Билет № 1
Механическое движение тела- изменение его положения в пространстве относительно других тел. Основная задача механики- определять положение тела в любой момент времени. Для этого надо найти математическое описание движения и установить связь между величинами, характеризующими движение. Движение тела, при котором все его точки движутся одинаково (то есть тело не вращается и не поворачивается), называется поступательным.. S=?t
Относительность механического движения.
Каждое тело в любой момент времени занимает определенное положение в пространстве относительно других тел. Если движение происходит относительно двух систем координат (неподвижной и подвижной), то скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы координат и скорости подвижной системы координат относительно неподвижной
Материальная точка.
Материальная точка- тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь.
Система отсчета.
Положение тела можно задать только относительно какого-нибудь другого тела, которое называют телом отсчета. Его можно выбирать произвольно. Когда тело отсчета уже выбрано, через какую-нибудь его точку проводят оси координат, и положение любого объекта в пространстве описывают ее координатами. Система отсчета: тело отсчета, система координат, связанная с ним, и прибор для измерения времени.
Траектория.
Траектория- линия, описываемая телом при движении.
Вектор перемещения.
Перемещение- направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим. Проекции вектора перемещения на оси координат равны изменениям координат тела.
Путь.
Путь- скалярная величина, равная расстоянию от начального пункта движения до конечного, измеренному вдоль траектории.
Закон сложения скоростей скорость лодки V относительно неподвижной системы координат мы получим, разделив перемещение S на время t: v=s/t=s1/t+s2/t или v=v1+v2, где V2=S2/t – скорость плота относительно берега(скорость берега) формула сложения скоростей. Скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы координат и скорости подвижной системы относительно неподвижной. Сложение скоростей.
Скорость- векторная величина, и над ней можно производить действия сложения. Если движение происходит относительно двух систем координат (неподвижной и подвижной), то скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы координат и скорости подвижной системы координат относительно неподвижной. Ускорение- это скорость изменения скорости. Оно равно отношению изменения скорости тела к промежутку времени, за которое это перемещение произошло.
Прямолинейное равномерное и равнопеременное движение.
Равномерное прямолинейное движение - движение, при котором тело (точка) за любые равные промежутки времени совершает одинаковое перемещение. При таком движении не изменяется ни модуль ни направление скорости. ?X =(x-x0)/t; x=x0+?Xt. Равнопеременное движение- движение с равномерно изменяющейся скоростью, то есть с постоянным по модулю ускорением. Ускорение- векторная величина, равная отношению изменения скорости тела к промежутку времени, за который это перемещение произошло. Движение с возрастающей по модулю скоростью называют равноускоренным, с убывающей- равнозамедленным. a=(?-?0)/t; ?=?0+at.
Зависимости скорости, координат и пути от времени.
Равномерное прямолинейное движение: ?=(x-x0)/t; x=x0+?t; S=x-x0. Прямолинейное равнопеременное движение: ?=?0+at; x=x0+?0t+at2/2; S=(?2-?02)/2a, S=?0t+at2/2.
2Магнитное поле.
Магнитное поле- неразрывно связанная с током материальная среда, через которую осуществляется взаимодействие на расстоянии проводников с током. Магнитное поле обладает энергией, которая непрерывно распределена в пространстве. Магнитное поле создается либо движущимися электрическими зарядами, либо переменным электрическим полем и действует только на движущиеся заряды. Магнитные поля токов одинакового направления усиливают друг друга, а токов противоположного направления ослабляют друг друга.
Магнитные свойства вещества.
Вещества бывают парамагнитными, ферромагнитные и диамагнитные. Парамагнитные- вещества, магнитная проницаемость которых немного больше, чем у вакуума. Попадая в магнитное поле, они немного усиливают его у конца стержня за счет своего магнетизма, и ослабляют его рядом со стержнем. Ферромагнитные- вещества, магнитная проницаемость которых во много раз больше, чем у вакуума. Попадая в магнитное поле, они намагничиваются и значительно усиливают его за счет своего магнетизма у полюсов. Диамагнитные- вещества, магнитная проницаемость которых меньше, чем у вакуума. Они ослабляют у концов магнитное поле, в которое попали. Магнитное поле внутри диамагнитного вещества меньше, чем снаружи.
Ферромагнетики.
Ферромагнетики- вещества, магнитная проницаемость которых во много раз больше, чем у вакуума. Их применяют для получения сильного магнитного поля. Попадая в магнитное поле, они намагничиваются и значительно усиливают его за счет своего магнетизма у полюсов. В их атомах есть электроны, которые, двигаясь по орбитам вокруг ядер, совершают вращение вокруг своей оси. Магнитные поля таких электронов очень сильные и так расположены в пространстве, что при наложении усиливают друг друга. Внешнее магнитное поле у полюсов ферромагнетиков велико, так как велико и внутреннее
Температура Кюри при температуре, большей некоторой определённой для данного ферромагнетика, ферромагнитные св-ва его исчезают. Эту температуру назыв. Температурой Кюри по имени открывшего это явление фран. Учёного. Если сильно нагреть намагниченный гвоздь, то он потеряет способность притягивать к себе железные предметы. Для железа-7530С, никель 3630С, кобальт 1000 0С. сущ-т ферромагнитные сплавы, у которых темп-а Кюри меньше 100 0C
Билет № 2
Зависимости скорости, координат и пути от времени.
Равномерное прямолинейное движение: ?=(x-x0)/t; x=x0+?t; S=x-x0. Прямолинейное равнопеременное движение: ?=?0+at; x=x0+?0t+at2/2; S=(?2-?02)/2a, S=?0t+at2/2. Неравномерное движение, при котором скорость тела за каждую единицу времени и вообще за любые равные промежутки времени изменяется одинаково – называется равноускоренным. Если в некоторый начальный момент времени скорость тела V0, а через промежуток времени t она оказывается равной V, то, для того чтобы узнать, на сколько скорость изменилась за единицу времени, нужно взять отношение изменения скорости V – V0 к промежутку времени t. Это отношение V – V0/t и есть быстрота изменения скорости. Её называют ускорением. Ускорение- это скорость изменения скорости. Так как ускорение равно произведению векторной величины V-V0 на скалярную величину 1/t, то ускорение величина векторная. Если скорость тела по модулю велико, это значит, что тело быстро набирает скорость (когда оно разгоняется) или быстро теряет скорость(при торможении). Зная начальную скорость V0 и его ускорение a, можно найти скорость тела V в любой момент времени. V=V0+at. Единица ускорения. Так как a=V-V0/t, то модуль ускорения равен единице, если равен единице модуль изменения скорости V-V0 и равен единице промежуток времени t. Поэтому за единицу ускорения в СИ принимается ускорение такого равноускоренного движения, при котором за 1 с скорость тела изменяется на 1 м/с. следовательно, в СИ ускорение выражается в метрах в секунду за секунду или в метрах на секунду в квадрате(м/с2). Vx=V0x+axl.. Vx2=2axSx.
2 Действие магнитного поля на рамку с током.
Магнитное поле оказывает ориентирующее действие на рамку с током. В качестве направления мы выбираем направление нормали рамки с током, свободно установленной в поле. Направление вектора В определяется правилом правого винта.
Индукция магнитного поля (магнитная индукция).
Магнитная индукция- вектор, величина его равна отношению силы F, приходящейся на единичный элемент тока (силовая характеристика поля в данной его точке). Она не зависит от вносимого в данную точку поля элемента тока. B=F/I2?l. 1 Тесла- такая магнитная индукция, которая возникает при действии на единичный элемент тока силой в 1 Ньютон. Направление магнитной индукции совпадает по направлению с силой, действующий на проводник.
Опыты Фарадея.
Электромагнитная индукция- явление возникновения в замкнутом проводнике электрического тока, обусловленного изменением магнитного поля. Явление электромагнитной индукции состоит в появлении ЭДС в контуре при изменении:1)магнитного потока через площадку, ограниченную контуром; 2)площади замкнутого контура, находящимся в магнитном поле; 3)угла наклона плоскости контура к нормали.
Явление электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция- явление возникновения в замкнутом проводнике электрического тока, обусловленного изменением магнитного поля. Создаваемый при этом источник тока стали называть ЭДС индукции, а возникающий ток- индукционным. Направление тока можно определить по правилу правой руки: В- входит в ладонь, ? (направление движения проводника)- большой палец, I- другие пальцы.
Закон электромагнитной индукции.
Индукционный ток создает собственное магнитное поле. Поле, вызвавшее появление тока, и поле, появившееся, взаимодействуют между собой.
Правило Ленца.
Правило Ленца: ЭДС индукции вызывает в замкнутом проводнике такой индукционный ток, который своим магнитным полем противодействует причине, возбуждающей ЭДС. Величина ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего внутри рамки. ?ин=-?Ф/?t.
Самоиндукция.
При замыкании цепи: самоиндукция- явление, при котором переменное магнитное поле, созданное током в какой-либо цепи, возбуждает ЭДС индукции в той же самой цепи. Ток направлен противоположно первичному току. При размыкании цепи: запасенная в магнитном поле этой цепи энергия превращается в энергию самоиндукции. Ток направлен одинаково с первичным током.
ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI?=-L?I/?t; R+r?0 ==> I(R+r)?0; -LI?=UC=q/C; I?=q/LC.
Это явления не прекращения тока в замкнутых контурах не мгновенно при отключении источника.
Индуктивность.
