Vse

Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают разной инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их скорости. Величина инертности характеризуется массой тела.

Современная формулировка

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакиесилы (или действуют силы взаимно

уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Як показують досліди, закон інерції з достатньою точністю виконується в системі відліку, пов’язаній із Землею. А от, наприклад, у системі відліку, пов’язаній із тролейбусом, що їде міською вулицею, закон інерції не виконується: коли тролейбус рушає з місця, пасажирів «кидає» назад, а коли тролейбус гальмує, пасажирів «кидає» вперед.Можна уявити таку систему відліку, у якій закон інерції вико-нується досить суворо. Системи відліку, у яких виконується закон інерції, називають інерціальними.Той факт, що закон інерції з достатньою точністю виконується в системі відліку, пов’язаній із Землею, означає, що пов’язану із Землею систему відліку з достатньою точністю можна вважати інерціальною системою відліку.У наведеному нижче формулюванні першого закону Ньютона зазначено, у яких системах відліку він

справедливий: існують такі системи відліку, що називаються інерціальними, відносно яких тіла зберігають свою швидкість незмінною, якщо на них не діють інші тіла або дії інших тіл скомпенсовані.Отже, існують системи відліку, у яких закон інерції виконується. З будь-яким вільним тілом можна пов’язати систему відліку, що називається інерціальною. Таким чином, інерціальних систем відліку нескінченно багато. У багатьох задачах інерціальною си-стемою відліку з великим ступенем точності можна вважати систему відліку, пов’язану із Землею.

24)Другий закон Ньютона, його фізичний зміст і границі застосування.

Другий закон Ньютона

Кількісна залежність між прискоренням, діючою силою й масою тіла виражає важливий закон природи — другий закон Ньютона. У фізиці дію одного тіла на інше, дію, яка спричиняє прискорення, називають силою. Можна сказати, що сила — це і причина прискорення. Саме так означав силу І. Ньютон: «Прикладена сила є дія, виконування над тілом, щоб змінити його стан спокою або рівномірного прямолінійного руху». Цю дію виконує якесь інше тіло. Якщо, наприклад, тіло, яке вільно падає, рухається з прискоренням, то воно спричинене дією на це тіло Землі. Прискорення тіла, яке падає, спричинене силою, прикладеною до нього (або яка діє на нього). Цю силу називають силою тяжіння.

Інший приклад. Нехай один кінець спіральної пружини закріплено. Прикріпимо до другого кінця брусок — він залишається в спокої. Видовжимо пружину на At і знову прикріпимо до неї брусок.

Відпустивши розтягнуту пружину, побачимо, що брусок рухається з прискоренням. Очевидно, воно спричинене взаємодією бруска й пружини. Але тепер на брусок діє сила з боку пружини, яка й спричинила прискорення бруска. Цю силу називають силою пружності.

Другий закон динаміки Ньютона встановлює зв’язок між кінематичними та динамічними величинами. Найчастіше він формулюється так: прискорення, якого набуває тіло, прямо пропорційне масі тіла і має той самий напрям, що й сила:

де — прискорення, — рівнодійна сил, що діють на тіло, Н; m — маса тіла, кг.

Якщо з цього виразу визначити силу , то одержимо другий закон динаміки у такому формулюванні: сила, що діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення, якого надає ця сила.

Ньютон сформулював другий закон динаміки дещо інакше, використавши поняття кількості руху (імпульсу тіла). Імпульс — добуток маси тіла на його швидкість (те саме, що й кількість руху) —

одна з мір механічного руху: Імпульс (кількість руху) є величиною векторною. Оскільки прискорення , то

Ньютон сформулював свій закон так: зміна кількості руху

тіла пропорційна діючій силі і відбувається у напрямі тієї прямої, вздовж якої ця сила діє.

Варто розглянути ще одне з формулювань другого закону динаміки. У фізиці широко використовується векторна величина, яка називається імпульсом сили, — це добуток сили на час її

дії: Використовуючи це, дістанемо . Зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили, яка на нього діє.

Другий закон динаміки Ньютона узагальнив виключно важливий факт: дія сил не спричиняє власне руху, а лише змінює його; сила викликає зміну швидкості, тобто прискорення, а не саму швидкість. Напрям сили збігається з напрямом швидкості лише в частковому випадку прямолінійного

рівноприскореного ( > 0) руху. Наприклад, під час руху тіла, кинутого горизонтально, сила тяжіння напрямлена вниз, а швидкість утворює із силою певний кут, що під час польоту тіла змінюється. А у випадку рівномірного руху тіла по колу сила весь час напрямлена перпендикулярно до швидкості руху тіла.

Одиницю виміру сили в СІ визначають на основі другого закону Ньютона. Одиниця виміру сили називається [H] і визначається так: сила в 1 ньютон надає тілу масою 1 кг прискорення 1 м/с2. Таким

чином,

Приклади застосування другого закону Ньютона

Як приклад застосування другого закону Ньютона можна розглянути, зокрема, вимірювання маси тіла за допомогою зважування. Прикладом вияву другого закону Ньютона в природі може бути сила, що діє на нашу планету з боку Сонця, і т. ін.

Вопросу границ применимости законов классической механики Ньютона в учебнике не заостряется. Тем не менее, в данном параграфе можно узреть 3 границы применимости:

1) выполняются только в инерциальных системах отсчета (ИСО);

2)неприменим к явлениям микромира;

3)"нельзя применить для объектов, скорость движения которых сравнима со скоростью света".

Однако, стоило бы указать еще одну границу применимости законов классической механики: сверхсильные поля. Так, например, сильное гравитационное поле приводит к искажению времени в общей теории относительности (ОТО), и соответственно, невыполнению законов Ньютона.

И вообще, ни одна физическая теория не может быть признанной окончательной и верной навсегда. Всегда существует вероятность того, что новые наблюдения, новые экспериментальные возможности потребуют уточнения теории. В этом состоит бесконечность познания...

25)Третій закон Ньютона, його границі застосування

Коли будь-яке тіло діє на інше, відбувається не одностороння дія, а взаємодія тіл. Сили такої взаємодії між тілами мають однакову природу, з’являються і зникають одночасно. Під час взаємодії двох тіл (рис. 1) обидва тіла набувають прискорень, що напрямлені по одній прямій в протилежні боки.

Рис. 1

Оскільки то (1) Згідно з другим законом Ньютона, Тоді із формули (1) маємо:

Рівність (2) виражає третій закон Ньютона: тіла взаємодіють одне з одним із силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямом та напрямленими вздовж однієї прямої.

Кожна із сил взаємодії прикладена до того тіла, на яке вона діє, тобто ці сили прикладені до різних тіл. Отже, сили взаємодії між тілами не можуть зрівноважити (компенсувати) одна одну, хоча

формально + = 0.

Наведемо приклади, що ілюструють третій закон Ньютона. Візьмемо в руки два однакові динамометри, зчепимо їх гачками і будемо тягти в різні боки (рис. 2). Обидва динамометри покажуть

однакові за модулем сили натягу, тобто Поставимо на горизонтальну поверхню два однакові візки і за допомогою двох однакових динамометрів прикріпимо їх до вертикальних стояків. На один візок покладемо кусок металу, а на другий — магніт (рис. 3). Обидва візки рушать назустріч

один одному й обидва динамометри покажуть однакові сили взаємодії, тобто Тобто з якою силою магніт притягує кусок металу, з такою самою силою і метал притягає до себе магніт.

Рис. 2

Рис. 3

Наведені приклади показують, що третій закон Ньютона виконується як у

разі взаємодії безпосередньо контактуючих тіл, так і в разі взаємодії тіл завдяки наявності магнітного поля. Найпростішим буде таке формулювання третього закону Ньютона: дія дорівнює протидії.

