10. Движ-е в неинерциальных со. Нисо. Силы инерции в поступательно движ-ся системе. Принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения.

Механическое движение в НИСО.

Наряду с инерц-ми сист отсчёта, в кот вып-ся 1 зак Ньютона, могут сущ-ть сис-мы, в кот этот зак не вып. Это сист-ы, движ-ся с ускор-ем. Их наз неинерц-ми. На тело m, находящееся в системе, движущейся поступ-но с ускор , действует в противоположном ускор-ю направл-и сила инерции (рис). Если составл-я ур-е движ-я тела m относит НИСО, то в прав части помимо обычн сил – трения, упр, гравитации и др – добавл-ся еще и сила инерции Здесь –ускор-е, испытыв-е в НИСО.

Силы инерции в равномерно вращающихся НИСО. Если сист отсч не только движ поступат с ускор , но ещё и вращ-я с углов скор и углов ускор , а тело двиг-я относит неё со скор ,то Здесь –сила инерции, обусловл-я неравном-ю Поступат-го движ-я НИСО, – сила инерции, обусловл-я неравном-ю вращения НИСО,

–центробежная сила инерции, обусл-на самим фактом вращ-я сист. -радиус – вектор, перпендикулярный оси вращ-я и провед-й от оси к мат точке m.

–сила инерции Кориолиса. Здесь –скор движ точки m относит НИСО. Сила Кориолиса обусловл одноврем действ-ем фактов вращ-я сист и движ-я тела относит сист. Она мож обращ-я в 0 в 3-х случаях:

1.НИСО не вращ-я,  = 0.

2.Тело m покоится относит НИСО,  = 0.

3.Тело движ по прямой, паралл-й оси вращ-я НИСО. В этом случ =0.

Проявл сил инерций на Земле. Вес тела. Весом тела P наз силу, с кот тело действ на опору (или подвес), удержив-ие тело в покое относит этой опоры. .

Здесь –напряж-ть гравитац поля, иначе, ускор-е, с кот тело падало бы на невращ-cя Земле; –ускор, испытыв-е подставкой.

Зависимость веса тела от широты местности объясняется зависимостью веса тела от ускорения свободного падения. Величина ускорения свободного падения на плюсе больше чем на экваторе. Маятник Фуко. При движ тела со скор относит Земли на тело кроме центробеж силы инерции действ еще сила Кориолиса . Если тело своб падает, то под действ силы Кориолиса оно откл от вертикали на восток. Если тело взлетает вверх, то оно откл от вертикали на запад. Если тело движ по пов-ти Земли, то сила Кориолиса стрем сместить его в сев полушарии вправо, а в юж – влево. В рез реки в сев полуш подмывают прав берег, а в юж–левый. Если тело подвеш на нити и соверш маятник-е колеб-я, то систематич действ силы Кориолиса поворач плоскость качаний маятника относит Земли с углов скор sin , где  – географич широта места. Этот факт явился прям док-ом вращ-я Земли вокруг св оси. Реал опыт поставил в 1850 г. француз Леон Фуко в Парижской обсерватории.

Принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения. Силы инерции пропорциональны массам мат-х точек и при прочих равных условиях сообщают этим точкам одинаковые относительные ускорения. Этим св-вом обладают и силы тяготения: в одной и той же точке гравитационного поля эти силы пропорциональны массам м.т. и всем им сообщают одинаковые ускорения, равные напряженности поля.

Свободное движение тела по отношению к НИСО эквивалентно его движению по отношению к ИСО, совершающегося под действием некоторого дополнительного («эквивалентного») гравитационного поля. Это утверждение наз-ся принципом эквиалентности.

11. Исходные положения и первый закон термодинамики. Термодинамика – это раздел физики, изучающий явления, в к-м наряду с мех-м дв-ем макротел проис-т изменение их температуры. Основу термодинамики сост-т учение о связи и взаимопревр-х разных видов энергии, теплоты и работы.

Теплота это не особая форма энергии. Это мера переданной телу или отданной им энергии хаотического молекулярного движения. Работа – это мера переданной от одного тела другому механической энергии тел.

Термод-ой сис-й наз-ся одно или несколько тел, образующих систему, к-е подвергается какому-либо энергетическому возд-ю: нагреванию, сжатию, освещению и др. Признаки, определяющие состояние системы, называются термодинамическими параметрами. Обычно это давление p, объем V и температура T: Давление p, как и в механике, определяется отношением силы dF, действующей нормально на площадку dS, к величине этой площадки, p = dFdS. Единица p в СИ – паскаль (Па). 1 Па = 1 Н/м². Часто используется внесистемная единица атмосфера (атм), 1 атм = 1,0110⁵ Па.

 Объем V характеризует пространственную протяженность системы. В СИ измеряется в кубических метрах (м³). Часто используются кратные единицы литр (л), 1 л = 10^3 м³, миллилитр (мл), 1 мл = 1 см³  = 10^6 м³.  Температура T характеризует степень нагретости тела. Все температурные шкалы построены так, что рост температуры соответствует направлению изменений в последовательности холодно-тепло-горячо. Наиболее употребительны сейчас шкалы Цельсия, Кельвина и Фаренгейта.. Температурная шкала Андерса Цельсия, 1842 г. Т-ра по этой шкале обозначается t°C, единица измерения градус. Шкала построена на двух основных опорных точках. Температура в первой опорной точке замерзания воды принята за 0°С, а температура во второй опорной точке кипения воды принята за 100°С. Градус шкалы Цельсия соответствует 1100 этого температурного интервала. Все температуры, при которых вода существует в жидком или газообразном состоянии, являются положительными. Температуры, при которых вода существует в твердом состоянии, являются отрицательными. Температурный шаг по шкале Кельвина совпадает с шагом по шкале Цельсия, т.е. 1 К = 1°С. Переход от одной шкалы к другой осуществляется по формуле:T  =  273,15 + t°C. В отличие от практической шкалы Цельсия шкала Кельвина является физической шкалой температур.

Равновесное состояние-это стационарное сос-е изолированной с-мы. Особенности связаны с постулатом: всякая изолированная с-ма рано или поздно переходит в равновесное сос-е и сама из него не выходит. Св-ва сос-я 1)При равновесии достигается мах.однородность сис-мы во всех возможных отношениях;2)При рав-сии прекращаются все внутренние процессы;3)В ней нет потоков вещ-ва или каких-нибудь физ.хар-к. Всякое изменение параметров системы называется термодинамическим процессом. Теплообмен(т-о) и Т-ра. Возьмем 2 сис-мы(равн-е)они м влиять друг на друга,т.е. одна с-ма сов-ет работу(А) над другой. Совершаемая А всегда связана с изменением параметра(давим на тело измен. V,плотность). Кроме А м.б еще 1 тип взаимодействия-Телообмен.Постулат: т-о бывает м/у любыми телами.Если т-о нет значит тела в равновесии др.с др-это с-во хар-ся особой величиной-Т-ра. Т-ра – величина хар-ая способнось тел к теплообмену и направл теплообмена. (2 постулат ТД).

3 постулат об уравнениях состояний.

Всякий внутр параметр есть ф-ия внеш параметров и температуры(ф-ия однозначная) f=f(₁,₂,…,T) (ур-ие Менделеева-Клайперона). Уравнен. сост. наз-ся-зав-ть внутрен-го парам-ра от внеш. и темпер.

Существование и однознач. уравн. сост. явл-ся третьим положен. тд. Для задания сос-я нужно знать все внешние параметры и Т. Число незав.перем-х с помощью кот-х м зад-ть сос-е=Число степеней свободы = числу внутр параметров + 1.Одним из важн внутр параметров яв-ся внутр энергия..  Внутреняя энергия U ТД системы тела – фундаментальное понятие термодинамики. В общефизическом смысле величина U есть сумма всех видов энергии, которыми обладает изолированная система, за исключением кинетической и потенциальной энергии системы как целого. То есть сюда входят энергия хаотического движения молекул, энергия взаимодействия молекул, лучистая, ядерная и др.

Но в ТД в понятие внутренней энергии включают лишь ту ее часть, которая изменяется в тепловых процессах. То есть в величину U термодинамической системы входят лишь кинетическая энергия хаотического движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.

Внутренняя энергия U – функция состояния системы. Она опред значениями термодинамических параметров p, V, T. Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из состояния 1 в состояние 2 есть разность между энергиями в этих состояниях, ∆U = U₂  U₁. Величина ∆U не зав от того, каким путем ТД система перешла из одного состояния в другое.

  Величины Q и А – функции процесса, в отличие от внутренней энергии U. Сколько тело получит или отдаст теплоты Q и какую оно совершит работу A, зависит от того, каким путем перейдет оно из одного состояния в другое.

При взаим тел обмен энергией м/д ними может идти двумя путями. Во-первых, путем сов-я мех работы А одного тела над др. Во-вторых, путем передачи от одного тела другому теплоты Q.

Договорились считать, что Q > 0, если сист получ теплоту, и Q < 0, когда отдает. Кроме того A > 0, если раб. совершает сист над внешн телами, и A < 0, если работу сов-т внешн тела над сист.

.  Первый закон термодинамики. К середине 19 в. было твердо установлено, что теплота – не вещество, а хаотическое движение микрочастиц тела. В сороковых годах 19 века в работах Юлиуса Майера, Джеймса Джоуля и Германа Гельмгольца было доказано, что закон сохранения энергии выполняется и в тех системах, где действуют диссипативные силы. Для общефизической формулировки этого закона нужно лишь ввести понятие внутренней энергии системы. Обычно первый закон термодинамики записывается так:

dQ = dU + dA.   Первый закон термодинамики.

Переданное телу количество теплоты dQ идет на увеличение его внутренней энергии dU и на совершение телом работы dA.

Возможны 3 частных случая.

а.  Объем тела не меняется. Тогда тело не совершает работы над внешними телами, dA = 0. Закон сохранения принимает вид: dQ = dU. Все подводимое тепло идет на увеличение внутренней энергии тела.

б.  Тело в адиабатной оболочке (теплоизолировано), dQ = 0. В этом случае 0 = dU + dA,  dA = – dU. Изолированная термодинамическая система может совершать работу только за счет убыли своей внутренней энергии.

в.  Тело в изотермическом процессе, его температура постоянна. Но это значит, что постоянна и его внутренняя энергия, dU = 0. Тогда dQ = dA. Вся подводимая к системе теплота идет на совершение работы.

Методологическая роль 1-го закона термодинамики состоит в том, что он является критерием научности исследования. Не нужно тратить умственную энергию на изобретение машин, принцип действия которых противоречит законам природы. Наоборот, выполнимость этого закона является надежным признаком правильности физической модели.

Изопроцессы (от греч. isos – равный, одинаковый) – это процессы, протекающие при постоянстве какого-либо параметра. В уравнение состояния входят три параметра p, V и T. Поэтому можно выделить 3 изопроцесса. Изотермический T = const. Процесс совершается при постоянной температуре. Уравнение состояния упрощается и переходит в закон Бойля-Мариотта, pV = RT = const.

Кривые, иллюстрирующие изотермический процесс, называют изотермами. В системе координат p, V изотермы представляют собой гиперболы вида p = const/V. Чем выше температура газа T, тем выше на графике соответствующая ей изотерма. Способность газа изменять свой объем V с изменением давления p при постоянной температуре T характеризуется изотермическим коэффициентом сжимаемости . Все коэффициенты относятся к единичному объему, поэтому . Знак ”T ” в формуле, используемый как индекс, означает постоянство этого параметра при вычислении производной. Для идеального газа V = const p. Отсюда . Сжимаемость идеального газа обратно пропорциональна давлению, под которым он находится. Знак “минус” показывает, что увеличение давления приводит к уменьшению объема и наоборот.

Внутренняя энергия ид.газа не меняется, все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы

Изобарический, p = const. Процесс совершается при постоянном давлении. Уравнение состояния переходит в закон Гей-Люссака, V T = R/p = const, или V = constT. Графики изобарических процессов называют изобарами. В системе координат V и T изобары – прямые линии, проходящие через начало координат. Чем выше давление, тем ниже соответствующая прямая Способность газа изменять свой объем с изменением температуры при постоянном давлении характеризуется коэффициентом теплового расширения .

Отсюда Обычно коэффициент теплового расширения выражается в точке плавления льда, где T = 273,15 K. Тогда  = 1/273,15 K = 3,6610^3 K^1 для всех идеальных газов.

Переданное газу количество теплоты идет на изменение его анутренней энергии и на совершен им работы при постоянном давлении.

Изохорический (от греч. isos и chora – занимаемое место), V = const. Процесс совершается при постоянном объеме. Уравнение состояния переходит в закон Шарля, p/T = R/V = const, или p = constT.

Графики изохорических процессов называют изохорами. В системе координат p, V изохоры – прямые линии, проходящие через начало координат. Чем больше объем, занимаемый газом, тем ниже соответствующая изохора.

Способность газа изменять свое давление с изменением температуры при постоянном объеме характеризуется ТД коэффициентом давления ;

Объем газа не меняется, и поэтому работа газа =0, тогда