- •Вступ Що вивчає фізика
- •Фізичні величини. Вимір фізичних величин
- •Спостереження і досліди - джерела фізичних знань.
- •Будова речовини
- •Розділ 1 механіка Механічний рух. Простір і час
- •Положення тіла або точки можна задати тільки відносно іншого тіла, яке називається тілом відліку.
- •Елементи кінематики
- •§1. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення
- •Кінематикою називають розділ механіки, в якому рух тіл розглядається без з'ясування причин цього руху.
- •§2. Швидкість і прискорення руху
- •Прискорення
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Рух тіл з прискоренням вільного падіння
- •§ 3. Рух по колу
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Динаміка поступального руху
- •§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила
- •Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.
- •Взаємодія тіл. Сила.
- •Інерція. Маса тіла
- •Густина речовини
- •Перший закон Ньютона ( закон інерції)
- •§ 5. Другий закон Ньютона
- •§ 6. Третій закон Ньютона
- •§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
- •Сила тяжіння.
- •Вага тіла Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.
- •Невагомість
- •Сила тертя
- •Доцентрова сила
- •Відцентрова сила
- •Сила пружності. Закон Гука
- •§ 8. Закон збереження імпульсу
- •Тема 3 Робота і енергія
- •§ 9. Робота, енергія, потужність
- •Потужність. Одиниці потужності
- •Енергія. Закон збереження енергії.
- •Потенціальна енергія
- •Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
- •Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.
- •Закон збереження механічної енергії
- •Сума потенціальної і кінетичної енергії тіла або декількох тіл називається повною механічною енергією.
- •§ 10. Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії
- •Розв’язок:
- •Тема 4 Динаміка обертального руху
- •§11. Рівновага тіл, які мають закріплену вісь обертання.
- •§12. Момент сили і момент інерції тіла відносно осі обертання.
- •Кінетична енергія обертального руху. Момент інерції.
- •Моменти інерції деяких тіл.
- •Теорема Штейнера.
- •§13. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •§14. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •Розділ 2 основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •Тема 5
- •Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •§15. Дослідне підтвердження основних положень мкт Існування проміжків між частками
- •Малість розмірів часток речовини
- •Рух часток речовини
- •Дифузія
- •Взаємне притягання і відштовхування молекул
- •Швидкість руху часток і температура
- •Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.
- •§16. Три стани речовини
- •§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
- •Кристалізація аморфних тіл.
- •§ 18. Будова рідин
- •§ 19. Газоподібні тіла
- •Тема 6 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу § 20. Ідеальний газ і його параметри
- •§ 21. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 22. Газові процеси
- •§ 23. Основне рівняння мкт газів
- •§24. Температура
- •§25. Розподіл молекул за швидкостями
- •§ 26. Барометрична формула.
- •§ 27. Короткі відомості про атмосферу.
- •§ 28. Розподіл Больцмана
- •§ 29. Явища переносу
- •Середня довжина вільного пробігу і число зіткнень за секунду молекул газу.
- •Дифузія.
- •Теплопровідність
- •Внутрішнє тертя (в'язкість)
- •Тема 7 Перший закон термодинаміки
- •§ 30. Внутрішня енергія
- •§ 31. Перший закон термодинаміки Способи зміни внутрішньої енергії
- •§ 32. Теплоємність
- •§ 33. Перший закон термодинаміки для різних термодинамічних процесів
- •§ 34. Адіабатичний процес
- •Тема 8 Другий закон термодинаміки
- •§ 35. Теплові двигуни. Термодинамічні цикли. Цикл Карно
- •Двигун внутрішнього згорання
- •§ 36. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки
- •§ 37. Статистичний зміст ентропії
- •Питання і задачі :
- •Розділ 3 електромагнетизм
- •Тема 8 Електростатика
- •§ 38. Електричний заряд. Закон Кулона
- •§ 39. Електричне поле
- •Принцип суперпозиції електричного поля.
- •§ 40. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Гауса для електричного поля у вакуумі
- •Лінії напруженості електричного поля
- •§41. Робота електричного поля по переміщенню заряду. Потенціал
- •§ 42. Діелектрики і провідники в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електроємність. Конденсатори
- •Електрична ємність
- •З'єднання конденсаторів
- •При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
- •§43. Енергія електричного поля
- •Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
- •Тема 9 Електричний струм
- •§ 44. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга
- •§ 45. Закон Ома
- •§ 46. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Правила Кірхгофа
- •При послідовному з'єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.
- •Правила Кірхгофа для розгалужених кіл
- •§ 47. Робота і потужність струму. Закону Джоуля-Ленца
- •Робота dA електричного струму I, що протікає по нерухомому провідникові з опором r, перетвориться в теплоту dQ, що виділяється в провіднику.
- •§ 48. Класична теорія електропровідності металів
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля-Ленца.
- •Нині ведуться інтенсивні роботи по пошуку нових речовин з ще вищими значеннями Tкр.
- •Тема 10 Магнітне поле і його характеристики.
- •§49. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
- •§ 50. Закон Біо - Савара - Лапласа
- •§ 51. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля
- •§ 52. Сила Лоренца
- •Тема 11
- •§ 53. Магнітне поле в речовині
- •Тема 12 Електромагнітна індукція
- •§ 54. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •§ 55. Самоіндукція. Енергія магнітного поля
- •Енергія магнітного поля
- •Література
- •Тема 1
- •Національна металургійна академія України
- •49600, Г. Дніпропетровськ 5, пр. Гагаріна, 4
- •Редакційно-видавничий відділ нМетАу
Тема 3 Робота і енергія
§ 9. Робота, енергія, потужність
Уявлення про роботу, як і про сили, запозичене з повсякденного життя. Але в буденному житті ми вкладаємо в слова "робота", "енергія", "сила" ширший і менш визначений зміст, ніж у фізиці. У фізиці між величинами сили, роботи і енергії встановлюється зв'язок.
Роботу вимірюють добутком сили, діючої на тіло у напрямі переміщення, на величину переміщення точки прикладення сили. Енергію вимірюють роботою, яку може виконати тіло.
У механіці розрізняють енергії кінетичну і потенціальну. Під кінетичною енергією розуміють енергію механічного руху, вимірювану роботою, яку тіло здатне виконати при загальмовуванні до повної зупинки. Під потенціальною енергією розуміють енергію прихованих форм руху, вимірювану роботою, яку тіло здатне виконати, коли його переміщають без зміни швидкості з однієї точки простору в іншу. Потенціальну енергію інакше називають енергією взаємодії.
Кожна фізична форма руху характеризується тим або іншим видом енергії. Коли ми вивчаємо тепловий рух, то маємо справу з внутрішньою енергією. У електростатиці і магнетизмі ми стикаємося з електричною і магнітною енергією.
За приведеним вище визначенням, робота A, виконана силою F, спрямованою під кутом α до переміщення, на шляху S дорівнює:
A=F S cosα . (1.26)
Таким чином, робота постійної сили дорівнює добутку модуля вектора сили на модуль вектора переміщення і на косинус кута між цими векторами.
Сила, спрямована перпендикулярно до переміщення (α=90˚), не виконує роботи. З цієї точки зору розкладання сили на тангенціальну і доцентрову складові набуває особливий фізичний зміст; дія доцентрової сили позначається тільки в зміні напряму руху, тоді як тангенціальна сила виконує роботу, що проявляється або із збільшенням швидкості руху, або в подоланні сил опору.
За одиницю роботи приймають роботу, здійснену силою 1 Н, на шляху, рівному 1 м Одиницю роботи називають джоулем (Дж), на честь англійського вченого Джеймса Прескотта Джоуля, який провів важливі для науки досліди по виміру роботи. 1 Дж = 1Н·1 м.
Якщо проекція сили на напрям переміщення не залишається постійною під час руху, для обчислення роботи слід розбити шлях S на елементарні ділянки ds, узявши їх такими малими, щоб за час проходження тілом такої ділянки величину Fs можна було вважати майже незмінною. Тоді робота сили на кожній елементарній ділянці приблизно дорівнює:
dA=Fs dS.
Повна робота визначається інтегралом:
(1.27)
Графічно робота визначається по площі криволінійної фігури під графіком Fs(рис.1.16).
Рисунок. 1.16.
Прикладом сили, модуль якої залежить від координати, може служити пружна сила пружини. Для того, щоб розтягнути пружину, до неї треба прикласти зовнішню силу, модуль якої пропорційний подовженню пружини x (рис 1.17).
Рисунок. 1.17. Рисунок.1.18.
Напрям пружної сили співпадає з напрямом переміщення.F=Fs=kx, k - жорсткість пружини. Залежність модуля зовнішньої сили від координати x зображається на графіці прямою лінією (рис.1.18). По площі трикутника на (рис 1.18) можна визначити роботу, здійснену зовнішньою силою, прикладеною до правого вільного кінця пружини :
.
Тією ж формулою виражається робота, здійснена зовнішньою силою при стискуванні пружини.
Якщо на тіло діє декілька сил, то загальна робота усіх сил дорівнює сумі робіт, що здійснюються окремими силами і дорівнює роботі рівнодійною прикладених сил (рис. 1.19)..
Робота рівнодійної сили. , дорівнює:
А=F1S cos α1 + F2S cos α2 = F1sS + F2sS = FрS cos α.
Рисунок 1.19.