Законом Всемирного тяготения

Материальные точки притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

Здесь G — гравитационная постоянная,

равная H*м²/кг² или м³/(кг с²).

Сила тяжести - сила, с которой Земля притягивает к себе тела.

Сила тяжести обозначается буквой F с индексом: F_тяж. Она всегда направлена вертикально вниз.

Сила тяжести прямо пропорциональна массе этого тела.

В технике и быту широко используется понятие веса тела. Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате гравитационного притяжения к планете (рис. 6). Вес тела обозначается Р. Единица веса — Н (Ньютон). Так как вес равен силе, с которой тело действует на опору, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо определить, чему равна сила реакции опоры

Вес P тела, покоящегося в инерциальной системе отсчёта совпадает с силой тяжести, действующей на тело, и пропорционален массе m и ускорению свободного падения g в данной точке

Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой не движется. В этом случае сила реакции опоры, а следовательно, и вес тела равен силе тяжести (рис. 7):

В случае движения тела вертикально вверх вместе с опорой с ускорением по второму закону Ньютона можно записать mg + N = та (рис. 8, а).

В проекции на ось OX: -mg + N = та, отсюда N = m(g + a).

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и находится по формуле Р = m(g + a).

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают на себе космонавты как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

Если тело движется вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем

т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет-меньше силы тяжести (рис. 8, б).

Если тело свободно падает, то в этом случае P = (g- g)m = 0.

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения независимо от направления и значения скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состояние невесомости.

5. Вопрос

6. Вопрос

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зависит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движения может происходить только под действием силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохраняться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.

Импульсом тела называют векторную физическую величину, являющуюся количественной характеристикой поступательного движения тел. Импульс обозначается р. Импульс тела равен произведению массы тела на его скорость: р = mv. Направление вектора импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела 0. Единица измерения импульса — кг • м/с.

В этом случае p1 = р2, где pl — начальный импульс системы, а р2 — конечный. В случае двух тел, входящих в систему, это выражение имеет вид m1v1 + m2v2 = m1"v1" + m2"v2" , где ml и m2 — массы тел, а v1 и v2 — скорости до взаимодействия, v1" и v2" — скорости после взаимодействия (рис. 5).

В замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отделения от тела его части.

Пусть тело массой т покоилось. От тела отделилась со скоростью vl какая-то его часть массой т1. Тогда оставшаяся часть придет в движение в противоположную сторону со скоростью D2, масса оставшейся части т2. Действительно, сумма импульсов обеих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому.

К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигателем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспечения на них. Технические идеи Циолковского находят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реактивной струи по закону сохранения импульса лежит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактивный принцип.

7. Вопрос

Механическая работа — это физическая величина, являющаяся скалярной количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины и направления силы (сил) и от перемещения точки (точек) тела или системы. [Дж]

Работа силы является скалярной мерой действия силы на материальное тело

на протяжении некоторого пути и вычисляется по формуле

A=F*s*cos a, где а-угол между векторами F и s.

Таким образом, когда точка приложения силы перемещается, то сила совершает работу. Если перемещение происходит в направлении действия силы, то сила совершает работу, равную произведению силы на перемещение. Если же, несмотря на действие силы, перемещение точки приложения силы не происходит, то сила никакой работы не совершает. Например, если какой-либо груз неподвижно висит на подвесе, то действующая на него сила тяжести не совершает работы; но при опускании или падении груза эта сила работу совершает. Если сила тяжести груза равна Р и груз опустился на расстояние h, то работа силы тяжести равна Ph.

Так, в паровой машине сила давления пара на поршень совершает работу при движении поршня; силы давления газов сгоревшего заряда пороха совершают работу при движении снаряда. Силы взаимодействия электрических токов, текущих в обмотках электромотора, совершают работу при вращении мотора.

В природе все движения (за исключением движений в вакууме) сопровождаются трением.

Рассмотрим особенности движения тела под действием силы трения. Если толкнуть тело, лежащее на горизонтальной поверхности, то при его движении возникает сила трения скольжения. Заметим, что направление перемещения составляет угол 180 градусов с направлением силы трения. Поэтому работа силы трения отрицательна:

A=F_тр*S, где S пройденное расстояние

Т. к. работа отрицательна, то кинетическая энергия тела уменьшается. Пройдя какое-то расстояние, тело остановится. Оно останавливается совсем и в обратный путь не движется. Это происходит, потому что при движении тела под действием силы трения кинетическая энергия тела уменьшается, но в потенциальную энергию не превращается.

Дело в том, что трение одного тела о другое всегда приводит к нагреванию обоих трущихся тел, к повышению их температуры. Значит, происходит изменение кинетической энергии движения частиц, из которых состоят все тела. Следовательно, происходит превращение механической энергии во внутреннюю. Тщательные измерения показали, что кинетическая энергия молекул увеличивается как раз на столько, на сколько уменьшается кинетическая энергия трущихся тел. Таким образом, механическая энергия тела или системы тел в случае, когда действуют силы трения, действительно не сохраняется, а уменьшается.

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории движения тела и всегда равна произведению модуля силы тяжести на разность высот в исходном и конечном положениях. При движении вниз работа положительна, при движении вверх - отрицательна.

A=mgh

Сила упругости - это сила, возникающая при деформации тела.

A — Работа силы упругости

k— Коэффициент упругости пружины

x— Деформация пружины

если под N понимать мгновенную мощность, а под V - мгновенную скорость

F=N/v и v=N/F

Из этих формул видно, что при постоянной мощности двигателя скорость движения обратно пропорциональна силе тяги и наоборот. На этом основан принцип действия коробки скоростей (коробки перемены передач) различных транспортных средств.

8. вопрос

Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу измеряется в джоулях.

Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризующая способность некоего тела (или материальной точки) совершать работу за счет его нахождения в поле действия сил.

9. вопрос

Колебания – движение, повторяющееся во времени.

Свободные колебания – колебания, происходящие благодаря начальному запасу энергии.

Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.

Вынужденные колебания — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Примеры: листья на деревьях, поднятие и опускание руки. При вынужденных колебаниях может возникнуть явление резонанса: резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении частоты колебаний и внешней частоты

Гармоническое колебание — колебания, происходящие по закону синуса или косинуса. Например, гармонически колеблется величина, изменяющаяся во времени следующим образом:

где х — значение изменяющейся величины, t — время, остальные параметры — постоянные: А — амплитуда колебаний, ω — циклическая частота колебаний, — полная фаза колебаний, — начальная фаза колебаний.

Период – промежуток времени, через который движение повторяется. Время одного колебания.

Амплитуда – наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия.

Ч астота колебаний – число колебаний в единицу времени.

10. вопрос

Волны – колебания, распространяющиеся в среде с течением времени.

Продольные волны – волны, в которых колебания происходят вдоль направления их распределения. Деформация сжатия и растяжения возникают в твердых, жидких и газообразных телах. (Звук)

Поперечные волны – волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению из распространения. Деформация сдвига в твердых телах.( Электромагнитные волны, волны на поверхностях разделения сред)

• механические волны любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред.

• Преломление волн.

• Отклонение волн от прямолинейного распространения, то есть огибание ими препятствий, называется явлением дифракции.

• в пространстве, где распространяются несколько волн, их интерференция приводит к возникновению областей с минимальным и максимальным значениями амплитуды колебаний.

11. вопрос

Основные положения МКТ.

I положение Все тела (вещества) состоят из частиц (молекул, атомов, ионов...).

Опытные обоснования:

Химические свойства

II положение

Частицы находятся в постоянном, беспорядочном (хаотичном) движении.

Опытные обоснования.

Диффузия – процесс выравнивания концентрации.

Конвенция – процесс выравнивания температуры при действии силы тяжести.

Броуновское движение – тепловое движение взвешенных в жидкости или гезе частиц. (Частицы пыли в воздухе, кристалл марганцовки).

Теплопроводность

III положение

Частицы вещества взаимодействуют друг с другом: притягиваются на небольших расстояниях и отталкиваются, когда эти расстояния уменьшаются.

Реакции веществ на деформацию.

12. вопрос

Масса любого количества вещества равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле m = m₀N

Относительной молекулярной массой M_r называют отношение массы молекулы или атома m₀ данного вещества к 1/12 массы атома углерода m_0c

M_{r =}

Молярной массой М – называют массу вещества, взятого в количестве одного моля.

М = m₀N_A

Количество веществам равно отношению массы вещества к его молярной массе.

v = m/M

Моль – единица количества вещества, содержащая столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько их содержится в 12 граммах углерода – изотопа ¹²С.

Число Авогадро - число молекул в 1 моле

N_A= 6,02 * 10²³ 1/моль или моль^-1

13. вопрос

Идеальный газ – газ, взаимодействие, между молекулами которого пренебрежимо мало.

• Кинетическая энергия молекул много больше потенциальной энергии взаимодействия.

• Расстояние между молекулами гораздо больше их размеров (молекулы можно считать материальными точками);

• Силами взаимодействия, кроме моментов соударения, можно пренебречь (потенциальная энергия взаимодействия молекул по сравнению с кинетической энергией хаотического движения пренебрежимо мала);

• Столкновение молекул друг с другом и со стенками абсолютно упругое;

• Движение каждой молекулы подчиняется классическим законам динамики Ньютона.

где р - давление, m₀- масса молекулы, п - концентрация (число молекул в единице объема), v²- средний квадрат скорости молекул.

14. вопрос

Тепловым равновесием называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

В системе не меняются объём и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей, твердых тел. Температура системы остается постоянной.

Микроскопические процессы внутри тела не прекращаются и при тепловом равновесии; меняются положения молекул, их скорости при столкновениях.

Температура характеризуется состоянием теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.

Если температуры тел различны, то при установлении между ними теплового контакта будет происходить обмен энергией. Тело с большей температурой будет отдавать энергию телу с меньшей температурой.

Разность температур тел указывает направление теплообмена между ними.

Абсолютный нуль температуры – предельная температура, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении.

У. Кельвин ввел абсолютную шкалу температур. Нулевая температура по абсолютной шкале (ее также называют абсолютной шкалой Кельвина) соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия

Единица абсолютной температуры в СИ называется кельвином (обозначается К).

Один кельвин и один градус шкалы Цельсия совпадают. Поэтому любое значение абсолютной температуры Т будет на 273 градуса выше соответствующей температуры T по Цельсию:

T = t +273

Абсолютный нуль: -273,15^оС

Дайте понятие деформации. Перечислите механические свойства твёрдых тел. Сформулируйте закон Гука, запишите формулу и объясните её.

Дайте понятие деформации

Изменение формы или размеров тела под действием приложенных к нему сил называется деформацией тела.

Перечислите механические свойства твёрдых тел.

Прочность, твердость, ударная вязкость, истираемость, хрупкость, упругость, пластичность, гибкость.

Сформулируйте закон Гука, запишите формулу и объясните её.

ЗАКОН ГУКА

Сила противодействия упругого вещества линейному растяжению или сжатию прямо пропорциональна относительному увеличению или сокращению длины.

Закон Гука справедлив при малых (упругих) деформациях тел.

Сила упругости прямо пропорциональна величине деформации.

Модуль силы Гука:

F упр = k | x |

где k -коэффициент упругости или жесткость пружины (ед.изм. в СИ - 1 Н/м )

х - удлинение пружины или величина деформации пружины ( ед.изм. в СИ - 1м)

Fупр - сила упругости (ед.изм. в СИ - 1Н)

Чем выше k, тем жестче струна и тем тяжелее она поддается растяжению или сжатию. Знак минус в формуле указывает на то, что струна противодействует деформации: при растяжении стремится укоротиться, а при сжатии — распрямиться.

­­­­­

25. вопрос

Электрический заряд сохраняется для замкнутой системы, в которую не входят извне и не выходят наружу заряженные частицы. По закону сохранения электрического заряда: в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.

Электростатика изучает взаимодействие неподвижных электрических зарядов и поля, создаваемые такими зарядами.

Закон Кулона

Два точечных неподвижных электрических заряда взаимодействуют между собой в вакууме с силой пропорциональной величинам зарядов, обратно пропорциональной квадрату расстояний м ежду ними и направленной вдоль линии, соединяющей эти заряды.

Точечных заряженных тел в природе нет, но если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры не влияют на взаимодействие между ними.

[q] = 1 Кл (Кулон)

k = 9*10⁹ 

Свойства электрического заряда

1.Заряд бывает двух видов, называемых положительным и отрицательным

2. Полный электрический заряд изолированной системы сохраняется. 3.Электрический заряд релятивистски инвариантен, т. е. его величина не зависит от скорости системы отсчета, как бы велика она ни была. 4.Величина заряда может принимать только дискретные значения

26. вопрос

Электрическое поле точечного заряда, оно материально и обладает определенными свойствами. Главное свойство электрического поля - действие его на электрические заряды с некоторой силой. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Электростатическое поле возникает вокруг неподвижных заряженных тел и обнаруживается по действию на неподвижные же заряженные тела. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно связано с ними.

