1. Расчет давления твердого тела

Масса человека 90 кг, площадь подошв его ног равна 60 см2.

Какое давление человек производит на пол? Как изменится

значение давления, если человек будет стоять на одной ноге.

Дано: m=90 кг; S=60 см2; p -? СИ: m=90 кг; S=60Ч 10-4 м2=6Ч

10-3 м2. Решение: p=F/S; F=mЧ g; ; p==15Ч 104

Н/м2=15Ч 104 Па=150 кПа.

Если человек будет стоять на одной ноге, то площадь опоры

уменьшится в два раза. Значит, давление увеличится в два раза и

станет равным 300 кПа.

2. Расчет силы атмосферного давления на плоскость

Определите, с какой силой атмосферный воздух давит на

поверхность стола размерами 120x50 см2. Нормальное атмосферное

давление 760 мм рт. ст.

Дано: p=760 мм рт. ст. ;S=120x50 см2;F -? СИ: p=760Ч 133 Па =

101300 Па; S=6000Ч 10-4 м2=0,6 м2. Решение: p=F/S; F=pЧ S; p=

= 6078 Н» 6 кН

3. Расчет давления внутри жидкости

Подводная лодка находится в море на глубине 300 м.

Определите давление воды на нее.

Дано: h=300 м; r =1030 кг/м; p -? Решение: p=r Ч gЧ h; p=

» 309Ч 104 Н/м2=3,09Ч 106 Па.

4. Расчет количества теплоты, которое потребуется для

плавления твердого тела при температуре плавления

Какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить

ледяную глыбу массой 12,5 т при температуре плавления? Удельная

теплота плавления льда 332 кДж/кг.

Дано: m=12,5 т; l =332 кДж/кг; Q -? СИ: m=12500 кг; l =332000

Дж/кг. Решение: Q=l Ч m; Q=12500 кгЧ 332000 Дж/кг = 415Ч 107 Дж =

4,15Ч 106 кДж.

5. Расчет количества теплоты, которое требуется для нагревания жидкости до температуры кипения Какое количество теплоты потребуется для нагревания 10 л воды от 200 до кипения.

Дано: V=10 л=10-2 м3; t1=20 0C; t2=100 0C; c=4,2Ч 10 Дж/(кгЧ

0C) ; r =103 кг/м3; Q -? СИ: ;. Решение: Q = mЧ cЧ ( t1 - t2) ; m = r Ч V;

Q = r Ч VЧ cЧ ( t1 - t2) ; Q = = 4,2Ч 80Ч 104

Дж = 3,36Ч 106 Дж = 3,36Ч 103 кДж.

6. Применение закона Ома

для участка цепи

По показаниям приборов (см.

рис.) определите сопротивление

проводника AB и начертите схему

электрической цепи. Дано: U = 2 В; I

= 0,5 А; R -? Решение: I = U / R; R = U

/ I; R == 4 Ом.

7. Применение формул механической работы и

мощности для случая движения автомобиля с постоянной

скоростью

Сила тяги мотор автомашины равна 2Ч 103 Н. Автомашина

движется равномерно со скоростью 72 км/ч. Какова мощность

мотора автомобиля и работа, совершенная им за 10 с?

Дано: F=2Ч 103 Н; v=72 км/ч; t=10 с; A -? N -? Решение: A =

FЧ s; s = vЧ t; A = FЧ vЧ t; A = 2Ч 103 НЧ 10 сЧ 20 м/c = 4Ч 105 Дж

= 4Ч 102 кДж; N = A / t = = FЧ v; N = 2Ч 103 НЧ 20 м/c = 4Ч 104

Вт = 40 кВт.

9. Применение второго закона Ньютона в случае, когда

тело движется прямолинейно под действием одной силы

На покоящееся тело массой 0,2 кг действует в течение 5 с сила

0,1 Н. Какую скорость приобретет тело и какой путь пройдет оно за

указанное время?

Дано: m = 0,2 кг; t = 5 с; F = 0,1 Н; v -? s -? Решение: F = mЧ a; a

= F / m; v = a Ч t= ; s = = ; v ==2,5 м/с; s ==6,25 м.

10. Применение закона сохранения импульса при

неупругом столкновении тел

Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с,

нагоняет ваг. массой 30 т, движущийся со скоростью 0,2 м/с. Какова

скорость вагонов после взаимодействия, если удар неупругий?

