Механика.

Кинематика (от греческого kinema — движение) — раздел механики, изучающий движение тел, не рассматривая взаимо­действия тел, физических причин или сил, вызывающих это дви­жение.

Механическое движение — изменение положения тела в про­странстве относительно других тел. Например, движение небес­ных тел, космических ракет и летательных аппаратов, падение тел на Землю, движения в мире живой природы. Движение тела, при котором все его точки движутся одинаково, называется по­ступательным. Поступательно движутся санки, катящиеся с горы, шайба по льду, кузов автомобиля при его движении по дороге.

Движение тела вокруг некоторой оси, при котором все его точки совершают движение по окружностям с центрами на этой прямой, называется вращательным движением. Например, вра­щательное движение совершают лопасти винта самолета, стрелки часов по циферблату, колеса автомобиля.

Материальная точка — тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь. За материальную точку можно при­нять лодку, движущуюся в океане; но если человек перемещается с носа этой лодки на ее корму, то пренебречь размерами лодки уже нельзя. Материальная точка движется относительно других тел. Тело, по отношению к которому рассматривается данное механи­ческое движение, называется телом отсчета. Тело отсчета выби­рается произвольно.

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для измерения времени образуют систему отсчета, отно­сительно которой и рассматривается движение тела. У одного и того же тела относительно разных тел отсчета в разных системах координат могут быть совершенно различные координаты. Любое движение относительно. Например, пассажир, сидя­щий в автобусе, и корпус автобуса движутся относительно Земли, но неподвижны друг относительно друга.

Траектория (от позднелатинского trajectorius — относящий­ся к перемещению) — линия, по которой движется теяо (матери­альная точка). По форме траектории механическое движение может быть прямолинейным и криволинейным.

Траекторией прямолинейного движения в данной системе от­счета является прямая линия. Например, движение мяча, выпу­щенного иа рук на небольшой высоте над поверхностью Земли. Криволинейным является движение тел по окружности, эллипсу, параболе или гиперболе. Движение конца минутной стрелки, па­дение мяча, брошенного горизонтально, движение искусственно­го спутника Земли — примеры криволинейного движения.

Длина траектории называется пройденным путем. Путь явля­ется скалярной величиной.

Перемещением (вектором перемещения) называется направ­ленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением. Перемещеиие - величина векторная; вектор перемещения направлен от начальной точки движения к конечной. Модуль векто­ра перемещения и пройденный путь могут быть равны, когда направле­ние движения материальной точки не изменяется и траекторией являет­ся прямая линия. Например, движе­ние поезда на прямолинейном гори­зонтальном участке дороги. Модуль вектора перемещения меньше прой­денного пути, когда материальная точки движется по криволинейной траектории.

Равномерным называется движение с постоянной скоростью ( ). Траекторией прямолинейного движения является прямая линия.

Движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения, называется равномерным прямолинейным движением. Примером такого движения может служить падение капель дождя в безветренную погоду, падение парашютиста с раскрытым парашютом вблизи земли, всплывание мелких пузырьков газа в стакане газированной воды, движение автомобиля на прямом участке пути при неизменной работе мотора и.т.д.

Зависимость проекции скорости тела Зависимость координаты тела равномерном прямолинейном движении при равномерном прямолинейном движении

Скорость — количественная характеристика движсниятеда. Средней скоростью ( ) называется физическая величина, равная отношению вектора перемещения точки к промежутку времени ∆ t , за которое произошло это перемещение.

Направление вектора средней скоростл.совпадает с направле­нием вектора перемещения ∆S

Мгновенной скоростью (cкоростью в данный момент времени) называется физическая величина, равная пределу, к которому стремится средняя скорость при бесконечном уменьшении про­межутка времени ∆ t:

Мгновенную скорость в данный момент времени определяют отношением очень малого перемещения к малому промежутку времени, за который это перемещение произошло.

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории движения тела.

За единицу скорости в СИ принята скорость такого равномерного и прямолинейного движения, при котором за одну секунду проходится путь в один метр.

Зависимость траектории движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы отсчета называют относительностью механического движения.

Сложение скоростей : скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна сумме скоростей тела в подвижной системе отсчёта и самой подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

Равноускоренным движением называется движение, при котором скорость тела (материальной точки) за любые равные промежутки времени изменяется одинаково. В случае равноускоренного движения модуль скорости тела (материальной точки) с течением времени возрастает, направление ускорения совпадает с направлением скорости движения. Если направление векторов скорости и ускорения противоположены, а модуль скорости с течением времени уменьшается, то движение называется равнозамедленным.

Ускорение — величина, характеризующая быстроту изменения скорости. Средним ускорением называют отношение изменения скорости к промежутку времени, за который это изменение произошло.

Зависимость ускорения тела от времени Зависимость скорости тела от времени

Ускорением (мгновенным ускорением) тела или материальной точки в данный момент времени называется физическая величина, равная пределу, к которму стремится среднее ускорение при стремлении прмежутка времени к нулю. При движении по криволинейной траектории изменяется не только модуль скорости, но и ее направление. Вектор ускорения представляют в виде двух составляющих.

Тангенциальное (касательное) ускорение — составляющая вектора ускорения, направленная вдоль касательной к траекто­рии в данной точке. Тангенциальное ускорение характеризует изменение скорости по модулю. Направление вектора совпада­ет с направлением линейной скорости или противоположно ему.

Нормальное ускорение — составляющая вектора ускоре­ния, направленная вдоль нормали к траектории в данной точке (перпендикулярная линейной скорости движения). Нормальнее ускорение характеризует изменение скорости по направлению. Вектор направлен по радиусу кривизны траектории.

Свободным падением тел называется падение тел на Землю в вакууме, при отсутствии помех. Движение тела под действием силы тяжести при отсутствии сопротивления воздуха можно считать свободным падением. Например, в свободном падении находится спортсмен, прыгающий с вышки в воду, мяч, выпущенный из руки, камень, брошенный с начальной скоростью.

В 1583 году итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642) установил, что в отсутствие сопротивления воздуха все тела, независимо от их массы, падают на землю с одинаковым ускорени­ем g,направленным вертикально вниз. Это ускорение называется ускорением свободного паде­ния.

Равномерное движение по окружности является простейшим примером криволинейного движения. Примером является движение конца минутной стрелки по циферблату или точки на ободе колеса. Скорость движения тела по окружности называется линейной скоростью.

Угловой скоростью равномерного движения тела по окруж­ности называется величина , равная отношению угла поворота радиуса к промежутку времени, в течение которого совершен этот поворот. В случае равномерного движения точки линейная и угловая скорости связаны соотношением:

При равномерном движении по окружности изменение вектора скорости по направлению характеризуется центростремительным ускорением (нормальным ускорением) . В каждой точке траектории вектор центростремительного ускорения направлен к центру окружности по радиусу. Модуль центростремительного ускорения равен отношению квадрата линейной скорости к радиусу окружности.

Динамика (от греческого dynamis — сила) — раздел механи­ки, посвященный изучению движения тел под действием прило­женных к ним сил. В динамике рассматриваются законы движе­ния тел и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Основная задача динамики состоит в определении положения тела в произвольный момент времени по известным начальным условиям (положению и скорости тела в момент начала его дви­жения) и силам, действующим на тело. В динамике рассматрива­ются два типа задач: зная движение тела, определить действую­щие на него силы, и по действующим на тело силам определить закон его движения. В основе динамики лежат законы механики Ньютона, поэтому механику называют классической механи­кой, или механикой Ньютона.

Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчёта, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел компенсируются).

Инерциальной системой отсчёта называется система отсчёта, относительно которой тело движется равномерно и пряиолинейно или покоится при компенсации внешних воздействий на них. С очень высокой степенью точности инерциальной можно считать гелеоцентрическую (звёздную) систему отсчёта. Начало отсчёта такой системы совмещается с центрами солнечной системы, а оси координат проводят в направлении на три звнзды, которые могут быть приняты за неподвижные.

