fizyki sciaga.doc

MECHANIKA

1.Wektor wodzący – skierowany od początku układu współrzędnych do danego punktu

Prędkość – (v) – pierwsza pochodna drogi s względem czasu t v = ds/dt.Wektorowa wielkość fizyczna określająca zmianę położenia w czasie

Przyspieszenie – (a)wektorowa wielkość fiz. chartka. zmiany wektora prędkości ciała v – pierwsza pochodna prędkości względem czasu, lub drugą pochodną drogi względem czasu a = dv/dt = d²s/dt².

Pęd – pęd ciała (pkt. Materialnego) p – wielkość wektora charakteryzująca ruch ciała, równa iloczynowi jego masy i prędkości. Całkowity pęd układu ciał jest równy sumie wektorowej pędów poszczególnych ciał.

Moment pędu – (j) punktu materialnego nazywamy wielkość fizyczną wektorową zdefiniowaną jako iloczyn wektorowy wektora wiodącego tego punktu r i pędu p.

2.Ruch jednostajny – jeśli wartość wektora v prędkości nie zmienia się przez cały okres trwania ruchu, a przebyta droga równa się iloczynowi czasu trwania ruchu i prędkości.

Rzut poziomy – ciało zostaje wyrzucone z prędkością Vo w kierunku poziomym. Ruch ciała jest złożeniem dwóch ruchów: jednostajnego wzdłuż osi x z prędkością Vo oraz jednostajnie przyspieszonego w kierunku osi z. Położenie ciała w każdej chwili char. dwie współrzędne (ruch płaski).

Rzut ukośny – ciało zostaje wyrzucone pod pewnym kątem φ do poziomu z prędkością początkową Vo. Ruch ciała jest złożeniem dwóch ruchów: w kierunku osi x (ruch jednostajny z prędkością Vx = Vo cosφ) oraz w kierunku osi z (ruch jednostajnie przyspieszony z przyspieszeniem –g i prędkością początkową Vz = Vo sinφ).

3.Zasasy dynamiki Newtona.

I zasada Newtona – (zasada bezwładności) – jeśli na ciało nie działają żadne siły lub siły równoważą się wzajemnie to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnie prostoliniowym. Zasada układu inercjalnego – każdy układ, który porusza się e stałą v

II zasada Newtona – w układzie inercjalnym przyspieszenie a uzyskiwane przez ciało o masie m pod wpływem działań niezrównoważonej siły F jest proporcjonalne do tej siły i odwrotnie proporcjonalne do masy ciała./ Zmiana pędu pkt mat jest proporcjonalna do działającej wypadkowej siły F

III zasada Newtona – (zasada równej akcji i reakcji) – jeśli ciało B działa na ciało A siłą Fba to ciało A oddziałuje na ciało B siłą Fab taką samą co do kierunku i wartości lecz o przeciwnym zwrocie Fba = - Fab. Siły te przyłożone są do różnych ciał

4.Inercjalny układ odniesienia – jeśli na ciało nie działają żadne siły, to istnieje układ odniesienia, w którym to ciało spoczywa lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym ( I zasada Newtona). Taki układ nazywamy układem inercjalnym, przy czym każdy układ poruszający się ruchem jednostajnym prostoliniowym względem układu inercjalnego jest również inercjalny.

Nieinercjalny układ odniesienia – każdy układ odniesienia, który porusz się względem układu inercjalnego ruchem prostoliniowym zmiennym lub ruchem krzywoliniowym. Np. układ związany z rozpędzającym się, hamującym lub skręcającym pojazdem.

5.Siła bezwładności – pozorne siły działające na ciało fizyczne w nieinercjalnych ukł odn <styczna siła bezwładności, siła odśrodkowa, siła Coriolisa>. Liczbowo siły te= są iloczynowi masy i odpowiedniego przyspieszenia a skierowane przeciwnie niż wymuszająca ruch siła F = -ma a – przyspieszenie ruchu układu nieinercjalnego.

Siła odśrodkowa bezwładności – występuje zawsze w opisie ruchu, gdy układ odniesienia obraca się.

Siła Coriolisa – występuje tylko wtedy gdy ciało porusza się względem nieinercjalnego układu odniesienia z prędkością v nierównoległą do ω. Działa na spadające ciało odchylając je od pionu w kierunku wschodnim. Siła działająca na jednostkową masę- przysp. Coriolisa

6.Praca – wielkość fizyczna związana z przemieszczaniem się ciała pod wpływem siły, zdefiniowanej jako iloczyn skalarny wektora tej siły F i wektora przemieszczenia.

Siła zachowawcza – wtedy gdy praca wykonana przez nią na drodze między 2 punktami przestrzeni nie zależy od kształtu wybranego toru. Praca wykonana przez siłę zachowawczą na drodze zamkniętej jest równa zeru. Np. siły grawitacyjne i elektrostatyczne.

Siły niezachowawcze – (nie spełniające powyższych warunków) – najczęściej działają ze strony ośrodka na poruszające się w układzie ciało (opory ruchu) i zależą na ogół od prędkości ciała. Np. siły tarcia, zew. Siły lepkości.

7.Energia kinetyczna – część energii ciała (układu ciał) związana z ruchem ciała. Posiadają ją ciała poruszające się z v. Dla punktu materialnego o masie m i prędkości v Ek = ½ mv². Energia kinetyczna układu n punktów materialnych jest równa sumie energii kinetycznej poszczególnych punktów a jej wartość można przedstawić w postaci sumy energii kinetycznej środka masy oraz energii kinetycznej wszystkich punktów względem układu środka masy Eks.

Energia potencjalna – jest to praca jaką musiałyby wykonać siły zew aby ciało o masie m podnieść na pewną wysokość h względem wcześniej obranego układu odniesienia.

Ep = mgh

8. Zasada zachowania energii  (mechanicznej) –Jeżeli na ciała poruszające się w p graw nie działają żadne siły zew inne niż siła graw to ciało zachowuje swoją E mechaniczną, np. kamień o masie m rzucony do góry z prędkością początkową Vo ma na początku energię kinetyczną Eko = ½ mVo². Oraz energię potencjalną Epo = 0. Gdy osiągnie wartość h to Ek=0 a Ep= mgh. W każdej chwili jego ruchu Ek + Ep = const = ½ mVo².

9.Zasada zachowania pędu – Jeżeli w inercjalnym ukł odniesienia na ukł nie działają siły zew lub działają siły równoważące się to całkowity pęd układu nie ulega zmianie

F= ma = m

F=0, dp=0 à p=constans

Zasada zachowania momentu pędu – szybkość, zmian momentu pędu J układu punktów materialnych względem dowolnego punktu jest równa całkowitemu momentowi M sił zewnętrznych względem tego punktu M= dj/dt. Jeżeli wypadkowa momentu M sił zewnętrznych działających na układ jest równa zeru, to moment pędu tego układu jest stały co do kierunku, zwrotu i wartości

M=r F = L – moment siły

L = r p – moment pędu

M=0 => J= const.

10.Pole grawitacyjne – jest to obszar działania sił grawitacyjnych. Źródłem pola jest każde ciało mające masę-wytwarza wokół siebie pole grawitacyjne które działa na wszystkie ciała znajdujące się w jego otoczeniu.

Natężenie pola grawitacyjnego danym punkcie przestrzeni jest to wielkość wektorowa γ określona jako iloczyn odwrotności masy grawitacyjnej mg punktu materialnego umieszczonego w tym punkcie i wektora siły grawitacyjnej Fg która działa na ten punkt γ= 1/mg Fg. Punkt materialny o masie M wytwarza wokół siebie pole grawitacyjne o wartości γr = Gm/r².

