Huinia

1. Масса. Импульс. Первый закон Ньютона.

Ма́сса — скалярная физическая величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства тел в ситуациях, когда их скорость намного меньше скорости света. В обыденной жизни и в физике XIX века масса синонимична весу.

Импульс тела — векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости.

p=v*m

Первый закон Ньютона формулируется следующим образом: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

2. Диссипативные силы. Сила трения.

Диссипати́вные си́лы — силы, при действии которых на механическую систему её полная механическая энергия убывает, переходя в другие, не механические формы энергии, например, в теплоту. Этим они отличаются от консервативных сил, под действием которых энергия системы сохраняется.

Тре́ние — процесс механического взаимодействия соприкасающихся тел при их относительном смещении в плоскости касания либо при относительном смещении параллельных слоёв жидкости, газа или деформируемого твёрдого тела.

Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей.

3. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.

Неинерциа́льная систе́ма отсчёта (НСО) — система отсчёта, движущаяся с ускорением относительно инерциальной. Простейшими НСО являются системы, движущиеся ускоренно прямолинейно, и вращающиеся системы. Более сложные варианты являются комбинациями двух названных.

Это — сила, приложенная к связи при наблюдении в инерциальной СО, или сила, приложенная к рассматриваемому телу, при наблюдении в неинерциальной системе отсчёта. Обе эти силы могут совершать работу.

4. Гармонические колебания. Период, частота, циклическая частота, фаза, амплитуда.

Амплитуда – это наибольшее отклонение величины от равновесия, то есть, максимальное значение колеблющейся величины.

Период – это время одного полного колебания.

Частота отвечает на вопрос: «Сколько полных колебаний выполняется за одну секунду?» Или же: «Сколько периодов умещается в интервал времени, равный одной секунде?». Циклическая частота отвечает на вопрос: «Сколько полных колебаний выполняется за 2π секунд?» Или же: «Сколько периодов умещается в интервал времени, равный 2π секунд?». Начальная фаза колебаний – это угол, на который мы отклонили качели, перед тем, как их отпустить. Из этого угла начнется колебательный процесс.

5. Вынужденные колебания, резонанс.

4+

Резона́нс — частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.

6. Звук. Эффект Доплера для звуковых волн.

Звук — физическое явление, представляющее собой распространение упругих волн в газообразной, жидкой или твёрдой среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти волны, рассматриваемые в связи с тем, как они воспринимаются органами чувств. Эффект Доплера заключается в том, что движение источника звука или слушателя вызывает изменение высоты звука. Характерен для любых волн (свет, звук и т. д.). Другими словами, если источник звука и слушатель сближаются, то высота звука растет; если же они удаляются друг от друга, то высота звука понижается.

7. Вязкость жидкости, формула Ньютона. Формула Пуазейля.

При течении реальной жидкости (или газов) отдельные слои воздействуют друг на друга с силами, касательными к слоям. Это явление называется внутренним трением, или вязкостью.

(8.9)

Это уравнение Ньютона. Здесь η — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения, или динамической вязкостью (или просто вязкостью). Вязкость зависит от состояния и молекулярных свойств жидкости (или газа).

Единицей вязкости является паскаль-секунда (Па • с). Иногда вязкость выражают в пуазах1 (П):

1 Па-с = 10 П.

Для многих жидкостей, например для воды, вязкость не зависит от , такие жидкости подчиняются уравнению Ньютона (8.9) и их называют ньютоновскими.

Жидкости, не подчиняющиеся уравнению (8.9), относят к неньютоновским. Иногда вязкость ньютоновских жидкостей называют нормальной, а неньютоновских — аномальной.

Жидкости, состоящие из сложных и крупных молекул, например растворы полимеров, и образующие благодаря сцеплению молекул или частиц пространственные структуры, являются неньютоновскими. Кровь, также является неньютоновской жидкостью.

При установившемся ламинарном течении вязкой несжимаемой жидкости сквозь длинную (то есть при длине трубы многократно превышающей её диаметр) прямую цилиндрическую трубу (капилляр) круглого сечения объёмный расход жидкости прямо пропорционален перепаду давления на единицу длины трубы и четвёртой степени радиуса и обратно пропорционален коэффициенту вязкости жидкости.

где

— перепад давления на концах трубы, Па;

— объёмный расход жидкости, м³/с;

— радиус трубы, м;

— диаметр трубы, м;

— коэффициент динамической вязкости, Па·с;

— длина трубы, м.

Формула справедлива, во-первых, если течение жидкости ламинарное, и, во-вторых, ламинарное течение установившееся, профиль скоростей в котором описывается течением Пуазёйля, когда можно пренебречь влиянием концов трубы.

8. Преобразование Галилея. Преобразования Лоренца. Релятивистское изменение

длин и промежутков времени.

Преобразова́ния Галиле́я — в классической механике (механике Ньютона) и нерелятивистской квантовой механике: преобразования координат и скорости при переходе от одной инерциальной системы отсчёта (ИСО) к другой При́нцип относи́тельности Галиле́я, заключается в относительности механического

движения в разных инерциальных системах отсчёта (ИСО) и одинаковости законов классической механики в них независимо от того, покоится ИСО или движется равномерно и прямолинейно.

Пусть нам даны две системы отсчета k и k`. В момент t = О обе эти системы координат совпадают. Пусть система k` (назовем ее подвижной) движется так, что ось х` скользит по оси х, ось у` параллельна оси у, скорость v - скорость движения этой системы координат

(рис. 109).

Точка М имеет координаты в системе k - х, у, z, a в системе k` - х`, у`, z`. Преобразования Галилея в классической механике имеют вид:

Преобразования координат, удовлетворяющие постулатам специальной теории относительности, называются преобразованиями Лоренца.

Впервые они (в несколько иной форме) были предложены Лоренцем для объяснения отрицательного эксперимента Майкельсона-Морли и для придания уравнениям Максвелла одинакового вида во всех инерциальных системах отсчета.

Эйнштейн вывел их независимо на основе своей теории относительности. Подчеркнем, что изменилась (по сравнению с преобразованием Галилея) не только формула преобразования координаты х, но и формула преобразований времени t. Из последней

формулы непосредственно видно, как переплетены пространственная и временная координаты.

9. Релятивистское выражение для энергии. Эквивалентность массы и энергии.

Полная энергия и импульс частицы определяются соотношениями

E = mc2γ,(3)

p = γmv = vE/c2.

Полная энергия и импульс частицы зависят от системы отсчетаю. Масса не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Она является лоренцевым инвариантом. Полная энергия импульс и масса связаны соотношением

E2 - p2c2 = m2c4,(4)

где E, р и m - полная энергия, импульс и масса частицы, с - скорость света в вакууме. Из соотношения (3) и (4) следует, что если энергия E и импульс p измеряются в двух различных системах движущихся друг относительно друга со скоростью v, то энергия и импульс будут иметь в этих системах различные значения. Однако величина E2 - p2c2, которая называется релятивистский инвариант, будет в этих системах одинаковой. Полная и кинетическая энергия связаны между собой соотношением

Е = T + Е0 = Т + mc2, Т = Е - mc2, (5)

где T - кинетическая энергия частицы, Е0 - энергия покоя частицы.

Из (4) и (5) можно получить соотношение связывающее импульс p и кинетическую энергию T частицы

p = (T2 + 2Tmc2)1/2/c. (6)

Можно выделить два предельных случая

1.Ультрарелятивистский. Кинетическая энергия частицы много больше ее энергии покоя

T >> mc2

p = T/c или T = cp. (7а)

2.Классический. Кинетическая энергия частицы много меньше ее энергии покоя

T << mc2 p = (2Tm)1/2 или T = p2/2m.

В механике это кинетическая энергия E, и она, конечно, связана с массой тела m по формуле E = 1/2 * m*v^2.

10.Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Молекулярнокинетический смысл температуры.

Основное уравнение МКТ выглядит следующим образом: PV = nRT, где:

P — давление газа (Па); V — объем газа (м³);

n — количество вещества газа (моль);

R — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)); T — абсолютная температура газа (К).

молекулярно-кинетический смысл температуры: температура - это величина, пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения одной молекулы.

11.Распределение скоростей молекулы газа. Закон распределения скоростей Максвелла.

Скорости молекул газа имеют различные значения и направления, причем из-за огромного числа соударений, которые ежесекундно испытывает молекула, скорость ее постоянно изменяеться. Поэтому нельзя определить число молекул, которые обладают точно заданной скоростью v в данный момент времени, но можно подсчитать число молекул, скорости которых имеют значение, лежащие между некоторыми скоростями v1 и v2 . На основании теории вероятности Максвелл установил закономерность, по которой можно определить число молекул газа, скорости которых при данной температуре заключены в некотором интервале скоростей. Согласно распределению Максвелла, вероятное число молекул в единице объема; компоненты скоростей которых лежат в интервале от до

, от до и от до , определяются функцией распределения Максвелла

где m - масса молекулы, n - число молекул в единице объема. Отсюда следует, чтсг число молекул, абсолютные значения скоростей которых лежат в интервале от v до v + dv, имеет

вид

Распределение Максвелла достигает максимума при скорости, т.е. такой скорсти, к которой близки скорости большинства молекул. Площадь заштрихованной полоски с основанием dV покажет, какая часть от общего числа молекул имеет скорости, лежащие в данном интервале. Конкретный вид функции распределения Максвелла зависит от рода газа (массы молекулы) и температуры. Давление и объем газа на распределение молекул по скоростям не влияет.

Кривая распределения Максвелла позволит найти среднюю арифметическую скорость

Таким образом,

С Повышением температуры наиболее вероятная скорость возрастает, поэтому максимум распределения молекул по скоростям сдвигается в сторону больших скоростей, а его абсолютная величина уменьшается. Следовательно, при нагревании газа доля молекул, обладающих малыми скоростями уменьшается, а доля молекул с большими скоростями увеличивается.

12. Распределение Максвелла-Больцмана

Барометрическая формула — зависимость давления или плотности газа от высоты в поле тяжести. Для идеального газа, имеющего постоянную температуруT и находящегося в однородном поле тяжести (во всех точках его объёма ускорение свободного паденияg одинаково), барометрическая формула имеет следующий вид:

где p — давление газа в слое, расположенном на высоте h, p0— давление на нулевом уровне (h = h0), M —молярная массагаза, R —газовая постоянная, T —абсолютная температура. Из барометрической формулы следует, что концентрация молекул n (или плотность газа) убывает с высотой по тому же закону:

где m — масса молекулы газа, k — постоянная Больцмана.

В присутствии гравитационного поля (или, в общем случае, любого потенциального поля) на молекулы газа действует сила тяжести. В результате, концентрация молекул газа оказывается зависящей от высоты в соответствии с закономраспределения Больцмана:

n = n0exp( -mgh / kT )

где n - концентрация молекул на высоте h, n0концентрация молекул на начальном уровне h = 0, m - масса частиц, g - ускорение свободного падения, k - постоянная Больцмана, T - температура.

Мы можем видеть, что концентрация молекул у дна сосуда оказывается выше, чем концентрация в верхней части сосуда. Под действием теплового движения молекулы подбрасываются вверх, а затем падают вниз за счет действия сил тяжести.

Если высота сосуда много меньше чем kT/mg, то зависимостью концентрации от высоты можно пренебречь. С другой стороны, в атмосфере концентрация молекул быстро уменьшается с увеличением высоты и, поэтому, величина атмосферного давления также уменьшается. Принимая во внимание, что P = nkT, мы можем записать так называемую барометрическую формулу, описывающую изменение атмосферного давления в зависимости от высоты:

P = P0exp( -mgh / kT )

Измеряя давление за бортом самолёта, мы можем вычислить при помощи барометрической формулы приблизительную высоту полёта.

13. Последовательное и параллельное подключение конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

(Это не конденсаторы аккуратнее!)

Энергия заряженного конденсатора можно вычислить по формуле W = (1/2) * C * V^2, где W — энергия, C — емкость конденсатора, V — напряжение.

Параллельное соединение конденсаторов — это соединение при котором конденсаторы соединяются собой обоими контактами. В результате к одной точке может быть присоединено несколько конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов – это соединение двух или более конденсаторов в форме цепи, в которой каждый отдельный конденсатор соединяется с другим отдельным конденсатором только в одной точке.

Формула Cобщ при параллельном соединении конденсаторов = формула Rобщ при последовательном соединении резисторов.

Формула Cобщ при последовательном соединении конденсаторов = формула Rобщ при параллельном соединении резисторов.

14. Электрическая цепь. Правила Кирхгофа.

Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение. Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой.

Первый закон Кирхгофа: в любом узле цепи алгебраическая сумма токов равна нулю, при этом втекающие и вытекающие токи имеют противоположные знаки. Второй закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре токов алгебраическая сумма произведений тока на сопротивление равна сумме сторонних ЭДС, приложенных к этому контуру.

15. Микроскопическая природа тока в проводниках. Скорость дрейфа электронов.

Природа электрического тока в металлах. В металлических проводниках носители электрического заряда — свободные электроны. Под действием внешнего электрического поля свободные электроны упорядоченно движутся, создавая электрический ток

Дрейф электронов — относительно медленное движение носителей заряда под действием приложенных электромагнитных полей

16. RC-цепочка. Процесс заряда и разряда RC-цепочки.

RC-цепь — электрическая цепь, состоящая из конденсатора и резистора. Её можно рассматривать как делитель напряжения с одним из элементов, обладающих ёмкостным сопротивлением.

В процессе работы конденсатора заряд от источника тока преобразуется в энергию электрического поля между его пластинами. Емкость считается заряженной, если подаваемое на конденсатор напряжение становится равным аналогичному показателю на его металлических пластинах.

При разрядке конденсатора вся энергия электрического поля превращается в тепловую энергию, иначе говоря, электричество нагревает сопротивление, посредством которого разряжается конденсатор. А чем выше емкость конденсатора и напряжение на его пластинах, тем значительнее будет энергия электрического поля конденсатора.

17.Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Закон электролиза. Электрический ток в газах.

Электрический ток в растворах (или расплавах) электролитов представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Опыт показывает, что сила тока при постоянном сопротивлении электролитов линейно зависит от напряжения, т. е. для растворов электролитов справедлив закон Ома.

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду суммарный электрический заряд, прошедший через поверхность электрода.

Электрический ток в газе образуется в результате встречного движения заряженных частиц: положительных ионов — к отрицательному электроду (катоду), электронов и отрицательных ионов — к положительному электроду (аноду). Электроны, попадая на положительный анод, направляются по цепи к «плюсу» источника тока.

18.Ускорители заряженных частиц. Циклотрон. Фазотрон.

Ускори́тель заря́женных части́ц — класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий.

Циклотро́н — резонансный циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц, в котором частицы движутся в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.

Фазотро́н, синхроциклотро́н — циклический ускоритель тяжёлых заряженных частиц, в котором магнитное поле однородно и постоянно во времени, а частота ускоряющего электрического поля меняется. В физике высоких энергий этот тип ускорителей считается устаревшим, однако он всё ещё используется, например, в медицине.

19. Магнитное поле в веществе. Типы магнетиков.

Магни́тное по́ле — поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения; магнитная составляющая электромагнитного поля.

Типы магнетиков. Магнетики – это вещества, способные намагничиваться под действием внешнего магнитного поля Н. В зависимости от величины магнитной восприимчивости χ магнетики делятся на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.

Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны..

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном полев

направлении внешнего магнитного поля(J↑↑H) и имеют положительнуюмагнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам,магнитная

проницаемостьнезначительно отличается от единицы. Ферромагнетики — такие вещества, которое при температуре ниже точки

Кюри(определённой критической температуры), способны обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.( магнитная проницаемость много больше 1)

20. Намагничивание вещества. Гистерезис.

НАМАГНИЧИВАНИЕ — процесс создания намагниченности в материалах (г. п., м-лах). У диамагнитных материалов результирующий магнитный момент в отдельных атомах (молекулах) равен нулю и намагниченность возникает за счет ларморовской прецессии электронных орбит в магнитном поле.

Гистере́зис — свойство систем, мгновенный отклик которых на приложенное к ним воздействие зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией.

21. Вектор намагниченности. Закон полного тока для магнитного поля в веществе.

Суммарный вектор намагниченности - сумма всех векторов крошечных магнитных полей каждого протона. В отсутствии внешнего магнитного поля индивидуальные магнитные моменты протонов ориентированы хаотично, но с уравновешиванием магнитных сил, так что суммарный вектор намагниченности равен нулю.

22. Электрический генератор. Противо-ЭДС и вихревые токи Фуко. Электри́ческий генера́тор — устройство, в котором неэлектрические виды энергии преобразуются в электрическую энергию.

Против ЭДС это то что ограничивает ток двигателя при увеличении его оборотов, витки же двигателя вращаются и пересекают магнитное поле статора, то есть в них генерируется эдс, которая ограничивает ток от приложенного напряжения ВИХРЕВЫЕ ТОКИ (токи Фуко), замкнутые индукционные токи в массивных проводниках,

которые возникают под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Вихревые токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника, в котором они возникли; для уменьшения этих потерь магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока изготовляют из изолированных стальных пластин.

23. Взаимная индуктивность. Трансформатор.

Взаимоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в одном контуре при изменении силы тока во втором контуре и наоборот. Взаимоиндукция — частный случай электромагнитной индукции.

Взаимная индуктивность зависит от геометрической формы, размеров, взаимного расположения контуров и от магнитных свойств среды, окружающей их. Взаимная индуктивность измеряется в тех же единицах, что и индуктивность – генри (Гн).

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, преобразующее переменный ток одной величины в переменный ток иной величины, большей или меньшей. В зависимости от этого трансформаторы делят на понижающие и повышающие. Работа устройства основывается на электромагнитной индукции.

24. Токи при размыкании и замыкании цепи. LС-контур и электромагнитные колебания.

При замыкании цепи ЭДС самоиндукции вызывает ток, препятствующий увеличению основного тока в цепи, что делает конечной скорость роста силы тока, а при размыкании ток самоиндукции, препятствуя его уменьшению, делает конечной скорость убывания тока. Колебательный контур — электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности, конденсатор и источник электрической энергии. При последовательном соединении элементов цепи колебательный контур называется последовательным, при параллельном

— параллельным.

Свободные электромагнитные колебания в LC-контуре — это периодические изменения заряда на обкладках конденсатора, силы тока и напряжения в контуре, происходящие без пополнения энергии от внешних источников и без потерь энергии на тепловыделение и излучение.

25.Ток смещения. Возникновение магнитного поля при изменении электрического поля.

Ток смещения (электродинамика) — величина, пропорциональная скорости изменения индукции электрического поля. Ток смещения (радиоэлектроника) — постоянный анодный (коллекторный) ток, протекающий, когда к управляющему электроду приложено напряжение смещения.

Электромагни́тная инду́кция — физическое явление, заключающееся в возникновении электрического поля при изменении магнитного во времени или движении материального тела относительно воздействующего на него магнитного поля.

Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток.

26.Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Физический смысл.

Открытие тока смещения позволило Максвеллу создать единую теорию электромагнитного поля.

Теория не только объяснила все явления электричества и магнетизма с единой точки зрения, но и предсказала ряд новых явлений, например, что свет ! это электромагнитные

волны.

Максвеллу удалось составить систему фундаментальных уравнений электродинамики в неподвижных средах.

Рассмотрим систему уравнений Максвелла в интегральной форме.

1. . (5.9)

Циркуляция вектора по любому контуруL равна со знаком минус производной по времени от магнитного потока через любую поверхность, ограниченную контуром.

При этом под вектором понимается не только вихревое электрическое поле, но и электростатическое.