ТЕМА-2

1. Определите понятия: детерминированный, недетерминированный, стохастический. К чему они относятся?

Детерминированность – от латинского определяемость. Детерминированность может подразумевать определяемость на общегносеологическом уровне или для конкретного алгоритма. Под детерминированностью процессов в мире понимается однозначная предопределённость. Является антонимом стохастичности.

Стохастичность (др.-греч. — цель, предположение) означает случайность. Стохастический процесс — это процесс, поведение которого не является детерминированным, и последующее состояние такой системы описывается как величинами, которые могут быть предсказаны, так и случайными. Однако, по М. Кацу^[1] и Э. Нельсону^[2], любое развитие процесса во времени (неважно, детерминированное или вероятностное) при анализе в терминах вероятностей будет стохастическим процессом (иными словами, все процессы, имеющие развитие во времени, с точки зрения теории вероятностей, стохастические).

Явления (ситуации) в которых результат полностью определяется влияющими на него факторами, называется детерминированными или закономерными, а те, в которых это не выполняется –недетерминированными или стохастическими (слово стохастический происходит от греческого слова, что в дословном переводе означает угадывать)

2. Различают следующие виды трения: Назовите и поясните.

Различают следующие виды трения: Назовите и поясните;

Поясните понятие – сила трения. Назовите и поясните виды трения.

При перемещении одного тела по поверхности другого всегда возникает сила, препятствующая движению. Она-то и называется силой трения.

Сила трения всегда направлена против движения, то есть всегда является силой сопротивления, поэтому выполняемая ею работа всегда отрицательна.

Различают следующие виды трения.

1. Трение покоя, которое проявляется в том случае, когда тело, находящееся в состоянии покоя, приводится в движение. Коэффициент трения покоя обозначают . Ok

2. Трение скольжения, возникающее при наличии движения тела. Оно меньше трения покоя.

3. Трение качения, которое проявляется в том случае, когда тело катится по опоре. Это трение значительно меньше трения скольжения.

ТЕМА-2

3. Определите понятие: работа.

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

4. Поясните понятие – гелиоэнергетика. Приведите примеры.

Гелиоэнергетика - (Гелиоэнергетика) - получение электрической или тепловой энергии за счет солнечной энергии, одно из самых перспективных направлений нетрадиционной энергетики. Различают два основных варианта Гелиоэнергетика: физический и биологический. При физическом варианте Гелиоэнергетика энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. Исследования по Гелиоэнергетика частично финансируются Всемирным банком по программе.

Солнечные коллекторы широко применяются в Японии, Израиле, Турции, Греции, на Кипре, в Египте для нагревания воды и отопления. Ряд предприятий РФ изготовляют несколько типов солнечных сушилок для сельскохозяйственных продуктов, которые позволяют сократить затраты энергии на единицу сухого продукта на 40%. Выпускаются в РФ и усовершенствованные плоские солнечные коллекторы и комплексные водонагревательные установки.   Солнечные элементы (фотоэлектрические преобразователи, ФЭП) широко используются в космических аппаратах. Однако более экономичнаГелиоэнергетика с использованием системы зеркал, которые нагревают масло в трубах солнечных электростанций (СЭС). Энергия, получаемая на СЭС, в 5-7 раз дешевле, чем энергия ФЭП. Недостатком СЭС являются лишь очень большие затраты металла на их сооружение (в пересчете на единицу производимой энергии они в 10-12 раз выше, чем при производстве энергии на ТЭС или АЭС). Затраты цемента при этом еще выше: в 50-70 раз. СЭС занимают большие площади, и потому их строительство перспективно только в пустынях. Так, к югу от Лос-Анджелеса построена СЭС мощностью 80 МВт, причем затраты на ее строительство быстро окупились, получаемая энергия на 1/3 дешевле, чем энергия АЭС

ТЕМА-2

5. Определите понятие: энергия.

Эне́ргия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Понятие «энергия» связывает воедино все явления природы. В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии: механическую, электромагнитную, ядерную и др. С фундаментальной точки зрения энергия представляет собой интеграл движения (то есть сохраняющуюся при движении величину), связанный с однородностью времени. Таким образом, введение понятия энергии как физической величины целесообразно только в том случае, если рассматриваемая физическая система однородна во времени. Энергия – это внутреннее свойство людей и тел совершать работу.

6. Что называют диссипативными силами? Приведите примеры.

Диссипативные силы – силы,при действии которых на механическую систему её

полная механическая энергия убывает (то есть диссипирует) ,переходя в другие

,немеханические формы энергии.

Любая диссипативная сила может быть представлена в виде

,

где - положительный коэффициент, зависящий в общем случае от скорости;

- скорость данной частицы относительно другой частицы (среды), с которой она взаимодействует. Сила всегда направлена противоположно вектору .

Примеры:

• Силы вязкого или сухого трения;

• Сила аэродинамического сопротивления воздуха;

• Сила трения скольжения; (Если коэффициент трения скольжения шина сухой асфальт (коэффициент сцепления) в зависимости от типа используемой резины составляет 0,7 – 0,9, то коэффициент сцепления при влажном состоянии дороги – 0.4, при снеге -0.3, при укатанном снеге – 0.25, при зеркально гладком льду -0,1. Очевидно, что тормозной путь увеличивается на скользких покрытиях; например, при торможении на гололеде тормозной путь в 9 раз больше по сравнению с торможением на сухом асфальте. Соответственно, для обеспечения того же уровня безопасности движения по наледи необходимо во столько же раз снизить скорость транспортного средства (рис). На укатанном снегу при самой обычной скорости 60-80 км/ч автомобиль будет скользить 55-100 м.)

ТЕМА-2

7. Кинетическая энергия материального объекта – как она определена?

Кинети́ческая эне́ргия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек в выбранной системе отсчёта. Кинетическая энергия движущегося тела равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости. Кинетическая энергия характеризует состояние движущегося тела и не зависит от координат тела, а также от того взаимодействует ли это тело с другими телами или нет. Направление скорости также не оказывает влияние на кинетическую энергию. приращение кинетической энергии частицы при некотором перемещении равно алгебраической сумме работ всех сил, действующих на частицу на том же перемещении. При этом для кинетической энергии совершенно не важно, о каком виде сил идет речь. Это может быть сила тяготения, упругости или трения. Если работа силы положительна ,то есть кинетическая энергия возрастает, скорость тела увеличивается и работа расходуется на то, чтобы сообщить частице дополнительную скорость. Если работа силы отрицательна, то есть кинетическая энергия убывает, скорость тела уменьшается и работа расходуется на то, чтобы преодолеть, к примеру, сопротивление упругих сил или противодействовать силе тяготения.

8. Что называют деформацией? Зависимость силы упругости от величины деформации выражается Законом Гука. Сформулируйте его

Изменение размеров и формы тела под действием внешней силы называют деформацией. Сила упругости, возникающая при деформации, направлена в сторону, противоположную направлению смещения частиц тела, вызванного деформацией. При деформации соприкасающихся тел сила упругости перпендикулярна к поверхности соприкосновения. Деформация называется упругой, если после прекращения действия силы деформация полностью исчезает. Упругие тела – стальная пружина.

Зависимость силы упругости от величины деформации выражается Законом Гука, по имени английского ученого З. Гука (1635 -1703). Сила упругости , возникающая при упругой деформации, пропорциональна деформации тела:

,

где - радиус вектор частицы А тела относительно точки О;

к – жесткость упругого тела.

ТЕМА-2

9. Потенциальная энергия материального объекта – как она определена?

Потенциальная энергия— скалярная физическая величина, представляющая собой часть полной механической энергии системы, находящейся в поле консервативных сил. Зависит от положения материальных точек, составляющих систему, и характеризует работу, совершаемую полем при их перемещении. Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия, по крайней мере, двух тел. Поэтому применить это понятие к одному (к так называемому изолированному телу) нельзя. Для полей гравитационных сил потенциальная энергия определяется формулой : В однородном поле тяжести потенциальная энергия определяется как: U(z)=mgz Потенциальная энергия в поле упругой силы определяется как: Следует обратить внимание, что потенциальная энергия U(r) - это функция, которая определяется с точностью до некоторой произвольной постоянной С, зависящей от того, каким образом был выбран нулевой уровень состояния системы (нулевой уровень потенциальной энергии). Падающее тело h1>h2 совершает положительную работу, а его потенциальная энергия убывает. Если тело поднимается вверх h1<h2, то однородная сила тяжести совершает отрицательную работу и потенциальная энергия при этом увеличивается. Потенциальные силы это такие силы, работа которых при перемещении частицы зависит только от начального и конечного положения частицы в пространстве. Работа таких сил равна убыли потенциальной энергии.

10. Какие явления в природе называются тепловыми? Охарактеризуйте.

Тепловые явления – явления связанные с нагреванием или охлаждением тел. К тепловым явлениям относят нагревание, охдаждение, плавление, отвердевание, кипение и конденсацию. Изменение внутренней энергии тела без совершения работы называется теплопередачей. Существует три вида теплопередачи.

1. Теплопроводность – перенос энергии от одного тела к другому. При этом вещество не перемещается, переносится только энергия.

2. Конвекция – это перенос энергии потоками жидкости или газа

Третий способ передачи энергии – излучение. Энергию излучают все нагретые тела. Чем выше температура, тем сильнее тепловое излучение

ТЕМА-2

11. Определите понятие: полная энергия.

Полная энергия физического тела - это сумма его потенциальной, кинетической и внутренней энергий. Полная энергия тела пропорциональна его массе.

12. Исследования тепловых явлений и свойств макросистем позволяют проводить на основе двух качественно различных, но взаимно дополняющих методов: назовите и поясните.

Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух качественно различных, но взаимно дополняющих методов исследования тепловых явлений и свойств макросистем:термодинамического и статистического (молекулярно-кинетического). Первый из них лежит в основе термодинамики, второй – молекулярной физики.

Термодинамический метод исследования заключается в том, что состояние термодинамической системы задается Термодинамическими параметрами(параметрами системы), характеризующими ее свойства. В качестве таковых обычно выбирают Абсолютную Температуру (температуру по шкале Кельвина – Т), Давление (Р), Молярный объем (объем одного моля вещества –VМ). Параметры связаны друг с другом, поэтому состояние системы можно представить в виде уравнения. Например, для идеального газа массой в один моль эту связь выражает уравнение Менделеева-Клапейрона: PVМ = RT

Термодинамический метод устанавливает связи между макроскопическими свойствами тел, рассматривая эти свойства как бы снаружи, не вникая в структуру вещества. Он изучает общие закономерности передачи и превращения энергии. он успешно применяется во всех отраслях естествознания (химии, биологии и др.). Однако, с другой стороны, термодинамический метод ограничен, так как не дает информации о механизме явлений.

Поведение громадного числа молекул, составляющих макротела, изучается также Статистическим Методом, который основан на том, что свойства макротел определяются свойствами молекул, особенностями их движения (скоростью, энергией, импульсом и т. д.) и взаимодействия. Например, температура может быть выражена через среднее значение кинетической энергии движения молекул. Статистический метод дает представление о механизме тепловых процессов, рассматривая их как бы изнутри макротел, он существенно дополняет термодинамический метод

ТЕМА-2

13. Какой вид будут иметь графики зависимости неизменной силы и работы в зависимости от перемещения, если сила совпадает с направлением перемещения?

Графики зависимости неизменной силы и работы в зависимости от перемещения, при условии если сила совпадает с направлением перемещения имеют вид прямоугольника, построенного в системе координат «сила-перемещение». В графике с осями сила и перемещение, прямая указывает что тело перемещается с одинаковой силой во все моменты перемещения, а в графике с осями работа и перемещение, чем больше тело перемещается, тем большую работу оно выполняет.

14. Что такое термодинамика? Определите понятие температуры.

Термодинамика (от греч. тепло, сила) – раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии.

Температура (от лат. нормальное состояние) – скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

ТЕМА-2

15. Какой вид будут иметь графики зависимости неизменной силы и работы в зависимости от перемещения, если сила и направление перемещения составляют между собой угол ?

Графики зависимости неизменной силы и работы в зависимости от перемещения, при условии если сила и направление перемещения составляют между собой угол , определяются площадью прямоугольника, образованного силой и перемещением. Также график изображается в виде радиус-векторов, которые образуют между собой данный угол .

16. В основе молекулярно-кинетических представлений о строении и свойствах макросистем лежат три основных положения: назовите и поясните.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е. состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.

2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало

ТЕМА-2

17. Определите физическую величину – мощность. Поясните понятие средней мощности.

Мощность – это работа, совершаемая силой за единицу времени. Мощность используется для характеристики скорости, с которой выполняется работа.

Средняя мощность силы – скалярная физическая величина N, равная отношению работа А, совершаемой силой, к промежутку времени Δt, в течении которого она совершается.

18. Поясните понятия: «термодинамическая температура» и «абсолютный ноль».

Термодинамичекская температура - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы; физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

Абсолютный ноль - минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. Абсолютный нуль служит началом отсчёта абсолютной температурной шкалы, например, шкалы Кельвина

ТЕМА-2

19. Поясните понятие – сила трения. Назовите и поясните виды трения.

Различают следующие виды трения: Назовите и поясните;

Поясните понятие – сила трения. Назовите и поясните виды трения.

При перемещении одного тела по поверхности другого всегда возникает сила, препятствующая движению. Она-то и называется силой трения.

Сила трения всегда направлена против движения, то есть всегда является силой сопротивления, поэтому выполняемая ею работа всегда отрицательна.

Различают следующие виды трения.

1. Трение покоя, которое проявляется в том случае, когда тело, находящееся в состоянии покоя, приводится в движение. Коэффициент трения покоя обозначают . Ok

2. Трение скольжения, возникающее при наличии движения тела. Оно меньше трения покоя.

3. Трение качения, которое проявляется в том случае, когда тело катится по опоре. Это трение значительно меньше трения скольжения.

20. Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает внутренней энергией: назовите и поясните.

Одним из важнейших понятий термодинамики является внутренняя энергия тела. Все макроскопические тела обладают энергией, заключенной внутри самих тел. С точки зрения молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии всех атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. В частности, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий всех частиц газа, находящихся в непрерывном и беспорядочном тепловом движении.

Внутренняя энергия U как функция состояния вводится первым началом термодинамики, согласно которому разность между теплотой Q, переданной системе, и работой W, совершаемой системой, зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути перехода, т.е. представляет изменение фуникции состояния ΔU

ТЕМА-2

21. Поясните понятие – гелиоэнергетика. Приведите примеры.

Гелиоэнергетика - (Гелиоэнергетика) - получение электрической или тепловой энергии за счет солнечной энергии, одно из самых перспективных направлений нетрадиционной энергетики. Различают два основных варианта Гелиоэнергетика: физический и биологический. При физическом варианте Гелиоэнергетика энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. Исследования по Гелиоэнергетика частично финансируются Всемирным банком по программе.

Солнечные коллекторы широко применяются в Японии, Израиле, Турции, Греции, на Кипре, в Египте для нагревания воды и отопления. Ряд предприятий РФ изготовляют несколько типов солнечных сушилок для сельскохозяйственных продуктов, которые позволяют сократить затраты энергии на единицу сухого продукта на 40%. Выпускаются в РФ и усовершенствованные плоские солнечные коллекторы и комплексные водонагревательные установки.   Солнечные элементы (фотоэлектрические преобразователи, ФЭП) широко используются в космических аппаратах. Однако более экономичнаГелиоэнергетика с использованием системы зеркал, которые нагревают масло в трубах солнечных электростанций (СЭС). Энергия, получаемая на СЭС, в 5-7 раз дешевле, чем энергия ФЭП. Недостатком СЭС являются лишь очень большие затраты металла на их сооружение (в пересчете на единицу производимой энергии они в 10-12 раз выше, чем при производстве энергии на ТЭС или АЭС). Затраты цемента при этом еще выше: в 50-70 раз. СЭС занимают большие площади, и потому их строительство перспективно только в пустынях. Так, к югу от Лос-Анджелеса построена СЭС мощностью 80 МВт, причем затраты на ее строительство быстро окупились, получаемая энергия на 1/3 дешевле, чем энергия АЭС

22. Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы при ее взаимодействии с внешними телами: назовите и поясните.

Два способа изменения внутренней энергии — теплопередача и совершение механической работы. Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. При механическом взаимодействии тел мерой энергии, переданной от одного тела к другому, является работа А.

Совершение механической работы называется макроскопическим способом передачи энергии, а теплопередача —микроскопическим

При тепловом контакте тел внутренняя энергия одного из них может увеличиваться, а другого – уменьшаться. В этом случае говорят о тепловом потоке от одного тела к другому. Количеством теплоты Q, полученным телом, называют изменение внутренней энергии тела в результате теплообмена. Передача энергии от одного тела другому в форме тепла может происходить только при наличии разности температур между ними. Тепловой поток всегда направлен от горячего тела к холодному. Количество теплоты Q является энергетической величиной. В СИ количество теплоты измеряется в единицах механической работы – джоулях (Дж)

ТЕМА-2