- •Вступ Що вивчає фізика
- •Фізичні величини. Вимір фізичних величин
- •Спостереження і досліди - джерела фізичних знань.
- •Будова речовини
- •Розділ 1 механіка Механічний рух. Простір і час
- •Положення тіла або точки можна задати тільки відносно іншого тіла, яке називається тілом відліку.
- •Елементи кінематики
- •§1. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення
- •Кінематикою називають розділ механіки, в якому рух тіл розглядається без з'ясування причин цього руху.
- •§2. Швидкість і прискорення руху
- •Прискорення
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Рух тіл з прискоренням вільного падіння
- •§ 3. Рух по колу
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Динаміка поступального руху
- •§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила
- •Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.
- •Взаємодія тіл. Сила.
- •Інерція. Маса тіла
- •Густина речовини
- •Перший закон Ньютона ( закон інерції)
- •§ 5. Другий закон Ньютона
- •§ 6. Третій закон Ньютона
- •§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
- •Сила тяжіння.
- •Вага тіла Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.
- •Невагомість
- •Сила тертя
- •Доцентрова сила
- •Відцентрова сила
- •Сила пружності. Закон Гука
- •§ 8. Закон збереження імпульсу
- •Тема 3 Робота і енергія
- •§ 9. Робота, енергія, потужність
- •Потужність. Одиниці потужності
- •Енергія. Закон збереження енергії.
- •Потенціальна енергія
- •Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
- •Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.
- •Закон збереження механічної енергії
- •Сума потенціальної і кінетичної енергії тіла або декількох тіл називається повною механічною енергією.
- •§ 10. Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії
- •Розв’язок:
- •Тема 4 Динаміка обертального руху
- •§11. Рівновага тіл, які мають закріплену вісь обертання.
- •§12. Момент сили і момент інерції тіла відносно осі обертання.
- •Кінетична енергія обертального руху. Момент інерції.
- •Моменти інерції деяких тіл.
- •Теорема Штейнера.
- •§13. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •§14. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •Розділ 2 основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •Тема 5
- •Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •§15. Дослідне підтвердження основних положень мкт Існування проміжків між частками
- •Малість розмірів часток речовини
- •Рух часток речовини
- •Дифузія
- •Взаємне притягання і відштовхування молекул
- •Швидкість руху часток і температура
- •Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.
- •§16. Три стани речовини
- •§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
- •Кристалізація аморфних тіл.
- •§ 18. Будова рідин
- •§ 19. Газоподібні тіла
- •Тема 6 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу § 20. Ідеальний газ і його параметри
- •§ 21. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 22. Газові процеси
- •§ 23. Основне рівняння мкт газів
- •§24. Температура
- •§25. Розподіл молекул за швидкостями
- •§ 26. Барометрична формула.
- •§ 27. Короткі відомості про атмосферу.
- •§ 28. Розподіл Больцмана
- •§ 29. Явища переносу
- •Середня довжина вільного пробігу і число зіткнень за секунду молекул газу.
- •Дифузія.
- •Теплопровідність
- •Внутрішнє тертя (в'язкість)
- •Тема 7 Перший закон термодинаміки
- •§ 30. Внутрішня енергія
- •§ 31. Перший закон термодинаміки Способи зміни внутрішньої енергії
- •§ 32. Теплоємність
- •§ 33. Перший закон термодинаміки для різних термодинамічних процесів
- •§ 34. Адіабатичний процес
- •Тема 8 Другий закон термодинаміки
- •§ 35. Теплові двигуни. Термодинамічні цикли. Цикл Карно
- •Двигун внутрішнього згорання
- •§ 36. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки
- •§ 37. Статистичний зміст ентропії
- •Питання і задачі :
- •Розділ 3 електромагнетизм
- •Тема 8 Електростатика
- •§ 38. Електричний заряд. Закон Кулона
- •§ 39. Електричне поле
- •Принцип суперпозиції електричного поля.
- •§ 40. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Гауса для електричного поля у вакуумі
- •Лінії напруженості електричного поля
- •§41. Робота електричного поля по переміщенню заряду. Потенціал
- •§ 42. Діелектрики і провідники в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електроємність. Конденсатори
- •Електрична ємність
- •З'єднання конденсаторів
- •При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
- •§43. Енергія електричного поля
- •Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
- •Тема 9 Електричний струм
- •§ 44. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга
- •§ 45. Закон Ома
- •§ 46. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Правила Кірхгофа
- •При послідовному з'єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.
- •Правила Кірхгофа для розгалужених кіл
- •§ 47. Робота і потужність струму. Закону Джоуля-Ленца
- •Робота dA електричного струму I, що протікає по нерухомому провідникові з опором r, перетвориться в теплоту dQ, що виділяється в провіднику.
- •§ 48. Класична теорія електропровідності металів
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля-Ленца.
- •Нині ведуться інтенсивні роботи по пошуку нових речовин з ще вищими значеннями Tкр.
- •Тема 10 Магнітне поле і його характеристики.
- •§49. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
- •§ 50. Закон Біо - Савара - Лапласа
- •§ 51. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля
- •§ 52. Сила Лоренца
- •Тема 11
- •§ 53. Магнітне поле в речовині
- •Тема 12 Електромагнітна індукція
- •§ 54. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •§ 55. Самоіндукція. Енергія магнітного поля
- •Енергія магнітного поля
- •Література
- •Тема 1
- •Національна металургійна академія України
- •49600, Г. Дніпропетровськ 5, пр. Гагаріна, 4
- •Редакційно-видавничий відділ нМетАу
Розв’язок:
Скористаємося законом збереження механічної енергії під час переходу кульки з нижнього положення у верхнє. У нижньому положенні повна механічна енергія дорівнювала кінетичній енергії кулі Е= ½mvo2 У верхній точці повна механічна енергія Е= mg·2l+½mv2, де l - довжина підвісу нерозтяжної нитки, v - швидкість у верхній точці траєкторії.
½mvo2= mg·2l+½mv2 (1)
У верхній точці на кульку діятимуть 2 сили: сила тяжіння mg (спрямована вниз) і сила натягнення нитки T (також спрямована вниз). Ці сили надають кульці доцентрове прискорення, спрямоване вниз, - до точки підвісу :
ma = mg + T
Верхню точку траєкторії кулька повинна здолати з мінімально можливою швидкістю . Це можливо за умови, коли T = 0 тоді
maд = mg.
Враховуючи, що отримаємоv2 = gl (2)
Зробимо підстановку (2) в (1), отримаємо
vo2 = g4l + gl = 5gl, звідси. =5 м/с.
Відповідь: якщо кулька підвішена на нерозтяжній нитці, його швидкість повинна складати не менше 5 м/с.
2. Для визначення початкової швидкості кулі масою 10 г роблять постріл в балістичний маятник масою 6 кг (дерев'яний брусок підвішений на нитках). Брусок із застряглою в ньому кулею піднімається на висоту 49 мм. Визначите: а) початкову швидкість кулі; б) кінетичну енергію кулі у момент попадання кулі в маятник; в) кількість механічної енергії, перетвореної у внутрішню енергію.
Балістичний маятник.
Аналіз умови. Систему "Брусок - куля" можна прийняти за ізольовану, оскільки у момент удару кулі в брусок усі діючі на них сили урівноважені, а опір повітря малий і його можна не враховувати. До ізольованих систем можна застосувати закони збереження.
Розв’язок:
Дано: а) До взаємодії імпульс мала тільки куля:
М=6 кг р = mv0.
т=0,01кг після взаємодії, куля і брусок рухалися як єдине ціле
h= 0.049м р =(M+m) u, де и - швидкість бруска з кулею після зіткнення
v0=? Оскільки напрям векторів до і після взаємодії співпадають
ΔЕ=? mv0=(M+m) u, звідки .
Еk=? Швидкість бруска з кулею відразу після зіткнення знайдемо, використовуючи
закон збереження і перетворення енергії :
звідки
Отже .
б) Кінетична енергія кулі до зіткнення рівна .
в) Кількість механічної енергії, перетвореної у внутрішню енергію дорівнює різниці кінетичної енергії кулі до попадання в брусок і максимальної енергії бруска з кулею, :
.
Обчислення:
а) = 589 м/с.
б) =1734 Дж
в) = 1731 Дж
Результат розв’язку показує, що майже уся кінетична енергія кулі перетворюється на внутрішню.
Питання і задачі :
Вкажіть одиниці виміру роботи, енергії, потужності і виразіть їх через основні одиниці СІ.
Які дві умови потрібно для здійснення механічної роботи?
Що показує потужність, як її обчислюють?
Наведіть приклади, коли при виконанні роботи напрям сили не співпадає з напрямом переміщення.
Яка послідовність перетворення енергії призводить до виділення тепла в електричній печі, якщо відомо, що електроенергія поступає з гідроелектростанції?
Що таке коефіцієнт корисної дії? Що він характеризує?
Скільки води ( у кубометрах ) можна підняти з шахти глибиною 150м впродовж 1 години, якщо корисна потужність установки рівна 7,5кВт? Густина води 1 г/см3, g = 10 м/с2. (18 м3).
При рівномірному русі із швидкістю 72км/год автомобіль розвиває силу тяги 2,5 кН. Яка при цьому потужність двигуна?(50 кВт).
За допомогою системи блоків вантаж вагою 2400Н піднімається на висоту 0,5м. Кінець мотузка, до якого прикладена сила 500Н, переміщається при цьому на 3м. Визначити ККД системи.(0,8).
Яку роботу здійснює підйомний кран, піднімаючи вантаж 2500 кг на висоту 12 м?(300 кДж).
З греблі висотою 22 м за 10 хвилин падає 500 т води. Яка потужність розвивається при цьому?(180 кВт).
Яка потужність людини при ходьбі, якщо за 2 години вона робить 10000 кроків і за кожен крок здійснює 40 Дж роботи?(55 Вт).
Тіло масою 4 кг рухається із швидкістю 3 м/с і ударяється об нерухоме тіло такої ж маси. Вважаючи удар центральним і непружним, визначити кількість теплоти що виділилося при ударі.(13,5 Дж).
Вантаж, маса якого 10 кг підіймають по похилій площині завдовжки 2 м. Кут нахилу до горизонту 30°. Визначити 1) роботу підйому по похилій площині; 2) середню потужність підйомного пристрою; 3) ККД похилій площині. Коефіцієнт тертя прийняти 0,1, час підйому 2 с. (154 Дж, 77 Вт, 0,9)
На нитці довжиною 50 см висить кулька. Яку мінімальну швидкість слід надати кульці в горизонтальному напрямку, щоб вона зробила повний оберт у вертикальній площині? Вважайте, що g = 10 м/с2. Опором повітря і розміром кульки знехтуйте. Відповідь запишіть у метрах за секунду.(5 м/с)
Визначте, у скільки разів треба збільшити потужність двигуна водяного насоса, щоб він через трубу такого самого перерізу за одиницю часу подавав утричі більше води. Воду вважайте ідеальною рідиною. Труба горизонтальна. (27раз.)