agh_wykłady_Fizyka.pdf
(
13267 KB
)
Pobierz
FIZYKA
Zbigniew Kąkol
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej
Akademia Górniczo-Hutnicza
Kraków 2006-2011
Spis treści
Spis treści............................................................................................................................... 2
Od autora ............................................................................................................................. 11
Informacje ogólne............................................................................................................ 11
Porady dla studiujących................................................................................................... 12
Układ treści i korzystanie z materiałów ...................................................................... 12
Wskazówki ułatwiające samokontrolę postępów ........................................................ 13
MODUŁ I ............................................................................................................................ 15
1
Wiadomości wstępne................................................................................................... 16
1.1
Wielkości fizyczne, jednostki ............................................................................... 16
1.2
Wektory ................................................................................................................ 17
1.2.1
Rozkładanie wektorów na składowe ............................................................. 17
1.2.2
Suma wektorów ............................................................................................. 18
1.2.3
Iloczyn skalarny............................................................................................. 19
1.2.4
Iloczyn wektorowy ........................................................................................ 19
2
Ruch jednowymiarowy................................................................................................ 20
2.1
Wstęp .................................................................................................................... 20
2.2
Prędkość................................................................................................................ 20
2.2.1
Prędkość stała ................................................................................................ 20
2.2.2
Prędkość chwilowa ........................................................................................ 21
2.2.3
Prędkość średnia ............................................................................................ 22
2.3
Przyspieszenie....................................................................................................... 23
2.3.1
Przyspieszenie jednostajne ............................................................................ 23
2.3.2
Przyspieszenie chwilowe............................................................................... 24
2.3.3
Ruch jednostajnie zmienny............................................................................ 24
3
Ruch na płaszczyźnie................................................................................................... 26
3.1
Przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie......................................................... 26
3.2
Rzut ukośny .......................................................................................................... 27
3.3
Ruch jednostajny po okręgu.................................................................................. 30
3.4
Ruch krzywoliniowy............................................................................................. 32
4
Podstawy dynamiki ..................................................................................................... 34
4.1
Wstęp .................................................................................................................... 34
4.1.1
Oddziaływania podstawowe .......................................................................... 34
4.1.2
Masa .............................................................................................................. 35
4.1.3
Pęd ................................................................................................................. 35
4.1.4
Siła ................................................................................................................. 35
4.2
Zasady dynamiki Newtona ................................................................................... 36
5
Wybrane zagadnienia z dynamiki................................................................................ 41
5.1
Siły kontaktowe i tarcie ........................................................................................ 41
5.1.1
Tarcie ............................................................................................................. 41
5.2
Siły bezwładności ................................................................................................. 43
6
Grawitacja.................................................................................................................... 47
6.1
Prawo powszechnego ciążenia.............................................................................. 47
6.1.1
Doświadczenie Cavendisha ........................................................................... 48
6.2
Prawa Keplera ruchu planet .................................................................................. 50
2
6.3
Ciężar .................................................................................................................... 51
6.3.1
Masa bezwładna i grawitacyjna..................................................................... 51
6.4
Pole grawitacyjne, pola sił .................................................................................... 52
Podsumowanie..................................................................................................................... 54
Materiały dodatkowe do Modułu I ...................................................................................... 55
I. 1.
Średnia ważona ..................................................................................................... 55
I. 2.
Ruch przyspieszony po okręgu ............................................................................. 55
I. 3.
Ruch w polu grawitacyjnym z uwzględnieniem oporu powietrza........................ 57
I. 4.
Siła Coriolisa......................................................................................................... 58
I. 5.
Prawa Keplera a zasady dynamiki Newtona......................................................... 60
Rozwiązania ćwiczeń z modułu I ........................................................................................ 62
Test I .................................................................................................................................... 67
MODUŁ II........................................................................................................................... 69
7
Praca i energia ............................................................................................................. 70
7.1
Praca wykonana przez siłę stałą............................................................................ 70
7.2
Praca wykonana przez siłę zmienną ..................................................................... 72
7.3
Energia kinetyczna................................................................................................ 75
7.4
Moc ....................................................................................................................... 76
8
Zasada zachowania energii.......................................................................................... 78
8.1
Siły zachowawcze i niezachowawcze................................................................... 78
8.2
Energia potencjalna............................................................................................... 81
8.2.1
Energia potencjalna i potencjał pola grawitacyjnego .................................... 84
8.3
Zasada zachowania energii ................................................................................... 86
9
Zasada zachowania pędu ............................................................................................. 90
9.1
Środek masy.......................................................................................................... 90
9.2
Ruch środka masy ................................................................................................. 91
9.3
Pęd układu punktów materialnych........................................................................ 93
9.4
Zasada zachowania pędu ...................................................................................... 94
10
Zderzenia ..................................................................................................................... 96
10.1
Zderzenia w przestrzeni jednowymiarowej....................................................... 96
10.2
Zderzenia na płaszczyźnie................................................................................. 99
Materiały dodatkowe do Modułu II................................................................................... 104
II. 1.
Energia kinetyczna w układzie środka masy................................................... 104
II. 2.
Układy o zmiennej masie ................................................................................ 105
Rozwiązania ćwiczeń z modułu II..................................................................................... 107
Test II................................................................................................................................. 112
MODUŁ III ....................................................................................................................... 114
11
Ruch obrotowy .......................................................................................................... 115
11.1
Kinematyka ruchu obrotowego ....................................................................... 115
11.2
Dynamika punktu materialnego ...................................................................... 117
11.2.1
Moment pędu............................................................................................... 118
11.2.2
Zachowanie momentu pędu......................................................................... 119
11.3
Ciało sztywne i moment bezwładności ........................................................... 120
11.4
Ruch obrotowo-postępowy ............................................................................. 122
12
Ruch drgający ............................................................................................................ 125
12.1
Siła harmoniczna, drgania swobodne.............................................................. 125
3
12.2
Wahadła........................................................................................................... 127
12.2.1
Wahadło proste ............................................................................................ 127
12.2.2
Wahadło fizyczne ........................................................................................ 129
12.3
Energia ruchu harmonicznego prostego.......................................................... 130
12.4
Oscylator harmoniczny tłumiony .................................................................... 132
12.4.1
Straty mocy, współczynnik dobroci ............................................................ 134
12.5
Drgania wymuszone oscylatora harmonicznego............................................. 135
12.5.1
Rezonans...................................................................................................... 137
12.6
Składanie drgań harmonicznych ..................................................................... 138
12.6.1
Składanie drgań równoległych .................................................................... 138
12.6.2
Składanie drgań prostopadłych.................................................................... 140
Materiały dodatkowe do Modułu III ................................................................................. 142
III. 1.
Ruch przyspieszony po okręgu ....................................................................... 142
III. 2.
Obliczanie momentu bezwładności - przykład ............................................... 143
III. 3.
Ruch precesyjny (bąk)..................................................................................... 144
III. 4.
Równanie ruchu harmonicznego tłumionego.................................................. 146
III. 5.
Amplituda i faza w ruchu harmonicznym wymuszonym................................ 147
III. 6.
Moc absorbowana przez oscylator .................................................................. 148
III. 7.
Składanie drgań metodą wektorową ............................................................... 149
Rozwiązania ćwiczeń z modułu III ................................................................................... 151
Test III ............................................................................................................................... 154
MODUŁ IV ....................................................................................................................... 156
13
Fale w ośrodkach sprężystych ................................................................................... 157
13.1
Fale mechaniczne ............................................................................................ 157
13.1.1
Rodzaje fal................................................................................................... 157
13.2
Rozchodzenie się fal w przestrzeni ................................................................. 160
13.3
Prędkość rozchodzenia się fal, równanie falowe ............................................ 162
13.4
Przenoszenie energii przez fale ....................................................................... 164
13.5
Interferencja fal, fale stojące ........................................................................... 165
13.5.1
Fale stojące .................................................................................................. 166
13.6
Analiza fal złożonych...................................................................................... 167
13.7
Dudnienia, modulacja amplitudy .................................................................... 169
13.8
Zjawisko Dopplera .......................................................................................... 171
14
Statyka i dynamika płynów ....................................................................................... 174
14.1
Ciśnienie i gęstość........................................................................................... 174
14.2
Ciśnienie wewnątrz nieruchomego płynu ....................................................... 175
14.2.1
Pomiar ciśnienia (barometr) ........................................................................ 176
14.3
Prawo Pascala i prawo Archimedesa .............................................................. 177
14.4
Ogólny opis przepływu płynów ...................................................................... 179
14.5
Równanie Bernoulliego................................................................................... 181
14.6
Dynamiczna siła nośna.................................................................................... 185
Materiały dodatkowe do Modułu IV ................................................................................. 187
IV. 1.
Prędkość grupowa ........................................................................................... 187
IV. 2.
Prędkość fal w naprężonym sznurze (strunie)................................................. 188
Rozwiązania ćwiczeń z modułu IV ................................................................................... 190
Test IV ............................................................................................................................... 193
4
MODUŁ V......................................................................................................................... 194
15
Kinetyczna teoria gazów i termodynamika I............................................................. 195
15.1
Ciśnienie gazu doskonałego ............................................................................ 195
15.2
Temperatura, równanie stanu gazu doskonałego ............................................ 198
15.2.1
Zerowa zasada termodynamiki.................................................................... 198
15.2.2
Kinetyczna interpretacja temperatury.......................................................... 198
15.2.3
Równanie stanu gazu doskonałego.............................................................. 198
15.2.4
Pomiar temperatury, skale temperatur......................................................... 199
15.3
Ekwipartycja energii ....................................................................................... 200
15.4
Pierwsza zasada termodynamiki ..................................................................... 202
15.5
Ciepło właściwe .............................................................................................. 204
15.5.1
Ciepło właściwe przy stałej objętości.......................................................... 204
15.5.2
Ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu ....................................................... 206
15.6
Rozprężanie izotermiczne i adiabatyczne ....................................................... 207
15.6.1
Rozprężanie izotermiczne............................................................................ 207
15.6.2
Rozprężanie adiabatyczne ........................................................................... 207
16
Kinetyczna teoria gazów i termodynamika II............................................................ 209
16.1
Średnia droga swobodna ................................................................................. 209
16.2
Rozkład Maxwella prędkości cząsteczek........................................................ 211
16.3
Równanie stanu Van der Waalsa..................................................................... 212
16.4
Procesy odwracalne i nieodwracalne, cykl Carnota........................................ 213
16.4.1
Procesy odwracalne i nieodwracalne........................................................... 213
16.4.2
Cykl Carnota................................................................................................ 214
16.5
Entropia i druga zasada termodynamiki.......................................................... 216
16.5.1
Termodynamiczna skala temperatur............................................................ 217
16.5.2
Entropia ....................................................................................................... 217
16.5.3
Entropia a nieuporządkowanie .................................................................... 219
16.6
Stany równowagi, zjawiska transportu............................................................ 220
16.6.1
Stany równowagi ......................................................................................... 220
16.6.2
Zjawiska transportu ..................................................................................... 221
Materiały dodatkowe do Modułu V .................................................................................. 225
V. 1.
Rotacyjne i wibracyjne stopnie swobody cząsteczki wodoru ......................... 225
V. 2.
Równanie Poissona dla przemiany adiabatycznej........................................... 225
V. 3.
Sprawność silnika Carnota .............................................................................. 226
V. 4.
Sprawność silników cieplnych ........................................................................ 228
V. 5.
Przepływ ciepła ............................................................................................... 229
Rozwiązania ćwiczeń z modułu V..................................................................................... 230
Test V ................................................................................................................................ 232
MODUŁ VI ....................................................................................................................... 233
17
Pole elektryczne......................................................................................................... 234
17.1
Ładunek elektryczny ....................................................................................... 234
17.1.1
Kwantyzacja ładunku .................................................................................. 234
17.1.2
Zachowanie ładunku.................................................................................... 234
17.2
Prawo Coulomba ............................................................................................. 234
17.2.1
Zasada superpozycji .................................................................................... 236
17.3
Pole elektryczne .............................................................................................. 237
5
Plik z chomika:
hermit
Inne pliki z tego folderu:
10_Ruch_drgajacy_B.pdf
(614 KB)
11_Fale_mechaniczne.pdf
(795 KB)
12_Mechanika_plynow[1].pdf
(1382 KB)
13_Termodynamika_fenomenologiczna_A[1].pdf
(1135 KB)
14_Termodynamika_fenomenologiczna_B[1].pdf
(1124 KB)
Inne foldery tego chomika:
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin