام شده توسط هر میدان الکتریکی در هنگام حرکت یک بار مثبت از یک نقطه از میدان به نقطه دیگر ، به مقدار بار ولتاژ بین این نقاط ، جایی که کار از آن است ، گفته می شود. در یک میدان الکترواستاتیک ، ولتاژ بین هر دو نقطه برابر با اختلاف پتانسیل این نقاط است. واحد ولتاژ (و اختلاف پتانسیل) ولت نامیده می شود. 1 ولت برابر با ولتاژی است که در آن میدان 1 ژول کار می کند تا بار را به 1 کولن منتقل کند. از یک طرف ، کار جابجایی شارژ برابر با محصول نیرو و جابجایی است. از طرف دیگر ، این ولتاژ را می توان از ولتاژ شناخته شده بین مقاطع مسیر پیدا کرد. از اینجا. واحد قدرت میدان الکتریکی ولت بر متر است ( در / متر).

خازن سیستمی از دو هادی است که توسط یک لایه دی الکتریک از هم جدا شده اند ، ضخامت آن در مقایسه با ابعاد هادی ها کم است. بین صفحات ، قدرت میدان برابر با دو برابر مقاومت هر یک از صفحات است ؛ در خارج از صفحات ، صفر است. به مقدار فیزیکی برابر نسبت بار یکی از صفحات به ولتاژ بین صفحات ، ظرفیت خازن گفته می شود. واحد ظرفیت الکتریکی یک فاراد است ، با ظرفیت 1 فاراد توسط یک خازن وجود دارد که بین صفحات آن ولتاژ برابر با 1 ولت است هنگام برقراری ارتباط با صفحات شارژ 1 کولن. مقاومت میدان بین صفحات یک خازن جامد برابر است با مجموع مقاومت صفحات. ، و از پس یک زمینه یکنواخت راضی است ، یعنی ظرفیت الکتریکی مستقیماً با مساحت صفحات متناسب و با فاصله بین آنها متناسب است. وقتی دی الکتریک بین صفحات وارد می شود ، ظرفیت الکتریکی آن با ضریب e افزایش می یابد ، جایی که e ثابت دی الکتریک ماده معرفی شده است.

38. ثابت دی الکتریک... انرژی میدان الکتریکی.

ثابت دی الکتریک کمیت فیزیکی است که نسبت مدول قدرت میدان الکتریکی در خلا را به مدول میدان الکتریکی در یک دی الکتریک همگن مشخص می کند. کار میدان الکتریکی برابر است ، اما هنگامی که خازن شارژ می شود ، ولتاژ آن از بالا می رود 0 قبل از تو، بنابراین ... در نتیجه ، انرژی پتانسیل خازن برابر است.

39. جریان الکتریکی. قدرت فعلی شرایط وجود جریان الکتریکی.

جریان الکتریکی حرکت مرتب بارهای الکتریکی نامیده می شود. حرکت بارهای مثبت به عنوان جهت جریان در نظر گرفته می شود. بارهای الکتریکی تحت تأثیر یک میدان الکتریکی می توانند به صورت منظم حرکت کنند. بنابراین ، شرط کافی برای وجود جریان وجود یک میدان حمل و بار شارژ رایگان است. یک میدان الکتریکی می تواند توسط دو جسم متصل به هم متصل شود. نسبت شارژ D سدر طول مقطع هادی در فاصله زمانی D انجام می شود تی به این فاصله آمپراژ گفته می شود. اگر قدرت جریان با گذشت زمان تغییر نکند ، جریان را ثابت می نامند. برای وجود جریان طولانی مدت بر روی یک رسانا ، لازم است که شرایط ایجاد شده در این جریان بدون تغییر باشد.<схема с один резистором и батареей>... نیروهایی که باعث جابجایی بار در داخل منبع فعلی می شوند ، نیروهای خارجی نامیده می شوند. در یک سلول گالوانیک (و هر باتری - G.E. ؟؟؟) آنها نیروهای یک واکنش شیمیایی هستند ، در یک ماشین DC - نیروی لورنتس.

40. قانون اهم برای بخشی از زنجیره. مقاومت هادی ها. وابستگی مقاومت هادی ها به دما. ابررسانایی اتصال سریال و موازی هادی ها.

نسبت ولتاژ بین انتهای یک بخش از یک مدار الکتریکی به قدرت جریان یک مقدار ثابت است و مقاومت نامیده می شود. واحد مقاومت 0 اهم است ، مقاومت 1 اهم توسط چنین مقطعی از مدار وجود دارد که در آن ، با جریان 1 آمپر ، ولتاژ 1 ولت است. مقاومت مستقیماً متناسب با طول و معکوس متناسب با سطح مقطع است ، جایی که r مقاومت الکتریکی است ، یک مقدار ثابت برای یک ماده معین در شرایط خاص. وقتی گرم می شود ، مقاومت فلزات به صورت خطی افزایش می یابد ، جایی که r 0 مقاومت در 0 0 سانتی گراد است ، a ضریب مقاومت دما است ، مخصوص هر فلز. در دماهای نزدیک به صفر مطلق ، مقاومت مواد به شدت به صفر می رسد. به این پدیده ابررسانایی گفته می شود. عبور جریان در مواد ابررسانا بدون از بین رفتن گرمای هادی رخ می دهد.

قانون اهم برای یک بخش از یک زنجیره یک معادله است. وقتی هادی ها به صورت سری متصل می شوند ، جریان در همه هادی ها یکسان است و ولتاژ انتهای مدار برابر با مجموع ولتاژهای تمام هادی های متصل به سری است. ... وقتی هادی ها به صورت سری متصل می شوند ، مقاومت کل برابر است با مجموع مقاومت های جز component. با اتصال موازی ، ولتاژ انتهای هر بخش از مدار یکسان است و جریان به قسمتهای جداگانه منشعب می شود. از اینجا. وقتی هادی ها به طور موازی به هم متصل می شوند ، مقدار معکوس مقاومت کل برابر است با مجموع مقادیر معکوس مقاومت های هادی های متصل به موازات.

41. کار و قدرت جریان. نیروی محرکه برقی. قانون اهم برای یک مدار کامل.

به کار نیروهای میدان الکتریکی که جریان الکتریکی ایجاد می کند ، کار جریان گفته می شود. کار و جریان در بخش با مقاومت R در زمان D تی برابر است. قدرت جریان الکتریکی برابر است با نسبت کار به زمان اتمام ، یعنی ... کار به صورت معمول در ژول ، قدرت در وات بیان می شود. اگر تحت تأثیر یک میدان الکتریکی کار در بخش مدار انجام نشود و واکنش های شیمیایی رخ ندهد ، کار منجر به گرم شدن هادی می شود. در این حالت ، کار برابر با مقدار گرمای آزاد شده توسط هادی با جریان است (قانون ژول-لنز).

در مدار الکتریکی ، کار نه تنها در ناحیه خارجی ، بلکه در باتری نیز انجام می شود. مقاومت الکتریکی منبع جریان را مقاومت داخلی می نامند. ر... در قسمت داخلی زنجیره ، مقداری گرما آزاد می شود برابر با. کل کار نیروهای میدان الکترواستاتیک هنگام حرکت در یک حلقه بسته برابر با صفر است ، بنابراین به دلیل نیروهای خارجی که ولتاژ ثابت را حفظ می کنند ، تمام کارها بی نقص به نظر می رسند. نسبت کار نیروهای خارجی به بار منتقل شده را نیروی الکتریکی منبع می نامند ، جایی که D س - شارژ قابل حمل اگر در نتیجه عبور جریان مستقیم ، فقط گرمایش هادی ها اتفاق افتاده است ، طبق قانون صرفه جویی در انرژی ، یعنی ... گل و لای جریان در مدار الکتریکی مستقیماً با EMF متناسب است و با مقاومت کل مدار متناسب است.

42. نیمه هادی ها. رسانایی الکتریکی نیمه هادی ها و وابستگی آن به دما. رسانایی ذاتی و ناخالصی نیمه هادی ها.

بسیاری از مواد جریان فلزات را به خوبی هدایت نمی کنند ، اما در عین حال دی الکتریک نیستند. یکی از تفاوت های نیمه هادی ها این است که در صورت گرم یا روشن شدن ، مقاومت آنها افزایش نمی یابد ، بلکه کاهش می یابد. اما مشخص شد خاصیت اصلی آنها که عملاً قابل استفاده است هدایت یک طرفه است. به دلیل توزیع ناهموار انرژی حرکت حرارتی در یک کریستال نیمه هادی ، برخی از اتمها یونیزه می شوند. الکترونهای آزاد شده توسط اتمهای اطراف نمی توانند جذب شوند ، زیرا پیوندهای ظرفیت آنها اشباع شده است. این الکترونهای آزاد می توانند در فلز حرکت کرده و جریان هدایت الکترونیکی ایجاد کنند. در همان زمان ، اتم ، که از پوسته آن الکترون فرار می کند ، به یون تبدیل می شود. این یون با گرفتن اتم همسایه خنثی می شود. در نتیجه چنین حرکت بی نظمی ، حرکتی از محل با یون از دست رفته رخ می دهد ، که از خارج به عنوان یک حرکت بار مثبت دیده می شود. به این جریان هدایت سوراخ گفته می شود. در یک کریستال نیمه هادی ایده آل ، جریان با حرکت تعداد مساوی الکترون و سوراخ آزاد ایجاد می شود. به این نوع رسانایی رسانایی ذاتی گفته می شود. با کاهش دما ، تعداد الکترون های آزاد متناسب با میانگین انرژی اتم ها کاهش می یابد و نیمه هادی ها به دی الکتریک شباهت می یابند. به منظور بهبود رسانایی ، ناخالصی هایی بعضاً به یک نیمه هادی ، اهدا کننده (افزایش تعداد الکترون ها بدون افزایش تعداد سوراخ ها) و گیرنده ها (افزایش تعداد سوراخ ها بدون افزایش تعداد الکترون ها) اضافه می شوند. به نیمه رساناهای دارای الکترون بیشتر از حفره ها ، نیمه هادی الکترونیکی یا نیمه هادی نوع n گفته می شود. نیمه هادی هایی که تعداد سوراخ آنها از تعداد الکترون ها بیشتر باشد ، نیمه هادی های سوراخ یا نیمه هادی های نوع p نامیده می شوند.

43. دیود نیمه هادی. ترانزیستور

یک دیود نیمه هادی از تشکیل شده است p-n انتقال ، یعنی از دو نیمه هادی متصل از انواع مختلف رسانایی. هنگام اتصال ، انتشار الکترون در رخ می دهد r-نیمه هادی. این منجر به ظهور در نیمه هادی الکترونیکی یونهای مثبت جبران نشده ناخالصی دهنده و در نیمه هادی سوراخ - یونهای منفی ناخالصی گیرنده می شود که الکترونهای منتشر شده را تصرف کرده است. یک میدان الکتریکی بین دو لایه بوجود می آید. اگر یک بار مثبت به منطقه با هدایت الکترونیکی وارد شود ، و یک بار منفی به منطقه با هدایت سوراخ وارد شود ، در این صورت میدان مسدود کننده افزایش می یابد ، جریان به شدت کاهش می یابد و تقریباً مستقل از ولتاژ است. به این روش روشن کردن بلوک گفته می شود و جریان جریان یافته در دیود معکوس است. اگر یک بار مثبت به منطقه با هدایت سوراخ وارد شود ، و یک بار منفی به منطقه با هدایت الکترونیکی وارد شود ، در این صورت میدان مسدود ضعیف می شود ، جریان از طریق دیود در این مورد فقط به مقاومت مدار خارجی بستگی دارد. به این روش روشن کردن ، توان عملیاتی گفته می شود و جریان جاری در دیود مستقیم است.

یک ترانزیستور که به آن تریود نیمه هادی نیز می گویند ، از دو تشکیل شده است p-n (یا n-p) انتقال قسمت میانی کریستال را پایه می نامند ، قسمتهای شدید ساطع کننده و جمع کننده هستند. ترانزیستورهایی که پایه در آنها هدایت سوراخ دارد ترانزیستور نامیده می شوند p-n-p انتقال برای رانندگی ترانزیستور p-n-pنوع ولتاژ قطبیت منفی نسبت به گسیل کننده به کلکتور اعمال می شود. در این حالت ولتاژ در پایه می تواند مثبت یا منفی باشد. زیرا سوراخ های بیشتری وجود دارد ، پس جریان اصلی از طریق اتصال شار انتشار سوراخ ها از خواهد بود r-مناطق. اگر ولتاژ کوچکی به جلو بر روی فرستنده اعمال شود ، در این صورت جریان سوراخی از آن عبور می کند و از آن پخش می شود r-مناطق در n- منطقه (پایه) اما از آنجایی که پایه باریک است ، سوراخ ها از طریق آن پرواز می شوند ، و توسط میدان شتاب می گیرند ، به داخل جمع کننده می روند. (؟؟؟ ، چیزی که من اشتباه فهمیدم ...)... ترانزیستور قادر به توزیع جریان و در نتیجه تقویت آن است. نسبت تغییر جریان در مدار جمع کننده به تغییر جریان در مدار پایه ، همه موارد دیگر برابر هستند ، یک مقدار ثابت است که ضریب انتقال انتگرال جریان پایه نامیده می شود. بنابراین با تغییر جریان در مدار پایه می توان تغییراتی را در جریان مدار جمع کننده بدست آورد. (???)

44. جریان الکتریکی در گازها. انواع تخلیه گاز و کاربرد آنها مفهوم پلاسما.

گاز تحت تأثیر نور یا گرما می تواند به یک هادی جریان تبدیل شود. به پدیده عبور جریان از طریق گاز تحت شرایط تأثیر خارجی ، تخلیه الکتریکی غیر خود پایدار گفته می شود. به روند تشکیل یونهای گاز تحت تأثیر دما ، یونیزاسیون حرارتی گفته می شود. تشکیل یونها تحت تأثیر تابش نور - فتونیون سازی. گازی که در آن بخش قابل توجهی از مولکول ها یونیزه می شوند ، پلاسما نامیده می شود. دمای پلاسما به چندین هزار درجه می رسد. الکترونها و یونهای پلاسما تحت تأثیر یک میدان الکتریکی قادر به حرکت هستند. با افزایش قدرت میدان ، بسته به فشار و ماهیت گاز ، تخلیه بدون عمل یونیزرهای خارجی در آن رخ می دهد. این پدیده را تخلیه الکتریکی خود پایدار می نامند. برای یونیزه شدن الکترون در اثر ضربه به یک اتم ، لازم است که انرژی آن کمتر از کار یونیزاسیون نباشد. الکترون می تواند این انرژی را تحت تأثیر نیروهای یک میدان الکتریکی خارجی در گاز موجود در مسیر مسیر آزاد ، به دست آورد. ... زیرا میانگین مسیر آزاد کم است ، تخلیه پایدار فقط با مقاومت میدان زیاد امکان پذیر است. در فشار کم گاز ، یک تخلیه درخشش ایجاد می شود ، که با افزایش هدایت گاز در هنگام کمیاب شدن توضیح داده می شود (مسیر آزاد افزایش می یابد). اگر جریان در خود تخلیه بسیار زیاد باشد ، در نتیجه الکترون می تواند باعث گرم شدن کاتد و آند شود. الکترون ها با دمای بالا از سطح کاتد ساطع می شوند ، که تخلیه گاز را حفظ می کند. به این نوع تخلیه تخلیه قوس گفته می شود.

45. جریان الکتریکی در خلا. تابش حرارتی. لامپ پرتوی کاتدی.

هیچ حامل بار رایگان در خلا وجود ندارد ، بنابراین ، بدون تأثیر خارجی ، جریان در خلا وجود ندارد. اگر یکی از الکترودها تا دمای بالا گرم شود ، می تواند رخ دهد. کاتد گرم شده الکترونها را از سطح خود ساطع می کند. به پدیده انتشار الکترونهای آزاد از سطح اجسام گرم شده ، تابش حرارتی گفته می شود. ساده ترین دستگاه با استفاده از انتشار ترمونیک ، دیود خلاuum الکتریکی است. آند از یک صفحه فلزی تشکیل شده است ، کاتد از یک سیم پیچ خورده نازک ساخته شده است. ابر الکترونی هنگام گرم شدن در اطراف کاتد ایجاد می شود. اگر کاتد را به ترمینال مثبت باتری و آند را به منفی وصل کنید ، در این صورت قسمت داخل دیود الکترون ها را به سمت کاتد سوق می دهد و جریانی نخواهد داشت. اگر عکس آن را متصل کنید - آند به مثبت ، و کاتد به منفی ، سپس میدان الکتریکی الکترون ها را به سمت آند حرکت می دهد. این ویژگی هدایت یک طرفه دیود را توضیح می دهد. با استفاده از یک میدان الکترومغناطیسی می توان جریان الکترونهای در حال حرکت از کاتد به آند را کنترل کرد. برای این منظور ، دیود اصلاح شده و یک شبکه بین آند و کاتد اضافه می شود. دستگاه حاصل تریود نامیده می شود. اگر پتانسیل منفی به شبکه اعمال شود ، آنگاه میدان بین شبکه و کاتد مانع حرکت الکترون می شود. اگر مثبت اعمال کنید ، آنگاه میدان از حرکت الکترون جلوگیری می کند. الکترون های ساطع شده توسط کاتد را می توان با استفاده از میدان های الکتریکی تا سرعت بالا شتاب داد. توانایی انحراف پرتوهای الکترون تحت تأثیر میدان های الکترومغناطیسی در CRT استفاده می شود.

46. \u200b\u200bفعل و انفعال مغناطیسی جریان ها. یک میدان مغناطیسی نیرویی که روی یک رسانا با جریان در یک میدان مغناطیسی عمل می کند. القای میدان مغناطیسی.

اگر جریان یک جهته از هادی ها عبور کند ، آنها جذب می شوند و در صورت مساوی ، دفع می شوند. در نتیجه ، برخی از فعل و انفعالات بین هادی ها وجود دارد که نمی توان با وجود یک میدان الکتریکی توضیح داد به طور کلی ، هادی ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. میدان مغناطیسی با حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می شود و فقط بر روی بارهای متحرک عمل می کند. میدان مغناطیسی نوع خاصی از ماده است و در فضا مداوم است. عبور جریان الکتریکی از یک رسانا ، بدون در نظر گرفتن محیط ، با ایجاد یک میدان مغناطیسی همراه است. از تعامل مغناطیسی هادی ها برای تعیین مقدار جریان استفاده می شود. 1 آمپر - قدرت جریان عبوری از دو هادی موازی به طول and و یک مقطع کوچک ، واقع در فاصله 1 متر از یکدیگر ، که در آن شار مغناطیسی باعث ایجاد یک نیروی متقابل به پایین ، برابر با هر متر طول می شود. به نیرویی که با آن یک میدان مغناطیسی بر روی یک رسانا با جریان عمل می کند ، نیروی آمپر نامیده می شود. برای مشخص کردن توانایی یک میدان مغناطیسی برای تأثیر بر یک رسانا با جریان ، کمیتی به نام القای مغناطیسی وجود دارد. مدول القای مغناطیسی برابر است با نسبت حداکثر مقدار نیروی آمپر وارد شده بر یک رسانا با جریان به جریان در هادی و طول آن. جهت بردار القایی مطابق قانون دست چپ تعیین می شود (راهنما در امتداد دست ، فشار بر انگشت شست ، القا در کف). واحد القای مغناطیسی یک تسلا است ، برابر با القای چنین شار مغناطیسی ، که در آن حداکثر نیروی آمپر 1 نیوتن در هر 1 متر از هادی با جریان 1 آمپر عمل می کند. به خطی که در هر نقطه از بردار القای مغناطیسی مماس باشد ، خط القای مغناطیسی گفته می شود. اگر در تمام نقاط یک فضای خاص بردار القایی از مقدار مطلق یکسان و جهت یکسانی برخوردار باشد ، آنگاه میدان موجود در این قسمت را همگن می نامند. بسته به زاویه شیب هادی با جریان نسبت به بردار القای مغناطیسی نیروهای آمپر ، متناسب با سینوس زاویه تغییر می کند.

47. قانون آمپر عملکرد یک میدان مغناطیسی بر روی یک بار متحرک. نیروی لورنتس.

تأثیر یک میدان مغناطیسی بر روی جریان در یک رسانا نشان می دهد که بر روی بارهای متحرک تأثیر می گذارد. قدرت فعلی من در یک رسانا با تمرکز همراه است n ذرات باردار رایگان ، سرعت v حرکت و منطقه منظم آنها S سطح مقطع هادی توسط عبارت ، در کجا س - بار یک ذره. با جایگزینی این عبارت در فرمول نیروی آمپر ، می توان دریافت ... زیرا nSl برابر است با تعداد ذرات آزاد در یک رسانا با طول من، سپس نیرویی که از میدان وارد می شود بر روی یک ذره باردار حرکت می کند که با سرعت حرکت می کند v در زاویه a نسبت به بردار القای مغناطیسی قرار دارد ب برابر است ... این نیرو را نیروی لورنتس می نامند. جهت نیروی لورنتس برای یک بار مثبت توسط قانون چپ تعیین می شود. در یک میدان مغناطیسی یکنواخت ، ذره ای که عمود بر خطوط القای میدان مغناطیسی حرکت می کند ، تحت تأثیر نیروی لورنتس ، شتاب مرکز گریز را بدست می آورد و به صورت دایره ای حرکت می کند. شعاع دایره و دوره انقلاب توسط عبارات تعیین می شود ... استقلال دوره انقلاب از شعاع و سرعت در شتاب دهنده ذرات باردار - سیکلوترون استفاده می شود.

48. خصوصیات مغناطیسی ماده. آهن ربا

اثر متقابل الکترومغناطیسی به محیطی که بارها در آن قرار دارد بستگی دارد. اگر یک عدد کوچک را نزدیک یک سیم پیچ بزرگ آویزان کنید ، منحرف می شود. اگر یک هسته آهنی را درون یک هسته بزرگ قرار دهید ، انحراف افزایش می یابد. این تغییر نشان می دهد که با معرفی هسته ، القای تغییر می کند. به موادی که میزان مغناطیسی خارجی را به میزان قابل توجهی تقویت کنند آهن ربا می گویند. کمیت فیزیکی که نشان می دهد القاt یک میدان مغناطیسی در یک محیط چند برابر با القاt یک میدان در خلا متفاوت است ، نفوذ پذیری مغناطیسی نامیده می شود. همه مواد باعث افزایش میدان مغناطیسی نمی شوند. آهن ربا یک میدان ضعیف ایجاد می کند که همزمان با جهت خارجی است. قطر مغناطیسی با رشته من زمینه خارجی را ضعیف می کند. فرومغناطیس با خصوصیات مغناطیسی الکترون توضیح داده می شود. الکترون یک بار متحرک است ، بنابراین میدان مغناطیسی خاص خود را دارد. در بعضی از بلورها ، شرایط جهت گیری موازی میدان های مغناطیسی الکترون وجود دارد. در نتیجه ، مناطق مغناطیسی ، به نام دامنه ، در داخل بلور آهنربا دیده می شوند. با افزایش میدان مغناطیسی خارجی ، دامنه ها جهت گیری خود را ترتیب می دهند. در مقدار معینی از القا ، ترتیب کامل مجموعه جهت گیری دامنه و اشباع مغناطیسی تنظیم می شود. وقتی آهن ربا از یک میدان مغناطیسی خارجی خارج می شود ، همه دامنه ها جهت گیری خود را از دست نمی دهند و بدن به یک آهنربا دائمی تبدیل می شود. نظم جهت دامنه را می توان با ارتعاشات حرارتی اتمها بهم زد. به دمایی که ماده در آن آهنربا متوقف شود ، دمای کوری گفته می شود.

49. القای الکترومغناطیسی. شار مغناطیسی قانون القای الکترومغناطیسی. قانون لنز

در یک حلقه بسته ، وقتی میدان مغناطیسی تغییر می کند ، جریان الکتریکی بوجود می آید. این جریان را جریان القایی می نامند. به پدیده ظهور جریان در یک حلقه بسته با تغییر در میدان مغناطیسی نفوذی به حلقه ، القای الکترومغناطیسی گفته می شود. ظاهر یک جریان در یک حلقه بسته نشان دهنده وجود نیروهای خارجی با ماهیت غیر الکترواستاتیکی یا وقوع EMF القایی است. توصیف کمی از پدیده القای الکترومغناطیسی بر اساس ایجاد ارتباط بین EMF القای و شار مغناطیسی ارائه شده است. شار مغناطیسی F از طریق سطح یک مقدار فیزیکی برابر با محصول سطح است Sبر روی مدول بردار القای مغناطیسی ب و توسط کسینوس زاویه a بین آن و حالت عادی به سطح است. واحد شار مغناطیسی یک وبر برابر با شار است که وقتی در 1 ثانیه به طور یکنواخت به صفر برسد ، باعث EMF 1 ولت می شود. جهت جریان القایی به افزایش یا کاهش شار نفوذ کننده در مدار و همچنین به جهت میدان نسبت به مدار بستگی دارد. فرمول بندی کلی قاعده لنز: جریان القایی ناشی از یک حلقه بسته دارای جهتی است که شار مغناطیسی ایجاد شده توسط آن از طریق منطقه محدود شده توسط حلقه تمایل دارد تا تغییر شار مغناطیسی ناشی از این جریان را جبران کند. قانون القای الکترومغناطیسی: EMF القایی در یک حلقه بسته مستقیماً متناسب با سرعت تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این حلقه است و برابر با نرخ تغییر این شار است و با در نظر گرفتن قانون Lenz. هنگامی که EMF در یک سیم پیچ متشکل از تغییر می کند n چرخش های یکسان ، کل EMF در n چندین برابر EMF در یک دور. برای یک میدان مغناطیسی یکنواخت ، براساس تعریف شار مغناطیسی ، نتیجه می شود که القا 1 تسلا است ، اگر شار از طریق مدار 1 متر مربع 1 وبر باشد. وقوع جریان الکتریکی در یک رسانای ثابت با فعل و انفعال مغناطیسی توضیح داده نمی شود میدان مغناطیسی فقط بر روی بارهای متحرک عمل می کند. میدان الکتریکی که هنگام تغییر میدان مغناطیسی اتفاق می افتد ، میدان الکتریکی گرداب نامیده می شود. کار نیروهای میدان گرداب در حرکت بارها ، EMF القای است. قسمت vortex با هزینه همراه نیست و یک خط بسته است. کار نیروهای این میدان در یک حلقه بسته می تواند غیر صفر باشد. پدیده القای الکترومغناطیسی نیز هنگامی رخ می دهد که یک منبع شار مغناطیسی در حالت استراحت و یک هادی در حال حرکت باشد. در این حالت ، علت القای EMF ، برابر است با ، نیروی لورنتس است.

50. پدیده خود القایی. القا انرژی میدان مغناطیسی.

جریان الکتریکی که از یک رسانا عبور می کند ، یک میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. شار مغناطیسی F از طریق مدار متناسب با بردار القای مغناطیسی است که در، و القا ، به نوبه خود ، جریان در هادی است. از این رو ، برای شار مغناطیسی می توان نوشت. ضریب تناسب القایی نامیده می شود و به خصوصیات هادی ، اندازه آن و محیطی که در آن قرار دارد بستگی دارد. واحد القای هانری است ، القا 1 henry است ، اگر با جریان 1 آمپر شار مغناطیسی 1 وبر باشد. با تغییر جریان در سیم پیچ ، شار مغناطیسی ایجاد شده توسط این جریان تغییر می کند. تغییر در شار مغناطیسی باعث ایجاد القای EMF در سیم پیچ می شود. به پدیده EMF القایی در یک سیم پیچ در نتیجه تغییر قدرت جریان در این مدار ، خود القایی گفته می شود. مطابق با قانون لنز ، EMF القای خود از افزایش هنگام روشن شدن جلوگیری می کند و هنگام خاموش کردن مدار کاهش می یابد. EMF خود القایی ناشی از یک سیم پیچ با اندوکتانس ل، طبق قانون القای الکترومغناطیسی است ... فرض کنید وقتی شبکه از منبع جدا شود ، جریان به صورت خطی کاهش می یابد. سپس EMF القا self از خود مقدار ثابت برابر است ... در حین تی با کاهش خطی ، یک بار از مدار عبور می کند. در این حالت ، کار جریان الکتریکی است ... این کار برای نور انرژی انجام می شود W متر میدان مغناطیسی سیم پیچ.

51. ارتعاشات هارمونیک. دامنه ، دوره ، فرکانس و فاز نوسانات.

ارتعاشات مکانیکی حرکاتی از اجسام هستند که دقیقاً یا تقریباً در فواصل منظم تکرار می شوند. به نیروهایی که بین اجسام درون سیستم اجسام در نظر گرفته شده وارد می شوند ، نیروهای داخلی گفته می شود. به نیروهایی که از کنار اجسام دیگر بر روی اجسام سیستم وارد می شوند ، نیروهای خارجی گفته می شود. ارتعاشات آزاد به ارتعاشاتی گفته می شود که تحت تأثیر نیروهای داخلی بوجود آمده اند ، به عنوان مثال ، یک آونگ روی یک رشته. نوسانات تحت تأثیر نیروهای خارجی - نوسانات اجباری ، به عنوان مثال ، یک پیستون در موتور. ویژگی مشترک انواع ارتعاشات تکرارپذیری روند حرکت پس از یک بازه زمانی مشخص است. نوسانات توصیف شده در این رابطه را هارمونیک می نامند ... به طور خاص ، ارتعاشات ناشی از یک سیستم با یک نیروی بازیابی متناسب با تغییر شکل ، هارمونیک هستند. حداقل فاصله تکرار حرکت بدن را دوره نوسان می نامند تی... کمیت فیزیکی معکوس دوره نوسان و مشخصه تعداد نوسانات در واحد زمان را فرکانس می نامند. فرکانس در هرتز ، 1 هرتز \u003d 1 ثانیه اندازه گیری می شود. از مفهوم فرکانس چرخه ای نیز استفاده می شود که تعداد نوسانات را در 2 ثانیه تعیین می کند. مدول حداکثر جابجایی از موقعیت تعادل دامنه نامیده می شود. مقدار زیر علامت کسینوس مرحله نوسان است ، j 0 مرحله نوسان اولیه است. مشتقات نیز به طور هماهنگ و ، و کل انرژی مکانیکی با انحراف دلخواه تغییر می کنند ایکس(زاویه ، مختصات و غیره) برابر است با جایی که و و که در - ثابت های تعیین شده توسط پارامترهای سیستم. با متفاوت سازی این عبارت و در نظر گرفتن عدم وجود نیروهای خارجی ، می توان نوشت که چه چیزی ، در کجا.

52. پاندول ریاضی. ارتعاشات بار روی فنر. دوره نوسان آونگ ریاضی و وزن روی فنر.

جسمی کوچک معلق روی یک نخ غیر قابل انعطاف که جرم آن در مقایسه با جرم بدن ناچیز است ، پاندول ریاضی نامیده می شود. موقعیت قائم موقعیت تعادلی است که در آن نیروی جاذبه توسط نیروی کشش متعادل می شود. در انحرافات کوچک آونگ از موقعیت تعادل ، یک نیروی نتیجه به وجود می آید که به سمت موقعیت تعادل هدایت می شود و نوسانات آن هارمونیک است. دوره نوسانات هارمونیک یک آونگ ریاضی در یک زاویه چرخش کوچک برابر است با. برای استخراج این فرمول ، قانون دوم نیوتن را برای آونگ یادداشت می کنیم. آونگ تحت تأثیر جاذبه و کشش نخ است. نتیجه آنها در یک زاویه انحراف کوچک است. از این رو ، از جایی که .

با ارتعاشات هارمونیکی جسمی که روی فنر معلق است ، نیروی الاستیک برابر با قانون هوک است. طبق قانون دوم نیوتن.

53. تبدیل انرژی با ارتعاشات هارمونیک. ارتعاشات اجباری. طنین انداز

وقتی پاندول ریاضی از موقعیت تعادل خارج شود ، انرژی پتانسیل آن افزایش می یابد ، از آن زمان فاصله تا زمین افزایش می یابد. هنگام حرکت به موقعیت تعادل ، به دلیل کاهش ذخیره بالقوه ، سرعت آونگ افزایش می یابد و انرژی جنبشی افزایش می یابد. در موقعیت تعادل ، انرژی جنبشی حداکثر ، انرژی پتانسیل حداقل است. در موقعیت حداکثر انحراف ، عکس این امر صادق است. با چشمه - همان چیز ، اما نه انرژی بالقوه در میدان گرانشی زمین ، بلکه انرژی بالقوه چشمه گرفته می شود. نوسانات رایگان همیشه میراث دارند ، یعنی با کاهش دامنه ، از انرژی صرف تعامل با اجسام اطراف می شود. تلفات انرژی در این حالت برابر با کار نیروهای خارجی در همان زمان است. دامنه به فرکانس تغییر نیرو بستگی دارد. هنگامی که فرکانس نوسان نیروی خارجی با فرکانس نوسان طبیعی سیستم همزمان شود ، به حداکثر دامنه می رسد. به پدیده افزایش دامنه نوسانات اجباری در شرایط توصیف شده ، رزونانس گفته می شود. از آنجا که هنگام رزونانس نیروی خارجی حداکثر کار مثبت را در طول دوره انجام می دهد ، می توان شرط رزونانس را به عنوان شرط انتقال حداکثر انرژی به سیستم تعریف کرد.

54. انتشار ارتعاشات در محیط الاستیک. امواج عرضی و طولی طول موج رابطه بین طول موج و سرعت انتشار آن. امواج صوتی سرعت صدا سونوگرافی

تحریک ارتعاشات در یک مکان از محیط باعث ارتعاشات اجباری ذرات همسایه می شود. به روند انتشار ارتعاشات در فضا موج گفته می شود. به امواجی که در آنها نوسانات عمود بر جهت انتشار وجود دارد ، امواج برشی گفته می شود. به امواجی که در آنها نوسانات در امتداد جهت انتشار موج رخ می دهد ، امواج طولی گفته می شود. امواج طولی می توانند در تمام محیط ها ، عرضی - در مواد جامد تحت تأثیر نیروهای الاستیک در هنگام تغییر شکل یا کشش سطحی و نیروهای جاذبه وجود داشته باشند. سرعت انتشار ارتعاشات v در فضا را سرعت موج می نامند. فاصله l بین نقاط نزدیک به یکدیگر که در همان مراحل در حال نوسان است ، طول موج نامیده می شود. وابستگی طول موج به سرعت و دوره به صورت ، یا بیان می شود. هنگامی که امواج بوجود می آیند ، فرکانس آنها توسط فرکانس نوسان منبع تعیین می شود و سرعت توسط محیطی که آنها گسترش می یابند تعیین می شود ، بنابراین ، امواج با همان فرکانس می توانند طول های مختلفی را در محیط های مختلف داشته باشند. فرآیندهای فشرده سازی و کمیاب شدن هوا در همه جهات منتشر می شود و به آنها امواج صوتی گفته می شود. امواج صوتی طولی هستند. سرعت صدا مانند سرعت هر موجی به محیط بستگی دارد. در هوا ، سرعت صدا 331 متر بر ثانیه است ، در آب - 1500 متر بر ثانیه ، در فولاد - 6000 متر بر ثانیه است. فشار صدا فشار اضافی در گاز یا مایع است که در اثر موج صوتی ایجاد می شود. شدت صدا توسط انرژی حمل شده توسط امواج صوتی در واحد زمان از طریق واحد سطح مقطع عمود بر جهت انتشار امواج اندازه گیری می شود و بر حسب وات بر متر مربع اندازه گیری می شود. شدت صدا میزان صدا را تعیین می کند. گام توسط فرکانس ارتعاش تعیین می شود. سونوگرافی و سونوگرافی به لرزش های صوتی گفته می شود که به ترتیب خارج از محدوده شنوایی با فرکانس های 20 کیلوهرتز و 20 هرتز هستند.

55. نوسانات الکترومغناطیسی آزاد در مدار. تبدیل انرژی در مدار نوسان. فرکانس طبیعی نوسانات در مدار.

مدار نوسان الکتریکی سیستمی متشکل از یک خازن و یک سیم پیچ متصل در یک مدار بسته است. هنگامی که یک سیم پیچ به یک خازن متصل می شود ، یک جریان در سیم پیچ تولید می شود و انرژی میدان الکتریکی به انرژی میدان مغناطیسی تبدیل می شود. خازن فوراً تخلیه نمی شود ، زیرا این امر توسط EMF خود القایی در سیم پیچ جلوگیری می شود. هنگامی که خازن کاملاً تخلیه می شود ، EMF خود القایی از کاهش جریان جلوگیری می کند و انرژی میدان مغناطیسی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. جریانی که در این حالت ایجاد می شود ، خازن را شارژ می کند و علامت بار روی صفحات برعکس اصلی است. سپس این روند تکرار می شود تا زمانی که تمام انرژی صرف گرم شدن عناصر مدار می شود. بنابراین ، انرژی میدان مغناطیسی در مدار نوسان به انرژی الکتریکی و بالعکس تبدیل می شود. برای کل انرژی سیستم می توان نسبت ها را نوشت: ، برای یک لحظه دلخواه از آنجا ... همانطور که می دانید ، برای یک زنجیره کامل ... با فرض این که در حالت ایده آل R "0، بالاخره به دست می آوریم ، یا. راه حل این معادله دیفرانسیل تابع است جایی که. مقدار w را فرکانس دایره ذاتی (چرخشی) ذاتی نوسانات در مدار می نامند.

56. ارتعاشات الكتريكي اجباري. جریان الکتریکی متناوب. دینام برق متناوب

جریان متناوب در مدارهای الکتریکی نتیجه تحریک نوسانات الکترومغناطیسی اجباری در آنها است. اجازه دهید یک دور صاف مساحت داشته باشد S و بردار القایی ب یک زاویه j با عمود بر صفحه چرخش ایجاد می کند. شار مغناطیسی F از طریق ناحیه حلقه در این حالت با عبارت تعیین می شود. وقتی حلقه با فرکانس n می چرخد \u200b\u200b، زاویه j مطابق قانون تغییر می کند ، سپس بیان جریان شکل می گیرد. تغییرات در شار مغناطیسی یک القای EMF برابر با منهای سرعت تغییر شار ایجاد می کند. در نتیجه ، تغییر در الکترومغناطیسی القای طبق یک قانون هارمونیک انجام خواهد شد. ولتاژ گرفته شده از خروجی ژنراتور متناسب با تعداد دور سیم پیچ است. وقتی ولتاژ طبق قانون هارمونیک تغییر می کند قدرت میدان در هادی مطابق با همان قانون تغییر می کند. تحت عمل میدان ، چیزی بوجود می آید که فرکانس و فاز آن با فرکانس و فاز نوسانات ولتاژ منطبق است. نوسانات جریان در مدار مجبور می شوند ، که تحت تأثیر ولتاژ متناوب اعمال شده ایجاد می شوند. وقتی فازهای جریان و ولتاژ با هم منطبق می شوند ، قدرت AC برابر یا می شود ... مقدار متوسط \u200b\u200bمربع کسینوس در طول دوره 0.5 است ، بنابراین. مقدار موثر مقاومت جریان مقاومت جریان مستقیم است که همان مقدار جریان متناوب را در هادی از گرما ساطع می کند. در دامنه من حداکثر نوسانات هارمونیک قدرت جریان ، ولتاژ موثر برابر است. مقدار ولتاژ موثر نیز یک برابر کمتر از مقدار پیک آن است.مقدار متوسط \u200b\u200bجریان در هنگام همزمانی فازهای نوسان از طریق ولتاژ موثر و قدرت جریان تعیین می شود.

5 7. مقاومت فعال ، القایی و خازنی.

مقاومت فعال R یک مقدار فیزیکی برابر با نسبت قدرت به مربع قدرت جریان نامیده می شود که از عبارت برای قدرت بدست می آید. در فرکانس های پایین ، عملاً به فرکانس بستگی ندارد و همزمان با مقاومت الکتریکی هادی است.

اجازه دهید یک سیم پیچ در مدار AC باشد. سپس ، هنگامی که قدرت فعلی مطابق قانون تغییر می کند ، یک EMF از خود القایی در سیم پیچ ظاهر می شود. زیرا مقاومت الکتریکی سیم پیچ صفر است ، سپس EMF برابر است با منهای ولتاژ در انتهای سیم پیچ ، ایجاد شده توسط یک ژنراتور خارجی (؟؟؟ چه ژنراتور دیگری ؟؟؟)... بنابراین ، تغییر در قدرت جریان باعث تغییر ولتاژ می شود ، اما با تغییر فاز ... محصول دامنه نوسانات ولتاژ است ، به عنوان مثال ... نسبت دامنه نوسانات ولتاژ سیم پیچ به دامنه نوسانات جریان را راکتانس القایی می نامند. .

بگذارید یک خازن در مدار باشد. وقتی روشن می شود ، یک چهارم دوره شارژ می شود ، سپس همان مقدار را ترشح می کند ، سپس همان چیز را تغییر می دهد ، اما با تغییر قطب. وقتی ولتاژ روی خازن طبق قانون هارمونیک تغییر می کند شارژ صفحات آن است. جریان در مدار با تغییر شارژ ایجاد می شود: ، به طور مشابه در مورد سیم پیچ ، دامنه نوسانات جریان است ... به مقدار برابر نسبت دامنه به مقاومت جریان مقاومت خازنی گفته می شود .

58. قانون اهم برای جریان متناوب.

مداری متشکل از یک مقاومت ، سیم پیچ و خازن را به صورت سری در نظر بگیرید. در هر زمان مشخص ، ولتاژ اعمال شده برابر است با مجموع ولتاژهای موجود در هر عنصر. نوسانات جاری در تمام عناصر طبق قانون اتفاق می افتد. نوسانات ولتاژ در طول مقاومت در فاز با نوسانات جریان همزمان است ، نوسانات ولتاژ در خازن در فاز با نوسانات فعلی عقب است ، نوسانات ولتاژ روی سیم پیچ از نوسانات فعلی در فاز جلوتر است (چرا عقب مانده اند ؟؟؟)... بنابراین ، می توان شرط برابر بودن مجموع تنش ها را به صورت کلی نوشت. با استفاده از نمودار بردار می بینید که دامنه ولتاژهای مدار برابر است ، یا ... مقاومت کل مدار است ... از نمودار مشخص است که ولتاژ نیز مطابق قانون هارمونیک در نوسان است ... فاز اولیه j را می توان با فرمول پیدا کرد ... توان آنی در مدار AC است. از آنجا که میانگین کسینوس کسر در طول دوره 5/0 است ، اگر در مدار سیم پیچ و خازن وجود دارد ، مطابق قانون اهم برای جریان متناوب. مقدار را ضریب توان می نامند.

59. تشدید در یک مدار الکتریکی.

واکنش دهنده های خازنی و القایی به فرکانس ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. بنابراین ، در دامنه ولتاژ ثابت ، دامنه جریان به فرکانس بستگی دارد. در چنین مقداری فرکانس ، که در آن ، مجموع ولتاژهای سیم پیچ و خازن صفر می شود ، زیرا نوسانات آنها در فاز مخالف است. در نتیجه ، ولتاژ در برابر مقاومت فعال در هنگام تشدید برابر با ولتاژ کل است و جریان به حداکثر مقدار خود می رسد. اجازه دهید مقاومت القایی و خازنی را در طنین بیان کنیم: ، از این رو ... این عبارت نشان می دهد که در هنگام تشدید ، دامنه نوسانات ولتاژ در سیم پیچ و خازن می تواند از دامنه ولتاژ اعمال شده فراتر رود.

60. ترانسفورماتور.

ترانس از دو سیم پیچ با تعداد چرخش متفاوت تشکیل شده است. وقتی ولتاژ به یکی از سیم پیچ ها وارد می شود ، جریانی در آن بوجود می آید. اگر ولتاژ هماهنگ تغییر کند ، جریان مطابق با همان قانون تغییر می کند. شار مغناطیسی عبوری از سیم پیچ است ... هنگامی که شار مغناطیسی در هر پیچ اولین سیم پیچ تغییر می کند ، یک EMF از خود القایی رخ می دهد. محصول دامنه EMF در یک نوبت است ، کل EMF در سیم پیچ اولیه است. سیم پیچ ثانویه توسط همان شار مغناطیسی نفوذ می کند. زیرا شار مغناطیسی یکسان است ، بنابراین. مقاومت فعال سیم پیچ در مقایسه با مقاومت القایی کم است ، بنابراین ولتاژ تقریبا برابر با EMF است. از اینجا. ضریب به نسبت تحول نامیده می شود. تلفات حرارتی سیمها و هسته ها کم است F 1 "F 2... شار مغناطیسی متناسب با جریان سیم پیچ و تعداد چرخش ها است. از این رو ، یعنی ... آنهایی که ترانسفورماتور ولتاژ را افزایش می دهد به بار ، قدرت فعلی را به همان مقدار کاهش می دهد. توان فعلی در هر دو مدار ، با نادیده گرفتن تلفات ، یکسان است.

61. امواج الکترومغناطیسی. سرعت توزیع آنها. خصوصیات امواج الکترومغناطیسی.

هرگونه تغییر شار مغناطیسی در مدار باعث می شود که جریان القایی در آن ظاهر شود. ظاهر آن با ظاهر یک میدان الکتریکی گرداب با هر تغییر در میدان مغناطیسی توضیح داده می شود. یک کوره برقی گرداب دارای ویژگی مشابه یک عادی است - برای تولید یک میدان مغناطیسی. بنابراین ، پس از شروع ، روند تولید متقابل میدان های مغناطیسی و الکتریکی به طور مداوم ادامه دارد. میدان های الکتریکی و مغناطیسی که امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند ، برخلاف سایر فرایندهای موج ، می توانند در خلا وجود داشته باشند. از آزمایش های تداخل ، سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی مشخص شد که تقریباً برابر بود. در حالت کلی ، سرعت یک موج الکترومغناطیسی در یک محیط دلخواه با فرمول محاسبه می شود. چگالی انرژی اجزای الکتریکی و مغناطیسی برابر با یکدیگر هستند: از جایی که. خصوصیات امواج الکترومغناطیسی مشابه سایر فرآیندهای موج است. هنگام عبور از رابط دو رسانه ، آنها تا حدی منعکس می شوند ، تا حدی شکسته می شوند. آنها از سطح دی الکتریک منعکس نمی شوند ؛ تقریباً به طور کامل از فلزات منعکس می شوند. امواج الکترومغناطیسی دارای خصوصیات تداخل (آزمایش هرتز) ، پراش (صفحه آلومینیوم) ، قطبش (شبکه) هستند.

62. اصول ارتباطات رادیویی. ساده ترین گیرنده رادیو.

برای اجرای ارتباطات رادیویی ، اطمینان از امکان تابش امواج الکترومغناطیسی ضروری است. هرچه زاویه بین صفحات خازن بیشتر باشد ، امواج EM آزادتر در فضا پخش می شوند. در حقیقت ، یک حلقه باز از یک سیم پیچ و یک سیم بلند به نام آنتن تشکیل شده است. یک انتهای آنتن زمین می خورد ، سر دیگر آن از سطح زمین بلند می شود. زیرا از آنجا که انرژی امواج الکترومغناطیسی متناسب با توان چهارم فرکانس است ، امواج EM عموماً هنگام نوسان جریان متناوب فرکانس های صوتی بوجود نمی آیند. بنابراین ، از اصل تعدیل استفاده می شود - فرکانس ، دامنه یا فاز. ساده ترین نوسان ساز تعدیل شده در شکل نشان داده شده است. اجازه دهید فرکانس ارتعاش مدار مطابق قانون تغییر کند. بگذارید فرکانس ارتعاشات صدای تعدیل شده نیز به همین ترتیب تغییر کند ، و W<(و چرا جهنم اینطور است ؟؟؟) (G واکنش متقابل است). جایگزینی مقادیر تنش در این عبارت ، جایی که به دست می آوریم. زیرا در رزونانس ، فرکانسهای دور از فرکانس رزونانس ، سپس از عبارت for قطع می شوند من اصطلاحات دوم ، سوم و پنجم ناپدید می شوند ، .

ساده ترین گیرنده رادیو را در نظر بگیرید. از یک آنتن ، یک مدار نوسان با یک خازن متغیر ، یک دیود آشکارساز ، یک مقاومت و یک تلفن تشکیل شده است. فرکانس مدار نوسان به گونه ای انتخاب می شود که با فرکانس حامل منطبق باشد ، در حالی که دامنه نوسانات روی خازن به حداکثر می رسد. با این کار می توانید فرکانس مورد نظر را از بین تمام موارد دریافت شده انتخاب کنید. از مدار نوسانات فرکانس بالا مدوله شده به آشکارساز منتقل می شود. پس از عبور از ردیاب ، جریان هر نیم دوره خازن را شارژ می کند و در نیمه بعدی که جریان از دیود عبور نمی کند ، خازن از طریق مقاومت تخلیه می شود. (درست فهمیدم ؟؟؟).

64. تشبیه بین ارتعاشات مکانیکی و الکتریکی.

تشبیهات بین ارتعاشات مکانیکی و الکتریکی به شرح زیر است:

هماهنگ کردن
سرعت		قدرت فعلی
شتاب		نرخ فعلی تغییر
		القا
سختی		متقابل از ظرفیت الکتریکی
		ولتاژ
ویسکوزیته		مقاومت
انرژی پتانسیل تغییر شکل فنر		انرژی میدان الکتریکی خازن
انرژی جنبشی ، کجا 65. مقیاس تابش الکترومغناطیسی. وابستگی فرکانس از خواص تابش الکترومغناطیسی. کاربرد تابش الکترومغناطیسی. دامنه امواج الکترومغناطیسی از 10-6 متر تا متر امواج رادیویی است. آنها برای ارتباطات تلویزیونی و رادیویی استفاده می شوند. طول از 10 -6 متر تا 780 نانومتر - امواج مادون قرمز. نور مرئی - 780 نانومتر تا 400 نانومتر. اشعه ماوراio بنفش - 400 تا 10 نانومتر. تابش در محدوده 10 نانومتر تا 10 شب - تابش اشعه ایکس. طول موج کوتاهتر با تابش گاما مطابقت دارد. (کاربرد ؟؟؟)... هرچه طول موج کوتاهتر باشد (از این رو هرچه فرکانس بالاتر باشد) ، امواج کمتری توسط محیط جذب می شوند. 65. انتشار مستقیم نور خطی. سرعت نور قوانین انعکاس و شکست نور. به خط مستقیمی که جهت انتشار نور را نشان می دهد ، پرتو نور گفته می شود. در مرز دو رسانه ، نور می تواند تا حدی در محیط اول در جهت جدید منعکس و منتشر شود و همچنین تا حدی از مرز عبور کرده و در محیط دوم انتشار یابد. پرتوی حادثه ، پرتوی منعکس شده و عمود بر مرز دو رسانه ، که در نقطه بروز بازسازی شده است ، در همان صفحه قرار دارد. زاویه انعکاس برابر است با زاویه بروز. این قانون همزمان با قانون انعکاس امواج از هر طبیعت است و با اصل هویگنس اثبات می شود. هنگامی که نور از رابط بین دو محیط عبور می کند ، نسبت سینوسی زاویه بروز به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط است.<рисунок>... کمیت n ضریب شکست نامیده می شود. ضریب شکست یک محیط نسبت به خلا را ضریب شکست مطلق این محیط می نامند. هنگام مشاهده اثر انکساری ، می توان متذکر شد که در صورت انتقال یک محیط از یک محیط نوری متراکم به یک ماده با تراکم کمتر ، با افزایش تدریجی زاویه بروز ، می توان به حدی رسید که زاویه شکست برابر شود. در این حالت برابری برقرار است. زاویه بروز a 0 را زاویه محدود کننده بازتاب کل می نامند. در زوایای بزرگتر از 0 ، بازتاب کلی رخ می دهد. 66. لنز ، تصویربرداری. فرمول لنز لنز جسمی شفاف است که توسط دو سطح کروی محدود شده است. عدسی که در لبه های آن ضخیم تر از وسط باشد ، لنز مقعر نامیده می شود ، که در وسط ضخیم تر است - محدب. خط مستقیمی که از مراکز هر دو سطح کروی لنز عبور می کند ، محور اصلی نوری لنز نامیده می شود. اگر ضخامت لنز کم باشد ، در این صورت می توان گفت که محور اصلی نوری در یک نقطه با لنز تلاقی می کند ، مرکز نوری لنز نامیده می شود. خط مستقیمی که از مرکز نوری عبور می کند ، محور نوری جانبی نامیده می شود. اگر یک پرتو نور به لنز هدایت شود ، به موازات محور اصلی نوری ، در یک لنز محدب پرتو در یک نقطه جمع می شود اف. در فرمول لنز ، فاصله لنز تا تصویر مجازی منفی در نظر گرفته شده است. قدرت نوری عدسی دو محدب (و در واقع هر) از شعاع انحنای آن و ضریب شکست شیشه و هوا تعیین می شود . 66. انسجام. تداخل نور و کاربرد آن در فناوری. پراش نور. گریتینگ پراش در پدیده های پراش و تداخل ، خصوصیات موجی نور مشاهده می شود. دو فرکانس نوری که اختلاف فاز آن صفر است ، با یکدیگر منسجم خوانده می شوند. با تداخل - افزودن امواج منسجم - الگوی تداخل پایدار با حداکثر و حداقل روشنایی ظاهر می شود. وقتی اختلاف مسیر رخ می دهد ، حداکثر تداخل رخ می دهد ، چه زمانی - کمترین. به پدیده انحراف نور از انتشار مستقیم به هنگام عبور از لبه مانع ، پراش نور گفته می شود. این پدیده با اصل هویگنس-فرنل توضیح داده می شود: اختلال در هر نقطه نتیجه تداخل امواج ثانویه ساطع شده توسط هر عنصر از سطح موج است. از پراش در ابزارهای طیفی استفاده می شود. عنصری از این دستگاه ها یک توری پراش است که صفحه ای شفاف است که با سیستم نوارهای موازی مات واقع در فاصله پوشانده شده است. د جدا از هم. اجازه دهید یک موج تک رنگ بر روی مشبک سقوط کند. در نتیجه پراش از هر شکاف ، نور نه تنها در جهت اصلی ، بلکه در سایر موارد نیز پخش می شود. اگر یک لنز را پشت مشبک قرار دهید ، در صفحه کانونی اشعه های موازی از تمام شکاف ها به یک نوار جمع می شوند. پرتوهای موازی با اختلاف مسیر همراه هستند. وقتی اختلاف مسیر برابر با تعداد عدد صحیح امواج باشد ، حداکثر تداخل نور مشاهده می شود. برای هر طول موج ، حداکثر شرط در مقدار زاویه j خود انجام می شود ؛ بنابراین ، گریتینگ نور سفید را به یک طیف تجزیه می کند. هرچه طول موج بیشتر باشد ، زاویه آن نیز بزرگتر است. 67. پراکندگی نور. طیف تابش الکترومغناطیسی. طیف سنجی. تحلیل طیفی. منابع تابش و انواع طیف ها. یک پرتوی باریک و موازی از نور سفید ، هنگام عبور از منشور ، به پرتوهای نوری با رنگهای مختلف تجزیه می شود. باند رنگی که در این حالت قابل مشاهده است ، طیف پیوسته نامیده می شود. پدیده وابستگی سرعت نور به طول موج (فرکانس) را پراکندگی نور می نامند. این اثر با این واقعیت توضیح داده می شود که نور سفید متشکل از امواج EM با طول موج های مختلف است که ضریب شکست به آنها بستگی دارد. بیشترین مقدار را برای کوتاهترین موج - بنفش ، کمترین - برای قرمز دارد. در خلا vac ، سرعت نور فارغ از فرکانس آن یکسان است. اگر منبع طیف یک گاز نادر باشد ، طیف مانند خطوط باریک روی زمینه سیاه به نظر می رسد. گازها ، مایعات و جامدات فشرده شده طیفی مداوم از خود ساطع می کنند که رنگها به آرامی با یکدیگر مخلوط می شوند. منشأ طیف با این واقعیت توضیح داده می شود که هر عنصر مجموعه خاص طیف ساطع شده خود را دارد. این ویژگی اجازه می دهد تا با استفاده از تجزیه و تحلیل طیفی ، ترکیب شیمیایی یک ماده را شناسایی کنید. اسپکتروسکوپ دستگاهی است که ترکیب طیفی نور ساطع شده از یک منبع خاص را بررسی می کند. تجزیه با استفاده از توری پراش (بهتر) یا منشور انجام می شود ؛ از اپتیک کوارتز برای مطالعه منطقه ماورا ult بنفش استفاده می شود. 68. اثر فوتوالکتریک و قوانین آن. کوانتوی سبک معادله اینشتین برای اثر فوتوالکتریک. استفاده از جلوه عکس در فناوری. به پدیده بیرون آمدن الکترونها از جامدات و مایعات تحت تأثیر نور ، اثر فوتوالکتریک خارجی گفته می شود و الکترونهایی که از این طریق پاره می شوند ، فوتوالکترونها نامیده می شوند. قوانین اثر فوتوالکتریک به صورت تجربی وضع شده است - حداکثر سرعت فوتوالکترون ها توسط فرکانس نور تعیین می شود و به شدت آن بستگی ندارد ؛ هر ماده دارای مرز قرمز اثر فوتوالکتریک است ، به عنوان مثال چنین فرکانسی در دقیقه که تأثیر عکس هنوز امکان پذیر است ، تعداد فوتوالکترون هایی که در هر ثانیه خارج می شوند مستقیماً با شدت نور متناسب است. بی اثر بودن اثر عکس نیز ثابت شده است - بلافاصله پس از شروع روشنایی رخ می دهد ، به شرطی که مرز قرمز بیش از حد شود. توضیح اثر فوتوالکتریک با کمک تئوری کوانتوم ، که بیان می کند انرژی گسسته است ، امکان پذیر است. بر اساس این تئوری ، یک موج الکترومغناطیسی از بخشهای جداگانه ای تشکیل شده است - کوانتاها (فوتون ها). با جذب یک کوانتوم انرژی ، فوتوالکترون انرژی جنبشی بدست می آورد که می توان آن را از معادله اینشتین برای اثر فوتوالکتریک یافت. ، جایی که A 0 تابع کار است ، پارامتر ماده است. تعداد فوتوالکترون هایی که از سطح فلز خارج می شوند متناسب با تعداد الکترون ها است که به نوبه خود به روشنایی (شدت نور) بستگی دارد. 69. آزمایش های Rutherford در مورد پراکندگی ذرات آلفا. مدل هسته ای اتم. فرض های کوانتومی بور. اولین مدل از ساختار اتمی متعلق به تامسون است. وی اظهار داشت كه یك اتم یك گوی با بار مثبت است ، كه در داخل آن اجزا charged الكترون با بار منفی وجود دارد. رادرفورد آزمایشی برای اهدای ذرات سریع آلفا روی یک صفحه فلزی انجام داد. در همان زمان ، مشاهده شد که برخی از آنها کمی از انتشار مستقیم خطی منحرف می شوند و برخی دیگر - با زاویه های بزرگتر از 2 0. این با این واقعیت توضیح داده شد که بار مثبت در اتم به طور مساوی وجود ندارد ، بلکه در یک حجم مشخص ، بسیار کوچکتر از اندازه اتم است. این قسمت مرکزی هسته اتم نامیده می شد ، جایی که بار مثبت و تقریباً تمام جرم در آن متمرکز است. شعاع هسته اتمی دارای ابعادی از مرتبه 10 -15 متر است. راترفورد همچنین اصطلاحاً پیشنهاد کرد. مدل سیاره ای اتم ، که طبق آن الکترونها مانند سیارات دور خورشید به دور اتم می چرخند. شعاع دورترین مدار \u003d شعاع اتم. اما این مدل مغایر با الکترودینامیک بود ، زیرا حرکت شتاب دار (از جمله الکترونها در یک دایره) با انتشار امواج EM همراه است. در نتیجه ، الکترون به تدریج انرژی خود را از دست می دهد و باید روی هسته بیفتد. در حقیقت ، نه تابش رخ می دهد و نه سقوط الکترون. توضیحی برای این توسط N. Bohr ، که دو گزاره را مطرح کرده است ، داده شده است - یک سیستم اتمی فقط می تواند در بعضی از کشورها باشد که در آن هیچ تابشی از نور وجود ندارد ، هرچند که حرکت شتاب گرفته است و در طی انتقال از یک حالت به حالت دیگر ، یا جذب یا انتشار یک کوانتوم مطابق قانون رخ می دهد ثابت پلانک کجاست حالتهای ساکن مختلف مختلفی از رابطه تعیین می شود جایی که n یک عدد صحیح است برای حرکت الکترون در یک دایره در یک اتم هیدروژن ، این عبارت معتبر است ، نیروی کولن برهم کنش با هسته. از اینجا. آنهایی که با توجه به فرضیه بور در مورد كوانتاسیون انرژی ، حركت فقط در امتداد مدارهای دایره ای ساكن امكان پذیر است ، شعاع آن به صورت مشخص است. همه حالت ها ، به جز یكی ، به طور مشروط ساكن هستند و فقط در یكی - حالت اصلی كه در آن الکترون دارای حداقل ذخیره انرژی است - اتم می تواند به دلخواه طولانی باشد و بقیه حالت ها را هیجان زده می نامند. 70. انتشار و جذب نور توسط اتم ها. لیزر اتم ها می توانند خود به خود كوانتای نوری منتشر كنند ، در حالی كه به طور غیرهمساز عبور می كند (از آنجا كه هر اتم به طور مستقل از بقیه ساطع می كند) و خود بخود نامیده می شود. انتقال الکترون از سطح بالا به پایین می تواند تحت تأثیر یک میدان الکترومغناطیسی خارجی با فرکانس برابر با فرکانس انتقال رخ دهد. به چنین تابشی تحریک شده (ناشی) گفته می شود. آنهایی که در نتیجه اثر متقابل یک اتم برانگیخته با یک فوتون فرکانس مربوطه ، احتمال ظهور دو فوتون یکسان با جهت و فرکانس یکسان زیاد است. از ویژگی های تابش ناشی از آن تک رنگ و منسجم بودن آن است. این خاصیت اساس کار لیزرها (مولدهای کوانتومی نوری) است. برای اینکه یک ماده نوری که از آن عبور می کند را تقویت کند ، لازم است که بیش از نیمی از الکترون های آن در حالت برانگیخته باشند. به چنین دولتی ایالتی گفته می شود که دارای جمعیت معکوس از سطوح باشد. در این حالت ، جذب فوتون ها کمتر از انتشار رخ می دهد. برای کار با لیزر بر روی یک میله یاقوت ، به اصطلاح لامپ پمپ ، که معنی آن ایجاد یک جمعیت معکوس است. علاوه بر این ، اگر یک اتم از حالت قابل تبدیل به حالت پایه عبور کند ، یک واکنش زنجیره ای از انتشار فوتون ها بوجود می آید. با شکل متناظر (سهمی) آینه منعکس کننده ، می توان یک پرتو را در یک جهت ایجاد کرد. انتشار کامل تمام اتم های تحریک شده در 10-10 ثانیه رخ می دهد ، بنابراین قدرت لیزر به میلیاردها وات می رسد. لیزرهای لامپ گاز نیز وجود دارند که از مزایای پیوسته بودن آن برخوردار هستند. 70. ترکیب هسته یک اتم. ایزوتوپ ها انرژی اتصال هسته های اتمی. واکنش های هسته ای. بار الکتریکی اتم هسته س برابر است با حاصل بار الکتریکی ابتدایی ه به شماره سریال ز عنصر شیمیایی در جدول تناوبی. اتمهایی که ساختار یکسانی دارند پوسته الکترون یکسانی دارند و از نظر شیمیایی قابل تشخیص نیستند. فیزیک هسته ای واحدهای اندازه گیری خاص خود را دارد. 1 فرمی - 1 فمومتر ،. 1 واحد جرم اتمی 1/12 جرم اتم کربن است. ... اتمهایی که دارای بار هسته ای یکسان هستند اما جرمهای مختلف ایزوتوپ نامیده می شوند. ایزوتوپ ها از نظر طیف متفاوت هستند. هسته یک اتم از پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است. تعداد پروتونهای هسته برابر با تعداد بار است ز، تعداد نوترون ها جرم منهای تعداد پروتون ها است A - Z \u003d N... بار مثبت پروتون از نظر عددی برابر با بار الکترون است ، جرم پروتون 1.007 آمو است. نوترون فاقد بار است و جرم آن 1.009 آمو است. (نوترون بیش از دو جرم الکترون از پروتون سنگین تر است). نوترون ها فقط در ترکیب هسته های اتمی پایدار هستند ، به صورت آزاد آنها live 15 دقیقه زندگی می کنند و به یک پروتون ، الکترون و آنتی نوترینو تبدیل می شوند. نیروی جاذبه گرانشی بین هسته های هسته 10 برابر 36 برابر از نیروی دافعه الکترواستاتیک است. پایداری هسته ها به دلیل وجود نیروهای ویژه هسته ای است. در فاصله 1 fm از پروتون ، نیروهای هسته ای 35 برابر بیشتر از نیروهای Coulomb هستند ، اما خیلی سریع کاهش می یابند و در فاصله حدود 1.5 fm می توان آنها را نادیده گرفت. نیروهای هسته ای به اینکه ذره دارای بار باشد بستگی ندارد. اندازه گیری دقیق جرم هسته های اتمی تفاوت بین جرم هسته و مجموع جبری جرم هسته های سازنده آن را نشان داد. برای جدا کردن هسته اتمی به اجزای آن ، مصرف انرژی لازم است. کمیت را نقص جرم می نامند. حداقل انرژی که باید برای جداسازی هسته به هسته های تشکیل دهنده آن صرف شود ، انرژی اتصال هسته نامیده می شود ، که صرف کار در برابر نیروهای جذب هسته ای می شود. نسبت انرژی اتصال به تعداد جرم را انرژی اتصال ویژه می نامند. واکنش هسته ای تبدیل هسته اتمی اصلی در اثر تعامل با هر ذره ای به چیزی غیر از هسته اصلی است. در نتیجه یک واکنش هسته ای ، می توان ذرات یا کوانتوی گاما را ساطع کرد. واکنش های هسته ای دو نوع هستند - برای اجرای برخی از آنها لازم است انرژی صرف شود ، در حالی که در برخی دیگر ، انرژی آزاد می شود. انرژی آزاد شده را خروجی واکنش هسته ای می نامند. در واکنش های هسته ای ، تمام قوانین حفاظت از محیط زیست راضی هستند. قانون حفظ حرکت زاویه ای شکل قانون حفظ چرخش را دارد. 71. رادیواکتیویته. انواع تشعشعات رادیواکتیو و خصوصیات آنها. هسته ها توانایی تجزیه خود به خودی را دارند. در این حالت ، فقط آن هسته ها پایدار هستند که حداقل انرژی را در مقایسه با هسته هایی که هسته به طور خود به خود تبدیل می شود ، داشته باشند. هسته ها ، که در آنها پروتون بیشتر از نوترون است ، ناپایدار هستند ، زیرا نیروی دافعه کولن افزایش می یابد. هسته های دارای نوترون بیشتر نیز ناپایدار هستند ، زیرا جرم نوترون از جرم پروتون بیشتر است و افزایش جرم منجر به افزایش انرژی می شود. هسته ها می توانند از طریق انرژی اضافی با تقسیم به قسمتهای پایدارتر (پوسیدگی و شکافت آلفا) یا تغییر بار (پوسیدگی بتا) آزاد شوند. پوسیدگی آلفا شکافت خود به خودی هسته اتمی به یک ذره آلفا و یک هسته محصول است. تمام عناصر سنگین تر از اورانیوم در معرض پوسیدگی آلفا هستند. توانایی یک ذره آلفا برای غلبه بر جذب هسته توسط اثر تونل زنی (معادله شرودینگر) تعیین می شود. در طی پوسیدگی آلفا ، تمام انرژی هسته به انرژی جنبشی حرکت هسته محصول و ذره آلفا تبدیل نمی شود. بخشی از انرژی می تواند باعث تحریک اتم هسته محصول شود. بنابراین ، مدتی پس از پوسیدگی ، هسته محصول چندین کوانتوم گاما ساطع می کند و به حالت طبیعی می رسد. همچنین نوع دیگری از فروپاشی وجود دارد - شکافت هسته ای خود به خود. سبک ترین عنصر قادر به چنین پوسیدگی ، اورانیوم است. پوسیدگی طبق قانون در کجا اتفاق می افتد تی - نیمه عمر ، ثابت برای ایزوتوپ داده شده. فروپاشی بتا یک تغییر شکل خود به خودی در هسته اتمی است که در نتیجه آن بار آن به دلیل انتشار الکترون یک برابر افزایش می یابد. اما جرم نوترون از مجموع جرم های پروتون و الکترون بیشتر است. این امر به دلیل آزاد شدن ذره دیگری است - آنتی نوترینو الکترون ... نه تنها نوترون قابلیت پوسیدگی دارد. یک پروتون آزاد پایدار است ، اما در معرض ذرات ، می تواند به یک نوترون ، پوزیترون و نوترینو تبدیل شود. اگر انرژی هسته جدید کمتر باشد ، در این صورت تجزیه بتا پوزیترون اتفاق می افتد ... مانند پوسیدگی آلفا ، پوسیدگی بتا نیز می تواند با تابش گاما همراه باشد. 72. روشهای ثبت تشعشع یونیزان. روش امولسیون های عکاسی پیوست نمونه به صفحه عکاسی است و پس از توسعه توسط ضخامت و طول مسیر ذره روی آن ، می توان مقدار و توزیع یک یا ماده رادیواکتیو دیگر را در نمونه تعیین کرد. شمارنده سوسوزن وسیله ای است که در آن می توان تبدیل انرژی جنبشی یک ذره سریع را به انرژی یک فلاش نور مشاهده کرد ، که به نوبه خود باعث ایجاد اثر اثر (پالس جریان الکتریکی) می شود که تقویت و ضبط می شود. محفظه ویلسون یک محفظه شیشه ای با هوا و بخار الکل فوق اشباع است. وقتی ذره ای درون محفظه حرکت می کند ، مولکول های یونیزه می کند که بلافاصله تراکم آنها آغاز می شود. زنجیره قطرات حاصل یک مسیر ذره تشکیل می دهد. محفظه حباب بر اساس همان اصول کار می کند ، اما مایعی نزدیک به نقطه جوش به عنوان ضبط کننده عمل می کند. پیشخوان تخلیه گاز (شمارنده Geiger) - سیلندر پر از گاز نادر و سیم کشیده از یک رسانا. این ذره باعث یونیزاسیون گاز می شود ، یون های تحت عمل میدان الکتریکی به کاتد و آند واگرا می شوند و سایر اتم های مسیر را یونیزه می کنند. تخلیه تاجی بوجود می آید ، نبض آن ثبت می شود. 73. واکنش زنجیره ای شکافت اورانیوم. در دهه 30 ، به طور آزمایشی مشخص شد که تابش اورانیوم با نوترون ها هسته های لانتانیم را تولید می کند ، که نمی تواند در نتیجه پوسیدگی آلفا یا بتا تشکیل شود. هسته اورانیوم 238 از 82 پروتون و 146 نوترون تشکیل شده است. شکاف دقیقاً در نیمی از آن باید پرازودیمیم تولید کند ، اما در یک هسته پایدار از پرازودیمیم 9 نوترون کمتر وجود دارد. بنابراین ، شکافت اورانیوم هسته های دیگر و بیش از حد نوترون آزاد تولید می کند. در سال 1939 ، اولین شکاف مصنوعی هسته اورانیوم انجام شد. در این حالت ، 2-3 نوترون آزاد و انرژی 200 مگا الکترون ولت آزاد شد و حدود 165 مگا الکترون ولت نیز به صورت انرژی جنبشی قطعات هسته یا یا آزاد شد. در شرایط مطلوب ، نوترونهای آزاد شده می توانند باعث شکافت هسته های دیگر اورانیوم شوند. عامل ضرب نوترون نحوه عمل واکنش را مشخص می کند. اگر بیش از یک باشد. سپس با هر شکافت تعداد نوترون ها افزایش می یابد ، اورانیوم تا دمای چند میلیون درجه گرم می شود و یک انفجار هسته ای رخ می دهد. وقتی نسبت شکافت کمتر از یک باشد ، واکنش از بین می رود و وقتی برابر با یک باشد ، در یک سطح ثابت حفظ می شود ، که در راکتورهای هسته ای استفاده می شود. از ایزوتوپهای طبیعی اورانیوم ، فقط هسته قادر به شکافت است و متداول ترین ایزوتوپ یک نوترون را جذب می کند و طبق طرح به پلوتونیوم تبدیل می شود. پلوتونیوم 239 از نظر خصوصیات مشابه اورانیوم 235 است. 74. راکتور هسته ای. واکنش حرارتی راکتورهای هسته ای دو نوع هستند - نوترون های آهسته و سریع. اکثر نوترونهای آزاد شده در طی شکافت دارای انرژی نظم 1-2 مگا الکترون ولت و سرعت آنها در حدود 10 7 متر بر ثانیه است. این نوع نوترونها سریع نامیده می شوند و به همان اندازه توسط اورانیوم 235 و اورانیوم 238 جذب می شوند. ایزوتوپ سنگین تر وجود دارد ، اما تقسیم نمی شود ، سپس واکنش زنجیره ای ایجاد نمی شود. به نوترونهایی که با سرعتی در حدود 2 × 10 3 m / s حرکت می کنند ، حرارتی گفته می شود. این نوع نوترونها نسبت به سریع ترها جذب شده و توسط اورانیوم 235 جذب می شوند. بنابراین ، برای انجام یک واکنش هسته ای کنترل شده ، لازم است سرعت نوترون ها را به سرعت گرمایی کاهش دهیم. متداول ترین تعدیل کننده ها در راکتورها گرافیت ، آب و آب سنگین هستند. از جاذب ها و بازتابنده ها برای حفظ وحدت نسبت تقسیم استفاده می شود. جاذب ها میله های کادمیوم و بور هستند که نوترون های حرارتی را می گیرند و بازتابنده آن بریلیوم است. اگر از اورانیوم غنی شده در ایزوتوپ با جرم 235 به عنوان سوخت استفاده شود ، راکتور می تواند بدون یک تعدیل کننده سریع نوترون کار کند. در چنین راكتری ، بیشتر نوترونها توسط اورانیوم 238 جذب می شوند ، كه در نتیجه دو فروپاشی بتا ، به پلوتونیوم 239 تبدیل می شود ، كه همچنین سوخت هسته ای و ماده اولیه سلاح های هسته ای است. بنابراین ، یک راکتور نوترونی سریع نه تنها یک نیروگاه است ، بلکه یک تولید کننده سوخت برای راکتور است. ضرر آن نیاز به غنی سازی اورانیوم با ایزوتوپ سبک است. انرژی در واکنش های هسته ای نه تنها به دلیل شکافت هسته های سنگین ، بلکه به دلیل ترکیب ریه ها نیز آزاد می شود. برای جوشاندن هسته ها ، لازم است که بر نیروی دافعه کولن غلبه کنیم ، که در دمای پلاسما 107-108 K امکان پذیر است. یک نمونه از واکنش های هسته ای ، سنتز هلیوم از دوتریم و تریتیوم است ، یا ... در طی سنتز 1 گرم هلیوم ، انرژی آزاد می شود ، که معادل سوزاندن 10 تن سوخت دیزل است. یک واکنش حرارتی هسته ای کنترل شده با گرم کردن آن در دمای مناسب با عبور جریان الکتریکی از آن یا استفاده از لیزر امکان پذیر است. 75. اثر بیولوژیکی تابش یونیزان. محافظت در برابر اشعه استفاده از ایزوتوپ های رادیواکتیو. دوز جذب شده تابش اندازه گیری تأثیر هر نوع تابش بر روی ماده است. واحد دوز خاکستری است که برابر با دوزی است که 1 ژول انرژی به یک ماده تحت تابش 1 کیلوگرم منتقل می شود. زیرا اثر فیزیکی هر تابش بر روی یک ماده نه با گرم شدن بلکه با یونیزاسیون همراه است ، سپس یک واحد از دوز قرار گرفتن در معرض ، که مشخصه اثر یونیزاسیون تابش بر روی هوا است ، معرفی می شود. واحد غیر سیستمیک دوز قرار گرفتن در معرض ، رونتژن است ، برابر با 4/4 × 2/58 سانتی گراد بر کیلوگرم. در دوز قرار گرفتن در معرض 1 رونتگن ، 1 سانتی متر مکعب هوا حاوی 2 میلیارد جفت یون است. در همان دوز جذب شده ، تأثیر انواع مختلف تابش یکسان نیست. هر چه ذره سنگین تر باشد ، عمل آن نیز قویتر است (با این حال ، سنگین تر و راحت تر می توان آن را نگه داشت). تفاوت در اثر بیولوژیکی تابش با ضریب اثر بیولوژیکی برابر است با واحد برای اشعه گاما ، 3 برای نوترون های حرارتی ، 10 برای نوترون با انرژی 0.5 مگا ولت. دوز ضرب در یک عامل مشخص کننده اثر بیولوژیکی دوز است و به آن دوز معادل گفته می شود که در غربال اندازه گیری می شود. مکانیسم اصلی عملکرد بر روی بدن یونیزاسیون است. یونها با سلول وارد واکنش شیمیایی شده و فعالیت آن را مختل می کنند که منجر به مرگ یا جهش سلول می شود. تابش زمینه طبیعی به طور متوسط \u200b\u200b2 میلی آمپر در سال در سال است ، برای شهرها 1+ میلی آمپر در سال در سال است. 76. سرعت مطلق نور. عناصر ایستگاه خدمات. پویایی نسبی. از نظر تجربی ، مشخص شد که سرعت نور به این بستگی ندارد که مشاهده گر در چه قاب مرجعی قرار دارد. همچنین تسریع هر ذره ابتدایی مانند الکترون تا سرعتی برابر با سرعت نور غیرممکن است. تناقض بین این واقعیت و اصل نسبیت گالیله توسط A. انیشتین برطرف شد. نظریه نسبیت [ویژه] وی بر اساس دو فرضیه بنا شده بود: هر فرایند فیزیکی در فریم های مختلف مرجع اینرسی به همان روال پیش می رود ، سرعت نور در خلا به سرعت منبع نور و ناظر بستگی ندارد. پدیده ای که توسط نظریه نسبیت توصیف شده است ، نسبی گرایی نامیده می شود. در نظریه نسبیت ، دو دسته ذره معرفی می شود - آنهایی که با سرعتی کمتر از حرکت می کنند از جانبو با آن می توان قاب مرجع را مرتبط کرد ، و آنهایی که با سرعتی برابر حرکت می کنند از جانبکه با آنها سیستم های مرجع نمی توانند مرتبط شوند. با ضرب این نابرابری () در ، به دست می آوریم. این عبارت یک قانون نسبی گرایانه از اضافه کردن سرعتهاست که همزمان با نیوتن در است v<... در هر سرعت نسبی فریم های مرجع اینرسی V زمان خود ، یعنی آنچه در چارچوب مرجع مرتبط با ذره عمل می کند ، ثابت نیست ، یعنی به انتخاب سیستم مرجع اینرسی بستگی ندارد. اصل نسبیت این عبارت را اصلاح می کند و می گوید در هر چارچوب مرجع اینرسی ، زمان به یک شکل جریان می یابد ، اما هیچ زمانی وجود ندارد که برای همه یکسان باشد ، مطلقاً زمان وجود ندارد. زمان هماهنگ طبق قانون مربوط به زمان خودش است ... با جمع بندی این عبارت ، به دست می آوریم. ارزش s فاصله نامیده می شود نتیجه قانون نسبی گرایی افزودن سرعتها ، اثر داپلر است که تغییر در فرکانس نوسان را بسته به سرعت منبع موج و ناظر مشخص می کند. وقتی ناظر با زاویه Q نسبت به منبع حرکت می کند ، فرکانس مطابق قانون تغییر می کند ... هنگام دور شدن از منبع ، طیف به فرکانس های پایین تر مربوط به طول موج طولانی تر ، تغییر می کند ، یعنی به قرمز ، هنگام نزدیک شدن - به بنفش. حرکت نیز با سرعت نزدیک به تغییر می کند از جانب:. 77. ذرات بنیادی. در ابتدا ، پروتون ، نوترون و الکترون به ذرات بنیادی نسبت داده شدند ، بعداً - فوتون. وقتی پوسیدگی نوترون کشف شد ، میون ها و پیون ها به تعداد ذرات بنیادی اضافه شدند. جرم آنها از 200 تا 300 جرم الکترون بود. علی رغم این واقعیت که یک نوترون به یک مجرا ، الکترون و نوترینو تجزیه می شود ، چنین ذراتی درون آن وجود ندارد و آن را ذره ای اساسی می دانند. اکثر ذرات بنیادی ناپایدار هستند و نیمه عمر آنها از 10 -6 -10 -16 ثانیه است. در نظریه نسبی گرایی حرکت الکترون در یک اتم که توسط دیراک توسعه یافته است ، به این نتیجه رسید که یک الکترون می تواند یک دوقلو با بار مخالف داشته باشد. این ذره که توسط تابش کیهانی شناسایی می شود ، پوزیترون نامیده می شود. پس از آن ، ثابت شد که همه ذرات ضد ذرات خاص خود را دارند ، از نظر چرخش و (در صورت وجود) مسئول متفاوت هستند. همچنین ذرات واقعاً خنثی وجود دارند که کاملاً با ذره های آنها (pi-zero-meson و eta-zero-meson) همزمان هستند. به عنوان مثال پدیده نابودی تخریب متقابل دو ماده ضد ذره با آزادسازی انرژی است ... طبق قانون صرفه جویی در انرژی ، انرژی آزاد شده متناسب با مجموع جرم ذرات نابود شده است. مطابق با قوانین حفاظت ، ذرات هرگز به تنهایی ظاهر نمی شوند. ذرات با توجه به افزایش جرم به گروه ها تقسیم می شوند - فوتون ، لپتون ، مزون ، باریون. در مجموع ، 4 نوع فعل و انفعالات اساسی (غیرقابل کاهش) وجود دارد - گرانش ، الکترومغناطیسی ، ضعیف و قوی. فعل و انفعالات الکترومغناطیسی با تبادل فوتون های مجازی توضیح داده می شود (از عدم اطمینان هایزنبرگ نتیجه می شود که در مدت زمان کوتاهی الکترون به دلیل انرژی درونی خود می تواند کوانتومی آزاد کند و با گرفتن همان یک جبران کننده اتلاف انرژی باشد. کوانتوم ساطع شده توسط دیگری جذب می شود و بنابراین تعامل ایجاد می کند.) ، قوی - با تبادل گلوئون. (چرخش 1 ، جرم 0 ، بار کوارک "رنگ" را حمل می کند) ، بوزونهای بردار ضعیف. فعل و انفعال گرانش توضیح داده نشده است ، اما کوانتوی میدان گرانشی باید از نظر نظری جرم 0 ، چرخش 2 داشته باشد (???).

از درس فیزیک کلاس هفتم ، به یاد می آوریم که حرکت مکانیکی بدن حرکت آن در زمان نسبت به اجسام دیگر است. بر اساس چنین اطلاعاتی ، ما می توانیم مجموعه لازم ابزارها را برای محاسبه حرکت بدن فرض کنیم.

اول ، ما به چیزی نیاز داریم که در مورد آن محاسبات خود را انجام دهیم. بعلاوه ، ما باید توافق کنیم که چگونه موقعیت بدن را نسبت به این "چیزی" تعیین کنیم. و در آخر ، شما باید به نوعی زمان را تنظیم کنید. بنابراین ، برای محاسبه مکان قرارگیری بدن در یک لحظه خاص ، به یک چارچوب مرجع نیاز داریم.

سیستم مرجع در فیزیک

یک فریم مرجع در فیزیک مجموعه ای از یک بدن مرجع ، یک سیستم مختصات مرتبط با یک بدن مرجع و یک ساعت یا دستگاه دیگر برای اندازه گیری زمان است. همیشه باید بخاطر داشت که هر چارچوب مرجع شرطی و نسبی است. شما همیشه می توانید یک مرجع دیگر را بپذیرید ، که نسبت به آن هر حرکت ویژگی های کاملا متفاوتی خواهد داشت.

نسبیت به طور کلی جنبه مهمی است که تقریباً در هر محاسبه فیزیک باید مورد توجه قرار گیرد. به عنوان مثال ، در بسیاری از موارد ما قادر به تعیین مختصات دقیق بدن متحرک نیستیم.

به طور خاص ، ما نمی توانیم در هر صد متر در طول خط راه آهن از مسکو به ولادیوستوک ، ناظرانی با ساعت داشته باشیم. در این حالت ، ما تقریباً در یک بازه زمانی مشخص ، سرعت و محل قرارگیری بدن را محاسبه می کنیم.

هنگام تعیین محل قطار در مسیری چند صد یا هزار کیلومتری ، به دقت حداکثر یک متر اهمیت نمی دهیم. برای این ، تقریبی در فیزیک وجود دارد. یکی از این تقریب ها مفهوم "نقطه مادی" است.

نکته مادی در فیزیک

یک نکته مادی در فیزیک ، جسمی را نشان می دهد ، در مواردی که می توان از اندازه و شکل آن غافل شد. در نظر گرفته شده است که نقطه ماده دارای جرم بدنه اصلی است.

به عنوان مثال ، هنگام محاسبه زمان لازم برای پرواز هواپیما از نووسیبیرسک به نووپولوتسک ، ما به اندازه و شکل هواپیما اهمیتی نمی دهیم. کافی است بدانید که چه سرعتی ایجاد می کند و فاصله بین شهرها چیست. در مواردی که ما نیاز به مقاومت در برابر باد در یک ارتفاع خاص و با یک سرعت خاص را محاسبه کنیم ، هیچ راهی برای انجام این کار بدون شناخت دقیق از شکل و ابعاد هواپیمای مشابه وجود ندارد.

تقریباً هر جسمی را می توان یک نقطه مادی در نظر گرفت ، چه وقتی که مسافت طی شده توسط بدن در مقایسه با اندازه آن زیاد باشد ، و چه وقتی تمام نقاط بدن به یک شکل حرکت می کنند. به عنوان مثال ، اتومبیلی که از یک فروشگاه تا یک تقاطع چندین متر رانندگی کرده است ، کاملاً قابل مقایسه با این فاصله است. اما حتی در چنین شرایطی می توان آن را به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت ، زیرا تمام قسمت های ماشین به یک شکل و در یک فاصله مسافت حرکت می کردند.

اما در مواردی که ما نیاز به قرار دادن همان ماشین در گاراژ داشته باشیم ، شما نمی توانید آن را به عنوان یک ماده مهم در نظر بگیرید. ما باید اندازه و شکل آن را در نظر بگیریم. اینها همچنین مثالهایی است که لازم است نسبیت را در نظر بگیریم ، یعنی با توجه به آنچه محاسبات خاصی انجام می دهیم.

تعریف

یک نقطه مادی یک بدنه ماکروسکوپی است که هنگام توصیف حرکت آن می توان از ابعاد ، شکل ، چرخش و ساختار داخلی آن غافل شد.

این س ofال که آیا جسمی معین را می توان به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت ، به اندازه این جسم بستگی ندارد ، بلکه به شرایط حل شدن مسئله بستگی دارد. به عنوان مثال ، شعاع زمین بسیار کمتر از فاصله زمین تا خورشید است و حرکت مداری آن را می توان به خوبی حرکت یک نقطه مادی با جرم برابر زمین و در مرکز آن قرار داد. با این وجود ، هنگام بررسی حرکت روزانه زمین به دور محور خود ، جایگزینی آن با یک نقطه مادی منطقی نیست. کاربرد مدل یک ماده از یک جسم خاص نه به اندازه خود جسم بلکه به شرایط حرکت آن بستگی دارد. به طور خاص ، مطابق با قضیه مربوط به حرکت مرکز جرم سیستم در حین حرکت انتقالی ، هر جسم جامدی را می توان یک نقطه مادی دانست که موقعیت آن با مرکز جرم بدن منطبق است.

جرم ، موقعیت ، سرعت و برخی دیگر از خصوصیات فیزیکی یک ماده در هر لحظه از زمان کاملاً رفتار آن را تعیین می کند.

موقعیت یک نقطه مادی در فضا به عنوان موقعیت یک نقطه هندسی تعریف می شود. در مکانیک کلاسیک ، جرم یک نقطه ماده در زمان ثابت فرض شده و مستقل از هرگونه ویژگی حرکت و تعامل آن با اجسام دیگر است. با رویکرد بدیهی در ساخت مکانیک کلاسیک ، موارد زیر به عنوان یکی از بدیهیات در نظر گرفته می شود:

اصل

نقطه ماده - یک نقطه هندسی که به آن یک اسکالر اختصاص داده می شود به نام جرم: $ (r، m) $ ، جایی که $ r $ یک بردار در فضای اقلیدسی است ، به هر سیستم مختصات دکارتی اشاره دارد. جرم ثابت و مستقل از موقعیت یک نقطه در فضا و زمان فرض می شود.

انرژی مکانیکی توسط یک نقطه ماده فقط به صورت انرژی جنبشی حرکت آن در فضا و (یا) انرژی بالقوه برهم کنش با میدان قابل ذخیره است. این به طور خودکار به معنای عدم توانایی تغییر شکل یک ماده ماده است (فقط یک جسم کاملاً صلب را می توان یک نقطه مادی نامید) و چرخش حول محور خودش و تغییر جهت این محور در فضا. در همان زمان ، مدل حرکت جسمی که توسط یک ماده ماده توصیف می شود ، که متغیر است در تغییر فاصله آن از یک مرکز چرخش فوری و دو زاویه اویلر ، که جهت خط اتصال این نقطه به مرکز را مشخص می کند ، در بسیاری از شاخه های مکانیک بسیار گسترده است.

روش مطالعه قوانین حرکت اجسام واقعی با مطالعه حرکت یک مدل ایده آل - یک نقطه مادی - اصلی ترین مکانیک است. هر جسم ماکروسکوپی را می توان به عنوان مجموعه ای از نقاط ماده متقابل g ، با جرم هایی برابر با جرم قطعات آن نشان داد. مطالعه حرکت این قطعات به مطالعه حرکت نقاط مادی کاهش می یابد.

کاربرد محدود مفهوم یک نقطه ماده از چنین مثالی دیده می شود: در یک گاز نادر در دمای بالا ، اندازه هر مولکول در مقایسه با فاصله معمول بین مولکول ها بسیار کوچک است. به نظر می رسد که می توان آن را نادیده گرفت و مولکول را به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت. با این حال ، همیشه اینطور نیست: ارتعاشات و چرخش های یک مولکول مخزن مهمی از "انرژی درونی" یک مولکول است که "ظرفیت" آن توسط اندازه مولکول ، ساختار و خصوصیات شیمیایی آن تعیین می شود. در یک تقریب خوب ، بعضی اوقات می توان یک مولکول تک اتمی (گازهای بی اثر ، بخار فلزات و غیره) را به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت ، اما حتی در چنین مولکول هایی در دمای کاملاً بالا ، بر اثر برخورد مولکول ها ، با انتشار بعدی ، تحریک پوسته های الکترونی مشاهده می شود.

تمرین 1

الف) ماشین وارد گاراژ ؛

ب) یک ماشین در بزرگراه Voronezh - روستوف؟

الف) ماشین وارد گاراژ را نمی توان به عنوان یک ماده مهم در نظر گرفت ، زیرا در این شرایط ابعاد ماشین قابل توجه است.

ب) یک ماشین در بزرگراه Voronezh-Rostov را می توان به عنوان یک نقطه مهم در نظر گرفت ، زیرا اندازه ماشین بسیار کمتر از فاصله بین شهرها است.

آیا می توان یک نکته مهم را در نظر گرفت:

الف) پسری که در راه بازگشت از مدرسه به خانه 1 کیلومتر راه می رود.

ب) پسری در حال انجام تمرینات است.

الف) هنگامی که پسری در بازگشت از مدرسه ، مسافت 1 کیلومتری تا خانه خود را طی می کند ، پسربچه در این حرکت می تواند به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفته شود ، زیرا ابعاد وی در مقایسه با مسافتی که طی می کند ، کوچک است.

ب) وقتی همان پسر تمرینات صبحگاهی را انجام می دهد ، پس نمی توان او را به عنوان یک نکته مهم در نظر گرفت.