Prawo powszechnego ciążenia – Każde 2 ciała obdarzone masą przyciągają się siłą wprost prop do iloczynu ich mas i odwrotnie prop do kwadratu odległości między nimi.

Fg = G Mm/r2

Prawa Keplera – 3 prawa opisujące ruch planet dookoła słońca.

I – orbita każdej planety jest elipsą, przy czym Słońce znajduje się zawsze w jednym z ognisk orbity.

II – Promień wodzący planety zakreśla w równych odstępach czasu równe pola. Wynika to z tego, że prędkość ruchu planety po orbicie jest zmienna!!!

P1=P2=P3,

III – Drugie potęgi okresów obiegu planet wokół Słońca są wprost prop do trzecich potęg ich średnich odległości od Słońca.

11.Bryła sztywna – abstrakcyjne ciało fizyczne, które pod działaniem dowolnie wielkich sił nie ulega ani odkształceniom postaci (kształtu) ani odkształceniom objętości. Odległość 2 dowolnych punktów bryły sztywnej pozostaje niezmienna.

Moment bezwładności – I – wielkość skalarna określająca rozmieszczenie mas w układzie punktów materialnych (w bryle sztywnej) będące masą bezwładności w ruchu obrotowym.

Moment bezwładności względem punktu 0 – suma iloczynów mas mi poszczególnych punktów materialnych i kwadratów ich odległości ri od tego punktu.

         Iz =∑mr

12. Energia kinetyczna bryły sztywnej – jest równa sumie energii kinetycznej ruchu postępowego środka masy Ekp i obrotowego Ekob względem osi przechodzącej przez środek masy Ek = Ekp + Ekob przy czym Ekp = ½Mv3² , Ekob = ½ Is ω².

I – moment bezwładności względem osi obrotu przechodzącej przez środek masy

ω – prędkość kątowa ruchu obrotowego.

Energia nie zależy tylko od masy ciała lecz także od sposobu jej rozmieszczenia.

13.Moment siły – M – wielkość fizyczna wektorowa równa iloczynowi wektorowemu promienia wiodącego r zaczepionego w pewnym pkt oraz wektora działającej siły F. M= r x F.

M=0 dla każdej siły centralnej.

Równanie ruchu obrotowego – dJ/dt = Mz. Jeżeli oś obrotu pokrywa się z osią symetrii bryły sztywnej to dω/dt = M/J.

Eulera równania ruchu obrotowego, różniczkowe równania ruchu ciała sztywnego mającego jeden punkt nieruchomy:

,

,

,

gdzie ωx, ωy, ωz — rzuty chwilowej prędkości kątowej ω na osie gł. wyprowadzone z punktu nieruchomego, Ix, Iy, Iz — momenty bezwładności ciała względem tych osi, Mx, My, Mz — momenty sił względem tych osi.

14.Oscylator harmoniczny – wyidealizowany układ fizyczny - punkt materialny o masie m wykonujący ruch pod wpływem siły sprężystej proporcjonalnej do chwilowego wychylenia x od pewnego pkt równowagi. x – wychylenie od położenia równowagi, k>0 – stała sprężystości.

Równanie ruchu oscylatora harmonicznego - d²x/dt² + ω²x = 0.

KINEMATYKA I DYNAMIKA RELATYWISTYCZNA

1. Zasady względności Einsteina. We wszystkich układach inercjalnych prawa fizyki mają taką samą postać i zjawiska fizyczne przebiegają jednakowo. Nie ma zjawiska fizycznego, za pomocą którego można by odróżnić jeden układ od drugiego. Wszystkie układy inercjalne są fizycznie równoważne i prędkość światła jest stała dla wszystkich tych układów.

2. Transformacja Lorentza

Transformacja współrzędnych, która uwzględnia niezależność prędkości światła od układu odniesienia ma postać

gdzie b = V/c. Te równania noszą nazwę transformacji Lorentza.

3. Dylatacja czasu, w teorii względności jest to efekt polegający bądź na opóźnianiu się zegara będącego w ruchu w stosunku do zegara spoczywającego w pewnym inercjalnym układzie odniesienia (kinematyczna dylatacja czasu), bądź na opóźnianiu się zegara znajdującego się w silnym polu grawitacyjnym (grawitacyjna dylatacja czasu); oba te efekty zostały zaobserwowane: poruszające się z dużymi prędkościami nietrwałe cząstki elementarne (np. w promieniowaniu kosm.) żyją dłużej niż cząstki spoczywające, natomiast czułe zegary znajdujące się w górach spieszą się w stosunku do zegarów pozostawionych na poziomie morza (będących w silniejszym polu grawitacyjnym — bliżej środka Ziemi).

Skrócenie dł.- rozmiary l poruszającego się obiektu (np. dł pręta) w kierunku ruchu zmniejszają się wg wzoru:

Składanie prędkości- prędkość v’ obiektu (cząstki, ciała) zmierzona przez obserwatora poruszającego się wraz z ukł (x’, y’, z’, t’) z prędkością u wzg. Nieruchomego układu (x, y, z, t) jest związana z prędokścią v w układzie spoczywającym wzorem (gdy v II u)

4. Masa wielkość fiz. charakteryzująca obiekty fiz., służąca do ilościowego opisu ich bezwładności i oddziaływania grawitacyjnego. W mechanice relatywistycznej masa ciała zależy od układu odniesienia, w którym się ją mierzy; między masą m, tzw. masą relatywistyczną ciała, mierzoną w układzie odniesienia, względem którego porusza się ono z prędkością v, a masą m0 — tzw. masą spoczynkową ciała mierzoną w układzie odniesienia, w którym ono spoczywa, występuje zależność

różnica m i m0 stanowi tzw. relatywistyczny przyrost masy

Pęd – rośnie wraz ze wzrostem prędkości znacznie silniej niż wynikałoby to ze wzoru p=mv

Pędem nazywamy iloczyn relatywistycznej masy i prędkości. Obserwowany w doświadczeniach wzrost masy szybkich cząstek jest w istocie wzrostem pędu.

5. Energia relatywistyczna

Energia całkowita cząstki swobodnej

Relatywistyczny wzór na energię kinetyczną

mc2  - energia spoczynkowa

6. Synteza jądrowa, fuzja jądrowa. Proces łączenia się jąder lekkich pierwiastków w jądra cięższych pierwiastków, jądra posiadają dodatni ładunek elektryczny i wzajemnie się odpychają, ich zbliżenie się do siebie na odległości, przy których przyciąganie powodowane przez oddziaływanie silne przezwycięży to odpychanie najłatwiej osiąga się w wysokich temperaturach, stąd reakcje syntezy jądrowej nazywane są reakcjami termojądrowymi.

ELEKTRYCZNOŚĆ I MAGNETYZM

1. Elektrostatyka – część elektrodynamiki dot zagadnień zw z statycznymi polami magnetycznymi spoczywającymi ładunkami elektrycznymi.

Prawo Coulomba – Siła wzajemnego oddziaływania 2 naelektryzowanych kulek jest wprost prop do iloczynu wartości ich ładunków i odwrotnie prop do kwadratu odległości między ich środkami. Zależy także od środka w kt znajdują się oddziałujące kulki

      F = k q1q2 / r kwadrat

k - wsp. Proporcjonalności

2. Pole elektryczne – jest to obszar działania sił elektrostatycznych. Źródłem jest każde ciało obdarzone ładunkiem elektrycznym

Natężenie –

1) natężenie pola elektrycznego — wielkość charakteryzująca pole elektr. równa stosunkowi siły działającej na punktowy ładunek elektr. umieszczony w tym polu do wartości tego ładunku;

2) natężenie pola grawitacyjnego — wielkość charakteryzująca pole gra...