Природний спосіб завдання руху.

При природному способі завдання руху задаються траєкторія точки і закон руху точки по траєкторії. Рух точки розглядається відносно фіксованої системи відліку.

Для завдання закону руху точки по траєкторії необхідно вибрати на траєкторії точку О, що вважається початком відліку. Крім того, необхідно задати початок відліку часу.

Функція має бути безперервною і такою,що двічі диференціюється.

Від завдання руху в декартових координатах можна перейти до його завдання природним способом. Закон руху точки по траєкторії в диференціальній формі через декартові координати виражається у вигляді і після інтегрування – в кінцевій формі.

Ще в шкільній програмі є положення про те, що будь-який рух одного тіла можна зафіксувати тільки лише відносно іншого тіла. Це положення і називають терміном «відносність руху». По картинках підручників було зрозуміло, що для стоїть на березі річки людини швидкість пливе повз човни складається з її швидкості і швидкості течії річки. Після такого детального розгляду стає ясно, що відносність руху оточує нас у всіх аспектах нашого життя. Швидкість об’єкта – величина відносна, а й похідна від неї, прискорення, також стає величиною відносною. Важливість такого висновку полягає в тому, що саме прискорення мається на складі формули другого закону Ньютона (основного закону механіки). За цим законом будь-яка сила, що впливає на тіло, дає йому пропорційне їй прискорення. Відносність руху змушує поставити додаткове запитання: відносно якого тіла надається прискорення?

У даному законі немає ніяких пояснень з цього приводу, але шляхом простих логічних умовиводів можна прийти до висновку, що, оскільки сила є мірою впливу одного тіла (1) на інше (2), то ця ж сила повідомляє тілу (2) прискорення щодо тіла (1), а не просто якесь абстрактне прискорення.

Відносність руху – це залежність певній траєкторії руху будь-якого тіла, певного шляху, швидкості і переміщення від обраних систем відліку. В аспекті кінематики будь застосовувані системи відліку рівноправні, але при цьому всі кінематичні характеристики цього руху (траєкторія, швидкість, переміщення) в них різні. Всі величини, що залежать від обраної системи відліку, за допомогою якої будуть проводитися їх вимірювання, називаються відносними.

 

 

Питання 6: Радіус-вектор, вектори переміщення, швидкості і прискорення

Кінематика точки - розділ кінематики, що вивчає математичний опис руху матеріальних точок. Основним завданням кінематики є опис руху за допомогою математичного апарату без з'ясування причин, що викликають цей рух. Положення точки визначається набором узагальнених координат - впорядкованим набором числових величин, повністю описують положення тіла. У самому простому випадку це координати точки (радіус-вектора) у вибраній системі координат. Матеріальна точка - тіло, розмірами якого в порівнянні з характерними відстанями даної задачі можна знехтувати. Так Землю можна вважати Матеріальною Точкою (М.Т.) при вивченні її руху навколо Сонця, кулю можна вважати М. Т. при її русі в полі тяжіння Землі, але не можна вважати такою при обліку її обертового руху в стовбурі гвинтівки. Радіус-вектор - вектор, який визначає положення М.Т. в просторі: ={ ₁, ₂, ₃….. _n}. Тут ₁, ₂, ₃….. _n - координати радіус-вектора. Геометрично зображається вектором, проведеним з початку координат до матеріальної точці. Залежність радіус-вектора (або його координат _i= _i(t).) від часу = (t) називається законом руху. Положення матеріальної точки можна задати за допомогою 3-х декартових координат або за допомогою радіуса-вектора, що проводиться з початку координат у ту точку простору, у якій знаходиться матеріальна точка,причому = x + y +z , де i j k - одиничні вектори у напрямку відповідних осей x, y, z. Траєкторією називають уявну лінію, що описує в просторі матеріальна точка при її русі. Відстань між точками відлічувана уздовж траєкторії, називається пройденим шляхом. Пройдений шлях - величина скалярна. Вектор, поведений з початкової точки траєкторії в кінцеву, називається переміщенням ∆ ₁₂= ₂- _1. З визначення вектора переміщення маємо, що: ₂=∆ ₁₂+ _1., тобто положення матеріальної точки в даній системі відліку визначено, якщо відомі її початкове положення – вектор ₁, і переміщення ∆ ₁₂. Швидкість, як векторна величина здебільшого позначається літерою v. У системі СІ швидкість (точніше її абсолютна величина) вимірюється в метрах за секунду — м/с. В системі СГС одиницею вимірювання швидкості є сантиметр за секунду — см/с. Приско́рення — векторна фізична величина, похідна швидкості по часу та за величиною дорівнює зміні швидкості тіла за одиницю часу = . Оскільки швидкість — похідна по часу від радіус-вектра r рухомої матеріальної точки, то прискорення можна записати, як другу похідну по часу від радіус-вектора: = .

 

Питання 7: Динаміка матеріальної точки. Завдання динаміки. Перший закон Ньютона, його наслідки. Інерціальні системи відліку.

Динаміка вивчає зв'язок між взаємодіями тіл і виникаючими в результаті цього змінами в русі взаємодіючих тіл. В основі ди- наміки лежать 3 закони Ньютона. Вони є емпіричними, дослідними законами. У кінематиці, де не розглядаються причини, що викли- кають механічний рух, всі системи відліку рівноправні. У динаміці ж виявляється істотне розходження між різними системами відліку. Виявляється, що динамічні закони руху можуть мати різний вигляд у різних системах відліку. Природно тому вибирати такі системи, де ці закони мають найбільш простий вид. У зв'язку із цим розгля- немо, чим може бути викликане прискорення матеріальної точки в довільній системі відліку. Досвід показує, що, по-перше, причиною прискорення може бути дія на матеріальну точку інших тіл й, по-друге, властивості самої системи відліку. Справді, щодо різних систем відліку (що рухаються, наприклад, із прискоренням) прискорення матеріальної точки може бути різним. Тому природно вибирати такі системи відліку, у яких прискорення матеріальної точки цілком і тільки обумовлено взаємодією з іншими тілами. У таких системах відліку матеріальна точка (тіло) зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху доти, поки вплив з боку інших тіл не виведе її із цього стану. Такі системи називаються інерціальними. Виділений текст становить зміст 1-го закону Ньютона. У ньому міститься 2 твердження: 1. Для рівномірного прямолінійного руху тіла не потрібно будь-яких зовнішніх впливів. У цьому змісті стан спокою й рів- номірний прямолінійний рух є абсолютно рівноправними. 2. Перший закон Ньютона дає дослідний критерій, що дозво- ляє відповісти на питання - чи є система відліку інерціальною? А саме тому - це такі системи, щодо яких матеріальна точка, не зале- жить від зовнішніх впливів, або знаходиться у стані спокою, або рухається рівномірно й прямолінійно. Часто перший закон Ньютона називають законом інерції. Інерція - це явище, що полягає в тім, що тіло рухається рівномірно 14 прямолінійно, якщо на нього не діють інші тіла, або дія з боку ін- ших тіл скомпенсована 2. Ми будемо розглядати рух тіл в інерціальних системах відліку. У багатьох практичних завданнях інерціальною можна вважати систему відліку пов'язану із Землею.

 

Питання 8: Механічна сила. Сили в природі

На перший погляд здається, що ми взялися за непосильну і нездійсненне завдання: тіл на Землі і поза нею нескінченна безліч. Вони взаємодіють по-різному. Так, наприклад, камінь падає на Землю; електровоз тягне поїзд; нога футболіста вдаряє по м’ячу; потерта об хутро ебонітова паличка притягує легкі папірці, магніт притягує залізні ошурки; провідник зі струмом повертає стрілку компаса; взаємодіють Місяць і Земля, а разом вони взаємодіють з Сонцем; взаємодіють зірки і зоряні системи, промінь світла відбивається від дзеркала і т. д. Подібним прикладам немає кінця. Схоже, що в природі існує нескінченна безліч взаємодій (сил)? Виявляється, ні!

Чотири типи сил. У безмежних просторах Всесвіту, на нашій планеті, в будь-якій речовині, в живих організмах, в атомах, в атомних ядрах і в світі елементарних частинок ми зустрічаємося з проявом всього лише чотирьох типів сил: гравітаційних, електромагнітних, сильних (ядерних) і слабких.

Важливо.Гравітаційні сили, або сили всесвітнього тяжіння, діють між усіма тілами, що мають масу, – всі тіла притягуються одне до одного.

Але це тяжіння істотно зазвичай лише тоді, коли хоча б одне з взаємодіючих тіл так само велике, як Земля або Місяць. Інакше ці сили настільки малі, що ними можна знехтувати.

Припустіть, в яких випадках гравітаційна сила може змінити траєкторію руху Землі.

Важливо.Електромагнітні сили діють між частинками, що мають електричні заряди.

 

 

Питання 9: Другий закон динаміки. Маса і її вимірювання

Отже, стан спокою й рівномірний прямолінійний руху рівно- правні. Змінити ці стани руху тіл, тобто надати їм прискорення, можна за допомогою сил. Сила - це фізична величина, що визна- чає зміну стану руху тіл, і яка виникає в результаті взаємодії тіл. Коли ми говоримо, що на тіло діє сила, то розуміємо, що на це тіло діє якесь інше тіло, і в результаті цього впливу змінюється стан розглянутого тіла - змінюється швидкість руху або з'являється де- формація. Сила - величина векторна, тобто вона повністю визначе- на, якщо зазначено її чисельне значення, напрям й точку прикла- дання сили. Пряму, проведену через точку прикладання сили в напрямку її дії, називають лінією дії сили. Результат дії сили на аб- солютно тверде тіло не зміниться при переносі точки прикладання сили уздовж лінії дії сили. Основне завдання механіки полягає у встановленні законів руху тіл під дією прикладених до них сил. Досвід показує, що всяке тіло "чинить опір" при будь-яких спробах змінити його швидкість, як по величині, так і по напрямку. Ця властивість називається інертністю тіла. На практиці інерт- ність проявляється в тім, що швидкість тіла не можна змінити мит- тєво. Якщо рівні сили діють на різні тіла протягом однакових проміжків часу, то зміна швидкостей цих тіл буде різною. Про тіло, у якого зміна швидкості буде найменшою, говорять, що воно має більшу інертність. Мірою інертності тіла служить величина, що називається масою цього тіла. Маса - величина адитивна, тобто маса тіла дорівнює сумі мас всіх частин тіла. У системі СІ маса тіла вимірюється в кілограмах [кг]. Співвідношення, що встановлює зв'язок між мірою інертності тіла, тобто його масою, і прискоренням, що набуває тіло під дією прикладеної до тіла сили, було встановлено І. Ньютоном на підставі великої кількості дослідних даних і називається 2-м законом Нью- тона. Прискорення, що надане діючою на матеріальну точку (тіло) силою, прямо пропорційне цій силі, збігається з нею за напрямком й обернено пропорційне масі цього тіла. = m r r F a. (2.1) Одиниця сили називається Ньютоном (Н). З виразу (2.1) вип- ливає, що розмірність 2 кг м Η = с ⋅. Якщо на матеріальну точку од- ночасно діють кілька сил, то кожна з них надає матеріальній точці таке ж прискорення, якби інших сил не було, тобто 1 1 N N i i i = = m = = ∑ ∑ r r r i F a a. (2.2) Це положення називають принципом незалежності дії сил, або принципом суперпозиції рухів. Якщо на матеріальну точку одно- часно діє кілька сил, то в другому законі Ньютона під силою ми ро- зуміємо рівнодіючу всіх сил: 1 N i= = ∑ r r F Fi

 

Питання 10: Робота, потужність, енергія. Збереження повної енергії матеріальної точки

Робота в механіці характеризує дію сили і пов'язана з переміщенням (Рис.12).

де це кут між напрямком дії сили і переміщенням.

Робота - скалярна величина, вона може бути як додатною, так і від'ємною. Якщо напрям дії сили збігається з напрямком переміщення, то робота сили над тілом вважається додатною, . Якщо напрям дії сили і напрям переміщення протилежні, то робота буде від'ємною Одиниця роботи в СІ - Джоуль: .

Потужність - це фізична величина, яка дорівнює виконаній роботі за інтервал часу. Потужність - це є швидкість виконання роботи.

Потужність величина скалярна і в СІ вимірюється у ватах: .

Під час дії на тіло сили F, якщо воно рухається зі швидкістю , то потужність даної сили:

Механічна енергія - це фізична величина, яка характеризує механічний стан тіла і є загальною мірою різних видів механічного руху і різних взаємодій. Кінетична енергія характеризує рухоме тіло і пов'язана зі швидкістю тіла:

Потенціальна енергія характеризує взаємодію тіл або його частин і визначається їхнім взаємним розташуванням (Рис.13).

Потенціальна енергія тіла у полі тяжіння по переміщенню тіла у положення, в якому потенціальна енергія рівна нулю.

Робота сили тяжіння не залежить від форми траєкторії, а буде визначатися тільки різницею потенціальних енергій тіла у початковому і

кінцевих положеннях.

Рисунок 1

Потенціальна енергія пружно деформованого тіла обчислюється за формулою:

де k- коефіцієнт пружності тіла.

Потенціальна енергія тіла масою m в полі тяжіння тіла масою М обчислюється за формулою:

r - відстань між матеріальними точками.

Робота рівнодійної сил, що прикладені до тіла, дорівнює зміні його кінетичної енергії (теорема про кінетичну енергію):

А =

Пружно деформоване тіло при зміні деформації від до буде виконувати роботу:

Під час переміщення матеріальної точки масою m відносно іншої точки М сили тяжіння виконують роботу:

Повна механічна енергія замкненої системи, у якій діють тільки внутрішні сили, залишається, сталою:

Дане рівняння виражає закон збереження повної механічної енергії.

Якщо в системі діють не потенціальні сили (наприклад сила тертя), то механічна енергія може перетворюватися у внутрішню.

 

Питання 11: Електростатика. Електричний заряд і поле. Властивості електричного заряду. Два види заряду. Дискретність заряду. Елементарний заряд. Взаємодія точкових заряджених тіл. Закон Кулона.

Як відомо, існує два види матерії − речовина і поле. Отже, коли існує речовина, а саме заряджені частинки чи тіла, то навколо них існує поле електричне. Поняття „поля” введено Майклом Фарадеєм. Згідно М.Фарадею, навколо кожного заряду існує електричне поле, що пронизує увесь оточуючий його простір.Електричне поле нерухомих зарядів називають електростатичним.

Коли до одного заряду підносять інший, то обидва з них зазнають дії сили, обумовленої електричним полем кожного із зарядів. Це легко виявити дослідно, якщо підвісити на невеликій відстані два легких предмети та надати їм зарядів, бо кожен із зарядів опиниться в електричному полі іншого заряду.

Електричний заряд − це властивість частинок матерії або тіл, що характеризує їхній взаємозв’язок з власним електромагнітним полем і їхню взаємодію із зовнішніми електричними полями. Кількісно електричний заряд визначається за силовою взаємодією тіл, які мають електричний заряд. Заряд не існує без носія, тобто без матерії. Отже, заряд − це одна із фундаментальних властивостей матерії.

Найменший відомий електричний заряд − це заряд електрона, який називають елементарним зарядом: е ≈ − 1,6х10^-19Кл. До речі, при електризації тіл тертям, вони одержують заряд близько 10^-6 Кл.

Отже, легко показати, що існує два види електричних зарядів. Наприклад, дві пластмасові лінійки потерті папером − відштовхуються; це ж саме буде у випадку електризації двох скляних чи ебонітових пластинок; проте, наелектризовані лінійка іскляна пластинка, або скляна та ебонітова пластинки − притягуються. Тому ми і вважаємо, що однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні − притягуються.

Американські вченні Р. Сіммер та Б. Франклін назвали ці два види зарядів: позитивними (додатніми) та негативними (від’ємними). Слід розуміти, що який заряд як назвати, було все одно. Б. Франклін запропонував заряд наелектризованої об шовк скляної палочки вважати додатнім, а заряд наелектризованого об шерсть янтарю − від’ємним. Цього припущення ми притримуємось і до цього часу.

Внаслідок електризації тіл тертям негативний заряд одного тіла точно дорівнює позитивному зарядові іншого. Це положення відому під назвою закон збереження електричного заряду: електричні заряди не виникають і не зникають, вони можуть лише передаватись від одного тіла до іншого, або переміщуватись всередині даного тіла. Цей закон можна сформулювати й так: алгебраїчна сума зарядів, які виникають в будь-якому електричному процесі на всіх тілах, що беруть участь в цьому процесі завжди дорівнює нулеві.

Оскільки, елементарний заряд е ≈ − 1,6х10^-19 Кл, то звідси слідує, що заряд будь-якого тіла складається з цілого числа елементарних зарядів, тобто Q=n∙e, де n= 1,2,3,.... Таким чином кажуть, що заряд тіла квантується, тобто може приймати лише строго дискретні значення.

 

Питання 12: Рух зарядів в електричному полі, електричний струм. Закон Ома для ділянки кола

До 1800 року розвиток електрики базувався в основному на одержанні статичних зарядів за рахунок тертя. У 1800 році відбулася подія величезного практичного значення: Алессандро Вольта винайшов електричну батарею і вперше одержав стійкий потік електричного заряду, тобто постійний електричний струм.

Якщо з’єднати дротиною два заряджених тіла (кулі, закріплені на електрометрах), між якими існує різниця потенціалів, то потенціали будуть вирівнюватись, при цьому заряди на тілах перерозподіляться, а в з’єднувальній дротині відбудеться напрямлений рух зарядів, який і називають електричним струмом. Причиною спрямованого руху носіїв струму є електричне поле, яке діє на заряджені частинки з силою .

Яка ж умова виникнення електричного струму?

1). Наявність в середовищі (у провіднику) вільних заряджених частинок;

2). Наявність електричного поля, за рахунок енергії якого переміщувались би дані заряди.

Якщо всередині провідника існує електричне поле, то між кінцями провідника є різниця потенціалів, тому другу умову можна сформулювати так: наявність різниці потенціалів на кінцях провідника.

Струм в середовищі триватиме доти, поки потенціали обох тіл не зрівняються.

Історично так склалось, що за напрямок електричного струму прийняли рух позитивно заряджених частинок. В металах, як відомо, носії струму − електрони, тому вважають, що напрямок струму протилежний до руху заряджених частинок.

Для кількісної оцінки електричного струму введено поняття сили струму. Сила струму − скалярна фізичнавеличина, яка чисельно дорівнює величині заряду, що переноситься через поперечний переріз провідника за одиницю часу . Коли сила струму і його напрямок з часом не змінюються, то такий струм називається постійним. Для постійного струму

.

В системі СІ одиницею сили струму є [1 А]=[1 Кл/1 с]. Якщопровідник однорідний і струм рівномірно розподіляється по всьому перерізові провідника, то називається густиною струму. Густина струму − векторна величина, його напрямок збігається з напрямком струму.

 

 

Питання 13: Сторонні сили. Електрорушійна сила. Закон Ома для неоднорідної ділянки і повного кола. Робота і потужність постійного струму.

Якщо на ділянці кола діють лише потенціальні сили (рис.5.9,а), то закон Ома записується у відомому вигляді . Якщо ж у колі проявляється ще й дія сторонніх сил (рис.5.9,б), то закон Ома набуде вигляду + , звідки

+ . Це і є закон Ома для будь-якої ділянки кола.

Закон Ома можна поширити і на все коло. З’єднавши точки 2 та 1 (рис.5.9,в), перетворимо різницю потенціалів в нуль, і врахувавши опірджерела струму закон Ома набуде вигляду . Це і є вираз закону Ома для повного електричного кола.

Останній вираз можна подати в різних формах. Як відомо, напруга на зовнішній ділянці залежить від навантаження, тобто

, або , або .

 

У цих виразах Ir − це спад напруги всередині джерела струму, а також видно, що напруга U менша від ε на величину Ir. Причому, чим більший зовнішній опір порівняно із внутрішнім, тим більше U наближається до ε.

Розглянемо два особливих випадки, стосовно зовнішнього опору кола.

1). R=0 − таке явище називають коротким замиканням. Тоді, із закону Ома маємо − , тобто струм в колі зростає до максимуму, а зовнішній спад напруг U→ 0. При цьому в джерелі виділяється велика потужність, що може призвести до його псування.

2). R=∞, тобто електричне коло розірване, тоді , а . Отже, в цьому випадку, ЕРС чисельно дорівнює напрузі на клемах розімкнутого джерела струму.

 

 

Питання 14: Явище електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції. Індуктивність. Енергія магнітного поля.

Відкриття Ерстеда та Ампера про існування магнітного поля навколо провідника зі струмом (1820 р.) сформували припущення, що електричні та магнітні явища досить суттєво пов’язані, що електричне поле можна одержати за рахунок магнітного.

Лише 1831 року перший успіх мав М.Фарадей, який зробив одне із фундаментальних фізичних відкриттів − він показав, що змінне в часі магнітне полесупроводжується змінним електричним струмом. Це явище названо електромагнітною індукцією.

Явище, відкрите Фарадеєм виявляється найпростішим дослідом: коли провідник MN (рис. 11.1) та магніт знаходяться у відносному спокої, чутливий гальванометр не фіксує наявності електричного струму; якщо ж провідник чи магніт приводяться у відносний рух − в колі відразу ж з’являється електричний струм. Цей струм існує доти, поки здійснюється відносний рух провідника та магніту. Напрямок струму залежить від напрямку переміщення провідника та напрямку вектора індукції магнітного поля.

Цей струм названо індукційним, а причину його виникнення, на перший погляд, можна пояснити дією силиЛоренца на рухомі електричні заряди. Під час руху провідника разом із ним переміщуються вільні електричні заряди (електрони), на які діє сила Лоренца під дією якої електрони зміщуються до одного з кінців провідника. Внаслідок того, що другий кінець провідника при цьому зарядиться позитивно. Отже, між кінцями провідника виникає різниця потенціалів, що і є причиною руху носіїв струму в зовнішньому електричному колі.

Явище виникнення індукційного струму ефективніше досліджувати з допомогою не провідника, а котушки незмінної форми із значною кількістю витків дроту, оскільки при цьому величина індукційного струму зростає пропорційно до кількості витків в котушці. Величина індукційного струму зростає також при збільшенні магнітного потоку, що пронизує котушку. Так, при заповненні частини простору феромагнетиком, ефект посилюється.

Здогадка Фарадея використати в якості джерела магнітного поля іншу котушку остаточно переконала його тому, що він дійсно відкрив нове явище природи, яке не можна пояснити дією сили Лоренца. Так, якщо намотати одну котушку на іншу та під’єднати: першу − до джерела струму через реостат, а другу − замкнути на гальванометр (рис. 11.2), то будь-яка зміна сили струму в колі першої котушки − чи шляхом замикання−розмикання ключа, чи з допомогою реостата, − призведе до виникнення змінного магнітного поля навколо цієї котушки, яке буде пронизувати замкнену на гальванометр другу котушку. Внаслідок цього в колі другої котушки виникатиме електричний струм, причому його напрямок залежатиме, як від напрямку зміни сили струму, так і від того замикається чи розмикається електричне коло. Отже, в даному випадку не рухається ні провідник, ні магнітне поле, але індукційний струм виникає.

Оскільки магнітне поле не діє на нерухомі заряди в провіднику, то можна припустити, що під час зміни індукції магнітного поля, яке пронизує контур замкнутого провідника, навколо цього змінного поля виникає індукційне електричне поле, яке й діє на нерухомі електричні заряди і викликає індукційний струм в замкнутому провіднику. Важливо зрозуміти, що виникнення індукційного електричного поля навколо змінного магнітного зовсім не пов’язано з наявністю в цій точці простору провідника. Наявність провідника лише дає змогу виявити це поле за збудженим ним електричним струмом.

Таким чином можна узагальнити: явище електромагнітної індукції полягає в тому, що змінне магнітне поле супроводжується виникненням у навколишньому просторі індукційного електричного поля, яке в свою чергу збуджує в замкнутому провіднику індукційний струм.

Якщо індукційне електричне поле створює в замкнутому контурі ЕРС, то це значить, що циркуляція напруженості цього поля, по замкнутому контуру відмінна від нуля, причому вона визначається швидкістю зміни магнітного потоку, що пронизує поверхню, обмежену контуром, тобто

Це і є математичний запис закону електромагнітної індукції (інтегральна форма − належить Маквеллу) та формулюється: будь-якій зміні в часі магнітного поля в точках простору, де є така зміна, збуджується вихрове електричне поле, циркуляція вектора напруженості якого по довільному замкненому контуру L дорівнює швидкості зміни потоку магнітної індукції через довільну поверхню S, яка спирається на контур із струмом.

 

Питання 15: Змінний струм. Добування змінного струму. Закони Ома для змінного струму.

Підставивши вирази (5) та (6) у (3), одержимо

звідки .

Це рівняння є записом закону Ома для кіл змінного струму стосовно їхніх амплітудних значень. Зрозуміло, що воно буде справедливим і для ефективних значень сили та струму: .

Для кіл змінного струму можливий випадок, коли , а це значить, що U_L=U_C. Оскільки ці напруги перебувають у протифазах, то вони компенсують одна другу. Такі умови називають резонансом напруг. Резонанс можна досягти або при ω= const, змінюючи С та L, або ж при сталих С та L підбирають ω, яка називається резонансною. Як видно − .

Особливості резонансу напруг наступні:

o повний опір кола мінімальний, Z=R;

o амплітуда струму − максимальна ;

o амплітуда значень прикладеної напруги дорівнює амплітуді на активному опорі:

o напруга і струм перебувають в однакових фазах (φ=0);

o потужність джерела передається лише активному опору, отже корисна потужність − максимальна.

