Kąkol Z - Fizyka (AGH).pdf - Fizyka(1) - cloudzer678

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

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

Wybrane zagadnienia z dynamiki................................................................................ 41

5.1 Siły kontaktowe i tarcie ........................................................................................ 41

5.1.1 Tarcie ............................................................................................................. 41

5.2 Siły bezwładności ................................................................................................. 43

Grawitacja.................................................................................................................... 47

6.1 Prawo powszechnego ciążenia.............................................................................. 47

6.1.1 Doświadczenie Cavendisha ........................................................................... 48

6.2

Prawa Keplera ruchu planet .................................................................................. 50

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

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

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

Kąkol Z - Fizyka (AGH).pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: