Основні правила по фізиці. Основні концепції і закони фізики

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Матеріальна точка. Траєкторія. Шлях і переміщення. Миттєва швидкість. Прискорення. Равномерное і рівноприскореного руху

Механічним рухом називають зміну положення тіла (або його частин) відносно інших тіл. Наприклад, людина, що їде на ескалаторі в метро, ​​знаходиться в спокої відносно самого ескалатора і переміщується щодо стін тунелю; гора Ельбрус знаходиться в спокої відносно Землі і рухається разом з Землею щодо Сонця.

З цих прикладів видно, що завжди треба вказати тіло, щодо якого розглядається рух, його називають тілом відліку. Система координат, тіло відліку, з яким вона пов'язана, і вибраний спосіб вимірювання часу утворюють систему відліку.

Положення тіла задається координатою. Розглянемо два приклади. Розміри орбітальної станції, що знаходиться на орбіті навколо Землі, можна не враховувати, а розраховуючи траєкторію руху космічного корабля при стикуванні із станцією, без врахування її розмірів не обійтися. Таким чином, іноді розмірами тіла в порівнянні з відстанню до нього можна знехтувати, в цих випадках тіло вважають матеріальною точкою. Лінію, уздовж якої рухається матеріальна точка, називають траєкторією. Довжину траєкторії називають шляхом (l). Одиниця шляху - метр.

Механічний рух характеризується трьома фізичними величинами: переміщенням, швидкістю і прискоренням.

Спрямований відрізок прямої, проведений з початкового положення рухомої точки в її кінцеве становище, називається переміщенням (s). Переміщення - величина векторна. Одиниця переміщення - метр.

Швидкість - векторна фізична величина, що характеризує швидкість переміщення тіла, чисельно дорівнює відношенню переміщення за малий проміжок часу до величини цього проміжку. Проміжок часу вважається досить малим, якщо швидкість при нерівномірному русі протягом цього проміжку не змінювалася. Визначальна формула швидкості має вигляд v = s / t. Одиниця швидкості - м / с. На практиці використовують одиницю виміру швидкості км / год (36 км / ч = 10 м / с). Вимірюють швидкість спідометром.

Прискорення - векторна фізична величина, що характеризує швидкість зміни швидкості, чисельно дорівнює відношенню зміни швидкості до проміжку часу, протягом якого ця зміна відбулася. Якщо швидкість змінюється однаково протягом усього часу руху, то прискорення можна розрахувати за формулою

Одиниця прискорення -.

Характеристики механічного руху пов'язані між собою основними кінематичними рівняннями:

Припустимо, що тіло рухається без прискорення (літак на маршруті), його швидкість протягом тривалого часу не змінюється, а = 0, тоді кінематичні рівняння матимуть вигляд:

Рух, при якому швидкість тіла не змінюється, т. Е. Тіло за будь-які рівні проміжки часу переміщається на одну і ту ж величину, називають рівномірним прямолінійним рухом.

Під час старту швидкість ракети швидко зростає, т. Е. Прискорення а\u003e 0, а = const. В цьому випадку кінематичні рівняння виглядають так:

При такому русі швидкість і прискорення мають однакові напрямки, причому швидкість змінюється однаково за будь-які рівні проміжки часу. Цей вид руху називають рівноприскореному.

При гальмуванні автомобіля швидкість зменшується однаково за будь-які рівні проміжки часу, прискорення направлено в сторону, протилежну руху; так як швидкість зменшується, то рівняння приймають вигляд:

Такий рух називають равнозамедленно.

Всі фізичні величини, що характеризують рух тіла (швидкість, прискорення, переміщення), а також вид траєкторії, можуть змінюватися при переході з однієї системи до іншої, т. Е. Характер руху залежить від вибору системи відліку, в цьому і проявляється відносність руху. Наприклад, в повітрі відбувається дозаправка літака паливом. В системі відліку, пов'язаної з літаком, інший літак знаходиться в спокої, а в системі відліку, пов'язаної з Землею, обидва літаки знаходяться в русі. При русі велосипедиста точка колеса в системі відліку, пов'язаної з віссю, має траєкторію, представлену на малюнку 1.

В системі відліку, пов'язаної з Землею, вид траєкторії виявляється іншим (рис. 2).

Завдання на застосування закону збереження масового числа і електричного заряду

Визначте, яка частка бере участь в здійсненні ядерної реакції

Скориставшись властивістю збереження числа протонів і загального числа нуклонів при здійсненні ядерних реакцій, можна визначити, що невідома частинка х містить два протона і складається з чотирьох нуклонів. Отже, це ядро ​​атома гелію Чи не (а-частка).

Взаємодія тел. Сила. Другий закон Ньютона

Прості спостереження і досліди, наприклад з візками (рис. 3), призводять до наступних якісним висновків: а) тіло, на яке інші тіла не діють, зберігає свою швидкість незмінною; б) прискорення тіла виникає під дією інших тіл, але залежить і від самого тіла; в) дії тіл один на одного завжди носять характер взаємодії. Ці висновки підтверджуються при спостереженні явищ в природі, техніці, космічному просторі тільки в інерційних системах відліку.

Взаємодії відрізняються один від одного і кількісно, ​​і якісно. Наприклад, ясно, що чим більше деформується пружина, тим більше взаємодія її витоків. Або чим ближче два однойменних заряду, тим сильніше вони будуть притягатися. У найпростіших випадках взаємодії кількісною характеристикою є сила. Сила - причина прискорення тіл (в інерціальній системі відліку). Сила - це векторна фізична величина, що є мірою прискорення, що купується тілами при взаємодії. Сила характеризується: а) модулем; б) точкою докладання; в) напрямком.

Одиниця сили - ньютон. 1 ньютон - це сила, яка тілу масою 1 кг повідомляє прискорення 1 в напрямку дії цієї сили, якщо інші тіла на нього не діють. Рівнодіюча кількох сил називають силу, дія якої еквівалентно дії тих сил, які вона замінює. Рівнодіюча є векторної сумою всіх сил, прикладених до тіла.

Якісно за своїми властивостями взаємодії також різні. Наприклад, електричне і магнітне взаємодії пов'язані з наявністю зарядів у часток або з рухом заряджених частинок.

На підставі досвідчених даних були сформульовані закони Ньютона. Другий закон Ньютона. Прискорення, з яким рухається тіло, прямо пропорційно рівнодіючої всіх сил, що діють на тіло, обернено пропорційно його масі і направлено так само, як і рівнодіюча сила:

Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу. Прояв закону збереження імпульсу в природі і його використання в техніці

Прості спостереження і досліди доводять, що спокій і рух відносні, швидкість тіла залежить від вибору системи відліку; за другим законом Ньютона незалежно від того, чи знаходилася тіло в спокої або рухалося, зміна швидкості його руху може відбуватися тільки під дією сили, т. е. в результаті взаємодії з іншими тілами. Однак існують величини, які можуть зберігатися при взаємодії тел. Такими величинами є енергія і імпульс.

Імпульсом тіла називають векторну фізичну величину, яка є кількісною характеристикою поступального руху тел. Імпульс позначається р. Імпульс тіла дорівнює добутку маси тіла на його швидкість: р = mv. Напрямок вектора імпульсу р збігається з напрямком вектора швидкості тіла 0. Одиниця виміру імпульсу - кг * м / с.

Для імпульсу системи тіл виконується закон збереження, який справедливий тільки для замкнених фізичних систем. У загальному випадку замкнутої називають систему, яка не обмінюється енергією і масою з тілами і полями, що не входять в неї. У механіці замкнутої називають систему, на яку не діють зовнішні сили або дія цих сил скомпенсировано. В цьому випадку p1 = р2, де pl - початковий імпульс системи, а р2 - кінцевий. У разі двох тіл, що входять в систему, цей вислів має вигляд m1v1 + m2v2 = m1 "v1" + m2 "v2", де ml і m2 - маси тіл, а v1 і v2 - швидкості до взаємодії, v1 "і v2 "- швидкості після взаємодії (рис. 5).

Ця формула і є математичним виразом закону збереження імпульсу: імпульс замкнутої фізичної системи зберігається при будь-яких взаємодіях, що відбуваються всередині цієї системи. Іншими словами: в замкнутої фізичної системи геометрична сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює геометричній сумі імпульсів цих тіл після взаємодії. У разі незамкненою системи імпульс тіл системи не зберігається. Однак якщо в системі існує напрямок, по якому зовнішні сили не діють або їх дія скомпенсировано, то зберігається проекція імпульсу на цей напрямок. Крім того, якщо час взаємодії мало (постріл, вибух, удар), то за цей час навіть в разі незамкненою системи зовнішні сили незначно змінюють імпульси взаємодіючих тіл. Тому для практичних розрахунків в цьому випадку теж можна застосовувати закон збереження імпульсу.

Експериментальні дослідження взаємодій різних тіл - від планет і зірок до атомів і елементарних частинок - показали, що в будь-якій системі взаємодіючих тіл при відсутності дії з боку інших тіл, що не входять в систему, або рівність нулю суми діючих сил геометрична сума імпульсів тіл дійсно залишається незмінною.

У механіці закон збереження імпульсу і закони Ньютона пов'язані між собою. Якщо на тіло масою т протягом часу t діє сила і швидкість його руху змінюється від v0 до v, то прискорення руху а тіла одно Ha підставі другого закону Ньютона для сили F можна записати, це означає

Ft - векторна фізична величина, що характеризує дію на тіло сили за деякий проміжок часу і дорівнює добутку сили на час її дії, називається імпульсом сили. Одиниця імпульсу сили в СІ - Н * с.

Закон збереження імпульсу лежить в основі реактивного руху. Реактивний рух - це такий рух тіла, яке виникає після відділення від тіла його частини.

Нехай тіло масою т покоїлося. Від тіла відокремилася зі швидкістю vl якась його частина масою т1. Тоді решта прийде в рух в протилежну сторону зі швидкістю D2, маса решти т2. Дійсно, сума імпульсів обох частин тіла до відділення дорівнювала нулю і після поділу буде дорівнює нулю:

Велика заслуга в розвитку теорії реактивного руху належить К. Е. Ціолковського.

Він розробив теорію польоту тіла змінної маси (ракети) в однорідному полі тяжіння і розрахував запаси палива, необхідні для подолання сили земного тяжіння; основи теорії рідинного реактивного двигуна, а також елементи його конструкції; теорію багатоступеневих ракет, причому запропонував два варіанти: паралельний (кілька реактивних двигунів працюють одночасно) і послідовний (реактивні двигуни працюють один за одним). К. Е. Ціолковський суворо науково довів можливість польоту в космос за допомогою ракет з рідинним реактивним двигуном, запропонував спеціальні траєкторії посадки космічних апаратів на Землю, висунув ідею створення міжпланетних орбітальних станцій і детально розглянув умови життя і життєзабезпечення на них. Технічні ідеї Ціолковського знаходять застосування при створенні сучасної ракетно-космічної техніки. Рух за допомогою реактивного струменя згідно із законом збереження імпульсу лежить в основі гідрореактівного двигуна. В основі руху багатьох морських молюсків (восьминогів, медуз, кальмарів, каракатиць) також лежить реактивний принцип.

Завдання на визначення періоду і частоти вільних коливань в коливальному контурі

Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Вага тіла. невагомість

Ісаак Ньютон висунув припущення, що між будь-якими тілами в природі існують сили взаємного тяжіння. Ці сили називають силами гравітації, або силами всесвітнього тяжіння. Сила всесвітнього тяжіння виявляється в Космосі, Сонячній системі і на Землі. Ньютон узагальнив закони руху небесних тіл і з'ясував, що сила F дорівнює:

маси взаємодіючих тіл, R - відстань між ними, G - коефіцієнт пропорційності, який називається гравітаційної постійної. Чисельне значення гравітаційної постійної досвідченим шляхом визначив Кавендіш, вимірюючи силу взаємодії між свинцевими кулями. В результаті закон всесвітнього тяжіння звучить так: між будь-якими матеріальними точками існує сила взаємного тяжіння, прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними, що діє по лінії, що з'єднує ці точки.

Фізичний сенс гравітаційної постійної випливає із закону всесвітнього тяжіння. Якщо m1 = m2 = 1 кг, R = 1 м, то G = F, т. Е. Гравітаційна стала дорівнює силі, з якою притягуються два тіла по 1 кг на відстані 1 м. Чисельне значення: Сили всесвітнього тяжіння діють між будь-якими тілами в природі, але відчутними вони стають при великих масах (або якщо хоча б маса одного з тіл велика). Закон же всесвітнього тяжіння виконується тільки для матеріальних точок і куль (в цьому випадку за відстань приймається відстань між центрами куль).

Приватним видом сили всесвітнього тяжіння є сила тяжіння тіл до Землі (або до іншої планети). Цю силу називають силою тяжіння. Під дією цієї сили всі тіла набувають прискорення вільного падіння. Згідно з другим законом Ньютона g = Ft * m отже, Ft = mg. Сила тяжіння завжди спрямована до центру Землі. Залежно від висоти h над поверхнею Землі і географічної широти положення тіла прискорення вільного падіння набуває різні значення. На поверхні Землі і в середніх широтах прискорення вільного падіння одно 9,831 м / с2.

У техніці і побуті широко використовується поняття ваги тіла. Вагою тіла називають силу, з якою тіло тисне на опору або підвіс в результаті гравітаційного тяжіння до планети (рис. 6). Вага тіла позначається Р. Одиниця ваги - Н. Так як вага дорівнює силі, з якою тіло діє на опору, то відповідно до третього закону Ньютона за величиною вага тіла дорівнює силі реакції опори. Тому, щоб знайти вагу тіла, необхідно визначити, чому дорівнює сила реакції опори.

Розглянемо випадок, коли тіло разом з опорою НЕ рухається. В цьому випадку сила реакції опори, а отже, і вага тіла дорівнює силі тяжіння (рис. 7): Р = N = mg.

У разі руху тіла вертикально вгору разом з опорою з прискоренням за другим законом Ньютона можна записати mg + N = та (рис. 8, а).

У проекції на вісь OX: -mg + N = та, звідси N = m (g + a). але, при русі вертикально вгору з прискоренням вага тіла збільшується і знаходиться за формулою Р = m (g + a).

Збільшення ваги тіла, викликане прискореним рухом опори або підвісу, називають перевантаженням. Дія перевантаження відчувають на собі космонавти як при зльоті космічної ракети, так і при гальмуванні корабля при вході в щільні шари атмосфери. Відчувають перевантаження і льотчики при виконанні фігур вищого пілотажу, і водії автомобілів при різкому гальмуванні.

Якщо тіло рухається вниз по вертикалі, то за допомогою аналогічних міркувань отримуємо

т. е. вага при русі по вертикалі з прискоренням буде-менше сили тяжіння (рис. 8, б).

Якщо тіло вільно падає, то в цьому випадку P = (g- g) m = 0.

Стан тіла, в якому його вага дорівнює нулю, називають невагомістю. Стан невагомості спостерігається в літаку або космічному кораблі при русі з прискоренням вільного падіння незалежно від напрямку і значення швидкості їх руху. За межами земної атмосфери при виключенні реактивних двигунів на космічний корабель діє тільки сила всесвітнього тяжіння. Під дією цієї сили космічний корабель і все тіла, що знаходяться в ньому, рухаються з однаковим прискоренням, тому в кораблі спостерігається стан невагомості.

Завдання на застосування першого закону термодинаміки

Перетворення енергії при механічних коливаннях. Вільні і вимушені коливання. резонанс

Механічними коливаннями називають руху тіла, що повторюються точно або приблизно через однакові проміжки часу. Основними характеристиками механічних коливань є: зміщення, амплітуда, частота, період. Зсув - це відхилення тіла від положення рівноваги. Амплітуда - модуль максимального відхилення від положення рівноваги. Частота - число повних коливань, що здійснюються в одиницю часу. Період - час одного повного коливання, т. Е. Мінімальний проміжок часу, через який відбувається повторення процесу. Період і частота зв'язані співвідношенням: v = 1 / Т.

Найпростіший вид коливального руху - гармонійні коливання, при яких коливається величина змінюється з часом за законом синуса або косинуса (рис. 9).

Вільними називають коливання, які відбуваються за рахунок спочатку повідомленої енергії при подальшому відсутності зовнішніх впливів на систему, що здійснює коливання. Наприклад, коливання вантажу на нитці (рис. 10).

Розглянемо процес перетворення енергії на прикладі коливань вантажу на нитки (див. Рис. 10).

При відхиленні маятника від положення рівноваги він піднімається на висоту h щодо нульового рівня, отже, в точці А маятник має потенційну енергією mgh. При русі до положення рівноваги, до точки О, зменшується висота до нуля, а швидкість вантажу збільшується, і в точці О вся потенційна енергія mgh перетвориться в кінетичну енергію mv ^ 2/2. У положенні рівноваги кінетична енергія має максимальне значення, а потенційна енергія мінімальна. Після проходження положення рівноваги відбувається перетворення кінетичної енергії в потенційну, швидкість маятника зменшується і при максимальному відхиленні від положення рівноваги стає рівною нулю. При коливальному русі завжди відбуваються періодичні перетворення його кінетичної і потенційної енергії.

При вільних механічних коливаннях неминуче відбувається втрата енергії на подолання сил опору. Якщо коливання відбуваються під дією періодичної зовнішньої сили, то такі коливання називають вимушеними. Наприклад, батьки розгойдують дитини на гойдалці, поршень рухається в циліндрі двигуна автомобіля, коливаються ніж електробритви і голка швейної машини. Характер змушених коливань залежить від характеру дії зовнішньої сили, від її величини, напряму, частоти дії і не залежить від розмірів і властивостей тіла, що коливається. Наприклад, фундамент мотора, на якому він закріплений, здійснює вимушені коливання з частотою, яка визначається тільки числом оборотів мотора, і не залежить від розмірів фундаменту.

При збігу частоти зовнішньої сили і частоти власних коливань тіла амплітуда вимушених коливань різко зростає. Таке явище називають механічним резонансом. Графічно залежність амплітуди вимушених коливань від частоти дії зовнішньої сили показана на малюнку 11. Явище резонансу може бути причиною руйнування машин, будівель, мостів, якщо власні їх частоти збігаються з частотою періодично діючої сили. Тому, наприклад, двигуни в автомобілях встановлюють на спеціальних амортизаторах, а військовим підрозділам при русі по мосту забороняється йти «в ногу».

При відсутності тертя амплітуда вимушених коливань при резонансі повинна зростати з часом необмежено. У реальних системах амплітуда в сталому режимі резонансу визначається умовою втрат енергії протягом періоду і роботи зовнішньої сили за той же час. Чим менше тертя, тим більше амплітуда при резонансі.

Дослідне обгрунтування основних положень молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) будови речовини. Маса і розмір молекул. Постійна Авогадро

Молекулярно-кінетична теорія - це розділ фізики, що вивчає властивості різних станів речовини, що грунтується на уявленнях про існування молекул і атомів як найдрібніших частинок речовини. В основі МКТ лежать три основних положення:

1. Всі речовини складаються з найдрібніших частинок: молекул, атомів або іонів.

2. Ці частинки знаходяться в безперервному хаотичному русі, швидкість якого визначає температуру речовини.

3. Між частинками існують сили тяжіння і відштовхування, характер яких залежить від відстані між ними.

Основні положення МКТ підтверджуються багатьма досвідченими фактами. Існування молекул, атомів і іонів доведено експериментально, молекули достатньо вивчені і навіть сфотографовані за допомогою електронних мікроскопів. Здатність газів необмежено розширюватися і займати весь наданий їм об'єм пояснюється безперервним хаотичним рухом молекул. Пружність газів, твердих і рідких тіл, здатність рідин змочувати деякі тверді тіла, процеси фарбування, склеювання, збереження форми твердими тілами і багато іншого говорять про існування сил тяжіння і відштовхування між молекулами. Явище дифузії - здатність молекул однієї речовини проникати в проміжки між молекулами іншого - теж підтверджує основні положення МКТ. Явищем дифузії пояснюється, наприклад, поширення запахів, змішування різнорідних рідин, процес розчинення твердих тіл в рідинах, зварювання металів шляхом їх розплавлення або шляхом тиску. Підтвердженням безперервного хаотичного руху молекул є також і броунівський рух - безперервне хаотичний рух мікроскопічних часток, нерозчинних в рідини.

Рух броунівських часток пояснюється хаотичним рухом частинок рідини, які стикаються з мікроскопічними частинками і приводять їх у рух. Досвідченим шляхом було доведено, що швидкість броунівських часток залежить від температури рідини. Теорію броунівського руху розробив А. Ейнштейн. Закони руху частинок носять статистичний, імовірнісний характер. Відомий тільки один спосіб зменшення інтенсивності броунівського руху - зменшення температури. Існування броунівського руху переконливо підтверджує рух молекул.

Будь-яка речовина складається з частинок, тому кількість речовини v прийнято вважати пропорційним числу часток, т. Е. Структурних елементів, що містяться в тілі.

Одиницею кількості речовини є моль. Моль - це кількість речовини, що містить стільки ж структурних елементів будь-якої речовини, скільки міститься атомів у 12 г вуглецю С12. Ставлення числа молекул речовини до кількості речовини називають постійної Авогадро:

Постійна Авогадро показує, скільки атомів і молекул міститься в одному молі речовини. Молярна маса - маса одного моля речовини, що дорівнює відношенню маси речовини до кількості речовини:

Молярна маса виражається в кг / моль. Знаючи молярну масу, можна обчислити масу однієї молекули:

Середня маса молекул зазвичай визначається хімічними методами, постійна Авогадро з високою точністю визначена декількома фізичними методами. Маси молекул і атомів зі значним ступенем точності визначаються за допомогою мас-спектрографа.

Маси молекул дуже малі. Наприклад, маса молекули води:

Молярна маса пов'язана з відносною молекулярною масою Мг. Відносна молекулярна маса - це величина, що дорівнює відношенню маси молекули даної речовини до 1/12 маси атома вуглецю С12. Якщо відома хімічна формула речовини, то за допомогою таблиці Менделєєва може бути визначена його відносна маса, яка, будучи виражена в кілограмах, показує величину молярної маси цієї речовини.

Завдання на рух або рівновагу зарядженоїй частки в електричному полі

Відповідь: маса зарядженої порошинки, що знаходиться в полі конденсатора, 10 ^ (- 7) кг.

Ідеальний газ. Основне рівняння МКТ ідеального газу. Температура і її вимерен. абсолютна температура

1. Поняття ідеального газу, його властивості. 2. Пояснення тиску газу. 3. Необхідність вимірювання температури. 4. Фізичний сенс температури. 5. Температурні шкали. 6. Абсолютна температура.

Для пояснення властивостей речовини в газоподібному стані використовується модель ідеального газу. Ідеальним прийнято вважати газ, якщо: а) між молекулами відсутні сили тяжіння, т. Е. Молекули поводяться як абсолютно пружні тіла;

б) газ дуже розряджений, тобто відстань між молекулами набагато більше розмірів самих молекул;

в) теплова рівновага по всьому об'єму досягається миттєво. Умови, необхідні для того, щоб реальний газ знайшов властивості ідеального, здійснюються при відповідному розрядженні реального газу. Деякі гази навіть при кімнатній температурі і атмосферному тиску слабо відрізняються від ідеальних. Основними параметрами ідеального газу є тиск, обсяг і температура.

Одним з перших і важливих успіхів МКТ було якісне і кількісне пояснення тиску газу на стінки посудини. Якісне пояснення полягає в тому, що молекули газу при зіткненнях зі стінками посудини взаємодіють з ними за законами механіки як пружні тіла і передають свої імпульси стінок посудини.

На підставі використання основних положень молекулярно-кінетичної теорії було отримано основне рівняння МКТ ідеального газу, яке виглядає так:, де р - тиск ідеального газу, m0 - маса молекули, середнє значення концентрація молекул, квадрата швидкості молекул.

Позначивши середнє значення кінетичної енергії поступального руху молекул ідеального газу отримаємо основне рівняння

МКТ ідеального газу у вигляді:

Однак, вимірявши тільки тиск газу, неможливо дізнатися ні середнє значення кінетичної енергії молекул окремо, ні їх концентрацію. Отже, для знаходження мікроскопічних параметрів газу потрібно вимір ще якоїсь фізичної величини, пов'язаної із середньою кінетичної енергією молекул. Такий величиною є температура. Температура - скалярна фізична величина, що описує стан термодинамічної рівноваги (стану, при якому не відбувається зміни мікроскопічних параметрів). Як термодинамічна величина температура характеризує тепловий стан системи і вимірюється ступенем його відхилення від прийнятого за нульовий, як молекулярно-кінетична величина - характеризує інтенсивність хаотичного руху молекул і вимірюється їх середньої кінетичної енергією. Ек = 3/2

Температура всіх частин ізольованої системи, що знаходиться в рівновазі, однакова. Вимірюється температура термометрами в градусах різних температурних шкал. Існує абсолютна термодинамічна шкала (шкала Кельвіна) і різні емпіричні шкали, які відрізняються початковими точками. До введення абсолютної шкали температур в практиці широкого поширення набула шкала Цельсія (за О ° С прийнята точка замерзання води, за 100 ° С прийнята точка кипіння води при нормальному атмосферному тиску).

Одиниця температури по абсолютній шкалі називається Кельвіном і обрано рівної одному градусу за шкалою Цельсія 1 К = 1 ° С. У шкалі Кельвіна за нуль прийнятий абсолютний нуль температур, т. Е. Температура, при якій тиск ідеального газу при постійному обсязі дорівнює нулю. Обчислення дають результат, що абсолютний нуль температури дорівнює -273 ° С. Таким чином, між абсолютною шкалою температур і шкалою Цельсія існує зв'язок Т = t ° C + 273. Абсолютний нуль температур недосяжний, оскільки будь-яке охолодження засноване на випаровуванні молекул з поверхні, а при наближенні до абсолютного нуля швидкість поступального руху молекул настільки сповільнюється, що випаровування практично припиняється. Теоретично при абсолютному нулі швидкість поступального руху молекул дорівнює нулю, т. Е. Припиняється тепловий рух молекул.

Завдання на визначення індукції магнітного поля (за законом Ампера або за формулою для розрахунку сили Лоренца)

На прямолінійний ділянку провідника зі струмом довжиною 2 см між полюсами постійного магніту діє сила 10 ^ (- 3) Н при силі струму в провіднику 5 А. Визначте магнітну індукцію, якщо вектор індукції перпендикулярний провіднику

Рівняння стану ідеального газу. (Рівняння Менделєєва - Клапейрона.) Ізопроцесси

Стан даної маси газу повністю визначено, якщо відомі його тиск, температура і об'єм. Ці величини називають параметрами стану газу. Рівняння, що зв'язує параметри стану, називають рівнянням стану.

Для довільної маси газу стан газу описується рівнянням Менделєєва - Клапейрона: pV = mRT / M, де р - тиск, V - об'єм, m - маса, М - молярна маса, R - універсальна газова стала. Фізичний сенс універсальної газової постійної в тому, що вона показує, яку роботу виконує один моль ідеального газу при изобарном розширенні при нагріванні на 1 К (R = 8,31 ДжДмоль * К)).

Рівняння Менделєєва - Клапейрона показує, що можливе одночасне зміна трьох параметрів, що характеризують стан ідеального газу. Однак багато процесів в газах, що відбуваються в природі і здійснювані в техніці, можна розглядати наближено як процеси, в яких змінюються лише два параметри. Особливу роль у фізиці і техніці грають три процеси: ізотермічний, ізохорний і ізобарний.

Ізопроцессамі називають процес, що відбувається з цією масою газу при одному постійному параметрі - температуру, тиск або обсязі. З рівняння стану як окремі випадки виходять закони для ізопроцессов.

Ізотермічним називають процес, що протікає при постійній температурі. Т = const. Він описується законом Бойля - Маріотта: pV = const.

Ізохорним називають процес, що протікає при постійному обсязі. Для нього справедливий закон Шарля: V = const, p / T = const.

Ізобаричний називають процес, що протікає при постійному тиску. Рівняння цього процесу має вигляд V / T = const прир = const і називається законом Гей-Люссака. Всі процеси можна зобразити графічно (рис. 15).

Реальні гази задовольняють рівняння стану ідеального газу при не дуже високих тисках (поки власний обсяг молекул зневажливо малий у порівнянні з об'ємом посудини, в якому знаходиться газ) і при не дуже низьких температурах (поки потенційної енергією міжмолекулярної взаємодії можна знехтувати в порівнянні з кінетичної енергією теплового руху молекул), т. е. для реального газу це рівняння і його слідства є хорошим наближенням.

Завдання на застосування зрівняніення Ейнштейна для фотоефекту

Випаровування і конденсація. Насичені і ненасичені пари. Вологість повітря. Вимірювання вологості повітря

Випаровування - пароутворення, що відбувається при будь-якій температурі з вільної поверхні рідини. Нерівномірний розподіл кінетичної енергії молекул при тепловому русі призводить до того, що при будь-якій температурі кінетична енергія деяких молекул рідини або твердого тіла може перевищувати потенційну енергію їх зв'язки з іншими молекулами. Більшої кінетичної енергією володіють молекули, які мають велику швидкість, а температура тіла залежить від швидкості руху його молекул, отже, випаровування супроводжується охолодженням рідини. Швидкість випаровування залежить: від площі відкритої поверхні, температури, концентрації молекул поблизу рідини. Конденсація - процес переходу речовини з газоподібного стану в рідке.

Випаровування рідини в закритій посудині при незмінній температурі призводить до поступового збільшення концентрації молекул випаровується речовини в газоподібному стані. Через деякий час після початку випаровування концентрація речовини в газоподібному стані досягне такого значення, при якому число молекул, які повертаються в рідину, стає дорівнює кількості молекул, що залишають рідину за той же час. Встановлюється динамічна рівновага між процесами випаровування та конденсації речовини. Речовина в газоподібному стані, що знаходиться в динамічній рівновазі з рідиною, називають насиченою парою. (Пором називають сукупність молекул, які залишили рідину в процесі випаровування.) Пар, що знаходиться при тиску нижче насиченого, називають ненасиченим.

Внаслідок постійного випаровування води з поверхонь водойм, грунту і рослинного покриву, а також дихання людини і тварин в атмосфері завжди міститься водяна пара. Тому атмосферний тиск являє собою суму тиску сухого повітря і що знаходиться в ньому водяної пари. Тиск водяної пари буде максимальним при насиченні повітря парою. Насичена пара на відміну від ненасиченого не підкоряється законам ідеального газу. Так, тиск насиченої пари не залежить від об'єму, але залежить від температури. Ця залежність не може бути виражена простою формулою, тому на основі експериментального вивчення залежності тиску насиченої пари від температури складені таблиці, за якими можна визначити його тиск при різних температурах.

Тиск водяної пари, що знаходиться в повітрі при даній температурі, називають абсолютною вологістю, або пружністю водяної пари. Оскільки тиск пара пропорційно концентрації молекул, можна визначити абсолютну вологість як щільність водяної пари, що знаходиться в повітрі при даній температурі, виражену в кілограмах на метр кубічний (р).

Більшість явищ, які спостерігаються в природі, наприклад швидкість випаровування, висихання різних речовин, в'янення рослин, залежить не від кількості водяної пари в повітрі, а від того, наскільки ця кількість близько до насичення, т. Е. Від відносної вологості, яка характеризує ступінь насичення повітря водяною парою. При низькій температурі і високій вологості підвищується теплопередача і людина піддається переохолодженню. При високих температурах і вологості теплопередача, навпаки, різко скорочується, що веде до перегрівання організму. Найбільш сприятливою для людини в середніх кліматичних широтах є відносна вологість 40-60%. Відносною вологістю називають відношення щільності водяної пари (або тиску), що знаходиться в повітрі при даній температурі, до щільності (або тиску) водяної пари при тій же температурі, виражене у відсотках, т. Е. Відносна вологість коливається в широких межах. Причому добовий хід відносної вологості зворотний добовому ходу температури. Днем, зі зростанням температури і, отже, з ростом тиску насичення, відносна вологість убуває, а вночі зростає. Одне і те ж кількість водяної пари може або насичувати, або не насичувати повітря. Знижуючи температуру повітря, можна довести що знаходиться в ньому пар до насичення. Точкою роси називають температуру, при якій пара, що знаходиться в повітрі, стає насиченим. При досягненні точки роси в повітрі або на предметах, з якими він стикається, починається конденсація водяної пари. Для визначення вологості повітря використовуються прилади, які називаються гігрометрами і психрометрами.

Кристалічні та аморфні тіла. Пружні і пластіческіе деформації твердих тіл

Кожен може легко розділити тіла на тверді і рідкі. Однак цей поділ буде тільки за зовнішніми ознаками. Для того щоб з'ясувати, якими ж властивостями володіють тверді тіла, будемо їх нагрівати. Одні тіла почнуть горіти (дерево, вугілля) - це органічні речовини. Інші будуть розм'якшуватися (смола) навіть при невисоких температурах - це аморфні. Треті будуть змінювати свій стан при нагріванні так, як показано на графіку (рис. 17). Це і є кристалічні тіла. Така поведінка кристалічних тіл при нагріванні пояснюється їх внутрішньою будовою. Кристалічні тіла - це такі тіла, атоми і молекули яких розташовані в певному порядку, і цей порядок зберігається на досить великій відстані. Просторове періодичне розташування атомів або іонів в кристалі називають кристалічною решіткою. Точки кристалічної решітки, в яких розташовані атоми або іони, називають вузлами кристалічної решітки.

Кристалічні тіла бувають монокристалами і полікристалів. Монокристал має єдиної кристалічною решіткою у всьому обсязі.

Анізотропія монокристалів полягає в залежності їх фізичних властивостей від напряму. Полікристал є з'єднанням дрібних, різним чином орієнтованих монокристалів (зерен) і не володіє анізотропією властивостей. Більшість твердих тіл мають полікристалічне будова (мінерали, сплави, кераміка).

Основними властивостями кристалічних тіл є: визначеність температури плавлення, пружність, міцність, залежність властивостей від порядку розташування атомів, т. Е. Від типу кристалічної решітки.

Аморфними називають речовини, у яких відсутній порядок розташування атомів і молекул по всьому об'єму цієї речовини. На відміну від кристалічних речовин аморфні речовини ізотропні. Це означає, що властивості однакові в усіх напрямках. Перехід з аморфного стану в рідке відбувається поступово, відсутня певна температура плавлення. Аморфні тіла не мають пружністю, вони пластичні. У аморфному стані знаходяться різні речовини: скла, смоли, пластмаси і т. П.

Пружність - властивість тіл відновлювати свою форму і об'єм після припинення дії зовнішніх сил або інших причин, що викликали деформацію тіл. Для пружних деформацій справедливий закон Гука, згідно з яким пружні деформації прямо пропорційні викликають їх зовнішніх впливів а = Е | з |, де а - механічне напруження, е - відносне подовження, Е - модуль Юнга (модуль пружності). Пружність обумовлена ​​взаємодією і тепловим рухом частинок, з яких складається речовина.

Пластичність - властивість твердих тіл під дією зовнішніх сил змінювати, не руйнуючись, свою форму і розміри і зберігати залишкові деформації після того, як дія цих сил припиниться.

Завдання на визначення показния заломлення прозорого середовища

Робота в термодинаміці. Внутрішня енергія. Перший закон термодинаміки. Застосування першого закону до зопроцессам. Адіабатний процес

Кожне тіло має цілком певну структуру, воно складається з частинок, які хаотично рухаються і взаємодіють один з одним, тому будь-яке тіло має внутрішню енергію. Внутрішня енергія - це величина, що характеризує власний стан тіла, т. Е. Енергія хаотичного (теплового) руху мікрочастинок системи (молекул, атомів, електронів, ядер і т. Д.) І енергія взаємодії цих частинок. Внутрішня енергія одноатомного ідеального газу визначається за формулою U = 3/2 * т / М * RT.

Внутрішня енергія тіла може змінюватися тільки в результаті його взаємодії з іншими тілами. Існує два способи зміни внутрішньої енергії: теплопередача і вчинення механічної роботи (наприклад, нагрівання при терті або при стисненні, охолодження при розширенні).

Теплопередача - це зміна внутрішньої енергії без здійснення роботи: енергія передається від більш нагрітих тіл до менш нагрітих. Теплопередача буває трьох видів: теплопровідність (безпосередній обмін енергією між хаотично рухаються частками взаємодіючих тіл або частин одного і того ж тіла); конвекція (перенесення енергії потоками рідини або газу) і випромінювання (перенесення енергії електромагнітними хвилями). Мірою переданої енергії при теплопередачі є кількість теплоти (Q).

Ці способи кількісно об'єднані в закон збереження енергії, який для теплових процесів читається так: зміна внутрішньої енергії замкнутої системи дорівнює сумі кількості теплоти, переданої системі, і роботи зовнішніх сил, досконалої над системою. , Де - зміна внутрішньої енергії, Q - кількість теплоти, передане системі, А - робота зовнішніх сил. Якщо система сама здійснює роботу, то її умовно позначають А *. Тоді закон збереження енергії для теплових процесів, який називається першим законом термодинаміки, можна записати так:, тобто кількість теплоти, передане системі, йде на вчинення системою роботи і зміна її внутрішньої енергії.

При изобарном нагріванні газ здійснює роботу над зовнішніми силами, де V1 і V2 - початковий і кінцевий обсяги газу. Якщо процес не є Ізобаричний, величина роботи може бути визначена площею фігури ABCD, укладеної між лінією, що виражає залежність p (V), і початковим і кінцевим обсягами газу V

Розглянемо застосування першого закону термодинаміки до ізопроцессам, що відбувається з ідеальним газом.

В ізотермічному процесі температура постійна, отже, внутрішня енергія не змінюється. Тоді рівняння першого закону термодинаміки набуде вигляду:, т. Е. Кількість теплоти, передане системі, йде на здійснення роботи при ізотермічному розширенні, саме тому температура не змінюється.

У изобарном процесі газ розширюється і кількість теплоти, передане газу, йде на збільшення його внутрішньої енергії і на вчинення ним роботи:.

При Ізохоричний процесі газ не змінює свого об'єму, отже, робота їм не відбувається, т. Е. А = 0, і рівняння першого закону має вигляд, т. Е. Передане кількість теплоти йде на збільшення внутрішньої енергії газу.

Адіабатних називають процес, що протікає без теплообміну з навколишнім середовищем. Q = 0, отже, газ при розширенні здійснює роботу за рахунок зменшення його внутрішньої енергії, отже, газ охолоджується, Крива, що зображає Адіабатний процес, називається адіабати.

Завдання на застосування закону електромагнітної індукції

Взаємодія заряджених тіл. Закон Кулона. Закон збереження електричного заряду

Закони взаємодії атомів і молекул вдається зрозуміти і пояснити на основі знань про будову атома, використовуючи планетарну модель його будови. У центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються по певних орбітах негативно заряджені частинки. Взаємодія між зарядженими частинками називається електромагнітним. Інтенсивність електромагнітної взаємодії визначається фізичною величиною - електричним зарядом, який позначається q. Одиниця електричного заряду - кулон (Кл). 1 кулон - це такий електричний заряд, який, проходячи через поперечний переріз провідника за 1 с, створює в ньому струм силою 1 А. Здатність електричних зарядів як до взаємного притягання, так і до взаємного відштовхуванню пояснюється існуванням двох видів зарядів. Один вид заряду назвали позитивним, носієм елементарного позитивного заряду є протон. Інший вид заряду назвали негативним, його носієм є електрон. Елементарний заряд дорівнює Заряд частинок завжди представляється числом, кратним розміром елементарного заряду.

Повний заряд замкнутої системи (до якої не входять заряди ззовні), т. Е. Алгебраїчна сума зарядів всіх тіл, залишається незмінною: q1 + q2 + ... + qn = const. Електричний заряд не створюється і не зникає, а лише переходить від одного тіла до іншого. Цей експериментально встановлений факт називається законом збереження електричного заряду. Ніколи і ніде в природі не виникає і не зникає електричний заряд одного знака. Поява і зникнення електричних зарядів на тілах в більшості випадків пояснюється переходами елементарних заряджених частинок - електронів - від одних тіл до інших.

Електризація - це повідомлення тілу електричного заряду. Електризація може відбуватися, наприклад, при зіткненні (терті) різнорідних речовин і при опроміненні. При електризації в тілі виникає надлишок або недолік електронів.

У разі надлишку електронів тіло набуває негативний заряд, в разі нестачі - позитивний.

Закони взаємодії нерухомих електричних зарядів вивчає електростатика.

Основний закон електростатики був експериментально встановлений французьким фізиком Шарлем Кулоном і читається так: модуль сили взаємодії двох точкових нерухомих електричних зарядів у вакуумі прямо пропорційний твору величин цих зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані між ними.

г - відстань між ними, k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибору системи одиниць, в СІ

Величина, що показує, у скільки разів сила взаємодії зарядів у вакуумі більше, ніж в середовищі, називається діелектричною проникністю середовища Е. Для середовища з діелектричною проникністю е закон Кулона записується в такий спосіб:

В СІ коефіцієнт k прийнято записувати в такий спосіб: - електрична постійна, чисельно рівна

використанням електричної постійної закон Кулона має вигляд:

Взаємодія нерухомих електричних зарядів називають електростатичним або кулоновским взаємодією. Кулонівські сили можна зобразити графічно (рис. 20, 21).

Завдання на застосування закону збереження енергії

Конденсатори. електроємність конденсатор. застосування конденсаторів

Для накопичення значних кількостей різнойменних електричних зарядів застосовуються конденсатори. Конденсатор - це система двох провідників (обкладок), розділених шаром діелектрика, товщина якого мала в порівнянні з розмірами провідників. Так, наприклад, дві плоскі металеві пластини, розташовані паралельно і розділені діелектриком, утворюють плоский конденсатор. Якщо пластин плоского конденсатора повідомити рівні по модулю заряди протилежного знака, то напруженість між пластинами буде в два рази більше, ніж напруженість однієї пластини. Поза пластин напруженість дорівнює нулю.

Позначаються конденсатори на схемах так:

Електроємна конденсатора називають величину, рівну відношенню величини заряду однієї з пластин до напруги між ними. Електроємність позначається С. За визначенням С = q / U. Одиницею електроємна є фарад (Ф). 1 фарад - це електроємність такого конденсатора, напруга між обкладками якого дорівнює 1 вольт при повідомленні обкладкам різнойменних зарядів по 1 кулона.

де ЕО - електрична постійна, Ј - діелектрична постійна середовища, S - площа

Залежно від типу діелектрика конденсатори бувають повітряні, паперові, слюдяні.

Конденсатори застосовуються для накопичення електроенергії і використання її при швидкому розряді (фотоспалах), для поділу ланцюгів постійного і змінного струму, в випрямлячах, коливальних контурах і інших радіоелектронних пристроях.

Завдання на застосування рівняння стану ідеального газу

Робота і потужність в ланцюзі постійного струму. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола

Потужність по визначенню N = A / t, отже,

Російський учений X. Ленд і англійський учений Д. Джоуль досвідченим шляхом в середині минулого століття встановили незалежно один від одного закон, який називається законом Джоуля - Ленца і читається так: при проходженні струму по провіднику кількість теплоти, що виділилася в провіднику, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження струму. .

Повна замкнута ланцюг являє собою електричну ланцюг, до складу якої входять зовнішні опору і джерело струму (рис. 25). Як один з ділянок ланцюга, джерело струму має опір, яке називають внутрішнім, r.

Для того щоб струм проходив по замкнутому ланцюзі, необхідно, щоб в джерелі струму зарядів повідомлялася додаткова енергія, вона з'являється за рахунок роботи з переміщення зарядів, яку виробляють сили неелектричних походження (сторонні сили) проти сил електричного поля. Джерело струму характеризується енергетичної характеристикою, яка називається ЕРС - електрорушійна сила джерела. ЕРС вимірюється ставленням роботи сторонніх сил по переміщенню уздовж замкненого кола позитивного заряду до величини цього заряду

Опір ділянки кола часто називають падінням напруги на цій ділянці. Таким чином, ЕРС дорівнює сумі падінь напруг на внутрішньому і зовнішньому ділянках замкнутої ланцюга. Зазвичай цей вислів записують так: I = E / (R + г). Цю залежність досвідченим шляхом отримав Георг Ом, називається вона законом Ома для повного кола і читається так: сила струму в повній ланцюга прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна повного опору ланцюга. При розімкнутому ланцюзі ЕРС дорівнює напрузі на затискачах джерела і, отже, може бути виміряна вольтметром.

Магнітне поле, умови його існування. Дія магнітного поля на електричний заряд і досліди, що підтверджують цю дію. магнітна індукція

У 1820 р датський фізик Ерстед виявив, що магнітна стрілка повертається при пропущенні електричного струму через провідник, що знаходиться біля неї (рис. 27). У тому ж році французький фізик Ампер встановив, що два провідники, розташовані паралельно один одному, відчувають взаємне притягання, якщо струм тече по ним в одному напрямку, і відштовхування, якщо струми течуть в різних напрямках (рис. 28). Явище взаємодії струмів Ампер назвав електродинамічним взаємодією. Магнітна взаємодія рухомих електричних зарядів, згідно з уявленнями теорії близкодействия, пояснюється наступним чином: всякий рухомий електричний заряд створює в навколишньому просторі магнітне поле. Магнітне поле - особливий вид матерії, який виникає в просторі навколо будь-якого змінного електричного поля.

З сучасної точки зору в природі існує сукупність двох полів - електричного і магнітного - це електромагнітне поле, воно являє собою особливий вид матерії, т. Е. Існує об'єктивно, незалежно від нашої свідомості. Магнітне поле завжди породжується змінним електричним, і навпаки, змінне магнітне поле завжди породжує змінне електричне поле. Електричне поле, взагалі кажучи, можна розглядати окремо від магнітного, так як носіями його є частинки - електрони і протони. Магнітне поле без електричного не існує, так як носіїв магнітного поля немає. Навколо провідника зі струмом існує магнітне поле, і воно породжується змінним електричним полем заряджених частинок в провіднику.

Магнітне поле є силовим полем. Силовий характеристикою магнітного поля називають магнітну індукцію (В). Магнітна індукція - це векторна фізична величина, що дорівнює максимальній силі, що діє з боку магнітного поля на одиничний елемент струму. В = F / IL Одиничний елемент струму - це провідник довжиною 1 м і силою струму в ньому 1 А. Одиницею виміру магнітної індукції є тесла. 1 Тл = 1 Н / А * м. Магнітна індукція завжди породжується в площині під кутом 90 ° до електричного поля. Навколо провідника зі струмом магнітне поле також існує в перпендикулярній провідникові площині.

подібні документи

Рівномірний і рівноприскореному прямолінійний рух. Закони динаміки, прояв закону збереження імпульсу в природі і використання його в техніці. Закон всесвітнього тяжіння. Перетворення енергії при механічних коливаннях. Закон Бойля-Маріотта.

шпаргалка, доданий 14.05.2011


Закони збереження в механіці. Перевірка закону збереження механічної енергії за допомогою машини Атвуда. Застосування закону збереження енергії для визначення коефіцієнта тертя. Закони збереження імпульсу та енергії.

творча робота, доданий 25.07.2007


Загальні поняття, історія відкриття електромагнітної індукції. Коефіцієнт пропорційності в законі електромагнітної індукції. Зміна магнітного потоку на прикладі приладу Ленца. Індуктивність соленоїда, розрахунок щільності енергії магнітного поля.

лекція, доданий 10.10.2011


Фізичне зміст закону збереження енергії в механічних і теплових процесах. Незворотність процесів теплопередачі. Формулювання закону збереження енергії для механічних процесів. Передача тепла від тіла з низькою температурою до тіла з високою.

презентація, доданий 27.05.2014


Сила Лоренца - сила, що діє на заряджену частинку, яка рухається в електромагнітному полі. Магнітні силові лінії; вплив індукції магнітного поля на силу Ампера. Застосування сили Лоренца в електроприладах; Північне сяйво як прояв її дії.

презентація, доданий 14.05.2012


Закон збереження імпульсу. Прискорення вільного падіння. Пояснення пристрою і принципу дії динамометра. Закон збереження механічної енергії. Основні моделі будови газів, рідин і твердих тіл. Приклади теплопередачі в природі і техніці.

шпаргалка, доданий 15.12.2009


Електричний заряд і закон його збереження в фізиці, визначення напруженості електричного поля. Поведінка провідників і діелектриків в електричному полі. Властивості магнітного поля, рух заряду в ньому. Ядерна модель атома і реакції з його участю.

контрольна робота, доданий 14.12.2009


Закон збереження імпульсу, закон збереження енергії. Основні поняття руху рідин і газів, закон Бернуллі. Сила тяжіння, сила тертя, сила пружності. Закони Ісаака Ньютона. Закон всесвітнього тяжіння. Основні властивості рівномірного руху.

презентація, доданий 22.01.2012


Секрет літаючої тарілки або протиріччя в деяких умах. Закони збереження. Головні закони фізики (механіки): три Закону Ньютона і слідства з них - закони збереження енергії, імпульсів, моментів імпульсів.

стаття, доданий 07.05.2002


Дія силового поля в просторі, що оточує струми і постійні магніти. Основні характеристики магнітного поля. Гіпотеза Ампера, закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітний момент рамки зі струмом. Явище електромагнітної індукції; гістерезис, самоіндукція.

Давайте трохи розберемося з цим. Говорячи, що ви не можете виграти, Сноу мав на увазі те, що оскільки матерія і енергія зберігаються, ви не можете отримати одне, не втративши друге (тобто E = mc²). Також це означає, що для роботи двигуна вам потрібно поставляти тепло, однак у відсутності ідеально замкнутої системи деяку кількість тепла неминуче буде йти у відкритий світ, що призведе до другого закону.

Другий закон - збитки неминучі - означає, що в зв'язку зі зростаючою ентропією, ви не можете повернутися до колишнього енергетичного стану. Енергія, сконцентрована в одному місці, завжди буде прагнути до місць більш низької концентрації.

Нарешті, третій закон - ви не можете вийти з гри - відноситься, найнижчою теоретично можливій температурі - мінус 273,15 градуса Цельсія. Коли система досягає абсолютного нуля, рух молекул зупиняється, а значить ентропія досягне найнижчого значення і не буде навіть кінетичної енергії. Але в реальному світі досягти абсолютного нуля неможливо - тільки дуже близько до нього підійти.

сила Архімеда

Після того як древній грек Архімед відкрив свій принцип плавучості, він нібито крикнув «Еврика!» (Знайшов!) І побіг голяка по Сиракузам. Так говорить легенда. Відкриття було ось таким істотним. Також легенда свідчить, що Архімед виявив принцип, коли помітив, що вода у ванній піднімається при зануренні в нього тіла.

Згідно з принципом плавучості Архімеда, сила, що діє на навантажений або частково занурений об'єкт, дорівнює масі рідини, яку зміщує об'єкт. Цей принцип має найважливіше значення в розрахунках щільності, а також проектуванні підводних човнів і інших океанічних суден.

Еволюція і природний відбір

Тепер, коли ми встановили деякі з основних понять про те, з чого почалася Всесвіт і як фізичні закони впливають на наше повсякденне життя, давайте звернемо увагу на людську форму і з'ясуємо, як ми дійшли до такого. На думку більшості вчених, вся життя на Землі має загального предка. Але для того, щоб утворилася така величезна різниця між усіма живими організмами, деякі з них повинні були перетворитися в окремий вид.

У загальному сенсі, ця диференціація сталася в процесі еволюції. Популяції організмів і їх риси пройшли через такі механізми, як мутації. Ті, у кого риси були більш вигідними для виживання, на кшталт коричневих жаб, які відмінно маскуються в болоті, були природним чином обрані для виживання. Ось звідки взяв початок термін природний відбір.

Можна помножити ці дві теорії на багато-багато часу, і власне це зробив Дарвін в 19 столітті. Еволюція і природний відбір пояснюють величезну різноманітність життя на Землі.

Загальна теорія відносності

Загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна була і залишається найважливішим відкриттям, яке назавжди змінила наш погляд на всесвіт. Головним проривом Ейнштейна була заява про те, що простір і час не є абсолютними, а гравітація - це не просто сила, прикладена до об'єкта або масі. Швидше гравітація пов'язана з тим, що масавикривляє сам простір і час (простір-час).

Щоб осмислити це, уявіть, що ви їдете через всю Землю по прямій лінії в східному напрямку, скажімо, з північної півкулі. Через деякий час, якщо хтось захоче точно визначити ваше місце розташування ви будете набагато південніше і східніше свого вихідного положення. Це тому що Земля вигнута. Щоб їхати прямо на схід, вам потрібно враховувати форму Землі і їхати під кутом трохи на північ. Порівняйте круглий кульку і аркуш паперу.

Простір - це в значній мірі те ж саме. Наприклад, для пасажирів ракети, що летить навколо Землі, буде очевидно, що вони летять по прямій в просторі. Але насправді, простір-час навколо них згинається під дією сили тяжіння Землі, змушуючи їх одночасно рухатися вперед і залишатися на орбіті Землі.

Теорія Ейнштейна справила величезний вплив на майбутнє астрофізики і космології. Вона пояснила невелику і несподівану аномалію орбіти Меркурія, показала, як згинається світло зірок і заклала теоретичні основи для чорних дір.

Принцип невизначеності Гейзенберга

Розширення теорії відносності Ейнштейна розповіло нам більше про те, як працює Всесвіт, і допомогло закласти основу для квантової фізики, що призвело до зовсім несподіваного конфузу теоретичної науки. У 1927 році усвідомлення того, що всі закони всесвіту в певному контексті є гнучкими, призвело до приголомшливого відкриття німецького вченого Вернера Гейзенберга.

Постулювавши свій принцип невизначеності, Гейзенберг зрозумів, що неможливо одночасно знати з високим рівнем точності два властивості частинки. Ви можете знати положення електрона з високим ступенем точності, але не його імпульс, і навпаки.

Пізніше Нільс Бор зробив відкриття, яке допомогло пояснити принцип Гейзенберга. Бор з'ясував, що електрон має якості як частки, так і хвилі. Концепція стала відома як корпускулярно-хвильовий дуалізм і лягла в основу квантової фізики. Тому, коли ми вимірюємо положення електрона, ми визначаємо його як частку в певній точці простору з невизначеною довжиною хвилі. Коли ми вимірюємо імпульс, ми розглядаємо електрон як хвилю, а значить можемо знати амплітуду її довжини, але не положення.

10 наукових законів і теорій, які повинен знати кожен   Ілля Хель

Основні формули і закони фізики

ОСНОВНІ ЗАКОНИ І ФОРМУЛИ ФІЗИКИ

1. МЕХАНІКА

1.1.Упругіе деформації.

1.2. Розширення тіл при нагріванні.

2. кінетична теорія

2.1. Основні положення МКТ.

2.2. Температура.

2.4. Експериментальні газові закони.

2.5. Внутрішня енергія ідеального газу.

2.6. Теплота і робота

2.7. Фізичний сенс універсальної газової постійної

2.8. Перший закон термодинаміки

2.9. Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна.

3.ЕЛЕКТРОСТАТІКА

3.1. Електричний заряд.

3.3. конденсатори

4.ЕЛЕКТРІЧЕСКІЙ ТОК

4.1. Робота і потужність струму.

4.2. Питомий опір

5.МАГНЕТІЗМ

1. МЕХАНІКА

1.1.Упругіе деформації.

Закон Гука 0: 21 0) при малих деформаціях сила пружності пропорційна абсолютної деформації і спрямована протилежно зсуву.

F 4упр 0 = - k 7D 0l

[K] = Н 7 / 0м, твердість такого тіла, при деформації якого на 1 м виникає сила пружності, рівна 1 Н.

Коефіцієнт жорсткості чисельно дорівнює силі пружності, що виникає в тілі при одиничному зсуві.

При малих деформаціях напруга 7s 0 прямо пропорційно відносного подовження 7 e 0.

E - модуль Юнга, чисельно дорівнює такому механічної напруги, коли відносне удлнненіе дорівнює 1 (довжина тіла збільшилася в 2 рази)

[E] = Н 7 / 0м 52 0 = Па,

7s 0 = F 7 / 0S, механічне напруження

7e 0 = 7D 0l 7 / 0l, відносне зміщення.

1.2. Розширення тіл при нагріванні.

L = l 40 0 ​​(1 + 7b 0t),

7b 0 = 7 D 0l 7 / 0l 40 7D 0t, температурний коефіцієнт лінійного розширення; показує, на скільки змінюється довжина тіла при нагріванні на 1 5O

[7b 0] = К 5-1 0,

L = l 40 0 ​​+ 7D 0l,

L 40 0 ​​- довжина тіла при 0 5O 0C.

2. кінетична теорія

2.1. Основні положення МКТ.

N 4A 0 7 ~ 0 6 * 10 523 0 моль 5-1

7n 0 = N 7 / 0N 4A

Основне рівняння МКТ: p = F 7 / 0S = 1 7/03 * m 40 0n 7v 52 4средняя

P = 2 7/03 * nE 4средняя 0, E 4средняя 0 = m 40 7v 52 4средняя 7/02

2.2. Температура.

PV 7 / 0N = kT

K = 1.38 * 10 5-23 0 Дж 7 / 0ДО, постійна Больцмана

E 4средняя 0 = 3 7/02 * kT

P = nkT

Середня квадратична швидкість: 7 v 4средняя 0 = 7? 0 3kT 7 / 0m 40

2.3. Рівняння стану ідеального газу.

PV = m 7 / 0M * RT

R = 8.31 Дж 7/0 (моль * К), універсальна газова постійна

рівняння   Менделєєва-Клапейрона    : P 41 0V 41 7 / 0T 41 0 = p 42 0V 42 7 / 0T 42 0 = const

2.4. Експериментальні газові закони.

1) Закон Бойля-Маріотта (ізотермічний процес) 0:

для ідеального газу даної маси твір тиску на його

обсяг постійно, якщо температура газу не змінюється.

T = const, pV = const

2) Закон Гей-Люссака (ізобарний процес) 0: для ідеального газу даної маси відношення обсягу до абсолютної температури постійно, якщо тиск газу не змінюється.

P = const, V 7 / 0T = const

3) Закон Шарля (Ізохоричний процес) 0: для ідеального газу даної маси відношення тиску до абсолютної температури постійно, якщо обсяг газу не змінюється.

V = const, p 7 / 0T = const

2.5. Внутрішня енергія ідеального газу.

U = N * E 4средняя повна

N = mN 4A 7 / 0M

E 4средняя повна 0 = ikT 7/02

U = mN 4A 7 / 0M * ikT 7/02 = imRT 7 / 02M

7D 0U = i 7/02 * m 7 / 0M * R 7D 0T

2.6. Теплота і робота.

Робота 0 - це міра перетворення енергії в механіці.

A = Flcos 7a

У изобарном процесі A 4ізобар 0 = p 7D 0V

Q = cm 7D 0T

C - 1удельная теплоємність 0 - кількість теплоти, яка отримує або віддає 1 кг речовини при зміні його температури на 1 К

Q 4п 0 = rm

R - 1удельная теплотапаротворення 0 - кількість теплоти, необхідне для перетворення при постійній температурі 1 кг рідини в пару

Q 4пл 0 = 7 l 0m

7l 0 - 1удельная теплота 0 1плавленія 0 - кількість теплоти, необхідне для перетворення 1 кг кристалічної речовини при температурі плавлення в рідину тієї ж температури

2.7. Фізичний сенс універсальної газової постійної.

P    7D 0V = m 7 / 0M * R 7D 0T

A 4 изобар 0 = m 7 / 0M * R 7D 0T

Універсальна газова стала 0 чисельно дорівнює роботі, яку здійснюють 1 молем ідеального газу при изобарном нагріванні на 1 К.

2.8. Перший закон термодинаміки.

Зміна внутрішньої енергії системи при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, переданого системі.

2.9. Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна.

ККД теплового двигуна 0 - це відношення роботи, яку здійснюють двигуном, до кількості теплоти, отриманого від нагрівача.

7h 0 = A 41 7 / 0Q 41 0 = (Q 41 0Q 42 0) 7 / 0Q 41 0 = 1-Q 42 7 / 0Q 41

Q 41 0 - кількість теплоти, отримана від нагрівача,

Q 42 0 - кількість теплоти, віддане холодильника.

7h 4max 0 = (T 41 0T 42 0) 7 / 0T 41

T 41 0 - температура нагрівача,

T 42 0 - температура холодильника.

3.ЕЛЕКТРОСТАТІКА

3.1. Електричний заряд.

Електричний заряд 0 - це властивість тіл, що проявляється в їх здатності взаємодіяти із зовнішнім електричним полем.

[Q] = Кл =   А   * з

Кулон 0 - це заряд, який проходить через поперечний переріз провідника при струмі 1 А за 1 с.

Q 4e 0 = 1.6 * 10 5-19 0 Кл

Закон Кулона 0: сила взаємодії двох точкових нерухомих заряджених тіл в вакуумі прямо пропорційна добутку модулів зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними і спрямована вздовж прямої, що з'єднує центри зарядів.

F = Kq 41 0q 42 7 / 0r 52

K = 9 * 10 59 0 Н * м 52 7 / 0Кл 52

F = q 41 0q 42 7/04 7pee 40 0r 52

7e 0 = F 4вакуума 7 / 0F 4діелектріка 0, відносна діелектрична проникність,

7e 40 0 ​​= 8.8 * 10 5-12 0 Кл 52 7 / 0Н * м 52 0, електрична постійна.

Електростатичне поле 0 - особливий вид матерії, створюється нерухомими електричними зарядами. Характерна ознака - сила, що діє на нерухомий заряд.

Напруженість електростатичного поля 0 - силова характеристика, векторна величина, за величиною і за напрямком збігається з силою, що діє на   одиничний позитивний   точковий заряд.

[E] = Н 7 / 0Кл

E = kq 7 / 0r 52 0 = q 7/04 7pee 40 0r 52

2Разность потенціалів.

W 4p 0 = qEd, потенційна енергія заряду в однорідному електростатичному полі

Потенціал електричного поля 0 - це відношення потенційної енергії заряду в полі до цього заряду.

7f 0 = W 4p 7 / 0q = Ed

U = A 7 / 0q

  [U] = Дж 7/0 Кл = В

1 Вольт 0 - напруга між двома такими точками електростатичного поля, при переміщенні між якими заряду в 1 Кл відбувається робота в 1 Дж.

1Електрон-вольт 0 - енергія, яку набуває електрон, пройшовши різниця потенціалів в 1 В.

1 Е.В. = 1.6 * 10 5-19 0 Дж

3.3. Конденсатори.

Енергія зарядженого конденсатора: W = q 41 0E 42 0d,

де q 41 0 - заряд 1 пластини,

D - відстань (уздовж силових ліній).

W = qEd = qU 7/02 = CU 52 7/02 = q 52 7 / 02C

1Плотность енергії 0 - це енергія в одиниці об'єму.

W = W 7 / 0V = 7 ee 40 0E 52 7/02

де 7e 40 0 ​​- електрична постійна.

4.ЕЛЕКТРІЧЕСКІЙ ТОК

Електричний струм 0 - це спрямований рух заряджених частинок.

I = q 7 / 0t

I = 7 D 0q 7 / D 0t = q `

Сила струму 0 визначається зарядом, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.

[R] = В 7 / 0А = Ом

1 1Ом 0 - опір такого провідника, в якому при напрузі

1 В виникає сила струму в 1 А.

4.1. Робота і потужність струму.

закон    Джоуля-Ленца  : Q = I 52 0Rt

Якщо робота струму перетворюється тільки в тепло: Q = IUt = U 52 0t 7 / 0R

A 4тока повна 0 = IUt

4.2. Питомий опір.

R = 7 r 0l 7 / 0S

7r 0 - питомий опір,

чисельно дорівнює опору провідника, що має одиничну довжину і одиничне розтин; залежить тільки від матеріалу і температури.

  [7r    0] = Ом * м

R-R 40 7 / 0R 40 0 ​​= 7 a 0t

7a 0 = R-R 40 7 / 0R 40 0t

7a 0 - температурний коефіцієнт опору, чисельно дорівнює відносній зміні опору провідника при нагріванні на 1 K.

R = R 40 0 ​​(1 + 7a 0t)

7r 0 = 7r 40 0 ​​(1 + 7a 0t), 7r 40 0 ​​- питомий опір при 0 5O 0C

5.МАГНЕТІЗМ

Магнітне поле 0 - особливий вид матерії, створюється рухомими електричними зарядами або змінним електричним полем. Характерна ознака - сила, що діє на рухомий заряд.

Індукція магнітного поля 0 - силова характеристика магнітного поля, модуль якої дорівнює відношенню максимальної сили, що діє з боку магнітного поля на прямолінійний ділянку провідника зі струмом, до твору сили струму на активну довжину провідника, а вектор направлений перпендикулярно площині, в якій лежить довжина провідника і максимальна сила Ампера.

B = F 4Amax 7 / 0Il = [Н] 7/0 [А] [м] = [Тл]

1Тесла 0 - це індукція такого магнітного поля, в якому на провідник зі струмом 1 А і активної довжиною 1 м діє максимальна сила в 1 Н.

F 4A 0 =   BIlsin 7a 0, 7a 0 = B ^ l,

F 4 Л 0 =   qB 7v 0sin 7a 0, 7 a 0 = 7v 0 ^ B

R = m 7v / 0qB

T = 2 7p 0m 7 / 0qB

M = qB 52 0R 52 7 / 02U

679   руб

Теорія пружності викладається як частина теоретичної фізики. Поряд з традиційними питаннями розглядаються макроскопічна теорія теплопровідності і в'язкості твердих тіл, ряд питань теорії пружних коливань і хвиль, торію дислокацій. У четвертому виданні додана спеціальна глава про механіку рідких кристалів, що об'єднує в собі риси, властиві як рідин, так і пружним середах.

Для студентів університетів, студентів фізичних спеціальностей вузів, а також аспірантів.

949   руб

У довіднику подано визначення основних фізичних понять, коротко сформульовано фізичні закони і суть описуваних ними явищ, наведені математичні поняття, необхідні для користування довідником.
  Дане видання суттєво перероблено з урахуванням нових досягнень фізичної науки і вузівської програми курсу фізики.

Довідник адресований інженерно-технічним працівникам, студентам і аспірантам вузів і втузів, викладачам вищої і середньої школи. Може бути корисний всім, хто цікавиться фізикою.

444   руб

Книга написана на основі курсу лекцій, читаних автором протягом багатьох років на фізичному факультеті Московського державного університету. В результаті узагальнення дослідних фактів формулюються в стислій, але зрозумілій формі основні закони електродинаміки і з'ясовується їх фізичний зміст. Виклад побудований на основі СІ.
  5-е изд. - 1985 р

Для студентів фізичних і фізико-математичних факультетів університетів, фізико-технічних і інженерно-фізичних інститутів, а також для всіх вищих навчальних закладів, де фізика є основною дисципліною; книга може бути також корисна для викладачів фізики у вищій школі.

679   руб

П'ятитомний курс загальної фізики, створений І.В.Савельевим на базі лекцій, які він читав в Московському інженерно-фізичному інституті, знайомить студентів з основними ідеями та методами фізики.
  Другий том містить матеріал, присвячений електрики і магнетизму.

Навчальний посібник призначений для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за технічними напрямами і спеціальностями.

729   руб

Дане видання являє собою фундаментальне послідовне опис фізичних основ досліджень і розробок в області компонентної бази і обладнання радіофотонних систем. Зокрема, в 10 главах книги професійно висвітлені наступні теми: порівняння з цифровими волоконно-оптичними лініями, основна компонентна база, ключові технічні показники, джерела шумів та спотворень, вплив волоконно-оптичного тракту передачі сигналів, способи модуляції і демодуляції, застосування в телекомунікаційних волоконно -Оптичний системах і локаційних радіосистеми СВЧ-діапазону. Окрема глава присвячена ще слабо вивченим питань розробки потужних високолінійних фотодетекторов. Крім основних глав книга включає шість додатків, що полегшують розуміння використаного математичного апарату. Важливою методичної особливістю книги є узгоджене виклад методів, принципів і підходів, вивчених ще в минулому столітті і введених в останні 2-3 роки. Книга призначена головним чином для студентів вищої школи та аспірантів, які навчаються за напрямом "Фотоніка", але також може бути корисна для викладацького складу, для розробників апаратури в рамках цього тільки розвивається в Росії напрямки науки і техніки, а також для наукових і технічних фахівців у суміжних областях. Атом водню - найпростіший з атомів. Продовження теорії Нільса Бора. Частина 4. Кутові моменти електрона

Для самого простого і найпоширенішого з атомів - атома водню розглянуті кутові моменти: орбітальний, повний і спінової.
  Особливість розгляду полягає в використанні коштів класичної фізики.
  Показано зв'язок кутових моментів з моментом кількості руху електрона теорії Бора-Зоммерфельда.
  Зроблено припущення, що момент кількості руху електрона є такою ж фізичною характеристикою при зверненні електрона навколо ядра атома водню, якими є кутові моменти: орбітальний, повний і спінової.
  У роботі використана практично елементарна математика.
  У зв'язку з новизною запропонованого підходу отримані результати оцінюються як перше наближення.

Для наукових співробітників, викладачів, студентів, зацікавлених читачів ....

509   руб

До уваги читача пропонується знаменитий курс лекцій з загальної фізики, який видатний американський фізик, Нобелівський лауреат Річард Фейнман читав в Каліфорнійському технологічному інституті. Лекції Фейнмана, записані спочатку на магнітофон, а потім "переведені" на "письмовий англійський" професорами М.Сендсом і Р.Лейтоном, не схожі ні на один відомий курс. Вони відрізняються оригінальним методом викладу, в якому відбилася яскрава наукова індивідуальність автора, його точка зору на шляху навчання студентів фізиці, його вміння заразити читачів інтересом до науки. Послідовність викладу і вибір матеріалу також відрізняються від традиційних. У лекціях не витрачається час на пояснення "вченим мовою" того, що сучасний читач уже знає або чув. Зате в них захоплююче розповідається про те, як людина вивчає навколишню природу, яке положення займає фізика в ряді інших наук, які проблеми наука вирішує сьогодні і буде вирішувати завтра. В оповіданні Фейнмана яскраво відображаються ті причини, які спонукають фізика вести важку роботу дослідника, а також ті сумніви, які у нього виникають, коли він стикається з труднощами, що здаються непереборними. Ці лекції допомагають не тільки зрозуміти, чому цікаво займатися наукою, а й відчути, якою дорогою ціною дістаються перемоги і як часом бувають важкі дороги, до них ведуть. Курс буде корисний викладачам, змусивши їх по-новому поглянути на процес навчання фізики; студентам, які знайдуть багато нового на додаток до того, що вони дізнаються на лекціях; школярам, ​​у яких він сформує інтерес до фізики і допоможе увійти в сучасну науку; а також всім, хто цікавиться фізикою.

509   руб

  [Механіка | термодинаміка | електрика | Оптика | Атомна фізика]

ЕНЕРГІЇ ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЗАКОН - загальний закон природи: енергія будь-якої замкнутої системи при всіх процесах, що відбуваються в системі, залишається постійною (зберігається). Енергія може тільки перетворюватися з однієї форми в іншу і перерозподілятися між частинами системи. Для незамкненою системи збільшення (зменшення) її енергії одно убутку (зростанню) енергії взаємодіючих з нею тіл і фізичних полів.

1. МЕХАНІКА

Архімед ЗАКОН - закон гідро- і аеростатіку: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхуюча сила, спрямована вертикально вгору, чисельно рівна вазі рідини або газу, витісненого тілом, і прикладена в центрі ваги зануреної частини тіла. FA = gV, де r - щільність рідини або газу, V - об'єм зануреної частини тіла. Інакше можна сформулювати так: тіло, занурене в рідину або газ, втрачає в своїй вазі стільки, скільки важить витіснена ним рідина (або газ). Тоді P = mg - FA Відкрито ін. Гр. вченим Архімедом в 212г. до н.е. Є основою теорії плавання тел.

Всесвітнього тяжіння ЗАКОН - закон тяжіння Ньютона: все тіла притягуються одне до одного із силою прямо пропорційною добутку мас цих тіл і обернено пропорційною квадрату відстані між ними:, де M і m - маси взаємодіючих тіл, R - відстань між цими тілами, G - гравітаційна постійна (в СІ G = 6,67.10-11 Н.м2 / кг 2.

ГАЛІЛЕЯ ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, механічний принцип відносності - принцип класичної механіки: в будь-яких інерційних системах відліку всі механічні явища протікають однаково при одних і тих же умовах. Пор. відносності принцип.

ГУКА ЗАКОН - закон, згідно з яким пружні деформації прямо пропорційні викликають їх зовнішніх впливів.

ІМПУЛЬСУ ЗБЕРЕЖЕННЯ ЗАКОН - закон механіки: імпульс будь-якої замкнутої системи при всіх процесах, що відбуваються в системі, залишається постійним (зберігається) і може тільки перерозподілятися між частинами системи в результаті їх взаємодії.

Ньютона ЗАКОНИ - три закони, що лежать в основі ньютонівської класичної механіки. 1-й закон (закон інерції): матеріальна точка знаходиться в стані прямолінійного і рівномірного руху або спокою, якщо на неї не діють інші тіла або дія цих тіл скомпенсировано. 2-й закон (основний закон динаміки): прискорення, отримане тілом, прямо пропорційно рівнодіючої всіх сил, що діють на тіло, і обернено пропорційно масі тіла (). 3-й закон: дві матеріальні точки взаємодіють один з одним силами однієї природи рівними за величиною і протилежними за направленням вздовж прямої, що з'єднує ці точки ().

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП - один з постулатів відносності теорії, який стверджує, що в будь-яких інерційних системах відліку всі фізичні (механічні, електромагнітні та ін.) Явища при одних і тих же умовах протікають однаково. Є узагальненням Галілея принципу відносності на всі фізичні явища (крім тяжіння).

2. МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

АВОГАДРО ЗАКОН - один з основних законів ідеальних газів: в рівних обсягах різних газів при однаковій температурі і тиску міститься однакова кількість молекул. Відкрито в 1811 році італ. фізиком А.Авогадро (1776-1856).

Бойл-Маріотта ЗАКОН - один із законів ідеального газу: для даної маси даного газу при постійній температурі добуток тиску на об'єм є величина постійна. Формула: pV = const. Описує ізотермічний процес.

ДРУГИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ - один з основних законів термодинаміки, згідно з яким неможливий періодичний процес єдиним результатом якого є здійснення роботи, еквівалентній кількості теплоти, отриманого від нагрівача. Інша формулювання: неможливий процес, єдиним результатом якого є передача енергії у формі теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого. В.з.т. висловлює прагнення системи, що складається з великої кількості хаотично рухомих частинок, до мимовільного переходу зі станів менш ймовірних в стану більш ймовірні. Забороняє створення вічного двигуна другого роду.

Гей-Люссак ЗАКОН - газовий закон: для даної маси даного газу при постійному тиску відношення обсягу до абсолютної температурі є величина постійна, де = 1/273 К-1 - температурний коефіцієнт об'ємного розширення.

Дальтон ЗАКОН - один з основних газових законів: тиск суміші хімічно не взаємодіють ідеальних газів дорівнює сумі парціальних тисків цих газів.

Паскаль ЗАКОН - основний закон гідростатики: тиск, вироблене зовнішніми силами на поверхню рідини або газу, передається однаково в усіх напрямках.

ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ - один з основних законів термодинаміки, що є законом збереження енергії для термодинамічної системи: кількість теплоти Q, повідомлене системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи U і здійснення системою роботи A проти зовнішніх сил. Формула: Q = U + A. Лежить в основі роботи теплових машин.

ШАРЛЯ ЗАКОН - один з основних газових законів: тиск даної маси ідеального газу при постійному обсязі прямо пропорційно температурі: де p0 - тиск при 00С, = 1 / 273,15 К-1 - температурний коефіцієнт тиску.

3. ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ

Ампер ЗАКОН - закон взаємодії двох провідників зі струмами; паралельні провідники зі струмами одного напрямку притягуються, а з струмами протилежного напрямку - відштовхуються. А.з. називають також закон, що визначає силу, що діє в магнітному полі на малий відрізок провідника зі струмом. Відкрито в 1820 р. А.-М. Ампером.

Джоуля-Ленца ЗАКОН - закон, що описує тепловий вплив електричного струму. Згідно Д. - Л.З. кількість теплоти, що виділяється в провіднику при проходженні по ньому постійного струму, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження.

ЗАРЯДУ ЗБЕРЕЖЕННЯ ЗАКОН - один з фундаментальних законів природи: алгебраїчна сума електричних зарядів будь електрично ізольованої системи залишається незмінною. В електрично ізольованій системі З.с.з. допускає появу нових заряджених частинок (напр., при електролітичноїдисоціації, іонізації газів, народження пар частка - античастинка і ін.), але сумарний електричний заряд з'явилися частинок завжди має дорівнювати нулю.

КУЛОНА ЗАКОН - основний закон електростатики, що виражає залежність сили взаємодії двох нерухомих точкових зарядів від відстані між ними: два нерухомих точкових заряди взаємодіють з силою прямо пропорційною добутку величин цих зарядів і обернено пропорційною квадрату відстані між ними і діелектричної проникності середовища, в якій знаходяться заряди. В СІ має вигляд:. Величина чисельно дорівнює силі, що діє між двома точковими нерухомими зарядами по 1 Кл кожний, що знаходяться у вакуумі на відстані 1 м один від одного. К.з. є одним з експериментальних обгрунтувань електродинаміки.

ЛІВОЇ РУКИ ПРАВИЛО - правило, яке визначає напрям сили, яка діє на що знаходиться в магнітному полі провідник зі струмом (або рухому заряджену частинку). У ньому йдеться: якщо ліву руку розташувати так, щоб витягнуті пальці показували напрям струму (швидкості частинки), а силові лінії магнітного поля (лінії магнітної індукції) входили в долоню, то відставлений великий палець вкаже напрям сили, що діє на провідник (позитивну частку; в випадку негативної частки напрямок сили протилежно).

Лінь правило (ЗАКОН) - правило, яке визначає напрям індукційних струмів, що виникають при електромагнітної індукції. Згідно Л.П. індукційний струм завжди має такий напрямок, що його власний магнітний потік компенсує зміни зовнішнього магнітного потоку, що викликали цей струм. Л.п. - наслідок закону збереження енергії.

ОМА ЗАКОН - один з основних законів електричного струму: сила постійного електричного струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна його опору. Справедливий для металевих провідників і електролітів, температура яких підтримується постійною. У разі повного кола формулюється так: сила постійного електричного струму в ланцюзі прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна повного опору електричного кола.

ПРАВОЇ РУКИ ПРАВИЛО - правило, яке визначає 1) напрямок індукційного струму в провіднику, що рухається в магнітному полі: якщо долоню правої руки розташувати так, щоб в неї входили лінії магнітної індукції, а відігнутий великий палець направити по руху

Провідника, то чотири витягнутих пальці покажуть напрямок індукційного струму; 2) напрямок ліній магнітної індукції прямолінійного провідника зі струмом: якщо великий палець правої руки розташувати у напрямку струму, то напрямок обхвату провідника чотирма пальцями покаже напрямок ліній магнітної індукції.

Фарадея ЗАКОНИ - основні закони електролізу. Перший Фарадея закон: маса речовини, яка виділяється на електроді при проходженні електричного струму, прямо пропорційна кількості електрики (заряду), що пройшов через електроліт (m = kq = kIt). Другий Ф.З .: відношення мас різних речовин, що зазнають хімічні перетворення на електродах при проходженні однакових електричних зарядів через електроліт дорівнює відношенню хімічних еквівалентів. Встановлено в 1833-34 р М. Фарадеєм. Узагальнений закон електролізу має вигляд:, де M - молярна (атомна) маса, z - валентність, F - Фарадея постійна. Ф.п. дорівнює добутку елементарного електричного заряду на постійну Авогадро. F = e.NA. Визначає заряд, проходження якого через електроліт призводить до виділення на електроді 1 благаючи одновалентного речовини. F = (96484,56 0,27) Кл. / Моль. Названа на честь М. Фарадея.

ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ ЗАКОН - закон, що описує явище виникнення електричного поля при зміні магнітного (явище електромагнітної індукції): електрорушійна сила індукції прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Коефіцієнт пропорційності визначається системою одиниць, знак - Ленца правилом. Формула в СІ:, де Ф - зміна магнітного потоку, а t - проміжок часу, протягом якого ця зміна відбулася. Відкрито М. Фарадеєм.

4. ОПТИКА

Гюйгенс ПРИНЦИП - метод, що дозволяє визначити положення фронту хвилі в будь-який момент часу. Згідно г.п. всі точки, через які проходить фронт хвилі в момент часу t, є джерелами вторинних сферичних хвиль, а шукане положення фронту хвилі в момент часу t t збігається з поверхнею, що обгинає все вторинні хвилі. Дозволяє пояснити закони відображення і заломлення світла.

Гюйгенс - ФРЕНЕЛЯ - ПРИНЦИП - наближений метод розв'язання задач про поширення хвиль. Г.-Ф. п. свідчить: в будь-якій точці, яка перебуває поза довільній замкнутої поверхні, що охоплює точкове джерело світла, світлова хвиля, що збуджується цим джерелом, може бути представлена ​​як результат інтерференції вторинних хвиль, випромінюваних всіма точками зазначеної замкнутої поверхні. Дозволяє вирішувати найпростіші задачі дифракції світла.

ВІДДЗЕРКАЛЕННЯ хвиль ЗАКОН - промінь падаючий, промінь відбитий і перпендикуляр, восставленний в точку падіння променя, лежать в одній площині, причому кут падіння дорівнює куту заломлення. Закон справедливий для дзеркального відображення.

Заломлення СВІТЛА - зміна напрямку поширення світла (електромагнітної хвилі) при переході з одного середовища в іншу, відмінну від першої показником заломлення. Для заломлення виконується закон: промінь падаючий, промінь переломлений і перпендикуляр, восставленний в точку падіння променя, лежать в одній площині, причому для даних двох середовищ відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна, звана відносним показником заломлення другого середовища відносно першого.

Прямолінійного поширення світла ЗАКОН - закон геометричної оптики, що полягає в тому, що в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Пояснює, напр., Освіта тіні і півтіні.

6. АТОМНА І ЯДЕРНА ФІЗИКА.

БОРА ПОСТУЛАТИ - основні допущення, введені без докази Н.Бором, і покладені в основу БОРА ТЕОРІЇ: 1) Атомна система стійка тільки в стаціонарних станах, які відповідають дискретної послідовності значень енергії атома. Кожна зміна цієї енергії пов'язано з повним переходом атома з одного стаціонарного стану в інший. 2) Поглинання і випромінювання енергії атомом відбувається за законом, згідно з яким пов'язане з переходом випромінювання є монохроматичним і володіє частотою: h = Ei-Ek, де h -Планка постійна, а Ei і Ek - енергії атома в стаціонарних стану

10.2. ФУНДАМЕНТАЛЬНІ ФІЗИЧНІ ЗАКОНИ

Фундаментальні фізичні закони - це найбільш повне на сьогоднішній день, але наближене відображення об'єктивних процесів в природі. Різні форми руху матерії описуються різними фундаментальними теоріями. Кожна з цих теорій описує цілком певні явища: механічне або тепловий рух, електромагнітні явища.
  Існують більш загальні закони в структурі фундаментальних фізичних теорій, що охоплюють всі форми руху матерії і всі процеси. Це закони симетрії, або інваріантності, і пов'язані з ними закони збереження фізичних величин.

10.2.1. Закони збереження фізичних величин
10.2.1.1. Закон збереження маси
10.2.1.2. Закон збереження імпульсу
10.2.1.3. Закон збереження заряду
10.2.1.4. Закон збереження енергії в механічних процесах

10.2.1. Закони збереження фізичних величин

Закони збереження фізичних величин - це твердження, згідно з якими чисельні значення цих величин не змінюються з часом в будь-яких процесах або класах процесів. Фактично в багатьох випадках закони збереження просто випливають з принципів симетрії.
  Ідея збереження з'явилася спочатку як чисто філософська здогадка про наявність незмінного (стабільного) в вічно мінливому світі. Ще античні філософи-матеріалісти прийшли до поняття матерії як незнищенною і несотворімості основи всього сущого. З іншого боку, спостереження постійних змін в природі приводило до уявлення про вічний рух матерії як важливому її властивості. З появою математичного формулювання механіки на цій основі з'явилися закони збереження.
Закони збереження тісно пов'язані з властивостями симетрії фізичних систем. При цьому симетрія розуміється як інваріантність фізичних законів щодо деякої групи перетворень входять до них величин. Наявність симетрії приводить до того, що для даної системи існує зберігається фізична величина. Якщо відомі властивості симетрії системи, як правило, можна знайти для неї закон збереження і навпаки.
  Таким чином, закони збереження:
  1. Представляють найбільш загальну форму детермінізму.
  2. Підтверджують структурну єдність матеріального світу.
  3. Дозволяють зробити висновок про характер поведінки системи.
  4. Виявляють існування глибокого зв'язку між різноманітними формами руху матерії.
  Найважливішими законами збереження, справедливими для будь-яких ізольованих систем, є:
  - закон збереження і перетворення енергії;
  - закон збереження імпульсу;
  - закон збереження електричного заряду;
  - закон збереження маси.
  Крім загальних існують закони збереження, справедливі лише для обмеженого класу систем і явищ. Так, наприклад, існують закони збереження, що діють тільки в мікросвіті. це:
  - закон збереження баріонів або ядерного заряду;
  - закон збереження лептонного заряду;
  - закон збереження ізотопічного спину;
  - закон збереження дивацтва.
  У сучасній фізиці виявлена ​​певна ієрархія законів збереження і принципів симетрії. Одні з цих принципів виконуються при будь-яких взаємодіях, інші ж - тільки при сильних. Ця ієрархія чітко проявляється у внутрішніх принципах симетрії, які діють в мікросвіті.
  Розглянемо найважливіші закони збереження.

10.2.1.1. Закон збереження маси

Нескінченно різноманітні перетворення, зміни речовини в природі. Дослідників хвилювало питання: чи зберігається речовина при цих змінах? Кожному з нас доводилося спостерігати, як з часом зношується, зменшується в розмірах будь-яка річ, навіть сталева. Але чи означає це, що найдрібніші частинки металу зникають безслідно? Ні, вони тільки губляться, розлітаються в різні боки, викидаються з сміттям, відлітають, створюючи пил.
У природі відбуваються і інші перетворення. Ви, наприклад, курите сигарету. Проходить кілька хвилин - і від тютюну нічого не залишається, окрім маленької купки попелу і легкого блакитного диму, розсіяних в повітрі. Або, наприклад, горить свічка. Поступово вона стає все менше і менше. Тут не залишається навіть попелу. Згораючи без залишку, свічка і то, з чого вона складається, відчувають хімічне перетворення речовини. Частинки тютюну і свічка не розлітаються в сторони, не втрачаються поступово в різних місцях. Вони згоряють і зовні пропадають безслідно.
  Спостерігаючи природу, люди давно звернули увагу і на інші явища, коли речовина як би виникає з "нічого". Так, наприклад, з маленького насіння виростає в квітковому горщику велике рослина, а вага землі, укладеної в горщику, залишається майже незмінним. Чи може в дійсності щось існуюче в світі зникнути або, навпаки, з'явитися з нічого? Іншими словами - уничтожимо або незнищенна матерія, з якої будується все різноманіття нашого світу?
  За 2400 років до н. е. знаменитий філософ Стародавньої Греції Демокріт писав, що: "З нічого ніщо відбутися не може, ніщо існуюче не може бути уничтожимо".
  Значно пізніше, в XVI-XVII ст. ця думка відродилася і висловлювалася вже багатьма вченими. Однак такі висловлювання були лише здогадкою, а не науковою теорією, підтвердженої дослідами. Вперше довів і підтвердив це положення досвідом великий російський вчений М.В. Ломоносов.
  Ломоносов був твердо переконаний в незнищенності матерії, в тому, що в світі ніщо не може зникнути безслідно. При будь-яких змінах речовин, хімічних взаємодіях - з'єднуються прості тіла, утворюючи складні, або, навпаки, складні тіла розкладаються на окремі хімічні елементи - загальна кількість речовини залишається незмінним. Іншими словами, при всіх змінах повинен залишатися незмінним загальна вага речовини. Нехай в результаті якої-небудь реакції зникають два взаємодіючих речовини і виходить невідоме третє - вага новоутвореної сполуки повинен дорівнювати вазі перших двох.
  Прекрасно розуміючи значення законів збереження, незнищенності матерії для науки, Ломоносов шукав підтвердження своїх думок. Він вирішив повторити досліди англійського вченого XVII в. Р. Бойля.
  Бойль цікавився питаннями зміни ваги металу при нагріванні. Він поставив такий досвід: в скляну реторту помістив шматочок металу і зважив її.
Потім, запаяний вузьке горлечко судини, нагрів його на вогні. Через дві години Бойль зняв посудину з полум'я, обломив горлечко реторти і, охолодивши її, зважив. Метал збільшився в вазі.
  Причину Бойль бачив в тому, що через скло в посудину проникають найдрібніші частинки "матерії вогню" і з'єднуються з металом. За часів Бойля і Ломоносова незрозумілі явища природи вчені пояснювали за допомогою різних невловимих "матерій", але що вони з себе представляють - сказати не могли. Ломоносов ж не визнавав існування таємничих "матерій". Він був упевнений, що причина збільшення ваги полягає в іншому, і вирішив довести, що немає ніякої "тонкої всепроникною матерії вогню", а також що при хімічних перетвореннях загальна вага речовини беруть участь в реакції елементів залишається незмінним.
  Ломоносов повторив досвід Бойля і отримав той же результат: вага металу збільшився. Потім він видозмінив досвід: після нагрівання реторти на вогні і охолодження її зважує посудину, що не відламуючи горлечка. Так він довів, що "без допущення зовнішнього повітря вага спаленого металу залишиться в жодній мірі, ніякої матерії вогню в реторту не проникає".
  Збільшення ваги в разі, коли реторта перед зважуванням розкривалася, Ломоносов пояснював залежністю від поглинання повітря металом. Тепер ми знаємо, що при нагріванні метали окислюються, з'єднуються з киснем. Під час експерименту Бойля метал бере кисень з повітря, що знаходиться в закритій реторті. При цьому його вага збільшується рівно настільки, наскільки зменшується вага повітря в реторті. Завдяки цьому загальна вага закритою реторти і вміщеного в ній тіла не змінюється. Хоча тут і відбувається окислення, загальна кількість речовини не убуває і не прибуває - вага речовин, що беруть участь в реакції, не змінюється. Але при відкритті реторти на місце кисню повітря, який був поглинений металом, всередину колби увірветься зовнішнє повітря, в результаті чого вага реторти збільшиться.
  Так М.В. Ломоносов відкрив закон збереження речовини, або, як його називають, закон збереження маси. Через 17 років після Ломоносова цей закон підтвердив численними дослідами французький хімік А. Лавуазьє. Надалі закон збереження маси неодноразово підтверджувався численними і різноманітними дослідами. В даний час він є одним з основних законів, що лежать в основі наук про природу.

10.2.1.2. Закон збереження імпульсу

Спокій і руху тіла відносні, швидкість руху залежить від вибору системи відліку. За другим законом Ньютона, незалежно від того, чи знаходилася тіло в спокої, або рухалося рівномірно і прямолінійно, зміна його швидкості руху може відбуватися тільки під дією сили, тобто в результаті взаємодії з іншими тілами.
  Є фізична величина, однаково змінюється у всіх тіл під дією однакових сил, якщо час дії сили однаково, що дорівнює добутку маси тіла на його швидкість і звана імпульсом тіла. Зміна імпульсу одно імпульсу прикладеної сили. Імпульс тіла є кількісною характеристикою поступального руху тел.
  Експериментальні дослідження взаємодій різних тіл - від планет і зірок до атомів і електронів, елементарних частинок - показали, що в будь-якій системі взаємодіючих між собою тіл при відсутності дії сил з боку інших тіл, що не входять в систему, або рівність нулю суми діючих сил геометрична сума імпульсів тіл залишається постійною.
  Система тіл, які не взаємодіють з іншими тілами, що не входять в цю систему, називається замкнутою. Таким чином, в замкнутій системі геометрична сума імпульсів тіл залишається постійною при будь-яких взаємодіях тіл цієї системи між собою. Цей фундаментальний закон природи називається законом збереження імпульсу.
  Необхідною умовою застосування закону збереження імпульсу до системи взаємодіючих тіл є використання системи відліку. На законі збереження імпульсу засноване реактивний рух, його використовують при розрахунку спрямованих вибухів, наприклад, при прокладці тунелів в горах. Польоти в космос стали можливими завдяки використанню багатоступеневих ракет.

10.2.1.3. Закон збереження заряду

Не всі явища природи можна зрозуміти і пояснити на основі використання понять і законів механіки, молекулярно-кінетичної теорії будови речовини, термодинаміки. Ці науки нічого не говорять про природу сил, які пов'язують окремі атоми і молекули, утримують атоми і молекули речовини в твердому стані на певній відстані один від одного. Закони взаємодії атомів і молекул вдається зрозуміти і пояснити на основі уявлень про те, що в природі існують електричні заряди.
Найпростіше і повсякденне явище, в якому можна знайти факт існування в природі електричних зарядів, - це електризація тіл при зіткненні. Взаємодія тіл, що виявляється при електризації, називається електромагнітним взаємодією, а фізична величина, яка визначає електромагнітну взаємодію, - електричним зарядом. Здатність електричних зарядів притягатися і відштовхуватися говорить про наявність двох різних видів зарядів: позитивні і негативні.
  Електричні заряди можуть з'являтися не тільки в результаті електризації при зіткненні тіл, але і при інших взаємодіях, наприклад, під впливом сили (п'єзоефект). Але завжди в замкнутій системі, до якої не входять заряди, при будь-яких взаємодіях тіл алгебраїчна (тобто з урахуванням знака) сума електричних зарядів всіх тіл залишається постійною. Цей експериментально встановлений факт називається законом збереження електричного заряду.
  Ніде і ніколи в природі не виникають і не зникають електричні заряди одного знака. Поява позитивного заряду завжди супроводжується появою рівного за абсолютним значенням, але протилежного за знаком негативного заряду. Ні позитивний, ні негативний заряди не можуть зникнути в окремо один від одного, якщо рівні за абсолютним значенням.
  Поява і зникнення електричних зарядів на тілах в більшості випадків пояснюється переходами елементарних заряджених частинок - електронів - від одних тіл до інших. Як відомо, до складу будь-якого атома входять позитивно заряджені ядро ​​і негативно заряджені електрони. У нейтральному атомі сумарний заряд електронів в точності дорівнює заряду атомного ядра. Тіло, яке складається з нейтральних атомів і молекул, має сумарний електричний заряд, рівний нулю.
  Якщо в результаті будь-якої взаємодії частина електронів переходить від одного тіла до іншого, то одне тіло отримує негативний електричний заряд, а друге - рівний по модулю позитивний заряд. При зіткненні двох різнойменно заряджених тіл зазвичай електричні заряди не зникають безслідно, а надмірне число електронів переходить з негативно зарядженого тіла до тіла, у якого частина атомів мала не повний комплект електронів на своїх оболонках.
Особливий випадок являє зустріч елементарних заряджених античастинок, наприклад, електрона і позитрона. У цьому випадку позитивний і негативний електричні заряди дійсно зникають, анігілюють, але в повній відповідності з законом збереження електричного заряду, так як алгебраїчна сума зарядів електрона і позитрона дорівнює нулю.

10.2.1.4. Закон збереження енергії в механічних процесах

Механічна енергія поділяється на два види: потенційну і кінетичну. Потенційна енергія характеризує взаємодіючі тіла, а кінетична - рухомі. І потенційна і кінетична енергії змінюються тільки в результаті такої взаємодії тіл, при якому діють на тіла сили здійснюють роботу, відмінну від нуля.
  Розглянемо тепер питання про зміну енергії при взаємодії тіл, що утворюють замкнену систему. Якщо кілька тіл взаємодіють між собою тільки силами тяжіння і силами пружності і ніякі зовнішні сили не діють, то при будь-яких взаємодіях тіл сума кінетичної і потенційної енергій тіл залишається постійною. Це твердження називається законом збереження енергії в механічних процесах.
  Сума кінетичної і потенційної енергій тіл називається повною механічною енергією. Тому закон збереження енергії можна сформулювати так: повна механічна енергія замкнутої системи тіл, взаємодіючих силами тяжіння і пружності, залишається незмінною.
  Основний зміст закону збереження енергії полягає не тільки у встановленні факту збереження повної механічної енергії, а й у встановленні можливості взаємних перетворень кінетичної і потенційної енергій в рівній кількісної мірою при взаємодії тел.
  Закон збереження повної механічної енергії в процесах за участю сил пружності і гравітаційних сил є одним з основних законів механіки. Знання цього закону спрощує вирішення багатьох завдань, що мають велике значення в практичному житті.
  Наприклад, для отримання електроенергії широко використовується енергія річок. З цією метою будують греблі, перегороджують річки. Під дією сил тяжіння вода з водосховища за греблею рухається вниз по криниці прискорено і набуває деяку кінетичну енергію. При зіткненні швидко рухається потоку води з лопатками гідравлічної турбіни відбувається перетворення кінетичної енергії поступального руху води в кінетичну енергію обертального руху роторів турбіни, а потім за допомогою електричного генератора - в електричну енергію.
Механічна енергія не зберігається, якщо між тілами діють сили тертя. Автомобіль, що рухався по горизонтальному ділянці дороги після вимкнення двигуна, проходить певний шлях і під дією сил тертя зупиняється. Під час гальмування автомобіля відбулося нагрівання гальмівних колодок, шин автомобіля і асфальту. В результаті дії сил тертя кінетична енергія автомобіля не зникла, а перетворилася у внутрішню енергію теплового руху молекул.
  Таким чином, при будь-яких фізичних взаємодіях енергія не виникає, а тільки перетворюється з однієї форми в іншу. Цей експериментально встановлений факт називається законом збереження і перетворення енергії.
  Джерела енергії на землі великі й різноманітні. Колись в давнину люди знали тільки одне джерело енергії - мускульну силу і силу домашніх тварин. Енергія поновлювалася за рахунок їжі. Тепер більшу частину роботи роблять машини, джерелом енергії для них служать різні види викопного палива: кам'яне вугілля, торф, нафта, а також енергія води і вітру.
  Якщо простежити "родовід" всіх цих різноманітних видів енергії, то виявиться, що всі вони є енергією сонячних променів. Енергія навколишнього нас космічного простору акумулюється Сонцем в вигляді енергії атомних ядер, хімічних елементів, електромагнітних і гравітаційних полів. Сонце, в свою чергу, забезпечує Землю енергією, що виявляється у вигляді енергії вітру і хвиль, припливів і відливів, в формі геомагнетизму, різного виду випромінювань (в тому числі і радіоактивності надр і т.д.), м'язової енергії тваринного світу.
  Геофізична енергія вивільняється у вигляді природних стихійних явищ (вулканізм, землетруси, грози, цунамі і т.д.), обміну речовин в живих організмах (що становлять основу життя), корисної роботи по переміщенню тіл, зміни їх структури, якості, передачі інформації, запасені енергії в різного роду акумуляторах, конденсаторах, в пружною деформації пружин, мембран.
Будь-які форми енергії, перетворюючись одне в одного за допомогою механічного руху, хімічних реакцій і електромагнітних випромінювань, врешті-решт переходять в тепло і розсіюються в навколишній простір. Це явище проявляється у вигляді вибухових процесів, горіння, гниття, плавлення, випаровування, деформації, радіоактивного розпаду. Відбувається кругообіг енергії в природі, що характеризується тим, що в космічному просторі реалізується не тільки хаотизации, а й зворотний їй процес - упорядкування структури, які наочно простежуються насамперед у зореутворення, трансформації та виникненні нових електромагнітних і гравітаційних полів, і вони знову несуть свою енергію новим "сонячним системам". І все повертається на круги своя.
  Закон збереження механічної енергії був сформульований німецьким вченим А. Лейбніцем. Потім німецький вчений Ю.Р. Майер, англійський фізик Дж. Джоуль і німецький вчений Г. Гельмгольц експериментально відкрили закони збереження енергії в немеханічних явищах.
  Таким чином, до середини XIX ст. оформилися закони збереження маси і енергії, які трактувалися як закони збереження матерії і руху. На початку XX ст. обидва ці закону збереження піддалися корінного перегляду в зв'язку з появою спеціальної теорії відносності: при описі рухів зі швидкостями, близькими до швидкості світла, класична ньютонівська механіка була замінена релятивістської механікою. Виявилося, що маса, яка визначається за інерціальним властивостям тіла, залежить від його швидкості і, отже, характеризує не тільки кількість матерії, але і її рух. Поняття енергії теж зазнало зміни: повна енергія виявилася пропорційна масі (Е = mс2). Таким чином, закон збереження енергії в спеціальній теорії відносності природним чином об'єднав закони збереження маси і енергії, що існували в класичній механіці. Окремо ці закони не виконуються, тобто неможливо охарактеризувати кількість матерії, не беручи до уваги її рух і взаємодія.
  Еволюція закону збереження енергії показує, що закони збереження, будучи взятими з досвіду, потребують час від часу експериментальної перевірки і уточнення. Не можна бути впевненим, що з розширенням меж людського пізнання даний закон або його конкретне формулювання залишаться справедливими. Закон збереження енергії, все більше уточнюючи, поступово перетворюється з невизначеного і абстрактного висловлювання в точну кількісну форму.

10.2.1.5. Закони збереження в мікросвіті

Велику роль закони збереження грають в квантовій теорії, зокрема, у фізиці елементарних частинок. Закони збереження визначають правила відбору, порушення яких призвело б до порушення законів збереження. На додаток до перерахованих законам збереження, що мають місце у фізиці макроскопічних тіл, в теорії елементарних частинок виникло багато специфічних законів збереження, що дозволяють інтерпретувати спостерігаються на досвіді правила відбору. Такий, наприклад, закон збереження баріонів або ядерного заряду, що виконується при всіх видах взаємодій. Згідно з ним, ядерна речовина зберігається: різниця між числом важких частинок (баріонів) і числом їх античастинок не змінюється при будь-яких процесах. Легкі елементарні частинки - лептони (електрони, нейтрино і т.д.) також зберігаються.
  Існують і наближені закони збереження, що виконуються в одних процесах і порушуються в інших. Такі закони збереження мають сенс, якщо можна вказати клас процесів, в яких вони виконуються. Наприклад, закони збереження дивацтва, изотопического спина, парності строго виконуються в процесах, що протікають за рахунок сильної взаємодії, але порушуються в процесах слабкої взаємодії. Електромагнітна взаємодія порушує закон збереження ізотопічного спину. Таким чином, дослідження елементарних частинок знову нагадали про необхідність перевіряти існуючі закони збереження в кожній області явищ. Проводяться складні експерименти, що мають на меті виявити можливі слабкі порушення законів збереження в мікросвіті.
  Перевірка механічних законів збереження є перевірка відповідних фундаментальних властивостей простору - часу. Довгий час вважали, що крім перерахованих елементів симетрії (збереження енергії пов'язане з однорідністю часу, збереження імпульсу - з однорідністю простору), простір - час володіє дзеркальною симетрією, тобто инвариантностью щодо просторової інверсії. Тоді повинна була б зберігатися парність. Однак в 1857 р було експериментально виявлено незбереження парності в слабкій взаємодії, яке поставило питання про перегляд поглядів на симетрію простору - часу і фундаментальних законів збереження (зокрема, на закони збереження енергії і імпульсу).