Прискорення. Рівноприскорений прямолінійний рух

Приско́рення — векторна фізична величина, похідна швидкості за часом, за величиною дорівнює зміні швидкості тіла за одиницю часу.

Оскільки швидкість — похідна від координати, то прискорення можна записати, як другу похідну від координати:

Рух тіла, при якому його прискорення не змінюється (ні за величиною, ні за напрямком), називається рівноприскореним рухом. У фізиці термін прискорення використовується і в тих випадках, коли швидкість тіла за модулем не збільшується, а зменшується, тобто тіло сповільнюється. При сповільненні вектор прискорення направлений проти руху, тобто протилежний вектору швидкості.

Прискорення — одне з базових понять класичної механіки. Воно поєднує між собою кінематику й динаміку. Знаючи прискорення, а також початкові положення й швидкості тіл, можна передбачити, як тіла будуть рухатися надалі. З іншого боку, значення прискорення визначається законами динаміки через сили, що діють на тіла.

Рівноприскореним прямолінійним рухом матеріальної точки називається рух, під час якого за будь-які рівні проміжки часу її швидкість змінюється однаково, тобто це рух з .
Для розв’язування задач корисно пам’ятати три рівняння кінематики рівноприскореного прямолінійного руху:
1) ;
2) ;
3) .
У цих рівняннях початкові значення величин позначаються індексом «0» (нуль), а кінцеві значення записуються без індексу. 

Основні положення спеціальної теорії відносності

Альберт Ейнштейн стверджував, що законом природи є цілковита рівноправність усіх інерціальних систем відліку щодо не лише механічних, але й електромагнітних процесів. Немає жодних відмінностей між станом спокою й рівномірного прямолінійного руху. Ейнштейн узяв установлені на досліді факти як основні положення теорії, названої згодом спеціальною теорією відносності. Ці положення називають постулатами теорії відносності:

1) усі фізичні явища протікають однаково в усіх інерціальних системах відліку;

2) швидкість світла у вакуумі однакова в усіх інерціальних системах відліку.

Перший постулат назвали принципом відносності Ейнштейна. Другий постулат стверджує сталість швидкості світла в усіх інерціальних системах відліку. Головний внесок Ейнштейна в пізнання законів природи полягав навіть не у відкритті нових формул, а в радикальній зміні основних фундаментальних уявлень про простір, час, речовину і рух. Поширення принципу відносності Галілея на всі закони природи означає, що закон додавання швидкостей справедливий для опису поширення всіх видів взаємодії, зокрема електромагнітної.

 

 

Білет № 5

Необоротність теплових та інших процесів

Необоротними називають процеси, які можуть самочинно відбуватися тільки в одному певному напрямі, у зворотному напрямі вони можуть відбутися тільки як одна з ланок складнішого процесу.
Процес називається оборотним, якщо він допускає можливість повернення системи до початкового стану без будь-яких змін у зовнішньому середовищі.Якщо таке повернення здійснити не можна, тобто після закінчення процесу в навколишніх тілах чи в даній системі залишаться якісь зміни, то процес є необоротним. Тепловий двигун – це машина, що перетворює внутрішню (теплову) енергію палива у механічну. Процеси, в результаті яких газ повертається і вихідний стан називаються круговими або циклічними.

Робота і потужність струму

Робота струму дорівнює добутку сили струму напруги і часу, впродовж якого виконується робота. Як і в механіці, роботу струму вимірюють у джоулях. A = UI D t, де . (4.2.6)

Формула (4.2.6) зручна для визначення роботи струму в колі з паралельним з'єднанням провідників, оскільки напруга на всіх провідниках при цьому однакова:

A = UI D t, де U = IR, A = I ² R D t. (4.2.7)

Формулою (4.2.7) зручно користуватись у разі послідовного з'єднання провідників у колі, оскільки через всі провідники проходить однаковий струм.

Будь-який електричний прилад розрахований на споживання певної енергії за одиницю часу. Тому поряд із роботою струму велике значення має потужність струму. Вона дорівнює відношенню роботи струму за час D t до цього часу:

.

Як і в механіці, її вимірюють у ватах (Вт). На більшості приладів вказано потужність, яку вони споживають. На практиці широко застосовують одиницю потужності - кіловат і одиницю роботи - кіловат-годину:

1 кВт = 10³ Вт, 1 кВт·год = 3,6·10⁶ Дж.

Потужність струму P = IU = I ² R, що споживається зовнішньою ділянкою повного кола, називають корисною. Затраченою потужністю називають потужність джерела струму P _зат = e I = I ²(R + r). Коефіцієнт корисної дії джерела . Коефіцієнт корисної дії зростає зі зменшенням внутрішнього опору джерела.

Білет № 6

Вільне падіння тіл

Вам добре відомо, що тіла падають на Землю. Під час падіння тіл їхня швидкість збільшується, тобто падіння тіл є прискореним рухом.

Якщо одночасно відпустити підняті над землею металеве і паперове кружальця, то металеве кружальце впаде на землю раніше, ніж паперове. Можна припустити, що час падіння тіл залежить від їхньої маси. Проте це припущення спростується, коли взяти два однакові аркуші паперу; один із них зіжмакати і відпустити їх одночасно з рук. Зіжмаканий аркуш паперу впаде на землю раніше. Різний час падіння пов'язаний не з масою, а з опором повітря.Правильність цього припущення підтверджується експериментальне. Візьмімо товстостінну скляну трубку й помістімо в неї дробинку, шматочок корка і пір'їнку. Потім швидко перевернімо трубку. Тіла впадуть на дно, але дробинка впаде першою, а пір'їнка — останньою (мал. 1, а). Якщо з трубки викачати повітря і знову її перевернути, то всі три тіла досягнуть дна одночасно (мал. 2, б).

Отже, всі тіла в безповітряному просторі (у вакуумі) падають з однаковим прискоренням.Падіння тіл у безповітряному просторі називають вільним падінням.

Вільне падіння е рівноприскореним рухом, прискорення вільного падіння однакове для всіх тіл.Прискорення вільного падіння позначається літерою g і воно ≈ 9,81 м/с .

Тіло, кинуте вертикально вгору, рухається рівносповільнено з прискоренням g, його швидкість зменшується.Вільне падіння тіл вивчав італійський учений Галілео Галілей наприкінці XVI ст. Якщо падаючому тілу дати початкові швидкість, напрямлену вниз, то формули кінематичних величин у проекціях на вісь, напрямлену вниз, мають вигляд: υ = υ + gt;

Для вільного падіння з висоти h, без початкової швидкості, коли координатні вісь напрямлена вниз, то формули мають вигляд: υ = υ - gt

Електричне поле.

Кожне заряджене тіло створює в навколишньому просторі електричне поле, яке робить силову дію на інші заряджені тіла.

Головна властивість електричного поля – дія на електричні заряди з деякою силою. Таким чином, взаємодія заряджених тіл здійснюється не безпосереднім їх впливом один на одного, а через електричні полюси, що оточують заряджені тіла.

Для кількісного визначення електричного поля вводиться силова характеристика – напруженість електричного поля.

Напруженістю електричного поля називають фізичну величину, рівну відношенню сили, з яким поле діє на позитивний спробний заряд, поміщений у дану точку простору, до величини цього заряду:

Напруженість електричного поля – векторна фізична величина. Напрямок вектора збігається в кожній точці простору з напрямком сили, що діє на позитивний спробний заряд. Напруженість електричного поля, створюваного системою зарядів у даній точці простору, дорівнює векторній сумі напруженостей електричних полів, створюваних у тій же точці зарядами окремо: Це властивість електричного поля означає, що поле підкоряється принципу суперпозиції.

Для наочного представлення електричного поля використовують силові лінії. Ці лінії проводяться так, щоб напрямок вектора в кожній крапці збігалося з напрямком дотичної до силової лінії.

 

 

Білет № 7