Властивості сил, пов’язаних третім законом Ньютона

Сили, з якими взаємодіють два тіла:

а) мають однакову фізичну природу, оскільки зумовлені тією самою взаємодією;

б) однакові за модулем і напрямлені вздовж однієї прямої протилежно одна одній;

в) прикладені до різних тіл і тому не можуть компенсувати одна одну.

Приклади виявлення третього закону Ньютона в природі. Згідно з третім законом Ньютона, камінь притягує Землю з такою ж за модулем силою, з якою Земля притягує камінь. Тому, коли камінь падає, і він, і Земля рухаються з прискоренням назустріч одне одному. Проте прискорення Землі в стільки ж разів менше від прискорення каменя, у скільки разів маса Землі більша від маси каменя. Тому ми й помічаємо часто тільки одну силу взаємодії з двох — ту, яка діє на камінь із боку Землі. А така сама за модулем сила, що діє на Землю з боку каменя, залишається непоміченою.

Реактивний рух. Викидаючи з величезною швидкістю продукти згоряння палива назад, ракета діє на них із великою силою. Згідно з третім законом Ньютона, з такою ж за модулем, але напрямленою вперед силою продукти згоряння діють на ракету.

Явище віддачі. Сила, що діє на снаряд із боку гармати, дорівнює за модулем силі, що діє на гармату з боку снаряда в момент пострілу. В автоматичній стрілецькій зброї явище віддачі використовується для перезаряджання зброї.

Взаємодія Землі і Сонця, Землі і Місяця, рух планет та інших небесних тіл.

Рух транспортних засобів. Застосовуючи закони Ньютона, учні часто допускають помилкове міркування: якщо будь-яка сила завжди зумовлює однакову за значенням і протилежну за напрямом силу протидії, значить, їх результуюча має дорівнювати нулю і тіла не можуть набувати прискорень. Наприклад, виникають труднощі під час розв’язування такої задачі:

Людина тягне сани, тобто діє на них з певною силою, але з такою самою силою сани діють на людину. Чому ж людина переміщає сани?

Щоб не дійти хибного висновку про суперечність між другим і третім законами Ньютона, треба пам’ятати, що в другому законі йдеться про прискорення, якого набуває тіло під дією прикладених до нього сил. Те, що прискорення тіла дорівнює нулю, є наслідком того, що результуюча сил, прикладених до одного й того самого тіла, теж дорівнює нулю. А третій закон Ньютона говорить про рівність сил, прикладених до різних тіл: перша, «діюча», прикладена до одного із взаємодіючих тіл, а друга, «протидіюча» — до другого. Отже, кожне з тіл перебуває під дією однієї сили, яка, якщо вона не зрівноважена, надає тілу прискорення. Однак питання про рух людини й саней не вичерпується сказаним.

Якщо діюча і протидіюча сили однакові і напрямлені протилежно, то два взаємодіючих тіла не можуть рухатися в один бік, а тим часом людина із санями рухається в один бік. Коли два взаємодіючих тіла (людина і сани) рухаються з прискоренням, напрямленим в один і той самий бік, значить, є третє тіло (в даному прикладі поверхня Землі), взаємодія з яким одного чи обох тіл надає їм прискорення відносно цього третього тіла.

Рис. 4

Коли людина 1 тягне сани 2 (рис. 4), рух її й саней змінюється в результаті її взаємодії із Землею 3 і з санями, саней із Землею і людиною, поверхні Землі з людиною й санями. Людина діє на Землю,

відштовхуючи її назад із силою 31. За третім законом Ньютона, Земля діє на людину з такою самою за

модулем силою 13, напрямленою вперед. Людина,

натягуючи мотузку, діє на сани із силою 21, напрямленою вперед. За третім законом Ньютона,

сани, у свою чергу, діють на людину із силою, яка чисельно дорівнює 12 і спрямована назад: Нарешті, сани діють на Землю із силою 32, спрямованою вперед. Земля, за третім законом Ньютона, створює опору спрямовану назад.