Изменение движения тела определяется не только действую­щей на тело силой, но и свойствами самого тела. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела в поступательном движении, называется инертной массой (от латинского massa — буквально —глыба, ком, кусок). Инертная масса характеризует инертные свойства тела: чем. больше масса тела, тем меньшее ускорение оно приобретает под действием постоянной силы.

Масса характеризует также способность тел притягиваться (взаимодействовать) друг к другу в соответствий с законом все­мирного тяготения, т.е. характеризует гравитационные свойства. В этих случаях масса выступает как мера тяготения и называется гравитационной массой. В современной физике с высокой степе­нью точности установлена тождественность значений инертной и гравитационной масс данного тела (принцип эквивалентности).

Сила - физическая величина, являющаяся мерой механическрго воздействия на данное материальное тело других тел. Это действие сил вызывает изменение скорости точек тела или его деформацию. Прямая вдоль которой напавлена сила называется линией действия силы. Внутреннними силами называются силы взаимодействия межлу частями некоторой системы тел. Внешние силы - силы воздействия на тела данной системы со стороны тел не входящих в эту систему. Систему тел, на каждое из которых не действуют внешние силы, называют замкнутой, или изолированной сисстемой тел.

Если на тело одновременно действуют несколько сил, то иног­да их действие можно заменить одной силой, равноценной по своему действию этим силам. Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу (материальной точке) сил, называется равнодействующей, или результирующей, силой .Равнодействующая сила находится как геометрическая сумма всех сил:

,или

где п —.число действующих на тело сил

Сложение сил производится по правилу параллелограмма:

вектор, изображающий силу, равную геометрическойсумме двух сил, является диагональю: параллелограмма, построенного на этих силах, как на его сторонах. Для двух сил, приложенных к телу в одной точке, сила, найденная построением параллелограм­ма сил, является одновременно равнодействующей данных сил.

Второй закон Ньютона: сила действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга силами равными по модулю и противоположенными по направлению

Силы упругости — это силы, возникающие при деформации тел и направленные в сторону, противоположную перемещению частиц тела при деформации. Силы упругости являются силами электромагнитной природы. Все вещества состоят из. атомов и молекул, в состав которых входят частицы, обладающие электри­ческими зарядами (протоны и электроны). Атомы в твердом теле расположены таким образом, что силы отталкивания одноимен­ных электрических зарядов и силы притяжения разноименных электрических зарядов уравновешивают друг друга. При измене­нии взаимных положений атомов или молекул в твердом теле в результате его деформации электрические силы стремятся возвратить атомы в первоначальное положение.

Сила, возникающая при неплсредственном соприкосновении тел, направленная вдоль поверхностей соприкосновения противоположенно скорости их взаимного перемещения, называется силой трения .

Трение покоя - трение при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел. Сила трения покоя - это сила трени, препятствующая возникновению движения одного тела по поверхности другого.

Трение скольжения - трение при относительном движении соприкасающихся тел. Трение скольжения возникает между коньками и льдом, при движении лыжника или санок по снегу.

, где - коэффициент трения скольжения зависящий от материалов соприкасающихся тел, от качества обработки поверхностей, а также от скорости относительного движения соприкасающихся тел. Коэффициент трения скольжения величина безразмерная, и определяется опытным путём и в большинстве случаев при малых скоростях относительного движения соприкасающихся тел меньше коэффициент трения покоя.

Зависимость модуля силы трения скольжения от модуля относительной относительной скорости устанавлвается экспериментально. Как показывает опыт, при малых относительных скоростях движения тел сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя (поэтому приближённо эти силы можно считать равными).

Силы, с которыми все тела притягиваются друг к другу, назы­ваются силами всемирного тяготения, или гравитационными си­лами. Предположение о существовании этих сил было высказано аглийскйм физиком Исааком Ньтоном. Он доказал, что сила тяготения, действующая между любыми телами Вселенной, является причиной, вызывающей, например, падение камня на землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца. И.Ньютону также удалось доказать, что сила притяжения между телами зависит от масс обоих тел и от расстояния между ними. Окончательная формулировка закона всемирного тяготения была сделана И.Ньютоном в 1687 году.

Закон всемирного тяготения :Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорци­онален квадрату расстояния между ними:

, где - G гравитационная постоянная .( )

Сила тяжести — сила притяжения тел к Земле. Это одно из Проявлений силы всемирного тяготения.

Согласно закону всемирного тяготения силу тяжести, действующую на тело вблизи поверхности Земли, можно выразить фор­мулой: , где m - масса тела; - масса Земли; - радиус Земли.

Вес тела — это сила, с которой тело, вследствие притяжения к Земле, действует на горизонтальную опору или растягивает верти­кальный подвес. Эта сила приложена к опоре либо к подвесу. Если опора неподвижна или движется равномерно и прямолинейно, то вес тела численно равен силе тяжести.

При свободном падении тела, когда ускорение движения равно ускорению свободного йадения а = g, вес тела равен нулю Р = 0. В этом случае имеет место состояние невесомости — состо­яние, при котором тело не действует на опору или подвес вследст­вие притяжения к Земле. В состоянии невесомости находится всякое тело, которое движется только под действием силы тяжес­ти (или силы тяготения). Например, в состоянии невесомости находятся космонавты и предметы внутри космического корабля.

Движение тела с начальной скоростью , направленной под углом к горизонту, является криволинейным движением. Приме­рами движения тел, брощенвых под углом к горизонту, могут быть полет пуль и снарядов, метание диска или копья спортсменом.

Движение тела, брошенного горизоптально с некоторой высоты, можно разложить на два независимых движения: равномерное прямолинейное, происходящее в горизонтальном направлении со скоростью , равной начальной скорости бросания и свободное падение с высоты, на которой находилось тело в момент бросания, с ускорением g( ).Траекторией является ветвь параболы. Уравнения по осям X и Y:

OX: ; OY:

Искусственный спутник Земли (ИСЗ) — тело, движущееся по окружности вокруг Земли. Движение искусственных спутников рассматривают как равномерное движение по окружности.

Наименьшая начальная скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно стало спутником другого тела (планеты или какого-нибудь массивного небесного тела), называется первой космической скоростью

Первая космическая скорость для спутников Земли равна:

У поверхности Земли, принимаемой за однородный шар радиусом =6371 км, лишенный атмосферы (если принять h= 0), =7,9 км/с

Импульсом (от латинского impulsus — толчок, удар), или коли­чеством движения, материальной точки называется физическая величина, равная произведению ее массы и скорости движения:

Импульс величина векторная направление которой совпадает с направлением вектора скорости точки. За единицу импульса тела в СИ принят импульс тела массой 1 кг, движущегося со скоростью 1 м/с: (килограмм на метр в секунду).

Импульсом силы называется физическая величина, равная произведению силы на промежуток времени , в течение кото­рого эта сила действовала на материальную точку или тело.

Закон сохранения импульса:

Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих зам­кнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Реактивное движение возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть.

Например, реактивное движение совершают самолеты, движу­щиеся со скоростями в несколько тысяч км/ч, боевые ракеты, кос­мические ракеты, катерасводометным двигателем,атакже некото­рые живые существа — кальмары, каракатицы, осьминоги.

Реактивное движение возникает при истечении продуктов сгорания из сопла реактивного летательного аппарата. При этом появляется реактивная сила, сообщающая телу ускорение. Она возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами и действует лишь до тех пор, пока продолжается истечение газов. Всякая ракета представляет собой систему двух тел — оболочку и содержащееся в ней топливо. Взаимодействие происходит лишь между ракетой и вытекающей из нее струёй вещества (газа). Топливо при запуске ракеты сжигается и превращается в газ высокого давления и высокой температуры. При истечении из сопла ракеты этот газ за счет давления в камере сгорания приобретает некоторую скорость относительно Земли и, следовательно, Некоторый импульс. В соответствии с законом сохранения импульса сама ракета получит импульс, равный по модулю импульсу газов, но направленный в противоположную сторону. Перед стартом ракеты общий импульс ракеты и горючего был равен нулю в системе отсчета, связанной с Землей. При отсутст­вии внешней силы после включения двигателей сумма импульсов ракеты и истекающих газов также должна быть равна нулю. Следовательно: , где M - масса ракеты, - скорость ракеты, m- масса выброшенных газов, - скорость истечения газов.

Величина называется реактивной силой, которая появляется вследствие истечения газов из ракеты, приложена к ракете и направлена противоположно скорости газов относитель­но ракеты.

Законы движения тел переменной массы были исследованы русскими учеными И.В.Мещерским (1859-1935) и К.Э.Циолковским (1857-1935).

К.Э.Циолковскому принадлежит также идея создания “косми­ческих ракетных поездов” — многоступенчатых ракет. Он первым высказал идею о создании внеземных станций как промежу­точных пунктов при межпланетных полетах. Эти работы послужили основой для создания современной теоретической и практической космонавтики.

Точки приложения сил (а=1,2,...) зададим - радиус векторами с началом в точке О. Из двух векторов и можно образовать по определенному правилу новый век­тор М, называемый моментом силы относительна точки О. Первое условие рав­новесия твердого тела: в положении равновесия сумма сил, дей­ствующих на тело равна нулю. Второе условие равновесия твердого тела: в положении равновесия сумма моментов сил, действующих на тело относительно произвольной точки равна нулю.

Центром тяжести называется точка приложения суммы сил тяжести, действующих на каждую частицу твердого тела. Точка приложения С результирующей силы должна быть выбрана таким образом, чтобы момент силы относительно произвольной точки О равнялся сумме моментов сил относительно той же точки. Из условия равенства суммы моментов сил тяжести, действующих на каждую частицу, и момента результирующей силы относительно оси z получим уравнения:

Механическая работа постоянной силы есть физическая вели­чина, равная произведению модулей силы и перемещения, умно­женному на косинус угла между векторами силы и перемещения.

где F - сила, действующая на тело; s - перемещение тела под действием силы; - угол между направлениями силы и переме­щения.

Мощностью N называется физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, в течение которого она совершена:

Кинетической энергией называют энергию, которой тело обладает вследствие своего движения. Кинетическая энергия материальной точки массой m , поступательно движущейся в данной инерциальной системе отсчёта со скоростью , равна половине произведения массы тела на квадрат её скорости:

Потенциальная энергия (от латинского polentia — возмоность) — это физическая величина, характеризующая взаимодействие тел.

Потенциальной энергией , называется часть механической энергии системы, зависящей от взаимного расположения материальных точек (тел), составляющих эту систему, и от их положения во внешнем силовом поле. Понятие потенциальной энергии относится к системе тел (или к частям одного и того же тела). Если в системе имеется несколько тел, то полная потенциальная энергия системы равна сумме потенциальных энергий всех пар взаимодействующих тел. Потенциальной энергией взаимодействия тела и Земли на­зывают физическую величину, равную произведению массы тела на ускорение свободного падения и высоты тела над поверхностью Земли. Потенциальная энергия тела, на которое действует сила тяжести, равна работе этой силы при перемещении тела на нуле­вой уровень.

Потенциальной энергией уп­руго деформированного тела называется физическая величина, равная половине произведения жёсткости тела на квадрат его деформации:

Закон сохранения механической энергии гласит:

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, вза­имодействующих силами тяготения или упругости, остаетёся постоянной при любых движениях тел системы:

Преврвщение одного вида механической энергии в другой: на сколько увеличивается энергия системы тел одного вида, настолько же уменьшается энергия другого вида, т. е. происходит превращение одного вида мнханической работы в другой.

Для характеристики эффективности использования работы механизма (машины) введена специальная величина - коэффициент полезного действия: ,где - полезная работа, - затраченная работа (или совершённая).

Давление — физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. где Р — давление, F— сила, действующая на площадь, S — площадь поверхности.

За единицу измерения давления в СИ принято давление, которое производит сила в 1 ньютон на перпендикулярную к ней поверхность площадью 1 м².

Закон Паскаля — закон гидростатики: Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку жидкости или газа.

Сообщающиеся сосуды - сосуды имеющие общее дно или соеденёные резиновой трубкой.

При равновесии двух различных жидкостей в сообщающихся сосудах высоты столбов жидкостей, измеряемых от поверхности соприкосновения жидкостей друг с другом, обратно пропорцио­нальны плотностям жидкостей:

где и , и — плотности и высоты столбов жидкостей соответственно.

Гидравлическим прессом называют гидравлическую машину, служащую для прессования или сдавливания. Два цилиндра разного диаметра соединены трубкой. Внутри сосудов расположены два поршня — малый и большой. Прессуемое тело кладут на платформу| соединенную с большим поршнем. При поднятии этого поршня тело упирается в неподвижную верхнюю часть и сжимается. Большой поршень поднимается за счет силы давления жидкости созданной малым поршнем. Причем сила, действующая на большой поршень, будет во столько раз больше силы, действующей на малый поршень, во только раз площадь большого поршня больше площади малого. Для измерения давления жидкости или газа служат манометры.

Атмосферным называется давление которое создаётся вследствие действия силы тяжести верхних слоёв воздуха в земной атмосфере на нижние слои. Наибольшее значение это давление имеет у поверхности Земли. Измерить атмосферное давление можно с помощью опыта Эванжелиста Торричелли (1608-1647). Запаянную с одного конца стеклянную трубку длиной около 1 м наполняют ртутью. Отверстие трубки плотно за­крывают. Затем трубку переворачивают и в вертикальном положении опускают отверстием вниз в сосуд с ртутью. Если теперь открыть отверстие трубки, то столб ртути упадет до высоты пример­но 760 мм над уровнем ртути в сосуде. Так как ртуть находится в равновесии то давление столба ртути внутри трубки на уровне поверхности ртути в сосуде, должно равняться атмосферному. С увеличением высоты на 12 м над уровнем моря атмосферное давление уменьшается на 1мм рт.ст. На высоте около 5.5-6 км давление уменьшается примерно вдвое. Атмосферное давление измеряют барометром.

Закон Архимеда : Сила, выталкивающая погруженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа), вытесненной телом: , где - объём части тела погружённой в жидкость или газ.

Плавание тел На тело, находящееся в жидкости или газе, в земных условиях действуют две силы: сила тяжести и архимедова сила, направленные противоположенно. Модули этих сил могут отличаться, при этом возможны три случая:

1) Если сила тяжести по модулю больше силы Архимеда, то тело опускается вниз, тонет.

2) Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело плавает внутри жидкости, т.е. может находиться в равновесии на любой глубине.

3) Если архимедова сила по модулю больше силы тяжести, т.е. плотность жидкости больше плотности тела, то тело поднима­ется вверх, всплывает.

Закон Бернули: , где p - давление, - плотность жидкости, h - высота данного сечения трубы, - скорость движения жидкости в данном сечении трубы.

Основы молекулярно-кинетической теории.

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.

Основные положения МКТ

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 и 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.

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

Траектория броуновской частицы.

Наиболее ярким экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном движении атомов и молекул является броуновское движение. Это тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе. Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном (1827 г.). Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую (рис. ). Теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном (1905 г.). Экспериментально теория Эйнштейна была подтверждена в опытах французского физика Ж. Перрена (1908–1911 гг.).

Силы, действующие между двумя молекулами, зависят от расстояния между ними. Молекулы представляют собой сложные пространственные структуры, содержащие как положительные, так и отрицательные заряды. Если расстояние между молекулами достаточно велико, то преобладают силы межмолекулярного притяжения. На малых расстояниях преобладают силы отталкивания. Зависимости результирующей силы F и потенциальной энергии E_p взаимодействия между молекулами от расстояния между их центрами качественно изображены на рис. . При некотором расстоянии r = r₀ сила взаимодействия обращается в нуль. Это расстояние условно можно принять за диаметр молекулы. Потенциальная энергия взаимодействия при r = r₀ минимальна. Чтобы удалить друг от друга две молекулы, находящиеся на расстоянии r₀, нужно сообщить им дополнительную энергию E₀. Величина E₀ называется глубиной потенциальной ямы или энергией связи.

Рисунок 3.1.2. Сила взаимодействия F и потенциальная энергия взаимодействия Ep двух молекул. F > 0 – сила отталкивания, F < 0 – сила притяжения.

Взаимодействие молекул.

При хаотическом движении молекул происходят многочисленные столкновения молекул газа друг с другом.

Расстояние, которое пролетает молекула между двумя последовательными столкновениями, называется длиной свободного пробега и обозначается λ длины свободного пробега между отдельными столкновениями молекулы могут значительно отличаться друг от друга. Поэтому пользуются средней длиной свободного пробега λ₁:

λ = (λ₁+ λ₂ +…+ λz) / z.

Если z обозначает среднее число столкновений молекулы за 1 сек., то

λ = υ/z.

Броуновское движение- движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием не скомпенсированных ударов молекул вещества.

Диффузия- процесс выравнивания концентраций, обусловленный переносом вещества посредством молекулярного движения.

Масса и размер молекул.

Молекулы имеют чрезвычайно малые размеры. Простые одноатомные молекулы имеют размер порядка 10^–10 м. Сложные многоатомные молекулы могут иметь размеры в сотни и тысячи раз больше. (1 нм = 10^-9 м). Например: диаметр молекулы воды (H₂O) равен 0,26 нм.

В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называется молем (моль).

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C. Молекула углерода состоит из одного атома.

Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число называется постоянной Авогадро N_A:

NA = 6,02·1023 моль–1.

Постоянная Авогадро – одна из важнейших постоянных в молекулярно-кинетической теории.

Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро N_A:

Массу одного моля вещества принято называть молярной массой M. Молярная масса равна произведению массы m₀ одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро:

M = NA · m0.

Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль). Для веществ, молекулы которых состоят из одного атома, часто используется термин атомная масса.

За единицу массы атомов и молекул принимается 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²C (с массовым числом 12). Она называется атомной единицей массы (а. е. м.):

1 а. е. м. = 1,66·10–27 кг.

Эта величина почти совпадает с массой протона или нейтрона. Отношение массы атома или молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода ¹²C называется относительной массой.

Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковым давлении и температуре содержится одинаковое количество молекул.

Идеальный газ.

Идеальным считается газ, удовлетворяющий следующим условиям:

• объемом всех молекул газа можно пренебречь по сравнению с объемом сосуда, в котором этот газ находится;

• время столкновения молекул друг с другом пренебрежимо мало по сравнению со временем между двумя столкновениями;

• молекулы взаимодействуют между собой только при непосредственном столкновении;

• силы притяжения между молекулами идеального газа ничтожны малы и ими можно пренебречь;

• движение молекул подчиняется закона Ньютона.

Идеальный газ оказывает давление на стенки сосуда за счет упругих ударов его молекул о стенки.

Основное уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа.

Давление Р:

где: m₀ - масса одной молекулы

n – концентрация

υ – средняя квадратичная функция.

Величина есть средняя кинетическая энергия молекул, а величина называется средней квадратичной скоростью.

Температура и ее измерение.

Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

Для объективного измерения температуры был создан специальный прибор – термометр. Действие термометра основано на расширении тел при нагревании и сжатии при охлаждении.

Абсолютная температурная шкала.

Абсолютная температурная – мера кинетической энергии поступательного движения молекул.

Абсолютный нуль – температура, при котором прекращается поступательное движение молекул.

Закон Дальтона для смеси газов.

Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений р1, р2, …, р_n входящих в нее газов:

р = р1+ р2+ …+ р_n,

Парциальное давление – давление, которое производил бы газ, входящих в состав газовой смеси, если бы он занимал объем, равный объему смеси при той же температуре.