В каждой точке поля на точечный электрический заряд действует некоторая сила. Напряженностью электрического поля называется векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный точечный положительный заряд в данной точке поля и сонаправленная с этой силой.

Т. к. отношение силы, действующей на заряд, к самому заряду в любой точке поля не зависит от заряда, то напряженность может рассматриваться, как силовая характеристика электрического поля.

, т. е. 

Рассмотрим положительный заряд q₂, помещенный в поле, создаваемое другим положительным зарядом q₁.

, тогда напряженность в точке А:

Таким образом, модуль напряженности поля точечного заряда в данной точке пропорционален величине источника поля, обратно пропорционален квадрату расстояния от заряда до точки наблюдения. При этом напряженность поля направлена к заряду, если заряд отрицательный, от заряда - если положительный. К свойствам электрического поля можно отнести:

— невидимость (их определение происходит через поведение пробного электрического заряда)

— электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими полями.

— оно имеет векторное направление

— может притягивать либо отталкивать

— существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного поля)

— обладает свойством концентрации и неоднородности (имеется в виду НАПРЯЖЕННОСТЬ)

33. вопрос

ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ЖИДКОСТЯХ

Под действием внешнего электрического поля ионы приходят в движение. Появляется электрический ток в жидкостях (ток в растворах электролитов). При этом отрицательно заряженные ионы хлора идут к аноду, а положительно заряженные ионы водорода - к катоду. Однако электрический ток в растворе электролита не похож на ток в металле. За место лёгких и маленьких электронов тут передвигаются огромные и массивные ионы. Причём, электрический ток в жидкостях имеет не один поток зарядов, а два: поток отрицательных ионов, который идёт к аноду, и поток положительных ионов, который идёт к катоду.

Приходя к катоду, положительные ионы водорода отбирают у него электроны (недостающие им) и, тем самым, превращаются в атомы водорода. Отрицательные ионы хлора, наоборот, отдают аноду свои электроны (излишние) и превращаются в атомы хлора. В итоге электроны, которые пришли на катод из источника тока, уходят в раствор электролита, а на анод электроны выделяются из раствора. В электроцепи течёт ток (электрический ток в жидкости).

Таким образом, получается, что ионы как бы транспортируют отрицательно заряженные частицы (электроны) через электролитический раствор, где они не могут передвигаться самостоятельно. Хотя на аноде осаждается совсем не тот, что было ранее. Но в целом, электрические заряды все одинаковы. Сколько заряженных частиц в единицу времени приходит на катод от источника, столько и уходит с анода обратно в источник. Так поддерживается в электрический ток в жидкости и в самой цепи.

ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорционально эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

В технике электролиз применяют для очистки и рафинирования металлов, в электрометаллургии, в гальванопластике.

34. вопрос

Чтобы количественно описать явление самоиндукции, найдём зависимость магнитного потока Ф через контур от силы тока I в этом контуре. Очевидно, что магнитный поток через контур пропорционален магнитной индукции внутри контура, а магнитная индукция пропорциональна силе тока в проводнике. Поэтому магнитный поток должен быть пропорционален силе тока:

Ф = L^.I , (6.1)

где L - коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью контура. Контур, обладающий индуктивностью, на схеме обозначают соответствующим значком(см. рис. 6б)

Индуктивность— коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и величиной этого тока

Основное свойство магнитного поля — способность его действовать на движущиеся электрические заряд с определенной силой. Создается магнитное поле так же только движущимися электрическими зарядами. Силовые линии магнитного поля охватывают ток в виде замкнутых линий, не имеющих ни начала, ни конца.

Вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. При вынужденных колебаниях может возникнуть явление резонанса: резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты осциллятора и частоты внешнего воздействия.

Свободные (или собственные) — это колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из состояния равновесия (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие). Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.

Электромагнитные колебания — это колебания электрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения.

Колебательный контур — это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора

Частота -формула:

Период формула:

Процесс распространения магнитного и электрического полей в пространстве называется электромагнитной волной.

Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме. Скорость распространения электромагнитных волн равна 3*10⁸ м/с.

Электромагнитные волны подчиняются законам отражения и преломления, обладают свойствами дифракции и интерференции. Расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны.