Физика в моей профессии

БОУ ОО СПО «Орловский технологический техникум»

Специальность: техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта.

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: «Физика в моей профессии»

 

 

                                                                           Выполнил:

                                                                                      Студент группы №112

                                                                                      Якимов Никита

                                                                                      Проверила:

                                                                                      Пискунова И.Н.

 

 

 

 

Орёл-2013

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………...........3

1. Сила трения…………………………………………………………………4
2. Электролизация тела……………………………………………………….7
3. Энергия гравитационного поля……………………………………..……10
4. Электрическое поле……………………………………………………....13
5. Электрический ток в металлах………………………………………...…16
6. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания...………….19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля - действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля. Электрическим полем называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда: Напряженность электрического поля - векторная физическая величина. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. Напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности: Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Сила трения

Движению тела обычно препятствуют силы трения. Если соприкасаются поверхности твёрдых тел, их относительному движению мешают силы сухого трения. Характерной особенностью сухого трения является существование зоны застоя. С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем. Но несмотря на ту большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина возникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложную природу, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы.  Когда говорят о трении, различают три несколько отличных физических явления: сопротивление при движении тела в жидкости или газе – его называют жидким трением; сопротивление, возникающее, когда тело скользит по какой-нибудь поверхности, – трение скольжения, или сухое трение; сопротивление, возникающее при качении тела, – трение качения.  Тело нельзя сдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превысит определённого значения. До этого момента между поверхностями соприкасающихся тел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растёт вместе с ней.                                                           

  1. Величина силы трения F прямо пропорциональна величине  силы нормального давления N тела  на поверхность, по которой движется  тело, т.е. F = m N;

2. Сила трения не зависит  от площади контакта между  поверхностями;                                                                                                                                                                    3. Коэффициент трения зависит от свойств трущихся поверхностей; 4. Сила трения не зависит от скорости движения тела.

Вот пример. Английский физик Гарди исследовал зависимость силы трения между стеклянными пластинками от температуры. Он тщательно обрабатывал пластинки хлорной известью и обмывал их водой, удаляя жиры и загрязнения. Трение увеличивалось с температурой. Опыт был повторён много раз, и каждый раз получались примерно одни и те же результаты. Но однажды, моя пластинки, Гарди протер их пальцами – трение перестало зависеть от температуры. Протерев пластинки, Гарди, как он сам считал, удалил с них очень тонкий слой стекла, изменивший свои свойства из-за взаимодействия с хлоркой и водой.  Механизм трения очень сложен. Обсудим такую модель. Из-за неровностей поверхностей они касаются друг друга только в отдельных точках на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстоянием между молекулами в самих телах, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая рвётся при нажиме на тело. При движении тела связи постоянно возникают и рвутся. При возникают колебания молекул. На эти колебания и тратится энергия.  Площадь действительного контакта обычно порядка тысяч квадратных микронов. Она практически не зависит от размеров тела и определяется природой поверхностей, их обработкой, температурой и силой нормального давления. Если на тело надавить, то выступы сминаются, и площадь действительного контакта увеличивается. Увеличивается и сила трения.  При значительной шероховатости поверхностей большую роль в увеличении силы трения начинает играть механическое зацепление между “холмами”. Они при движении сминаются, и при этом тоже возникают колебания молекул. Теперь понятен опыт с полированными стеклянными пластинками. Пока поверхности были “грубые”, число контактов было не велико, а после хорошей полировки оно возросло. Можно привести ещё пример увеличения трения с улучшением поверхности. Если взять два металлических бруска с чистыми полированными поверхностями, то они слипаются. Трение здесь становится очень большим, так как площадь действительного контакта велика. Силы молекулярного сцепления, которые ответственны за трение, превращают два бруска в монолит.

Сухое трение имеет ещё одну существенную особенность: наличие трения покоя. В жидкости или газе трение возникает только при движении тела, и тело можно сдвинуть, приложив к нему даже очень маленькую силу. Однако при сухом трении тело начинает двигаться только тогда, когда проекция приложенной к нему силы F на плоскость, касательную к поверхности, на которой лежит тело, станет больше некоторой величины. Пока тело не начало скользить, действующая на него сила трения равна касательной составляющей приложенной силы и направлена в противоположную сторону. Вот ещё примеры, когда хотят вытащить гвоздь из стенки без помощи клещей, его сгибают и тащат, поворачивая одновременно вокруг оси. По той же причине при резком торможении автомобиль теряет управление и машину “заносит”: колёса скользят по дороге, за счёт неровностей дороги возникает боковая сила. Обычно считают, что, для того чтобы сдвинуть тело с места, по нему нужно приложить большую силу, чем для того, чтобы тащить тело. В большинстве случаев это связано с загрязнениями поверхностей трущихся тел. Так, для чистых металлов такого скачка силы трения не наблюдается.  При равномерном движении смычка скрипки струна увлекается им и натягивается. Вместе с натяжением струны увеличивается сила трения между смычком и струной. Когда величина силы трения становится максимально возможной, струна начинает проскальзывать относительно смычка. Если бы сила трения не зависела от относительной скорости смычка и струны, то, очевидно, отклонение струны от положения равновесия не изменялось бы. Но при проскальзывании трение уменьшается, поэтому струна начинает двигаться к положению равновесия. При этом относительная скорость струны увеличивается, а это ещё уменьшает силу трения. Когда же струна, совершив колебания, движется в обратном направлении, её скорость относительно смычка уменьшается смычёк опять захватывает струну, и всё повторяется сначала. Так возбуждаются колебания струны. Эти колебания незатухающие, поскольку энергия, потерянная струной при её движении, каждый раз восполняется работой силы трения, подтягивающей струну до положения, при котором струна срывается. Этим можно и закончить тему о сухом трении – явлении, природу которого мы ещё не понимаем достаточно хорошо, но умеем описывать с помощью законов, выполняющихся с удовлетворительной точностью. Это даёт нам возможность объяснять многие физические явления и делать необходимые расчёты.                                                                                                                      

 

 

 

 

                                    

                                      

                               

 

2. Электризация тела

   Макроскопические тела, как правило, электрически нейтральны. Нейтрален атом любого вещества, так как число электронов в нем равно числу протонов в ядре. Положительно и отрицательно заряженные частицы связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы. Тело больших размеров заряжено в том случае, когда оно содержит избыточное количество элементарных частиц с одним знаком заряда. Отрицательный заряд тела обусловлен избытком электронов по сравнению с протонами, а положительный заряд – их недостатком. Для того чтобы получить электрически заряженное макроскопическое тело или, как говорят, наэлектризовать его, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного. Проще всего это сделать с помощью трения. Если провести расческой по волосам, то небольшая часть наиболее подвижных заряженных частиц – электронов – перейдет с волос на расческу и зарядит ее отрицательно, а волосы зарядятся положительно. При электризации трением оба тела приобретают противоположные по знаку, но одинаковые по модулю заряды. Наэлектризовать тела с помощью трения очень просто. А вот объяснить, как это происходит, оказалось очень непростой задачей.                                  1 версия. При электризации тел важен тесный контакт между ними. Электрические силы удерживают электроны внутри тела. Но для разных веществ эти силы различны. При тесном контакте небольшая часть электронов того вещества, у которого связь электронов с телом относительно слаба, переходит на другое тело. Перемещения электронов при этом не превышают размеров межатомных расстояний (10-8 см). Но если тела разъединить, то оба они окажутся заряженными. Так как поверхности тел никогда не бывают идеально гладкими, то необходимый для перехода тесный контакт между телами устанавливается только на небольших участках поверхностей. При трении тел друг о друга число участков с тесным контактом увеличивается, и тем самым увеличивается общее число заряженных частиц, переходящих от одного тела к другому. Но не ясно, как в таких не проводящих ток веществах (изоляторах), как эбонит, плексиглас и другие, могут перемещаться электроны. Они ведь связаны в нейтральных молекулах.                                                                                                          2 версия. На примере ионного кристалла LiF (изолятора) это объяснение выглядит так. При образовании кристалла возникают различного рода дефекты, в частности вакансии – незаполненные места в узлах кристаллической решетки. Если число вакансий для положительных ионов лития и отрицательных – фтора неодинаково, то кристалл окажется при образовании заряженным по объему. Но заряд в целом не может сохраняться у кристалла долго. В воздухе всегда имеется некоторое количество ионов, и кристалл будет их вытягивать из воздуха до тех пор, пока заряд кристалла не нейтрализуется слоем ионов на его поверхности. У разных изоляторов объемные заряды различны, и поэтому различны заряды поверхностных слоев ионов. При трении поверхностные слои ионов перемешиваются, и при разъединении изоляторов каждый из них оказывается заряженным. А могут ли электризоваться при трении два одинаковых изолятора, например те же кристаллы LiF? Если они имеют одинаковые собственные объемные заряды, то нет. Но они могут иметь и различные собственные заряды, если условия кристаллизации были разными и появилось разное число вакансий. Как показал опыт, электризация при трении одинаковых кристаллов рубина, янтаря и др. действительно может происходить. Однако приведенное объяснение вряд ли правильно во всех случаях. Если тела состоят, к примеру, из молекулярных кристаллов, то появление вакансий у них не должно приводить к заряжению тела. Еще один способ электризации тел – воздействие на них различных излучений (в частности, ультрафиолетового, рентгеновского и γ-излучения). Этот способ наиболее эффективен для электризации металлов, когда под действием излучений с поверхности металла выбиваются электроны, и проводник приобретает положительный заряд. Электризация через влияние. Проводник заряжается не только при контакте с заряженным телом, но и в том случае, когда оно находится на некотором расстоянии. Исследуем подробнее это явление. Подвесим на изолированном проводнике легкие листки бумаги (рис. 3). Если вначале проводник не заряжен, листки будут в неотклоненном положении. Приблизим теперь к проводнику изолированный металлический шар, сильно заряженный, например, при помощи стеклянной палочки. Мы увидим, что листки, подвешенные у концов тела, в точках а и b, отклоняются, хотя заряженное тело и не касается проводника. Проводник зарядился через влияние, отчего и само явление получило название «электризация через влияние» или «электрическая индукция». Заряды, полученные посредством электрической индукции, называют наведенными или индуцированными. Листки, подвешенные у середины тела, в точках а’ и b’, не отклоняются. Значит, индуцированные заряды возникают только на концах тела, а середина его остается нейтральной, или незаряженной. Поднося к листкам, подвешенным в точках а и b, наэлектризованную стеклянную палочку, легко убедиться, что листки в точке b от нее отталкиваются, а листки в точке а притягиваются. Это значит, что на удаленном конце проводника возникает заряд того же знака, что и на шаре, а на близлежащих частях возникают заряды другого знака. Удалив заряженный шар, мы увидим, что листки опустятся. Явление протекает совершенно аналогичным образом, если повторить опыт, зарядив шар отрицательно (например, при помощи сургуча). С точки зрения электронной теории эти явления легко объясняются существованием в проводнике свободных электронов. При поднесении к проводнику положительного заряда электроны к нему притягиваются и накапливаются на ближайшем конце проводника. На нем оказывается некоторое число «избыточных» электронов, и эта часть проводника заряжается отрицательно. На удаленном конце образуется недостаток электронов и, следовательно, избыток положительных ионов: здесь появляется положительный заряд. При поднесении к проводнику отрицательно заряженного тела электроны накапливаются на удаленном конце, а на ближнем конце получается избыток положительных ионов. После удаления заряда, вызывающего перемещение электронов, они вновь распределяются по проводнику, так что все участки его оказываются по-прежнему незаряженными. Перемещение зарядов по проводнику и их накопление на концах его будут продолжаться до тех пор, пока воздействие избыточных зарядов, образовавшихся на концах проводника, не уравновесит те исходящие из шара электрические силы, под влиянием которых происходит перераспределение электронов. Отсутствие заряда у середины тела показывает, что здесь уравновешены силы, исходящие из шара, и силы, с которыми действуют на свободные электроны избыточные заряды, накопившиеся у концов проводника. Индуцированные заряды можно разделить, если в присутствии заряженного тела разделить проводник на части. Такой опыт изображен на рис. 4. В этом случае сместившиеся электроны уже не могут вернуться обратно после удаления заряженного шара; так как между обеими частями проводника находится диэлектрик (воздух). Избыточные электроны распределяются по всей левой части; недостаток электронов в точке b частично пополняется из области точки b’, так что каждая часть проводника оказывается заряженной: левая – зарядом, по знаку противоположным заряду шара, правая – зарядом, одноименным с зарядом шара.

 

                                                                                                                                                                      

                              

 

3. Энергия гравитационного поля

   Известно, что всякое тело искривляет окружающее его пространство. Искривление пространства происходит не только в математическом, но и в физическом плане. Физическое искривление пространства представляет собой не что иное, как искривление материальной основы пространства (материи). Искривленная телами материя представляет собой гравитационное поле Вселенной. Данное гравитационное поле является носителем энергии упругой деформации, которая возникает при искривлении материи. Каждое тело искривляет определенную область материи пропорционально своей массе. Чем больше масса тела, тем большая область материи искривлена и тем больше эта область материи обладает энергией упругой деформации. Искривленная телом область материи – гравитационная яма первоначально повторяет форму образовавшего ее тела. Энергия упругой деформации в гравитационной яме распределена не равномерно. Самое большое значение энергии в гравитационной яме находится на границе тела и материи, а чем дальше от тела, тем значение энергии в гравитационной яме становится меньше. Кривизна материи в гравитационной яме распределяется также как энергия. Чем дальше от тела, тем кривизна материи становится меньше. Благодаря наличию в гравитационной яме энергии упругой деформации со стороны материи возникает гравитационная сила, которая действует на тело. Все тела находящиеся в гравитационном поле Вселенной находятся под действием гравитационной силы действующей на них со стороны искривленной материи. Таким образом, гравитационное поле Вселенной – это силовое поле, в каждой точке которого имеется энергия упругой деформации, значение которой пропорционально кривизне материи в данной точке поля. Все тела во Вселенной находятся в постоянном движении. Вместе с телами движутся и образованные ими гравитационные ямы. При движении гравитационных ям они деформируются в результате взаимодействия друг с другом. Деформация гравитационных ям приводит к перераспределению (изменению) кривизны материи внутри каждой гравитационной ямы, а, следовательно, и к изменению величины энергии упругой деформации. Гравитационная яма, образованная Землей должна повторять по форме Землю, однако, находясь в солнечной гравитационной яме, под ее действием, а так же под действием гравитационной ямы образованной Луной земная гравитационная яма деформируется следующим образом. Наибольшее значение величины энергии упругой деформации располагается в районе полюсов Земли. Наименьшее значение величины энергии располагается с солнечной стороны Земли. Значение величины энергии напрямую связано с величиной гравитационной силы, которая действует на Землю и на все тела находящиеся на ней. Так на тела расположенные в районе полюсов Земли гравитационная сила действует с большим значением, чем в других областях поверхности Земли. Данный факт подтверждается многолетними наблюдениями. В Арктике в районе Северного полюса время от времени Северный ледовитый океан освобождается ото льда. Освобождение поверхности океана ото льда объясняется тем, что лед «выдавливается» в разные стороны действующей на него гравитационной силой. Форма поверхности океана освобожденная ото льда представляет собой концентрическую окружность. Через какое-то время лед покрывает данную область океана – давление льда превышает гравитационную силу. Через некоторое время гравитационная сила по значению превышает давление льда, и данная область океана снова освобождается ото льда и т.д. Наименьшее значение величины гравитационной силы действующей на Землю с солнечной стороны приводит к тому, что Земля «подталкивается» в сторону Солнца и тем самым двигаясь не по прямой, а по криволинейной замкнутой линии вокруг Солнца. Гравитационное поле, как любое другое силовое поле способно перемещать имеющуюся в нем энергию от одной точки поля к другой его точки. Данное перемещение энергии связано с перемещением тел или изменением массы тел. Так, например, при движении тела М1 вместе с ним движется гравитационная яма образованная этим телом. При движении происходит взаимное деформирование как гравитационной ямы образованной телом М1, так и соседних гравитационных ям образованных другими телами. Соседние гравитационные ямы деформируясь изменяют значение энергии упругой деформации и эти изменения в своих гравитационных ямах «чувствуют» каждое соседнее тело. Таким образом движение тела М1 не проходит незамеченным для его соседних тел. Изменение кривизны материи в соседних гравитационных ямах происходит в результате передачи этого изменения гравитационными волнами. Источником этих гравитационных волн, в данном случае, является тело М1. Движение тел во Вселенной приводит к постоянному деформированию гравитационных ям (изменению значения энергии упругой деформации), что приводит к постоянному изменению воздействия гравитационных сил на тела. Зафиксировать эти изменения можно по изменению ускорения свободного падения или по изменению веса пробного тела. В последнее время много ученых разных стран мира работают над проблемой регистрации гравитационных волн или регистрацией изменения гравитационного поля около Земли. Предполагается, что гравитационные волны можно обнаружить только от больших космических объектов (пульсары, нейтронные звезды и т.д.). Для этой цели строятся многомиллионные установки в разных странах, такие, например как LIGO, VIRGO, TAMA и другие. Однако положительных результатов в работе на этих установках пока не получено. Причиной тому якобы является недостаточная точность измерительных приборов. Принцип работы данных установок заключается в измерении отклонений расстояния между двумя пробными телами, расположенными в горизонтальной плоскости относительно Земли. Расположение пробных тел в горизонтальной плоскости является кардинальной ошибкой. Все изменения гравитационного поля в той или иной точке Земли происходят при воздействии на данную точку по вертикали – сверху вниз. Это происходит вне зависимости от того, с какой стороны пришла гравитационная волна. Поэтому измерения изменений в горизонтальной плоскости ни к чему не приведут. Регистрация гравитационных волн только от больших космических объектов тоже является ошибочным. Автором был поставлен эксперимент, в результате, которого зафиксировано изменение гравитационного поля при сокращении расстояния между Землей и Венерой, Землей и Меркурием, а это есть не что иное, как регистрация гравитационных волн.В данной статье сделана попытка объяснения возникновение гравитационных сил действующих на тела. Гравитационные силы возникают только на основе энергии упругой деформации гравитационного поля. Источником этой потенциальной энергии является искривленная телами материя. Эту материю называют «темной» материей. На сегодняшний день имеются только косвенные доказательства существования «темной» материи. Однако пока она не будет признана, суть гравитационного взаимодействия между телами останется для нас за семью печатями. Чем быстрее мы исправим старые ошибки, тем быстрее мы будем продвигаться в познании окружающего нас мира.