Дано: m1=20 т; v1=0,3 м/с; m2=30 т; v2=0,2 м/с; v -? СИ: m1 =

2Ч 104 кг; v1=0,3 м/с; m2 = 3Ч 104 кг; v2=0,2 м/с. Решение: m1Ч v1 +

m2Ч v2 = (m1 + m2) Ч v; v = ; v = = =

= 0,24 м/с

11. Применение закона сохран-я механич. энергии при

свободном падении тел

Тело массой 1 кг падает с высоты 20 м над землей. Вычислить

кинетическую энергию тела в момент, когда оно находится на высоте

10 м над землей, и в момент падения на землю.

Дано: m=1 кг; h=20 м; h1=10 м; EК1 -? EК2 -? СИ: ;. Решение: В

высшей точке EП = mЧ gЧ h; EK = 0; В средней точке EП1 = mЧ gЧ h1;

EK1 = EП - EП1; EП1 = = 100 Дж; EK1 = 200 Дж - 100 Дж = 100

Дж; В низшей точке EП2 = 0; EK2 = EП = 200 Дж.

12. Расчет удельного сопротивления проводника

Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой

проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1

мм2. Чему равно сопротивление спирали?

Дано: l=13,75 м; S=0,1 мм2; r =1,1 ОмЧ мм2/м; R -? Решение:

; R = = 151,25 Ом.

13. Расчет мощности и работы электрического тока

Электрический утюг рассчитан на напряжение 220 В.

Сопротивление его нагревательного элемента равно 88 Ом.

Определите энергию, потребляемую утюгом за 30 мин, и его

мощность.

Дано: U=220 В; R=88 Ом; t = 30 мин; A -? P -? СИ: ;. Решение: A

= IЧ UЧ t; I = U / R; ; P = A / t = I Ч U; t = 30 мин = 0,5 ч; A =

= 2,5 А Ч 220 В Ч 0,5 ч = 275 ВтЧ ч = 0,275 кВтЧ ч; P = 2,5 А Ч

220 В = 550 Вт.

14. Расчет количества теплоты, выделяемой

электрическим нагреватлем

По проводнику сопротивлением 4 Ом в течение 2 мин

прошло 500 Кл электричества. Сколько теплоты выделит

проводник?

Дано: R = 1,2 Ом; t = 2 мин; q = 500 Кл; Q -? СИ: R = 1,2 Ом;

t = 120 сек; q = 500 Кл; Решение: Q = I2Ч RЧ t; I = q / t; Q = = ;

Q = » 25Ч 102 Дж = 2,5 кДж.

15. Определение основн.

парам-ров гармонического колеб.

движ. по его графику

По графику, приведенному на

рисунке, определите амплитуду,

период, частоту. Какие из величин,

характеризующих гармонические

колебания (амплитуда, период,

частота, смещение, скорость,

ускорение) , являются постоянными

и какие - переменными?

1. Расчет давления твердого тела 2. Расчет силы

атмосферного давления на плоскость 3. Расчет давления внутри

жидкости 4. Расчет кол-ва теплоты, требуемого для плавл. тв. тела

при темп-ре плав-я 5. Расчет кол-ва теплоты, требуемого для

нагревания жидкости до темп-ры кипения 6. Применение закона

Ома для участка цепи 7. Применение формул механич. работы и

мощ-ти для случая движ-я автомобиля с постоянной скоростью 8.

Чтение и интерполяция графиков зависимости кинематических

величин (перемещ-я и скор-ти) от времени 9. Применение второго

з-на Ньютона в случае, когда тело движ. прямолинейно под

действием одной силы 10. Применение закона сохранения

импульса при неупругом столкновении тел 11. Применение закона

сохранения механической энергии при свободном падении тел 12.

Расчет удельного сопротивления проводника 13. Расчет мощности

и работы электрического тока 14. Расчет количества теплоты,

выделяемой электрическим нагреватлем 15. Определение основных

параметров гармонического колеб. движения по его графику

8. Чтение и интерполяция графиков зависимости

кинематических величин (перемещения и скорости) от времени

По графику перемещения равномерно движущегося

тела (см. рис.) определите: а) перемещение тела за 5 ч; б) скорость

тел

Основные понятия. Механическая энергия

Определение: Энергия это мера возможности совершить работу.

Для примера: Сжатая пружина в механических часах обладает энергией достаточной для работы часов в течении суток или более. Батарейки в детской игрушке позволяют ей работать в течении нескольких часов. Раскрутив детский волчок, можно сообщить ему энергию достаточную для вращения в течении некоторого времени.

Энергия и работа связанные между собой понятия, единицей для их измерения служит Джоуль [Дж]. Одно из определений работы из курса физики:

Определение: Работой силы F на прямолинейном пути s, в случае когда направление силы и направление движения совпадают, называется произведение силы на путь.

Опуская груз массой 1 кг на высоту s=1 м мы совершаем работу за счет силы тяжести. Сила тяжести G действующая на груз массой 1 кг рассчитывается по формуле:

где, ускорение свободного падения:

масса груза:

следовательно работа при опускании груза:

Подняв груз массой 1 кг на высоту 1 м мы совершили работу A=9.8 Дж. Если груз отпустить, то под действием силы тяжести опустившись на 1 м груз может совершить работу. Другими словами тело массой 1 поднятое на высоту 1 м обладает энергией (возможностью совершить работу) равной 9.8 Дж. В данном случае речь идет о потенциальной энергии в поле силы тяжести.

Движущиеся тело может столкнувшись с другими телами вызвать их движение (совершить работу). В этом случае речь идет о кинетической энергии. Сжимая (деформируя) пружину, мы сообщаем ей потенциальную энергию деформации (возможность совершить работу при распрямлении).

В повседневной жизни мы наблюдаем непрерывное перетекание энергии из одного вида в другие. Подбросив мяч мы сообщаем ему кинетическую энергию, поднявшись на высоту h он приобретает потенциальную энергию, в момент удара о землю мяч подобно пружине сжимается приобретая потенциальную энергию деформации, и т.д. Все выше перечисленные виды энергии относятся к механической энергии. обратно к содержанию

Виды и источники энергии

Тепловая энергия

Вторым, после механической, видом энергии, которым человек пользуется на протяжении почти всей своей истории является тепловая энергии. Наглядное представление о тепловой энергии человек получает с пеленок: это горячая пища, тепло систем отопления в современной квартире (если его не отключили), или тепло печки в деревенском доме.

Что же представляет собой эта энергия с точки зрения физики?

Каждое физическое тело состоит из атомов или молекул, в жидкостях и газах они хаотично движутся, чем выше скорость движения, тем большей тепловой энергией обладает тело. В твердом теле подвижность молекул или атомов значительно ниже чем в жидкости, а тем более в газе, молекулы твердого тела только колеблются относительно некоторого среднего положения, чем сильнее эти колебания тем большей тепловой энергией обладает тело. Нагревая тело (сообщая ему тепловую энергию), мы как бы раскачиваем его молекулы и атомы, при достаточно сильном "раскачивании" можно выбить молекулы со своего места и заставить хаотично двигаться. Этот процесс плавления наблюдал каждый, нагревая в руке кусочек льда. Продолжая нагрев мы как бы разгоняем движущиеся молекулы, при достаточном разгоне молекула может выйти за переделы тела. Чем больше нагрев, тем больше молекул могут покинуть тело, в конце концов, передав телу достаточное количество тепловой энергии можно превратить его в газ. Такой процесс испарения протекает кипящем чайнике.

Электрическая энергия

Мельчайшей электрически заряженной частицей является электрон, который в ходит в состав любого атома. Для нейтрального атома суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, а заряд всего атома равен нулю. Если удалить несколько электронов, то сумма зарядов электронов и ядра станет больше нуля. Если добавить лишних то атом приобретет отрицательный заряд.

Из физики известно что два противоположно заряженных тела притягиваются. Если на одном теле сосредоточить положительный заряд (удалить с атомов электроны) а на другом отрицательный (добавить электроны), то между ними возникнут силы притяжения, но на больших расстояниях эти силы очень малы. Соединив эти два тела проводником (например металлической проволокой в которой электроны очень подвижны) мы вызовем движение электронов от отрицательно заряженного тела к положительно заряженному телу. Движущиеся электроны могут совершить работу (например накалить нить электролампы) следовательно заряженные тела обладают энергией.

В источнике электрической энергии происходит разделение положительных и отрицательных зарядов замыкая электрическую цепь мы, как бы позволяем разделенным зарядам соединится но при этом заставляем их выполнить необходимую нам работу.

Химические источники энергии.

Самым первым источником энергии, который человек поставил себе на службу, были обыкновенные дрова для пещерного костра. При горении происходят химические реакции окисления. Самой распространенной и широко используемой, с древних времен и до наших дней, является реакция окисления углерода:

Углерод в ходящий в состав любого органического топлива (уголь, дерево, нефть, газ), взаимодействуя с кислородом атмосферы образует углекислый газ и выделяется тепловая энергия.

Химические реакции могут происходить как с поглощением так и с выделением энергии, сама энергия может быть как тепловой так и электрической. В автомобильном аккумуляторе при работе происходит выделение электрической энергии, при зарядке происходит поглощение электрической энергии.

Ядерный источник энергии

Эйнштейн установил связь между энергией и массой в своем уравнении:

где с = 300 000 000 м/с - скорость света;

таким образом тело человек массой 70 кг содержит в себе энергию

такое количество энергии реакторная установка РБМК-1000 выработает только за две тысячи лет работы. Главная проблема научится превращать массу в полезную энергию. Первый шаг для решения этой проблемы человечество сделало освоив военное и мирное использование энергии деления ядер. В самом первом приближении процессы, происходящие в ядерном реакторе, можно описать как непрерывное деление ядер. При этом масса целого ядра до деления больше массы получившихся осколков. Разница составляет примерно 0.1 % массы разделившегося ядра. Разумеется до полного превращения массы в энергию еще очень далеко, но уже такое, не обнаруживаемое обычными весами, изменение массы топлива в реакторе позволяет получать гигантское количество энергии. Изменение массы топлива за год непрерывной работы в реакторе РБМК-1000 составляет приблизительно 0.3 г, но выделившаяся при этом энергия такая же, как при сжигании 3000000 (три миллиона) тон угля.

Мощность

В практике, когда мы говорим о источнике энергии нас, как правило, интересует его мощность. Поднять тысячу кирпичей на пятый этаж строящегося дома, можно краном, а можно и с помощью двух рабочих с носилками. И в том, и в другом случае совершенная работа и затраченная энергия одинакова, отличаются только мощности источников энергии.

Определение: Мощность источника энергии (машины), это количество полученной энергии (совершенной работы) в единицу времени.

мощность= энергия(работа)/время

размерность [Дж/сек = Вт]

Закон сохранения энергии

Как указывалось выше в окружающем нас мире происходит непрерывное преобразование энергии из одного вида в другую. Подбросив мячик мы вызвали цепочку преобразований механической энергии из одного вида в другой. Прыгающий мячик наглядно иллюстрирует закон сохранения энергии:

Энергия не может исчезать в никуда, или появляться из неоткуда, она может только переходит из одного вида в другой.

Мяч, совершив несколько подскоков, в конце концов останется неподвижным на поверхности. Поскольку первоначально переданная ему механическая энергия расходуется на:

а) преодоление сопротивления воздуха в котором движется мяч (переходит в тепловую энергию воздуха)

б) нагрев мяча и поверхности соударения. (изменение формы всегда сопровождается нагревом, вспомним как нагревается алюминиевая проволока при многократных перегибах) обратно к содержанию

Преобразование энергии

Возможности по преобразованию и использованию энергии являются показателем технического развития человечества. Первым, используемым человеком, преобразователем энергии можно считать парус - использование энергии ветра для перемещения по воде, дальнейшие развитее, это использование ветра и воды в ветряных и водяных мельницах. Изобретение и внедрение паровой машины произвело настоящую революцию в технике. Паровые машины на фабриках и заводах резко увеличили производительность труда. Паровозы и теплоходы сделали перевозки по суше и морю более быстрыми и дешевыми. На начальном этапе паровая машина служила для превращения тепловой энергии в механическую энергию вращающегося колеса, от которого с помощью различного рода передач (валы, шкивы, ремни, цепи), энергия передавалась на машины и механизмы.

Широкое внедрение электрических машин, двигателей превращающих электрическую энергию в механическую и генераторов для производства электроэнергии из механической энергии, ознаменовало собой новый скачёк в развитии техники. Появилась возможность передавать энергию на большие расстояния в виде электроэнергии, родилась целая отрасль промышленности энергетика.

В настоящее время создано большое количество приборов предназначенных, как для преобразования электроэнергии в любой вид энергии необходимый для жизнедеятельности человека: электромоторы, электронагреватели, лампы освещения, так и использующие непосредственно электроэнергию: телевизоры, приемники и т.п

Молекулярная физика, раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их микроскопического (молекулярного) строения. Задачи М. ф. решаются методами физической статистики, термодинамики и физической кинетики, они связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих физические тела.