L- коэффициент, зависящий только от свойств контура. Ф=LI. Индуктивность контура численно равна потоку напряженности магнитного поля, пронизывающему этот контур и созданному током силой в 1 А, протекающим по этому контуру. Единица индуктивности- Генри. ?Гн?=?Вб А?. 1 Генри- такая индуктивность контура, при которой при силе тока в нем в 1 Ампер возникает магнитный поток в 1 Вебер.
Энергия магнитного поля катушки с током для создания тока необходимо затратить энергию, т.е. необходимо совершить работу. Объясняется это тем, что при замыкании цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против того электрического поля, которое создаётся в проводнике благодаря источнику тока. Для того, чтобы сила тока стала равной I, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа идёт на увеличение энергии магнитного поля тока. При размыкании цепи ток исчезает и вихревое поле совершает положительную работу. Запасённая током энергия выделяется. Это обнаруживается по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью.W=LI2/2.
Билет № 3
1Равномерное движение по окружности.
Движение тела по окружности- криволинейное, при нем изменяется две координаты и направление движения. Мгновенная скорость тела в любой точке криволинейной траектории направлена по касательной к траектории в этой точке. Движение по любой криволинейной траектории можно представить как движение по дугам некоторых окружностей. Равномерное движение по окружности- движение с ускорением, хотя по модулю скорость не изменяется. Равномерное движение по окружности- периодическое движение.
Линейная и угловая скорости.
Линейная скорость- величина, измеряемая отношением длины дуги окружности ко времени, за которое эта дуга пройдена. Она направлена в любой момент времени по касательной к окружности, в данной ее точке. ?=2?R/T. Угловая скорость- величина, измеряемая отношением угла поворота тела ко времени, за которое произошел этот поворот. ?=2?/R ==> ?=?R.
Период и частота обращения.
Период обращения- величина, равная промежутку времени, за который тело совершило полный оборот при равномерном движении по окружности. v=2?R/T. Частота обращения- число оборотов по окружности в единицу времени. n=1/T. v=2?Rn. a=4?2n2R.
Ускорение при равномерном движении тела по окружности.
Ускорение тела центростремительно, то есть направлено по радиусу окружности к ее центру. Модуль ускорения зависит от квадрата скорости тела и от радиуса соответствующей окружности. a=?2/r. T=?r; ?=1/T ==> v=2?r/T=2?r? ==> a=4?2r2/T2=4?2r2?2
2 Электрический ток в металлах.
Электрический ток- упорядоченное движение свободных электронов. Если внутри металла нет электрического поля, то движение электронов хаотично и в каждый момент скорости различных электронов имеют разную величину и направление. Как только оно появляется, на каждый электрон начинает действовать сила, направленная в сторону, противоположную полю. Двигаясь под действием сил электрического поля, электроны приобретают некоторую кинетическую энергию. При соударениях она частично передается атомам и ионам решетки. Из-за этого происходит более интенсивное выделение тепла. При наличии тока происходит переход энергии упорядоченного движения электронов в энергию хаотического движения атомов, ионов и электронов (то есть во внутреннюю энергию тела). При наличии тока внутренняя энергия тока увеличивается.
Сверхпроводимость- явление исчезновения сопротивления некоторых веществ (металлов, растворов солей) при понижении температуры почти до абсолютного нуля. Сверхпроводимость
В 1911 г. нидерландский ученый Камерлинг-Оннес обнаружил, что при понижении температуры ртути до 4,1 К ее удельное сопротивление скачком уменьшается до нуля. Явление уменьшения удельного сопротивления до нуля при температуре, отличной от абсолютного нуля, называется сверхпроводимостью. Материалы, обнаруживающие способность переходить при некоторых температурах, отличных от абсолютного нуля, в сверхпроводящее состояние, называются сверхпроводниками.
Прохождение тока в сверхпроводнике происходит без потерь энергии, поэтому однажды возбужденный в сверхпроводящем кольце электрический ток может существовать неограниченно долго без изменения.
Сверхпроводящие вещества уже используются в электромагнитах. Однако получить сколь угодно сильное магнитное поле с помощью сверхпроводящего магнита нельзя, т. к. очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние. Поэтому для каждого проводника в сверхпроводящем состоянии существует критическое значение силы тока, превзойти которое, не нарушая сверхпроводящего состояния, нельзя.
Объяснение сверхпроводимости возможно только на основе квантовой теории. Оно было дано лишь в 1957 г.
В 1986 г. была открыта высокотемпературная сверхпроводимость керамик – соединений лантана, бария, меди и кислорода. Сверхпроводимость таких керамик сохраняется до температур около 100 К.
Закон Ома для участка цепи
Рассмотрим простейшую электрическую цепь постоянного тока, составленную из одного гальванического элемента и проводника. На внешнем участке цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Перемещение зарядов внутри проводника не приводит к выравниванию потенциалов всех точек проводника, т. к. в каждый момент времени источник тока доставляет к одному концу цепи точно такое же количество заряженных частиц, какое из него перешло к другому концу внешней электрической цепи. Поэтому сохраняется неизменным напряжение между началом и концом внешнего участка электрической цепи; напряженность электрического поля внутри проводников такой цепи отлична от нуля и постоянна во времени.
Немецкий физик Георг Ом в 1826 г. обнаружил, что отношение напряжение между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока в цепи есть величина постоянная. Эту величину называют электрическим сопротивлением проводника.
Экспериментально установленную зависимость силы тока от напряжения и электрического сопротивления участка цепи называют законом Ома для участка цепи:
I=?q/?t ;I=[S под I(t)]Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению участка цепи.
Зависимость сопротивления проводника от температуры.
Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с сопротивлением температуры сопротивление проводника меняется.
Если при температуре, равной 0?С, сопротивление проводника равно R0, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры t: (1)
Коэффициент называется температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.
Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при повышении температура на 1 К.
Для всех металлов >0 и незначительно меняется с изменением температуры. У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не уменьшается, а увеличивается. Для них
С приближением температуры к абсолютному нулю удельное сопротивление монокристаллов становится очень малым. Этот факт свидетельствует о том, что в идеальной кристаллической решетке металла электроны перемещаются под действием электрического поля, не взаимодействуя с ионами решетки. Электроны взаимодействуют лишь с ионами, не находящимися в узлах кристаллической решетки.
При повышении температуры возрастает число дефектов кристаллической решетки из-за тепловых колебаний ионов, – и это приводит к возрастанию удельного сопротивления кристалла.
Билет № 4
Первый закон Ньютона.
Существуют такие системы отсчёта, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела(или действия других компенсируются)
Всякое тело продолжает оставаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока приложенные силы не заставят его изменить это состояние. Само явление сохранения скорости постоянной называется инерцией.
Понятие об инерциальных и неинерциальных системах отсчета.
Инерциальная система отсчета- система, в которой всякое тело бесконечно удалено от других тел и не испытывает ускорения. Она должна быть условно неподвижной или движущейся равномерно и прямолинейно. Неинерциальная система отсчета- система отсчета, которая движется ускоренно относительно какой-то другой, инерциальной системы.
2Электрический ток в электролитах.
Электролитами являются растворы солей, кислот и щелочей. Заряженные частицы образуются в результате электролитической диссоциации. Молекулы растворяемых веществ распадаются на ионы. В отсутствии внешнего электрического поля все частицы находятся в хаотическом тепловом движении. Если ионы находятся во внешнем поле, то начинается их упорядоченное движение двумя встречными потоками: положительные ионы устремляются к катоду, отрицательные- к аноду. Суммарный ток через раствор складывается из обоих потоков.
Закон электролиза (закон Фарадея).
Электролиз- процесс выделения вещества на электродах и его перехода с одного на другой. Первый закон Фарадея: масса вещества, выделившегося при электролизе, пропорциональна суммарному заряду всех ионов, прошедших через электролит. m=k?q=kI?t, где k- электрохимический эквивалент вещества. Второй закон Фарадея устанавливает связь между химическим и электрохимическим эквивалентами вещества: k=M/FZ, где M- молярная масса вещества, Z- валентность вещества, F- постоянная Фарадея. F=9,65 104 Кл/моль.
Определение заряда электрона формулу m=M/neNa*I?t можно использовать для определения заряда e. e=M/mn*I ?t.
Принцип относительности Тело находиться в состоянии покоя (отностительно Земли), если действие на него других тел скомпенсированы. В классической механике ?, путь, движение относительны. Если по отношению к одной системе отсчёта тело покоится, то относительно других тел С.О. тело может двигаться это приводит к одному из основных законов механики 1 закону Ньютона.
Инерция- это явление сохранения ? тела, если на него не действуют другие тела или действия этих тел скомпенсированы.
ИСО- это С.О., которые либо покоится либо движется прямолинейно и равномерно(Земля вокруг Солнца).
НИСО-это С.О., кот. Движется с ускорением.
Классическая механика справедлива для ?
?, путь, покой, движение – относительны; m, длина тела, время – абсолютны. Принцип относительности Галилея. Никакими механическими опытами, проведенными внутри данной системы отсчета, нельзя установить, находится ли данная система в покое или равномерно прямолинейно движется. СТО- все законы механики протекают совершенно одинаково в любой НСО. Это новое учение о пространстве и времени, пришедшее на смену клас. Представлениям в физике. Создана Эйнштейном: 1 постулат: “постулат относительности все законы визики протекают совершенно одинаково в любой ИСО. 2 Скорость света в вакууме одинакова для всех ИСО. Она не зависит ни от источника, ни от скорости приемника светового сигнала. Следствия СТО (справедливы для тех, ? =с )1) уменьшение длины.2)увеличение m.3)замедление t. Причиной несамостоятельности клас. представлений о пр-ве и t явл. Неправильное представление о возможности мгновенной передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пр-ва другую.
Билет № 5
1. Действие одного тела на другое, действие кот. Вызывает ускорение, назыв. силой. Сила определяет а, а не ?. Это значит, что сила не есть причина движения. Сила – это величина изменения движения, т.е. изменения ? движения. Различные опыты показывают, что если на разные тела действуют одна и таже сила, то величина, равная произведению m тела на его a, остаётся одной и той же. Это и позволило Ньютону сформулировать важнейший закон движения, называемый 2 з-м Ньютона. Второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона – основной закон динамики. Этот закон выполняется только в инерциальных системах отсчета. Приступая к формулировке второго закона, следует вспомнить, что в динамике вводятся две новые физические величины – масса тела m и сила а также способы их измерения. Первая из этих величин – масса m – является количественной характеристикой инертных свойств тела. Она показывает, как тело реагирует на внешнее воздействие. Вторая – сила – является количественной мерой действия одного тела на другое. Второй закон Ньютона – это фундаментальный закон природы; он является обобщением опытных фактов, которые можно разделить на две категории: 1)Если на тела разной массы подействовать одинаковой силой, то ускорения, приобретаемые телами, оказываются обратно пропорциональными массам: 2)Если силами разной величины подействовать на одно и то же тело, то ускорения тела оказываются прямо пропорциональными приложенным силам: Обобщая подобные наблюдения, Ньютон сформулировал основной закон динамики: Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение. Это и есть второй закон Ньютона. Он позволяет вычислить ускорение тела, если известна его масса m и действующая на тело сила : В Международной системе (СИ) за единицу силы принимается сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с2. Эта единица называется ньютоном (Н). Ее принимают в СИ за эталон силы. Если на тело одновременно действуют несколько сил (например, и то под силой в формуле, выражающей второй закон Ньютона, нужно понимать равнодействующую всех сил
Ускорение, сообщенное телу, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела.F=am.
На тело может действовать несколько сил. Сила, равная геом. Сумме всех приложенных к телу сил назыв. результирующей силой. 1 Н- сила, вызывающая единичное ускорение единичной массы. [Н]=[кг м/с2]
Сложение сил.
Силы складываются по правилу сложения векторов (следствие опыта). Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу сил, называется равнодействующей или результирующей.
2Электрический ток в газах.
В обычном состоянии газы не проводят электрический ток, так как в газе нет свободных заряженных частиц. Чтобы газ стал проводящим, в нем создают заряженные частицы. Заряд ионов газа бывает маленьким, а масса- большая, ==> законы Фарадея не выполняются, закон Ома не выполняется при протекании тока по газу.
Самостоятельный и несамостоятельный разряды.
Если постепенно увеличивать напряжение на электродах, то сила тока вначале растет до определенного момента, а затем ток остается постоянным. Такой ток называется током насыщения. На этом участке существует несамостоятельный разряд (так как при отключении ионизатора ток прекращается). Но начиная с некоторого напряжения сила тока снова начинает расти, в газе появляются сильно выраженные световые и тепловые эффекты. Ионы создаются самим разрядом, который уже будет самостоятельным.
Билет № 6
Третий закон Ньютона. Действия тел друг на друга всегда имеют хр-р взаимодействия. Каждое из тел действует на другое и сообщает силу а. Отношение модулей ускорений взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс: а1/a2=m2/m1, или m1a1=m2a2. ускорения обоих тел направлены в противоположные стороны. Получаем: F1=-F2. тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Из-за взаимодействия тел друг на друга силы всегда появляются парами. Так же первый, второй и третий законы Ньютона справедливы, когда движение рассматривается относительно ИСО. Эти силы, кот. появляются одновременно всегда одной и той же природы, но они приложены к разным телам. Поэтому нельзя сказать, что сумма сил, приложенных к каждому телу, равна 0, что эти силы уравновешиваются. Уравновешиваться могут лишь силы, приложенные к одному и тому же телу. Третий закон Ньютона объясняет, как вообще возникает сила. Согласно этому закону, сила возникает при взаимодействии тел. При этом на каждое из взаимодействующих тел действует сила, и каждое получает ускорение. Действия двух тел друг на друга равны, но противоположны по направлению. Этот закон показывает, что из-за взаимодействия тел силы всегда появляются парами. ==>Сила возникает при взаимодействии тел. Возьмём две одинаковые тележки, к одной из которых прикреплена упругая стальная пластина. Согнём пластинку и свяжем её ниткой, а второю тележку приставим к первой так, чтобы она плотно соприкасалась с другим концом пластинки. Перережем теперь нить, удерживающую пластинку в согнутом виде. Пластинка начнёт выпрямляться, и мы увидим, что обе тележки придут в движение. Это значит, что обе они получили ускорение. Так как масса тележек одинаковы, то одинаковы по модулю их ускорения, а следовательно и скорости, о чём можно судить по одинаковой длине перемещений тележек за одинаковое время. Если на одну из тележек положить какой-нибудь груз, то мы увидим, что перемещение тележек будут неодинаковы. Это значит, что и ускорение их неодинаковы: ускорение нагруженной тележки меньше, но её масса больше. Произведение же массы на ускорение т.е. сила, действующая на каждую из тележек по модулю одинаково. В этом примере как и в любых других можно отметить ещё одну особенность тех двух сил, которые, согласно третьему закону Ньютона, появляются одновременно, при взаимодействии: силы эти всегда одной и той же природы. Если, например, как и в нашем примере, на одно из тел со стороны другого действует сила упругости то оно отвечает это другому телу тоже силой упругости.
2 Ток в вакууме. Термолектронная эмиссия Откачивая газ их сосуда, можно достичь такой его концентрации, при которой молекулы успевают пролететь от одной стенки сосуда до другой, ни разу не испытав соударений друг с другом. Такое состояние газа в трубке называют вакуумом. Для существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц. В вакууме таких частиц нет, следовательно, чтобы электрический ток существовал в вакууме, необходимо внести в трубку источник заряженных частиц. Действие такого источника основано на свойстве тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны. Это процесс называется термоэлектронной эмиссией. Его можно рассматривать как испарение электронов с поверхности металла. У многих твердых веществ термоэлектронная эмиссия начинается при температурах, при которых испарение самого вещества не происходит. Такие вещества используются для изготовления катодов. Явление термоэлектронной эмиссии приводит к тому, что нагретый металлический электрод в отличие от холодного непрерывно испускает электроны, которые образуют вокруг проводника электронное облако. При этом электрод заряжается положительно, и под влиянием электрического поля заряженного облака электроны частично возвращаются на электрод. В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод, равно числу электронов, вернувшихся на электрод. При подключении нагретого и холодного электродов к источнику тока между ними устанавливается электрическое поле. Если положительный полюс источника тока соединен с холодным электродом (анодом), а отрицательный – с нагретым (катодом), то напряженность электрического поля направлена к нагретому электроду. Следовательно, электроны под действием этого поля движутся к холодному электроду, устанавливается электрический ток. При противоположном включении источника тока, напряженность поля направлена к холодному электроду, электроны отталкиваются от холодного электрода, и электрический ток не устанавливается, т. к. вокруг холодного электрода электронного облака не существует. Следовательно, устанавливается одностороння проводимость электрического тока между электродами.
Диод
Свойства односторонней проводимости используется в электронных приборах с двумя электродами – вакуумных диодах. Вакуумный диод (электронная лампа) состоит из баллона из стекла или металлокерамики, из которого откачан воздух до давления 10-6 – 10-7 мм рт. ст., внутри которого размещены два электрода. Катод имеет вид вертикального металлического цилиндра, покрываемого обычно слоем оксидов щелочноземельных металлов (оксидный катод испускает больше электронов, чем из чистого металла). Внутри катода расположен изолированный проводник, нагреваемый переменным током. Нагретый катод испускает электроны, достигающие анод, если потенциал анода больше, чем потенциал катода. Анод лампы представляет собой круглый или овальный цилиндр, имеющий общую ось с катодом.
Вольтамперная характеристика диода
Свойства любого электронного устройства отражает его вольтамперная характеристика, т. е. зависимость силы тока через это устройства от напряжения на его выводах.
Получить вольтамперную характеристику диода можно с помощью цепи, изображенной на рисунке. В отличие от характеристики металлического проводника эта характеристика нелинейная. Основная причина нелинейности вольтамперной характеристики вакуумного диода в том, что электроны испускаются катодом в ограниченном количестве. Кроме того, на движение электронов наряду с полем, созданным зарядами на электродах, существенное влияние оказывает поле пространственного заряда электронного облака у катода. Чем выше напряжение между катодом и анодом, тем большее количество электронов достигает анода, следовательно тем больше сила тока в лампе. При некотором напряжении все электроны, испускаемые катодом, попадут на анод, и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока не меняется, ток достигает насыщения. Если повысить температуру катода (это можно сделать, изменив сопротивление в цепи накала), то катод начнет испускать больше электронов, и ток насыщения наступит при большем напряжении.
Электронно-лучевая трубка
Если в аноде вакуумного диода сделать отверстие, то часть электронов, испущенных катодом, пролетит сквозь отверстие и образует в пространстве за анодом поток параллельно летящих электронов – электронный луч. Электровакуумный прибор, в котором используется такой поток электронов, называется электронно-лучевой трубкой. Внутренняя поверхность стеклянного баллона электронно-лучевой трубки против анода покрыта тонким слоем кристаллов, способных светиться при бомбардировке электронами (люминофоров). Эту часть трубки называют экраном. В узком конце трубки помещен источник быстрых электронов – электронная пушка. Она состоит из катода, управляющего электрода и анода. На пути к экрану пучок последовательно проходит между двумя парами управляющих пластин, подобным пластинам плоского конденсатора. Если электрического поля между пластинами нет, то луч не отклоняется и светящаяся точка располагается в центре экрана. При сообщении разности потенциалов пластинам, луч отклоняется. Таким образом можно заставить электронный луч «рисовать» любую картинку на экране. Эта способность электронного луча используется для создания изображений на экране электронно-лучевой трубки телевизора, называемой кинескопом. Изменение яркости свечения пятна на экране достигается путем управления интенсивностью пучка электронов с помощью дополнительного электрода, расположенного между катодом и анодом и работающего по принципу управляющей сетки электровакуумного
Билет № 7
Импульс (количество движения) материальной точки.
Импульс материальной точки- величина, равная произведению массы тела на его скорость. p=m?.
Импульс силы.
Импульс силы- изменение импульса тела. Направление его вектора всегда совпадает с направлением вектора приложенной силы. Ft=m?-m?0, где Ft- импульс силы.
Связь между приращением импульса материальной точки и импульсом силы.
F=ma=m??/?t
F?t=m?? ==> pC=p.
Импульс тела.
Импульс тела- величина, равная произведению массы тела на его скорость. p=m???. Одна и та же сила за одно и то же время вызывает у любого тела одно и то же изменение импульса. Вектор импульса тела направлен так же, как вектор скорости. F=ma=m(v-v0)/t ==> Ft=mv-mv0. Ft- импульс силы. Его направление такое же, как и у вектора силы.
Закон сохранения импульса.
Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы. Замкнутая система тел- совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами. Импульс- одна из немногих сохраняющихся величин.
Реактивное движение- движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть. Типичным примером реактивного движения может служить движение ракет. Пример – движение ракет. В головной части ракеты помещается полезный груз. В след. части нах. Запас топлива и разл. сис-мы управления. Топливо подаётся в камеру сгорания, где оно сгорает и превращается в газ высокой t и высокой p. Через реактивные сопла газ вырывается наружу и образует реактивную струю. Газ – это и есть отделяющаяся часть ракеты. Перед стартом ракеты её импульс отн- но Земли = 0. вырывающийся газ получает некот. импульс. Ракета представляет собой замкнутую систему, и общий её импульс должен оставаться = 0. Поэтому ракета получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположен по направлению. mг ?г - m р ?р = 0. или
mг ?г= m р ?р. ?р= mг/ m р*?г.
mг/ m р – было получено по формуле Циолковского.
2 Полупроводники
Многие вещества в кристаллическом состоянии не являются такими хорошими проводниками электрического тока, как металлы, но не могут быть отнесены и к диэлектрикам, т. к. не являются хорошими изоляторами. Такие вещества называются полупроводниками. Они долгое время не привлекали к себе внимания. Одним из первых начал исследования полупроводников выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе. Полупроводники оказались не просто «плохими проводниками», а особым классом со многими замечательными физическими свойствами, отличающими их как от металлов, так и от диэлектриков. Чтобы понять свойства полупроводников, необходимо разобраться в их строении. Рассмотрим природу связей, удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга на примере кристалла кремния. Кремний – четырехвалентный элемент, следовательно, во внешней оболочке атома имеются четыре электрона, сравнительно слабо связанные с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной (ковалентной) связи. В образовании этой связи от каждого атома участвуют по одному валентному электрону, которые отщепляются от атомов (коллективизируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга. Коллективизированная пара электронов не принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего, он может перейти к следующему атому, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу. Аналогичное строение имеют другие полупроводниковые кристаллы, например германий.
Электропроводность, собственная проводимость полупроводников
Парноэлектронные связи кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток. Участвующие в связи атомов электроны прочно привязаны к кристаллической решетке, и внешнее электрическое поле не оказывает существенного влияния на их движение.
При нагревании кремния кинетическая энергия валентных электронов повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают связи и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, образую электрический ток. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. Это приводит к уменьшению сопротивления.
При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с другими, нормальными, связями. Положение дырки в кристалле не фиксировано. Непрерывно происходит процесс перескакивания электронов, образующих связь атомов, на место дырок, восстанавливая связь, и образуя дырку на исходном месте. Таким образом дырка может перемещаться по всему кристаллу. Если электрического поля в кристалле нет, то перемещение дырок происходит беспорядочно, электрический ток не создается. Если же возникает электрическое поле, то возникает упорядоченное движение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно движению электронов. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием дырок, называют дырочной проводимостью. Мы рассмотрели механизм проводимости идеальных полупроводников. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников.
Примесная проводимость полупроводников
Собственная проводимость полупроводников обычно невелика из-за малого числа свободных электронов. Но проводимость полупроводников очень сильно зависит от примесей. Именно это свойство сделало проводники тем, чем они являются в современной технике. При наличие примесей в полупроводнике наряду с собственной проводимостью возникает дополнительная – примесная проводимость. Изменяя концентрацию примеси, можно значительно изменить число носителей заряда того или иного знака. Благодаря этому можно создавать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно заряженных носителей.
Донорные примеси
При добавлении в полупроводник атомов пятивалентных элементов, например мышьяка, даже при очень малой их концентрации, число свободных электронов возрастает во много раз. Четыре валентные электрона участвуют в создании ковалентной связи, а пятый валентный электрон оказывается слабо связан с атомом. Он легко покидает атом мышьяка и становится свободным. Примеси, легко отдающие электроны и, следовательно, увеличивающие число свободных электронов, называются донорными примесями. Поскольку полупроводники, обладающие донорными примесями имеют большее число электронов (по сравнению с числом дырок), их называют полупроводниками n типа.
В полупроводнике n типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки – неосновными.
Акцепторные примеси
Если в качестве примеси использовать трехвалентный элемент, например индий, то характер проводимости полупроводника меняется. Теперь для образования ковалентных связей атому индия не хватает электрона. В результате образуется дырка. Такого рода примеси называют акцепторными. При наличии электрического поля дырки начинают перемещаться, возникает дырочная проводимость. Полупроводники с преобладанием дырочной проводимости над электронной называют полупроводниками p-типа.
Основными носителями заряда в полупроводнике p-типа являются дырки, а неосновными – электроны.
Электрический ток через контакт полупроводников p- и n-типов
Наиболее важные свойства полупроводников происходят при контакте полупроводников n- и p-типов. Рассмотрим полупроводник, одна часть которого содержит донорные примеси, и поэтому является полупроводником n-типа, а другая – акцепторные примеси и представляет собой полупроводник p-типа. При включении полупроводника с p-n переходом в электрическую цепь так, чтобы потенциал полупроводника p-типа был положительным, а n-типа – отрицательным. При этом ток через p-n переход будет осуществляться основными носителями: из области n в область p – электронами, а из области p в область n – дырками. Следовательно, проводимость проводника велика. Такой переход называют прямым. Вольтамперная характеристика прямого перехода изображена сплошной линией. Если переключить полюсы батареи, то переход через контакт будет осуществляться неосновными зарядами. Следовательно, проводимость будет маленькой. Такой переход называют обратным. Вольтамперная характеристика обратного перехода изображена пунктирной линией.
Полупроводниковый диод.
Полупроводниковый диод- прибор, в котором используется один p-n переход. Бывает точечным и плоскостным. Диод- представитель нелинейных проводников.
Транзистор.
Транзистор- полупроводниковый прибор, в котором использовано два p-n перехода. Бывает точечным и плоскостным. Их можно использовать для усиления электрических сигналов.
Билет № 8
Закон всемирного тяготения – все тела во вселенной притягивают друг друга Fтяготения = G(m1m2)/R2 m1 – масса 1 тела m2 – масса 2 тела R – расстояние между центрами масс взаимодействующих тел G – гравитационная постоянная
Закон всемирного тяготения.
Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. F=Gm1m2/R2; G- гравитационная постоянная. Гравитация- явление взаимного притяжения тел. Гравитационные силы- силы, действующие между всеми телами. Направление этих сил всегда совпадает с линией, соединяющей взаимодействующие тела. Их можно считать только при условии далекого расположения тел.
Гравитационная постоянная и способы ее измерения.
Гравитационная постоянная - коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел. Она численно равна силе притяжения двух тел массой 1 кг каждое при расстоянии между ними 1 м. G=6, 67 10-11 Н м2/кг2. Численное значение получено опытным путем. Направление силы совпадает с линией, соединяющей взаимодействующие тела.
Сила тяжести.
Сила тяжести- одно из проявлений гравитационной силы- силы притяжения к Земле. Она направлена к центру Земли. F=GMЗmТ/R2; F=mg ==>g=GMЗ/R
Зависимость силы тяжести от высоты.
Если тело находится недалеко от поверхности Земли, то сила тяжести находится по формуле F=GMЗmТ/RЗ2, а ускорение свободного падения равно g. Если тело находится на некоторой высоте над поверхностью Земли, то сила тяжести определяется по формуле F=GMЗmТ/R2; а ускорение свободного падения- по формуле g=GMЗ/(RЗ+h)2.
Вес тела – это сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или растягивает подвес.
Невесомость объясняется тем, что сила всемирного тяготения, а значит и Fт сообщают телам одинаковое ускорение g. Поэтому всякое тело, на которое действует только Fт или вообще сила всемирного тяготения, находятся в состоянии невесомости. Именно в таких условиях находится всякое свободно падаюшее тело. Исчезает вес, а Fт осталась, и именно она – причина свободного падения.
Движение тел под действием силы тяжести. Тело, падая, движется с а ускорением потому, что на него действует Fт, направленная вниз. а постоянно, т.к. постоянна действующая на него сила. а не зависит от m тела потому, что сама F зависит от m. а ускорение падающего тела не изменится, если толкнуть тело вниз, сообщив ему начальную скорость ?0. если сообщить телу начальную скорость ?0, направленную вверх, то это не изменит ни направление, ни численного значения а ускорения тела, потому, что толчок вверх не может изменить Fт. в обоих случаях траектория тела – вертикальная прямая. Высота: h=hoy+ ?oy+gyt2/2. скорость тела в любой момент времени:
?y=?oy + gyt; скорость тела в любой точке траектории: ?y2= ?oy2+2gy(h-h0)
Движение под углом к горизонту.
Скорость по оси ОХ:Скорость по оси ОУ:Максимальное время подъема:; tполн = 2t;
Расстояние : S = Vx tполн. ;; Максимальная высота: ; Движение тела, брошенного горизонтально:
; ;
2Электромагнитные колебания. ; ; - собственна частота колебаний в контуре; ; ;; ; ; - фаза колебаний; - амплитуда тока; ;
С – скорость в ваакуме; n – абс. показатель преломления среды;
Колебательный контур.
Колебательный контур- простейшая система, в которой могут возникать свободные электромагнитные колебания. Он представляет собой соединенные последовательно конденсатор и катушку. В закрытом колебательном контуре электромагнитных колебаний не возникает.
Свободные электромагнитные колебания в контуре.
Свободные электромагнитные колебания- периодически повторяющиеся изменения силы тока в электрической цепи, сопровождающиеся периодическими превращениями энергии электрического поля в энергию магнитного поля (или обратно), происходящие без потребления энергии от внешних источников. Простейшая система- колебательный контур (последовательно соединенные конденсатор и катушка).
Превращение энергии в колебательном контуре.
t=0: зарядка конденсатора от батареи, вся энергия в конденсаторе; E=qm2/2c.
t=T/8: возникновение тока I, энергия распределена по контуру.
t=T/4: конденсатор разрядился, вся энергия в катушке, I достигает мах.
t=3T/8: конденсатор начинает перезаряжаться, энергия распределена.
t=T/2: конденсатор полностью перезарядился, энергия распределена, I=0.
Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, и его решение.
В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI?=-L?I/?t; R+r?0 ==> I(R+r)?0; -LI?=UC=q/C; I?=q/LC. Пусть 1/LC=?02, тогда q??=-?02q- это основное уравнение собственных электромагнитных колебаний. Его решением является уравнение вида q=q0cos(?0t+?0).
Формула Томсона для периода колебаний.
T=2??LC?- формула Томсона. В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI?=-L?I/?t; (R+r)?0 ==> I(R+r)?0; -LI?=UC=q/C; I?=q/LC. Пусть 1/LC=?02; T=2?/?0=2??LC?.
Затухающие электромагнитные колебания.
Собственные колебания в контуре быстро затухают, то есть происходит уменьшение амплитуды колебаний, так как значительная часть энергии при каждом колебании превращается в теплоту из-за наличия электрического сопротивления цепи и некоторая часть энергии излучается в окружающее пространство.
Билет № 9
Силы упругости – силы, восстанавливающие то состояние тела, которое было до деформации. Эта сила возникает из-за взаимодействия частиц (притяжения и отталкивания). Но и Fупр возникает также, когда тело изгибают или скручивают, сл-но, Fупр возникает при деформациях тела, она направлена к поверхности соприкосновения взаимодействующих тел. Все тела состоят из атомов или молекул. Расстояние между ними очень малы, как и сами частицы. Частицы взаимодействуют между собой. K=l/l0 – коэффициент жёсткости. Диаграмма рас-ния – это график зависимости ? от ? (?=F(?)). ОА – область упругой деформации;(з-н Гука); т.А - ?n – предел пропорциональности(это max?, при котором ещё выполняется з-н Гука); АВ – область остаточных деформаций, деф-ция ? 0,1%. Т.B-?упр – предел упругости (max?, при котором ещё не возникают заметные остаточные деформации); ВС – область текучести; т.С - предел текучести; СD- течёт материал; т.D-?nч – предел прочности; после т.D – разрушение материала;
Понятие о деформациях.
Деформации- это растяжение, сжатие, изгиб, кручение и т. д. При любом виде деформации, если она не велика, возникает сила упругости, восстанавливающая то состояние, в котором тело находилось до деформации.
Закон Гука.
Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации. Fупр.=-kx. k- коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. [Fупр.]=[Н/м].
Модуль Юнга.
Модуль Юнга- величина, характеризующая упругость материала. ?l/l=?- относительное удлинение, F/S=?- напряжение. ?= F?.
2 Незатухающие вынужденные колебания поддерживаются в цепи действием внешнего периодического U. Но возможны и другие способы получения незатухающих колебаний. Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счёт поступления энергии от источника внутри системы, называются автоколебательными. Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на неё внешних периодических сил, назыв. автоколебаниями. Примером автоколебательной системы может служить генератор на транзисторе. Он содержит колебательный контур с конденсатором ёмкостью C, катушкой индуктивностью L, источник энергии и транзистор. Авто-я возбуждаются кол. кон. Генератора на транзисторе за счёт энергии источника постоянного U. В генераторе используются транзистор, устройство, сост. из эмиттера, базы и коллектора и имеющее 2 p-n перехода – прямой(эмиттерный) и обратный(коллекторный переход). Колебания тока в кол. кон. вызвают колебания U между эмиттером и базой, которые в свою очередь управляет I в цепи кол. кон.(обратная связь). Обратная связь - индуктивная (Lсв) от источника U в кол. кон. Поступает энергия, компенсирующая потери энергии в контуре на резисторе. Частота кол-й в кол. кон. Определяется L и C: ?0=1/?LC. При малых L и C ? кол-й велика. Генераторы на транзисторах широко применяются во множестве радиотехнических устройств: в радиоприёмниках, усилителях и т.д. Широко они применяются в современных электронно-вычислительных машинах. На примере генератора на транзисторе можно выделить основные эл-ты, хар-ые для многих автоколебательных систем: 1) источник энергии (источник пост. U), за счёт которого поддерживаются незатухающие кол-ния. 2)колеб. сис-ма, т.е. та часть автоколебательной системы, в которой происходят колебания. 3)устройство, регулирующее поступление энергии от источника в колеб. систему, - “клапан”(транзистор). 4)устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которого кол. сис-ма управляет “клапаном” (индукт. связь катушки кол. кон.)с катушкой в цепи эмиттер- база.
Билет № 10
1. Fтр возникает при соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения. Этими она отличается от Fупр, направленной перпендикулярно пов-ти. Fтр препятствует перемещению соприкасающих тел. Fтр покоя равна по модулю и противоположна по направлению силе, направленной к покоящемуся телу. Сущ-т max Fтр покоя – (Fтр)max. только тогда, когда сила F станет больше, чем
(Fтр)max, тело получит ускорение. (Fтр) max=?N. ?- коэф. трения. N-сила реакции опоры. Если тело скользит по какой-либо пов-ти, то его движению препятствует сила трения скольжения. По модулю она почти (Fтр) max. Направлена всегда в сторону, противоположную направлению движения тела относительно того тела, с кот. оно соприкасается. Направление Fтр противоположно направлению движения тела. Это значит, что а, сообщаемое телу Fтр, направленно против движения тела. Поэтому Fтр приводит к уменьшению ? тела. Как и (Fтр) max. Fтр or=?N. ? зависит от материалов, из которых изготовлены тела, как обработаны их пов-ти и т.д. ? не зависит от S сопр-я пов-й тел, от положения тел. Трение между соприкасающими телами назыв. сухим трением. Когда тело движется, соприкасаясь с жидкостью или газом тоже возникает Fтр (сила жидкого трения). Сила жидкого трения
2) вынужденные кол-я – кол-я в цепи под действием внешнего периодического ЭДС. Переменный электрический ток – это ток, кот. меняется по величине и направлению по гармон. закону. Пер. эл. ток представляет собой не что иное, как вынужденные ЭМК. I и U меняются по гармон. закону: i=Imsin ?t; u=Umsin?t; проволочную рамку, вращающуюся в пост. однородном магн. Поле можно рассматривать, как простейшую модель генератора перем. эл. тока. Ф=ВScos?;
Ei=-?Ф/?t.=-Ф1(t); ?= ?t; e=-Ф1(t)=-(BScos?)=-(-BS?sin?t);
ei =Emsin ?t – ур-е Г.К. ЭДС. I=?I2=Im/?2 – действующее значение перемен. эл. тока, величина, равная кв. корню из среднего значения квадрата I. U=?U2=Um/?2; p=ImUm/2 – мощность. Мощность в цепи перем. Э.Т. опред. действ. значениями I и U; Сопротивление R назыв. активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим R(резистора), цепь поглощает энергию, поступающюю от генератора. Эта энергия превращается во внутр. энергию проводников – они нагреваются. P=I2R; R=P/I2 – активное R. При небольших значениях ? пер Э.Т. R проводника не зависит от ? и практич. совпадает с его электрическим сопр. В цепи пост. тока. ; рассмотрим эл. цепь, сост. Из последовательно соед-х резистора, конденсатора и катушки. U=UR +UL+UC; (сумма магнитных значений напряжений на послед-но включённых эл-х цепи = магн. Значению приложенного напряжения); i=Imcos?t; (кол-я I во всех эл-х цепи происходят по закону i=Imcos ?t). Кол-я U на резисторе по фазе совп. c кол-ми I; кол-я U на конденсаторе отстают от кол-й I на ?/2; кол-я U на катушке опережают кол-я I на ?/2.)Поэтому u=URmcos?t+UCmcos(?t-?/2)+ULmcos(?t+?/2); Um- ?Закон ома для эл цепи пер тока
Билет № 11
2Эл ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовать почти без потерь энергии. Преобразование перем. тока, при кот U увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потерь мощности, осуществляется с помощью трансформатора. Трансформатор сост. Из стального сердечника, на кот. надеты 2 или более катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток, назыв. первичной, подключается к источнику перем. U. Вторая обмотка присоед. “нагрузку”, назыв. вторичной.- условное обозначение трансформатора. В основу работы трансформатора положено явление ЭМИ. Включив одну из обмоток в сеть перем. тока, мы получим ток другой обмотки, если она замкнута. Е в проводах вторичной обмотки придут в движение под действием вихревого ЭП. При прохождении тока по первичной обмотки в сердечнике появляется магн. Поток, кот. возбуждает Еi в каждой обмотке. Магнитный поток сущ-т только внутри сердечника. еi в любом витке первичной или вторичной обмотки одинаково и определяется формулой еi=-?Ф(t), т.к Еi=
-?Ф/?t==-Ф(t). Ф=BScos?; ?=?t; ei=-(BScos?t)=-(-BS?sin?t)=Emsin?t; Em=?BS-амплитуда ЭДС в одном витке. 1) трансформатор, понижающий U: k=N1/N2;k=N1/N2=U1/U2; N-число витков в катушке; k-коэф. трансформации. N1>N2; U1>U2 ==> k>1. 2) тр, повышающий U: N1 k
передача электроэнергии на знач расстояния с малыми потерями – сложная научно-техническая проблема. Потеря энергии нагревания проводов равна квадрату I в линии электропередачи: Q=I2RT; Для уменьшения потерь необходимо уменьшить I, но p=IU. Чтобы при уменьшении I не уменьшилась передаваемая мощность, следует во столько же раз увеличить U. Для этого используют повышающие трансформаторы. Для исп-я электроэнергии, U нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. Уменьшение потерь можно также достичь, увеличить уд. сопр. (?) и длину линии электропередачи, сечения проводников увеличивать невозможно из-за возрастания m проводов.
1) Рычаг представляет собой тв. тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры т.О- точка опоры, А и В- точки приложения сил. Силы F1 и F2, действующие на рычаг направлены в одну сторону. Кратчайшее расстояние, между точкой опоры и прямой, вдоль кот. действует на рычаг сила, называется плечом силы; ОА – плечо силы F1, ОВ-плечо силы F2. Условие равновесия рычага: Рычаг н6аходится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил F1/F2=l2/l1. правило равновесия рычага было установлено Архимедом. Из этого правила видно, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага большую силу. F1l1=F2l2; Произведение модуля силы на его плечо называют моменом силы. M=FL- момент силы.
Правило моментов: рычаг находиться в равновесии, если момент силы, вращающей его по часовой стрелке = моменту силы, вращающей его против часовой стрелки.?M?= 1Hм. Момент силы хар-т действие силы, показывыает, что оно зависит одновременно и от модуля силы и от её плеча.
Билет № 12
1Механическая работа.
Работа постоянной силы (или механическая работа) равна произведению модулей векторов силы и перемещения на косинус угла между этими векторами. Если на тело действует несколько сил, то берут их равнодействующую. A=Fscos?. За 1 Дж принимают работу, совершаемую силой в 1Н на пути, равном 1 м, при условии, что направление силы и перемещения совпадают. [Дж]=[Н м].
Мощность.
Мощность- величина, равная отношению совершенной работы к промежутку времени, за который она совершена. [Ватт]=[Дж/с]. N=A/t=FS/t=F?.
Энергия.
Энергия- способность тела совершать работу. Она бывает кинетическая (у движущегося тела) и потенциальная (у тела, поднятого над землей). В замкнутых системах энергия никуда не исчезает, а просто превращается из одного вида в другой и обратно. Сумма этих двух энергий составляет полную энергию тела.
Единицы измерения работы и мощности.
Работа измеряется в Джоулях (Дж). 1 Дж- работа, совершаемая силой в 1Н на пути, равном 1 м, при условии, что направление силы и перемещения совпадают. [Дж]=[Н м].
Мощность измеряется в Ваттах (Вт). 1 Вт- мощность при совершенной работе в 1 Н за время 1 с.
Кинетическая энергия.
Кинетическая энергия- изменение половины произведения массы тела на квадрат его скорости. EK=mv2/2. Кинетическая энергия тела массы m, движущегося со скоростью v, равна работе, которую нужно совершить, чтобы сообщить телу эту скорость. Кинетическая энергия- физическая величина, характеризующая движущееся тело; изменение этой величины равно работе силы, приложенной к телу. Теорема о кинетической энергии: работа силы (или равнодействующих сил) равна изменению кинетической энергии. A=EK1-EK2.
Связь между приращением кинетической энергии тела и работой приложенных к нему сил.
Изменение кинетической энергии материальной точки равно работе действующих на нее сила. ?x=?Н?t+a??t?2/2= ?Н?t+Fcos?(?t)2/2m= ?Н(m?К-m?Н)/Fcos?+ Fcos?( m?К-m?Н)2/2m(Fcos?)2. ?A= F?xcos?= m?К2/2-m?Н2/2= KК-KН=?K Для этого использовали следующие формулы: a= Fcos?/m, Fcos??t= m?К-m?Н ==>?t= (m?К-m?Н)/Fcos?.
Потенциальная энергия тела.
Потенциальная энергия тела- энергия, зависящая от положения тела или частиц тела относительно друг друга. Потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту над нулевым уровнем, равна работе силы тяжести при падении тела с этой высоты до нулевого уровня. A=EP=mgh. Потенциальная энергия деформированного тела равна работе силы упругости при переходе тела (пружины) в состояние, в котором его деформация равна нулю. A=kx2/2.
Потенциальная энергия тел вблизи поверхности Земли.
Потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту над нулевым уровнем, равна работе силы тяжести при падении тела с этой высоты до нулевого уровня. A=EP=mgh.
Потенциальная энергия упруго деформированного тела.
Потенциальная энергия деформированного тела равна работе силы упругости при переходе тела (пружины) в состояние, в котором его деформация равна нулю. A=kx2/2.
2Закон сохранения механической энергии.
Энергия превращается из одного вида в другой. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы. Полная энергия тела- сумма потенциальной и кинетической энергии тела. EK2+EP2=EK1+EP2.
2
2Электромагнитные волны. Их свойства.
Электромагнитная волна- процесс распространения электромагнитного поля (происходит со скоростью света). Однажды начавшийся в некоторой ты=очке пространства процесс изменения электромагнитного поля охватывает все новые и новые области окружающего пространства (Максвелл). ?=1/???0??0?. Электромагнитные волны- волны, направление колебаний которых перпендикулярно направлению их распространения (поперечные волны). Они отражаются, преломляются, поляризуются, то есть ведут себя идентично другим волнам. Мех. волны распространяются в в-ве: газе, жидкости, тв. теле. Однако сущ-т один вид волн, кот. не нуждается в каком-либо в-ве. Это ЭМВ, к кот., относятся радиоволны и свет. Несмотря на сущ-е отличие ЭМВ от мех. волн, ЭМВ при своём распространении ведут себя подобно мех. ЭМВ – это распространяющиеся во времени переменные эл. и магн. Поля. Условие возникновения ЭМВ – это движение q с ускорением. ЭМВ возникает благодаря тому, что перем. эл. поле порождает перем. магн. поле. Это перем. магн. поле в свою очередь порождает перем. эл. поле.
Для образования интенсивных ЭМВ необходимо создать эл. магн. кол-я достаточно высокой ?. Именно при этом условии Е эл. поля и В магн. поля будут меняться быстро. Кол-я высокой ? можно получить с помощью колеб. контура. ?0=1/?LC. Частота кол-й будет тем выше, чем меньше L и C колеб. контура. ЭМВ были впервые экспериментально обнаружены Герцем. Опыты Герца.
Герц проводил опыты с разрядом мощной индукционной катушки. Ему удалось получить сверхбыстрые колебания электрического тока прямолинейном отрезке проводника. Продолжая опыты, Герц установил, что быстрые колебания тока в одном проводнике способны вызвать колебания тока в другом проводнике, удаленном от первого на некоторое расстояние. К открытому колеб. контуру можно перейти от закрытого, раздвигать пластины конденсатора. В конце концов получится прямой провод. C и L вибратора Герца мала. Поэтому и частота кол-й весьма велика.
Свойства ЭМВ: ЭМВ поглощаются и преломляются подобно всем другим видам волн. ЭМВ волны явл. поперечными волнами. Это означает, что векторы Е и В ЭМП ? к направлению её распространения. Интерференция- сложение в пространстве 2-х волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих кол-й; дифракция- явление отклонения света от прямолинейного направления. Поляризация - док-т, что свет ь- поперечная волна. В опытах Герца ? сост. несколько десятков см. Вычислив ? ЭМК вибратора, Герц смог определить скорость ЭМВ по ф-ле ?=??(она ? с?300000км/с).
Дифракция- интерференция вторичных волн. Френель первым открыл это явление, проведя опыт: в центре тени от шара получено светлое пятно. Световые волны, огибая края шара, заходят в область тени и, достигая центра тени на экране, проходят одинаковые расстояния независимо от какой точки на краю шара они идут. В этом случае они достигают центра тени в одинаковой фазе и в результате интерференции усиливают друг друга, поэтому и получается светлое пятно. В остальных частях тени происходит поочередное наложение волн в противоположных и одинаковых фазах и мы видим концентрические темные и светлые пятна.
Билет № 13
1 Закон Паскаля.Жидкость или газ, заключенные в замкнутый сосуд, передают производимое на них поверхностное давление по всем направлениям одинаково.
Основным отличием жидкостей от твердых (упругих) тел является способность легко изменять свою форму. Части жидкости могут свободно сдвигаться, скользя друг относительно друга. Поэтому жидкость принимает форму сосуда, в который она налита. В жидкость, как и в газообразную среду, можно погружать твердые тела. В отличие от газов жидкости практически несжимаемы. Такое же давление на глубине h в соответствии с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стенки сосуда. Давление столба жидкости ?gh называют гидростатическим давлением. Сущ – т 3 агрегатных сост-я в-ва: тв., жид., газообр. Жидкость легко меняет свою форму, но её V не меняется. Многие газы прозрачны и бесцветны. V газа довольно легко изменить(сжать газ). Газы имеют одно особенное св-во: они занимают полностью всю, предоставленную им ёмкость. Газы не имеют собств формы, не имеют пост. V. В газах расстояние между мол-ми много больше размеров самих мол-л. Они двигаются хаотично и почти не притягиваются друг к другу. В жидкостях промежутки между мол-ми малы, притяжение значительно. Поэтому жидкости сохраняют свой V.
Гидравлический пресс.
В основе принципа лежи закон Паскаля. Приложим к поршню силу F, она создаст давление p=F1/S1 ==> Большой поршень начнет подниматься и создаст силу F2=pS2 ==> F2/F1=S2/S1. Гидравлический пресс позволяет с помощью малой силы уравновесить большую силу.
Давление жидкости на дно и стенки сосуда.
Пусть дно горизонтально, тогда Р=?gh, F=?ghS=?gV. Если дно обладает произвольной формой, но одинаковой площадью S, то F=?gV. m=?V=?Sh, mg=?ghS=PS==> P=mg/S. Давление на дно сосуда всегда одинаково, несмотря на его форму. На стенки давление жидкости будет Р=?gh, где h- глубина, на которой измеряется давление на стенки.
Закон Архимеда для тел, находящихся в жидкости или газе жидкости и газе.
Закон Архимеда: на тело, помещенное в газ или жидкость, действует вертикально вверх сила, равная весу вытесненного телом газа или жидкости. Выталкивающая сила всегда приложена к центру тяжести вытесненного объема жидкости или газа. m=pg; FA=pжV;
Плавание тел.
На тело, погруженное в жидкость, действуют сила тяжести и выталкивающая сила. Если первая сила больше, то тело тонет, если нет, то всплывает. Всплывание происходит до тех пор, пока силы не станут равны. На тело, нах внутри жидкости, действуют 2 силы: Fт=FА: 1)Если Fт>FА, то тело будет опускаться на дно. 2)Если Fт=FА, то тело плавает внутри жидкости. 3) Если Fт
2)принцип радиосвязи заключ. в следующем. перем. эл. ток высокой ?, созданный в передающей антене, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющийся ЭМП, кот. распространяется в виде ЭМВ. Достигая приёмной антена, ЭМВ вызывает в ней перем. ток той же ?, на кот. работает передатчик.
Модуляция- для осуществления радиотелефонной связи необходимо исп-е высокочастотных кол-й, интенсивно излучаемых антенной. Незатух. гарм. кол-я высокой ? вырабатывает генератор. Для передачи звука эти высокочастотные кол=я изменяют, или, модулируют, с помощью эл. кол-й низкой ?. Амплитудная модуляция – изменение амплитуды высокочастотных кол-й со звуковой частотой. Модуляция – медленный процесс.
Детектирование – в приёмнике из модулированных кол-й высокой частоты выд-тся низкочастотные колебания. Полученный в рез-те детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук. Детектирование осущ. устройством, содержащим эл-т с односторонней проводимостью – детектор. Таким эл-м может быть вакуумный и полупроводникой диод. Пусть этот прибор включён в цепь последовательно с источником модулированных кол-й и нагрузкой(резистором). Ток в цепи будет течь преимущественно в одном направлении, т.к. R диода в прямом направлении
Изобретение радио Поповым: Начал с воспроизведения опытов Герца, но затем стал исп. чувствит. Способ регистрации ЭМВ. В качестве детали, непосредственно чувствующей ЭМВ, Попов исп. когерер(стеклянная трубка с двумя эл-дами на концах и метал. опилками внутри). Действие прибора основано на влиянии разрядов на опилки. В обычных условиях когерер обладает большим R. т.к. опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая ЭМВ создаёт в когерере перем. ток высокой ?. Между опилками проскакивают искры, кот. какбы склеивают их. В результате R когерера резко падает. Снова вернуть прибору большое сопр-е можно если встряхнуть его. Попов для этого использовал звуковое устр-во. Цепь эл. звонка замыкалась с помощью реле в момент прихода ЭМВ. С окончанием приёма волны работа звонка сразу прекращалась. Чтобы повысить чувствительность прибора Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки. 7 мая 1895 г. – на заседании Русского физ-хим об-ва в Пите-ре Попов продемонстрировал действие своего прибора.
Радиолокация – это обнаружение и точное определение местонахождения объектов с помощью радиоволн. В её основе лежит св-во отражения радиоволн. Радиолокационная установка- радиолокатор (радар)- сост. из передающей и приёмной антенны. Определение расстояния производится путём измерения времени прохождения радиоволн до цели и обратно. R=Сt/2. Для фиксации сигналов исп-т эл-лучевую трубку. Радиолокаторы исп-т для обнаружения самолётов и кораблей, в случае погоды, для локации планет и др.
Телевидение – радиоволны исп-т не только для передачи звука, но и для передачи изображения. На передатчике изображение преобраз. в последовательность эл. сигналов. Этими сигналами затем модулируют кол-я, вырабатываемые генератором высокой ?. В приёмнике высокочастотной модуляции кол-я детектируются, а потом преобраз-я в видимое изображение. Для передачи движения исп-т принцип кино. Изображение кадра преобразовывается с помощью иконоскопа в эл. сигналы. Внутри него располагается мозаичный экран на кот. проецируется изоб-е объекта. Каждая ячейка мозаики заряжается. Этот заряд меняется при попадании на ячейку эл. пучка, создаваемого эл. пушкой. Такой же сигнал получается в приёмнике после детектирования. Это видео сигнал. Он преобразован в видимое изоб-е на экране кинескопа. Его эл. пушка снабжена электродом, управляющим числом е в пучке. Телевизионные радиосигналы могут быть переданы только в диапазоне ультракоротких волн. Для получения цветного изоб-я осущ-ся передача 3-х видео сигналов, несущих компоненты изоб-я, соответ. Основным цветам: кр, зел,син.
Развитие средств связи: передача инф-ции на расстояние может осущ-ся с помощью проводной (кабели) или беспроводной связи (радиоволны). Проводная связь - радиотрансляционная, телефонная связь, кабельное телевидение. Беспроводная – радиовещание, телевидение. Спутниковая радиосвязь обеспечивает телевизионную передачу на большие расстояния, позволяет осущ-ть “телемосты”.
Билет № 14
Гидродинамика – раздел гидромеханики, изучает движение жидкостей и воздействие их на обтекаемые ими твердые тела. Теоретические методы гидродинамики основаны на решении точных или приблизительных ур-й, описывающих физ. явл-я в движущихся жидкости или газе. Для кораблей, самолётов, ракет. Аэродинамика- раздел аэромеханики, в кот. изучаются законы движения газа(воздуха) и силы, возникаюшие на поверхности обтекаемые газом тело. Осн. Задачи – определ. Сил, действ. на движ-ся в газе тело, распределения давления на его поверхности; изучение направления струй воздуха вокруг него.
Уравнение Бернулли: Давление в жидкости, текущей по горизонтальной трубе переменного сечения, больше в тех сечениях потока, в которых скорость ее движения меньше, и наоборот, давление меньше в тех сечениях, в которых скорость больше. E2 – E1 = ?A = (p1 – p2)?V,; ---уравнение Бернули. ; Если сечение потока жидкости достаточно велико, то уравнение Бернулли следует применять к линиям тока, т. е. линиям, вдоль которых перемещаются частицы жидкости при стационарном течении. Например, при истечении идеальной несжимаемой жидкости из отверстия в боковой стенке или дне широкого сосуда линии тока начинаются вблизи свободной поверхности жидкости и проходят через отверстие.
Значение работ Н. Е. Жуковского в развитии авиации рус. учёный, основоположник современной аэродинамики. Член-корреспондент академии наук Питера. Труды по теории авиации. Исследования по механики тв. тела, гидравлике, прикладной механики. Участник создания аэродинамического института в Кучино под Москвой(1904). Теория возникновения подъёмной силы крыла при обтекании потока воздуха.
Подъёмная сила крыла самолёта Из-за специального профиля крыла и наличия угла атаки, т. е. угла наклона крыла по отношению к набегающему потоку воздуха, скорость воздушного потока над крылом оказывается больше, чем под крылом. Поэтому на рис. 1.22.4 линии тока над крылом располагаются ближе друг к другу, чем под крылом. Из уравнения Бернулли следует, что давление в нижней части крыла будет больше, чем в верхней; в F. результате появляется сила Fy, действующая на крыло. Вертикальная составляющая этой силы называется подъемной силой. Подъемная сила позволяет скомпенсировать силу тяжести, действующую на самолет, и тем самым она обеспечивает возможность полета тяжелых летательных аппаратов в воздухе. Горизонтальная составляющая Fx представляет собой силу сопротивления среды. Теория подъемной силы крыла самолета была создана Н. Е. Жуковским. Он показал, что существенную роль при обтекании крыла, играют силы вязкого трения в поверхностном слое. В результате их действия возникает круговое движение (циркуляция) воздуха вокруг крыла (зеленые стрелки на рис. 1.22.4). В верхней части крыла скорость циркулирующего воздуха складывается со скоростью набегающего потока, в нижней части эти скорости направлены в противоположные стороны. Это и приводит к возникновению разности давлений и появлению подъемной силы. Циркуляция воздуха, обусловленная силами вязкого трения, возникает и вокруг вращающегося тела.
Электромагнитная природа света.
Свет- электромагнитные волны, которые лежат (400?800)10-9м. Световые волны излучаются электронами. Электроны в спокойном состоянии не излучают свет, для этого им нужно сообщить дополнительную порцию энергии, и чтобы свет не исчезал необходим приток энергии.
Методы измерения скорости света Впервые скорость света лабораторным методом удалось измерить фран. Физику И. Физо(1879). В опыте Физо свет от источника, пройдя через линзу и падал на полу прозрачную пластинку. После отражения от пластинки сфокусированный узкий пучок направлялся на периферию, быстровращающегося зубчатого колеса. Пройдя между зубцами свет достигал дальное зеркало. Отразившись от зеркала свет, прежде чем попасть в глаз наблюдателя должен был пройти опять межу зубцами. Когда колесо вращалось медленно, свет, отражённый от зеркала был виден. При увеличении скорости вращения он постепенно исчезал. Пока свет, прошедший между двумя зубцами шёл от зеркала и обратно, колесо успевало повернуться так, что на месте прорези вставал зубец и свет переставал быть видимым. При дальнейшим увеличении скорости вращения свет снова становился видимым. Очевидно, что за время распространения света от зеркала и обратно колесо успело повернуться на столько, что на место прежней прорези становилась др. прорезь. Зная это время и расстояние межу колесом и зеркалом можно определить скорость света.( l=8.6 км ?=313000 км/с).
Уравнение волны W=Li2/2+q2/2C; ==>(Li2/2)`+(q2/2C)`=0;==> (Li2/2)`=
-(q2/2C)`==>L/2*2ii`=-1/2Cqq`. Производная заряда по времени представляет собой силу тока в данный момент времени: i=lim?t?0?q/?t=q`;==>Li`I=-qi/C; производная силы тока по времени есть не что иное, как вторая производная заряда по времени, подобно тому, как производная скорости(ускорение) есть вторая производная по времени. Подставив в уравнение i`=q``и разделив левую и правую части этого ур-я на Li, получим основное ур-е, описывающее свободные электромагнитные кол-я в контуре: q``=-1/LC*q.
Билет № 15
Понятие о колебательном движении.
Колебание- движение, при котором тело (материальная точка) поочередно смещается то в одну, то в другую сторону. Условия, необходимые для наличия колебаний:
1)наличие возвращающей силы, возникшей в системе в результате выведения ее из положения равновесия;
2)отсутствие трения в системе (или очень мало);
3)система должна обладать инертностью.
Период и частота колебаний.
Период- время одного полного колебания; T=2??m/k?, T=2??l/g?. Частота- число полных колебаний за единицу времени. 1Герц (Гц)- частота такого колебательного движения, при котором колеблющееся тело совершает одно полное колебание за одну секунду. ?Гц???1/с?
Гармонические колебания.
Гармонические колебания- колебания, при которых величина смещения тела от положения равновесия с течением времени подчиняется законам: x=Asin(?t+?0), x=Acos(?t+?0).
Закон свободных гармонических колебаний: x=Asin(?t+?0), x=Acos(?t+?0); ?=x?(t)=А?cos(?t+?0); a=??(t)=-А?2sin(?t+?0).
Гармонические колебания характеризуют:
1)период- время одного полного колебания; T=2??m/k?, T=2??l/g?;
2)амплитуда- максимальное смещение от положения равновесия;
3)частота- число полных колебаний за единицу времени. 1Герц (Гц)- частота такого колебательного движения, при котором колеблющееся тело совершает одно полное колебание за одну секунду.
Смещение, амплитуда и фаза при гармонических колебаниях.
Смещение тела относительно положения равновесия можно определить в любой момент по формуле: x=Asin(?t+?0), x=Acos(?t+?0). Амплитуда- максимальное смещение от положения равновесия. Фаза колебаний- это все, что стоит под знаком синуса или косинуса. Она определяется величиной, измеряемой долей периода, прошедшей от начала колебания.
Свободные колебания.
Свободные колебания- колебания, возникшие в системе под действием внутренних сил этой системы после того, как она была выведена из положения равновесия. Внутренние силы- силы, действующие между телами внутри рассматриваемой системы.
Колебания груза на пружине.
Система, состоящая из тела, скрепленного с пружиной. После выведения этой системы из состояния равновесия пружина окажется деформированной, а на тело будет действовать сила упругости- тело будет колебаться.
Математический маятник.
Математический маятник- подвешенный к тонкой нити груз, размеры которого много меньше длины нити, а его масса много больше массы нити (т.е. груз можно считать материальной точкой, а нить невесомой).
Периоды их колебаний.
Fупр.+Fтяж.=F, проектируем на ось.
F=0-mgsin?=-mgx/l=-kx=ma
-kx=ma ==>a=-kx/m;
k/m=?2; ?=?k/m?=2?/T
Период колебаний груза на пружине: T=2??m/k?
Так как k=mg/l, то период колебаний математического маятника T=2??l/g?.
Превращение энергии при гармонических колебаниях.
t=0: выведение тела из положения равновесия, сообщение телу потенциальной энергии, нет скорости тела ; EP=kx2/2.
t=T/8: возникает у тела скорость под действием силы упругости.
t=T/4: прохождение телом положение равновесия с мах скоростью.
t=3T/8: тело смещается в противоположную сторону.
t=T/2: тело смещается в крайнее положение, нет скорости тела.
Затухающие колебания.
Любые колебания являются затухающими, если они не имеют источника энергии извне. Этому способствует сила трения.
Вынужденные колебания.
Вынужденные колебания- колебания системы, которые вызываются действием на нее внешней силы, периодически изменяющейся с течением времени. F=F0sin?t, F=F0cos?t.
Резонанс.
Резонанс- резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты вынуждающей силы, действующей на систему, с частотой свободных колебаний.
2)Интерференция света.
Свет, как любые другие колебания, может интерферировать. Но интерферировать могут только те световые волны, которые были получены путем разделения излучения от одного источника на два разных направления, которые потом соединяются в какой-то области пространства. Свет испускается только возбужденными атомами. Время испускания ?=10-8с. Период колебаний испускаемых им волн Т=10-15с. За это время они успевают испустить N=107 длин волн. Интерференция- сложение в пространстве 2-х волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих кол-й; фотоаппараты, перископы, кинопроекторы.
Цвета тонких пленок Английский учёный Томас Юнг первый пришёл к гениальной мысли о возможности объяснения цветов тонких плёнок сложением волн. Одна из которых отражается от наружной поверхности плёнки, а вторая от внутренней. При этом происходит интерференция световых волн. Рез-т (усиление или ослабление результирующих колебаний) зависит от угла падения света на плёнку, её толщины и длины волны. Усиление света произойдёт в том случае, если преломленная 2 волна отстанет от отражения волны 1 на целое число длин волн. Если же вторая волна отстанет от первой на половину длины волны или на нечётное число полуволн, то произойдёт ослабление света. Юнг также понял, что различие в цвете связано с различием в длине волны(или частоте световых волн). Световым пучкам различного цвета соотв-т волны различной длины. Для взаимного усиления волн, отличающихся друг от друга длиной(углы падения предполагаются одинаковыми), требуется различная толщина плёнки. Сл-но, если плёнка имеет неодинаковую толщину, то при освещении её белым светом должны появиться различные цвета.
Когерентные источники- источники колебаний, происходящих в одной фазе с одинаковой частотой. Два различных источника не могут быть когерентными.
Условия образования максимумов и минимумов в интерференционной картине.
При наложении двух когерентных волн происходит перераспределение энергии по волновому фронту, в результате чего происходит чередование областей максимума и минимума.
Опыт Юнга.
На экране кончиком булавки прокалывались два близко расположенных отверстия, которые освещались солнечным светом из небольшого просвета в зашторенном окне. За экраном вместо ожидаемых двух ярких точек появлялась серия чередующихся темных и светлых колец. Юнг назвал это явление общим законом интерференции.