Формула физика n: Ошибка: 404 Материал не найден

Содержание

Что обозначает буква N в физике формула

Запишите соотношения для перевода значения температуры из одной температурной шкалы в другую.​

чому частинки речовини мають потенціальну енергію?​

помогите пожалуйста​

ушак 400 км журип перпендикуляр багытта тагы да 300 км отеди.ушактын жолы мен орын ауыстыруын табыныз

ПОМОГИТЕ СРОЧНО С ФИЗИКОЙ !!!! ПОЖАЛУЙСТА!!!!​

Задан график зависимости скорости от времени автомобиля. ​

15 Тіло перемістилося з точки А (-4; 3) у точку м (-2; 2), потім у точку к (4; 3), а далі в точку в (4; 3). Накресли двовимірну систему координат. Поб … удуй траек- торію та переміщення тіла, якщо воно ружалося по відрізках AM, мк та кв. Ви- міряй за допомогою лінійки пройдений тілом шлях, а також обчисли переміщення цього тіла. u.M СМ M сме M 0 x 2Roc Тя 8

Что из указанного ниже является физическим телом? Гроза Кусок мела Скорость Железо Вопрос №2 ? 1 балл Какое из явлений можно отнести к световым? Движе … ние автомобиля Радуга Порывы ветра Раскаты грома Вопрос №3 ? 2 балла Что из указанного ниже является одним из двух основных видов материи? Поле Явление Камень Материал Вопрос №4 ? 1 балл Установите соответствие между природным явлением (1-4) и использованием похожего явления в технике и быту (А-Д).

Молния Отражение света от поверхности озера Расширение жидкости вследствие нагревания Дуновение ветра Электросварка деталей Проветривание комнаты Измерение температуры тела Использование зеркала Работа микроволновой печи А Б В Г Д 1 2 3 4 Вопрос №5 ? 2 балла Как называется прибор для измерения температуры? Калориметр Термометр Компьютер Термостат Вопрос №6 ? 2 балла Что из этого не является физическим явлением? Солнечное затмение Преобразование воды в пар при кипении Землетрясение Пожар

якого заряду на твою думку, не буде атом, якщо він утратить 2 електрони,а кількість нейтронів у ядрі збільшиться на 1? Поясни чому которого заряда на … твою мнению, не будет атом, если он потеряет 2 электрона, а количество нейтронов в ядре увеличится на 1? объясни почему ​

велосипедист совершил два оборота по круговому треку диаметром D. Каково перемещение велосипедиста при этом движении? Варианты ответа:050м75м25м ​

что такое n в физике? :: SYL.ru

Изучение физики в школе длится несколько лет. При этом ученики сталкиваются с проблемой, что одни и те же буквы обозначают совершенно разные величины. Чаще всего этот факт касается латинских букв. Как же тогда решать задачи?

Пугаться такого повтора не стоит. Ученые постарались ввести их в обозначение так, чтобы одинаковые буквы не встретились в одной формуле. Чаще всего ученики сталкиваются с латинской n. Она может быть строчной или прописной. Поэтому логично возникает вопрос о том, что такое n в физике, то есть в определенной встретившейся ученику формуле.

Что обозначает прописная буква N в физике?

Чаще всего в школьном курсе она встречается при изучении механики. Ведь там она может быть сразу в дух значениях – мощность и сила нормальной реакции опоры. Естественно, что эти понятия не пересекаются, ведь используются в разных разделах механики и измеряются в разных единицах. Поэтому всегда нужно точно определить, что такое n в физике.

Мощность — это скорость изменения энергии системы. Это скалярная величина, то есть просто число. Единицей ее измерения служит ватт (Вт).

Сила нормальной реакции опоры — сила, которая оказывает действие на тело со стороны опоры или подвеса. Кроме числового значения, она имеет направление, то есть это векторная величина. Причем она всегда перпендикулярна поверхности, на которую производится внешнее воздействие. Единицей измерения этой N является ньютон (Н).

Что такое N в физике, помимо уже указанных величин? Это может быть:

  • постоянная Авогадро;

  • увеличение оптического прибора;

  • концентрация вещества;

  • число Дебая;

  • полная мощность излучения.

Что может обозначать строчная буква n в физике?

Список наименований, которые могут за ней скрываться, достаточно обширен. Обозначение n в физике используется для таких понятий:

  • показатель преломления, причем он может быть абсолютным или относительным;

  • нейтрон — нейтральная элементарная частица с массой незначительно большей, чем у протона;

  • частота вращения (используется для замены греческой буквы «ню», так как она очень похожа на латинскую «вэ») — число повторения оборотов за единицу времени, измеряется в герцах (Гц).

Что означает n в физике, кроме уже указанных величин? Оказывается, за ней скрываются основное квантовое число (квантовая физика), концентрация и постоянная Лошмидта (молекулярная физика). Кстати, при вычислении концентрации вещества требуется знать величину, которая также записывается латинской «эн». О ней будет идти речь ниже.

Какая физическая величина может быть обозначена n и N?

Ее название происходит от латинского слова numerus, в переводе оно звучит как «число», «количество». Поэтому ответ на вопрос о том, что значит n в физике, достаточно прост. Это количество любых предметов, тел, частиц — всего, о чем идет речь в определенной задаче.

Причем «количество» — одна из немногих физических величин, которые не имеют единицы измерения. Это просто число, без наименования. Например, если в задаче идет речь о 10 частицах, то n будет равно просто 10. Но если получается так, что строчная «эн» уже занята, то использовать приходится прописную букву.

Формулы, в которых фигурирует прописная N

Первая из них определяет мощность, которая равна отношению работы ко времени:

N = А : t.

В молекулярной физике имеется такое понятие, как химическое количество вещества. Обозначается греческой буквой «ню». Чтобы его сосчитать, следует разделить количество частиц на число Авогадро:

ν = N : NА.

Кстати, последняя величина тоже обозначается столь популярной буквой N. Только у нее всегда присутствует нижний индекс — А.

Чтобы определить электрический заряд, потребуется формула:

q = N × e.

Еще одна формула с N в физике частота колебаний. Чтобы ее сосчитать, нужно их число разделить на время:

ν = N : t.

Появляется буква «эн» в формуле для периода обращения:

Т = t : N.

Формулы, в которых встречается строчная n

В школьном курсе физики эта буква чаще всего ассоциируется с показателем преломления вещества. Поэтому важным оказывается знание формул с ее применением.

Так, для абсолютного показателя преломления формула записывается следующим образом:

n = с : v.

Здесь с — скорость света в вакууме, v — его скорость в преломляющей среде.

Формула для относительного показателя преломления несколько сложнее:

n21 = v1 : v2 = n2 : n1,

где n1 и n2 — абсолютные показатели преломления первой и второй среды, v1 и v2 — скорости световой волны в указанных веществах.

Как найти n в физике? В этом нам поможет формула, в которой требуется знать углы падения и преломления луча, то есть n21= sin α : sin γ.

Чему равно n в физике, если это показатель преломления?

Обычно в таблицах приводятся значения для абсолютных показателей преломления различных веществ. Не стоит забывать, что эта величина зависит не только от свойств среды, но и от длины волны. Табличные значения показателя преломления даются для оптического диапазона.

СредаАбсолютный показатель преломления
воздух1,00029
лед1,31
вода1,33298
спирт этиловый1,36
сахар1,56
алмаз2,419

Итак, стало ясно, что такое n в физике. Чтобы не осталось каких-либо вопросов, стоит рассмотреть некоторые примеры.

Задача на мощность

№1. Во время пахоты трактор тянет плуг равномерно. При этом он прилагает силу 10 кН. При таком движении в течение 10 минут он преодолевает 1,2 км. Требуется определить развиваемую им мощность.

Перевод единиц в СИ. Начать можно с силы, 10 Н равны 10000 Н. Потом расстояние: 1,2 × 1000 = 1200 м. Осталось время — 10 × 60 = 600 с.

Выбор формул. Как уже было сказано выше, N = А : t. Но в задаче нет значения для работы. Для ее вычисления пригодится еще одна формула: А = F × S. Окончательный вид формулы для мощности выглядит так: N = (F × S) : t.

Решение. Вычислим сначала работу, а потом – мощность. Тогда в первом действии получится 10 000 × 1 200 = 12 000 000 Дж. Второе действие дает 12 000 000 : 600 = 20 000 Вт.

Ответ. Мощность трактора равна 20 000 Вт.

Задачи на показатель преломления

№2. Абсолютный показатель преломления у стекла равен 1,5. Скорость распространения света в стекле меньше, чем в вакууме. Требуется определить, во сколько раз.

В СИ переводить данные не требуется.

При выборе формул остановиться нужно на этой: n = с : v.

Решение. Из указанной формулы видно, что v = с : n. Это значит, что скорость распространения света в стекле равна скорости света в вакууме, деленному на показатель преломления. То есть она уменьшается в полтора раза.

Ответ. Скорость распространения света в стекле меньше, чем в вакууме, в 1,5 раза.

№3. Имеются две прозрачные среды. Скорость света в первой из них равна 225 000 км/с, во второй — на 25 000 км/с меньше. Луч света идет из первой среды во вторую. Угол падения α равен 30º. Вычислить значение угла преломления.

Нужно ли переводить в СИ? Скорости даны во внесистемных единицах. Однако при подстановке в формулы они сократятся. Поэтому переводить скорости в м/с не нужно.

Выбор формул, необходимых для решения задачи. Потребуется использовать закон преломления света: n21= sin α: sin γ. А также: n = с : v.

Решение. В первой формуле n21 — это отношение двух показателей преломления рассматриваемых веществ, то есть n2 и n1. Если записать вторую указанную формулу для предложенных сред, то получатся такие: n1= с : v1 и n2 =с : v2. Если составить отношение двух последних выражений, получится, что n21 = v1 : v2. Подставив его в формулу закона преломления, можно вывести такое выражение для синуса угла преломления: sin γ = sin α × (v2 : v1).

Подставляем в формулу значения указанных скоростей и синуса 30º (равен 0,5), получается, что синус угла преломления равен 0,44. По таблице Брадиса получается, что угол γ равен 26º.

Ответ. Значение угла преломления — 26º.

Задачи на период обращения

№4. Лопасти ветряной мельницы вращаются с периодом, равным 5 секундам. Вычислите число оборотов этих лопастей за 1 час.

Переводить в единицы СИ нужно только время 1 час. Оно будет равно 3 600 секундам.

Подбор формул. Период вращения и число оборотов связаны формулой Т = t : N.

Решение. Из указанной формулы число оборотов определяется отношением времени к периоду. Таким образом, N = 3600 : 5 = 720.

Ответ. Число оборотов лопастей мельницы равно 720.

№5. Винт самолета вращается с частотой 25 Гц. Какое время потребуется винту, чтобы совершить 3 000 оборотов?

Все данные приведены с СИ, поэтому переводить ничего не нужно.

Необходимая формула: частота ν = N : t. Из нее необходимо только вывести формулу для неизвестного времени. Оно является делителем, поэтому его полагается находить делением N на ν.

Решение. В результате деления 3 000 на 25 получается число 120. Оно будет измеряться в секундах.

Ответ. Винт самолета совершает 3000 оборотов за 120 с.

Подведем итоги

Когда ученику в задаче по физике встречается формула, содержащая n или N, ему нужно разобраться с двумя моментами. Первый — из какого раздела физики приведено равенство. Это может быть ясно из заголовка в учебнике, справочнике или слов учителя. Потом следует определиться с тем, что скрывается за многоликой «эн». Причем в этом помогает наименование единиц измерения, если, конечно, приведено ее значение. Также допускается еще один вариант: внимательно посмотрите на остальные буквы в формуле. Возможно, они окажутся знакомыми и дадут подсказку в решаемом вопросе.

Формулы МКТ / Блог / Справочник :: Бингоскул

Молекулярная физика: основные формулы для решения задач

НАЗВАНИЕ ФОРМУЛА
Основы молекулярно-кинетической теории
  • v=\frac{N}{N_A}
  • M=\frac{m}{v}=m_{0}N_{A}
  • n=\frac{N}{V}
  • NA = 6.02214129 × 1023 Моль-1 – постоянная Авогадро
Основное уравнение МКТ
Основное уравнение МКТ идеального газа
  • p=\frac{2}{3}n \overline{ E_K}
Уравнение Клайперона-Менделеева (уравнение состояния идеального газа)
  • \frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2}=const
Уравнение состояния идеального газа:​​​​​
  • pV=vRT=\frac{m}{M}RT
  • R = kNA – универсальная газовая постоянная.
Изотермический закон (закон Бойля-Мариотта)
  • pV =const при Т = const.
  • p_1V_1=p_2V_2=const
Изохорный закон (закон Шарля)
  • \frac{p}{T}=const при V=const
  • \frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}=const
Изобарный закон (закон Гей-Люссака)
  • \frac{V}{T}=const при p=const
  • \frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}=const
Закон Дальтона
  • p =p_1 + p_2 + p_3 + … = (n_1 + n_2 + n_3 + …)kT
Средняя квадратичная скорость движения молекул газа
  • \overline {v}=\sqrt{\frac{3kT}{m_0}}=\sqrt{\frac{3RT}{M}}
  • R = 8.3144621 м2 кг с-2 К-1 Моль-1 – универсальная газовая постоянная.
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул
  • \overline{E_K}=\frac{3}{2}kT
Средняя кинетическая энергия молекул газа
  • \overline{E_K}=\frac{3pV}{2N}=\frac{3pMV}{2mN_A}
Давление идеального газа на стенки сосуда
  • p=nkT
  • k = 1.3806488 × 10-23 м2 кг с-2 К-1 – постоянная Больцмана.
Абсолютная температура
Плотность

 

Смотри так же:

Масса вещества. Количество вещества. Молярная масса | LAMPA

Выполняется соотношение m=m0⋅Nm = m_0 \cdot Nm=m0​⋅N.

4. Число Авогадро NAN_ANA​

Известно, что молекулы – это очень маленькие частицы. {23}NA​=6⋅1023 молекул:

5. Количество вещества ν\nuν

ν\nuν – это буква греческого алфавита. Произносится как «ню». Ну просто такая традиция обозначать количество вещества греческой буквой «ню».

Количество вещества ν\nuν – это, по сути, количество тех самых «кучек», «мешочков», «коробочек» или чего-то ещё, по которым и распределяли частицы.

Формулы по физике

Физикалық шама

Белгіленуі

Өлшем бірлігі

Формуласы

1

Ұзындық

l

м

2

Көлем

V

м3

3

Ауданы

S

м2

4

Уақыт

t

C

t = S/V

5

Жол

S

м

S= V*t

6

Жылдамдақ

V

м/с

V= S/t

7

Орташа жылдамдық

Vорт

м/с

Vорт = l/t

8

Бір қалыпты түзу сызықты қоззғалыс теңдеуі

х

x=x0+ vt

9

Тығыздық

кг/м3

10

Масса

m

кг

m=

11

Серпімділік күші. Гук заңы

Fсер

H

F=kx

12

Қатаңдық коэфициенті

k

H/m

k=F/x

13

Күш

F

Н=кг*м/с2

FR=F1+F2

14

Ауырлық күш

Fа

Н

Fа= mg

15

Еркін түсу үдеуі

g

H/кг

g = Fа / m

16

Үйкеліс күші

Fүйк

Н

Fүйк=

17

Қысым

р

Па=H/м2

р=F/S; F=pS;S=F/p

18

Гидравликалық машина

F1/F2=S2/S1

19

Сұйықтың табанына түсетін қысым

p=pgh

20

Жұмыс

А

Дж=H*m

A=F*S

21

Қуат

N

Bт=Дж/с

N=A/t

22

Потенциалдық энергия

En

Дж=Вт*с

En=mgh

23

Кинетикалық энергия

Ek

Дж=Вт*с

Ek=mv2/2

24

Қатынас ыдыс

h1/h2=2/1

25

Механикалық жұмыс

А = FS

26

Күш момменті

M=F*d

27

Ядолық күштер

Fяд

Н

r10-12 -10-13

7-сынып. Физика.Формулалар

Формулы по курсу физики. 7-11 классы.

Механика 1

S = vt

Координата х = х0 + vt

  1. v = v0 + at, v = at

  2. ,

  3. ,

  4. ,

Движение вниз

  1. v = v0 + gt, если v0 = 0, то v = gt

  2. , если v0 = 0, то

  3. ,

  4. время падения

Движение вверх

  1. , высота подъема

  2. , скорость в момент времени t: v = v0 – gt

  3. макс. время подъема

  1. vx

    = v0, vy = gt.

  2. cos .


  1. vx = v0cos, vy = v0sin

  2. время

  3. высота

  4. дальность

  5. макс. дальность полета

Тело движется по окружности

1. 2. 3. v

4. 5.

6.

а – центрострем. ускорение,  – угловая скорость,  – угол поворота,  – угловое ускорение,  – частота вращения, Т – период, R – радиус

Механические колебания и волны

1. смещение x = Asin(t + 0), 2. скорость v = Acos(t + 0), vmax = A

3. ускорение a = -A2sin(t + 0), amax = A2

4. период пруж. маят. 5. период мат. маят.

6. 7. 8. 9. 10. v =

А –амплитуда, t – время колебаний, N – число колебаний, v скорость, с – скорость света, λ – длина волны, ν – частота, l – длина маятника, Т – период

Механика 2

плоскости

Тело движется по

вогнутой плоскости

Тело на подвесе


ma =

N + mg = 0, ma = Fтяги ± Fтр

Fтр = mg,

ma = Fтяги – mg – равноуск

ma = Fтяги + mg -равнозам

Fтяги = Fтр тело – равномерно

N = mg

  1. a = gsin без трения

  2. ma = mgsin  mgcos тело вверх (+), вниз (-).

  3. a = g(sin   cos)

  4. mgsin = mgcos тело покоится

 = tg. или


  1. N = mg тело в покое

  2. ma = N – mg; P = m(a + g)

движется вверх

  1. ma = mg – N, P = m(g – a)

движется вниз

Силы трения, упругости, гравитационная, тяжести

Работа и мощность

Импульс

Энергия

Давление,плотность,

плавание тел

Fупр = -kx

Fтр = (Fтр)max = μN.

Fт = mg

F = ma закон Ньютона

Fа = ж g Vж Архимеда

A = Fs cos α.

A = FS = Fvt

Aтяж = Fh = mg(h0 – h).

Aтр = – μ mg S

Аупр =

N = ηA

A = Nt

А = FS =

А = Ек2 – Ек1 = ∆Ек

P = mv

Ft = mv – mv0

m1v1 + m2v2 = (m1 + m2)v

Ек =

Еп = mgh.

Епруж = ;

mgh + = const

= const

кпд =

 =

Р = = gh

условие плавания

V = жVж

закон Бернулли

Р + gh +  = Р0

Правило моментов

F1l1 = F2l2

Молекулярная физика

M = m0NA (NA = 6*1023)

M = Mr*10-3

Относительная молекулярная масса

Mr = , m0c = 10995*10-26

Масса молекулы

m0 =

Масса вещества

m = m0N

Количество вещества

 = ,  – моль

Число молекул

N =

N = NA

Концентрация молекул

n =

Уравнение состояния идеального

газа

pV = kT

R = NAk = 8,31

pV = RT

pV = RT

Давление идеального газа

p =

p = nkT = nEk

k = 1. 38*10-23

p = v2

p = kT , T = t + 273

Средняя кинетическая энергия

Ek = kT =

Средняя квадратичная скорость

v2 =

Плотность

 =

Молярная масса

M =

Объем

V =

I газовый закон (Б-М)

m, T = const, изотермический

обратная зависимость,

II газовый закон(Шарля)

m, V = const, изохорный

прямая

III газовый закон (Г-Л)

m, p = const, изобарный

прямая


Внутренняя энергия и.г.

U = NEk = RT = pV = RT = Аг

Работа газа

Aг = pV, Аг = Q1 – Q2

при расширении Аг > 0, при сжатии Аг < 0.

Работа внешних сил

А = -Аг = p(V2 – V1)

при сжатии А > 0, при расширении А < 0.

Количество теплоты

Qнагр = cm(t2 – t1), Qсгор = qm

Qпар = rm, Qкон = – rm

Qпл = m, Qкр = – m

I закон термодинамики

U = A + Q, Q = U + Aг

I закон в изопроцессах

1. изохорный V = 0 3. изобарный p = 0

U = Q, т.к. А = 0 Q = U + Aг

при нагревании U тепло идет на работу

при охлаждении U газа и изменение

2. изотермический вн. энергии

Т = 0, значит U = 0 4. адиабатный Q = 0

Q = Aг U = A

Q > 0, Aг > 0, при сжатии U

газ расширяется A > 0, Aг < 0.

Q < 0, Aг < 0, при расширении U

газ сжимается A < 0, Aг > 0.

КПД тепловой машины, цикла Карно

 = ,  = 1 –

Влажность

абс = , отн = 100%

Электродинамика

Закон Кулона

; k = 9*109

; k =

; o = 8,85*10-12

Напряженность поля, точечного

заряда, шара

;

Потенциальная энергия

Wp = qEd

Потенциал поля

= Ed

Разность потенциалов

U = 1 – 2 =

E = ; A = qEd

Электроемкость

C = ;

Энергия конденсатора

Wp =

Плотность энергии

p =

Сила тока

I = = qnvS

Скорость и заряд электронов

v = 7*10-5 ; e = 1,6*10-19

Закон Ома для участка

I = UR; R =

Последовательное соединение

I1 = I2 = I; U = U1 + U2

R = R1 + R2

Параллельное соединение

I = I1 + I2 U = U1 = U2

R =

Работа и мощность

A = IUt = I2Rt =

P =

Закон Джоуля-Ленца

Q = I2Rt

Закон Ома для полной цепи

Q = I2Rt + I2rt ;  = IR + Ir

I =

ЭДС:

 = ; Аст = It

Закон Ампера

Fa = BIlsin

Сила Лоренца

Fл = = qvBsin

Fл B  v

Вектор магнитной индукции

B =

Зависимость R от температуры

= t;  = o(1 + t)

Магнитный поток

Ф = BScos = BnS ; q =

Закон эл. маг. индукции

I = = BSsin

 =

ЭДС в движущемся проводнике

I = = vBlsin

ЭДС самоиндукции

is=

Индуктивность

L =

Энергия магнитного поля

Wм =

Энергия эл.маг. поля

W =

Im = qm = Um

Um = ImR = UmC = = LIm

xL = L xC =

Действующее значение

I = U =

Гармонические колебания

q = qmcost; i = Imsint; u = Umcost

Длина волны, частота, период

 = = vT, v = ,  = , c =

Формула Томсона

T = ;  = = 2π

 =

Уравнение свободных колебаний

;

Интенсивность волны

I = = с

Оптика и атомная физика Механика

Закон отражения Закон преломления

 = 

Предельный угол полного отражения

Формула тонкой линзы

Оптическая сила линзы Увеличение линзы

Условие интерф. макс.

 = 2πn, l = k

Условие интерф. мин.

 = (2n + 1)π, l = (2k + 1)/2

Формула дифракц.решетки

dsin = n

Энергия кванта Импульс фотона

 = h = h

Длина волны фотона Макс.кинет.энер.фот.

Красная граница фотоэффекта

Скорость света в веществе

v =

Массовое число ядра

A = Z + N

Заряд атомного ядра

q = Ze

Дефект массы ядра

M = ZMН + Nmn – Mат

Энергия связи ядра

Есв = Мс2

Удельная энергия связи ядра

Закон рад. распада

N = No2t/T

Уравнение -распада

Уравнение -распада

Правило Бора

mvr =

Энергия фотона

нуклон = протон + нейтрон

позитрон = mэл

Электронвольт

1Эв = 1,6*10-19 Дж

Тело брошено под углом к горизонту





Тело брошено под углом к горизонту, затем падает


Тело движется вдоль Ох с начальной скоростью равномерно

О ФОРМУЛЕ Е=MC2 Текст научной статьи по специальности «Физика»

ISSN 2410-6070 ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА №12 / 2020

УДК 53. 01

Федоровский В. Е.

Пенсионер, физик, бывш. раб. УЭХК,

г. Новоуральск, Р.Ф.

О ФОРМУЛЕ Е=MC2

Аннотация

В статье рассматривается физический смысл формулы E=mc2; приводятся сведения о том, как она появилась и имеются ли экспериментальные подтверждения её справедливости; делается вывод о неэквивалентности массы и энергии.

Ключевые слова:

масса, энергия, частица, излучение.

V. E. Fedorovsky

Retired, physicist, former employee of UECC,

Novouralsk, R. F.

ABOUT THE FORMULA E=MC2 Abstract

The article considers the physical meaning of the formula E=mc2; provides information about how it appeared and whether there are experimental confirmation of is validity; concludes that mass and energy are not equivalent.

Keywords:

mass, energy, particle, radiation.

В университетах можно многому научиться, в том числе и глупости.

А.Чехов

Формула Е=шс2 , где Е – энергия, m – масса, с – скорость света, считается самой знаменитой и фундаментальной формулой физики, которая говорит об эквивалентности массы и энергии. Главный смысл формулы, который следует из теории относительности, состоит в том, что масса и энергия могут превращаться друг в друга. То есть, если тело отдаёт энергию Е в виде излучения, то его масса уменьшается на величину Е/с2.

До создания теории относительности считалось, что действуют два закона – закон сохранения массы и закон сохранения энергии. Масса и энергия – это два разных состояния материи. Между ними связь есть, но они не эквивалентны друг другу. Масса всегда имеет какую-то энергию, но не всякая энергия имеет массу.

Волны на воде и в воздухе – это колебания молекул воды и воздуха около положения равновесия с переносом энергии в направлении распространения волны. Электромагнитная волна (излучение) – это сложные колебания частиц эфира, распространяющиеся со скоростью света.

В одной из своих книг академик А. Мигдал писал: Физика немыслима без математики и математических понятий, но не сводится к ним. Более того, главное в физике – не формулы, а их интерпретация – понимание; именно оно питает интуицию. Физика развивается не с помощью математической логики, а с помощью физической интуиции [1].

Воспользуемся этим советом академика и попробуем представить себе хоть какой-нибудь

физический процесс, при котором частица, имеющая массу, превратилась бы в излучение.

Излучение – это волна, а любая волна подразумевает наличие среды, в которой происходят колебания частиц этой среды. Частица – это объект, а излучение – это явление, процесс. Поскольку невозможно представить себе, чтобы частица превратилась в среду, логично подвергнуть сомнению физический смысл формулы, который закладывается в неё теорией.

Попробуем понять, какие исходные предпосылки заложены в этой формуле теорией, имеется ли её экспериментальное подтверждение, и какой реальный физический смысл этой формулы.

Формулу Е=тс2 можно вывести следующим образом [2].

В теории относительности утверждается, что масса тел зависит от их скорости по формуле Лоренца т=то* [(1 – у2/с2)] А (- ‘/г), где V – скорость тела.

Если формулу Лоренца разложить по степеням по формуле бинома Ньютона и взять только два первых члена, а остальные отбросить за ненадобностью и предположить, что энергия тела, которая прирастает со скоростью, является кинетической, то тогда и получается формула Е= тс2.

Приводится вывод этой формулы и другим методом [3].

Рассматривается неподвижный относительно наблюдателя атом, который излучает два фотона в противоположные стороны. Атом теряет энергию, равную энергии двух фотонов, и остаётся неподвижным, поскольку суммарный импульс, равный нулю, до и после излучения не меняется.

Затем рассматривается та же ситуация при движущемся наблюдателе. С точки зрения наблюдателя атом движется, и импульс системы при излучении атомом фотонов не будет равен нулю.

Поскольку импульс тела равен его массе умноженной на скорость, а скорость атома не изменилась, приходится делать вывод, что изменилась масса атома. После этого и выводится формула Е=тс2.

Оба вывода этой формулы нельзя считать корректными.

В первом случае взяли преобразование Лоренца, по которому масса тела зависит от его скорости, что не имеет физического смысла, и с большими оговорками вывели эту формулу.

Во втором случае предположили, что импульс тела зависит от скорости движения наблюдателя. Из чего сделали вывод, что масса неподвижных тел увеличивается с увеличением скорости движения наблюдателя, что тоже абсурдно, и получили эту формулу.

Теперь рассмотрим, как определяется кинетическая энергия тел.

При увеличении скорости тела от 0 до V оно приобретает кинетическую энергию mv2/2. Можно ли представить себе физический процесс, при котором кинетическая энергия тела возрастает от 0 до mv2?

Такой процесс означает, что тело мгновенно приобрело скорость V, и никакой работы по разгону тела не совершалось. А такое может быть только в том случае, если масса покоя тела равнялась нулю, то есть, никакого тела и не было. А если тела не было, то у чего же масса покоя равна нулю?

С другой стороны, в формуле Е=тс2 речь идёт об энергии покоящегося тела. Тем не менее, в ней присутствует скорость. Как же можно перемножать массу покоя тела на скорость, да ещё фотонов, не имеющих массы покоя?

Где же в природе или в эксперименте можно наблюдать процессы превращения частиц или тел, имеющих массу покоя, в энергию излучения? Обратимся к экспериментальным фактам.

В рамках современной физики принято считать, что электрон и позитрон, имеющие массу покоя и эквивалентную ей энергию примерно по 0,5МэВ, могут аннигилировать с образованием двух гамма-квантов, которые получают энергию тоже по 0,5МэВ. А гамма-кванты с этой энергией могут из области, близкой к ядру атома, рождать пару электрон-позитрон, что и подтверждает справедливость формулы Е=тс2.

Нет, не подтверждает. Реакция аннигиляции – это взаимодействие материи и антиматерии, а не превращение нейтрона или электрона в излучение.

Кроме того, не объясняется – куда девается кинетическая энергия частиц, приобретённая ими при сближении до аннигиляции? К тому же, масса гамма-квантов вычисляется по формуле Е=тс2. Получается, что формулу объясняем этой же самой формулой.

Можно предположить, что никакой аннигиляции электрона с позитроном не происходит. При их соединении в энергию гамма-квантов переходит кинетическая энергия частиц, а сами частицы остаются в эфире в виртуальном виде в одном из фазовых состояний с минимальными энергиями. А после поглощения гамма-квантов частицы переходят в реальный мир, в другое фазовое состояние, наподобие молекул воды, которые при получении энергии переходят из жидкого состояния в состояние пара.

Хорошо изучено явление тормозного излучения электронов. Энергия излучения точно равна кинетической энергии электрона перед его остановкой. А сам электрон никуда не девается – он просто останавливается.

Мы также знаем, что атом может испускать и поглощать фотоны разных энергий. При передаче фотоном своей энергии электрону в атоме, электрон переходит на более высокоэнергетическую орбиту. А при переходе электрона на прежнюю орбиту атом излучает фотон с уменьшением своей общей энергии.

И разница в энергиях электрона до и после излучения определяет энергию излучённого фотона. То есть, происходит только передача энергии от фотона к электрону и обратно.

Известно, что в фотоэффекте, где фотон выбивает электрон из атома, не выполняется закон сохранения импульса. Этот факт позволяет утверждать, что у фотона нет массы и импульса, он передаёт электрону только энергию.

Далее. Когда были проведены первые испытания атомных бомб, то многие считали (и считают до сих пор), что причиной огромного выделения энергии при взрыве является переход части атомов вещества в излучение, что и подтверждает формулу Е=тс2.

Но и это утверждение не соответствует действительности.

Во многих физических справочниках приводится реакция деления ядер и-235 и соответствующий энергетический баланс этой реакции.

и (235,92) + п (1,0) -— Ва (145,56)* + Кг (88,36) + 3п (1,0)

Символ* – радиоактивность.

Выделившаяся энергия распределяется следующим образом (цифры в процентах с точностью до 1%): кинетическая энергия осколков (бария и криптона) – 89, энергия бета-распада – 4, энергия гамма-квантов – 4, кинетическая энергия нейтронов – 3. Сумма нуклонов в обеих частях реакции одинакова.

Энергию взрыва на 96% составляет кинетическая энергия частиц и только 4% – доля излучения, которое образуется не за счёт распада массы, а при переходе энергии возбуждения ядра бария в энергию гамма-кваитов.

И только после развала ядра на частицы их кинетическая энергия превращается в энергию различных видов волн и излучений.

Другими словами, никакие частицы при взрыве в излучение не превратились, а произошёл только переход энергии из одного вида в другой.

Считается, что на Солнце происходит термоядерная реакция соединения изотопов водорода с образованием гелия и выделением большого количества энергии. И что энергия эта получается за счёт перехода в неё части массы реагирующих веществ.

Реакция записывается так: Б + Т—–Не + п +17,6 МэВ.

Расшифруем. Дейтрон (ядро изотопа водорода – дейтерия), содержащий 1 протон и 1 нейтрон, соединяется с тритоном (ядром другого изотопа водорода – трития), содержащим 1 протон и 2 нейтрона. В результате реакции получается ядро гелия (2 протона и 2 нейтрона), 1 нейтрон и энергия.

И в этой реакции количество нуклонов в обеих частях реакции одинаково, то есть, ни одна частица никуда не делась. А полученная энергия – это кинетическая энергия ядра гелия (20%) и нейтрона (80%).

Всё вышесказанное означает, что нет ни одного эксперимента, который бы однозначно доказывал распад вещества, имеющего массу.

И это логично, поскольку надо помнить, в какие огромные плотности сжата материя в частицах. Плотность самых тяжёлых земных материалов составляет величину около 20г/см3. Плотность материи электрона – порядка миллиона тонн/см3, а протона и нейтрона – миллиарды тонн/см3.

Природе зачем-то понадобилось сжимать материю в частицах до таких чудовищных плотностей. Надо полагать, не для того, чтобы легко «разбазаривать» её направо и налево в виде излучений. А для того, чтобы мир был устойчив, и никакие огромные ядерные и термоядерные температуры не могли нарушить целостность «кирпичиков» этого мира.

Кроме того, в физических справочниках величины масс частиц, составляющих атом, указываются до шестого знака после запятой. Значит, не предполагается, что массы частиц могут меняться

Теперь рассмотрим, откуда возникает энергия атомного взрыва?

С увеличением порядкового номера элементов в таблице Менделеева в ядре элементов увеличивается и количество протонов, и количество нейтронов. Размер ядра увеличивается, и у элементов, начиная с атомного номера выше примерно 60, близкодействующие ядерные силы между нуклонами ослабевают.

При достаточно большом массовом числе и определённом соотношении протонов и нейтронов (например, в ядре и235) кулоновские силы отталкивания между протонами почти сравниваются с ядерными силами притяжения.

Достаточно небольшого «запала» в виде нейтрона малой энергии, попавшего в ядро и235, чтобы оно развалилось и выделилась энергия, эквивалентная величине потенциальной энергии отталкивания протонов в ядре.

Энергия атомного взрыва – это не распад частиц, не распад массы, а выделившаяся потенциальная энергия кулоновского отталкивания частиц в ядре после развала ядра.

Можно привести такую аналогию. В земной коре за многие миллионы лет существования Земли в реакциях с потреблением энергии образовались не только элементы с большим атомным весом, но и такие вещества, как нефть, газ, каменный уголь и др. При сжигании этих веществ часть запасённой в них энергии выделяется в виде тепла, и образуются новые вещества.

Количество атомов в исходных продуктах и в продуктах реакции этих веществ сохраняется. Происходит только образование новых молекул с другой по величине энергией связи между атомами. Для начала реакции их горения тоже достаточно небольшой энергии «запала», чтобы реакция началась.

Похожий процесс происходит и при «горении» урана.

Разница только в том, что при химических реакциях идёт перегруппировка вещества на уровне атомов, а в ядерных реакциях – на уровне ядер.

Теперь обратимся к понятию «дефект массы» ядерных реакций.

Имеются таблицы величин масс ядер различных элементов, определённых масс-спектрометрическим методом, из которых следует, что массы большинства ядер меньше суммы масс частиц, из которых они состоят.

Эту разницу масс назвали «дефектом массы» и решили, что часть массы составляющих ядро частиц переходит в энергию их связи в ядре. Такое утверждение тоже не соответствует действительности.

Сначала напрашивается логичный вывод – если суммарная масса частиц в различных реакциях, даже при очень больших температурах, не меняется, то не может быть и никакого реального дефекта массы.

Известно, что ещё в 1835г. К.Гауссом в электродинамике был открыт закон запаздывания потенциалов, суть которого в том, что при увеличении скорости электронов уменьшается сила их взаимодействия с магнитным полем, что создаёт ложное впечатление увеличения массы электронов [4].

По разным причинам этот закон долго не был опубликован, а потом появились уравнения Максвелла, теория относительности, и о законе забыли.

Кроме того, величина электрического поля, создаваемого ядром, всегда отличается от суммы электрических полей протонов, входящих в ядро.

Из-за нелинейной зависимости энергии связи нуклонов в ядре от их количества (в пересчёте на один нуклон), при увеличении атомного номера элемента примерно до 60, когда энергия связи нуклонов в ядре достигает максимального значения, электрическое поле ядра будет меньше суммы электрических полей составляющих его протонов.

По этим причинам измеряемая в ускорителях масса ядра будет казаться меньше суммы масс протонов его составляющих.

А для элементов с номером больше 60 эффект поменяет знак.

Поскольку ни в одном эксперименте не измеряли массу частиц напрямую, а учитывали только увеличение затрат энергии при движении частицы и на основании этого вычисляли массу по формуле Е=тс2, понятие «дефект массы» возникло из-за слепой веры в теорию относительности и неправильной интерпретации результатов измерений масс частиц в ускорителях [5].

Связь между энергией различных волн с массой частиц может быть только условная. Вот образный пример.

Если подложить под чашку весов с телом магнит, притягивающий к себе чашку, то при равновесии чашек масса тела будет казаться меньше массы гирь на другой чашке весов. А если соорудить устройство, чтобы чашка с телом отталкивалась от магнита, то «дефект массы» получится с обратным знаком.

Этот «дефект массы» можно связать с энергией магнитного поля по формуле E=kДm, где Е – энергия магнитного поля магнита там, где располагается тело, Дт – дефект массы, k – коэффициент пропорциональности между потенциальной энергией магнитного поля и «дефектом массы».

Чтобы знаки потенциальной энергии и изменения эквивалентной ей массы совпадали, следует считать энергию поля притяжения зарядов друг к другу положительной, а энергию поля отталкивания -отрицательной. Аналогичный пересчёт можно сделать и в случае атомной реакции.

Как уже говорилось выше, энергия атомного взрыва – это перешедшая в кинетическую энергию частиц потенциальная энергия их кулоновского отталкивания в ядре после его распада. Эту потенциальную энергию можно условно перевести в эквивалентную ей массу электромагнитной волны.

Частица массой т с кинетической энергией Е и электромагнитная волна с такой же энергией могут совершить одинаковую работу А. Поэтому можно перевести массу частицы в эквивалентную ей электромагнитную энергию волны по формуле Е=тс2.

Но такой перевод массы частиц в энергию излучения не имеет физического смысла, поскольку никакая масса в энергию не переходит.

Можно перевести и энергию электромагнитной волны в эквивалентную ей массу частиц по формуле Е=mv2/2. Но такой перевод тем более теряет физический смысл, поскольку не даёт однозначного ответа -для каждой скорости частиц будет своя величина массы, эквивалентной энергии Е.

Такие сравнения энергии и массы условны и не означают, что масса и энергия могут переходить друг в друга. Образно выражаясь, можно считать, например, что телевизор может переходить в недельный отдых в санатории, если их цены в рублях одинаковы.

Вот как выразил своё понимание связи массы с энергией выдающийся учёный Н.Тесла: Нет в материи иной энергии, помимо полученной ею из окружающей среды; и та идея, что масса конвертируема в энергию – из ряда нонсенсов [6].

Заключение.

1. В природе действует закон сохранения массы и закон сохранения энергии. Масса и энергия не эквивалентны друг другу. Любая масса имеет какую-либо энергию, но не любая энергия имеет массу.

2. При любых химических и ядерных реакциях масса в энергию не переходит, она только перераспределяется между продуктами реакции. Энергия в массу тоже не превращается, она только переходит из одного вида в другой.

3. Поскольку масса и энергия не эквивалентны друг другу, формула Е=тс2 не имеет заложенного в неё физического смысла.

4. Поскольку любая масса, и любая энергия могут совершать определённую работу, из условия равенства произведённых ими работ можно условно пересчитывать энергию в эквивалентную ей массу по формуле Е = тс2.

Список использованной литературы: 1. А. Мигдал, «Квантовая физика для больших и маленьких», библ. «Квант», вып.75, 1989.

~ 12 ~

2. В. Петров, «Релятивистская масса и энергия», 2003 (эл. ресурс).

3. Журнал «Квант», №6, 2005.

4. Н. Носков, статья «Теория запаздывающих потенциалов против теории относительности» (эл. ресурс).

5. В. Комаров, «Материя и энергия» в кн. «Наука и миф», М, 1988.

6. О’Нил Дж. Джейкоб, «Гений, бьющий через край. Н.Тесла», 2009.

© Федоровский В.Е., 2020

Калькулятор силы

| Как найти силу?

Калькулятор силы поможет вам рассчитать силу на основе второго закона движения Ньютона. Прочтите , чтобы узнать, что такое сила , и , какие типы сил существуют в классической механике . Мы также объясним , как найти силу в упражнениях, используя формулу силы . В конце мы также проиллюстрируем , что такое чистая сила , на простом примере.

Если вам нужно найти определенную силу, возможно, вам поможет один из этих калькуляторов:

Определение силы и уравнение силы

Что такое сила?

Сила – это любое взаимодействие, которое, если не встретить сопротивления, может изменить движение объекта .

Если спросят: «Что такое сила?» нефизик, вероятно, подумает о том, чтобы толкать и тянуть. Физик подумал бы об изменении скорости объекта. Чтобы понять, почему, давайте посмотрим на уравнение силы:

а = м / ж ,

где:

  • a – ускорение объекта, выраженное в метрах в секунду в квадрате [м / с 2 ];
  • м – масса объекта в килограммах [кг]; и
  • F – сила, измеряемая в Ньютонах [Н].

Ускорение – это изменение скорости с течением времени . И, как видно из формулы силы, чем больше сила, тем больше ускорение. Итак, если что-то ускоряется, например, автомобиль, оно может передать значительную силу, если столкнется с другим автомобилем. Эта сила пропорциональна массе автомобиля и его (тормозящему) ускорению.

Чтобы использовать калькулятор силы, введите две из этих переменных: массу, ускорение или силу в любых единицах и получите недостающее число в мгновение ока.

Если вы рассчитываете силу самостоятельно, всегда используйте систему СИ, чтобы избежать ошибок. Что такое единица силы в системе СИ? Это Ньютон [N] – назван в честь Исаака Ньютона – математика, физика и первооткрывателя гравитации. В основных единицах СИ один Ньютон равен:

1 Н = 1 кг * м / с 2

Чтобы узнать больше о единицах силы, перейдите в наш конвертер силы.

Законы движения Ньютона

Ньютон предложил три закона движения, которые объясняют движение всех физических объектов.Они являются основой всей классической механики , которая также известна как механика Ньютона .

  1. Первый закон движения Ньютона

Объект останется в покое или продолжит двигаться равномерно, если на него не будет воздействовать внешняя сила.

  1. Второй закон движения Ньютона

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m * a .

  1. Третий закон движения Ньютона

Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению (для каждого действия всегда существует равная, но противоположная реакция).

Виды сил

Все силы в классической механике подчиняются трем законам движения Ньютона.

  • Сила тяжести – это притяжение между любыми двумя объектами ненулевой массы .Вы идете по земле вместо того, чтобы плыть из-за этой силы – силы тяжести. Его проявляет все, что вас окружает, как экран, на котором вы это читаете. Он такой маленький; это незаметно.

  • Нормальная сила – это реакция на силу тяжести – прекрасный пример третьего закона Ньютона. Когда вы стоите, вы прикладываете к полу силу (равную силе гравитации). Пол оказывает на вас силу той же ценности.

  • Трение – это сила, противодействующая движению .Он пропорционален нормальной силе, действующей между объектом и землей. Зимой вы наносите песок на обледеневшие поверхности, чтобы увеличить трение и предотвратить скольжение.

  • Натяжение – это осевая сила, которая проходит через тросы, цепи, пружины и другие объекты при внешнем растяжении . Например, если вы выгуливаете собаку, и она тянет вас вперед, это создает напряжение на ее поводке.

  • Центробежная сила – это сила, действующая на вращающийся объект .Вы когда-нибудь были на карусели? Вы помните, как вас выталкивали наружу? Это чувство вызывала центробежная сила.

  • Давление – это мера силы, приложенной к поверхности . Если вы надуваете воздушный шар, частицы воздуха внутри оказывают давление на баллон. Все частицы ощущают одинаковую силу, поэтому воздушный шар надувается равномерно.

Как обрести силу?

Давайте рассмотрим несколько упражнений, чтобы на уроке физики вас ничто не удивило.

1. Найдите ускоряющую и тормозящую (останавливающую) силу:

Гепард имеет массу 50 кг. Он разгоняется из состояния покоя до 50 км / ч за 3 секунды. Затем он начинает постепенно замедляться и останавливается через 8 секунд.

  • Ускоряющая сила:

    Сначала найдите ускорение:

    50 км / ч равно 13,89 м / с (мы рассчитали это с помощью преобразователя скорости).

    Ускорение равно разнице скорости во времени:

    а = (13.89 м / с - 0) / 3 с = 4,63 м / с 2

    Рассчитать ускоряющую силу:

    F a = м * a = 50 кг * 4,63 м / с 2 = 231,5 Н

  • Сила торможения:

    a = (0-13,89 м / с) / 8 с = -1,74 м / с 2

    F r = 50 кг * -1,74 м / с 2 = -87 Н

    Сила торможения отрицательна, поскольку она имеет направление, противоположное ускоряющей силе.

2. Какое усилие необходимо для ускорения объекта (м = 2 кг) на 8 м / с 2 ? А если объект в три раза тяжелее? Как это влияет на силу?

Если масса в три раза больше, сила должна быть в три раза больше.

Что такое чистая сила?

Сила – вектор . Значит, имеет значение и направление. Вот почему вы не можете складывать его как обычные числа (скаляры).

Чистая сила (F N ) – это сумма векторов всех отдельных сил, действующих на объект .Например, давайте посмотрим на падающий мяч. На него влияют сила тяжести (F G = 5 Н), сопротивление воздуха (F R = 1 Н) и боковая сила, вызванная ветром (F W = 2 Н).

  1. Сначала найдите чистую силу горизонтальных сил. У них противоположное направление, поэтому они частично компенсируют друг друга:

    • F H = F G - F R = 5N - 1 N = 4N
  1. Теперь найдите чистую силу двух оставшихся сил.

    Здесь вы можете вычислить его по теореме Пифагора (в прямоугольном треугольнике: a 2 + b 2 = c 2 ). Чтобы узнать больше о сложении векторов, перейдите к калькулятору сложения векторов.

    F H 2 + F W 2 = F N 2 4 2 + 2 2 = F N 2 16 + 4 = F N 2 F N 2 = 20 F N = √20 F N = 2√5

    Чистая сила, действующая на шар, равна 2√5 Н.

Теперь, когда вы знаете три закона движения Ньютона и определение силы, взгляните на один из калькуляторов, перечисленных в начале. Там мы подробно объясняем все типы сил. Мы также недавно провели забавный эксперимент, в котором мы проверили, что принесет победу в гонке – туалетную бумагу или бутылку ?. Проверьте это, чтобы узнать что-нибудь о моменте инерции массы и ускорении!

FAQ

Как найти ускорение с помощью силы и массы?

  1. Разделите силу на массу .
  2. Не забудьте использовать базовые единицы СИ. Это означает, что Ньютона для силы и килограмма для массы.
  3. Наслаждайтесь ускорением в метра в секунду в квадрате .

Вес – это сила?

Вес – другое название силы тяжести . В физике масса и вес не одно и то же. Масса – это свойство объекта. Он сопротивляется любому изменению движения. Вес – это сила, действующая на массу под действием силы тяжести .На Земле, если ваша масса составляет 70 килограммов, ваш вес составляет около 700 Ньютонов (точнее, 686,5 Ньютонов).

Сила – это вектор?

Сила – вектор . Это означает, что он определяется как величиной , так и направлением . Скаляры, как и масса или длина, определяются только величиной. Итак, если вы примените к объекту две силы, вы не сможете добавить их как скаляры. Вам нужно учесть направление и найти чистую силу – векторную сумму сил.

Какова формула силы?

Формула силы определяется вторым законом движения Ньютона :

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m ⨉ a.

Чтобы использовать эту формулу, необходимо использовать единицы СИ: Ньютона, для силы, килограмма, для массы и метра в секунду в квадрате для ускорения.

Что происходит, когда две силы действуют в одном направлении?

Когда две силы действуют в одном направлении, они складывают и создают чистую силу, равную их сумме.

Как связаны сила и движение?

Сила – это любое взаимодействие, которое, если ему не противостоять, может изменить движение объекта. Без внешней силы движущийся объект будет продолжать двигаться с постоянной скоростью и направлением, а неподвижный объект останется неподвижным. Если приложить внешнюю несбалансированную силу, объект изменит движение, изменив свою скорость и / или направление.

Взаимосвязь между силой и движением определяется законами движения Ньютона .

Какие виды сил?

Виды сил в физике:

  • Контактные силы : Нормальная сила, приложенная сила, сила трения, сила натяжения, сила сопротивления воздуха
  • Бесконтактные силы : гравитационная сила, электрическая сила, магнитная сила

Ускорение – это сила?

Ускорение не сила . Ускорение – это изменение скорости во времени. Как и сила, ускорение – это вектор, поэтому он имеет как величину, так и направление.Согласно второму закону движения Ньютона, ускорение пропорционально силе: F = m ⨉ a. Направление ускорения объекта определяется направлением чистой силы, действующей на этот объект.

Может ли чистая сила быть отрицательной?

Чистая сила может быть как положительной, так и отрицательной . Чистая сила – это сумма векторов всех индивидуальных сил, действующих на объект. Силы всегда положительны по величине. Но чтобы упростить расчет чистой силы, мы предполагаем, что силы, направленные в противоположных направлениях, имеют разные знаки.Обычно мы говорим, что силы, направленные вправо, положительны, а налево – отрицательны. Итак, если у вас есть две противоположные по направлению силы, действующие на объект, а результирующая сила направлена ​​влево, вы можете сказать, что результирующая сила отрицательна.

В чем разница между уравновешенными и несбалансированными силами?

Уравновешенные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление . Они уравновешивают друг друга, поэтому компенсируют друг друга . Классическим примером уравновешенных сил могут быть гравитационная сила и нормальная сила, действующие на объект, расположенный на горизонтальной поверхности.Уравновешенные силы не вызывают изменения направления или скорости объекта.

Неуравновешенные силы не имеют одинаковой величины . Если на объект действует неуравновешенная сила, она влияет на движение объекта . Например, если что-то падает, это происходит из-за силы тяжести. Сила сопротивления воздуха противодействует гравитации, но не уравновешивает ее, если объект достаточно тяжелый.

Уравновешенные силы вызывают изменение движения?

Уравновешенные силы не вызывают изменения движения .Две силы уравновешены, когда они имеют одинаковую величину и противоположное направление, поэтому они нейтрализуют друг друга. Вместе они не влияют на скорость или направление движения объекта.

Что такое контактная сила?

Контактная сила – это любая сила, которая требует контакта. И трение, и нормальная сила являются контактными силами, потому что они возникают, когда объект контактирует с поверхностью. С другой стороны, неконтактная сила, как и сила тяжести, действует без контакта с объектом.

Формула трения

Трение вызывается движением одной поверхности по другой. Это сила, способная противостоять движению объекта. Трение может привести к потере энергии движения в виде тепла. Количество создаваемой силы зависит от используемых материалов, и каждая комбинация отличается. Коэффициент трения используется для описания взаимодействия двух поверхностей. Коэффициент трения обозначается греческой буквой «мю» (μ) и не имеет единиц измерения. Сила трения в μ раз больше нормальной силы, действующей на объект.Единицей измерения трения является Ньютон (Н).

сила трения = (коэффициент трения) (нормальная сила)

F f = μη

F f = сила трения

μ = коэффициент трения

η = нормальная сила (греческая буква «эта»)

Формула трения Вопросы:

1) Через замерзшее озеро тянут большую глыбу льда. Глыба льда имеет массу 250 кг.Коэффициент трения между двумя ледяными поверхностями невелик: μ k = 0,05. Какая сила трения действует на ледяную глыбу?

Ответ: На плоской поверхности нормальная сила, действующая на объект, равна η = mg . Используя эту формулу, можно найти силу трения:

F f = μη

F f = мкм

F k = (0,05) (250 кг) (9,8 м / с 2 )

Факс к = 122.5 кг ∙ м / с 2

F k = 122,5 N

Сила трения, действующая в направлении, противоположном движению ледяной глыбы, когда ее тянут через озеро, составляет 122,5 Н.

2) Во время прилива лодка застряла на берегу. Он начинает толкать лодку по грязи, чтобы добраться до воды. Коэффициент трения между деревянной лодкой и грязью μ = 0,400. Если лодка имеет массу 50,0 кг, какова величина силы трения, действующей на лодку?

Ответ: На плоской поверхности нормальная сила, действующая на объект, равна η = mg. {2}}} \,} – закон Кулона для силы между двумя заряженными частицами, разделенными расстоянием r: k e ≈8.{2} d \ Omega}, где – телесный угол.

8.1 Линейный импульс, сила и импульс – Физика

Задачи обучения секции

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Опишите импульс, то, что может изменить импульс, импульс и теорему об импульсе-импульсе.
  • Опишите второй закон Ньютона с точки зрения количества движения
  • Решение задач с помощью теоремы об импульсе-импульсе

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

  • (6) Научные концепции.Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения. Ожидается, что студент:
    • (C) вычислить механическую энергию, мощность, генерируемую внутри, импульс, приложенный к, и импульс физической системы.

Раздел Основные термины

изменение импульса импульс теорема об импульсе-импульсе момент импульса

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Изучите инерцию и законы движения Ньютона.

[AL] Начать обсуждение движения и столкновения. На примере футболистов укажите, что и масса, и скорость объекта являются важными факторами при определении воздействия столкновений. Направление, а также величина скорости очень важны.

Импульс, импульс и теорема импульс-импульс

Линейный импульс – это произведение массы системы на ее скорость. В форме уравнения импульс движения p равен

Из уравнения видно, что импульс прямо пропорционален массе объекта ( м ) и скорости ( v ).Следовательно, чем больше масса объекта или чем больше его скорость, тем больше его импульс. Большой, быстро движущийся объект имеет больший импульс, чем более мелкий и медленный объект.

Импульс является вектором и имеет то же направление, что и скорость v . Поскольку масса является скаляром, когда скорость имеет отрицательное направление (т. Е. Противоположно направлению движения), импульс также будет иметь отрицательное направление; и когда скорость в положительном направлении, импульс также будет в положительном направлении.В системе СИ для количества движения используется кг м / с.

Импульс настолько важен для понимания движения, что физики, такие как Ньютон, назвали его величиной движения . Сила влияет на импульс, и мы можем изменить второй закон движения Ньютона, чтобы показать взаимосвязь между силой и импульсом.

Вспомните наше исследование второго закона движения Ньютона ( F net = м a ). Ньютон фактически сформулировал свой второй закон движения в терминах количества движения: чистая внешняя сила равна изменению количества движения системы, деленному на время, в течение которого он изменяется.Изменение импульса – это разница между конечным и начальным значениями импульса.

В форме уравнения этот закон имеет вид

, где F net – чистая внешняя сила, ΔpΔp – изменение количества движения, а ΔtΔt – изменение во времени.

Мы можем найти ΔpΔp, переписав уравнение

будет

FnetΔtFnetΔt известен как импульс, и это уравнение известно как теорема импульс-импульс. Из уравнения мы видим, что импульс равен средней чистой внешней силе, умноженной на время ее действия.Это равно изменению импульса. Действие силы на объект зависит от того, как долго оно действует, а также от силы силы. Импульс – полезное понятие, поскольку оно позволяет количественно оценить влияние силы. Очень большая сила, действующая в течение короткого времени, может иметь большое влияние на импульс объекта, например, сила удара ракетки по теннисному мячу. Небольшая сила может вызвать такое же изменение импульса, но действовать ей придется гораздо дольше.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[OL] [AL] Объясните: большой, быстро движущийся объект имеет больший импульс, чем меньший и более медленный объект.Это качество называется импульсом.

[BL] [OL] Просмотрите уравнение второго закона движения Ньютона. Укажите на два разных уравнения закона.

Второй закон Ньютона в терминах количества движения

Когда второй закон Ньютона выражается в единицах количества движения, его можно использовать для решения задач, в которых масса изменяется, поскольку Δp = Δ (mv) Δp = Δ (mv). В более традиционной форме закона, с которым вы привыкли работать, масса считается постоянной. Фактически, эта традиционная форма является частным случаем закона, в котором масса постоянна.Fnet = maFnet = ma фактически выводится из уравнения:

Чтобы понять взаимосвязь между вторым законом Ньютона в его двух формах, давайте воссоздадим вывод Fnet = maFnet = ma из

, заменив определения ускорения и импульса.

Изменение количества движения ΔpΔp определяется как

Если масса системы постоянна, то

При замене ΔpΔp mΔvmΔv второй закон движения Ньютона становится

Fnet = ΔpΔt = mΔvΔtFnet = ΔpΔt = mΔvΔt

для постоянной массы.

Потому что

мы можем заменить, чтобы получить знакомое уравнение

, когда масса системы постоянна.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Покажите две разные формы второго закона Ньютона и то, как одну можно вывести из другой.

Советы для успеха

Мы только что показали, как Fnet = maFnet = ma применяется только тогда, когда масса системы постоянна. Примером, когда эта формула неприменима, может быть движущаяся ракета, которая сжигает достаточно топлива, чтобы значительно изменить массу ракеты.В этом случае вам нужно будет использовать второй закон Ньютона, выраженный в единицах количества движения, чтобы учесть изменение массы.

Snap Lab

Движение рук и импульс

В этом упражнении вы будете экспериментировать с различными типами движений рук, чтобы получить интуитивное понимание взаимосвязи между силой, временем и импульсом.

  • один мяч
  • одна ванна с водой

Процедура:

  1. Попробуйте поймать мяч, пока дает мячом, подтягивая руки к телу.
  2. Затем попробуйте поймать мяч, не двигая руками.
  3. Попадать в ванну полной ладонью. Ваша полная ладонь изображает пловца, который делает шлепок животом.
  4. После того, как вода осядет, снова ударьте по воде, погрузив руку сначала в воду пальцами. Ваша рука для ныряния изображает ныряющего пловца.
  5. Объясните, что происходит в каждом случае и почему.

Захват

Какие еще примеры движений, на которые влияет импульс?

  1. столкновение футболиста с другим игроком или автомобиль, движущийся с постоянной скоростью
  2. Автомобиль, движущийся с постоянной скоростью, или объект, движущийся снарядом
  3. Автомобиль, движущийся с постоянной скоростью, или ракетка, ударяющая по мячу
  4. Столкновение футболиста с другим игроком или удар ракеткой по мячу

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[OL] [AL] Обсудите удар, который ощущается при падении или прыжке.Перечислите факторы, влияющие на это влияние.

Ссылки на физику

Инженерное дело: спасение жизней с помощью концепции импульса

Автомобили за последние несколько десятилетий стали намного безопаснее. Ремни безопасности играют важную роль в обеспечении безопасности автомобиля, предотвращая попадание людей в лобовое стекло в случае аварии. Другие функции безопасности, такие как подушки безопасности, менее заметны или очевидны, но также эффективны в снижении смертельных исходов при автокатастрофах (см. Рис. 8.2). Многие из этих функций безопасности используют концепцию импульса из физики.Напомним, что импульс – это чистая сила, умноженная на продолжительность удара. Математически это выражалось как Δp = FnetΔtΔp = FnetΔt.

Рис. 8.2 На автомобилях установлены такие устройства безопасности, как подушки безопасности и ремни безопасности.

Подушки безопасности

позволяют пассажирам в автомобиле действовать в течение более длительного времени при внезапной остановке. Изменение импульса для пассажира одинаково независимо от того, сработала подушка безопасности или нет. Но сила, заставляющая человека остановиться, будет намного меньше, если она будет действовать в течение большего времени.Изменив уравнение для импульса, чтобы найти силу Fnet = ΔpΔt, Fnet = ΔpΔt, вы можете увидеть, как увеличение ΔtΔt при неизменном ΔpΔp приведет к уменьшению F net . Это еще один пример обратной зависимости. Точно так же мягкая приборная панель увеличивает время действия силы удара, тем самым уменьшая силу удара.

Сегодня автомобили состоят из множества пластиковых компонентов. Одним из преимуществ пластмасс является их меньший вес, что приводит к лучшему расходу топлива.Еще одно преимущество заключается в том, что автомобиль может смяться при столкновении, особенно в случае лобового столкновения. Более длительное время столкновения означает, что сила, действующая на пассажиров в автомобиле, будет меньше. Смертность во время автомобильных гонок резко снизилась, когда жесткие рамы гоночных автомобилей были заменены деталями, которые могли смяться или разрушиться в случае аварии.

Захват

Возможно, вы слышали совет сгибать колени при прыжках. В этом примере друг предлагает вам спрыгнуть со скамейки в парке на землю, не сгибая колен.Вы, конечно, отказываетесь. Объясните другу, почему это было бы глупо. Покажите это с помощью теоремы об импульсе-импульсе.

  1. Сгибание колен увеличивает время удара, тем самым уменьшая силу.
  2. Сгибание коленей сокращает время удара, тем самым уменьшая силу.
  3. Сгибание колен увеличивает время удара, увеличивая, таким образом, силу.
  4. Сгибание колен сокращает время удара, увеличивая, таким образом, силу.

Решение задач с использованием теоремы об импульсе и импульсе

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Расскажите о различных стратегиях, которые следует использовать при решении задач. Убедитесь, что учащиеся знают допущения, сделанные в каждом уравнении относительно того, что определенные величины являются постоянными или некоторые величины пренебрежимо малы.

Рабочий пример

Расчет импульса: футболист и футбол

(a) Рассчитайте импульс футболиста массой 110 кг, бегущего со скоростью 8 м / с.(b) Сравните импульс игрока с импульсом футбольного мяча весом 0,410 кг, брошенного со скоростью 25 м / с.

Стратегия

Нет информации о направлении футболиста или футбольного мяча, поэтому мы можем вычислить только величину импульса, p . (Курсивом обозначена величина.) В обеих частях этого примера величина импульса может быть вычислена непосредственно из определения импульса:

Решение для (а)

Чтобы найти импульс игрока, подставьте известные значения массы и скорости игрока в уравнение.

pplayer = (110 кг) (8 м / с) = 880 кг⋅м / сpplayer = (110 кг) (8 м / с) = 880 кг⋅м / с

Решение для (b)

Чтобы найти импульс мяча, подставьте известные значения массы и скорости мяча в уравнение.

мяч = (0,410 кг) (25 м / с) = 10,25 кг⋅м / мяч = (0,410 кг) (25 м / с) = 10,25 кг⋅м / с

Отношение количества движения игрока к импульсу мяча составляет

pplayerpball = 88010.3 = 85.9. pplayerpball = 88010.3 = 85.9.

Обсуждение

Хотя мяч имеет большую скорость, игрок имеет гораздо большую массу.Следовательно, импульс игрока примерно в 86 раз больше, чем импульс футбола.

Рабочий пример

Расчетное усилие: ракетка Винус Уильямс

Во время Открытого чемпионата Франции 2007 года Винус Уильямс (рис. 8.3) показала самую быструю подачу в матче лучших женщин, достигнув скорости 58 м / с (209 км / ч). Какая средняя сила была приложена к теннисному мячу весом 0,057 кг ракеткой Williams? Предположим, что скорость мяча сразу после удара составляла 58 м / с, горизонтальная скорость до удара незначительна и что мяч оставался в контакте с ракеткой в ​​течение 5 мс (миллисекунд).

Рис. 8.3. Винус Уильямс играет на US Open 2013 (Эдвин Мартинес, Flickr)

Стратегия

Напомним, что второй закон Ньютона, выраженный в единицах количества движения, равен

Как отмечалось выше, когда масса постоянна, изменение количества движения определяется как

Δp = mΔv = m (vf − vi), Δp = mΔv = m (vf − vi),

, где v f – конечная скорость, а v i – начальная скорость. В этом примере даны скорость сразу после удара и изменение во времени, поэтому после решения для ΔpΔp мы можем использовать Fnet = ΔpΔtFnet = ΔpΔt, чтобы найти силу.

Решение

Чтобы определить изменение количества движения, подставьте значения массы, начальной и конечной скоростей в приведенное выше уравнение.

Δp = m (vf − vi) = (0,057 кг) (58 м / с – 0 м / с) = 3,306 кг · м / с ≈ 3,3 кг · м / с Δp = m (vf − vi) = (0,057 кг) (58 м / с – 0 м / с) = 3,306 кг · м / с ≈ 3,3 кг · м / с

8,1

Теперь мы можем найти величину чистой внешней силы, используя Fnet = ΔpΔtFnet = ΔpΔt

Fnet = ΔpΔt = 3,3065 × 10−3 = 661 N≈660 Н.Fnet = ΔpΔt = 3,3065 × 10−3 = 661 N≈660 Н.

8,2

Обсуждение

Эта величина была средней силой, прилагаемой ракеткой Винус Уильямс к теннисному мячу во время его кратковременного удара. Эту проблему также можно решить, сначала найдя ускорение, а затем используя F net = м a , но нам пришлось бы сделать еще один шаг. В этом случае использование импульса было сокращением.

Практические задачи

1.

Каков импульс шара для боулинга с массой 5 ​​\, \ text {кг} и скоростью 10 \, \ text {м / с}?

  1. 0.5 \, \ text {кг} \ cdot \ text {м / с}
  2. 2 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  3. 15 \, \ text {кг} \ cdot \ text {м / с}
  4. 50 \, \ text {кг} \ cdot \ text {м / с}
2.

Каким будет изменение количества движения, вызванное чистой силой 120 \, \ text {N}, действующей на объект в течение 2 секунд?

  1. 60 \, \ text {кг} \ cdot \ text {m / s}
  2. 118 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  3. 122 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  4. 240 \, \ text {кг} \ cdot \ text {м / с}

Проверьте свое понимание

3.

Что такое импульс?

  1. сумма массы системы и ее скорости
  2. отношение массы системы к ее скорости
  3. произведение массы системы на ее скорость
  4. произведение момента инерции системы на ее скорость
4.

Если масса объекта постоянна, каков его импульс?

  1. Его скорость
  2. Свой вес
  3. Рабочий объем
  4. Его момент инерции
5.

Каково уравнение второго закона движения Ньютона в терминах массы, скорости и времени, когда масса системы постоянна?

  1. Fnet = ΔvΔmΔtFnet = ΔvΔmΔt
  2. Fnet = mΔtΔvFnet = mΔtΔv
  3. Fnet = mΔvΔtFnet = mΔvΔt
  4. Fnet = ΔmΔvΔtFnet = ΔmΔvΔt
6.

Приведите пример системы, масса которой непостоянна.

  1. Волчок
  2. Бейсбольный мяч, летящий по воздуху
  3. Ракета, запущенная с Земли
  4. Блок, скользящий по наклонной плоскости без трения

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте вопросы «Проверьте свое понимание», чтобы оценить, усвоили ли учащиеся учебные цели этого раздела.Если учащимся не удается решить конкретную задачу, оценка поможет определить, какая цель вызывает проблему, и направит учащихся к соответствующему содержанию.

Physics Formulas Reference

Formula Определение и объяснения

s_ {av} = \ dfrac {d} {\ Delta t}

s av – средняя скорость (скаляр)
d – расстояние
Δ t – прошедшее время

v_ {av} = \ dfrac {x_f – x_i} {t_f – t_i} = \ dfrac {\ Delta x} {\ Delta t }

v av – средняя скорость (вектор)
Δ x – смещение (вектор)
Δ t – прошедшее время

a_ {av} = \ dfrac { v_f – v_i} {t_f – t_i} = \ dfrac {\ Delta v} {\ Delta t}

a av – среднее ускорение (вектор)
Δ v – изменение скорости (вектор )
Δ t – истекшее время

v_ {av} = \ dfrac {v_i + v_f} {2}

v av – средняя скорость (вектор)
v i – начальная скорость (вектор)
v f – конечная скорость (вектор)

v_ {f} = v_ {i} + a \ Delta t

v f – конечная скорость (вектор)
v i – начальная скорость (вектор)
a – ускорение (вектор)

\ Delta x = v_i \ Delta t + \ dfrac {1} {2} a (\ Delta t) ^ 2

Δ x – смещение (вектор)
v i – начальная скорость (вектор)
a – ускорение (вектор)

\ Delta x = v_f \ Delta t – \ dfrac {1} {2} a (\ Delta t) ^ 2

Δ x – смещение (вектор)
v f – конечная скорость (вектор)
a – ускорение ция (вектор)

\ Delta x = \ dfrac {v_f + v_i} {2} \ Delta t

Δ x – это смещение (вектор)
v f – конечный скорость (вектор)
v i – начальная скорость (вектор)

v ^ 2_f = v ^ 2_i + 2 a \ cdot \ Delta x

v f – конечная скорость (вектор)
v i – начальная скорость (вектор)
Δ x – смещение (вектор)
a – ускорение (вектор)

O Level Physics Formula List – Mini Physics

Этот пост содержит все важные формулы, которые вам нужны для GCE O Level Physics.(Эквивалент американского диплома об окончании средней школы) Если вы не знакомы ни с одной из перечисленных здесь формул, вам следует изучить соответствующую тему. Определения см. В разделе «Все определения, необходимые для уровня O».

Время (t)
Физическая величина Базовая единица СИ
Масса (м) Килограмм (кг)
Длина ($ l $) Метр (м)
Секунды
Ток ($ \ text {I} $) Ампер (A)
Температура (T) Кельвин (K)
Количество sub.{2} + 2 топор

$

$ s = \ frac {1} {2} \ left (u + v \ right) t $

$ $
Информация, которая у вас есть Уравнения движения для использования
s u v a t
$ v = u + при
$ s = ut + \ frac {1} {2} at ^ {2}
$ s = \ frac {1} {2} (u + v) $
30 $ v ^ {2} = u ^ {2} + 2as $

$ v_ {free \, fall} = \ sqrt {2 gh} $

Если автомобиль движется по кругу с постоянной скоростью, его скорость непостоянна! Автомобиль разгоняется! Почему? Потому что скорость – это вектор (имеет как величину, так и направление).Когда машина движется по кругу, ее направление постоянно меняется.

Первый закон Ньютона: тело продолжает оставаться в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии до тех пор, пока на него не действует результирующая сила.

Второй закон Ньютона: Ускорение объекта прямо пропорционально чистой силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе.

Третий закон Ньютона: для каждого силового объекта A действует на объект B, объект B будет оказывать равную и противоположную силу на объект A, вызывая силу реакции.

$ M = Fd $, M = момент, d = перпендикулярное расстояние. от силы к оси

Принцип момента: сумма момента против часовой стрелки = сумма момента по часовой стрелке. $ \ rightarrow $ вращательное равновесие.

$ w = мг $

$ \ rho = \ frac {m} {V}

$

$ P = \ frac {F} {A}

$

$ P_ {жидкость} = h \ rho g $

Гидравлический пресс: $ \ frac {F_ {1}} {A_ {1}} = \ frac {F_ {2}} {A_ {2}} $

Закон Бойлса: $ P_ {1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2} $

$ W =

Fd $

$ P = \ frac {W} {t} = Fv $

$ E_ {k} = \ frac {1} {2} m v ^ {2} $

$ E_ {g} = mgh $, g = 9.{-2}

$

Сохранение энергии: начальная энергия = конечная энергия

$ PV \ propto T $

$ P_ {1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}

$

$ E = m c \ Delta T $

$ E_ {fusion} = m L_ {fusion}

$

$ E_ {vap.} = M L_ {vap.} $

Температуру можно измерить следующими методами:

  • Расширение фиксированной массы жидкости
  • Изменение сопротивления куска металла
  • Расширение газа при постоянном давлении

Почему во время плавления поддерживается постоянная температура?

  • Во время плавления тепловая энергия используется для ослабления притяжения между твердыми частицами и не используется для увеличения кинетической энергии частиц.

Почему, когда термометр помещается в горячую воду, сначала сначала падает, а затем увеличивается?

  • Стеклянная колба расширяется раньше, чем расширяется ртуть.

Хороший радиатор тепла

  • Черная поверхность
  • Шероховатая поверхность

$ v = f \ лямбда $

$ f = \ frac {1} {T}

$

Закон отражения: $ \ theta_ {i} = \ theta_ {r} $

Закон Снеллиуса: $ n_ {1} \ sin {\ theta_ {1}} = n_ {2} \ sin {\ theta_ {2}} $

Показатель преломления: $ n = \ frac {c} {v} $

От более плотной к менее плотной среде: луч света отклоняется от нормального

От менее плотного до более плотного среднего: отклоняется в сторону нормального

$$ 1

Критический угол: $ \ sin {\ theta_ {c}} = \ frac {n_ {2}} {n_ {1}} $, $ n_ {2} $ меньше, чем $ n_ {1} $

Увеличение: $ M = \ frac {h_ {i}} {h_ {o}} = \ frac {d_ {i}} {d_ {o}} $

Нажмите, чтобы увеличить

Примечание:

  • Реальное изображение всегда перевернуто!
  • Виртуальное изображение всегда вертикально!

Когда водная волна движется с глубины на мелководье,

  • длина волны стала короче
  • Частота осталась прежней (Freq.волны воды зависит только от ИСТОЧНИКА)
  • Скорость замедляется

Факторы, влияющие на скорость звука

  • Температура – Более высокая температура = более высокая скорость звука
  • Средняя – Чем плотнее среда, тем выше скорость звука
  • Влажность – Звук распространяется быстрее в условиях повышенной влажности

Характеристики изображения, сформированного на плоском зеркале

  • Одинаковый размер
  • Перевернутое сбоку
  • Изображение виртуальное

Перейдите на следующую страницу, чтобы увидеть другие уравнения

Кинетическая энергия и теорема об энергии работы – College Physics

Цели обучения

  • Объясните работу как передачу энергии, а чистую работу – как работу, совершаемую чистой силой.
  • Объясните и примените теорему работы-энергии.

Работа передает энергию

Что происходит с работой, выполняемой в системе? Энергия передается в систему, но в какой форме? Он останется в системе или продвинется дальше? Ответы зависят от ситуации. Например, если газонокосилку на (Рисунок) (a) толкать достаточно сильно, чтобы она продолжала работать с постоянной скоростью, то энергия, вложенная в газонокосилку человеком, непрерывно удаляется за счет трения и в конечном итоге оставляет систему в форма теплопередачи.Напротив, работа, проделанная с портфелем человеком, несущим его по лестнице на (Рисунок) (d), хранится в системе портфель-Земля и может быть восстановлена ​​в любое время, как показано на (Рисунок) (e). Фактически, строительство пирамид в Древнем Египте является примером хранения энергии в системе путем выполнения работы с системой. Некоторая часть энергии, передаваемой каменным блокам при их подъеме во время строительства пирамид, остается в системе камень-Земля и имеет потенциал для выполнения работы.

В этом разделе мы начинаем изучение различных видов работы и форм энергии.Мы обнаружим, что некоторые виды работы, например, оставляют энергию системы постоянной, тогда как другие каким-то образом изменяют систему, например заставляют ее двигаться. Мы также разработаем определения важных форм энергии, таких как энергия движения.

Чистая работа и теорема работы-энергии

Мы знаем из изучения законов Ньютона в динамике: сила и законы движения Ньютона, что результирующая сила вызывает ускорение. В этом разделе мы увидим, что работа, совершаемая чистой силой, дает системе энергию движения, и в процессе мы также найдем выражение для энергии движения.

Давайте начнем с рассмотрения общей, или чистой, работы, проделанной в системе. Чистая работа определяется как сумма работы, выполненной всеми внешними силами, то есть чистая работа – это работа, выполненная чистой внешней силой. В форме уравнения это угол между вектором силы и вектором смещения.

(Рисунок) (а) показывает график зависимости силы от смещения для составляющей силы в направлении смещения, то есть график зависимости. В этом случае постоянно.Вы можете видеть, что площадь под графиком есть или проделанная работа. (Рисунок) (б) показывает более общий процесс, в котором сила изменяется. Область под кривой разделена на полосы, каждая из которых имеет среднюю силу. Проделанная работа относится к каждой полосе, а общая проделанная работа представляет собой сумму. Таким образом, общая проделанная работа – это общая площадь под кривой, полезное свойство, о котором мы поговорим позже.

Чистую работу будет проще исследовать, если мы рассмотрим одномерную ситуацию, когда сила используется для ускорения объекта в направлении, параллельном его начальной скорости.Такая ситуация возникает для упаковки на конвейерной системе роликового конвейера, показанной на (Рисунок).

Пакет на роликовой ленте продвигается горизонтально на расстояние.

Сила тяжести и нормальная сила, действующая на упаковку, перпендикулярны перемещению и не работают. Более того, они также равны по величине и противоположны по направлению, поэтому они сокращаются при вычислении чистой силы. Итоговая сила возникает исключительно из приложенной горизонтальной силы и горизонтальной силы трения.Таким образом, как и ожидалось, чистая сила параллельна смещению, так что и, а чистая работа задается как

Эффект чистой силы заключается в ускорении упаковки от до. Кинетическая энергия пакета увеличивается, указывая на то, что чистая работа, проделанная в системе, положительна. (См. (Рисунок).) Используя второй закон Ньютона и немного занимаясь алгеброй, мы можем прийти к интересному выводу. Подстановка из второго закона Ньютона дает

Чтобы получить взаимосвязь между работой сети и скоростью, придаваемой системе действующей на нее чистой силой, мы берем и используем уравнение, изученное в Уравнениях движения для постоянного ускорения в одном измерении, для изменения скорости на расстоянии, если ускорение имеет постоянное значение; а именно (обратите внимание, что появляется в выражении для сети).Решение для ускорения дает. Когда подставляется в предыдущее выражение для, мы получаем

Отмены, и мы переставляем это, чтобы получить

Это выражение называется теоремой работы-энергии, и оно фактически применяет в общем случае (даже для сил, которые меняются по направлению и величине), хотя мы вывели его для частного случая постоянной силы, параллельной смещению. Из теоремы следует, что чистая работа системы равна изменению количества.Эта величина – наш первый пример формы энергии.

Теорема работы-энергии

Чистая работа в системе равна изменению количества.

Величина в теореме работы-энергии определяется как поступательная кинетическая энергия (KE) массы, движущейся со скоростью. (Кинетическая энергия поступательного движения отличается от кинетической энергии вращения , которая будет рассмотрена позже.) В форме уравнения поступательная кинетическая энергия

– энергия, связанная с поступательным движением.Кинетическая энергия – это форма энергии, связанная с движением частицы, отдельного тела или системы объектов, движущихся вместе.

Мы знаем, что требуется энергия, чтобы довести объект, такой как автомобиль или пакет на (Рисунок), до скорости, но может быть немного удивительно, что кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости. Эта пропорциональность означает, например, что автомобиль, движущийся со скоростью 100 км / ч, имеет в четыре раза большую кинетическую энергию, чем при 50 км / ч, что помогает объяснить, почему столкновения на высокой скорости настолько разрушительны.Теперь мы рассмотрим серию примеров, чтобы проиллюстрировать различные аспекты работы и энергии.

Расчет кинетической энергии упаковки

Предположим, что 30,0-килограммовая упаковка на роликовой ленточной конвейерной системе (рисунок) движется со скоростью 0,500 м / с. Какова его кинетическая энергия?

Стратегия

Так как масса и скорость даны, кинетическая энергия может быть рассчитана на основе определения, данного в уравнении.

Решение

Кинетическая энергия определяется как

Ввод известных значений дает

, что дает

Обсуждение

Обратите внимание, что единицей кинетической энергии является джоуль, то же самое, что и единица работы, как упоминалось при первом определении работы.Интересно также, что, хотя это довольно массивный корпус, его кинетическая энергия невелика при такой относительно низкой скорости. Этот факт согласуется с наблюдением, что люди могут перемещать пакеты таким образом, не изнуряя себя.

Определение работы по ускорению пакета

Предположим, что вы толкаете 30,0-килограммовую упаковку в (Рисунок) с постоянной силой 120 Н на расстояние 0,800 м, а сила трения противоположной стороны в среднем составляет 5,00 Н.

(a) Рассчитайте чистую работу, проделанную с упаковкой.(b) Решите ту же задачу, что и в части (a), на этот раз найдя работу, выполняемую каждой силой, которая вносит вклад в результирующую силу.

Стратегия и концепция (а)

Это движение в задаче одного измерения, потому что направленная вниз сила (от веса упаковки) и нормальная сила имеют равную величину и противоположное направление, так что они компенсируются при вычислении чистой силы, в то время как приложенная сила, трение, и смещения все горизонтальные. (См. (Рисунок).) Как и ожидалось, чистая работа – это чистая сила, умноженная на расстояние.

Решение для (а)

Чистая сила – это сила толчка за вычетом трения, или. Таким образом, чистая работа составляет

Обсуждение для (а)

Это значение представляет собой чистую работу, выполненную с пакетом. На самом деле человек выполняет больше работы, потому что трение препятствует движению. Трение совершает негативную работу и удаляет часть энергии, которую человек тратит, и преобразует ее в тепловую энергию. Чистая работа равна сумме работы, проделанной каждой отдельной силой.

Стратегия и концепция (b)

Силы, действующие на упаковку, – это сила тяжести, нормальная сила, сила трения и приложенная сила.Нормальная сила и сила тяжести перпендикулярны перемещению и поэтому не работают.

Решение для (b)

Приложенная сила работает.

Сила трения и смещение имеют противоположные направления, так что работа, совершаемая трением, равна

Таким образом, количество работы, совершаемой гравитацией, нормальной силой, приложенной силой и трением, составляет, соответственно,

Общая проделанная работа как сумма работы, проделанной каждой силой, тогда составляет

Обсуждение для (б)

Рассчитанная общая работа как сумма работы каждой силы согласуется, как и ожидалось, с работой, проделанной чистой силой.Работа, выполняемая совокупностью сил, действующих на объект, может быть рассчитана любым подходом.

Определение скорости работы и энергии

Найдите скорость пакета в (Рисунок) в конце толчка, используя концепции работы и энергии.

Стратегия

Здесь можно использовать теорему работы-энергии, потому что мы только что вычислили чистую работу, и начальную кинетическую энергию,. Эти расчеты позволяют нам найти конечную кинетическую энергию, и, следовательно, конечную скорость.

Решение

Теорема работы-энергии в форме уравнения:

Решение для дает

Таким образом,

Определение конечной скорости в соответствии с запросом и ввод известных значений дает

Обсуждение

Используя работу и энергию, мы не только приходим к ответу, мы видим, что конечная кинетическая энергия – это сумма начальной кинетической энергии и чистой работы, проделанной с упаковкой. Это означает, что работа действительно увеличивает энергию упаковки.

Работа и энергия могут определить расстояние, слишком

Насколько далеко паковка на (Рис.) Выбегает после толчка, если трение остается постоянным? Используйте соображения работы и энергии.

Стратегия

Мы знаем, что как только человек перестанет толкать, трение остановит упаковку. Что касается энергии, трение выполняет отрицательную работу до тех пор, пока не убирает всю кинетическую энергию упаковки. Работа, совершаемая трением, – это сила трения, умноженная на пройденное расстояние, умноженное на косинус угла между силой трения и смещением; следовательно, это дает нам способ определить расстояние, пройденное после того, как человек прекратил толкать.

Решение

Нормальная сила и сила тяжести отменяются при вычислении чистой силы. Горизонтальная сила трения тогда является результирующей силой, и она действует противоположно смещению, так что. Чтобы уменьшить кинетическую энергию пакета до нуля, работа за счет трения должна быть минус кинетическая энергия, с которой пакет был запущен, плюс то, что пакет накопил в результате толкания. Таким образом . Кроме того, где расстояние до остановки. Таким образом,

и т. Д.

Обсуждение

Это разумное расстояние, на котором упаковка может двигаться по инерционной катушке на конвейерной системе без трения.Обратите внимание, что работа, совершаемая трением, отрицательна (сила направлена ​​в противоположном направлении движения), поэтому она снимает кинетическую энергию.

Некоторые из примеров в этом разделе могут быть решены без учета энергии, но за счет упущения понимания того, какая работа и энергия делают в этой ситуации. В целом решения с использованием энергии обычно короче и проще, чем решения, использующие только кинематику и динамику.

Концептуальные вопросы

Человек на (Рисунок) работает с газонокосилкой.При каких условиях газонокосилка будет набирать энергию? При каких условиях он потеряет энергию?

Работа, проделанная в системе, вкладывает в нее энергию. Работа, выполняемая системой, лишает ее энергии. Приведите пример для каждого утверждения.

При вычислении скорости в (Рисунок) мы сохранили только положительный корень. Почему?

Задачи и упражнения

Сравните кинетическую энергию грузовика массой 20 000 кг, движущегося со скоростью 110 км / ч, с кинетической энергией космонавта весом 80,0 кг на орбите, движущегося со скоростью 27 500 км / ч.

(a) Насколько быстро должен двигаться слон весом 3000 кг, чтобы иметь такую ​​же кинетическую энергию, как у спринтера весом 65,0 кг, бегущего со скоростью 10,0 м / с? (б) Обсудите, как большая энергия, необходимая для передвижения более крупных животных, будет связана со скоростью метаболизма.

Подтвердите значение, указанное для кинетической энергии авианосца на (Рисунок). Вам нужно будет найти определение морской мили (1 узел = 1 морская миля / ч).

(a) Рассчитайте усилие, необходимое для остановки автомобиля массой 950 кг со скорости 90.0 км / ч на расстоянии 120 м (довольно типичное расстояние для остановки без паники). (b) Предположим, что вместо этого автомобиль на полной скорости врезается в бетонную опору и останавливается через 2,00 м. Вычислите силу, действующую на автомобиль, и сравните ее с силой, указанной в части (а).

Бампер автомобиля спроектирован таким образом, чтобы выдерживать столкновение с неподвижным предметом на скорости 4,0 км / ч (1,1 м / с) без повреждения кузова автомобиля. Бампер амортизирует удар, поглощая силу на расстоянии. Рассчитайте величину средней силы, действующей на бампер, который разрушается 0.200 м при остановке автомобиля массой 900 кг с начальной скорости 1,1 м / с.

Боксерские перчатки имеют мягкую подкладку для уменьшения силы удара. (a) Рассчитайте силу, прилагаемую боксерской перчаткой к лицу соперника, если перчатка и лицо сжимают 7,50 см во время удара, при котором рука и перчатка весом 7,00 кг останавливаются с начальной скорости 10,0 м / с. (b) Рассчитайте силу, оказываемую идентичным ударом в дни, когда не использовались перчатки, а суставы и лицо сжимались только 2 раза.00 см. (c) Обсудите величину силы в перчатке. Кажется, что он достаточно высок, чтобы нанести урон, даже если он ниже силы без перчатки?

Используя соображения энергии, рассчитайте среднюю силу, с которой спринтер весом 60 кг прикладывает назад к трассе, чтобы разогнаться с 2,00 до 8,00 м / с на расстоянии 25,0 м, если он встречает встречный ветер, который оказывает на него среднюю силу 30,0 Н. .

Глоссарий

сеть
работа, совершаемая чистой силой или векторной суммой всех сил, действующих на объект
теорема работы-энергии
результат, основанный на законах Ньютона, о том, что чистая работа, выполняемая над объектом, равна его изменению кинетической энергии
кинетическая энергия
энергия, которую объект имеет за счет своего движения, равная поступательной (т.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *