Шпаргалка по "Физике"

В техники силы трения имеют большое значение. Во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущие части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, используют подшипники. Подшипники бывают шариковые и роликовые. Простейший подшипник состоит из внешнего кольца и внутреннего кольца. Внутреннее кольцо изготавливают из твердой стали, насаживают на вал. Наружное кольцо закрепляют в корпусе машины. При вращении внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, находящимися между кольцами.

Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле , т.к. при хотьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Не будь трения, предметы бы выскальзывали из рук. У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания.

28. Энергия. Кинетическая энергия  материальной точки. Изменение кинетической  энергии.

Энергия— скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется в этой системе на протяжении времени, в течение которого система будет являться замкнутой. Это утверждение носит название закона сохранения энергии. Понятие введено Аристотелем в трактате «Физика». Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек в выбранной системе отсчёта. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением. Простым языком, кинетическая энергия - это энергия, которую тело имеет только при движении. Когда тело не движется, кинетическая энергия равна нулю. Рассмотрим систему, состоящую из одной частицы, и запишем второй закон Ньютона: -есть равнодействующая всех сил, действующих на тело. Скалярно умножим уравнение на перемещение частицы Учитывая, что получим: если система замкнута, то есть внешние по отношению к системе силы отсутствуют, или равнодействующая всех сил равна нулю, то а величина остаётся постоянной. Эта величина называется кинетической энергией частицы. Если система изолирована, то кинетическая энергия является интегралом движения. Для абсолютно твёрдого тела полную кинетическую энергию можно записать в виде суммы кинетической энергии поступательного и вращательного движения: где:

 — масса тела

 — скорость центра масс тела

 — момент инерции тела

 — угловая скорость тела.

Кинетическая энергия зависит от того, с каких позиций рассматривается система. Если рассматривать макроскопический объект (например, твёрдое тело видимых размеров) как единое целое, можно говорить о такой форме энергии, как внутренняя энергия. Кинетическая энергия в этом случае появляется лишь тогда, когда тело движется как целое. То же тело, рассматриваемое с микроскопической точки зрения, состоит из атомов и молекул, и внутренняя энергия обусловлена движением атомов и молекул и рассматривается как следствие теплового движения этих частиц, а абсолютная температура тела прямо пропорциональна средней кинетической энергии такого движения атомов и молекул. Коэффициент пропорциональности — Постоянная Больцмана.

29. Постоянная тяготения и методы  её измерения. Движение тела, брошенного вертикально вверх.

Гравитацио́нная постоя́нная, постоянная Ньютона (обозначается обычно G, иногда GN или γ)[1] —фундаментальная физическая постоянная, константа гравитационного взаимодействия.

Согласно Ньютоновскому закону всемирного тяготения, сила гравитационного притяжения F между двумяматериальными точками с массами[2] m1 и m2, находящимися на расстоянии r, равна:

Коэффициент пропорциональности G в этом уравнении называется гравитационной постоянной. 

Смысл постоянной тяготения выясняется , если в формуле положить m1=m2=1 кг. Тогда F=G. * G и γ –постоянная тяготения. Это значит, что постоянная тяготения равна силе взаимного притяжения двух точечных единичных масс, расположенных на расстоянии в 1 единицу длины. В системе СИ постоянная тяготения равна силе взаимодействия двух точечных масс по 1 кг, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга. По измерениям, проводившимся с телами из различных материалов,

γ=6,67·10-11 Н·м2/кг2. Такое малое значение постоянной тяготения объясняет, почему мы не наблюдаем взаимного притяжения тел в повседневной жизни, когда мы имеем дело с телами малой массы. По этой же причине гравитационное взаимодействие не играет никакой роли в атомно-молекулярных явлениях. Но с ростом массы роль гравитационного взаимодействия возрастает. Движение планет вокруг Солнца, спутников вокруг планет, вращение Галактики вокруг своего центра полностью определяется гравитационным взаимодействием. Постоянная тяготения относится к мировым константам наряду с такими, как скорость света, зарял электрона и т.д. Она характеризует с количественной стороны фундаментальное свойство материи-гравитацию.

Впервые прямое измерение γ проедлал Кавендиш в 1798г. с использованием крутильных весов(их преимущество от обычных-рычажных-состоит в том, что они не имеют трущихся деталей и поэтому у них отсутствует трение покоя, накладывающее ограничение на величину измеряемой силы). Два маленьких свинцовых шарика массой m скреплены горизонтальным стержнем, подвешенным за середину на тонкой кварцевой нити. При поднесении к шарикам двух свинцовых шаров(тела берутся шаровой формыт.к. они взаимодействуют как материальные точки),масса каждого из которыз М, стержень проворачивается и нить закручивается. Сила, необходимая для закручивания нити на данный угол, может быть известна из предварительных измерений(градуированная упругая нить). Таким образом, подставляя в закон всемирного тяготения результаты измерения силы, массы тел и расстояния между их центрами, можно вычислить и постоянную тяготения.

Тело, брошенное вертикально вверх, движется равномерно замедленно с начальной скоростью V0 и ускорением a = -g. Перемещение тела за время t представляет собой высоту подъема h. Для этого движения справедливы формулы:Если:

V0 — начальная скорость движения тела ,

V — скорость  падения тела спустя время t,

g — ускорение  свободного падения, 9.81 (м/с²),

h — высота  на которую поднимется тело  за время t,

t — время,

То, движение тела, брошенного вертикально вверх описывается следующими формулами:

Высота подъема тела за некоторое время, зная конечную скорость h=(V0 +V/2)t

Высота подъема тела за некоторое время, зная ускорение свободного падения h= V0t-gt2/2

Скорость тела через некоторое время, зная ускорение свободного падения V= V0 –gt

Скорость тела на некоторой высоте, зная ускорение свободного падения V= V02-2gt. Максимальная высота подъема тела, зная первоначальную скорость и ускорение свободного падения. Тело, брошенное вертикально вверх, достигает максимальной высоты в тот момент, когда его скорость обращается в ноль. Поднявшись на максимальную высоту тело начинает свободное падение вниз. hmax= V02/2g

Время подъема на максимальную высоту подъема тела, зная первоначальную скорость и ускорение свободного падения thmax = V0 /g

 

30. Закон сохранения и превращения энергии на примере соударения тел.

Путь к правильному пониманию переходов движения из одной формы в другую был намечен М.В. Ломоносовым, который сформулировал закон сохранения массы вещества при химических превращениях и закон сохранения материи и движения. Количественную формулировку закона сохранения и превращения энергии дали немецкие ученые Ю. Майер и Г. Гельмгольц (XIX в.): в замкнутой системе энергия может переходить из одних видов в другие и передаваться от одного тела к другому, но ее общее количество остается неизменным. Закон сохранения и превращения энергии является одним из фундаментальных законов природы, справедливым как для систем макроскопических тел, так и для систем элементарных частиц. Он является выражением вечности и неуничтожимости движения в природе, которое лишь переходит из одной формы в другую. В замкнутой системе тел, силы взаимодействия между которыми консервативны (потенциальны), отсутствуют взаимные превращения механической энергии в другие виды энергии. Такие системы называются замкнутыми консервативными и для них справедлив закон сохранения энергии в механике: механическая энергия замкнутой консервативной системы не изменяется в процессе ее движения:

В качестве примера рассмотрим диссипацию энергии при абсолютно неупругом прямом центральном ударе двух поступательно движущихся шаров (удар называется абсолютно неупругим, если после удара тела движутся как одно целое, т.е. с одной и той же скоростью). Общая скорость обоих шаров после удара по закону сохранения импульса равна: Если шары движутся в горизонтальной плоскости, то их потенциальная энергия Еn остается неизменной. Полная механическая энергия системы до удара  

После удара она будет равна 

Найдем изменение полной механической энергии системы в результате неупругого удара:

Таким образом, при неупругом ударе полная механическая энергия системы уменьшается, т.е. часть ее рассеивается на деформацию соударяющихся тел. На деформацию тел затрачивается работа, равная убыли полной механической энергии системы:

Если второе тело до удара было неподвижно (v2 = 0), то

Неупругий удар на практике применяется для целей двоякого рода. Во-первых, для изменения формы тела – ковки и штамповки металла, раздробления тел. В этом случае важно, чтобы возможно большая часть кинетической энергии первого тела затрачивалась на работу деформации, т.е. чтобы масса неподвижного тела m2 (например, наковальни вместе с куском металла) была во много раз больше массы ударяющего тела m1 (например, молота). Вторая цель состоит в перемещении тел после удара и преодолении при этом сопротивлений (забивка свай в землю, вбивание клиньев и т.п.). В этом случае выгодно, чтобы работа, затрачиваемая на деформацию, была как можно меньше и чтобы общая кинетическая энергия обоих тел после удара

была наибольшей. Для этого необходимо, чтобы масса ударяющего тела m1 (молота) была во много раз больше массы второго тела m2 (сваи, гвоздя).

31. Силы трения. Сухое трение. Трение  покоя и трение скольжения.

Трение — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. Трение бывает внутреннее и внешнее.

III закон Ньютона устанавливает связь между внутренним и внешним трением. *Для силы трения важно, что она направлена по касательной. Внутреннее трение- тангенциальное взаимодействие(например,трубопровод,по которому течет вода или газ).

Сухое трение. Различают 3 вида сухого трения: покоя, скольжения, качения.

Трение покоя- сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения. Однако, при движении тела в жидкости или газе сила трения покоя равна нулю. В 1779 году французский физик Кулон установил, от чего зависит максимальная сила трения покоя. Оказалось, что сила трения покоя зависит от того, с какой силой прижимаются друг к другу соприкасающиеся предметы. Также было установлено, что трение покоя зависит от материала соприкасающихся поверхностей. Примером силы трения покоя может служить эскалатор со стоящим на нем человеком. Также эта сила проявляется в забитом в доску гвозде, завязанном банте или шнурке и т.д. Максимальная сила трения покоя в простейшем приближении: F=μN , где μ-коэффицент пропорциональности, N-сила нормальной реакции опоры.

Трение скольжения-силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении. Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазка), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя. Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения и не зависит от площади соприкосновения.

Строгой теории трения скольжения нет, по своей природе она может быть объяснена теорией электромагнитного взаимодействияы. Трение скольжения характеризуется физической природой материальных тел, состоянием поверхности, относитеьной скоростью движения тел. Fтрения при относительном движении сначала растет пропорционально скорости, а затем пропорционально квадрату скорости.

32. Кинематика тела, брошенного  под углом к горизонту.

Движение тела, брошенного под углом к горизонту, можно разложить на два независимых движения: равномерное прямолинейное, происходящее в горизонтальном направлении с начальной скоростью v0х = v0·Cosα и свободное падение с начальной скоростью v0у = v0·Sin. Где α - угол между направлениями вектора скорости υ0 и осью Ох. Траекторией такого движения является парабола. Уравнения движения примут вид:

Скорость тела в любой точке траектории:

где υх = υ0х, υу = υ0у - g·t.