Щоб знайти умову, за якої сани й людина матимуть прискорення напрямлене в один бік, потрібно застосувати до кожного тіла окремо другий закон Ньютона. Вважаючи мотузку невагомою

й такою, що не розтягується, можна записати: , де mc — маса саней, mл — маса людини.

Щоб тіла рухалися в один бік, сила F21, яка діє на сани з боку людини, має бути більшою за силуF23, що діє на сани з боку Землі, і сила F13, яка діє з боку Землі на людину, має бути більшою за силу F12, що діє на людину з боку саней: F21 > F23 і F13 > F12.

Скориставшись третім законом Ньютона, замінюють першу нерівність такою: |F12| > |F23| і, порівнявши її з другою нерівністю, дістають: |F13| > |F23|, тобто сила, що діє з боку Землі на людину, має бути більшою за силу, з якою Земля діє на сани. Якщо сила дії Землі на людину F13не перевищуватиме сили дії Землі на сани F23, то людина не зможе зрушити сани з місця. Під час руху зі сталою швидкістю ці сили стають однаковими.

Оскільки третій закон Ньютона встановлює обов’язковість двосторонніх рівних взаємодій тіл, то жодна машина не може привести сама себе в рух, тому що являє собою систему пар взаємодіючих тіл. Щоб машина почала переміщатися, потрібна взаємодія її хоча б з одним зовнішнім відносно неї тілом. Це можна продемонструвати, підвісивши над столом іграшковий автомобіль. Скільки б двигун не обертав коліс автомобіля, він не рухатиметься доти, поки його не опустити на стіл, щоб колеса почали взаємодіяти з поверхнею стола.

Особливості III закону Ньютона

1.Сили завжди з’являються по дві в результаті взаємної дії тіл одне на одне.

2.Сили виникають одночасно.

3.Сили не зрівноважують одна одну, тому що прикладені до різних тіл.

4.Кожна з цих сил існує доти, доки існує й інша, дія передається миттєво.

5.Сили завжди однієї природи.

6. Третій закон Ньютона виконується відносно інерційних СВ. Висновки із законів Ньютона: перший закон Ньютона стверджує: якщо на тіло не діють сторонні тіла, то воно перебуває в стані спокою чи рівномірного прямолінійного руху відносно ІСВ. З нього випливає, що причиною зміни швидкості тіла є сила. Другий закон Ньютона пояснює, як рухається тіл під дією сили. Він встановлює кількісне

співвідношення між і . У першому і другому законах Ньютона розглядається лише одне тіло. У третьому законі розглядається взаємодія двох тіл із силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямом. Ці сили називають силами взаємодії. Вони напрямлені вздовж однієї прямої і прикладені до різних тіл. Між законами Ньютона існує взаємний зв’язок: вони виконуються лише в інерційних системах відліку.

26.Методика вивчення питання “ Застосування законів Ньютона”.

Перший закон Ньютона відповідає на питання, чому та за яких умов тіло рухається прямолінійно рівномірно. Якщо тіло рухається рівномірно прямолінійно чи перебуває в спокої, то це відбувається за умови скомпенсованості сцл, які на нього діють (геометрична сила дорівнює нулю), або відсутності дії на це тіло взагалі.

Другий закон Ньютона відповідає на питання, чому та за яких умов тіло рухається прямолінійно рівноприскорено. Якщо тіло рухається прямолінійно рівноприскорено, то це відбувається за умови сталості за модулем і напрямом сили або рівнодійної сил, які діють на тіло.

Численні дослідження показали, що другий закон Ньютона справедливий для всіх сил. Це один з проявів единства природи: сили і тіла можуть бути різними, а закони одні для всіх сил і всіх тіл.

Третій закон Ньютона пояснює шляхи виникнення сили. Сила виникає під час взаємодії тіл, при цьому на кожну з сил, що взаємодіють, діє сила, і тіло отримує прискорення.

Важливо розуміти, що згідно із законами Ньютона сила визначає прискорення, а не швидкість. А це означає, що сила є причиною не .руху, а зміни руху. Сам рух жодної причини не потребує, але може змінитися під дією сили.

Таким чином, можна говорити про межі застосування законів Ньютона:

Закони механічного руху — закони Ньютона — однакові для всіх інерціальних систем руху. Тобто всі механічні процеси відбуваються однаково, яку б інерціальну систему ми не вибрали.

Закони Ньютона справедливі для матеріальних точок.

Закони Ньютона справедливі для рухів зі швидкостями, що є набагато меншими за швидкість світла.

27 )Методика вивчення питання “ Основні положення МКТ та їх дослідне підтвердження”.

Молекулярна фізика-розділ фізики що розглядає будову і властивості речовин у твердому,рідкому і газоподібному станах та залежність фізичних властивосте тіл від їх будови ті особливості молекулярного руху.

Основні положення

1)Будь-які речовини мають дискретну (переривчасту) будову. Вони складаються з найдрібніших частинок молекул і атомів. Підтвердженням дискретності є прокатка, кування металу, отримання 1974 року фотографії окремих молекул і атомів, розчинність речовин тощо.

2)Молекули знаходяться в стані неперервного хаотичного (невпорядкованого) руху, що називається тепловим і у загальному випадку є сукупністю поступального, обертального і коливального рухів.

Під час нагрівання речовини швидкість теплового руху і кінетична енергія його частинок збільшуються, а під час охолодження зменшуються. Ступінь нагрітості тіла характеризує його температура, яка є мірою середньої кінетичної енергії хаотичного поступального руху молекул цього тіла.

3)Молекули взаємодіють одна з одною із силами електромагнітної природи, причому на великих відстанях вони притягуються, а на малих — відштовхуються. Сили притягання і відштовхування між молекулами діють постійно.

Молекули різних речовин по-різному взаємодіють одна з одною. Ця взаємодія залежить від типу молекул і відстані між ними. Залежно від характеру руху і взаємодії молекул розрізняють три стани речовини: твердий, рідкий, газоподібний (плазма).

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії

Атомістичні вчення про будову речовин зародились у період розквіту культури в Китаї, Індії, Греції, Римі.

Давньогрецькі філософи Анаксагор і Демокрит вчили, що всі речовини складаються з маленьких неподільних частинок — атомів.

З попередніх уроків ви вже знаєте, що всі речовини складаються із атомів, молекул, які мають певну масу. З броунівського руху випливає, що частинки — атоми, молекули перебувають у безперервному хаотичному русі.

Описати рух частинок за допомогою законів механіки не вдалося. Було створено нову теорію, яка називається молекулярно-кінетичною теорією, в основі якої лежить три загальні положення, а саме:

1.Будь-яка речовина складається з найдрібніших частинок — атомів чи молекул.

2.Атоми і молекули перебувають у безперервному хаотичному (тепловому) русі.

3.Між атомами (молекулами) існують сили взаємодії, які залежать від відстані між ними і можуть бути силами притягання і відштовхування.

2. Досліди обґрунтування МКТ

Дифузія

Дифузією називають явище, за якого речовини самі по собі змішуються одна з одною.

Найпростіший приклад дифузії в газах — це швидке поширення запахів, навіть у спокійному повітрі: аромат парфумів уже через кілька хвилин відчувається по всій кімнаті. Дифузію в газах можна спостерігати також під час досліду з парою брому. Для цього у скляний циліндр заввишки 50 см вливають кілька крапель брому і відразу ж закривають циліндр скляною пластинкою, щоб задушлива пара брому не виходила назовні. Під час випаровування брому його пара досить швидко дифундує вгору, що добре видно з поступового забарвлення повітря в циліндрі в коричневий колір.

Змішування газів у даному випадку не може бути здійснене силою тяжіння, оскільки густина пари брому значно більша за густину повітря. Це явище легко пояснюється на основі молекулярнокінетичної теорії: молекули обох газів, рухаючись невпорядковано і стикаючись одна з одною, потрапляють у проміжки між сусідніми молекулами, що призводить до проникнення одного газу в інший і, отже, поступового виникнення однорідної суміші газів.

Зваримо столовий буряк і картоплю. Очистимо 1 буряк і 1 картоплину, розріжемо і половинки з’єднаємо на деякий час (2 хв.). Після їх роз’єднання побачимо, що в тому місці, де картопля була в контакті з буряком, вона стала червоною.

Постає питання: як можна пояснити дифузію у твердих тілах рухом молекул, якщо в них частинки лише коливаються навколо положення рівноваги? Треба мати на увазі, що частинки твердих тіл зрідка покидають свої місця і переходять на інші. Ось ці «мандрівні» молекули чи атоми зумовлюють дифузію у твердих тілах.

Осмос

Важливий різновид дифузії — взаємне проникнення речовин крізь пористі перегородки — дістав назву осмос.

Розглянемо такий дослід. З’єднаємо патрубок пористої посудини гумовою трубкою з коліном водяного манометра. Помістимо цю посудину під склянку, заповнену воднем від приладу Кіппа. Манометр покаже збільшення тиску в посудині. Пояснюється це тим, що молекули водню, які мають меншу масу і рухаються швидше, ніж молекули кисню й азоту, що входять до складу повітря, проходять крізь пори в посудину швидше, ніж молекули кисню й азоту з цієї посудини в склянку. Якщо прийняти склянку з воднем, то тиск у посудині зменшується — водень виходить крізь пори з посудини швидше, ніж у нього проникає повітря.

Дифузію рідин крізь пористу перегородку можна спостерігати за допомогою такого простого досліду. Закриємо широкий отвір лійки целофаном або пергаментом, наповнимо її розчином мідного купоросу й опустимо в посудину з водою. Через певний час побачимо, що рівень розчину в лійці підвищився. Отже, вода дифундує в розчин мідного купоросу швидше, ніж розчин у воду. Поява блакитнуватого забарвлення води в посудині свідчить про те, що мідний купорос так само, хоча й повільно, дифундує у воду.

3. Молекулярні явища в техніці і природі

Явище дифузії має надзвичайно різноманітні галузі практичного застосування. Насамперед це зварювання і паяння матеріалів: ці процеси ґрунтуються на дифузії зварюваних металів або основного металу і припою. Останніми роками опрацьовано і впроваджено у виробництво метод дифузійного зварювання у вакуумі. Для цього зварювані деталі поміщають у вакуумну камеру і нагрівають до температури, за якої процес дифузії у металах відбувається досить інтенсивно. Потім деталі притискають одну до одної і витримують певний час. Перевага цього методу полягає в тому, що він дає можливість зварювати матеріали, які іншими методами з’єднати неможливо (сталь з чавуном, алюмінієм, вольфрамом, срібло з нержавіючої сталі).

Дифузія широко застосовується в металургії, зокрема під час поверхневої термохімічної обробки металів і сплавів із метою зміни механічних властивостей їх поверхневого шару. Так, для підвищення терміну служби машин, які працюють в умовах великих навантажень, сталеві деталі піддають азотуванню — насиченню поверхні сталі азотом. Готові деталі нагрівають в аміаку до температури 500-700 ° С.

Поліпшення властивостей матеріалів досягається схожими з азотування процесами — цементацією (поверхневим насиченням сталевих виробів вуглецем) і ціануванням (одночасним насиченням поверхні деталі вуглецем і азотом.)

Не менш важливе застосування явища дифузії і в інших галузях виробництва. Наприклад, на дифузії ґрунтується вилучення на цукроварних заводах цукру з нарізаної бурякової стружки. Стружка

промивається водою або цукровим розчином малої концентрації, і при цьому молекули цукру дифундують зі стружки в розчин.

Явище дифузії рідин має велике значення в житті тварин і рослин, оскільки забезпечує всмоктування води і поживних речовин коренями рослин, засвоєння їжі і видалення відходів із клітин рослин і тварин.

Так само відбувається дифузія в тканинах людини і тварини. У легенях, наприклад, завдяки дифузії кисень з повітря надходить у кров крізь стінки альвеол, а потім, розчинившись у ній, розноситься по всьому організму. їжа перетравлюється в шлунку і кишечнику, і потрібні організмові речовини дифундують всередину клітин.

У той же час внаслідок дифузії продукти життєдіяльності клітин виводяться з нею в навколишнє середовище.

III.Закріплення вивченого матеріалу

—Що ми сьогодні вивчили на уроці?

Учні роблять висновок, наводять приклади зі свого життєвого досвіду, що підтверджують основні положення МКТ.

IV. Домашнє завдання

Опрацювати матеріал.

Навести приклади дифузії в газах, рідинах і твердих тілах.

Задача. На рисунку зображений один із апаратів для виявлення в оточуючому повітрі світильного газу, метану й інших газів, що легші за повітря. Пористий циліндр А, заповнений повітрям, з’єднаний з U-подібною трубкою В, що містить ртуть. Ртутний контакт С замикає коло електричного дзвінка D.

Пояснити дію апарата.

28-29 Методика вивчення питання “ Ідеальний газ і його основні характеристики”. Методика вивчення питання “ Основне рівняння МКТ

1. Ви знаєте, що відстані між молекулами газу набагато більші за розміри самих молекул. Тому взаємодією між молекулами можна знехтувати. Кінетична енергія молекул набагато більша за потенціальну енергію взаємодії. Замість реального газу, між молекулами якого діють складні сили взаємодії, ми розглянемо його фізичну модель. Ця модель називається ідеальним газом.

Ідеальний газ — це газ, у якому молекули можна вважати матеріальними точками, а силами притягання і відштовхування можна знехтувати.

У природі такого газу не існує, але близькими за властивостями можна вважати реальні розріджені гази, тиск у яких на перевищує 200 атм і які перебувають за не дуже низької температури.

2.Нехай газ міститься в закритій посудині. Манометр показує тиск газу р0. Але яка природа цього тиску? Кожна з молекул газу, ударяючись об стінку, протягом малого проміжку часу діє на неї з певною силою. Унаслідок безладних ударів об стінку, сила, що діє з боку всіх молекул на одиницю площі стінки,— це тиск. Дії, спричинені ударом окремих молекул, настільки малі, що манометр їх не реєструє. Манометр фіксує середню за часом силу, що діє на кожний квадратний сантиметр його чутливого елемента — мембрани. Середнє значення тиску р0 — практично цілком певна величина, бо ударів об стінку дуже багато, а маси молекул надзвичайно малі.

3.Нехай усередині посудини, площа стінки якої S, міститься ідеальний одноатомний газ, маса кожної молекули m0, вони хаотично рухаються зі швидкостями .

Загальна кількість молекул у посудині N, а через позначимо середню квадратичну швидкість

їх руху:

Експеримент свідчить, що у випадку незмінної температури посудини і газу, швидкість молекул газу також є сталою і визначається за формулою (1).

Квадрат вектора швидкості пов’язаний з його компонентами таким співвідношенням:

Повна хаотичність руху дозволяє стверджувати, що рух за всіма напрямами відбувається з однаковою швидкістю, тому

Тому формула 2 матиме вигляд:

Припустімо, що молекули газу рухаються від однієї грані до іншої без зіткнень.

Це спрощення внаслідок великої кількості молекул N і хаотичності їх руху не впливає на точність розрахунків. Під час зіткнення зі стінками посудини молекули ідеального газу взаємодіють з ними за законами механіки як абсолютно пружні тіла. Молекула діє на стінку із силою F2, що дорівнює, за третім законом Ньютона, силі F1, з якою стінка посудини діє на молекулу і протилежна їй за напрямом.

Нехай молекула масою т0 рухається в напрямку стінки посудини, площа якої S.

Пружно вдарившись об стінку, вона передає їй імпульс:

За час t стінки посудини можуть досягти лише ті молекули, які містяться в об’ємі: