INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE PROVAS DE INGRESSO EM FÍSICA

Na RTU MIREA, o vestibular em física é realizado por escrito (para candidatos que não foram aprovados no Exame Estadual Unificado). A prova inclui duas questões teóricas e cinco tarefas. As questões teóricas nas provas de exame são formadas com base no programa totalmente russo exames de entrada em física em universidades técnicas. Uma lista completa dessas questões é fornecida abaixo.

Ressalta-se que o exame foca na profundidade de compreensão do material, e não na sua reprodução mecânica. Portanto, é aconselhável ilustrar ao máximo as respostas às questões teóricas com desenhos explicativos, gráficos, etc. As expressões analíticas fornecidas devem necessariamente indicar o significado físico de cada um dos parâmetros. Você não deve descrever em detalhes os experimentos e testes que confirmam esta ou aquela lei física, mas pode limitar-se a apenas expor as conclusões deles. Se a lei tiver notação analítica, deve ser citada sem formulação verbal. Ao resolver problemas e responder questões teóricas, as grandezas vetoriais devem ser fornecidas com ícones apropriados e, a partir do trabalho do candidato, o examinador deve ter uma opinião clara de que o candidato sabe a diferença entre um escalar e um vetor.

A profundidade do material apresentado é determinada pelo conteúdo dos livros didáticos padrão para ensino médio e benefícios para candidatos a universidades.
Na resolução de problemas, recomenda-se:

• fornecer um desenho esquemático que reflita as condições do problema (para a maioria dos problemas físicos isto é simplesmente obrigatório);
• introduzir notações para os parâmetros necessários à resolução deste problema (não esquecendo de indicar o seu significado físico);
• escreva fórmulas que expressem as leis físicas usadas para resolver este problema;
• realizar as transformações matemáticas necessárias e apresentar a resposta de forma analítica;
• se necessário, realize cálculos numéricos e obtenha uma resposta no sistema SI ou nas unidades especificadas no enunciado do problema.

Ao obter a resposta a um problema de forma analítica, é necessário verificar a dimensão da expressão resultante e, claro, incentiva-se o estudo do seu comportamento em casos óbvios ou limites.

A partir dos exemplos de tarefas introdutórias dados, fica claro que as tarefas propostas em cada opção variam muito em complexidade. É por isso Quantia máxima Os pontos que podem ser obtidos para um problema resolvido corretamente e uma questão teórica não são iguais e são iguais: questão teórica - 10 pontos, problema nº 3 - 10 pontos, problemas nº 4, 5, 6 - 15 pontos e problema Nº 7 - 25 pontos.

Assim, um candidato que tenha concluído totalmente a tarefa pode pontuar no máximo 100 pontos. Quando convertido para 10 pontuação, que consta da ficha de exame do candidato, vigora atualmente a seguinte escala: 19 ou menos pontos - “três”, 20÷25 pontos - “quatro”, 26÷40 pontos - “cinco”, 41÷55 pontos - “seis” ”, 56÷65 pontos - “sete”, 66÷75 pontos - “oito”, 76÷85 pontos - “nove”, 86÷100 pontos - “dez”. A classificação mínima positiva correspondeu a uma classificação de “quatro”. Observe que a escala de conversão pode mudar em uma direção ou outra.

Ao verificar o trabalho de um candidato, o professor não é obrigado a consultar a minuta, e o faz em casos excepcionais, a fim de esclarecer certas questões que não ficam suficientemente claras na minuta.

É permitido o uso de calculadora não programável durante a prova de física. É estritamente proibido o uso de qualquer meio de comunicação e computadores portáteis.

A duração do exame escrito de física é de quatro horas astronômicas (240 minutos).

PERGUNTAS PARA vestibular DE FÍSICA

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Leitor Adobe

As perguntas são baseadas no programa totalmente russo de exames de admissão em física para universidades.

1. Sistema de referência. Ponto material. Trajetória. Caminho e movimento. Velocidade e aceleração.
2. A lei da adição de velocidades de um ponto material em diferentes sistemas de referência. Dependência da velocidade e das coordenadas de um ponto material no tempo para o caso de movimento uniformemente acelerado.
3. Movimento uniforme em círculo. Velocidades lineares e angulares e a relação entre elas. Aceleração durante o movimento uniforme de um corpo em círculo (aceleração centrípeta).
4. A primeira lei de Newton. Sistemas de referência inerciais. O princípio da relatividade de Galileu. Peso. Força. Resultante de forças. Segunda lei de Newton. Terceira lei de Newton.
5. Ombro do poder. Momento de poder. Condição de equilíbrio dos corpos.
6. Forças elásticas. Lei de Hooke. Força de fricção. Fricção estática Fricção deslizante. Coeficiente de atrito deslizante.
7. A lei da gravitação universal. Gravidade. Peso corporal. Ausência de peso. Primeiro velocidade de escape(conclusão).
8. Impulso corporal. Impulso de força. Relação entre mudança no momento do corpo e impulso de força.
9. Sistema fechado tel. Lei da conservação do momento. O conceito de propulsão a jato.
10. Trabalho mecanico. Poder, poder da força. Energia cinética. Relação entre trabalho e mudanças na energia cinética do corpo.
11. Forças potenciais. Energia potencial. Relação entre o trabalho das forças potenciais e a energia potencial. Energia potencial da gravidade e forças elásticas. Lei da conservação da energia mecânica.
12. Pressão. Lei de Pascal para líquidos e gases. Embarcações comunicantes. Princípio do dispositivo pressão hidráulica. Lei de Arquimedes para líquidos e gases. A condição para os corpos flutuarem na superfície de um líquido.
13. Princípios básicos da teoria cinética molecular e sua fundamentação experimental. Massa molar. Número de Avogrado. Quantidade de substância. Gás ideal.
14. Equação básica da teoria cinética molecular de um gás ideal. Temperatura e seu significado físico. Escala de temperatura absoluta.
15. Equação de estado de um gás ideal (equação de Clapeyron-Mendeleev). Processos isotérmicos, isocóricos e isobáricos.
16. Energia interna. Quantidade de calor. Trabalho em termodinâmica. A lei da conservação da energia nos processos térmicos (a primeira lei da termodinâmica).
17. Capacidade térmica de uma substância. Transformações de fase da matéria. Calor específico de vaporização e calor específico de fusão. Equação de equilíbrio de calor.
18. Princípio de funcionamento dos motores térmicos. Eficiência do motor térmico e seu valor máximo. Ciclo de Carnot.
19. Evaporação e condensação. Líquido fervente. Pares saturados e insaturados. Umidade do ar.
20. Lei de Coulomb. Intensidade do campo elétrico. Campo eletrostático de uma carga pontual. O princípio da superposição de campos.
21. O trabalho do campo eletrostático ao mover uma carga. Potencial e diferença de potencial. Potencial de campo de uma carga pontual. Relação entre a intensidade de um campo eletrostático uniforme e a diferença de potencial.
22. Capacidade elétrica. Capacitores. Capacitância de um capacitor de placas paralelas. A energia armazenada no capacitor é a energia do campo elétrico.
23. Capacidade da bateria de capacitores conectados em série e paralelo (terminal).
24. Eletricidade. Força atual. Lei de Ohm para uma seção de um circuito. Resistência de condutores metálicos. Conexão serial e paralela de condutores (saída).
25. Força eletromotriz (EMF). Lei de Ohm para um circuito completo. Trabalho e potência atual – lei de Joule-Lenz (conclusão).
26. Indução campo magnético. A força que atua sobre um condutor que transporta corrente em um campo magnético. Lei de Ampère.
27. O efeito de um campo magnético sobre uma carga em movimento. Força de Lorentz. A natureza do movimento de uma partícula carregada em um campo magnético uniforme (a velocidade da partícula é orientada perpendicularmente ao vetor de indução).
28. O efeito de um campo magnético sobre uma carga em movimento. Força de Lorentz. A natureza do movimento de uma partícula carregada em um campo magnético uniforme (a velocidade da partícula forma um ângulo agudo com o vetor de indução do campo magnético).
29. O fenômeno da indução eletromagnética. Fluxo magnético. Lei da indução eletromagnética. Regra de Lenz.
30. O fenômeno da autoindução. Fem auto-induzida. Indutância. Energia armazenada em um circuito condutor de corrente.
31. Oscilações eletromagnéticas livres em um circuito LC. Conversão de energia em um circuito oscilatório. Frequência natural de oscilações no circuito.
32. Corrente elétrica alternada. Recebendo corrente alternada. Valor efetivo de tensão e corrente. Transformador, princípio de seu funcionamento.
33. Leis de reflexão e refração da luz. Índice de refração. Reflexão interna total, ângulo limite de reflexão total. Construindo uma imagem em um espelho plano.
34. Lentes convergentes e divergentes. Caminho dos raios nas lentes. Fórmula de lentes finas. Construir uma imagem em lentes convergentes e divergentes (um caso característico para cada lente de sua escolha).
35. Quanta de luz. O fenômeno do efeito fotoelétrico. Equação de Einstein para o efeito fotoelétrico.
36. Experimentos de Rutherford sobre dispersão de partículas alfa. Modelo nuclear do átomo. Postulados de Bohr.
37. Modelo nuclear do átomo. Composição do núcleo de um átomo. Isótopos. Radioatividade. Radiação alfa, beta e gama.

EXEMPLOS DE BILHETES DE EXAME

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Bilhete nº 1

1. Movimento uniformemente acelerado. Velocidade de movimento.

2. Corrente elétrica no vácuo e em gases.

3. Problema do efeito fotoelétrico.

1. O movimento no qual a velocidade de um corpo muda na mesma proporção durante quaisquer períodos iguais de tempo é denominado uniformemente acelerado.

Para caracterizar esse movimento, é necessário conhecer a velocidade do corpo em este momento tempo ou em um determinado ponto da trajetória, ou seja, velocidade e aceleração instantâneas.

A aceleração é uma quantidade igual à razão entre a mudança na velocidade e o período de tempo durante o qual essa mudança ocorreu. Caso contrário, a aceleração é a taxa de variação da velocidade:

Daí a fórmula para velocidade instantânea:

O deslocamento durante este movimento é determinado pela fórmula:

Velocidade -

2. A corrente elétrica nos gases representa o movimento direcionado de elétrons e íons livres. À pressão normal e baixas temperaturas, os gases contêm um número insuficiente de íons e elétrons para a condutividade elétrica e são isolantes. Para tornar um gás um condutor, ele deve ser ionizado.

Corrente no vácuo. O vácuo é uma rarefação de gás em um recipiente no qual o caminho livre das partículas carregadas excede as dimensões do recipiente. O vácuo é um isolante. Quando um eletrodo metálico é aquecido, os elétrons começam a “evaporar” da superfície do metal.

O fenômeno da emissão de elétrons da superfície de corpos aquecidos é denominado emissão termiônica.

A corrente no vácuo representa o movimento direcionado dos elétrons obtido devido à emissão termiônica. A emissão termiônica é a base da operação de muitos dispositivos de vácuo.

Bilhete número 2

Movimento uniforme de um corpo em torno de um círculo e seus parâmetros.

Campo magnético Indução magnética Vector força do campo magnético.

Problema de reação nuclear.

1. MOVIMENTO DO CORPO EM CÍRCULO

Ao se mover ao longo de um caminho curvo, incluindo um círculo, a velocidade de um corpo pode mudar tanto em magnitude quanto em direção. O movimento é possível no qual apenas a direção da velocidade muda e sua magnitude permanece constante. Este movimento é chamado de movimento circular uniforme. O raio traçado do centro do círculo ao corpo descreve o ângulo Ф no tempo t2 - t1, que é chamado de deslocamento angular

O movimento angular é medido em radianos (rad). Um radiano é igual ao ângulo entre dois raios de um círculo, cujo comprimento do arco entre os quais é igual ao raio.

O movimento de um ponto ao longo de um círculo se repete em determinados intervalos de tempo iguais ao período de revolução.

O período de revolução é o tempo durante o qual um corpo faz uma revolução completa.

O período é designado pela letra T e medido em segundos.

Se durante o tempo t o corpo fez N revoluções, então o período de revolução T é igual a:

A frequência de rotação é o número de revoluções de um corpo em um segundo.

A unidade de frequência é 1 revolução por segundo, abreviada como 1s. Esta unidade é chamada de hertz (Hz).

A frequência e o período de revolução estão relacionados da seguinte forma:

O movimento de um corpo em círculo é caracterizado pela velocidade angular.

A velocidade angular é uma quantidade física igual à razão entre o movimento angular e o período de tempo durante o qual esse movimento ocorreu.

A velocidade angular é designada pela letra (ômega).

A unidade de velocidade angular é radiano por segundo (rad/s).

No caso de um corpo se movendo em círculo, essa velocidade é chamada de linear.

A velocidade linear de um corpo movendo-se uniformemente em um círculo, permanecendo constante em magnitude, muda continuamente de direção e em qualquer ponto é direcionada tangencialmente à trajetória

A velocidade linear é denotada pela letra v.

2. CAMPO MAGNÉTICO

Um campo magnético é um tipo especial de matéria que aparece no espaço em torno de qualquer campo elétrico alternado. Do ponto de vista moderno, na natureza existe uma combinação de dois campos - elétrico e magnético - este é um campo eletromagnético. Existe objetivamente, independentemente da nossa consciência. Um campo magnético sempre gera um campo elétrico alternado e, inversamente, um campo elétrico alternado sempre gera um campo magnético alternado. Os portadores do campo elétrico são partículas - elétrons e prótons. Um campo magnético não existe sem campo elétrico, uma vez que não existem portadores de campo magnético. Existe um campo magnético ao redor de um condutor que transporta corrente e é gerado pelo campo elétrico alternado de um condutor em movimento.

A indução magnética é a corrente produzida em um condutor fechado colocado em um campo magnético alternado. partículas carregadas em um condutor.

INDUÇÃO MAGNÉTICA

Um elemento de corrente unitária é um condutor de 1 m de comprimento e a corrente nele é 1 A. A unidade de medida da indução magnética é tesla (T).

1 T = 1 N/A·m.

Para determinar a direção do vetor de indução magnética, é usado o efeito de um campo magnético em uma agulha magnética.

Em um circuito fechado, a direção do vetor de indução magnética é determinada usando a regra do primeiro parafuso: o vetor de indução B é direcionado na direção em que o verruma se moveria ao girar na direção da corrente no circuito.

O campo magnético é um campo de vórtice

Bilhete nº 3

Leis de Newton. Peso. Força.

Lei de Ampère. Potência Ampere.

Problema sobre a lei do consumo radioativo.

A primeira lei de Newton.

Existem tais sistemas de referência em relação aos quais um corpo em movimento translacional mantém sua velocidade constante se outros corpos não atuarem sobre ele (ou as ações de outros corpos forem compensadas). Essa lei costuma ser chamada de lei da inércia, uma vez que o movimento a uma velocidade constante enquanto compensa as influências externas sobre o corpo é chamado de inércia.

Segunda lei de Newton. A força que atua sobre um corpo é igual ao produto da massa do corpo pela aceleração transmitida por esta força

F= t uma. a = F/t - a aceleração é diretamente proporcional à força atuante (ou resultante) e inversamente proporcional à massa do corpo.

Terceira lei de Newton. Dos experimentos sobre a interação dos corpos segue-se

m a = - m a, da segunda lei de Newton F = m a e F = m a, portanto F = F As forças de interação entre os corpos são direcionadas ao longo da mesma linha reta, iguais em magnitude, opostas em direção, aplicadas a corpos diferentes(portanto não conseguem se equilibrar), agem sempre em pares e possuem a mesma natureza.

As leis de Newton permitem explicar os padrões de movimento dos planetas e dos seus satélites naturais e artificiais. Caso contrário, permitem prever as trajetórias dos planetas, calcular as trajetórias das naves espaciais e suas coordenadas a qualquer momento. Em condições terrestres, permitem explicar o fluxo das águas, o movimento de numerosos e variados veículos (movimento de automóveis, navios, aviões, foguetes). Para todos estes movimentos, corpos e forças, as leis de Newton são válidas.

2. POTÊNCIA DO AMPER Conforme Ampere estabelecido, um condutor condutor de corrente colocado em um campo magnético é influenciado por uma força igual ao produto do vetor de indução magnética B pela intensidade da corrente I, o comprimento da seção do condutor l e o seno do ângulo entre a indução magnética e a seção do condutor: F = BI l sin.

Esta é a formulação da lei de Ampere.

A direção da força Ampere é determinada pela regra da mão esquerda: se a mão esquerda estiver posicionada de forma que quatro dedos mostrem a direção da corrente, e a componente perpendicular do vetor de indução magnética entre na palma, então o polegar dobrado 90° mostrará a direção da força Ampere.

Bilhete número 4

A lei da gravitação universal. Queda livre de corpos.

Força de Lorentz.

A tarefa de determinar o comprimento de onda de de Broglie.

1. GRAVITAÇÃO UNIVERSAL

A Terra atua sobre todos os corpos com uma força gravitacional descendente. Também é sabido que as forças atuam aos pares, ou seja, se a Terra atrai um corpo, então o corpo também atrai a Terra.

Newton estabeleceu que todos os corpos se atraem. As forças com as quais os corpos são atraídos uns pelos outros são chamadas de forças da gravidade universal.

A força da gravitação universal é diretamente proporcional ao produto das massas dos corpos em interação.

A força da gravidade universal depende da distância entre os corpos. É inversamente proporcional a esta distância. Se a força da gravidade não dependesse da distância, então a Lua se moveria ao redor da Terra com uma aceleração centrípeta de 9,8 m/s. Ele se move com uma aceleração centrípeta de 0,0027 m/s, que é 3.600 vezes menor que a aceleração dos corpos em queda livre na superfície da Terra. A distância da Terra à Lua é 60 vezes maior que o raio da Terra, ou seja, quando a distância entre a Terra e o corpo aumenta 60 vezes, a força da gravidade aumenta 3.600 vezes.

os corpos se atraem com uma força cujo módulo é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.

Esta fórmula expressa a lei da gravitação universal, onde m1 e m2 são as massas dos corpos, R é a distância entre os corpos, G é a constante de gravitação universal ou constante gravitacional.

A lei da gravitação universal é válida para corpos cujos tamanhos podem ser desprezados em comparação com a distância entre eles (para pontos materiais). A lei também se aplica às bolas, neste caso a distância entre os corpos é a distância entre os centros das bolas.

A constante gravitacional é numericamente igual à força de atração entre dois corpos pesando 1 kg cada, com uma distância entre eles de 1 m. E

G = 6,67 10 N·m/kg.

2. FORÇA DE LORENTZ

O efeito de um campo magnético sobre um condutor que transporta corrente significa que o campo magnético atua sobre cargas elétricas em movimento com alguma força. Essa força é chamada de força de Lorentz, que pode ser encontrada na fórmula

onde F é a força de Lorentz, q é a magnitude da carga, v é a velocidade da partícula. B = B sin - componente perpendicular do vetor de indução magnética

A direção da força de Lorentz é determinada pela regra da mão esquerda (como para a força Ampere), apenas quatro dedos são colocados na direção do movimento carga positiva. Se uma carga negativa estiver se movendo, quatro dedos serão colocados na direção oposta à direção do movimento da carga negativa.

Bilhete nº 5

Peso corporal. Ausência de peso. Sobrecarga.

Propriedade magnética de uma substância.

Problema de cálculo de eletricidade.

1.. O peso de um corpo é a força com que o corpo pressiona um suporte ou suspensão como resultado da atração gravitacional ao planeta. O peso do corpo é denotado por R. A unidade de peso é newton (N) . Como o peso é igual à força com a qual o corpo atua sobre o suporte, então em magnitude o peso do corpo é igual à força de reação do suporte. Portanto, para encontrar o peso do corpo, é necessário determinar a que é igual a força de reação de apoio.

Consideremos o caso em que o corpo e o suporte não se movem. Neste caso, a força de reação do solo e, portanto, o peso corporal, é igual à força da gravidade (Fig. 6):

No caso de um corpo se movendo verticalmente para cima junto com um suporte com aceleração, de acordo com a segunda lei de Newton, podemos escrever mg + N = m (Fig. 7, a). Em projeção no eixo OX: mg - N = -ta, portanto N = m(g + a).

Conseqüentemente, ao se mover verticalmente para cima com aceleração, o peso do corpo aumenta e é encontrado pela fórmula P = rn(g + a).

Um aumento no peso corporal causado pelo movimento acelerado de um suporte ou suspensão é chamado de sobrecarga. Os astronautas experimentam os efeitos da sobrecarga, tanto durante a decolagem de um foguete espacial quanto quando a nave desacelera ao entrar nas camadas densas da atmosfera. Ambos os pilotos experimentam sobrecargas ao realizar acrobacias e os motoristas durante freadas bruscas.

Se o corpo se move verticalmente para baixo, usando um raciocínio semelhante obtemos mg + N = ma; mg - N = ta; N = m(g - uma); P = m(g - a), ou seja, o peso ao se mover verticalmente com aceleração será menor que a força da gravidade (Fig. 7.6).

Se o corpo cair livremente, então neste caso P=(g-g)m = O.

O estado de um corpo em que seu peso é zero é chamado de ausência de peso. O estado de ausência de peso é observado em um avião ou espaçonave ao se mover com aceleração de queda livre, independentemente da direção e do valor da velocidade de seu movimento. Fora da atmosfera da Terra quando desligado motores a jato sobre nave espacial Somente a força da gravidade universal atua. Sob a influência desta força, a espaçonave e todos os corpos nela contidos se movem com a mesma aceleração, portanto, um estado de ausência de peso é observado na nave.

2. ÍMÃS PERMANENTES

Os ímãs permanentes são corpos que retêm propriedades magnéticas, ou magnetização, por muito tempo. A razão para isso é que cada átomo contém elétrons que, ao se moverem ao redor do núcleo do átomo, criam campos magnéticos. Se os campos magnéticos dos átomos estiverem orientados da mesma maneira, isso causa magnetização significativa em algumas ligas, como ferro ou aço.

Os ímãs têm formatos diferentes: existem ímãs de tira, ímãs de ferradura e ímãs de disco. Os locais que produzem o efeito magnético mais forte são chamados de pólos do ímã. Cada ímã tem dois pólos: norte N e sul S. Se você colocar um pedaço de papelão em um ímã e espalhar limalha de ferro sobre ele, poderá obter uma imagem do campo magnético. As linhas magnéticas dos ímãs permanentes são fechadas, todas saem do pólo norte e entram no pólo sul, fechando-se dentro do ímã.

Agulhas magnéticas e ímãs interagem entre si. Foi estabelecido que pólos magnéticos diferentes se atraem e pólos magnéticos semelhantes se repelem. A interação dos ímãs é explicada pelo fato de que o campo magnético que existe em torno de um ímã atua sobre outro ímã e, inversamente, o campo magnético do segundo ímã atua sobre o primeiro.

Você bem sabe que existem substâncias que não são atraídas por um ímã, são muitas: madeira, plástico, etc. Algumas substâncias: ferro, aço, níquel, cobalto adquirem propriedades magnéticas na presença de ímãs permanentes.

Bilhete nº 6

Força elástica. Força de fricção.

Indução eletromagnética. Experimentos de Faraday.

A tarefa é determinar os parâmetros de uma oscilação harmônica.

1. ELASTICIDADE.

Já sabemos que quando tentamos comprimir ou esticar o corpo, ele “resiste” – mostra elasticidade. Isso ocorre devido à interação de partículas de uma substância (ver seção “Interação de partículas”). O corpo também apresenta elasticidade nos casos em que sua forma é alterada (deformada) de alguma outra forma (torcida, dobrada).

A força que surge dentro de um corpo durante sua deformação e evita uma mudança na forma é chamada de força elástica.

Sob a ação da força elástica da mola esticada, a porta aberta fecha. A força elástica ocorre no cabo durante o reboque, na corda quando um aluno sobe nela. Ao dobrar, as tábuas do piso seguram você e eu, evitando que caiamos - este também é um exemplo da ação da força elástica.

Quanto maior for a mudança na forma do corpo, maior será a força elástica.

FRICÇÃO DESLIZANTE

Não importa o quão rápido a bola role, ela eventualmente para. Depois de acelerar nos patins, você pode deslizar por algum tempo, mas esse movimento logo irá parar. Nestes e em muitos outros casos semelhantes, o movimento para devido ao atrito.

A força que surge quando um corpo se move sobre a superfície de outro, direcionada contra o movimento, é chamada de força de atrito.

Se um corpo desliza sobre qualquer superfície, seu movimento é impedido pela força do atrito deslizante. A razão do atrito é que existem irregularidades na superfície de qualquer corpo (às vezes até invisíveis a olho nu). Se as superfícies de atrito estiverem bem polidas e a distância entre elas for muito pequena, então o movimento é dificultado pelas forças de atração entre as partículas da substância dessas superfícies. Esta é a segunda razão para o atrito.

A Figura 9 mostra que o bloco está se movendo para a direita. Isso significa que a força de atrito que atua sobre ele é direcionada para a esquerda e o bloco, desacelerando gradativamente, irá parar. Também fica claro na figura que mais duas forças atuam sobre o bloco: a gravidade e a força de reação de apoio (força elástica). Essas duas forças são direcionadas em direções opostas e são numericamente iguais entre si. Portanto, no caso em que o corpo está sobre uma superfície horizontal, a força de reação de apoio pode ser calculada exatamente da mesma forma que a força da gravidade:

Experimentos mostram que a força de atrito é diretamente proporcional à força de reação do suporte. Denotando a força de atrito FTp, obtemos a seguinte fórmula para seu cálculo:

onde N é a força de reação do suporte e é o coeficiente de atrito de deslizamento. Coeficiente | não depende do peso do corpo, mas é determinado apenas pela natureza das superfícies de atrito (por exemplo, o coeficiente de atrito da madeira com a madeira é um, o coeficiente de atrito da madeira com o metal é diferente, etc.) .

2. Indução eletromagnética.

Vamos imaginar um circuito condutor fechado colocado num campo magnético. Tal circuito será perfurado por um certo número de linhas de indução magnética ou, como se costuma dizer, por um fluxo de indução magnética. O fluxo de indução magnética Ф através da área S, limitado pelo circuito condutor, é denominado valor igual ao produto da magnitude do vetor de indução magnética B pela área da seção transversal S e o cosseno do ângulo

entre o normal (perpendicular) n ao plano do condutor e o vetor B. (Fig. 1):

O fluxo de indução magnética (o número de linhas que perfuram o circuito) pode mudar, por exemplo, quando o circuito é girado em um campo magnético, quando o circuito e o ímã são aproximados e afastados, quando o circuito é trazido para o magnético campo e quando ele é removido de lá. M. Faraday estabeleceu experimentalmente que se o fluxo magnético mudar através do circuito, um

eletricidade. Este fenômeno é chamado de indução eletromagnética e a corrente é chamada de indução.

A direção da corrente de indução no circuito é determinada pela regra de Lenz. A corrente induzida que surge em um circuito fechado tem uma direção tal que o fluxo de indução magnética por ela criado através da área limitada pelo circuito tende a compensar a mudança no fluxo de indução magnética externo que induz essa corrente.

O aparecimento de uma corrente de indução indica o aparecimento de um campo elétrico. No caso da indução eletromagnética, um campo elétrico é gerado por um campo magnético variável. Tal campo elétrico não está associado a cargas, suas linhas de força são fechadas: é um vórtice. Como este campo elétrico é de natureza não eletrostática, ele é estranho e seu trabalho ao longo de um caminho fechado é diferente de zero. Como qualquer campo externo, um campo elétrico de vórtice é caracterizado por uma força eletromotriz, chamada neste caso de fem induzida.

Como os experimentos mostraram, a corrente induzida e, portanto - de acordo com a lei de Ohm - e

A fem de indução é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético.

Portanto, a lei da indução eletromagnética de Faraday é formulada para EMF e afirma que a fem induzida em um circuito fechado é igual à taxa de variação do fluxo magnético F que o penetra, tomada com o sinal oposto:

Assim, a lei da indução eletromagnética estabelece uma conexão entre um campo magnético alternado e um campo elétrico de vórtice. Uma explicação teórica desta lei do ponto de vista da eletrodinâmica clássica foi dada por J. Maxwell

Bilhete número 7

Impulso de força. Impulso corporal. Lei da conservação do momento.

Autoindução. Indutância de campo magnético.

Problema de cálculo de parâmetros

1. O momento de um corpo é o produto da massa do corpo e sua velocidade (p = tv). O momento de um corpo é uma grandeza vetorial.

Durante sua interação, os corpos foram influenciados respectivamente pelas forças F e F, e após a interação eles começaram a se mover com velocidades v e v. Então F =(m v" - m v)/t, F = (m v" - m v)/t, onde t é o tempo de interação. De acordo com a terceira lei de Newton F = -F, portanto, (m v – m v)/t =

-(m v" – m v)/t, rn v"- m v = - t v + m v ou m v + m v = rn v + m v". No lado esquerdo da igualdade está a soma dos impulsos de ambos os corpos (carrinhos) antes da interação, à direita - a soma dos impulsos dos mesmos corpos após a interação. O impulso de cada carrinho mudou, mas a soma permaneceu inalterada. Isso é verdade para sistemas fechados, que incluem grupos de corpos que não interagem com corpos não incluídos neste grupo. Daí a conclusão, ou seja, a lei da conservação do momento: a soma geométrica dos momentos dos corpos que compõem um sistema fechado permanece constante para qualquer interação dos corpos deste sistema entre si.

Um exemplo da manifestação da lei da conservação do momento é o movimento reativo. É observado na natureza (o movimento de um polvo) e é muito utilizado em tecnologia (um barco a jato, armas de fogo, movimento de foguetes e manobras de espaçonaves).

2. O fenômeno da autoindução. Indutância. Campo eletromagnetico

Energia do campo magnético.

O fenômeno da autoindução consiste no aparecimento de uma fem induzida no próprio condutor quando a corrente nele muda, um caso especial de indução eletromagnética. Um exemplo do fenômeno da autoindução é um experimento com duas lâmpadas conectadas em paralelo por meio de um interruptor a uma fonte de corrente, uma das quais conectada por meio de uma bobina (Fig. 27). Quando a chave é fechada, a luz 2, acesa através da bobina,

acende depois da lâmpada 1. Isso acontece porque após fechar a chave a corrente não atinge seu valor máximo imediatamente, o campo magnético da corrente crescente gerará uma fem induzida na bobina, que, de acordo com a regra de Lenz, irá interferir com o aumento da corrente.

Usando a lei da indução eletromagnética, podemos obter a seguinte consequência: a fem de autoindução é diretamente proporcional à taxa de variação da corrente no condutor.

O coeficiente de proporcionalidade L é chamado de indutância.

A indutância é um valor igual à fem autoindutiva quando a corrente em um condutor muda em 1 A em 1 s.

A unidade de indutância é Henry (H). 1 H = 1 V s/A. 1 Henry é a indutância de um condutor no qual uma fem autoindutiva de 1 volt ocorre a uma taxa de variação de corrente de 1 A/s. A indutância caracteriza as propriedades magnéticas de um circuito elétrico (condutor) e depende da permeabilidade magnética do meio central, do tamanho e formato da bobina e do número de voltas nela.

Quando a bobina do indutor é desconectada da fonte de corrente, uma lâmpada conectada paralelamente à bobina emite um flash curto (Fig. 28). A corrente no circuito surge sob a influência da fem de autoindução. A fonte de energia liberada no circuito elétrico é o campo magnético da bobina. A energia do campo magnético é encontrada pela fórmula Wm=LI2/2.

A energia do campo magnético depende da indutância do condutor e da intensidade da corrente nele. Essa energia pode ser convertida em energia de campo elétrico. Um campo elétrico de vórtice é gerado por um campo magnético alternado, e um campo elétrico alternado gera um campo magnético alternado, ou seja, campos elétricos e magnéticos alternados não podem existir um sem o outro. A sua relação permite-nos concluir que existe um único campo eletromagnético.

Um campo eletromagnético é um campo através do qual partículas eletricamente carregadas interagem. Um campo eletromagnético é caracterizado pela intensidade do campo elétrico e pela indução magnética. A ligação entre essas grandezas e a distribuição espacial de cargas e correntes elétricas foi estabelecida na década de 60. Século XIX J. Maxwell. Essa conexão é chamada de equações básicas da eletrodinâmica, que descrevem fenômenos eletromagnéticos em vários meios e no vácuo. Essas equações foram obtidas como uma generalização das leis dos fenômenos elétricos e magnéticos estabelecidas experimentalmente.

Bilhete número 8

Trabalho e poder. Energia cinética e potencial. Lei

conservação de energia.

Vibrações harmônicas. Parâmetros de movimento oscilatório

pêndulo matemático.

3. A tarefa de calcular a capacidade elétrica de um capacitor.

1. TRABALHO E ENERGIA CINÉTICA

Quando uma força constante atua sobre um corpo, ele adquire aceleração. Como o corpo se move sob a influência desta força, a força realiza trabalho. Consideremos o movimento de um corpo com aceleração. Assumiremos que os vetores de força e deslocamento são direcionados em uma direção ao longo de uma linha reta. Se o eixo de coordenadas for direcionado na mesma direção, então as projeções de todos os vetores que caracterizam o movimento são iguais aos seus módulos.

A aceleração com que o corpo se move é igual a:

Esta aceleração é transmitida ao corpo pela força F, que, segundo a segunda lei de Newton, é igual a: F = aquela da qual: a= . Substituindo a expressão na fórmula

para aceleração, obtemos:

Vamos transformar a fórmula:

No lado esquerdo da igualdade está o trabalho da força A. no lado direito da igualdade está a mudança na quantidade

Essa quantidade, igual à metade do produto da massa de um corpo pelo quadrado de sua velocidade, é chamada de energia cinética - E. Podemos dizer que o trabalho de uma força é igual à variação da energia cinética do corpo. Esta afirmação é chamada de teoria da energia cinética.

Se uma força realiza um trabalho positivo, a energia cinética do corpo aumenta; se uma força realiza trabalho negativo, a energia cinética do corpo diminui. Isso acontece, por exemplo, quando a velocidade de um corpo diminui sob a influência do atrito.

A energia cinética é medida da mesma forma que o trabalho, em joules.

Energia cinética é a energia possuída por um corpo em movimento.

Caracteriza seu estado em um momento ou outro.

ENERGIA POTENCIAL DO CORPO.

Energia potencial é a energia de interação entre corpos ou partes de um corpo, dependendo de sua posição relativa.

Vamos encontrar a conexão entre o trabalho da gravidade e a mudança na energia potencial do corpo. Deixe um corpo de massa m cair da altura h até a altura h (Fig. 75).

Trabalho de gravidade no local

Ingressos para o assunto mais lógico e simples

Ingresso nº 1

1. Movimento mecânico. Relatividade do movimento mecânico.(01) A lei da adição de velocidades na mecânica clássica. Cinemática do movimento retilíneo de um ponto material.

2. Campo magnético na matéria (15). Permeabilidade magnética. A natureza do ferromagnetismo. Temperatura Curie.

Bilhete nº 2

1. Movimento linear uniformemente acelerado. Descrição analítica e gráfica do movimento retilíneo uniformemente acelerado. (01)

2. O fenômeno da indução eletromagnética. Lei da indução eletromagnética. Regra de Lenz. Autoindução. Fem auto-induzida. A energia do campo magnético de uma bobina com corrente.

Bilhete número 3

1. Movimento de um ponto material em círculo. Aceleração centrípeta. Velocidade angular. Relação entre velocidades lineares e angulares.

2. Corrente elétrica em metais. A natureza da corrente elétrica nos metais. Lei de Ohm para uma seção de um circuito. Dependência da resistência do metal da temperatura. Supercondutividade.

Bilhete número 4

1. Primeira lei de Newton. Sistemas de referência inerciais. O princípio da relatividade na mecânica clássica e na teoria da relatividade especial.

2. Corrente elétrica em soluções e fusão de eletrólitos. Leis da eletrólise. Determinação da carga do elétron

Bilhete número 5

1. Segunda lei de Newton e limites da sua aplicabilidade.

2. Interação magnética de correntes. Campo magnético e suas características. Potência Ampere. Força de Lorentz. Movimento de partículas carregadas em um campo magnético uniforme.

Bilhete número 6

1. Terceira lei de Newton. Propriedades das forças de ação e reação. Limites de aplicabilidade da terceira lei de Newton

2. Corrente elétrica no vácuo. Dispositivos de eletrovácuo e suas aplicações.

Bilhete nº 7

2. Corrente elétrica em condutores. Condutividade intrínseca e de impureza de semicondutores, transição distrital. Diodo semicondutor. Transistor.

Bilhete nº 8

1. A lei da gravitação universal. Constante gravitacional e suas medidas. Gravidade. Peso corporal. Ausência de peso. O movimento dos corpos sob a influência da gravidade.(04)

2. Vibrações elétricas gratuitas. Circuito oscilatório. Conversão de energia em um circuito oscilatório. Amortecimento de oscilações. Fórmula de Thomson.

Bilhete nº 9

1. Força elástica. Tipos de deformações elásticas. Lei de Hooke. Módulo de Young. Diagrama de tensão.(10)

2. Auto-oscilações. Sistema auto-oscilante. Gerador de oscilações eletromagnéticas contínuas.

Bilhete número 10

1. Força de atrito. Coeficiente de atrito deslizante. Contabilidade e uso do atrito na vida cotidiana e na tecnologia. Fricção em líquidos e gases.

2. Corrente alternada como oscilações eletromagnéticas forçadas. Valores efetivos de corrente e tensão alternada. Resistência ativa e reativa. Lei de Ohm para um circuito elétrico de corrente alternada

Bilhete número 11

1. Equilíbrio de um corpo rígido. Momento de poder. Condições para o equilíbrio de um corpo rígido. Tipos de equilíbrio. O princípio da energia potencial mínima.

2. Transformador. Dispositivos e princípio de funcionamento do transformador. Transmissão de eletricidade.

Bilhete número 12

1. Trabalho mecânico e potência. Energia: A lei da conservação da energia em processos mecânicos.

2. Ondas eletromagnéticas e suas propriedades. Velocidade de propagação ondas eletromagnéticas. Experimentos de Hertz

Bilhete nº 13

1. Hidro e aerostática. Propriedades gerais dos corpos líquidos e gasosos. Lei de Pascal. O poder de Arquimedes. Condições de navegação tel.

2. O princípio da radiocomunicação. Invenção do rádio. Radar. Uma televisão. Desenvolvimento de comunicações.

Bilhete número 14

2. Natureza eletromagnética da luz (21). Métodos para medir a velocidade da luz. Escala de ondas eletromagnéticas. Equação de onda.

Bilhete número 15

1. Vibrações mecânicas. Equação de vibrações harmônicas. Vibrações livres e forçadas. O período de oscilação de uma carga em uma mola e um pêndulo matemático. Conversão de energia durante o movimento oscilatório.

2. Interferência de luz. A experiência de Jung. Ondas coerentes. Cores de filmes finos e aplicações de interferência.

Bilhete número 16

1. Ondas mecânicas e suas propriedades. Propagação de vibrações em meios elásticos. Comprimento de onda. Ondas sonoras e suas propriedades. Eco. Ressonância acústica.

2. O fenômeno da difração da luz. Zonas de Fresnel. Rede de difração como dispositivo espectral.

Bilhete nº 17

1. Disposições básicas da teoria cinética molecular e sua justificação experimental. Dimensões e massa das moléculas.(06)

2. Dispersão e absorção de luz

Bilhete número 18

1. Gás ideal. Derivação das principais disposições da teoria cinética molecular de um gás ideal. Temperatura como medida da energia cinética média das moléculas.(07)

2. Polarização da luz. Luz natural. Polarizar.

Bilhete número 19

1. Vapor saturado e insaturado. (09) Dependência da pressão do vapor saturado

temperatura. Ebulição. Temperatura critica. Umidade relativa do ar e sua medição.

2. A lei da propagação retilínea da luz. Leis de refração e reflexão da luz. Reflexão total. Lentes. Fórmula de lentes finas.

Bilhete nº 20

1. Propriedades da superfície dos líquidos. Tensão superficial. Umectante e não umectante. Fenômenos capilares.

2. Elementos de fotometria: energia e grandezas fotométricas. Leis da iluminação.

Bilhete número 21

2. Instrumentos ópticos: lupa, microscópio, telescópio. Resolução do telescópio. Câmera. Projetos de dia, epi e filme.

Bilhete nº 22

1. Energia interna e formas de mudá-la. Primeira lei da termodinâmica. Energia interna de um gás ideal. Aplicação da primeira lei da termodinâmica a isoprocessos e processos adiabáticos.

2. Elementos da teoria da relatividade especial. Postulados da SRT. A finitude e o limite da velocidade da luz. Lei relativística de conversão de velocidade. Dinâmica relativística.

Bilhete número 23

1. Motores térmicos, sua estrutura e princípio de funcionamento. Irreversibilidade dos processos térmicos. A segunda lei da termodinâmica e seu significado estático. Motores térmicos e problemas ambientais.

2. Hipótese quântica de Planck. Efeito fotográfico. Leis do efeito fotoelétrico. Teoria quântica do efeito fotoelétrico. Fotocélulas e sua aplicação.

Bilhete número 24

1. Interação elétrica e carga elétrica. Lei da conservação da carga elétrica. Lei de Coulomb.

2. A estrutura do átomo. Experimentos de Rutherford. Postulados quânticos de Bohr. Experimentos de Frank e Hertz. O princípio da correspondência.

Bilhete número 25

1. Campo elétrico. Intensidade do campo elétrico. Linhas de tensão.

2. Radiação espontânea e induzida. Lasers e suas aplicações.

Bilhete número 26

1. Trabalho das forças do campo elétrico. Potencial e diferença de potencial. Superfícies equipotenciais. Relação entre tensão e diferença de potencial.

2. Núcleo atômico. A estrutura do núcleo atômico. Forças nucleares. Energia de ligação nuclear. Energia de ligação específica e força dos núcleos

Bilhete nº 27

1. Condutores e dielétricos num campo elétrico.

2. Radioatividade. Propriedades da radiação radioativa. Lei do decaimento radioativo.

Bilhete número 28

1. Capacidade elétrica. Capacitância do capacitor. Energia de um capacitor carregado.

2. Propriedades radiação ionizante. Interação da radiação ionizante com a matéria. Métodos de registro de radiação ionizante.

1. Corrente elétrica e condições de sua existência. EMF da fonte atual. Lei de Ohm para seções homogêneas e não homogêneas de um circuito elétrico. Lei de Ohm para um circuito completo. Curto circuito.

2. Reações nucleares. Liberação e absorção de energia em reações nucleares. Reações nucleares em cadeia. Reações termonucleares. Problemas de energia nuclear.

INGRESSOS PARA EXAMES DE FÍSICA

Bilhete nº 1

1. Movimento mecânico. Relatividade do movimento. Sistema de referência. Ponto material. Trajetória. Caminho e movimento. Velocidade instantânea.

2. Trabalho laboratorial subordinado ao tema “Medição da aceleração de um corpo durante movimento uniformemente acelerado”.

Bilhete nº 2

1. Queda livre de corpos. Movimento uniforme em círculo. Aceleração centrípeta. Cinemática do movimento rotacional. Relação entre velocidade angular e linear.

2. Problema subordinado ao tema “Leis de conservação em mecânica”.

Bilhete nº 3

1. Interação de corpos. Força. Segunda lei de Newton.

2. Tarefa sobre o tema “Impulso corporal”.

Bilhete nº 4

1. Impulso corporal. Lei da conservação do momento. Manifestação da lei da conservação do momento na natureza e sua utilização na tecnologia.

2. Problema subordinado ao tema “Cinemática do movimento rotacional”.

Bilhete nº 5

1. A lei da gravitação universal. Gravidade. Peso corporal. Ausência de peso.

2. A tarefa de encontrar a eficiência de uma máquina térmica.

Bilhete nº 6

1. Energia. Energia potencial e cinética.

2. Problema subordinado ao tema “A primeira lei da termodinâmica. Eficiência dos motores térmicos”.

Bilhete nº 7

1. Conversão de energia durante vibrações mecânicas. Vibrações livres e forçadas.

2. Problema na conexão paralela de condutores

Bilhete nº 8

1. Base experimental das principais disposições da estrutura da matéria do MCT. Massa e tamanho das moléculas. Constante de Avogrado.

2. Problema do movimento ou equilíbrio de uma partícula infectada num campo eléctrico.

Bilhete nº 9

1. Gás ideal. Equação básica do MCT para um gás ideal. Temperatura e sua medição. Temperatura absoluta.

2. A tarefa de determinar a indução do campo magnético (de acordo com a lei do ampere ou a fórmula de cálculo da força de Lorentz).

Bilhete nº 10

1. Trabalho de força. Poder.

2. Problema sobre o tema “Lei da Conservação de Energia”

Bilhete nº 11

1. Equação de estado de um gás ideal. Isoprocessos.

2. Problema subordinado ao tema “Lei de Coulomb”.

Bilhete nº 12

1. Evaporação e condensação. Saturação e vapores insaturados. Umidade do ar. Medição de umidade do ar.

2. Trabalho de laboratório “Medição da resistência de dois resistores conectados em série”.

Bilhete nº 13

1. Corpos cristalinos e ânforos. Deformações elásticas e plásticas de sólidos.

2. A tarefa de aplicar a lei da indução eletromagnética.

Bilhete nº 14

1. Forças e energia de interação intermolecular. A estrutura dos corpos gasosos, líquidos e sólidos. A experiência de Stern.

2. Tarefa subordinada ao tema “Energia interna. Cálculo da quantidade de calor."

Bilhete nº 15

1. Gás ideal. Parâmetros de estado de gás ideal

2. Trabalho laboratorial subordinado ao tema “Determinação do módulo de elasticidade de um material”

Bilhete nº 16

1. Energia interna. Capacidade de calor. Calor específico. A primeira lei da termodinâmica. Processo adiabático.

2. A tarefa de aplicar a lei da conservação da energia.

Bilhete número 17

1. Indução eletromagnética. Fluxo magnético. Lei da indução eletromagnética. Regra de Lenz

2. Problema sobre o tema “Lei da conservação do momento”.

Bilhete nº 18

1. Capacitores. Capacitância do capacitor. Aplicação de capacitores.

2. Problema de aplicação da equação de estado de um gás ideal.

Bilhete nº 19

1. Trabalho e potência em um circuito CC. Força eletromotriz. Lei de Ohm para um circuito completo.

2. Trabalho laboratorial “Medição do peso corporal”.

Bilhete nº 20

1. Campo magnético, condições da sua existência. O efeito de um campo magnético sobre uma carga elétrica e experimentos que confirmam esse efeito. Indução magnética.

2. Trabalho laboratorial “Medição da humidade do ar”.

Bilhete nº 21

1. Semicondutores. Condutividade intrínseca e de impureza de semicondutores. Dispositivos semicondutores.

2. Problema em isoprocessos.

Bilhete nº 22

1. O princípio de funcionamento de uma máquina térmica. Eficiência do motor térmico.

2. A tarefa de determinar o trabalho de um gás usando um gráfico da dependência da pressão do gás em seu volume.

Bilhete nº 23

1. Segunda lei da termodinâmica. Máquina de refrigeração. Motor térmico.

2. A tarefa de aplicar a lei da conservação do momento.

Bilhete nº 24

1. Propriedades dos líquidos. Camada superficial de líquido. Fenômenos capilares.

2. Trabalho de laboratório sobre o tema “Determinação da umidade do ar em uma sala de aula de física”.

Bilhete nº 25

1. Propriedades dos sólidos. Lei de Hooke. Propriedades mecânicas dos sólidos. Fusão e cristalização.

2. A tarefa de determinar o módulo de Young do material do qual o fio é feito.

Bilhete nº 26

1. O princípio da superposição de campos. Trabalho de forças de campo eletrostático. Potencial. Diferença potencial.

2. Problema de aplicação da lei de Joule-Lenz.

Apêndice para provas(tarefas).

Bilhete nº 2

Bilhete nº 3

Bilhete nº 4

Bilhete nº 5

Bilhete nº 6

Bilhete nº 7

Bilhete nº 8

Bilhete nº 9

A tarefa é determinar a indução do campo magnético (de acordo com a lei do ampere ou a fórmula de cálculo da força de Lorentz).

Determine a indução de um campo magnético uniforme se uma força de 50 mN atua sobre um condutor com comprimento de 0,2 m do lado do campo. O condutor forma um ângulo de 30 0 com a direção das linhas de campo e uma corrente de 10 A flui através dele.

Bilhete nº 10

Bilhete nº 11

Bilhete nº 13

Bilhete nº 14

Bilhete nº 16

Bilhete nº 17

Bilhete nº 18

Bilhete nº 21

Problema em isoprocessos.

A figura mostra dois isócoros para a mesma massa de um gás ideal. Como é determinada a razão entre os volumes ocupados pelos gases se os ângulos de inclinação das isócoras em relação ao eixo das abcissas são iguais a e?

Bilhete nº 22

Bilhete nº 23

Bilhete nº 25

Bilhete número 26

Padrões de respostas corretas

Ingresso nº 1

1. Movimento mecânico. Relatividade do movimento. Sistema de referência. Ponto material. Trajetória. Caminho e movimento. Velocidade instantânea.

Mecânico movimento é uma mudança na posição de um corpo (ou de suas partes) em relação a outros corpos.

Destes exemplos fica claro que é sempre necessário indicar o corpo em relação ao qual o movimento está sendo considerado; isso é chamado corpo de referência. O sistema de coordenadas, o corpo de referência ao qual está associado e o método escolhido para medir o tempo sistema de referência. Assim, às vezes o tamanho de um corpo comparado à distância até ele pode ser desprezado; nesses casos, o corpo é considerado um ponto material. A linha ao longo da qual o ponto material se move é chamada de trajetória. O comprimento da parte da trajetória entre a posição inicial e final do ponto é denominado caminho (L). A unidade de medida do caminho é 1m.

O movimento mecânico é caracterizado por três grandezas físicas: deslocamento, velocidade e aceleração.

Um segmento de linha direcionado traçado da posição inicial de um ponto móvel até sua posição final é chamado em movimento(s).

Velocidade- uma grandeza física vetorial que caracteriza a velocidade de movimento de um corpo, numericamente igual à razão entre o movimento durante um curto período de tempo e o valor desse intervalo.

Aceleração- quantidade física vetorial que caracteriza a taxa de mudança na velocidade, numericamente igual à razão entre a mudança na velocidade e o período de tempo durante o qual essa mudança ocorreu

O movimento no qual a velocidade de um corpo não muda, ou seja, o corpo se move na mesma proporção em quaisquer períodos iguais de tempo, é chamado movimento linear uniforme.

Com tal movimento, a velocidade e a aceleração têm as mesmas direções, e a velocidade muda igualmente em intervalos iguais de tempo. Esse tipo de movimento é chamado uniformemente acelerado.

Ao frear um carro, a velocidade diminui igualmente em períodos iguais de tempo, a aceleração é menor que zero; como a velocidade diminui, as equações assumem a forma:

v = v 0 + em, s = v 0 t - em 2/2. Este tipo de movimento é denominado uniformemente lento.

Bilhete nº 2

Queda livre de corpos. Movimento uniforme em círculo. Aceleração centrípeta. Cinemática do movimento rotacional. Relação entre velocidade angular e linear.

1. Um dos tipos mais comuns de movimento com aceleração constante é a queda livre de corpos.

Queda livre - Este é o movimento dos corpos apenas sob a influência da atração da Terra (sob a influência da gravidade).

Em queda livre, todos os corpos próximos à superfície da Terra, independentemente da sua massa, adquirem mesmo aceleração, chamada de aceleração da gravidade.

Símbolo para aceleração de queda livre - g.

Na superfície da Terra, a aceleração gravitacional (g) varia de 9,78 m/s 2 no equador a 9,83 m/s 2 no pólo.

2. O movimento circular é um caso especial de movimento curvilíneo.

Se por quaisquer períodos iguais de tempo o vetor raio do corpo girar em ângulos iguais, e a velocidade linear do corpo não mudar em valor absoluto (ou seja, se |v 0 |=|v|), o movimento do corpo em um círculo é chamado uniforme (não se deve esquecer que o movimento uniforme em círculo ocorre com aceleração, pois a velocidade do corpo muda continuamente de direção).

Velocidade angular eles chamam um valor igual à razão entre o ângulo de rotação do vetor raio de um ponto movendo-se em círculo e o intervalo de tempo t durante o qual essa rotação ocorreu.

A velocidade de um corpo direcionado tangencialmente a um círculo é chamada linear.

A velocidade instantânea do corpo em cada ponto da trajetória curvilínea é direcionada tangente à trajetória. Por isso, no movimento curvilíneo, a direção da velocidade do corpo muda continuamente. aqueles. o movimento em círculo com uma velocidade constante em valor absoluto é acelerado. A aceleração centrípeta é sempre direcionada para o centro do círculo:

As velocidades lineares e angulares estão relacionadas: , ou seja .

Período- uma quantidade física que mostra o tempo que um ponto leva para completar uma revolução completa. Se designarmos N– número de revoluções, e T– ponto final, então: .

A unidade de medida do SI é s. Porque durante um período o ponto gira em um ângulo 2π, Que .

Frequência– o número de revoluções que o ponto fez por unidade de tempo: .

Unidade de medida SI – Hz (hertz). A frequência é igual a um hertz se em 1 segundo o ponto dá uma volta completa ( 1Hz = 1s -1). Frequência e período são quantidades mutuamente inversas: . Por isso: .

Bilhete nº 3

Força. Peso. Segunda lei de Newton.

As ações dos corpos uns sobre os outros, criando aceleração, são chamadas de forças. Todas as forças podem ser divididas em dois tipos principais: forças que atuam em contato direto e forças que atuam independentemente de os corpos estarem em contato ou não, ou seja, à distância.

Força é uma grandeza vetorial. A força é medida com um dinamômetro. As forças que atuam no contato direto atuam sobre toda a superfície de contato dos corpos. Um martelo batendo na cabeça de um prego afeta toda a cabeça. Mas se a área for pequena, considera-se que o corpo atua em um ponto. Este ponto é chamado de ponto de aplicação. Se várias forças atuam sobre um corpo, então sua ação sobre o corpo pode ser substituída por uma, a força de substituição é chamada de soma ou resultante.

A propriedade dos corpos de adquirir uma certa aceleração sob uma determinada influência é chamada inércia. A inércia consiste no fato de que para alterar a velocidade de um corpo em uma determinada quantidade é necessário que outro corpo atue sobre ele e essa ação dura algum tempo. A inércia é uma propriedade inerente a todos os corpos. Peso corpo - uma medida quantitativa de sua inércia.

Um corpo que muda menos sua velocidade como resultado da interação é considerado mais inerte e sua massa é maior:

A unidade SI de massa corporal é o quilograma (kg).

Como a massa está incluída na lei da gravitação universal, ela também determina a interação gravitacional dos corpos.

Lei II de Newton

A força que atua sobre o corpo é igual ao produto da massa corporal e da aceleração criada por esta força, e as direções da força e da aceleração coincidem: a = F/m

A lei pode ser expressa de outra forma. A aceleração transmitida a um corpo é diretamente proporcional à força que atua sobre o corpo, inversamente proporcional à massa do corpo e é direcionada da mesma forma que a força.

Características da lei II de Newton:

1. Verdadeiro para qualquer força.

2. A força é a causa, determina a aceleração.

3. Vetor A alinhado com o vetor F.

4. Se várias forças atuam sobre um corpo, então a resultante é obtida.

5. Se a resultante for zero, então a aceleração é zero. (Primeira lei de Newton)

6. Só pode ser aplicado a corpos cuja velocidade seja baixa em comparação com a velocidade da luz.

Bilhete nº 4

Plano de resposta

1. Impulso corporal. 2. Lei da conservação do momento. 3. Aplicação da lei da conservação do momento linear. 4. Propulsão a jato.

Existem quantidades que podem ser conservadas quando os corpos interagem. Essas quantidades são energia E pulso.

Impulso corporalé chamada de quantidade física vetorial, que é uma característica quantitativa do movimento de translação dos corpos. O impulso é designado R. Unidade de pulso

R - kgm/s. O momento de um corpo é igual ao produto da massa do corpo pela sua velocidade: p = mv. Direção do vetor de pulso R coincide com a direção do vetor velocidade do corpo v(Fig. 4).

A lei de conservação vale para o momento dos corpos. Tem a forma m 1 v 1 + t 2 v 2 = m 1 v 1 " + t 2 v 2 " Onde t 1 E

t 2 - massas de corpos, e v 1 e v 2, são as velocidades antes da interação, v 1 "e v 2" - velocidade após a interação. Esse

a fórmula é uma expressão matemática da lei da conservação do momento: o momento de um sistema físico fechado é conservado durante quaisquer interações que ocorram dentro deste sistema.

Na mecânica, a lei da conservação do momento e as leis de Newton estão interligadas. Se o corpo pesa T por um tempo t uma força atua e a velocidade de seu movimento varia de v 0 para você , então a aceleração do movimento a corpo é igual a= (v - v 0)/t. Baseado na segunda lei de Newton para força F pode ser escrito F = ta = m(v - v 0)/t, isso implica

Ft = mv - mv 0 .

Pé- quantidade física vetorial que caracteriza a ação de uma força sobre um corpo durante um determinado período de tempo e igual ao produto da força pelo tempo t suas ações são chamadas impulso de poder.

Unidade de pulso em SI - N s.

A lei da conservação do momento é a base jato-Propulsão.Jato-Propulsão- este é o movimento do corpo que ocorre após a separação de sua parte do corpo.

Muito crédito pelo desenvolvimento da teoria da propulsão a jato pertence a K. E. Tsiolkovsky.

Ele desenvolveu a teoria do vôo de um corpo de massa variável (foguete) em um campo gravitacional uniforme e calculou as reservas de combustível necessárias para superar a força da gravidade; os fundamentos da teoria de um motor a jato líquido, bem como elementos de seu design; a teoria dos foguetes de vários estágios, e propôs duas opções: paralela (vários motores a jato funcionam simultaneamente) e sequencial (os motores a jato funcionam um após o outro).O movimento de muitos moluscos marinhos (polvos, águas-vivas, lulas, chocos) também se baseia no princípio reativo.

Bilhete nº 5

A lei da gravitação universal. Campo gravitacional. Gravidade. Peso corporal.

Isaac Newton sugeriu que existem forças de atração mútua entre quaisquer corpos na natureza. Essas forças são chamadas de forças gravitacionais, ou forças da gravidade universal. A força da gravitação universal se manifesta no espaço, sistema solar e na Terra. Newton generalizou as leis do movimento corpos celestiais e descobri que a força F é igual a:

m 1 e m 2-massa dos corpos em interação, R é a distância entre eles, G é o coeficiente de proporcionalidade, que é chamado de constante gravitacional. O valor numérico da constante gravitacional foi determinado experimentalmente por Cavendish medindo a força de interação entre bolas de chumbo. Como resultado, a lei da gravitação universal soa assim: entre quaisquer pontos materiais existe uma força de atração mútua, diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles, agindo ao longo da linha que conecta esses pontos.

As forças da gravidade universal atuam entre quaisquer corpos da natureza, mas tornam-se perceptíveis em grandes massas (ou se pelo menos a massa de um dos corpos for grande). A lei da gravitação universal é satisfeita apenas para pontos e bolas materiais (neste caso, a distância entre os centros das bolas é considerada a distância).

Um tipo particular de força gravitacional universal é a força de atração dos corpos em direção à Terra (ou a outro planeta). Essa força é chamada gravidade. Sob a influência desta força, todos os corpos adquirem aceleração gravitacional. De acordo com a segunda lei de Newton g = F pesado *m portanto F pesado = mg. A força da gravidade está sempre direcionada para o centro da Terra. Dependendo da altura h acima da superfície da Terra e da latitude geográfica da posição do corpo, a aceleração da queda livre adquire Significados diferentes. Na superfície da Terra e em latitudes médias, a aceleração da gravidade é de 9,831 m/s2.
O conceito é amplamente utilizado na tecnologia e na vida cotidiana peso corporal. O peso de um corpo é a força com que o corpo pressiona um suporte ou suspensão como resultado da atração gravitacional ao planeta (Fig. 1). O peso do corpo é denotado por R. A unidade de peso é N. Como o peso é igual à força com a qual o corpo atua sobre o suporte, então, de acordo com a terceira lei de Newton, o maior peso do corpo é igual à força de reação do suporte. Portanto, para encontrar o peso do corpo, é necessário determinar a que é igual a força de reação de apoio.

Se o corpo estiver caindo livremente, então neste caso P = (g-g)m = 0. O estado de um corpo no qual seu peso é zero é chamado ausência de peso. O estado de ausência de peso é observado em um avião ou espaçonave ao se mover com aceleração de queda livre, independentemente da direção e do valor da velocidade de seu movimento. Fora da atmosfera terrestre, quando os motores a jato são desligados, apenas a força da gravidade universal atua sobre a espaçonave. Sob a influência desta força, a espaçonave e todos os corpos nela contidos se movem com a mesma aceleração, portanto, um estado de ausência de peso é observado na nave.

Bilhete nº 6

Energia. Energia potencial e cinética.

Os corpos em movimento têm a capacidade de realizar trabalho quando sua velocidade muda. A energia possuída por um corpo devido ao seu movimento é chamada energia cinética.

A parte da energia mecânica causada pelo movimento de um corpo é chamada de energia cinética - Ek.

Dependência da energia cinética da massa de um corpo em movimento e sua velocidade

A energia cinética de um corpo que se move a uma certa velocidade é igual ao trabalho que deve ser realizado para transmitir essa velocidade a um corpo estacionário. Seja uma força constante F aplicada a um corpo estacionário de massa m. Então Ek = A = Fs, onde s é o módulo de deslocamento. Substituindo as expressões F = ma e s = nesta fórmula v2/2a, obtemos: energia cinética de um corpo de massa m movendo-se com velocidade v, é expresso pela fórmula Eк = m v2/2.

A parte da energia mecânica que é determinada pela posição relativa dos corpos que interagem é chamada energia potencial - Episódio.

Por exemplo, se a gravidade funcionar quando um peso cair, o peso levantado e o sistema terrestre terão energia potencial.

Vamos denotar a mudança na energia potencial , onde o índice 1 indica o estado inicial do sistema e o índice 2 indica o estado final.

Se durante uma mudança na posição relativa dos corpos o sistema realiza um trabalho positivo, sua energia potencial diminui, e se o sistema realiza um trabalho negativo, sua energia potencial aumenta.

A mudança na energia potencial ΔEp e A o trabalho realizado pelo sistema estão relacionados pela relação:

ΔEp = -A.

Desta fórmula segue-se que apenas a variação da energia potencial tem significado físico: é medida pelo trabalho que o sistema realizou. A escolha do nível zero de energia potencial é determinada por considerações de conveniência para resolução de cada problema específico.

A) Energia potencial de uma carga elevada acima do solo. Ao levantar uma carga de massa m até uma altura h, é realizado trabalho mgh, portanto, a energia potencial do sistema “carga e terra” aumenta em mgh. Escolhamos como nível zero de energia potencial o estado do sistema quando a carga está na superfície da Terra. Então Ep = mgh.

b) Energia potencial de uma mola deformada. A energia potencial de uma mola deformada é igual ao trabalho que deve ser realizado para deformar a mola. UMA = kx 2 /2, onde k é a rigidez da mola, x é o seu alongamento. Portanto, a energia potencial da mola deformada Ep = kx 2 /2.

Bilhete nº 7

Plano de resposta

1. Definição de movimento oscilatório. 2. Vibrações livres. 3. Transformações energéticas. 4. Vibrações forçadas.

Vibrações mecânicas são movimentos do corpo que se repetem exatamente ou aproximadamente em intervalos iguais de tempo. As principais características das vibrações mecânicas são: deslocamento, amplitude, frequência, período. Viésé um desvio da posição de equilíbrio. Amplitude- módulo de desvio máximo da posição de equilíbrio. Frequência- o número de oscilações completas realizadas por unidade de tempo. Período- o tempo de uma oscilação completa, ou seja, o período mínimo de tempo após o qual o processo se repete. Período e frequência estão relacionados por: v= 1/T.

O tipo mais simples de movimento oscilatório é vibrações harmônicas, em que a quantidade oscilante muda ao longo do tempo de acordo com a lei do seno ou cosseno (Fig.).

Livre- são chamadas de oscilações que ocorrem devido à energia inicialmente transmitida na subsequente ausência de influências externas no sistema que executa as oscilações. Por exemplo, vibrações de uma carga em uma rosca (Fig.).

Consideremos o processo de conversão de energia usando o exemplo das oscilações de uma carga em um fio (ver figura).

Quando o pêndulo se desvia da sua posição de equilíbrio, ele sobe a uma altura h em relação ao nível zero, portanto, no ponto A um pêndulo tem energia potencial mgh. Ao passar para a posição de equilíbrio, para o ponto O, a altura diminui para zero, e a velocidade da carga aumenta, e no ponto O toda a energia potencial mgh será convertido em energia cinética mv g/2. No equilíbrio, a energia cinética está no máximo e a energia potencial está no mínimo. Depois de passar pela posição de equilíbrio, a energia cinética é convertida em energia potencial, a velocidade do pêndulo diminui e no desvio máximo da posição de equilíbrio torna-se igual a zero. Com o movimento oscilatório, sempre ocorrem transformações periódicas de suas energias cinética e potencial.

Com vibrações mecânicas livres, ocorre inevitavelmente perda de energia para superar as forças de resistência. Se as vibrações ocorrem sob a influência de uma força externa que atua periodicamente, essas vibrações são chamadas forçado.

Quando a frequência da força externa e a frequência das vibrações do próprio corpo coincidem, a amplitude das vibrações forçadas aumenta acentuadamente. Este fenômeno é denominado ressonância mecânica.

Ht- amplitude

c- frequência da força externa

w0- frequência das oscilações naturais

O fenômeno da ressonância pode causar a destruição de carros, edifícios, pontes se suas frequências naturais coincidirem com a frequência de uma força que atua periodicamente. Portanto, por exemplo, os motores dos carros são instalados em amortecedores especiais e as unidades militares são proibidas de acompanhar o ritmo ao atravessar a ponte.

Bilhete nº 8

Plano de resposta

1. Disposições básicas. 2. Evidência experiente. 3. Microcaracterísticas da substância.

A teoria cinética molecular é um ramo da física que estuda as propriedades de vários estados da matéria, com base na ideia da existência de moléculas e átomos como Micro-particulas substâncias. As TIC baseiam-se em três princípios principais:

1. Todas as substâncias consistem em pequenas partículas: moléculas, átomos ou íons.

2. Essas partículas estão em movimento caótico contínuo, cuja velocidade determina a temperatura da substância.

3. Entre as partículas existem forças de atração e repulsão, cuja natureza depende da distância entre elas.

As principais disposições das TIC são confirmadas por muitos fatos experimentais. A existência de moléculas, átomos e íons foi comprovada experimentalmente, as moléculas foram suficientemente estudadas e até fotografadas usando microscópios eletrônicos. A capacidade dos gases de se expandir e ocupar indefinidamente todos o volume fornecido por ele é explicado pelo movimento caótico contínuo das moléculas. Elasticidade gases, sólidos e líquidos, a capacidade dos líquidos de molhar alguns sólidos, os processos de coloração, colagem, retenção de forma pelos sólidos e muito mais indicam a existência de forças de atração e repulsão entre as moléculas. O fenômeno da difusão - capacidade das moléculas de uma substância de penetrar nos espaços entre as moléculas de outra - também confirma as principais disposições do MCT. O fenômeno da difusão explica, por exemplo, a propagação de odores, a mistura de líquidos diferentes, o processo de dissolução de sólidos em líquidos e a soldagem de metais por fusão ou por pressão. A confirmação do movimento caótico contínuo das moléculas também é o movimento browniano - o movimento caótico contínuo de partículas microscópicas insolúveis em líquido.

O movimento das partículas brownianas é explicado pelo movimento caótico das partículas líquidas que colidem com partículas microscópicas e as colocam em movimento. Foi comprovado experimentalmente que a velocidade das partículas brownianas depende da temperatura do líquido. A teoria do movimento browniano foi desenvolvida por A. Einstein. As leis do movimento das partículas são de natureza estatística e probabilística. Só existe uma maneira conhecida de reduzir a intensidade do movimento browniano - diminuindo a temperatura. A existência do movimento browniano confirma de forma convincente o movimento das moléculas.

Qualquer substância consiste em partículas, portanto quantidade de substânciaé geralmente considerado proporcional ao número de partículas, ou seja, elementos estruturais contido no corpo, v.

A unidade de quantidade de uma substância é verruga.Verruga- esta é a quantidade de substância contendo o mesmo número de elementos estruturais de qualquer substância que há átomos em 12 g de carbono C 12. A razão entre o número de moléculas de uma substância e a quantidade de substância é chamada Constante de Avogrado:

n·a = N/v. não = 6,02 10 23 mol -1.

A constante de Avogadro mostra quantos átomos e moléculas estão contidos em um mol de uma substância. Massa molaré uma quantidade igual à razão entre a massa de uma substância e a quantidade de substância:

A massa molar é expressa em kg/mol. Conhecendo a massa molar, você pode calcular a massa de uma molécula:

m 0 = m/N = m/vN A = M/N A

A massa média das moléculas é geralmente determinada por métodos químicos; a constante de Avogadro é determinada com alta precisão por vários métodos físicos. As massas de moléculas e átomos são determinadas com um grau significativo de precisão usando um espectrógrafo de massa.

As massas das moléculas são muito pequenas. Por exemplo, a massa de uma molécula de água: t = 29,9 10-27kg.

A massa molar está relacionada à massa molecular relativa do Sr. A massa molar relativa é um valor igual à razão entre a massa de uma molécula de uma determinada substância e 1/12 da massa do átomo de carbono C 12. Se conhecido Fórmula química substância, então, usando a tabela periódica, pode-se determinar sua massa relativa, que, quando expressa em quilogramas, mostra a massa molar dessa substância.

Bilhete nº 9

Plano de resposta

1. O conceito de gás ideal, propriedades. 2. Explicação da pressão do gás. 3. A necessidade de medir a temperatura. 4. Significado físico temperatura. 5. Escalas de temperatura. 6. Temperatura absoluta.

Para explicar as propriedades da matéria no estado gasoso, utiliza-se o modelo de gás ideal. IdealÉ considerado gás se:

a) não existem forças de atração entre as moléculas, ou seja, as moléculas se comportam como corpos absolutamente elásticos;

b) o gás está muito descarregado, ou seja, a distância entre as moléculas é muito mais tamanhos as próprias moléculas;

c) o equilíbrio térmico em todo o volume é alcançado instantaneamente. As condições necessárias para que um gás real adquira as propriedades de um gás ideal são atendidas sob a rarefação apropriada do gás real. Alguns gases mesmo com temperatura do quarto e a pressão atmosférica diferem ligeiramente do ideal.

Os principais parâmetros de um gás ideal são pressão, volume e temperatura.

Um dos primeiros e importantes sucessos do MCT foi a explicação qualitativa e quantitativa da pressão do gás nas paredes de um vaso. Qualitativo a explicação é que as moléculas de gás, ao colidirem com as paredes de um vaso, interagem com elas de acordo com as leis da mecânica como corpos elásticos e transferem seus impulsos para as paredes do vaso.

Com base na utilização dos princípios básicos da teoria cinética molecular, foi obtida a equação básica MKT para um gás ideal, que se parece com isto: p = 1/3 t 0 pv 2 .

Aqui R - pressão ideal do gás, m 0 -

massa molecular, P - concentração de moléculas, v 2 - o quadrado médio da velocidade molecular.

Denotando o valor médio da energia cinética do movimento de translação das moléculas de gás ideal E k, obtemos a equação básica do MKT de um gás ideal na forma: p = 2/3nEk.

No entanto, medindo apenas a pressão do gás, é impossível saber a energia cinética média das moléculas individuais ou a sua concentração. Conseqüentemente, para encontrar os parâmetros microscópicos de um gás, é necessário medir alguma outra quantidade física relacionada à energia cinética média das moléculas. Tal quantidade na física é a temperatura. Temperatura - uma quantidade física escalar que descreve o estado de equilíbrio termodinâmico (um estado em que não há alteração nos parâmetros microscópicos). Como grandeza termodinâmica, a temperatura caracteriza o estado térmico do sistema e é medida pelo grau de seu desvio do que se supõe ser zero; como grandeza cinética molecular, caracteriza a intensidade do movimento caótico das moléculas e é medida pela sua energia cinética média.

E k = 3/2 kT, Onde k = 1,38 10 -23 J/K e é chamado Constante de Boltzmann.

A temperatura de todas as partes de um sistema isolado em equilíbrio é a mesma. A temperatura é medida por termômetros em graus de várias escalas de temperatura. Existe uma escala termodinâmica absoluta (escala Kelvin) e várias escalas empíricas que diferem pontos de partida. Antes da introdução da escala de temperatura absoluta, a escala Celsius era amplamente utilizada na prática (o ponto de congelamento da água é considerado 0 °C, o ponto de ebulição da água em temperaturas normais é considerado 100 °C). pressão atmosférica).

A unidade de temperatura em escala absoluta é chamada Kelvin e é escolhido para ser igual a um grau na escala Celsius 1 K = 1 °C. Na escala Kelvin, a temperatura do zero absoluto é considerada zero, ou seja, a temperatura na qual a pressão de um gás ideal a volume constante é zero. Os cálculos dão o resultado de que a temperatura zero absoluta é -273 °C. Assim, existe uma relação entre a escala de temperatura absoluta e a escala Celsius T = t°C + 273. As temperaturas de zero absoluto são inatingíveis, pois qualquer resfriamento é baseado na evaporação de moléculas da superfície e, ao se aproximar do zero absoluto, a velocidade do movimento translacional das moléculas diminui tanto que a evaporação praticamente para. Teoricamente, no zero absoluto, a velocidade do movimento de translação das moléculas é zero, ou seja, o movimento térmico das moléculas para.

Bilhete nº 10

Trabalho de força. Poder.

O trabalho realizado por uma força é igual ao produto dos módulos de força e deslocamento e o cosseno do ângulo entre eles. Esta fórmula é válida quando a força é constante e o corpo se move em linha reta.

O sinal do trabalho é determinado pelo sinal do cosseno do ângulo entre a força e o deslocamento.

Se α<90˚, то A>0,

Se α>90˚, então A<0

Se α=0, então A=0

Se várias forças atuam sobre um corpo, então o trabalho total (a soma do trabalho de todas as forças) é igual ao trabalho da força resultante.

A = F1r | ∆r|+F2r |∆r|+…=A1+A2+… .

No Sistema Internacional de Unidades, o trabalho é medido em joules (J)

1 J = 1 N 1 m = 1 N m

Um joule é o trabalho realizado por uma força de 1 N para se mover 1 m se as direções da força e do movimento coincidirem.

Potência é a razão entre o trabalho A e o intervalo de tempo ∆t durante o qual este trabalho é executado. N = A/∆t

Se substituirmos a fórmula do trabalho na fórmula da potência, verifica-se que a potência é igual ao produto do módulo do vetor força pelo módulo do vetor velocidade e o cosseno do ângulo entre as direções.

1. Movimento mecânico. Ponto material.

O movimento mecânico de um corpo é a mudança na sua posição no espaço em relação a outros corpos ao longo do tempo. Ele estuda o movimento dos corpos mecânicos. O movimento de um corpo absolutamente rígido (não deformado durante o movimento e a interação), no qual todos os seus pontos em um determinado momento no tempo se movem igualmente, é chamado de movimento translacional; para descrevê-lo, é necessário e suficiente descrever o movimento de um ponto do corpo. Um movimento em que as trajetórias de todos os pontos do corpo são círculos com centro em uma linha e todos os planos dos círculos são perpendiculares a esta linha é chamado de movimento rotacional. Um corpo cuja forma e dimensões podem ser desprezadas sob determinadas condições é chamado de ponto material.

Essa negligência é permitida quando o tamanho do corpo é pequeno comparado à distância que ele percorre ou à distância deste corpo a outros corpos. Para descrever o movimento de um corpo, você precisa conhecer suas coordenadas em qualquer momento. Esta é a principal tarefa da mecânica.

2. Relatividade do movimento. Sistema de referência. Unidades.

Para determinar as coordenadas de um ponto material, é necessário selecionar um corpo de referência e associar a ele um sistema de coordenadas e definir a origem do tempo. O sistema de coordenadas e a indicação da origem do tempo formam um sistema de referência em relação ao qual é considerado o movimento do corpo. O sistema deve mover-se a uma velocidade constante (ou estar em repouso, o que geralmente é a mesma coisa). A trajetória do corpo, a distância percorrida e o deslocamento dependem da escolha do sistema de referência, ou seja, o movimento mecânico é relativo. A unidade de comprimento é o metro, que equivale à distância percorrida pela luz no vácuo em segundos. Um segundo é uma unidade de tempo igual aos períodos de radiação de um átomo de césio-133.

3. Trajetória. Caminho e movimento. Velocidade instantânea.

A trajetória de um corpo é uma linha descrita no espaço por um ponto material em movimento. Caminho – o comprimento da seção de trajetória do movimento inicial ao movimento final do ponto material. O vetor raio é um vetor que conecta a origem das coordenadas e um ponto no espaço. O deslocamento é um vetor que conecta os pontos inicial e final de uma seção de trajetória percorrida ao longo do tempo. A velocidade é uma quantidade física que caracteriza a velocidade e a direção do movimento em um determinado momento. A velocidade média é definida como. A velocidade média no solo é igual à razão entre a distância percorrida pelo corpo durante um período de tempo e esse intervalo. . A velocidade instantânea (vetor) é a primeira derivada do vetor raio de um ponto em movimento. . A velocidade instantânea é direcionada tangencialmente à trajetória, a média – ao longo da secante. Velocidade instantânea de solo (escalar) - a primeira derivada da pista em relação ao tempo, igual em magnitude à velocidade instantânea

4. Movimento linear uniforme. Gráficos de grandezas cinemáticas versus tempo em movimento uniforme. Adição de velocidades.

O movimento com velocidade constante em magnitude e direção é chamado de movimento retilíneo uniforme. Com movimento retilíneo uniforme, um corpo percorre distâncias iguais em quaisquer períodos iguais de tempo. Se a velocidade for constante, a distância percorrida é calculada como: A lei clássica da adição de velocidades é formulada da seguinte forma: a velocidade de movimento de um ponto material em relação a um sistema de referência tomado como estacionário é igual à soma vetorial das velocidades de movimento de um ponto em um sistema em movimento e a velocidade de movimento de um sistema em movimento em relação a um sistema estacionário.

5. Aceleração. Movimento linear uniformemente acelerado. Gráficos da dependência das grandezas cinemáticas com o tempo em movimento uniformemente acelerado.

Um movimento no qual um corpo faz movimentos desiguais em intervalos iguais de tempo é chamado de movimento desigual. Com movimento translacional irregular, a velocidade do corpo muda com o tempo. A aceleração (vetor) é uma quantidade física que caracteriza a taxa de mudança na velocidade em magnitude e direção. A aceleração instantânea (vetor) é a primeira derivada da velocidade em relação ao tempo. .Acelerado uniformemente é o movimento com aceleração constante em magnitude e direção. A velocidade durante o movimento uniformemente acelerado é calculada como:

A partir daqui, a fórmula para o caminho durante o movimento uniformemente acelerado é derivada como

As fórmulas derivadas das equações de velocidade e trajetória para movimento uniformemente acelerado também são válidas.

6. Queda livre de corpos. Aceleração da gravidade.

A queda de um corpo é o seu movimento no campo de gravidade (???) . A queda de corpos no vácuo é chamada de queda livre. Foi estabelecido experimentalmente que durante a queda livre os corpos se movem da mesma maneira, independentemente de suas características físicas. A aceleração com a qual os corpos caem na Terra no vácuo é chamada de aceleração da queda livre e é denotada

7. Movimento uniforme em círculo. Aceleração durante o movimento uniforme de um corpo em círculo (aceleração centrípeta)

Qualquer movimento em uma seção suficientemente pequena da trajetória pode ser considerado aproximadamente como um movimento uniforme em círculo. No processo de movimento uniforme em torno de um círculo, o valor da velocidade permanece constante, mas a direção do vetor velocidade muda.<рисунок>.. O vetor aceleração ao se mover em um círculo é direcionado perpendicularmente ao vetor velocidade (direcionado tangencialmente), ao centro do círculo. O período de tempo durante o qual um corpo dá uma volta completa em torno de um círculo é chamado de período. . O recíproco do período, que mostra o número de revoluções por unidade de tempo, é chamado de frequência. Usando essas fórmulas, podemos deduzir isso, ou. A velocidade angular (velocidade de rotação) é definida como . A velocidade angular de todos os pontos do corpo é a mesma e caracteriza os movimentos do corpo em rotação como um todo. Neste caso, a velocidade linear do corpo é expressa como , e a aceleração – como .

O princípio da independência dos movimentos considera o movimento de qualquer ponto do corpo como a soma de dois movimentos - translacional e rotacional.

8. Primeira lei de Newton. Sistema de referência inercial.

O fenômeno de manter a velocidade de um corpo na ausência de influências externas é denominado inércia. A primeira lei de Newton, também conhecida como lei da inércia, afirma: “existem referenciais em relação aos quais os corpos em movimento translacional mantêm sua velocidade constante, a menos que outros corpos atuem sobre eles”. Os sistemas de referência relativos aos quais os corpos, na ausência de influências externas, se movem de maneira retilínea e uniforme, são chamados de sistemas de referência inerciais. Os sistemas de referência associados à Terra são considerados inerciais, desde que a rotação da Terra seja desprezada.

9. Missa. Força. Segunda lei de Newton. Adição de forças. Centro de gravidade.

A razão para uma mudança na velocidade de um corpo é sempre sua interação com outros corpos. Quando dois corpos interagem, as velocidades sempre mudam, ou seja, acelerações são adquiridas. A razão entre as acelerações de dois corpos é a mesma para qualquer interação. A propriedade de um corpo da qual depende sua aceleração ao interagir com outros corpos é chamada de inércia. Uma medida quantitativa da inércia é o peso corporal. A proporção das massas dos corpos em interação é igual à proporção inversa dos módulos de aceleração. A segunda lei de Newton estabelece uma conexão entre as características cinemáticas do movimento - aceleração, e as características dinâmicas da interação - forças. , ou, de uma forma mais precisa, , ou seja, a taxa de variação do momento de um ponto material é igual à força que atua sobre ele. Quando várias forças são aplicadas simultaneamente a um corpo, o corpo se move com aceleração, que é a soma vetorial das acelerações que surgiriam sob a influência de cada uma dessas forças separadamente. As forças que atuam em um corpo e aplicadas a um ponto são somadas de acordo com a regra de adição vetorial. Esta posição é chamada de princípio da independência de forças. O centro de massa é um ponto de um corpo rígido ou sistema de corpos rígidos que se move da mesma forma que um ponto material com massa igual à soma das massas de todo o sistema como um todo, que está sujeito ao mesmo força resultante como o corpo. . Ao integrar esta expressão ao longo do tempo, podemos obter expressões para as coordenadas do centro de massa. O centro de gravidade é o ponto de aplicação da resultante de todas as forças gravitacionais que atuam sobre as partículas deste corpo em qualquer posição do espaço. Se as dimensões lineares do corpo forem pequenas em comparação com o tamanho da Terra, então o centro de massa coincide com o centro de gravidade. A soma dos momentos de todas as forças da gravidade elementar em relação a qualquer eixo que passa pelo centro de gravidade é igual a zero.

10. Terceira lei de Newton.

Para qualquer interação de dois corpos, a razão dos módulos das acelerações adquiridas é constante e igual à razão inversa das massas. Porque Quando os corpos interagem, os vetores de aceleração têm sentido oposto, podemos escrever que . De acordo com a segunda lei de Newton, a força que atua no primeiro corpo é igual a , e no segundo. Por isso, . A terceira lei de Newton relaciona as forças com as quais os corpos agem uns sobre os outros. Se dois corpos interagem entre si, então as forças que surgem entre eles são aplicadas a corpos diferentes, são iguais em magnitude, opostas em direção, agem ao longo da mesma linha reta e têm a mesma natureza.

11. Forças elásticas. Lei de Hooke.

A força que surge como resultado da deformação de um corpo e direcionada na direção oposta ao movimento das partículas do corpo durante essa deformação é chamada de força elástica. Experimentos com uma haste mostraram que para pequenas deformações em relação ao tamanho do corpo, o módulo da força elástica é diretamente proporcional ao módulo do vetor de deslocamento da extremidade livre da haste, que na projeção se parece com . Esta conexão foi estabelecida por R. Hooke, sua lei é formulada da seguinte forma: a força elástica que surge durante a deformação de um corpo é proporcional ao alongamento do corpo na direção oposta à direção do movimento das partículas do corpo durante deformação. Coeficiente k chamada de rigidez do corpo e depende da forma e do material do corpo. Expresso em newtons por metro. As forças elásticas são causadas por interações eletromagnéticas.

12. Forças de atrito, coeficiente de atrito deslizante. Fricção viscosa (???)

A força que surge na fronteira de interação dos corpos na ausência de movimento relativo dos corpos é chamada de força de atrito estático. A força de atrito estático é igual em magnitude à força externa dirigida tangencialmente à superfície de contato dos corpos e de direção oposta. Quando um corpo se move uniformemente sobre a superfície de outro sob a influência de uma força externa, uma força atua sobre o corpo que é igual em magnitude à força motriz e de direção oposta. Essa força é chamada de força de atrito deslizante. O vetor da força de atrito deslizante é direcionado em direção oposta ao vetor velocidade, de modo que essa força sempre leva a uma diminuição na velocidade relativa do corpo. As forças de atrito, assim como a força elástica, são de natureza eletromagnética e surgem devido à interação entre as cargas elétricas dos átomos dos corpos em contato. Foi estabelecido experimentalmente que o valor máximo do módulo da força de atrito estático é proporcional à força de pressão. O valor máximo da força de atrito estático e da força de atrito deslizante também são aproximadamente iguais, assim como os coeficientes de proporcionalidade entre as forças de atrito e a pressão do corpo na superfície.

13. Forças gravitacionais. A lei da gravitação universal. Gravidade. Peso corporal.

Do fato de os corpos, independentemente de sua massa, caírem com a mesma aceleração, segue-se que a força que atua sobre eles é proporcional à massa do corpo. Essa força atrativa que atua sobre todos os corpos da Terra é chamada de gravidade. A força da gravidade atua em qualquer distância entre os corpos. Todos os corpos se atraem, a força da gravidade universal é diretamente proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Os vetores das forças gravitacionais universais são direcionados ao longo de uma linha reta que conecta os centros de massa dos corpos. , G – Constante gravitacional, igual a . O peso corporal é a força com a qual o corpo, devido à gravidade, atua sobre um suporte ou estica uma suspensão. O peso do corpo é igual em magnitude e oposto em direção à força elástica do suporte de acordo com a terceira lei de Newton. De acordo com a segunda lei de Newton, se nenhuma força atuar mais sobre um corpo, então a força da gravidade do corpo será equilibrada pela força da elasticidade. Como resultado, o peso do corpo sobre um suporte horizontal estacionário ou em movimento uniforme é igual à força da gravidade. Se o suporte se move com aceleração, então de acordo com a segunda lei de Newton , de onde é derivado. Isso significa que o peso de um corpo cuja direção de aceleração coincide com a direção de aceleração da gravidade é menor que o peso de um corpo em repouso.

14. Movimento vertical de um corpo sob a influência da gravidade. Movimento de satélites artificiais. Ausência de peso. Primeira velocidade de escape.

Ao lançar um corpo paralelo à superfície terrestre, quanto maior a velocidade inicial, maior será o alcance do vôo. Em altas velocidades, também é necessário levar em consideração a esfericidade da Terra, que se reflete na mudança na direção do vetor gravidade. A uma certa velocidade, um corpo pode se mover ao redor da Terra sob a influência da gravidade universal. Essa velocidade, chamada de primeira velocidade cósmica, pode ser determinada a partir da equação do movimento de um corpo em círculo. Por outro lado, da segunda lei de Newton e da lei da gravitação universal segue-se isso. Então, à distância R do centro de um corpo celeste com massa M a primeira velocidade de escape é igual a. Quando a velocidade de um corpo muda, a forma de sua órbita muda de um círculo para uma elipse. Quando a segunda velocidade de escape é atingida, a órbita torna-se parabólica.

15. Impulso corporal. Lei da conservação do momento. Jato-Propulsão.

De acordo com a segunda lei de Newton, independentemente de um corpo estar em repouso ou em movimento, uma mudança em sua velocidade só pode ocorrer ao interagir com outros corpos. Se o corpo pesa eu por um tempo t uma força atua e a velocidade de seu movimento muda de para , então a aceleração do corpo é igual a . Com base na segunda lei de Newton para força, podemos escrever. Uma quantidade física igual ao produto de uma força pelo tempo de sua ação é chamada de impulso de uma força. O impulso de uma força mostra que existe uma quantidade que muda igualmente em todos os corpos sob a influência das mesmas forças, se o tempo de ação da força for o mesmo. Essa quantidade, igual ao produto da massa do corpo pela velocidade de seu movimento, é chamada de momento do corpo. A mudança no momento do corpo é igual ao impulso da força que causou essa mudança. Tomemos dois corpos, massas e , movendo-se com velocidades e . De acordo com a terceira lei de Newton, as forças que atuam sobre os corpos durante sua interação são iguais em magnitude e opostas em direção, ou seja, eles podem ser designados como e . Para mudanças nos impulsos durante a interação, podemos escrever. Destas expressões obtemos que , ou seja, a soma vetorial dos momentos de dois corpos antes da interação é igual à soma vetorial dos momentos após a interação. De uma forma mais geral, a lei da conservação do momento soa assim: Se, então.

16. Trabalho mecânico. Poder. Energia cinética e potencial.

Trabalhar A uma constante de força é uma quantidade física igual ao produto dos módulos de força e deslocamento multiplicado pelo cosseno do ângulo entre os vetores e. . O trabalho é uma grandeza escalar e pode ser negativo se o ângulo entre os vetores deslocamento e força for maior que . A unidade de trabalho é chamada de joule, 1 joule é igual ao trabalho realizado por uma força de 1 newton ao mover o ponto de sua aplicação em 1 metro. A potência é uma quantidade física igual à razão entre o trabalho e o período de tempo durante o qual esse trabalho foi realizado. . Uma unidade de potência é chamada de watt; 1 watt é igual à potência na qual 1 joule de trabalho é realizado em 1 segundo. Suponhamos que um corpo de massa eu atua uma força (que geralmente pode ser a resultante de várias forças), sob a influência da qual o corpo se move na direção do vetor . O módulo de força de acordo com a segunda lei de Newton é igual a mãe, e a magnitude do vetor deslocamento está relacionada à aceleração e às velocidades inicial e final. Isso nos dá a fórmula para trabalhar: . Uma quantidade física igual à metade do produto da massa corporal pelo quadrado da velocidade é chamada de energia cinética. O trabalho realizado pelas forças resultantes aplicadas ao corpo é igual à variação da energia cinética. Uma quantidade física igual ao produto da massa de um corpo pelo módulo de aceleração de queda livre e a altura à qual o corpo é elevado acima de uma superfície com potencial zero é chamada de energia potencial do corpo. A mudança na energia potencial caracteriza o trabalho da gravidade para mover um corpo. Este trabalho é igual à variação da energia potencial tomada com sinal oposto. Um corpo localizado abaixo da superfície da Terra possui energia potencial negativa. Não apenas os corpos elevados possuem energia potencial. Consideremos o trabalho realizado pela força elástica quando a mola é deformada. A força elástica é diretamente proporcional à deformação, e seu valor médio será igual a , o trabalho é igual ao produto da força e da deformação , ou . Uma quantidade física igual à metade do produto da rigidez de um corpo pelo quadrado da deformação é chamada de energia potencial de um corpo deformado. Uma característica importante da energia potencial é que um corpo não pode possuí-la sem interagir com outros corpos.

17. Leis de conservação de energia em mecânica.

A energia potencial caracteriza os corpos em interação, a energia cinética caracteriza os corpos em movimento. Ambos surgem como resultado da interação de corpos. Se vários corpos interagem entre si apenas por forças gravitacionais e elásticas, e nenhuma força externa atua sobre eles (ou sua resultante é zero), então para quaisquer interações de corpos, o trabalho das forças elásticas ou gravitacionais é igual à mudança em energia potencial tomada com sinal oposto. Ao mesmo tempo, de acordo com o teorema da energia cinética (a variação da energia cinética de um corpo é igual ao trabalho das forças externas), o trabalho das mesmas forças é igual à variação da energia cinética. . Desta igualdade segue-se que a soma das energias cinética e potencial dos corpos que constituem um sistema fechado e interagem entre si pelas forças da gravidade e da elasticidade permanece constante. A soma das energias cinética e potencial dos corpos é chamada de energia mecânica total. A energia mecânica total de um sistema fechado de corpos interagindo entre si pelas forças da gravidade e da elasticidade permanece inalterada. O trabalho das forças da gravidade e da elasticidade é igual, por um lado, ao aumento da energia cinética, e por outro, à diminuição da energia potencial, ou seja, o trabalho é igual à energia convertida de um tipo para outro.

18. Mecanismos simples (plano inclinado, alavanca, bloco) e sua aplicação.

Um plano inclinado é usado para que um corpo de grande massa possa ser movido por uma força significativamente menor que o peso do corpo. Se o ângulo do plano inclinado for igual a a, então para mover o corpo ao longo do plano é necessário aplicar uma força igual a. A relação entre esta força e o peso do corpo, desprezando a força de atrito, é igual ao seno do ângulo de inclinação do plano. Mas com ganho de força não há ganho de trabalho, porque o caminho aumenta várias vezes. Este resultado é consequência da lei da conservação da energia, uma vez que o trabalho realizado pela gravidade independe da trajetória de sustentação do corpo.

Uma alavanca está em equilíbrio se o momento das forças que giram no sentido horário é igual ao momento das forças que giram a alavanca no sentido anti-horário. Se as direções dos vetores de força aplicados à alavanca forem perpendiculares às linhas retas mais curtas que conectam os pontos de aplicação das forças e o eixo de rotação, então as condições de equilíbrio assumem a forma. Se , então a alavanca proporciona um ganho de força. Ganho de força não dá ganho de trabalho, porque ao girar em um ângulo a, a força realiza trabalho e a força realiza trabalho. Porque de acordo com a condição, então.

O bloco permite alterar a direção da força. Os ombros das forças aplicadas em diferentes pontos do bloco fixo são iguais e, portanto, o bloco fixo não proporciona nenhum ganho de resistência. Ao levantar uma carga por meio de um bloco móvel, o ganho de resistência é duplicado, pois O braço de gravidade tem metade do tamanho do braço de tensão do cabo. Mas ao puxar o cabo até um comprimento eu a carga sobe a uma altura l/2 Portanto, um bloco estacionário também não proporciona nenhum ganho de trabalho.

19. Pressão. Lei de Pascal para líquidos e gases.

Uma quantidade física igual à razão entre o módulo de força que atua perpendicularmente a uma superfície e a área dessa superfície é chamada de pressão. A unidade de pressão é o pascal, que é igual à pressão produzida por uma força de 1 newton por área de 1 metro quadrado. Todos os líquidos e gases transmitem a pressão exercida sobre eles em todas as direções.

20. Navios comunicantes. Pressão hidráulica. Pressão atmosférica. Equação de Bernoulli.

Num vaso cilíndrico, a força de pressão no fundo do vaso é igual ao peso da coluna líquida. A pressão no fundo do recipiente é igual a , de onde vem a pressão em profundidade? hé igual a . A mesma pressão atua nas paredes do vaso. A igualdade das pressões do líquido na mesma altura leva ao fato de que em vasos comunicantes de qualquer formato, as superfícies livres de um líquido homogêneo em repouso estão no mesmo nível (no caso de forças capilares desprezíveis). No caso de um líquido não uniforme, a altura da coluna de um líquido mais denso será menor que a altura de um líquido menos denso. Uma máquina hidráulica opera com base na lei de Pascal. É composto por dois vasos comunicantes fechados por pistões de diferentes áreas. A pressão produzida por uma força externa em um pistão é transferida de acordo com a lei de Pascal para o segundo pistão. . Uma máquina hidráulica proporciona um ganho de força tantas vezes quanto a área do seu pistão grande for maior que a área do pequeno.

Para movimento estacionário de um fluido incompressível, a equação de continuidade é válida. Para um fluido ideal no qual a viscosidade (ou seja, o atrito entre suas partículas) pode ser desprezada, a expressão matemática para a lei da conservação da energia é a equação de Bernoulli .

21. Experiência de Torricelli.

Mudança na pressão atmosférica com a altitude.

Sob a influência da gravidade, as camadas superiores da atmosfera pressionam as subjacentes. Essa pressão, segundo a lei de Pascal, é transmitida em todas as direções. Esta pressão é maior na superfície da Terra e é determinada pelo peso da coluna de ar desde a superfície até o limite da atmosfera. À medida que a altitude aumenta, a massa das camadas atmosféricas que pressionam a superfície diminui, portanto, a pressão atmosférica diminui com a altitude. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 101 kPa. Esta pressão é exercida por uma coluna de mercúrio com 760 mm de altura. Se um tubo no qual um vácuo é criado for abaixado em mercúrio líquido, então, sob a influência da pressão atmosférica, o mercúrio subirá nele a uma altura em que a pressão da coluna líquida se tornará igual à pressão atmosférica externa no aberto superfície do mercúrio. Quando a pressão atmosférica muda, a altura da coluna líquida no tubo também muda.

22. O poder da época de Arquimedes sobre líquidos e gases. Condições de navegação tel.

A dependência da pressão em líquidos e gases com a profundidade leva ao surgimento de uma força de empuxo atuando sobre qualquer corpo imerso em um líquido ou gás. Esta força é chamada de força de Arquimedes. Se um corpo estiver imerso em um líquido, então as pressões nas paredes laterais do vaso são equilibradas entre si, e a resultante das pressões de baixo e de cima é a força de Arquimedes. , ou seja A força que empurra um corpo imerso em um líquido (gás) é igual ao peso do líquido (gás) deslocado pelo corpo. A força de Arquimedes é direcionada de forma oposta à força da gravidade, portanto, quando pesado em um líquido, o peso de um corpo é menor do que no vácuo. Um corpo em um líquido sofre a ação da gravidade e da força de Arquimedes. Se a força da gravidade for maior em módulo, o corpo afunda; se for menor, ele flutua; se forem iguais, pode estar em equilíbrio em qualquer profundidade. Essas relações de força são iguais à razão entre as densidades do corpo e do líquido (gás).

23. Princípios básicos da teoria cinética molecular e sua fundamentação experimental. Movimento browniano. Peso e tamanho moléculas.

A teoria cinética molecular é o estudo da estrutura e propriedades da matéria, utilizando a ideia da existência de átomos e moléculas como as menores partículas da matéria. As principais disposições do MCT: a matéria consiste em átomos e moléculas, essas partículas se movem caoticamente, as partículas interagem entre si. O movimento dos átomos e moléculas e sua interação obedecem às leis da mecânica. Na interação das moléculas quando elas se aproximam, as forças de atração prevalecem primeiro. A uma certa distância entre eles, surgem forças repulsivas que excedem em magnitude as forças atrativas. Moléculas e átomos oscilam aleatoriamente em posições onde as forças de atração e repulsão se equilibram. Num líquido, as moléculas não apenas vibram, mas também saltam de uma posição de equilíbrio para outra (fluidez). Nos gases, as distâncias entre os átomos são muito maiores que os tamanhos das moléculas (compressibilidade e expansão). R. Brown descobriu no início do século 19 que as partículas sólidas se movem aleatoriamente em um líquido. Este fenômeno só poderia ser explicado pelo MCT. Moléculas de um líquido ou gás que se movem aleatoriamente colidem com uma partícula sólida e mudam a direção e a velocidade de seu movimento (enquanto, é claro, mudam sua direção e velocidade). Quanto menor o tamanho da partícula, mais perceptível se torna a mudança no momento. Qualquer substância consiste em partículas, portanto a quantidade de substância é considerada proporcional ao número de partículas. A unidade de quantidade de uma substância é chamada de mol. Um mol é igual à quantidade de uma substância contendo tantos átomos quantos existem em 0,012 kg de carbono 12 C. A razão entre o número de moléculas e a quantidade de substância é chamada de constante de Avogadro: . A quantidade de uma substância pode ser encontrada como a razão entre o número de moléculas e a constante de Avogadro. Massa molar Mé uma quantidade igual à razão entre a massa de uma substância euà quantidade de substância. A massa molar é expressa em quilogramas por mol. A massa molar pode ser expressa em termos da massa da molécula m 0 : .

24. Gás ideal. Equação básica da teoria cinética molecular de um gás ideal.

Para explicar as propriedades da matéria no estado gasoso, utiliza-se o modelo de gás ideal. Este modelo assume o seguinte: as moléculas de gás são insignificantemente pequenas em comparação com o volume do recipiente, não há forças atrativas entre as moléculas e, quando elas colidem entre si e com as paredes do recipiente, atuam forças repulsivas. Uma explicação qualitativa do fenômeno da pressão do gás é que as moléculas de um gás ideal, ao colidirem com as paredes de um vaso, interagem com elas como corpos elásticos. Quando uma molécula colide com a parede de um vaso, a projeção do vetor velocidade no eixo perpendicular à parede muda para o oposto. Portanto, durante uma colisão, a projeção da velocidade varia de –mv x antes mv x, e a mudança no momento é . Durante uma colisão, a molécula atua na parede com uma força igual, de acordo com a terceira lei de Newton, à força de direção oposta. Existem muitas moléculas, e o valor médio da soma geométrica das forças que atuam por parte das moléculas individuais forma a força da pressão do gás nas paredes do vaso. A pressão do gás é igual à razão entre o módulo da força de pressão e a área da parede do vaso: p=F/S. Suponhamos que o gás esteja em um recipiente cúbico. O momento de uma molécula é 2 mv, uma molécula atua na parede com uma força média 2mv/Dt. Hora D t o movimento de uma parede da embarcação para a outra é igual a 2l/v, por isso, . A força de pressão na parede do vaso de todas as moléculas é proporcional ao seu número, ou seja, . Devido à completa aleatoriedade do movimento das moléculas, seu movimento em cada direção é igualmente provável e igual a 1/3 do número total de moléculas. Por isso, . Como a pressão é aplicada à face de um cubo com área eu 2, então a pressão será igual. Esta equação é chamada de equação básica da teoria cinética molecular. Denotando a energia cinética média das moléculas, obtemos.

25. Temperatura, sua medição. Escala de temperatura absoluta. Velocidade das moléculas de gás.

A equação básica do MKT para um gás ideal estabelece uma conexão entre parâmetros micro e macroscópicos. Quando dois corpos entram em contato, seus parâmetros macroscópicos mudam. Quando esta mudança cessa, diz-se que ocorreu o equilíbrio térmico. Um parâmetro físico que é o mesmo em todas as partes de um sistema de corpos em estado de equilíbrio térmico é chamado de temperatura corporal. Experimentos mostraram que para qualquer gás em estado de equilíbrio térmico, a razão entre o produto da pressão e do volume e o número de moléculas é a mesma . Isso permite que o valor seja tomado como uma medida de temperatura. Porque n=N/V, então levando em consideração a equação básica do MKT, portanto, o valor é igual a dois terços da energia cinética média das moléculas. , Onde k– coeficiente de proporcionalidade dependendo da escala. No lado esquerdo desta equação os parâmetros não são negativos. Conseqüentemente, a temperatura de um gás na qual sua pressão em volume constante é zero é chamada de temperatura zero absoluto. O valor deste coeficiente pode ser encontrado a partir de dois estados conhecidos da matéria com pressão, volume, número de moléculas e temperatura conhecidos. . Coeficiente k, chamada constante de Boltzmann, é igual a . Das equações para a relação entre temperatura e energia cinética média segue-se, ou seja, a energia cinética média do movimento caótico das moléculas é proporcional à temperatura absoluta. , . Esta equação mostra que na mesma temperatura e concentração de moléculas, a pressão de quaisquer gases é a mesma.

26. Equação de estado de um gás ideal (equação de Mendeleev-Clapeyron). Processos isotérmicos, isocóricos e isobáricos.

Usando a dependência da pressão com a concentração e a temperatura, pode-se encontrar a relação entre os parâmetros macroscópicos de um gás - volume, pressão e temperatura. . Esta equação é chamada de equação de estado dos gases ideais (equação de Mendeleev-Clapeyron).

Um processo isotérmico é um processo que ocorre a uma temperatura constante. Da equação de estado de um gás ideal segue-se que a temperatura, massa e composição constantes do gás, o produto da pressão e do volume deve permanecer constante. O gráfico de uma isoterma (curva de um processo isotérmico) é uma hipérbole. A equação é chamada de lei de Boyle-Mariotte.

Um processo isocórico é um processo que ocorre a volume, massa e composição constantes do gás. Sob estas condições , onde está o coeficiente de temperatura da pressão do gás. Esta equação é chamada de lei de Charles. O gráfico da equação de um processo isocórico é chamado de isócoro e é uma linha reta que passa pela origem.

Um processo isobárico é um processo que ocorre a pressão, massa e composição do gás constantes. Da mesma forma que para um processo isocórico, podemos obter uma equação para um processo isobárico . A equação que descreve esse processo é chamada de lei de Gay-Lussac. O gráfico da equação de um processo isobárico é chamado de isóbara e é uma linha reta que passa pela origem das coordenadas.

27. Energia interna. Trabalho em termodinâmica.

Se a energia potencial de interação entre as moléculas for zero, então a energia interna é igual à soma das energias cinéticas de movimento de todas as moléculas de gás . Conseqüentemente, quando a temperatura muda, a energia interna do gás também muda. Substituindo a equação de estado de um gás ideal na equação da energia, descobrimos que a energia interna é diretamente proporcional ao produto da pressão e do volume do gás. . A energia interna de um corpo só pode mudar quando interage com outros corpos. Durante a interação mecânica dos corpos (interação macroscópica), a medida da energia transferida é o trabalho A. Durante a troca de calor (interação microscópica), a medida da energia transferida é a quantidade de calor P. Em um sistema termodinâmico não isolado, a mudança na energia interna D você igual à soma da quantidade de calor transferida P e o trabalho de forças externas A. Em vez de trabalho A realizado por forças externas, é mais conveniente considerar o trabalho A` realizada pelo sistema sobre corpos externos. UMA = –A`. Então a primeira lei da termodinâmica é expressa como, ou. Isso significa que qualquer máquina pode realizar trabalho em corpos externos apenas recebendo uma quantidade de calor externa. P ou diminuição da energia interna D você. Esta lei exclui a criação de uma máquina de movimento perpétuo de primeiro tipo.

28. Quantidade de calor. Capacidade térmica específica de uma substância. A lei da conservação da energia nos processos térmicos (a primeira lei da termodinâmica).

O processo de transferência de calor de um corpo para outro sem realizar trabalho é chamado de transferência de calor. A energia transferida para o corpo como resultado da troca de calor é chamada de quantidade de calor. Se o processo de transferência de calor não for acompanhado de trabalho, então ele se baseia na primeira lei da termodinâmica. A energia interna de um corpo é proporcional à massa do corpo e à sua temperatura, portanto . Magnitude Comé chamado de capacidade térmica específica, a unidade é . A capacidade térmica específica mostra quanto calor deve ser transferido para aquecer 1 kg de uma substância em 1 grau. A capacidade térmica específica não é uma característica inequívoca e depende do trabalho realizado pelo corpo durante a transferência de calor.

Ao realizar a troca de calor entre dois corpos em condições de trabalho zero de forças externas e em isolamento térmico de outros corpos, de acordo com a lei da conservação da energia . Se a mudança na energia interna não for acompanhada de trabalho, então, ou, onde. Esta equação é chamada de equação do balanço de calor.

29. Aplicação da primeira lei da termodinâmica aos isoprocessos. Processo adiabático. Irreversibilidade dos processos térmicos.

Um dos principais processos que realizam trabalho na maioria das máquinas é o processo de expansão do gás com a execução do trabalho. Se durante a expansão isobárica de um gás a partir do volume V1 até volume V2 o deslocamento do pistão do cilindro foi eu, então trabalhe A perfeito pelo gás é igual a , ou . Se compararmos as áreas sob a isóbara e a isotérmica, que são trabalho, podemos concluir que com a mesma expansão do gás na mesma pressão inicial no caso de um processo isotérmico, menos trabalho será realizado. Além dos processos isobáricos, isocóricos e isotérmicos, existem os chamados. processo adiabático. Adiabático é um processo que ocorre na ausência de transferência de calor. O processo de rápida expansão ou compressão de um gás pode ser considerado próximo do adiabático. Neste processo, o trabalho é realizado devido a mudanças na energia interna, ou seja, , portanto, durante um processo adiabático a temperatura diminui. Como durante a compressão adiabática de um gás a temperatura do gás aumenta, a pressão do gás aumenta mais rapidamente com a diminuição do volume do que durante um processo isotérmico.

Os processos de transferência de calor ocorrem espontaneamente em apenas uma direção. A transferência de calor sempre ocorre para um corpo mais frio. A segunda lei da termodinâmica afirma que é impossível um processo termodinâmico, pelo qual o calor seria transferido de um corpo para outro, mais quente, sem quaisquer outras alterações. Esta lei exclui a criação de uma máquina de movimento perpétuo de segundo tipo.

30. O princípio de funcionamento dos motores térmicos. Eficiência do motor térmico.

Normalmente em motores térmicos, o trabalho é realizado por um gás em expansão. O gás que realiza trabalho durante a expansão é chamado de fluido de trabalho. A expansão do gás ocorre como resultado do aumento de sua temperatura e pressão quando aquecido. Um dispositivo do qual o fluido de trabalho recebe calor P chamado de aquecedor. O dispositivo para o qual a máquina transfere calor após completar seu curso de trabalho é chamado de refrigerador. Primeiro, a pressão aumenta isocoricamente, expande isobaricamente, esfria isocoricamente e contrai isobaricamente.<рисунок с подъемником>. Como resultado do ciclo de trabalho, o gás retorna ao seu estado inicial, sua energia interna assume seu valor original. Significa que . De acordo com a primeira lei da termodinâmica, . O trabalho realizado pelo corpo por ciclo é igual a Q. A quantidade de calor recebida pelo corpo por ciclo é igual à diferença entre o calor recebido do aquecedor e o fornecido ao refrigerador. Por isso, . A eficiência de uma máquina é a relação entre a energia útil utilizada e a energia gasta.

31. Evaporação e condensação. Pares saturados e insaturados. Umidade do ar.

A distribuição desigual da energia cinética do movimento térmico leva a isso. Que a qualquer temperatura a energia cinética de algumas moléculas pode exceder a energia potencial de ligação com o resto. A evaporação é o processo pelo qual as moléculas escapam da superfície de um líquido ou sólido. A evaporação é acompanhada de resfriamento, porque moléculas mais rápidas deixam o líquido. A evaporação de um líquido em um recipiente fechado a temperatura constante leva a um aumento na concentração de moléculas no estado gasoso. Depois de algum tempo, ocorre um equilíbrio entre o número de moléculas que evaporam e aquelas que retornam ao líquido. Uma substância gasosa em equilíbrio dinâmico com seu líquido é chamada de vapor saturado. O vapor a uma pressão abaixo da pressão de vapor saturado é denominado insaturado. A pressão de vapor saturado não depende do volume a temperatura constante (de ). A uma concentração constante de moléculas, a pressão do vapor saturado aumenta mais rapidamente do que a pressão de um gás ideal, porque Sob a influência da temperatura, o número de moléculas aumenta. A razão entre a pressão do vapor d'água em uma determinada temperatura e a pressão do vapor saturado na mesma temperatura, expressa como uma porcentagem, é chamada de umidade relativa. Quanto mais baixa a temperatura, menor a pressão do vapor saturado; portanto, quando resfriado a uma determinada temperatura, o vapor fica saturado. Esta temperatura é chamada de ponto de orvalho tp.

32. Corpos cristalinos e amorfos. Propriedades mecânicas dos sólidos. Deformações elásticas.

Corpos amorfos são aqueles cujas propriedades físicas são iguais em todas as direções (corpos isotrópicos). A isotropia das propriedades físicas é explicada pelo arranjo aleatório das moléculas. Os sólidos nos quais as moléculas estão ordenadas são chamados de cristais. As propriedades físicas dos corpos cristalinos não são iguais em direções diferentes (corpos anisotrópicos). A anisotropia das propriedades dos cristais é explicada pelo fato de que com uma estrutura ordenada, as forças de interação são desiguais em diferentes direções. Um efeito mecânico externo sobre um corpo causa um deslocamento dos átomos de uma posição de equilíbrio, o que leva a uma mudança na forma e no volume do corpo - deformação. A deformação pode ser caracterizada por alongamento absoluto, igual à diferença de comprimentos antes e depois da deformação, ou por alongamento relativo. Quando um corpo se deforma, surgem forças elásticas. Uma quantidade física igual à razão entre o módulo da força elástica e a área da seção transversal de um corpo é chamada de estresse mecânico. Em pequenas deformações, a tensão é diretamente proporcional ao alongamento. Fator de proporcionalidade E na equação é chamado de módulo de elasticidade (módulo de Young). O módulo de elasticidade é constante para um determinado material , onde . A energia potencial de um corpo deformado é igual ao trabalho despendido na tração ou compressão. Daqui .

A lei de Hooke é válida apenas para pequenas deformações. A tensão máxima na qual ainda é satisfeita é chamada de limite proporcional. Além deste limite, a tensão para de crescer proporcionalmente. Até um certo nível de tensão, o corpo deformado restaurará suas dimensões após a remoção da carga. Este ponto é denominado limite elástico do corpo. Quando o limite elástico é ultrapassado, inicia-se a deformação plástica, na qual o corpo não recupera sua forma anterior. Na região de deformação plástica a tensão quase não aumenta. Este fenômeno é chamado de fluxo de material. Além do ponto de escoamento, a tensão aumenta até um ponto denominado resistência máxima, após o qual a tensão diminui até o corpo falhar.

33. Propriedades dos líquidos. Tensão superficial. Fenômenos capilares.

A possibilidade de movimento livre de moléculas em um líquido determina a fluidez do líquido. Um corpo no estado líquido não tem forma constante. A forma do líquido é determinada pela forma do recipiente e pelas forças de tensão superficial. Dentro do líquido, as forças atrativas das moléculas são compensadas, mas na superfície não. Qualquer molécula localizada perto da superfície é atraída por moléculas dentro do líquido. Sob a influência dessas forças, as moléculas da superfície são puxadas para dentro até que a superfície livre se torne a menor possível. Porque Se uma esfera tem a superfície mínima para um determinado volume, então com pouca ação de outras forças a superfície assume a forma de um segmento esférico. A superfície do líquido na borda do vaso é chamada de menisco. O fenômeno de molhamento é caracterizado pelo ângulo de contato entre a superfície e o menisco no ponto de intersecção. A magnitude da força de tensão superficial em uma seção de comprimento D eu igual a . A curvatura da superfície cria um excesso de pressão no líquido, igual a, para um ângulo e raio de contato conhecidos . O coeficiente s é chamado de coeficiente de tensão superficial. Um capilar é um tubo com pequeno diâmetro interno. Com umedecimento completo, a força de tensão superficial é direcionada ao longo da superfície do corpo. Neste caso, a subida do líquido através do capilar continua sob a influência desta força até que a força da gravidade equilibre a força da tensão superficial, porque , Que.

34. Carga elétrica. Interação de corpos carregados. Lei de Coulomb. Lei da conservação da carga elétrica.

Nem a mecânica nem o MCT são capazes de explicar a natureza das forças que ligam os átomos. As leis de interação entre átomos e moléculas podem ser explicadas com base no conceito de cargas elétricas.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>A interação dos corpos detectada neste experimento é chamada de eletromagnética e é determinada por cargas elétricas. A capacidade das cargas de atrair e repelir é explicada pela suposição de que existem dois tipos de cargas - positivas e negativas. Corpos carregados com a mesma carga se repelem, mas corpos com cargas diferentes se atraem. A unidade de carga é um coulomb - uma carga que passa pela seção transversal de um condutor em 1 segundo com uma corrente de 1 ampere. Num sistema fechado, no qual as cargas elétricas não entram de fora e do qual as cargas elétricas não saem durante nenhuma interação, a soma algébrica das cargas de todos os corpos é constante. A lei básica da eletrostática, também conhecida como lei de Coulomb, afirma que o módulo da força de interação entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto dos módulos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. A força é direcionada ao longo da linha reta que conecta os corpos carregados. É uma força repulsiva ou atrativa, dependendo do sinal das cargas. Constante k na expressão da lei de Coulomb é igual a . Em vez deste coeficiente, o chamado constante elétrica associada ao coeficiente k expressão, de. A interação de cargas elétricas estacionárias é chamada eletrostática.

35. Campo elétrico. Intensidade do campo elétrico. O princípio da superposição de campos elétricos.

Com base na teoria da ação de curto alcance, existe um campo elétrico em torno de cada carga. Um campo elétrico é um objeto material, existe constantemente no espaço e é capaz de atuar sobre outras cargas. Um campo elétrico se propaga pelo espaço à velocidade da luz. Uma quantidade física igual à razão entre a força com a qual o campo elétrico atua sobre uma carga de teste (uma pequena carga pontual positiva que não afeta a configuração do campo) e o valor dessa carga é chamada de intensidade do campo elétrico. Usando a lei de Coulomb é possível obter uma fórmula para a intensidade do campo criado pela carga qà distância R da carga . A intensidade do campo não depende da carga sobre a qual atua. Se estiver no comando q Campos elétricos de várias cargas atuam simultaneamente, então a força resultante é igual à soma geométrica das forças que atuam de cada campo separadamente. Isso é chamado de princípio da superposição de campos elétricos. A linha de intensidade do campo elétrico é uma linha cuja tangente em cada ponto coincide com o vetor de intensidade. As linhas de tensão começam nas cargas positivas e terminam nas negativas, ou vão até o infinito. Um campo elétrico cuja intensidade é a mesma para todos em qualquer ponto do espaço é chamado de campo elétrico uniforme. O campo entre duas placas metálicas paralelas com cargas opostas pode ser considerado aproximadamente uniforme. Com distribuição uniforme de carga q sobre a superfície da área S a densidade de carga superficial é . Para um plano infinito com densidade de carga superficial s, a intensidade do campo é a mesma em todos os pontos do espaço e é igual a .

36. O trabalho do campo eletrostático ao mover uma carga. Diferença potencial.

Quando uma carga é movida por um campo elétrico ao longo de uma distância, o trabalho realizado é igual a . Como no caso do trabalho da gravidade, o trabalho da força de Coulomb não depende da trajetória da carga. Quando a direção do vetor deslocamento muda em 180 0, o trabalho das forças do campo muda de sinal para o oposto. Assim, o trabalho realizado pelas forças do campo eletrostático ao mover uma carga ao longo de um circuito fechado é zero. Um campo cujo trabalho de forças ao longo de um caminho fechado é zero é chamado de campo potencial.

Assim como um corpo de massa eu em um campo gravitacional tem energia potencial proporcional à massa do corpo, uma carga elétrica em um campo eletrostático tem energia potencial Wp, proporcional à carga. O trabalho realizado pelas forças do campo eletrostático é igual à variação da energia potencial da carga, tomada com sinal oposto. Num determinado ponto de um campo eletrostático, diferentes cargas podem ter diferentes energias potenciais. Mas a razão entre a energia potencial e a carga em um determinado ponto é um valor constante. Essa grandeza física é chamada de potencial de campo elétrico, a partir do qual a energia potencial de uma carga é igual ao produto do potencial em um determinado ponto pela carga. Potencial é uma quantidade escalar; o potencial de vários campos é igual à soma dos potenciais desses campos. A medida da mudança na energia durante a interação dos corpos é o trabalho. Ao mover uma carga, o trabalho realizado pelas forças do campo eletrostático é igual à variação da energia com sinal oposto, portanto. Porque o trabalho depende da diferença de potencial e não depende da trajetória entre eles, então a diferença de potencial pode ser considerada uma característica energética do campo eletrostático. Se o potencial a uma distância infinita da carga for considerado igual a zero, então a uma distância R da cobrança é determinado pela fórmula .

A razão entre o trabalho realizado por qualquer campo elétrico ao mover uma carga positiva de um ponto a outro do campo e o valor da carga é chamada de tensão entre esses pontos, de onde vem o trabalho. Num campo eletrostático, a tensão entre dois pontos quaisquer é igual à diferença de potencial entre esses pontos. A unidade de tensão (e diferença de potencial) é chamada de volt. 1 volt é igual à voltagem na qual o campo realiza 1 joule de trabalho para mover 1 coulomb de carga. Por um lado, o trabalho realizado para mover uma carga é igual ao produto da força pelo deslocamento. Por outro lado, pode ser encontrado a partir da tensão conhecida entre seções do caminho. Daqui. A unidade de intensidade do campo elétrico é volt por metro ( eu sou).

Um capacitor é um sistema de dois condutores separados por uma camada dielétrica, cuja espessura é pequena em comparação com o tamanho dos condutores. Entre as placas a intensidade do campo é igual ao dobro da intensidade de cada uma das placas; fora das placas é zero. Uma quantidade física igual à razão entre a carga de uma das placas e a tensão entre as placas é chamada de capacidade elétrica do capacitor. A unidade de capacidade elétrica é o farad; um capacitor tem capacidade de 1 farad, entre as placas cuja tensão é igual a 1 volt quando uma carga de 1 coulomb é transmitida às placas. A intensidade do campo entre as placas de um capacitor sólido é igual à soma da intensidade das placas. , e porque para um campo homogêneo é satisfeito, então , ou seja a capacidade elétrica é diretamente proporcional à área das placas e inversamente proporcional à distância entre elas. Quando um dielétrico é introduzido entre as placas, sua capacidade elétrica aumenta em e vezes, onde e é a constante dielétrica do material introduzido.

38. A constante dielétrica. Energia do campo elétrico.

Constante dielétrica é uma quantidade física que caracteriza a razão entre o módulo da intensidade do campo elétrico no vácuo e o módulo do campo elétrico em um dielétrico homogêneo. O trabalho realizado pelo campo elétrico é igual, mas quando o capacitor é carregado, sua tensão aumenta de 0 antes você, É por isso . Portanto, a energia potencial do capacitor é igual a.

39. Corrente elétrica. Força atual. Condições para a existência de corrente elétrica.

A corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas. A direção da corrente é considerada o movimento das cargas positivas. Cargas elétricas podem se mover ordenadamente sob a influência de um campo elétrico. Portanto, uma condição suficiente para a existência de corrente é a presença de um campo e de portadores de carga gratuitos. Um campo elétrico pode ser criado por dois corpos conectados com cargas diferentes. Taxa de carga D q, transferido através da seção transversal do condutor durante o intervalo de tempo D t a esse intervalo é chamado de intensidade da corrente. Se a intensidade da corrente não mudar com o tempo, a corrente será chamada de constante. Para que a corrente exista em um condutor por muito tempo, é necessário que as condições que causam a corrente permaneçam inalteradas.<схема с один резистором и батареей>. As forças que fazem com que a carga se mova dentro de uma fonte de corrente são chamadas de forças estranhas. Em uma célula galvânica (e qualquer bateria – por exemplo???) são as forças de uma reação química, em uma máquina DC - a força de Lorentz.

40. Lei de Ohm para uma seção de circuito. Resistência do condutor. Dependência da resistência do condutor da temperatura. Supercondutividade. Conexão serial e paralela de condutores.

A relação entre a tensão entre as extremidades de uma seção de um circuito elétrico e a corrente é um valor constante e é chamada de resistência. A unidade de resistência é 0 ohm; uma resistência de 1 ohm é aquela seção do circuito em que, a uma corrente de 1 ampere, a tensão é igual a 1 volt. A resistência é diretamente proporcional ao comprimento e inversamente proporcional à área da seção transversal, onde r é a resistividade elétrica, um valor constante para uma determinada substância sob determinadas condições. Quando aquecidos, a resistividade dos metais aumenta de acordo com uma lei linear, onde r 0 é a resistividade a 0 0 C, a é o coeficiente de resistência de temperatura, específico para cada metal. Em temperaturas próximas do zero absoluto, a resistência das substâncias cai drasticamente para zero. Este fenômeno é chamado de supercondutividade. A passagem de corrente em materiais supercondutores ocorre sem perdas devido ao aquecimento do condutor.

A lei de Ohm para uma seção de um circuito é chamada de equação. Quando os condutores são conectados em série, a corrente é a mesma em todos os condutores e a tensão nas extremidades do circuito é igual à soma das tensões em todos os condutores conectados em série. . Quando os condutores são conectados em série, a resistência total é igual à soma das resistências dos componentes. Em uma conexão paralela, a tensão nas extremidades de cada seção do circuito é a mesma e a intensidade da corrente é ramificada em partes separadas. Daqui. Ao conectar condutores em paralelo, o valor recíproco da resistência total é igual à soma dos valores recíprocos das resistências de todos os condutores conectados em paralelo.

41. Trabalho e potência atual. Força eletromotriz. Lei de Ohm para um circuito completo.

O trabalho realizado pelas forças do campo elétrico que cria uma corrente elétrica é chamado de trabalho da corrente. Trabalho A corrente na área com resistência R no tempo D t igual a . A potência da corrente elétrica é igual à razão entre o trabalho e o tempo de conclusão, ou seja, . O trabalho é expresso, como sempre, em joules, a potência - em watts. Se nenhum trabalho for realizado em uma seção do circuito sob a influência de um campo elétrico e nenhuma reação química ocorrer, então o trabalho leva ao aquecimento do condutor. Neste caso, o trabalho é igual à quantidade de calor liberada pelo condutor condutor de corrente (Lei de Joule-Lenz).

Num circuito elétrico, o trabalho é realizado não apenas na parte externa, mas também na bateria. A resistência elétrica de uma fonte de corrente é chamada de resistência interna R. Na seção interna do circuito, uma quantidade de calor igual a . O trabalho total realizado pelas forças do campo eletrostático ao se moverem em um circuito fechado é zero, portanto todo o trabalho é realizado devido a forças externas que mantêm uma tensão constante. A razão entre o trabalho realizado por forças externas e a carga transferida é chamada força eletromotriz da fonte, onde D q– cobrança transferida. Se, como resultado da passagem de corrente contínua, ocorreu apenas aquecimento dos condutores, então de acordo com a lei da conservação da energia , ou seja . O fluxo de corrente em um circuito elétrico é diretamente proporcional à fem e inversamente proporcional à resistência total do circuito.

42. Semicondutores. Condutividade elétrica de semicondutores e sua dependência da temperatura. Condutividade intrínseca e de impureza de semicondutores.

Muitas substâncias não conduzem corrente tão bem quanto os metais, mas ao mesmo tempo não são dielétricos. Uma das diferenças entre os semicondutores é que quando aquecidos ou iluminados, sua resistividade não aumenta, mas diminui. Mas sua principal propriedade aplicável na prática acabou sendo a condutividade unidirecional. Devido à distribuição desigual da energia do movimento térmico em um cristal semicondutor, alguns átomos são ionizados. Os elétrons liberados não podem ser capturados pelos átomos circundantes, porque suas ligações de valência estão saturadas. Esses elétrons livres podem se mover através do metal, criando uma corrente de condução eletrônica. Ao mesmo tempo, o átomo de cuja camada um elétron escapou torna-se um íon. Este íon é neutralizado pela captura de um átomo vizinho. Como resultado desse movimento caótico, ocorre um movimento do local com o íon ausente, que é visível externamente como o movimento de uma carga positiva. Isso é chamado de corrente de condução de furo. Em um cristal semicondutor ideal, a corrente é criada pelo movimento de números iguais de elétrons livres e lacunas. Este tipo de condutividade é chamado de condutividade intrínseca. À medida que a temperatura diminui, o número de elétrons livres, proporcional à energia média dos átomos, diminui e o semicondutor torna-se semelhante a um dielétrico. Para melhorar a condutividade, às vezes são adicionadas impurezas a um semicondutor, que podem ser doadoras (aumentar o número de elétrons sem aumentar o número de lacunas) e aceitadoras (aumentar o número de lacunas sem aumentar o número de elétrons). Semicondutores onde o número de elétrons excede o número de buracos são chamados de semicondutores eletrônicos ou semicondutores do tipo n. Semicondutores onde o número de buracos excede o número de elétrons são chamados de semicondutores de buracos ou semicondutores do tipo p.

43. Diodo semicondutor. Transistor.

Um diodo semicondutor consiste em p-n transição, ou seja, de dois semicondutores conectados de diferentes tipos de condutividade. Ao se conectar, os elétrons se difundem em R-semicondutor. Isso leva ao aparecimento no semicondutor eletrônico de íons positivos descompensados ​​da impureza doadora, e no semicondutor buraco - íons negativos da impureza aceitadora que capturaram os elétrons difundidos. Um campo elétrico surge entre as duas camadas. Se uma carga positiva for aplicada à área com condutividade eletrônica e uma carga negativa à área com condutividade de furo, o campo de bloqueio aumentará, a intensidade da corrente diminuirá drasticamente e é quase independente da tensão. Este método de ativação é chamado de bloqueio, e a corrente que flui no diodo é chamada de reversa. Se uma carga positiva for aplicada à área com condutividade de furo e uma carga negativa à área com condutividade de elétrons, o campo de bloqueio enfraquecerá; a intensidade da corrente através do diodo, neste caso, depende apenas da resistência do circuito externo. Este método de comutação é chamado de bypass, e a corrente que flui no diodo é chamada de direta.

Um transistor, também conhecido como triodo semicondutor, consiste em dois p-n(ou n-p) transições. A parte central do cristal é chamada de base, as partes externas são emissor e coletor. Transistores nos quais a base possui condutividade de furo são chamados de transistores p-n-p transição. Para acionar um transistor p-n-p-tensão do tipo de polaridade negativa em relação ao emissor é aplicada ao coletor. A tensão na base pode ser positiva ou negativa. Porque houver mais buracos, então a corrente principal através da junção será um fluxo de difusão de buracos de R-regiões Se uma pequena tensão direta for aplicada ao emissor, uma corrente de buraco fluirá através dele, difundindo-se de R-regiões em n-área (base). Mas porque Se a base for estreita, os buracos voam através dela, acelerados pelo campo, até o coletor. (???, não entendi alguma coisa aqui...). O transistor é capaz de distribuir a corrente, amplificando-a. A razão entre a mudança na corrente no circuito coletor e a mudança na corrente no circuito de base, sendo outras coisas iguais, é um valor constante, chamado de coeficiente de transferência integral da corrente de base. Portanto, alterando a corrente no circuito base, é possível obter alterações na corrente do circuito coletor. (???)

44. Corrente elétrica em gases. Tipos de descargas de gás e sua aplicação. O conceito de plasma.

O gás, quando exposto à luz ou ao calor, pode se tornar um condutor de corrente. O fenômeno da corrente que passa por um gás sob influência externa é denominado descarga elétrica não autossustentável. O processo de formação de íons gasosos sob a influência da temperatura é denominado ionização térmica. O aparecimento de íons sob a influência da radiação luminosa é a fotoionização. Um gás no qual uma porção significativa das moléculas é ionizada é denominado plasma. A temperatura plasmática atinge vários milhares de graus. Os elétrons e íons do plasma são capazes de se mover sob a influência de um campo elétrico. À medida que a intensidade do campo aumenta, dependendo da pressão e da natureza do gás, nele ocorre uma descarga sem a influência de ionizadores externos. Este fenômeno é chamado de descarga elétrica autossustentada. Para que um elétron ionize um átomo quando o atinge, ele deve ter uma energia não inferior à do trabalho de ionização. Um elétron pode adquirir essa energia sob a influência das forças de um campo elétrico externo em um gás ao longo de seu caminho livre, ou seja, . Porque o caminho livre médio é pequeno, a descarga independente só é possível com alta intensidade de campo. Em baixa pressão do gás, forma-se uma descarga luminescente, que é explicada por um aumento na condutividade do gás durante a rarefação (o caminho livre aumenta). Se a corrente em uma autodescarga for muito alta, os impactos dos elétrons podem causar aquecimento do cátodo e do ânodo. Em altas temperaturas, elétrons são emitidos da superfície do cátodo, mantendo uma descarga no gás. Este tipo de descarga é denominado arco.

45. Corrente elétrica no vácuo. Emissão termionica. Tubo de raios catódicos.

Não existem portadores de carga livres no vácuo, portanto, sem influência externa, não há corrente no vácuo. Pode ocorrer se um dos eletrodos for aquecido a uma temperatura alta. O cátodo aquecido emite elétrons de sua superfície. O fenômeno da emissão de elétrons livres da superfície de corpos aquecidos é denominado emissão termiônica. O dispositivo mais simples que utiliza emissão termiônica é um diodo de vácuo. O ânodo consiste em uma placa de metal, o cátodo - em um fio fino enrolado. Uma nuvem de elétrons é criada ao redor do cátodo quando ele é aquecido. Se você conectar o cátodo ao terminal positivo da bateria e o ânodo ao terminal negativo, o campo dentro do diodo desviará os elétrons para o cátodo e nenhuma corrente fluirá. Se você conectar o caminho oposto - o ânodo ao positivo e o cátodo ao negativo - o campo elétrico moverá os elétrons em direção ao ânodo. Isso explica a propriedade de condutividade unidirecional do diodo. O fluxo de elétrons que se movem do cátodo para o ânodo pode ser controlado por meio de um campo eletromagnético. Para fazer isso, o diodo é modificado e uma grade é adicionada entre o ânodo e o cátodo. O dispositivo resultante é chamado triodo. Se um potencial negativo for aplicado à grade, o campo entre a grade e o cátodo impedirá o movimento do elétron. Se você aplicar um campo positivo, o campo impedirá o movimento dos elétrons. Os elétrons emitidos pelo cátodo podem ser acelerados a altas velocidades usando campos elétricos. A capacidade dos feixes de elétrons de serem desviados por campos eletromagnéticos é usada em CRTs.

46. ​​​​Interação magnética de correntes. Um campo magnético. A força que atua sobre um condutor que transporta corrente em um campo magnético. Indução de campo magnético.

Se uma corrente de mesma direção passa pelos condutores, eles se atraem e, se forem iguais, eles se repelem. Consequentemente, existe alguma interação entre os condutores, que não pode ser explicada pela presença de um campo elétrico, pois Em geral, os condutores são eletricamente neutros. Um campo magnético é criado por cargas elétricas em movimento e afeta apenas cargas em movimento. O campo magnético é um tipo especial de matéria e é contínuo no espaço. A passagem de corrente elétrica por um condutor é acompanhada pela geração de um campo magnético, independente do meio. A interação magnética dos condutores é usada para determinar a magnitude da corrente. 1 ampere é a intensidade da corrente que passa por dois condutores paralelos de comprimento e pequena seção transversal, localizados a uma distância de 1 metro um do outro, nos quais o fluxo magnético provoca uma força de interação para baixo igual a cada metro de comprimento. A força com a qual um campo magnético atua sobre um condutor que transporta corrente é chamada de força Ampere. Para caracterizar a capacidade de um campo magnético de influenciar um condutor condutor de corrente, existe uma quantidade chamada indução magnética. O módulo de indução magnética é igual à razão entre o valor máximo da força Ampere atuando em um condutor que transporta corrente e a intensidade da corrente no condutor e seu comprimento. A direção do vetor de indução é determinada pela regra da mão esquerda (condutor na mão, força no polegar, indução na palma). A unidade de indução magnética é tesla, igual à indução de tal fluxo magnético em que uma força máxima de amperagem de 1 newton atua sobre 1 metro de condutor com uma corrente de 1 ampere. Uma linha em qualquer ponto do qual o vetor de indução magnética é direcionado tangencialmente é chamada de linha de indução magnética. Se em todos os pontos de algum espaço o vetor de indução tiver o mesmo valor absoluto e a mesma direção, então o campo nesta parte é denominado homogêneo. Dependendo do ângulo de inclinação do condutor condutor de corrente em relação ao vetor de indução magnética das forças Ampere, ele muda em proporção ao seno do ângulo.

47. Lei de Ampère. O efeito de um campo magnético sobre uma carga em movimento. Força de Lorentz.

O efeito de um campo magnético sobre uma corrente em um condutor indica que ele atua sobre cargas em movimento. Força atual EU em um condutor está relacionado à concentração n partículas carregadas livres, velocidade v seu movimento ordenado e área S seção transversal do condutor pela expressão , onde q– carga de uma partícula. Substituindo esta expressão na fórmula da força Ampere, obtemos . Porque nSl igual ao número de partículas livres em um condutor de comprimento eu, então a força que atua do campo em uma partícula carregada movendo-se com velocidade v em um ângulo a em relação ao vetor de indução magnética B igual a . Esta força é chamada de força de Lorentz. A direção da força de Lorentz para uma carga positiva é determinada pela regra da mão esquerda. Em um campo magnético uniforme, uma partícula que se move perpendicularmente às linhas de indução do campo magnético adquire aceleração centrípeta sob a influência da força de Lorentz e se move em círculo. O raio do círculo e o período de revolução são determinados pelas expressões . A independência do período orbital do raio e da velocidade é usada em um acelerador de partículas carregadas - um cíclotron.

48. Propriedades magnéticas da matéria. Ferromagnetos.

A interação eletromagnética depende do ambiente em que as cargas estão localizadas. Se você pendurar um pequeno perto de uma bobina grande, ele se desviará. Se um núcleo de ferro for inserido no núcleo maior, o desvio aumentará. Esta mudança mostra que a indução muda quando o núcleo é adicionado. Substâncias que aumentam significativamente um campo magnético externo são chamadas ferromagnetos. Uma quantidade física que mostra quantas vezes a indutância de um campo magnético em um meio difere da indutância de um campo no vácuo é chamada de permeabilidade magnética. Nem todas as substâncias aumentam o campo magnético. Os paramagnetos criam um campo fraco que coincide em direção com o externo. Os diamagnetos enfraquecem o campo externo com seu campo. O ferromagnetismo é explicado pelas propriedades magnéticas do elétron. Um elétron é uma carga em movimento e, portanto, possui seu próprio campo magnético. Em alguns cristais, existem condições para orientação paralela dos campos magnéticos dos elétrons. Como resultado, áreas magnetizadas chamadas domínios aparecem dentro do cristal ferromagnético. À medida que o campo magnético externo aumenta, os domínios ordenam sua orientação. Em um determinado valor de indução, ocorre uma ordenação completa da orientação dos domínios e ocorre a saturação magnética. Quando um ferromagneto é removido de um campo magnético externo, nem todos os domínios perdem sua orientação e o corpo se torna um ímã permanente. A orientação ordenada dos domínios pode ser perturbada pelas vibrações térmicas dos átomos. A temperatura na qual uma substância deixa de ser ferromagnética é chamada de temperatura Curie.

49. Indução eletromagnética. Fluxo magnético. Lei da indução eletromagnética. Regra de Lenz.

Num circuito fechado, quando o campo magnético muda, surge uma corrente elétrica. Esta corrente é chamada de corrente induzida. O fenômeno da geração de corrente em um circuito fechado devido a mudanças no campo magnético que penetra no circuito é chamado de indução eletromagnética. O aparecimento de corrente em circuito fechado indica a presença de forças externas de natureza não eletrostática ou a ocorrência de fem induzida. Uma descrição quantitativa do fenômeno da indução eletromagnética é dada com base no estabelecimento da conexão entre a fem induzida e o fluxo magnético. Fluxo magnético F através da superfície é uma quantidade física igual ao produto da área da superfície S por módulo do vetor de indução magnética B e pelo cosseno do ângulo a entre ele e a normal à superfície. A unidade de fluxo magnético é o weber, que é igual ao fluxo que, ao diminuir uniformemente até zero em 1 segundo, causa uma fem de 1 volt. A direção da corrente de indução depende se o fluxo que passa pelo circuito aumenta ou diminui, bem como da direção do campo em relação ao circuito. A formulação geral da regra de Lenz: a corrente induzida que surge em um circuito fechado tem uma direção tal que o fluxo magnético por ela criado através da área limitada pelo circuito tende a compensar a mudança no fluxo magnético que causa essa corrente. Lei da indução eletromagnética: A fem induzida em um circuito fechado é diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo magnético através da superfície delimitada por este circuito e é igual à taxa de variação desse fluxo, levando em consideração a regra de Lenz. Quando o EMF muda em uma bobina que consiste em n voltas idênticas, a fem total em n vezes a fem em uma única volta. Para um campo magnético uniforme, com base na definição de fluxo magnético, segue-se que a indução é igual a 1 Tesla se o fluxo através de um circuito de 1 metro quadrado for igual a 1 Weber. A ocorrência de corrente elétrica em um condutor estacionário não é explicada pela interação magnética, pois O campo magnético atua apenas sobre cargas em movimento. O campo elétrico que surge quando o campo magnético muda é chamado de campo elétrico parasita. O trabalho das forças do campo de vórtice para mover cargas é a fem induzida. O campo de vórtice não está associado a cargas e representa linhas fechadas. O trabalho realizado pelas forças deste campo ao longo de um circuito fechado pode ser diferente de zero. O fenômeno da indução eletromagnética também ocorre quando a fonte do fluxo magnético está em repouso e o condutor em movimento. Neste caso, a causa da ocorrência de uma fem induzida igual a , é a força de Lorentz.

50. O fenômeno da autoindução. Indutância. Energia do campo magnético.

A corrente elétrica que passa por um condutor cria um campo magnético ao seu redor. Fluxo magnético F através do circuito é proporcional ao vetor de indução magnética EM, e a indução, por sua vez, é a intensidade da corrente no condutor. Portanto, para fluxo magnético podemos escrever. O coeficiente de proporcionalidade é denominado indutância e depende das propriedades do condutor, de seu tamanho e do ambiente em que está localizado. A unidade de indutância é Henry, a indutância é igual a 1 Henry se, com uma intensidade de corrente de 1 ampere, o fluxo magnético for igual a 1 Weber. Quando a corrente na bobina muda, o fluxo magnético criado por esta corrente muda. Uma mudança no fluxo magnético faz com que uma fem induzida apareça na bobina. O fenômeno da ocorrência de fem induzida em uma bobina como resultado de uma mudança na intensidade da corrente neste circuito é chamado de autoindução. De acordo com a regra de Lenz, a fem autoindutiva evita um aumento ao ligar e uma diminuição ao desligar o circuito. Fem auto-induzida surgindo em uma bobina indutiva eu, de acordo com a lei da indução eletromagnética é igual a . Suponha que quando a rede é desconectada da fonte, a corrente diminui de acordo com uma lei linear. Então a fem de autoindução tem um valor constante igual a . Durante t com uma diminuição linear, uma carga passará pelo circuito. Neste caso, o trabalho realizado pela corrente elétrica é igual a . Este trabalho é feito para a luz da energia W m campo magnético da bobina.

51. Vibrações harmônicas. Amplitude, período, frequência e fase das oscilações.

Vibrações mecânicas são movimentos de corpos que se repetem exatamente ou aproximadamente em intervalos regulares. As forças que atuam entre os corpos dentro do sistema de corpos em consideração são chamadas de forças internas. As forças que atuam sobre os corpos do sistema provenientes de outros corpos são chamadas de forças externas. Vibrações livres são vibrações que surgem sob a influência de forças internas, por exemplo, um pêndulo em uma corda. Vibrações sob a influência de forças externas são oscilações forçadas, por exemplo, um pistão em um motor. A característica comum de todos os tipos de vibrações é a repetibilidade do processo de movimento após um determinado intervalo de tempo. Vibrações harmônicas são aquelas descritas pela equação . Em particular, as oscilações que ocorrem num sistema com uma força restauradora proporcional à deformação são harmônicas. O intervalo mínimo através do qual o movimento de um corpo se repete é chamado de período de oscilação T. Uma quantidade física que é o inverso do período de oscilação e caracteriza o número de oscilações por unidade de tempo é chamada de frequência. A frequência é medida em hertz, 1 Hz = 1 s -1. Também é utilizado o conceito de frequência cíclica, que determina o número de oscilações em 2p segundos. A magnitude do deslocamento máximo da posição de equilíbrio é chamada de amplitude. O valor sob o sinal do cosseno é a fase de oscilação, j 0 é a fase inicial de oscilação. As derivadas também mudam harmonicamente, e, e a energia mecânica total para um desvio arbitrário X(ângulo, coordenada, etc.) é igual a , Onde A E EM– constantes determinadas pelos parâmetros do sistema. Ao diferenciar esta expressão e tendo em conta a ausência de forças externas, é possível escrever isso, de onde.

52. Pêndulo matemático. Oscilações de uma carga sobre uma mola. O período de oscilação de um pêndulo matemático e uma carga em uma mola.

Um pequeno corpo suspenso por um fio inextensível, cuja massa é insignificante em comparação com a massa do corpo, é chamado de pêndulo matemático. A posição vertical é uma posição de equilíbrio na qual a força da gravidade é equilibrada pela força da elasticidade. Para pequenos desvios do pêndulo da posição de equilíbrio, aparece uma força resultante direcionada para a posição de equilíbrio, e suas oscilações são harmônicas. O período de oscilações harmônicas de um pêndulo matemático com um pequeno ângulo de oscilação é igual a . Para derivar esta fórmula, vamos escrever a segunda lei de Newton para um pêndulo. O pêndulo é influenciado pela gravidade e pela tensão da corda. Sua resultante para um pequeno ângulo de deflexão é igual a. Por isso, , onde .

Durante as vibrações harmônicas de um corpo suspenso por uma mola, a força elástica é igual de acordo com a lei de Hooke. De acordo com a segunda lei de Newton.

53. Conversão de energia durante vibrações harmônicas. Vibrações forçadas. Ressonância.

Quando um pêndulo matemático se desvia da sua posição de equilíbrio, a sua energia potencial aumenta, porque a distância até a Terra aumenta. Ao se aproximar da posição de equilíbrio, a velocidade do pêndulo aumenta e a energia cinética aumenta, devido à diminuição da reserva potencial. Na posição de equilíbrio, a energia cinética é máxima, a energia potencial é mínima. Na posição de desvio máximo ocorre o contrário. Com uma mola é a mesma coisa, mas não é a energia potencial no campo gravitacional da Terra que é tomada, mas a energia potencial da mola. As oscilações livres sempre acabam sendo amortecidas, ou seja, com amplitude decrescente, porque a energia é gasta na interação com os corpos circundantes. As perdas de energia, neste caso, são iguais ao trabalho das forças externas durante o mesmo tempo. A amplitude depende da frequência da mudança de força. Atinge sua amplitude máxima quando a frequência de oscilação da força externa coincide com a frequência de oscilação natural do sistema. O fenômeno de aumento da amplitude das oscilações forçadas nas condições descritas é denominado ressonância. Como durante a ressonância a força externa realiza trabalho positivo máximo durante um período, a condição de ressonância pode ser definida como a condição para transferência máxima de energia para o sistema.

54. Propagação de vibrações em meios elásticos. Ondas transversais e longitudinais. Comprimento de onda. Relação entre comprimento de onda e velocidade de sua propagação. Ondas sonoras. Velocidade do som. Ultrassom

A excitação de oscilações em um local do meio causa oscilações forçadas de partículas vizinhas. O processo de propagação de vibrações no espaço é chamado de onda. Ondas nas quais as vibrações ocorrem perpendicularmente à direção de propagação são chamadas de ondas transversais. Ondas nas quais ocorrem oscilações ao longo da direção de propagação da onda são chamadas de ondas longitudinais. Ondas longitudinais podem surgir em todos os meios, ondas transversais - em sólidos sob a influência de forças elásticas durante a deformação ou forças de tensão superficial e gravidade. A velocidade de propagação das oscilações v no espaço é chamada de velocidade da onda. A distância l entre os pontos mais próximos entre si, oscilando nas mesmas fases, é chamada de comprimento de onda. A dependência do comprimento de onda da velocidade e do período é expressa como, ou. Quando as ondas surgem, sua frequência é determinada pela frequência de oscilação da fonte, e a velocidade é determinada pelo meio onde se propagam, portanto ondas de mesma frequência podem ter comprimentos diferentes em meios diferentes. Os processos de compressão e rarefação do ar se espalham em todas as direções e são chamados de ondas sonoras. As ondas sonoras são longitudinais. A velocidade do som depende, como a velocidade de qualquer onda, do meio. No ar a velocidade do som é de 331 m/s, na água – 1.500 m/s, no aço – 6.000 m/s. A pressão sonora é adicionalmente a pressão em um gás ou líquido causada por uma onda sonora. A intensidade do som é medida pela energia transferida pelas ondas sonoras por unidade de tempo através de uma área transversal unitária perpendicular à direção de propagação das ondas e é medida em watts por metro quadrado. A intensidade de um som determina seu volume. O tom do som é determinado pela frequência da vibração. O ultrassom e o infra-som são vibrações sonoras que ultrapassam os limites da audibilidade com frequências de 20 quilohertz e 20 hertz, respectivamente.

55. Oscilações eletromagnéticas livres no circuito. Conversão de energia em um circuito oscilatório. Frequência natural de oscilações no circuito.

Um circuito oscilatório elétrico é um sistema que consiste em um capacitor e uma bobina conectados em um circuito fechado. Quando uma bobina é conectada a um capacitor, surge uma corrente na bobina e a energia do campo elétrico é convertida em energia do campo magnético. O capacitor não descarrega instantaneamente, porque... isso é evitado pela fem auto-induzida na bobina. Quando o capacitor estiver completamente descarregado, a fem autoindutiva impedirá que a corrente diminua e a energia do campo magnético será convertida em energia elétrica. A corrente que surge neste caso carregará o capacitor, e o sinal da carga nas placas será oposto ao original. Após o que o processo é repetido até que toda a energia seja gasta no aquecimento dos elementos do circuito. Assim, a energia do campo magnético no circuito oscilatório é convertida em energia elétrica e vice-versa. Para a energia total do sistema é possível escrever as seguintes relações: , de onde por um momento arbitrário. Como se sabe, para uma cadeia completa . Acreditando que em um caso ideal R"0, finalmente obtemos , ou . A solução para esta equação diferencial é a função , Onde . O valor w é chamado de frequência circular natural (cíclica) de oscilações no circuito.

56. Oscilações elétricas forçadas. Corrente elétrica alternada. Alternador. Alimentação CA.

A corrente alternada em circuitos elétricos é o resultado da excitação de oscilações eletromagnéticas forçadas neles. Deixe uma bobina plana ter área S e vetor de indução B forma um ângulo j com a perpendicular ao plano da bobina. Fluxo magnético F neste caso, a área da curva é determinada pela expressão. Quando a bobina gira com uma frequência n, o ângulo j muda de acordo com a lei., então a expressão para o fluxo assume a forma. Mudanças no fluxo magnético criam uma fem induzida igual a menos a taxa de mudança do fluxo. Consequentemente, a mudança na fem induzida ocorrerá de acordo com a lei harmônica. A tensão retirada da saída do gerador é proporcional ao número de voltas do enrolamento. Quando a tensão muda de acordo com a lei harmônica A intensidade do campo no condutor muda de acordo com a mesma lei. Sob a influência do campo, surge algo cuja frequência e fase coincidem com a frequência e fase das oscilações de tensão. As flutuações na intensidade da corrente no circuito são forçadas, ocorrendo sob a influência da tensão alternada aplicada. Quando as fases de corrente e tensão coincidem, a potência da corrente alternada é igual ou . O valor médio do cosseno quadrado durante o período é 0,5, portanto. O valor efetivo da corrente é a corrente contínua que libera a mesma quantidade de calor no condutor que a corrente alternada. Na amplitude Imax oscilações harmônicas da corrente, a tensão efetiva é igual a . O valor da tensão efetiva também é várias vezes menor que o seu valor de amplitude.A potência média da corrente quando as fases de oscilação coincidem é determinada através da tensão efetiva e da intensidade da corrente.

57. Reatância ativa, indutiva e capacitiva.

Resistência ativa Ré uma quantidade física igual à razão entre a potência e o quadrado da corrente, que é obtida a partir da expressão da potência. Em baixas frequências é praticamente independente da frequência e coincide com a resistência elétrica do condutor.

Deixe uma bobina ser conectada a um circuito de corrente alternada. Então, quando a corrente muda de acordo com a lei, uma fem autoindutiva aparece na bobina. Porque a resistência elétrica da bobina é zero, então a fem é igual a menos a tensão nas extremidades da bobina criada por um gerador externo (??? Que outro gerador???). Portanto, uma mudança na corrente provoca uma mudança na tensão, mas com uma mudança de fase . O produto é a amplitude das oscilações de tensão, ou seja, . A razão entre a amplitude das oscilações de tensão através da bobina e a amplitude das oscilações de corrente é chamada de reatância indutiva. .

Deixe que haja um capacitor no circuito. Quando ligado, carrega um quarto do período, depois descarrega na mesma quantidade, depois a mesma coisa, mas com mudança de polaridade. Quando a tensão no capacitor muda de acordo com a lei harmônica a carga em suas placas é igual a . A corrente no circuito ocorre quando a carga muda: , semelhante ao caso de uma bobina, a amplitude das flutuações da corrente é igual a . O valor igual à razão entre a amplitude e a intensidade da corrente é chamado de reatância capacitiva .

58. Lei de Ohm para corrente alternada.

Considere um circuito composto por um resistor, uma bobina e um capacitor conectados em série. A qualquer momento, a tensão aplicada é igual à soma das tensões em cada elemento. As flutuações na intensidade da corrente em todos os elementos ocorrem de acordo com a lei. As flutuações de tensão no resistor coincidem em fase com as flutuações de corrente, as flutuações de tensão no capacitor ficam atrás das flutuações de corrente em fase, as flutuações de tensão na bobina conduzem as flutuações de corrente em fase por (por que eles estão atrasados???). Portanto, a condição para que a soma das tensões seja igual ao total pode ser escrita como: Usando um diagrama vetorial, você pode ver que a amplitude da tensão no circuito é igual a, ou, ou seja, . A resistência total do circuito é denotada por . É óbvio no diagrama que a tensão também flutua de acordo com a lei harmônica . A fase inicial j pode ser encontrada usando a fórmula . A potência instantânea no circuito de corrente alternada é igual. Como o valor médio do cosseno quadrado durante o período é 0,5, . Se houver uma bobina e um capacitor no circuito, então de acordo com a lei de Ohm para corrente alternada. O valor é chamado de fator de potência.

59. Ressonância em um circuito elétrico.

A reatância capacitiva e indutiva depende da frequência da tensão aplicada. Portanto, com uma amplitude de tensão constante, a amplitude da corrente depende da frequência. Em um valor de frequência no qual , a soma das tensões na bobina e no capacitor torna-se zero, porque suas oscilações têm fases opostas. Como resultado, a tensão através da resistência ativa na ressonância é igual à tensão total e a corrente atinge seu valor máximo. Vamos expressar a reatância indutiva e capacitiva em ressonância: , por isso . Esta expressão mostra que na ressonância, a amplitude das oscilações de tensão na bobina e no capacitor pode exceder a amplitude das oscilações da tensão aplicada.

60. Transformador.

Um transformador consiste em duas bobinas com diferentes números de voltas. Quando a tensão é aplicada a uma das bobinas, uma corrente aparece nela. Se a tensão mudar de acordo com uma lei harmônica, a corrente mudará de acordo com a mesma lei. O fluxo magnético que passa pela bobina é igual a . Quando o fluxo magnético muda, uma fem autoindutiva ocorre em cada volta da primeira bobina. O produto é a amplitude da fem em uma volta, a fem total na bobina primária. A bobina secundária é penetrada pelo mesmo fluxo magnético, portanto. Porque os fluxos magnéticos são os mesmos, então. A resistência ativa do enrolamento é pequena comparada à resistência indutiva, então a tensão é aproximadamente igual à fem. Daqui. Coeficiente PARA chamada razão de transformação. As perdas de aquecimento de fios e núcleos são pequenas, portanto F 1" F 2. O fluxo magnético é proporcional à corrente no enrolamento e ao número de voltas. Portanto, ou seja . Aqueles. transformador aumenta a tensão PARA vezes, reduzindo a intensidade da corrente na mesma quantidade. A potência atual em ambos os circuitos, desprezando as perdas, é a mesma.

61. Ondas eletromagnéticas. A velocidade de sua propagação. Propriedades das ondas eletromagnéticas.

Qualquer mudança no fluxo magnético no circuito faz com que uma corrente de indução apareça nele. Seu aparecimento é explicado pelo surgimento de um campo elétrico de vórtice com qualquer mudança no campo magnético. Uma lareira elétrica de vórtice tem a mesma propriedade de uma lareira comum - gerar um campo magnético. Assim, uma vez iniciado o processo de geração mútua de campos magnéticos e elétricos, ele continua continuamente. Os campos elétricos e magnéticos que constituem as ondas eletromagnéticas podem existir no vácuo, ao contrário de outros processos ondulatórios. A partir de experimentos com interferência, a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas foi estabelecida em aproximadamente . No caso geral, a velocidade de uma onda eletromagnética em um meio arbitrário é calculada pela fórmula. As densidades de energia dos componentes elétricos e magnéticos são iguais entre si: , onde . As propriedades das ondas eletromagnéticas são semelhantes às propriedades de outros processos ondulatórios. Ao passar pela interface entre dois meios, eles são parcialmente refletidos e parcialmente refratados. Eles não são refletidos na superfície dielétrica; são refletidos quase completamente nos metais. As ondas eletromagnéticas têm propriedades de interferência (experimento de Hertz), difração (placa de alumínio), polarização (malha).

62. Princípios da radiocomunicação. O receptor de rádio mais simples.

Para realizar a comunicação via rádio é necessário garantir a possibilidade de emissão de ondas eletromagnéticas. Quanto maior o ângulo entre as placas do capacitor, mais livremente as ondas EM se propagam no espaço. Na realidade, um circuito aberto consiste em uma bobina e um fio longo - uma antena. Uma extremidade da antena está aterrada e a outra elevada acima da superfície da Terra. Porque Como a energia das ondas eletromagnéticas é proporcional à quarta potência da frequência, quando a corrente alternada oscila nas frequências sonoras, as ondas EM praticamente não surgem. Portanto, é utilizado o princípio da modulação - frequência, amplitude ou fase. O gerador mais simples de oscilações moduladas é mostrado na figura. Deixe a frequência de oscilação do circuito variar de acordo com a lei. Deixe a frequência das vibrações sonoras moduladas também mudar conforme , e W<(por que diabos isso acontece???)(G é o inverso da resistência). Substituindo os valores de tensão nesta expressão, onde obtemos . Porque durante a ressonância, frequências distantes da frequência de ressonância são cortadas, então da expressão para eu o segundo, terceiro e quinto termos desaparecem, ou seja, .

Consideremos um receptor de rádio simples. É composto por uma antena, um circuito oscilante com capacitor variável, um diodo detector, um resistor e um telefone. A frequência do circuito oscilatório é selecionada de forma que coincida com a frequência da portadora, e a amplitude das oscilações no capacitor se torna máxima. Isso permite que você selecione a frequência desejada entre todas as recebidas. Do circuito, oscilações moduladas de alta frequência entram no detector. Depois de passar pelo detector, a corrente carrega o capacitor a cada meio ciclo, e no meio ciclo seguinte, quando a corrente não passa pelo diodo, o capacitor é descarregado pelo resistor. (entendi corretamente???).

64. Analogia entre vibrações mecânicas e elétricas.

As analogias entre vibrações mecânicas e elétricas são assim:

Coordenada
Velocidade		Força atual
Aceleração		Taxa de mudança da corrente
		Indutância
Rigidez		Valor recíproco capacidade elétrica
		Tensão
Viscosidade		Resistência
Energia potencial mola deformada		Energia do campo elétrico capacitor	Do ponto de vista matemático, esta equação é idêntica à equação de oscilação de um circuito oscilante. Portanto, sua solução é onde. 65. Escala de radiação eletromagnética. Dependência das propriedades da radiação eletromagnética da frequência. Aplicação de radiação eletromagnética. A faixa de ondas eletromagnéticas com comprimento de 10 -6 m a m são ondas de rádio. Usado para comunicações de televisão e rádio. Comprimentos de 10 -6 m a 780 nm - ondas infravermelhas. Luz visível – de 780 nm a 400 nm. Radiação ultravioleta – de 400 a 10 nm. A radiação na faixa de 10 nm às 22 horas é a radiação de raios X. A radiação gama corresponde a comprimentos de onda mais curtos. (Aplicativo???). Quanto menor o comprimento de onda (portanto, quanto maior a frequência), menos ondas são absorvidas pelo meio. 65. Propagação retilínea da luz. Velocidade da luz. Leis de reflexão e refração da luz. A linha reta que indica a direção de propagação da luz é chamada de raio de luz. Na fronteira de dois meios, a luz pode ser parcialmente refletida e propagada no primeiro meio em uma nova direção, e também passar parcialmente pela fronteira e se propagar no segundo meio. O incidente, refletido e perpendicular à fronteira dos dois meios, reconstruído no ponto de incidência, situa-se no mesmo plano. O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Esta lei coincide com a lei da reflexão de ondas de qualquer natureza e é comprovada pelo princípio de Huygens. Quando a luz passa pela interface entre dois meios, a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é um valor constante para os dois meios dados.<рисунок>. Magnitude n chamado de índice de refração. O índice de refração de um meio em relação ao vácuo é chamado de índice de refração absoluto desse meio. Ao observar o efeito da refração, nota-se que no caso de transição de um meio de um meio opticamente mais denso para um menos denso, com aumento gradativo do ângulo de incidência, pode-se atingir tal valor que o ângulo de refração torna-se igual a . Neste caso a igualdade é satisfeita. O ângulo de incidência a 0 é chamado de ângulo limite de reflexão total. Em ângulos maiores que 0, ocorre a reflexão total. 66. Lente, construção de imagem. Fórmula da lente. Uma lente é um corpo transparente limitado por duas superfícies esféricas. Uma lente mais espessa nas bordas do que no meio é chamada de côncava, enquanto uma lente mais espessa no meio é chamada de convexa. A linha reta que passa pelos centros de ambas as superfícies esféricas da lente é chamada de eixo óptico principal da lente. Se a espessura da lente for pequena, pode-se dizer que o eixo óptico principal se cruza com a lente em um ponto, chamado centro óptico da lente. A linha reta que passa pelo centro óptico é chamada de eixo óptico secundário. Se um feixe de luz paralelo ao eixo óptico principal for direcionado para uma lente, então em uma lente convexa o feixe convergirá em um ponto F, obtemos a fórmula da lente. Na fórmula da lente, a distância da lente à imagem virtual é considerada negativa. O poder óptico de uma lente biconvexa (e de qualquer outra) é determinado a partir do raio de sua curvatura e do índice de refração do vidro e do ar . 66. Coerência. Interferência da luz e sua aplicação em tecnologia. Difração da luz. Rede de difração. As propriedades ondulatórias da luz são observadas nos fenômenos de difração e interferência. Duas frequências de luz cuja diferença de fase é zero são consideradas coerentes entre si. Durante a interferência - a adição de ondas coerentes - aparece um padrão de interferência de máximos e mínimos de iluminação que é estável ao longo do tempo. Com uma diferença de caminho, ocorre um máximo de interferência, em - mínimo. O fenômeno do desvio da luz da propagação linear ao passar pela borda de um obstáculo é chamado de difração da luz. Este fenômeno é explicado pelo princípio de Huygens-Fresnel: uma perturbação em qualquer ponto é resultado da interferência de ondas secundárias emitidas por cada elemento da superfície da onda. A difração é usada em instrumentos espectrais. O elemento desses dispositivos é uma rede de difração, que é uma placa transparente revestida por um sistema de faixas paralelas opacas localizadas à distância d de um para o outro. deixe uma onda monocromática cair na grade. Como resultado da difração, a luz de cada fenda se propaga não apenas na direção original, mas também em todas as outras. Se você colocar uma lente atrás da grade, no plano focal os raios paralelos de todas as fendas serão coletados em uma faixa. Os raios paralelos viajam com uma diferença de caminho. Quando a diferença de caminho é igual a um número inteiro de ondas, observa-se um máximo de interferência de luz. Para cada comprimento de onda, a condição máxima é satisfeita em seu próprio valor do ângulo j, de modo que a grade decompõe a luz branca em um espectro. Quanto maior o comprimento de onda, maior o ângulo. 67. Dispersão da luz. Espectro de radiação eletromagnética. Espectroscopia. Análise espectral. Fontes de radiação e tipos de espectros. Um estreito feixe paralelo de luz branca, ao passar por um prisma, se decompõe em feixes de luz de cores diferentes. A faixa de cores visível neste caso é chamada de espectro contínuo. O fenômeno da dependência da velocidade da luz no comprimento de onda (frequência) é denominado dispersão da luz. Este efeito é explicado pelo fato de a luz branca consistir em ondas EM de diferentes comprimentos de onda, dos quais depende o índice de refração. Tem o maior valor para a onda mais curta - violeta, e o menor - para o vermelho. No vácuo, a velocidade da luz é a mesma, independentemente da sua frequência. Se a fonte do espectro for um gás rarefeito, então o espectro se parecerá com linhas estreitas sobre um fundo preto. Gases, líquidos e sólidos comprimidos emitem um espectro contínuo, onde as cores se misturam suavemente umas com as outras. A natureza do espectro é explicada pelo fato de cada elemento possuir seu próprio conjunto específico de espectro emitido. Esta propriedade permite o uso de análise espectral para determinar a composição química de uma substância. Um espectroscópio é um dispositivo usado para estudar a composição espectral da luz emitida por uma determinada fonte. A decomposição é realizada usando uma rede de difração (melhor) ou um prisma; a óptica de quartzo é usada para estudar a região ultravioleta. 68. Efeito fotoelétrico e suas leis. Quanta de luz. Equação de Einstein para o efeito fotoelétrico. Aplicação do efeito fotoelétrico em tecnologia. O fenômeno de elétrons sendo ejetados de sólidos e líquidos sob a influência da luz é chamado de efeito fotoelétrico externo, e os elétrons ejetados dessa forma são chamados de fotoelétrons. As leis do efeito fotoelétrico foram estabelecidas experimentalmente - a velocidade máxima dos fotoelétrons é determinada pela frequência da luz e não depende de sua intensidade; para cada substância existe seu próprio limite vermelho do efeito fotoelétrico, ou seja, numa frequência n min na qual o efeito fotoelétrico ainda é possível, o número de fotoelétrons ejetados por segundo é diretamente proporcional à intensidade da luz. O efeito fotoelétrico sem inércia também foi estabelecido - ocorre instantaneamente após o início da iluminação, desde que o limite vermelho seja ultrapassado. O efeito fotoelétrico pode ser explicado pela teoria quântica, que afirma a discrição da energia. Uma onda eletromagnética, de acordo com esta teoria, consiste em porções separadas - quanta (fótons). Quando um quantum de energia é absorvido, o fotoelétron adquire energia cinética, que pode ser encontrada na equação de Einstein para o efeito fotoelétrico , onde A 0 é a função trabalho, um parâmetro da substância. O número de fotoelétrons que saem da superfície metálica é proporcional ao número de elétrons, que, por sua vez, depende da iluminação (intensidade da luz). 69. Experimentos de Rutherford sobre dispersão de partículas alfa. Modelo nuclear do átomo. Postulados quânticos de Bohr. O primeiro modelo da estrutura do átomo pertence a Thomson. Ele sugeriu que um átomo é uma bola carregada positivamente, dentro da qual existem inclusões de elétrons carregados negativamente. Rutherford conduziu um experimento sobre a implantação de partículas alfa rápidas em uma placa de metal. Ao mesmo tempo, observou-se que alguns deles se desviam ligeiramente da propagação retilínea, e alguns - em ângulos superiores a 2 0 . Isso se explica pelo fato de a carga positiva do átomo não estar contida de maneira uniforme, mas em um determinado volume, muito menor que o tamanho do átomo. Essa parte central foi chamada de núcleo do átomo, onde se concentram a carga positiva e quase toda a massa. O raio do núcleo atômico tem dimensões da ordem de 10 -15 M. Rutherford também propôs o chamado. modelo planetário do átomo, segundo o qual os elétrons giram em torno do átomo como os planetas ao redor do Sol. Raio da órbita mais distante = raio do átomo. Mas este modelo contradiz a eletrodinâmica, porque o movimento acelerado (incluindo elétrons em círculo) é acompanhado pela emissão de ondas EM. Conseqüentemente, o elétron perde gradualmente sua energia e deve cair sobre o núcleo. Na realidade, não ocorre nem radiação nem queda do elétron. A explicação para isso foi dada por N. Bohr, apresentando dois postulados - um sistema atômico só pode existir em certos estados específicos nos quais não há emissão de luz, embora o movimento seja acelerado, e ao passar de um estado para outro, a absorção ou emissão de um quantum ocorre de acordo com a lei, onde é a constante de Planck. Os vários estados estacionários possíveis são determinados a partir da relação , Onde n– um número inteiro. Para o movimento de um elétron em círculo em um átomo de hidrogênio, a seguinte expressão é válida: a força Coulomb de interação com o núcleo. Daqui. Aqueles. tendo em vista o postulado de Bohr sobre a quantização da energia, o movimento só é possível em órbitas circulares estacionárias, cujos raios são definidos como . Todos os estados, exceto um, são condicionalmente estacionários, e apenas em um - o estado fundamental, no qual o elétron tem uma quantidade mínima de energia - o átomo pode permanecer pelo tempo desejado, e os demais estados são chamados de excitados. 70. Emissão e absorção de luz pelos átomos. Laser. Os átomos podem emitir quanta de luz espontaneamente, enquanto ela passa de forma incoerente (já que cada átomo emite independentemente dos demais) e é chamado de espontâneo. A transição de um elétron de um nível superior para um inferior pode ocorrer sob a influência de um campo eletromagnético externo com frequência igual à frequência de transição. Essa radiação é chamada de forçada (induzida). Aqueles. Como resultado da interação de um átomo excitado com um fóton de frequência correspondente, a probabilidade do aparecimento de dois fótons idênticos com a mesma direção e frequência é alta. A peculiaridade da emissão estimulada é que ela é monocromática e coerente. Esta propriedade é a base para o funcionamento dos lasers (geradores quânticos ópticos). Para que uma substância amplifique a luz que passa por ela, mais da metade de seus elétrons devem estar em estado excitado. Este estado é chamado de estado com população de níveis invertidos. Neste caso, a absorção de fótons ocorrerá com menos frequência que a emissão. Para operar um laser em uma haste de rubi, o chamado. uma lâmpada de bombeamento, cujo objetivo é criar uma inversão populacional. Além disso, se um átomo passar do estado metaestável para o estado fundamental, ocorrerá uma reação em cadeia de emissão de fótons. Com a forma apropriada (parabólica) do espelho refletor, é possível criar um feixe em uma direção. A iluminação completa de todos os átomos excitados ocorre em 10 -10 s, de modo que a potência do laser atinge bilhões de watts. Existem também lasers que utilizam lâmpadas a gás, cuja vantagem é a continuidade da radiação. 70. Composição do núcleo de um átomo. Isótopos. Energia de ligação dos núcleos atômicos. Reações nucleares. Carga elétrica de um núcleo atômico q igual ao produto da carga elétrica elementar e por número de série Z elemento químico da tabela periódica. Átomos que possuem a mesma estrutura possuem a mesma camada eletrônica e são quimicamente indistinguíveis. A física nuclear usa suas próprias unidades de medida. 1 Fermi – 1 femtômetro, . 1 unidade de massa atômica equivale a 1/12 da massa de um átomo de carbono. . Átomos com a mesma carga nuclear, mas massas diferentes são chamados de isótopos. Os isótopos diferem em seus espectros. O núcleo de um átomo consiste em prótons e nêutrons. O número de prótons no núcleo é igual ao número de carga Z, número de nêutrons – massa menos número de prótons A–Z=N. A carga positiva de um próton é numericamente igual à carga de um elétron, a massa de um próton é 1,007 u. O nêutron não tem carga e tem massa de 1,009 u. (um nêutron tem mais de duas massas de elétrons mais pesado que um próton). Os nêutrons são estáveis ​​apenas na composição dos núcleos atômicos; em sua forma livre, eles vivem por aproximadamente 15 minutos e decaem em próton, elétron e antineutrino. A força de atração gravitacional entre os núcleons no núcleo excede a força repulsiva eletrostática em 10 36 vezes. A estabilidade dos núcleos é explicada pela presença de forças nucleares especiais. A uma distância de 1 fm do próton, as forças nucleares são 35 vezes maiores que as forças de Coulomb, mas diminuem muito rapidamente e, a uma distância de cerca de 1,5 fm, podem ser desprezadas. As forças nucleares não dependem de a partícula ter carga. Medições precisas das massas dos núcleos atômicos mostraram a existência de uma diferença entre a massa de um núcleo e a soma algébrica das massas de seus núcleons constituintes. Para separar um núcleo atômico em seus componentes, é necessário gastar energia. A quantidade é chamada de defeito de massa. A energia mínima que deve ser gasta para separar um núcleo em seus núcleons constituintes é chamada de energia de ligação do núcleo, que é gasta na realização de trabalho contra as forças de atração nucleares. A relação entre a energia de ligação e o número de massa é chamada de energia de ligação específica. Uma reação nuclear é a transformação do núcleo atômico original ao interagir com qualquer partícula em outro, diferente do original. Como resultado de uma reação nuclear, podem ser emitidas partículas ou raios gama. Existem dois tipos de reações nucleares: algumas requerem gasto de energia, enquanto outras liberam energia. A energia liberada é chamada de saída de uma reação nuclear. Nas reações nucleares, todas as leis de conservação são satisfeitas. A lei da conservação do momento angular assume a forma da lei da conservação do spin. 71. Radioatividade. Tipos de radiação radioativa e suas propriedades. Os núcleos têm a capacidade de decair espontaneamente. Neste caso, apenas os núcleos que possuem energia mínima são estáveis ​​​​em comparação com aqueles nos quais o núcleo pode se transformar espontaneamente. Núcleos nos quais há mais prótons do que nêutrons são instáveis ​​porque a força repulsiva de Coulomb aumenta. Núcleos com mais nêutrons também são instáveis, porque A massa de um nêutron é maior que a massa de um próton, e um aumento na massa leva a um aumento na energia. Os núcleos podem ser liberados do excesso de energia dividindo-se em partes mais estáveis ​​(decaimento alfa e fissão) ou alterando sua carga (decaimento beta). O decaimento alfa é a divisão espontânea de um núcleo atômico em uma partícula alfa e um núcleo produto. Todos os elementos mais pesados ​​que o urânio estão sujeitos ao decaimento alfa. A capacidade de uma partícula alfa de superar a atração do núcleo é determinada pelo efeito túnel (equação de Schrodinger). Durante o decaimento alfa, nem toda a energia do núcleo é convertida na energia cinética do movimento do produto núcleo e partícula alfa. Parte da energia pode ser usada para excitar o átomo do núcleo do produto. Assim, algum tempo após o decaimento, o núcleo do produto emite vários gama quanta e retorna ao seu estado normal. Existe também outro tipo de decadência - a fissão nuclear espontânea. O elemento mais leve capaz de tal decadência é o urânio. A decadência ocorre de acordo com a lei onde T– meia-vida, uma constante para um determinado isótopo. O decaimento beta é uma transformação espontânea de um núcleo atômico, como resultado de sua carga aumentar em um devido à emissão de um elétron. Mas a massa de um nêutron excede a soma das massas de um próton e de um elétron. Isso é explicado pela liberação de outra partícula - o antineutrino do elétron. . Não só o nêutron pode decair. Um próton livre é estável, mas quando exposto a partículas pode decair em nêutron, pósitron e neutrino. Se a energia do novo núcleo for menor, ocorre o decaimento beta do pósitron . Assim como o decaimento alfa, o decaimento beta também pode ser acompanhado por radiação gama. 72. Métodos de registro de radiação ionizante. O método de fotoemulsão envolve a aplicação de uma amostra em uma chapa fotográfica e, após revelá-la, com base na espessura e no comprimento do traço de partícula nela contido, é possível determinar a quantidade e distribuição de uma determinada substância radioativa na amostra. Um contador de cintilação é um dispositivo no qual se pode observar a transformação da energia cinética de uma partícula rápida na energia de um flash de luz, que, por sua vez, inicia um efeito fotoelétrico (pulso de corrente elétrica), que é amplificado e registrado. Uma câmara de nuvens é uma câmara de vidro cheia de ar e vapor de álcool supersaturado. À medida que uma partícula se move através da câmara, ela ioniza moléculas em torno das quais a condensação começa imediatamente. A cadeia de gotículas formada como resultado forma um rastro de partículas. A câmara de bolhas funciona com os mesmos princípios, mas o registrador é um líquido próximo ao ponto de ebulição. O contador de descarga de gás (contador Geiger) é um cilindro cheio de gás rarefeito e um fio condutor esticado. A partícula provoca a ionização do gás; os íons, sob a influência de um campo elétrico, divergem para o cátodo e ânodo, ionizando outros átomos ao longo do caminho. Ocorre uma descarga corona, cujo pulso é registrado. 73. Reação em cadeia de fissão de núcleos de urânio. Na década de 30, foi estabelecido experimentalmente que quando o urânio é irradiado com nêutrons, formam-se núcleos de lantânio, que não poderiam ser formados como resultado do decaimento alfa ou beta. O núcleo do urânio-238 consiste em 82 prótons e 146 nêutrons. Ao dividir exatamente ao meio, o praseodímio deve ser formado, mas em um núcleo de praseodímio estável há 9 nêutrons a menos. Portanto, durante a fissão do urânio, outros núcleos e um excesso de nêutrons livres são formados. Em 1939, foi realizada a primeira fissão artificial de um núcleo de urânio. Ao mesmo tempo, 2-3 nêutrons livres e 200 MeV de energia foram liberados, e cerca de 165 MeV foram liberados na forma de energia cinética de núcleos de fragmentos ou ou. Sob condições favoráveis, os nêutrons liberados podem causar a fissão de outros núcleos de urânio. O fator de multiplicação de nêutrons caracteriza como a reação ocorrerá. Se for mais de um. então, com cada divisão, o número de nêutrons aumenta, o urânio aquece a uma temperatura de vários milhões de graus e ocorre uma explosão nuclear. Quando o coeficiente de fissão é menor que um, a reação decai, e quando é igual a um, é mantida em um nível constante, que é usado em reatores nucleares. Dos isótopos naturais de urânio, apenas o núcleo é capaz de fissão, e o isótopo mais comum absorve um nêutron e se transforma em plutônio de acordo com o esquema. O plutônio-239 tem propriedades semelhantes ao urânio-235. 74. Reator nuclear. Reação termonuclear. Existem dois tipos de reatores nucleares - nêutrons lentos e rápidos. A maioria dos nêutrons liberados durante a fissão tem uma energia da ordem de 1-2 MeV e uma velocidade de cerca de 10 7 m/s. Esses nêutrons são chamados de rápidos e são absorvidos com igual eficácia tanto pelo urânio-235 quanto pelo urânio-238, e desde então Existe um isótopo mais pesado, mas ele não se divide, então a reação em cadeia não se desenvolve. Os nêutrons que se movem a velocidades de cerca de 2H 10 3 m/s são chamados de térmicos. Esses nêutrons são absorvidos pelo urânio-235 de forma mais ativa do que os rápidos. Assim, para realizar uma reação nuclear controlada, é necessário desacelerar os nêutrons até velocidades térmicas. Os moderadores mais comuns em reatores são grafite, água comum e água pesada. Para garantir que o coeficiente de divisão seja mantido na unidade, são utilizados absorvedores e refletores. Os absorvedores são hastes feitas de cádmio e boro, que capturam nêutrons térmicos, e o refletor é de berílio. Se urânio enriquecido com um isótopo de massa 235 for usado como combustível, o reator poderá operar sem moderador usando nêutrons rápidos. Nesse reator, a maior parte dos nêutrons é absorvida pelo urânio-238, que através de dois decaimentos beta se torna o plutônio-239, também um combustível nuclear e matéria-prima para armas nucleares. Assim, um reator rápido de nêutrons não é apenas uma usina de energia, mas também um multiplicador de combustível para o reator. A desvantagem é a necessidade de enriquecer o urânio com um isótopo leve. A energia nas reações nucleares é liberada não apenas pela fissão de núcleos pesados, mas também pela combinação de núcleos leves. Para conectar os núcleos, é necessário superar a força repulsiva de Coulomb, o que é possível a uma temperatura plasmática de cerca de 10 7 –10 8 K. Um exemplo de reação termonuclear é a síntese de hélio a partir de deutério e trítio ou . A síntese de 1 grama de hélio libera energia equivalente à queima de 10 toneladas de óleo diesel. Uma reação termonuclear controlada é possível aquecendo-a até a temperatura apropriada, passando uma corrente elétrica através dela ou usando um laser. 75. Efeitos biológicos da radiação ionizante. Proteção contra Radiação. Aplicação de isótopos radioativos. Uma medida do impacto de qualquer tipo de radiação sobre uma substância é a dose de radiação absorvida. A unidade de dose é o cinza, igual à dose para a qual 1 joule de energia é transferido para uma substância irradiada de 1 kg. Porque Como o efeito físico de qualquer radiação sobre uma substância está associado não tanto ao aquecimento, mas à ionização, foi introduzida uma unidade de dose de exposição que caracteriza o efeito de ionização da radiação no ar. A unidade não sistêmica de dose de exposição é o roentgen, igual a 2,58H 10 -4 C/kg. Com uma dose de exposição de 1 roentgen, 1 cm 3 de ar contém 2 bilhões de pares de íons. Com a mesma dose absorvida, o efeito dos diferentes tipos de radiação é diferente. Quanto mais pesada a partícula, mais forte será o seu efeito (no entanto, quanto mais pesada for, mais fácil será segurá-la). A diferença no efeito biológico da radiação é caracterizada por um coeficiente de eficácia biológica igual à unidade para raios gama, 3 para nêutrons térmicos, 10 para nêutrons com energia de 0,5 MeV. A dose multiplicada pelo coeficiente caracteriza o efeito biológico da dose e é chamada de dose equivalente, medida em sieverts. O principal mecanismo de ação no corpo é a ionização. Os íons entram em uma reação química com a célula e interrompem sua atividade, o que leva à morte ou mutação celular. A radiação de fundo natural é em média de 2 mSv por ano, para as cidades um adicional de +1 mSv por ano. 76. Absolutidade da velocidade da luz. Elementos da estação de serviço. Dinâmica relativística. Foi estabelecido experimentalmente que a velocidade da luz não depende do sistema de referência em que o observador está localizado. Também é impossível acelerar qualquer partícula elementar, como um elétron, a uma velocidade igual à velocidade da luz. A contradição entre este fato e o princípio da relatividade de Galileu foi resolvida por A. Einstein. A base de sua teoria [especial] da relatividade eram dois postulados: quaisquer processos físicos ocorrem de forma idêntica em diferentes referenciais inerciais, a velocidade da luz no vácuo não depende da velocidade da fonte de luz e do observador. Os fenômenos descritos pela teoria da relatividade são chamados de relativísticos. A teoria da relatividade introduz duas classes de partículas - aquelas que se movem a velocidades inferiores a Com, e aos quais o sistema de referência pode ser associado, e aqueles que se movem com velocidades iguais Com, aos quais os sistemas de referência não podem ser associados. Multiplicando essa desigualdade () por, obtemos. Esta expressão representa a lei relativística da adição de velocidades, coincidindo com a de Newton em v<. Para quaisquer velocidades relativas de sistemas de referência inerciais V Tempo próprio, ou seja, aquilo que atua no referencial associado à partícula é invariante, ou seja, não depende da escolha do referencial inercial. O princípio da relatividade modifica esta afirmação, dizendo que em cada referencial inercial o tempo flui da mesma maneira, mas não existe um tempo único e absoluto para todos. O tempo coordenado está relacionado ao tempo adequado pela lei . Elevando ao quadrado esta expressão, obtemos. Tamanho é chamado de intervalo. Uma consequência da lei relativística de adição de velocidades é o efeito Doppler, que caracteriza a mudança na frequência das oscilações em função das velocidades da fonte de onda e do observador. Quando o observador se move em um ângulo Q em relação à fonte, a frequência muda de acordo com a lei . À medida que você se afasta da fonte, o espectro muda para frequências mais baixas correspondentes a um comprimento de onda mais longo, ou seja, em direção ao vermelho, ao se aproximar – em direção ao roxo. O momento também muda em velocidades próximas a Com:. 77. Partículas elementares. Inicialmente, o próton, o nêutron e o elétron foram classificados como partículas elementares e, posteriormente, o fóton. Quando o decaimento do nêutron foi descoberto, múons e píons foram adicionados ao número de partículas elementares. Sua massa variava de 200 a 300 massas de elétrons. Apesar de o nêutron decair em um canal, um elétron e um neutrino, não existem essas partículas dentro dele, sendo considerado uma partícula elementar. A maioria das partículas elementares são instáveis ​​e têm meias-vidas da ordem de 10 -6 –10 -16 s. Na teoria relativística do movimento do elétron em um átomo desenvolvida por Dirac, seguiu-se que um elétron poderia ter um gêmeo com carga oposta. Essa partícula, detectada nos raios cósmicos, é chamada de pósitron. Posteriormente, foi comprovado que todas as partículas possuem suas próprias antipartículas, diferindo em spin e (se houver) carga. Existem também partículas neutras verdadeiras que coincidem completamente com suas antipartículas (méson pi-nulo e méson eta-nulo). O fenômeno da aniquilação é a aniquilação mútua de duas antipartículas com liberação de energia, por exemplo . De acordo com a lei da conservação da energia, a energia liberada é proporcional à soma das massas das partículas aniquiladas. De acordo com as leis de conservação, as partículas nunca surgem sozinhas. As partículas são divididas em grupos, de acordo com o aumento da massa - fótons, léptons, mésons, bárions. No total, existem 4 tipos de interações fundamentais (irredutíveis a outras) - gravitacionais, eletromagnéticas, fracas e fortes. A interação eletromagnética é explicada pela troca de fótons virtuais (Da incerteza de Heisenberg segue-se que em pouco tempo um elétron, devido à sua energia interna, pode liberar um quantum e compensar a perda de energia capturando o mesmo. O emitido quantum é absorvido por outro, garantindo assim a interação.), forte - pela troca de glúons (spin 1, massa 0, carrega carga de quark “cor”), fraco – bósons vetoriais. A interação gravitacional não é explicada, mas os quanta do campo gravitacional deveriam teoricamente ter massa 0, spin 2 (???).