 

Резонанс струмів одержують при паралельному з’єднанні індуктивності та ємності (рис.12.6). За першим законом Кірхгофарезультуючий струм в якийсь момент часу І = І_L+I_C. Якщо добрати умову, щоб , то струми І_L та I_C будуть знаходитись у профазі, хоча будуть рівними за величиною. Незважаючи на те, що стуми І_L та I_C. можуть бути достатньо великими, струм в головному колі стане рівним нулеві, а значить опір кола стане максимальним.

 

Питання 16: Електромагнітні коливання. Коливальний контур

Колива́льний ко́нтур або коливний контур — електричне коло, складене з резистора, конденсатора та котушки індуктивності, в якому можливі коливання напруги й струму. Коливальні контури широко застосовуються в радіотехніці та електроніці, зокрема в генераторах електричних коливань, в частотних фільтрах. Вони використовуються практично в кожному електротехнічному пристрої.

Коливальний контур без джерела напруги[ред. • ред. код]

Коливальний контур, що складається із послідовно з'єднаних котушки індуктивністю {\displaystyle L\ }, конденсатора ємністю {\displaystyle C\ } та активного резистора {\displaystyle R\ } називається RLC-контуром.

В загальному випадку активний опір {\displaystyle R} включає не тільки активні опори провідників, а й опір, зв'язаний з витратами на випромінювання, що виникає внаслідок відкритості конденсатора та індуктивності.

У випадку, коли активний опір малий, і ним можна знехтувати, коливальний контур називають LC-контуром.

В ланку коливального контура можна додати перемикач для аналізу процесу накопичення зарядів на ємності.

 

 

Питання 17: Електромагнітна природа світла. Джерела і приймачі світла

Св́ітло — електромагнітні хвилі видимого спектру. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються людським оком (7.5×10¹⁴ — 4×10¹⁴ Гц), тобто з довжиною хвилі від 390 до 750 нанометрів.

У фізиці термін «світло» має дещо ширше значення і є синонімом до оптичного випромінювання, тобто включає в себе інфрачервону та ультрафіолетову області спектру.

Властивості світла вивчаються розділами фізики оптикою та спектроскопією. Вимірювання інтенсивності світла — царина фотометрії.

Фізичні тіла, атоми та молекули яких випромінюють світло, називають джерелами світла. Джерела світла бувають штучні та природні, теплові та люмінесцентні, точкові та протяжні. Наприклад, полярне сяйво — природне, протяжне для спостерігача на Землі, люмінесцентне джерело світла.

Джерелами світла є Сонце, спалах блискавки, лампа розжарення, екран телевізора, монітори тощо. Світло можуть випромінювати також організми (деякі морські тварини, світлячки та інше.)

Пристрої, за допомогою яких можна виявити світлове випромінювання, називають приймачами світла. Серед природних приймачів світла — органи живих істот.

Область науки і техніки, предметом якої є дослідження принципів і розробка способів генерування, просторового розподілу і вимірювання характеристик оптичного випромінення, а також перетворення його енергії на інші види енергії і використання з різною метою, називається «Світлотехніка». Світлотехніка включає у себе, також, конструкторську та технологічну розробку джерел випромінювання і систем керування ними, освітлювальних, опромінювальних і світлосигнальних приладів, пристроїв і установок, нормування, проектування, монтаж і експлуатацію світлотехнічних установок.

 

 

Питання 18: Хвильова оптика. Інтерференція світла. Явища дифракції і дисперсії світла

У хвильовій оптиці розглядаються явища, в яких проявляється хвильова природа світла (інтерференція, дифракція). Основним поняттям хвильової оптики є поняття елœектромагнітної хвилі.

Виникнення елœектричного поля внаслідок зміни магнітного поля було відкрите Фарадеєм у 1831 р. Обернене явище – виникнення магнітного поля під час будь-якої зміни елœектричного поля було теоретично передбачене іншим видатним англійським фізиком Максвеллом. Розвиваючи уявлення Фарадея про взаємозв’язок елœектричних та магнітних явищ, Максвелл прийшов до відкриття елœектромагнітного поля. Одним з висновків теорії елœектромагнітного поля, розробленої Максвеллом у 1860-1865 роках, є те, що у вакуумі або в повітрі можуть поширюватися елœектромагнітні хвилі, швидкість яких дорівнює м/c. Таку швидкість ще називають швидкістю світла.

Через 23 роки (1888 р.) німецький фізик Герц експериментально дістав елœектромагнітні хвилі у вільному просторі, а російський фізик Попов використав ці хвилі для здійснення бездротового телœеграфу.

Згідно теорії Максвелла, якщо в просторі змінюється елœектричне поле, т

Мал. 1.2. Модель поширення елœектромагнітного поля в просторі о в цій області простору воно викликає змінне магнітне поле. Змінне магнітне поле, в свою чергу, породжує змінне елœектричне поле, причому це елœектричне поле повинно бути вихровим, тобто лінії напруженості елœектричного поля є замкненими і охоплюють лінії індукції магнітного поля. Сукупність таких змінних елœектричних та магнітних полів утворює елœектромагнітне поле. Виникнувши в певному місці простору, зміннеелœектромагнітне поле передається від однієї точки простору до іншої зі швидкістю світла (мал. 1.2). Цей процес поширення змінного елœектромагнітного поля в просторі й являє собою елœектромагнітну хвилю.

З Мал. 1.3. Модель поширення елœектромагнітної хвилі в просторі

теорії Максвелла випливає, що напрям вектора напруженості елœектричного поля, вектора індукції магнітного поля, а також напрям поширення елœектромагнітної хвилі є взаємно перпендикулярними, тому елœектромагнітні хвилі називають ще поперечними (мал. 1.3). Поперечність світлових хвиль на момент створення теорії елœектромагнітного поля була доведена експериментально.

 

 

Питання 19: Геометрична оптика як граничний випадок хвильової оптики. Закони відбивання і заломлення світла. Дзеркала і лінзи.

Хвильова оптика розглядає світло як процес поши­рення електромагнітних (світлових) хвиль у просторі. Всі задачі оптики можна розв'язати на основі хвильових уявлень. Однак це вимагає застосування громіздкого

математичного апарата. Ще задовго до з'ясування хвильо­вої природи світла вчені користувалися геометричними методами розв'язування задач на побудову зображень у дзеркалах і лінзах, а також під час розрахунку оптичних приладів. Ці методи становлять зміст геометричної оптики (яку ще називають променевою), в якій явища поширен­ня світла і принципи дії оптичних приладів вивчають на основі уявлень про світлові промені.

Основними поняттями геометричної оптики є промінь і пучок. У ній розглядаються: падіння, відбивання і заломлення променів; розбіжні, збіжні і паралельні пучки променів; хід променів у призмі, лінзі, мікроскопі, телескопі тощо.

Чи означає це, що через лінзи і призми проходять не світлові хвилі, а промені, що від дзеркал відбиваються не хвилі, а промені? Що являють собою світлові промені? Яка їх фізична суть?

Світлові промені — це лінії, вздовж яких поширює­ться світлова хвиля. Зміст понять промінь і пучок стає зрозумілим з такого досліду.

Закриємо вікно картоном з кількома невеликими отво­рами і напустимо в кімнату трохи диму. Ми побачимо, що через отвори в картоні проривається сонячне світло у ви­гляді вузьких циліндричних пучків. Конічні пучки вини­кають, якщо помістити маленьку лампочку в непрозорий ящик з отворами. Циліндричні або конічні пучки, всере­дині яких поширюється світло, називають світловими пучками. Лінії, які вказують напрям поширення світла (у тому числі твірні і осі світлових пучків), називаюсь світловими променями.

Геометрична оптика грунтується на трьох законах: прямолінійного поширення світла (в однорідному середо­вищі), відбивання і заломлення світла. Ці закони можна дістати з хвильової теорії як граничний випадок, коли розміри перешкод — на шляху світла набагато більші, ніж довжина світлової хвилі. Таким чином, використан­ня поняття світлового променя зовсім не обов'язкове для розуміння того, що відбувається під час поширення світла. Воно просто полегшує розгляд.

 

 

Питання 20: Спектри випромінювання і поглинання. Спектрометри. Спектральний аналіз

Нагадаємо, що для того, щоб обчислити частоту, знаючи довжину хвилі, треба розділити швидкість поширення хвилі на цю довжину. Так що чим більше частота випромінювання, тим коротше його довжина хвилі. Тепер ми також знаємо, що енергія електромагнітного випромінювання прямо пропорційна його частоті, т. Е. Обернено пропорційна довжині його хвилі. Випромінювання, довжина хвилі якого лежить на ділянці від 380 до 780 нм, сприймається людським оком і називається видимою частиною випромінювання або просто видимим світлом. Від довжини хвилі видимого світла залежить його колір. Випромінювання, в якому всі частини спектру представлені в рівному співвідношенні, сприймається як білий світ. Таким, наприклад, є сонячне випромінювання [10]. Вперше на те, що сонячне світло можна розкласти на складові його різному забарвлені промені, звернув увагу Ньютон. Зрозуміло, і до нього люди спостерігали на небі веселку, яка чомусь з’являлася зазвичай після дощу, милувалися грою світла в дорогоцінних каменях і т. Д., Але причину цього явища ніхто пояснити не міг. Вирішальне відкриття було зроблено Ньютоном наступним чином. Світло від Сонця або від ліхтаря пропускають через вузьку щілину, а потім за допомогою лінзи фокусують на білому екрані, де утворюється короткий білий прямокутник. Якщо на шляху променя світла помістити скляну призму, то цей прямокутник зміститься і перетвориться на пофарбовану смужку, де поступові переходи кольорів від червоного до фіолетового збігаються з тими, які можна спостерігати у веселці (рис. 109). Ньютон знав, що, проходячи через призму, промені світла відчувають заломлення, т. Е. Змінюють кут напрямку свого руху. Тепер виявилося, що промені різного кольору змінюють цей кут по-різному. На підставі цього спостереження Ньютон зробив висновок, що промені різного кольору переломлюються призмою неоднаково.

Виявлене їм райдужне зображення він назвав спектром (від лат. Spektrum – бачення), а саме явище розкладання світла на різні колірні складові – дисперсією. Таким чином, виявилося, що білий світ являє собою суміш різних кольорів. Експерименти і висновки Ньютона спростували поширену до цього часу думка про те, що колір є властивістю забарвлених предметів, т. Е. Колір набуває забарвлення при зіткненні з кольоровими поверхнями. Але якщо це так, то від чого залежить колір всіх предметів, які знаходяться навколо нас і забарвлення яких є їх природною властивістю? Візьмемо який-небудь прозорий забарвлений предмет, наприклад кольорове скло або пластик. Покладемо його на стіл і подивимося на нього в падаючому зверху світлі. Припустимо, що його колір буде синім. Це означає, що ті промені, які він від себе відображає і які після цього потрапляють в наше око, будуть синіми, т. Е. В очі потрапляє випромінювання, що має таку довжину хвилі, яка сприймається людиною як синій колір. Тепер подивимося через цей прозорий предмет на світло. Ми переконаємося, що все, що ми бачимо, стане теж синім. А це означає, що наше скло пропускає через себе тільки синє випромінювання. Можна виконати спостереження з прозорими предметами будь-якого кольору і переконатися в тому, що у всіх випадках вони будуть відображати і пропускати одне і те ж випромінювання. Це означає, що предмет даного кольору вибирає для віддзеркалення і пропускання тільки невелику частину з усього спектра білого світла. Що відбувається з іншою частиною спектра? Вона поглинається пофарбованим предметом.

Спектра́льний ана́ліз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії речовини з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз ґрунтується на явищі дисперсії світла. Традиційно розмежовують:

· атомарний та молекулярний спектральний аналіз,

· «емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання,

· «мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи молекулярнихіонів.

 

 

Питання 21: Ідеальний газ. Основні положення МКТ ідеального газу

Ідеальний газ - це газ, в якому молекули можна вважати матеріальними точками, а силами притягання й відштовхування між молекулами можна знехтувати. У природі такого газу не існує, але близькими за властивостями можна вважати реальні розріджені гази, тиск в яких не перевищує 200 атм і які перебувають при не дуже низькій температурі, оскільки відстань за таких умов між молекулами набагато перевищує їх розміри. Нехай всередині посудини, площа стінки якої S міститься ідеальний одноманітний газ з молекулами масою m ₀ кожна, які хаотично рухаються зі швидкостями

Основне рівняння МКТ газів дає можливість, знаючи масу молекули m ₀, знайти середню квадратичну швидкість і концентрацію молекул n, розрахувати тиск, який чинить газ на стінку посудини, в якій він знаходиться. Це рівняння можна подати і в іншому вигляді, врахувавши, що

Поділимо і помножимо праву частину рівняння (3.1.8) на 2:

Основне рівняння МКТ газів підтверджує той факт, що чим більша маса молекул і їх швидкості, а також концентрація, тим більший тиск вони чинять на стінки посудини. Основне рівняння МКТ газів установлює зв'язок між легковимірюваними величинами макроскопічного параметра тиску з такими мікроскопічними параметрами, як маса однієї молекули і концентрація молекул.

 

 

Питання 22: Тиск газу. Основне рівняння МКТ ідеального газу. Температура. Вимірювання температури. Шкали температур.

Ідеальним газом називають сукупність величезної кількості молекул, не взаємодіючих на відстані.

У ідеального газу:

1.Молекули не мають різмірів. 2.Відсутні сили межмолекулярної взаємодії. 3.Зіткнення молекул між собою і зі стінками посудини абсолютно пружні. Ідеальний газ – це ідеалізоване поняття, реальний газ (наприклад азот) можна наближено розглядати як ідеальний при достатньо низькому тиску та високій температурі, що дозволяє знехтувати розмірами і взаємодією молекул. Мікростани (поведінку окремих молекул газу) не можна контролювати. Макростани (прояви рухів безлічі молекул у посудині об ємом V) можна контролювати шляхом вимірювання р і Т. Величини р,V,Т - параметри стану.

Пристрої для вимірювання температури (термометри) Бувають різних типів, а саме: Їх дія базується на зміні обєму рідини (ртуті, спирту) при зміні їх температури. Їх дія базується на зміні тиску газу при зміні температури. Їх дія базується на зміні опору матеріалів при зміні температури. У побуті звичайно користуються температурною шкалою, яку запропонував у Х\/ІІІ столітті шведський фізик Андерс Цельсій. У ній точками відліку є температура танення льоду, прийнята за 00С, і температура кипіння води при нормальному тиску, прийнята за 1000С. У фізиці обовязкова до застосування шкала, яку запропонував англійський фізик Уільям томсон (лорд Кельвін). У ній за нуль прийнято температуру, при якій зник би тепловий рух молекул, нулю відповідає температура за Цельсієм -273,150С, Т = (t + 273)К, одна поділка шкали Кельвіна дорівнює одній поділці шкали Цельсія. Ця шкала називається абсолютною або термодінамічною.

 

 

Питання 23: Рівняння стану ідеального газу (Клапейрона-Менделєєва). Газові закони

Рівняння стану ідеального газу показує, що для даної кількості (даної маси) ідеального газу відношення добутку тиску на об'єм до абсолютної температурі є величина постійна.

Система СІ

p1	початковий тиск,	Па
T1	початкова температура,	К
V1	початковий об’єм,	м3
p2	кінечний тиск,	Па
T2	кінечна температура,	К
V2	кінечний об’єм,	м3
Vпр	проміжний об’єм газу при нагріванні	м3

Рівняння стану ідеального газу зв’язує макроскопічні параметри p, V, T, які характеризують стан даної маси тіла.

Рівняння стану ідеального газу (рівняння Кла пейрона—Менделєєва), яке зв’язує макропараметри одного стану газу:

, або

Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона), яке зв’язує макроскопічні стани системи даної маси газу при переході із стану 1 у стан 2:

або

Рівняння стану строго виконується тільки для ідеального газу, є хорошим наближенням для реальних газів і непридатне у випадку пара.

Рівняння стану ідеального газу об'єднує в собі три окремих випадки

процес	ізобарний	іхохордний	ізотермічний
умова та формула

 

 

Питання 24: Завдання і методи теорії теплоти. Внутрішня енергія. Робота і теплота як міри зміни внутрішньої енергії системи

Тепло – передача енергії або тепла може відбуватися двома методами або здійснення роботи або теплообміну.

Якщо передача енергії відбувається в зовнішній силі – це робота.

Кількість тепла іде на виключення роботи і змінні внутрішньої енергії. При сталому тиск змінює об’єм.

Внутрішня енергія – показник внутрішньої енергії є температура.

dA=PdV

Двигун – використовує будь-якої енергії для виконання роботи.

Р-ння теплового балансу

Форма,розмір,об’єм –сталі для тверд тіла

К-сть теплі для тверд тіла залежить від:

1)нагрівання Q=CmT

2)Плавлення-процес переходу від твердого до рідкого стану.енергія іде на розривання молекул зв’язків. Q=λm

3)кристалізація-процес оборотний до плавлення

λ питома теплот плавл- це к-сть енергії,яку треба надати одиниці маси твердого тіла при t плавл,щоб перевести його з тверд стану в рідкий

К-сть теплі для рідин залежить від(V=const)

1)випаровування-може відбуватися при будь якій t,тільки від відкритої поверхні

2)кипіння-пароутворення по всьому об’єму

3)пароутворення-прямий процес переходу з рідк стану в газопод Q=nm(n-питома теплота пароутв,m-маса)

4)Конденсація-перехід з газопод в рідк стан

n-питома теплота пароутв – це к-сть тепла,яку треба надати одиниці маси рідини (при t кипіння)щоб перетворити з рідкого в газопод стан

питома теплота згорання- к-сть тепла,яка виділяється при згоранні одиниці маси пального Q=mK(K-к-сть тепла)

Тіла, нагріті до певної температури, віддають холоднішим тілам деяку кількість теплоти. Знаючи початкові температури, маси всіх тіл і питомі теплоємності, можна обчислити невідому теплоємність твердого тіла, виходячи з так званого рівняння теплового балансу, яке формулюється так: кількість теплоти Q1, яку віддає більш нагріте тіло, дорівнює кількості теплоти, що її набуває менш нагріте тіло Q2.

Питома теплоємності плавлення - це кількість енергії, яку потрібно надати одиниці маси твердого тіла при температурі плавлення, щоб перевести його з твердого стану в рідкий.

Пароутворення – перехід з рідкого в газоподібний

Конденсація – перехід з газоподібного стану в рідкий.

Випаровування можливе при будь-які температурі, тільки при відкритої поверхні.

Кипі́ння — процес переходу рідини до пари, який характеризується, на відміну від випаровування, тим, що утворення пари відбувається не тільки на поверхні, але й в усій масі рідини. Кипіння можливе, якщо тиск насиченої пари рідини дорівнює внутрішньому тиску.

Питома теплоємності пароутворення – це кількість енергії або тепла яку потрібно на лати одиниці маси рідини.

Рівння теплового балансу – складається з кінетичної та потенціальної енергії.

Вн́утрішняене́ргія тіла (позначається як E або U) — повна енергія термодинамічної системи за винятком її кінетичної енергії як цілого і потенціальної енергії тіла в полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія складається з кінетичної енергії хаотичного руху молекул, потенціальної енергії взаємодії між ними і внутрішньомолекулярної енергії.

Температура – це ознака внутрішньої енергії.

 

 

Питання 25: Перший закон термодинаміки. Другий закон термодинаміки. Теорема Нернста. Недосяжність абсолютного нуля температур

Перший закон або початок термодинаміки. Спершу пригадаємо про те, що енергія постійно переходить з одного виду в інший. Перетворюючись, залежно від умов, з кінетичної в потенційну і назад, енергія з системи не йде. Однак нескладний приклад із маятником, якому надали прискорення, ставить під сумнів цю теорію. Перебуваючи в русі, маятник має кінетичну енергію, в крайніх точках амплітуди – потенційну. Теоретично такий рух не повинно мати кінця і краю, тобто бути нескінченним. На практиці ж ми бачимо, що рухи поступово згасають, маятник зупиняє свій хід. Відбувається це за рахунок опору повітря, яке обумовлює силу тертя при русі. У результаті та енергія, що повинна була надавати маятнику прискорення, витрачається на подолання повітряного перешкоди. Як наслідок, утворюється теплота. Згідно дослідам учених, температура підвісу і навколишнього середовища підвищується за рахунок хаотичного руху молекул речовини маятника і повітря.

Другий закон або початок термодинаміки. Сформований в 1850 р. ученим Р. Клаузіусом, він полягає в наступному спостереженні: внутрішній розподіл енергії в закритій системі змінюється хаотично таким чином, що корисна енергія зменшується, внаслідок чого збільшується ентропія.

Теорема Нернста (тепловая теорема Нернста) — утверждение, являющееся одной из формулировок третьего начала термодинамики, сформулированное Вальтером Нернстом в 1906 году как обобщение экспериментальных данных по термодинамике гальванических элементов.

Теорема Нернста утверждает, что всякий термодинамический процесс, протекающий при фиксированной температуре {\displaystyle T} в сколь угодно близкой к нулю, {\displaystyle T<T_{0}\to 0}, не должен сопровождаться изменением энтропии, то есть изотерма {\displaystyle T=0} совпадает с предельной адиабатой

 

 

Питання 26: Загальні властивості і структура рідини. Поверхневий шар рідини. Поверхневий натяг. Капілярні явища

Рідина – агрегатний стан речовини, проміжний між газоподібним і твердим. Рентгеноструктурний аналіз рідин також підтвердив, що характер розташування частинок рідини проміжний між газом і твердим тілом. У рідинах спостерігається ближній порядок в розташуванні частинок, тобто їх впорядковане розташування на відстанях, порівнянних з міжатомними, і твзагалі, дуже малі відстані між частинками. Для частинок рідини
характерна велика рухливість. Ці чинники обумовлюють те, що рідини (подібно до твердих тіл) мають малу стисливість і легко (на відміну від твердих тіл) змінюють форму.

 

Оскільки молекули рідини розміщуються впритул одна до одної, то густина рідини набагато більша за густину газів (відстань між молекулами газу в сотні разів перевищує розміри самих молекул). Кожна молекула рідини протягом деякого часу коливається біля певного положення рівноваги, після чого стрибком переходить в нове положення, віддалене від початкового на відстань порядку міжатомного. Таким чином, молекули рідини поволі переміщкються по всій масі рідини і дифузія відбувається набагато повільніше, ніж в газах. З підвищенням температури рідини інтенсивність коливального руху різко збільшується, зростає рухливість молекул, що, в свою чергу, є причиною зменшення в'язкості рідини.

Рідинам властивий поверхневий натяг. Він обумовлений тим, що молекули поверхневого шару відчувають дещо іншу силу міжмолекулярої взаємодії, ніж молекули, які знаходяться всередині об'єму рідини.

Насправді, молекула всередині рідини з усіх боків рівномірно оточена

іншими молекулами, тому діючі на неї сили в середньому компенсуються.

Таким чином, результуюча сила, що діє на молекулу всередині рідини збоку інших молекул, дорівню нулю. Густина газоподібного середовища значно менша за густину рідини, тому молекула в приповерхневому шарі

менше притягується в бік молекул газу і більше – в бік молекул рідини.

Отже рівнодіюча сил, прикладених до кожної молекули поверхневого шару, нулю не дорівнює і направлена всередину. Молекули поверхневого шару рідини під дією результуючої сили втягуються всередину рідини, і число молекул, що знаходяться на поверхні, зменшується до тих пір, поки вільна поверхня рідини не виявиться мінімально можливою. Під дією поверхневого натягу рідина (за відсутності інших сил) приймає форму кулі (при заданому об'ємі це геометричне тіло має найменшу площу поверхні). Спостерігаючи найдрібніші крапельки, зважені в повітрі, можемо побачити, що вони дійсно мають форму куль, але дещо неідеальних через дію сил земного тяжіння. В умовах невагомості крапля будь-якої рідини (незалежно від її розмірів) має сферичну форму, що доведено в ході експериментів при космічних

польотах.

Сумарна енергія частинок рідини складається з енергії їх хаотичного (теплового) руху і потенційної енергії, обумовленої силами міжмолекулярної взаємодії. Для переміщення молекули з глибини рідини в поверхневий шар треба витратити роботу. Ця робота здійснюється за рахунок кінетичної енергії молекул і йде на збільшення їх потенційної енергії. Тому молекули поверхневого шару рідини мають більшу

потенційну енергію, ніж молекули всередині рідини. Ця додаткова енергія,

яку мають молекули в поверхневому шарі рідини, названа поверхневою енергією, пропорційна площі шару dS:

dP = αdS,

де α – коефіцієнт поверхневого натягу.

 

 

Питання 27: Аморфні і кристалічні тіла. Дальній порядок в кристалах. Монокристали і полікристали

Багато тіл, з якими людина стикається на землі – тверді тіла. На перший погляд основна відмінність таких тіл – їх досить стійка форма. В залежності від структури розрізняють кристалічні і аморфні кристалічні тіла.

Кристалічні тіла мають певну температуру плавлення, незмінну при сталому тиску; в’язкість аморфних речовин під час нагрівання зменшується; вони переходять у рідкий стан, розм’якшуючись поступово.

Кристали характеризуються наявністю значних сил міжмолекулярної взаємодії і зберігають сталим не лише свій об’єм, а й форму. Правильна геометрична форма є істотною зовнішньою ознакою будь-якого кристала в природних умовах. Розглядаючи окремі кристали, можна переконатися, що вони обмежені плоскими, ніби шліфованими гранями у вигляді правильних багатокутників.

Кристалічну будову мають всі метали у твердому стані. Тіло, яке складається з безлічі невпорядковано розміщених дрібних кристалів називають полікристалічним, або полікристалом.

Полікристалічні тіла є ізотропними, тобто їх фізичні властивості, як і аморфних тіл, у всіх напрямках однакові.