Механическая энергия. Ее виды
Если тело может совершить механическую работу, то оно обладает механической энергией Е (Дж). Либо, если внешняя сила совершает работу, воздействуя на тело, его энергия изменяется.
Сучествует два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.
Кинетическая энергия – энергия движущихся тел:
где v (м/с) – модуль скорости, m – масса тела.
Потенциальная энергия – энергия взаимодействующих тел
Примеры потенциальной энергии в механике.
Тело поднято над землей: Е = mgh
где h – высота, определяемая от нулевого уровня (или от нижней точки траектории). Форма траектории не важна, имеет значения только начальна и конечная высота.
Упруго деформированное тело. Деформация, определяемая от положения недеформированного тела (пружины, шнура и т.п.).
Вопрос№10 Механические колебания. Параметры колебательного движения.
Колебательным движением (колебаниями) называют всякий процесс, который обладает свойством повторяемости во времени
Периодическим называется движение, при котором физические величины, характеризующие колебательную систему, через равные промежутки времени принимают одни и те же значения.
При периодическом колебательном движение тело (материальная точка) перемещается вблизи устойчивого положения равновесия, отклоняясь то в одну, то в другую сторону. При этом через любую точку траектории, за исключением крайних, тело проходит как в прямом, так и в обратном направлении. Следовательно, отличительным признаком колебательного движения является его возвратность.
Например, механическим колебательным движением является: движение тела, подвешенного на нити (маятник), колебания тела, подвешенного на пружине (пружинный маятник), колебания струн, вибрации фундаментов зданий.
Таким образом, отличительными признаками колебательного движения являются: 1) повторяемость движения; 2) возвратность движения (движение как в прямом, так и в обратном направлении).
Для существования механических колебаний необходимо:
наличие силы, стремящейся возвратить тело в положение равновесия при малом смещении из этого положения;
достаточно малое трение в системе, поскольку, в противном случае, колебания быстро затухнут или вообще не возникнут.
Величины, характеризующие колебания
Наиболее важными величинами, характеризующими механические колебания, являются:
число колебаний за некоторый промежуток времени t. Обозначается буквой N;
координата материальной точки или ее смещение (отклонение) — величина, характеризующая положение колеблющейся точки в момент времени t относительно положения равновесия и измеряемая расстоянием от положения равновесия до положения точки в заданный момент времени. Обозначается буквой x, измеряется в метрах (м);
амплитуда — максимальное смещение тела или системы тел из положения равновесия. Обозначается буквой A или xmax, измеряется в метрах (м);
период — время совершения одного полного колебания. Обозначается буквой T, измеряется в секундах (с);
частота — число полных колебаний в единицу времени. Обозначается буквой ν, измеряется в герцах (Гц);
циклическая частота, число полных колебаний системы в течение 2π секунд. Обозначается буквой ω, измеряется в радиан в секунду (рад/с);
фаза — аргумент периодической функции, определяющий значение физической величины в любой момент времени t. Обозначается буквой φ, измеряется в радианах (рад);
начальная фаза — аргумент периодической функции, определяющий значение физической величины в начальный момент времени (t = 0). Обозначается буквой φ0, измеряется в радианах (рад).
Эти величины связаны между собой следующими соотношениями:
T=tN, ν=1T=Nt,
ω=2π⋅ν=2πT, φ=ω⋅t+φ0.
Вопрос№11 Механические волны. Характеристики волн. Звук.
Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые по отношению к тому, как они воспринимаются органами чувств животных и человека[1].
Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит колебания, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц[2]. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, —ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком
|
Механическая волна. Поперечные и продольные волны в среде В среде между ее частицами существуют силы взаимодействия. Если за счет внешнего источника энергии (внешней силы) вызвать колебания одних частиц среды, то возникают вынужденные колебания соседних частиц, которые, в свою очередь, вызывают колебания следующих частиц среды. Процесс распространения колебаний частиц среды или другого типа возмущения среды называют механической волной. Волны, в которых колебания частиц происходят вдоль направления распространения волны, называются продольными.
Волны, в которых колебания частиц происходят перпендикулярно направлению распространения волны, называются поперечными. В продольной волне возмущения представляют собой сжатие (или разрежение) среды, а в поперечной – смещение (сдвиг) одних слоев среды относительно других. Пример продольных волн – распространение звука (зон сжатия) в газах, жидкостях и твердых телах, пример поперечных волн – распространение звука в твердом теле, волны на поверхности воды, на веревке или на пружине.
Деформация сжатия всегда сопровождается возникновением силы упругости, в то время как деформация сдвига приводит к появлению сил упругости только в твердых телах; сдвиг слоев в газах и жидкостях возникновением сил упругости не сопровождается. Поэтому продольные волны могут распространяться во всех средах: жидких, твердых, газообразных, а поперечные – только в твердых. Рассмотрим основные характеристики волны.
Луч указывает направление распространения волны. В зависимости от формы фронта волны различают волны плоские, сферические и др. В плоской волне волновые поверхности представляют собой плоскости, перпендикулярные к направлению распространения волны. Плоские волны можно получить на поверхности воды в плоской ванночке с помощью колебаний плоского стержня (рис. 1). В сферической волне волновые поверхности представляют собой концентрические сферы. Сферическую волну может создать пульсирующий в однородной упругой среде шар. Такая волна распространяется с одинаковой скоростью по всем направлениям. Лучами являются радиусы сфер (рис. 2). Основными характеристиками волны:
T=tN, где t — промежуток времени, в течение которого совершаются N колебаний;
ν=Nt. Частота волны определяется частотой колебаний источника;
λ=υ⋅T. Для характеристики энергии, переносимой волнами, используется понятие интенсивности волны (I), определяемой как энергия (W), переносимая волной в единицу времени (t = 1 c) через поверхность площадью S = 1 м2, расположенную перпендикулярно к направлению распространения волны:
I=WS⋅t. Вопрос№12 Основные положения МКТ и их опытное обоснование. |
Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений: - все тела состоят из частиц, размером которых можно пренебречь: атомов, молекул и ионов; - частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом); - частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений. Основными доказательствами этих положений считались: - Диффузия - Броуновское движение - Изменение агрегатных состояний вещества
Вопрос№13 Идеальный газ. Основное уравнение МКТ