Физика заңдары
ФИЗИКА
1)Кинематика.Механикалық қозғалыс.Механикалық жүйе.Механиканың негізгі моделі материалық нүкте,қатты дене,тұтас орта;
Дене қозғалысының пайда болу себептері салдарын қарастырмайтын және қозғалыс тек геомериялық қасиеттерін сипаттайтын механика бөлімі кинематика деп аталады.
Денелердің уақыт өтуімен басқа денелермен салыстырғанда кеңістіктегі орнын өзгертуі-механикалық қозғалыс деп аталады.
Біртұтас ретінде қарастырылатын материялық нүктелер жиынын механикалық жүйе дейміз.
2)Кеңістік пен уақыт. Санақ жүйесі. Материалдық нүктенің кинематикасы.Материалық нүктенің кинематикасы.Материялық нүкте қозғалысың траекториясы.
Механикалық қозғалысты карастырғанда біз дененің кеңістіктегі орнының уақыт өтуіне байланысты өзгеретінін білеміз.
Санақ жүйесі-механикада метематикалық денелер мен нүктелердің қозғалысын салытырып зерттеуге арналған бір немесе бірнеше денелерге орналасқан координаттар жүйесі мен сағаттар жиынтығы;
Кинематикалық теңдеу деп дененің материялық нүктенің координатасының уақытқа тәуелділігін көрсететін теңдеуді айтамыз;
3)Жылдамдық және үдеу радиус вектор;
Жылдамдық, механикада - нүкте қозғалысының негізгі кинематикалық сипаттамаларының бірі: u = =drdt (мұндағы r - нүктенің радиус векторы, t - уақыт) теңдігімен анықталатын векторлық шама; физикалық шама өзгерісінін осы өзгеріс өткен уақыт аралығына қатынасымен анықталатын, осы айнымалы шаманың уақыт бойынша өзгеруінің лездігі.
Бірқалыпты қозғалған нүктенің жылдамдығы (u), сан жағынан, нүктенің жүрген жолының (s) сол жолды жүруге кеткен уақыт аралығына (t) қатысына тең: u = st, жалпы жағдайда: u=dsdt. Ж. векторы нүкте траекториясына жанама бойымен бағытталады. Егер нүкте қозғалысы x, y, z декарттық координаттарға байланысты тәуелділікті өрнектейтін теңдеулермен берілсе, онда: , мұндағы ux= dxdt, uy= dydt, uz= dzdt, ал Ж. векторының координат осьтерімен жасайтын бұрыштарының косинустары сәйкес түрде мынаған тең: uxu, uyu, uzu. Жылдамдықтың өлшемділігі: LT - 1. Жылдамдықты, әдетте, мс-пен (бірліктердің халықаралық жүйесінде), кейде кмсағ-пен өлшейді.
Үдеу -- нүктенің жылдамдығының мәні мен бағытының өзгеруін сипаттайтын векторлық шама. Радиус-вектор (әдетте немесе жәй деп белгіленеді) -- координаттар басы деп аталатын әлдебір берілген тұрақты нүктеге қатысты нүктенің кеңістіктегі орнын анықтау үшін енгізіледі; кеңістіктің қандай да бір нүктесіне белгіленген нүктеден бағытталған вектор.[1] Кез келген кеңістіктегі нүкте үшін радиус-вектор - координаттар басын сол нүктемен қосатын вектор болып табылады.
4)Галилейдің салыстырмалы принціпі.Галилей түрлендірулері;
Динамика заңдары барлық санақ жүйелерінде бірдей болады:
X=x`+Uxt
Y=y`+Uyt
Z=z`+Uzt Салыстырмалық принципі. Галилей түрлендірулері. Қозғалмайтын жұлдыздар сферасына қатысты бірқалыпты ілгерлемелі түзу сызықты қозғалатын барлы санақ жүйелерінде механикалық құбылыстар бірдей өтеді.
Ауырлық өрісі өте аз деп есептелік. Осындай санақ жүйелерінде Ньютон заңдары орындалады және олар инециялдық санақ жүйелері деп аталады.
Галилей ең алғаш рет ұсынған барлық инерциялды санақ жүйелерінде механикалық құбылыстар бірдей өтеді деген тұжырым, Галилейдің салыстырмалық принципі деп аталады.
Қатты дененің ең қарапайым қозғалысы, оның бірқалыпты түзу сызықты ілгерлемелі қозғалысы болып табылады. Қатты дененің қарапайым қозғалысыда бірқалыпты түзусызықты ілгерлемелі қозғалысы болады. Санақ жүйелерінің біреуін шартты түрде қозғалмайтын, ал екіншісін қозғалатын деп аламыз. Әрбір санақ жүйесіне декарттық координат жүйесін енгіземіз. Қозғалмаайтын К санақ жүйесіндегі координанттарды (x, y, z), ал қозғалатын K' санақ жүйесіндегі координаттарды (x', y', z') деп белгілейік. K' жүйесі К жүйесіне қатысты жылдамдықпен қозғалсын делік.
Қазғалатын санақ жүйесі қозғалмайтын санақ жүйесіне қатысты әрбір уақыт мезетінде белгілі бір орынға ие болады.
5)Дененің массасы және импульсі;
Масса - материяның инерциялық және гравитациялық қасиетін анықтайтын физикалық шама. Айталық, ұшып келе жатқан теннис добы адамға қатты тисе де, адам оның әсерін ауырсынбайды, ал қатты тебілген футбол добының кездейсоқ тиіп кетуінен әркім-ақ сақтанады.
Төбешіктен жылдам сырғанап келе жатқан жеңіл арбашаны адам қолымен
оңай тоқтата алады, ал автомобильді тіпті баяу жылжып келе жатса да тоқтату оңай соқпайды. Осындай мысалдар қозгалыстағы денені оның массасына да, жылдамдығына да байланысты болатын қандай да бір шамамен сипаттауға болады деген қорытындыға әкеледі. Мұндай физикалық шама дене импульсі (гр. impulsus -- "соққы" дегенді білдіреді) немесе қозғалыс мөлшері деп аталады. Сонымен, дененің массасы мен оның қозғалыс жылдамдығының көбейтінідісіне тең болатын физикалық шама дене импульсі деп аталады: Масса -- скалярлық шама, ал жылдамдық векторлық шама болғандықтан, дене импульсі де векторлық шама болып табылады. Дене импульсі векторының бағыты жылдамдық бағытымен сәйкес келеді. Бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (SI) дене импульсінің бірлігі секундына килограмм-метр кг·мс болып табылады.
6)Қисықсызықтық қозғалыстағы жылдамдық пен үдеу;
Материялық нүктенің шеңбер бойымен бірқалыпты қозғалысы кезінде нүктенің 𝑅⃗ радиус-векторы кез келген бірдей ∆t уақыт аралықтарында бірдей ∆φ бұрыштар сызады.
Бұрыштық жылдамдық деп аталатын 𝜔=∆𝜑∆𝑡 қатынасы тұрақты болып қалады. Бір айналым жасайтын ∆t=T уақыт аралығында (Т - период) радиус-вектор ∆φ=2PI бұрышқа бұрылады. Демек, 𝜔=2𝜋Т . Айналу жиілігі 𝜈=1𝑇 екенін ескере отырып жазсақ, 𝜔=2𝜋Т=2𝜋𝝂
аламыз.
Осы кезде мұндай қозғалыс жылдамдығының модулі (сызықтық жылдамдық) 𝑣=2𝜋𝑅𝑇 немесе 𝑣=2𝜋𝑅𝝂
бұрыштық үдеу - бұрыштық жылдамдықтың уақыт бойынша бірінші туындысына тең векторлық шама;
7)Айналмалы қозғалытың кинематикасы;
айналмалы қозғалыс - айналу өсі деп аталатын қозғалмайтын перпендикуляр оське қатысты жазықтықта дененің барлық нүктелері қозғалады;
Қозғалысты координаталық формада беру. Қозғалыс кезінде оның координаталары (x1=x, x2=y, x3=z) уақыт бойынша өзгереді, яғни уақыттың функциясы болып табылады. Қозғалысты беру - осы функцияларды көрсету:
x1=x1(t), x2=x2(t), x3=x3(t)
Қозғалысты векторлық формада беру.Қозғалыс кезінде оның радиус-векторы үнемі өзгеріп отырады. Қозғалыс мынандай түрде беріледі:
= (t)
8)Бұрыштық жылдамдық және бұрыштық үдеу;
Бұрыштық жылдамдық .Қатты дененің айналмалы қозғалысы бұрыштық жылдамдық шамасымен анықталады. Модулі бойынша ол w= және сызықтық жылдамдық жанама бойынша бағытталатындай бағытта бағытталған:
= ,
Бұрыштық үдеу. Бұрыштық жылдамдық уақыт бойынша туындысыбұрыштық үдеу деп аталады:
= (
Бұрыштық жылдамдық пен бұрыштық үдеудің өлшем-бірліктері - рад с и рад с2 .
9)Эйнштейннің салыстырмалы принциптері;
Ньютон немесе классикалық механика тек вакуумдағы жарық жылдамдығынан өте аз жылдамдықпен қозалатын денелер үшін дұрыс. Жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын денелер үшін Эйнштейн релятивистік механиканы жасады, арнайы салыстырмалық теория талаптарын ескеретін механика (1905 ж.).
Осы теорияның негізін екі постулат құрайды, олар Эйнштейннің салыстырмалылық принципі және жарық жылдамдығының тұрақтылық принципі деп аталады. Бірінші заңға сәйкес табиғаттағы барлық заңдар инерциалдық санақ жүйелерінде бірдей өтеді.Жарық жылдамдығының тұрақтылық принципі вакуумдағы жарық жылдамдығы барлық инерциалдық санақ жүйелеріңде жарық көзі мен қабылдаушы жылдамдықтарына байланыссыз бірдей болады.
10)Эйнштейн постулаттары;
Эйнштейн постулаттары - XX ғасырдың басында белгілі болған тәжірибелік және теориялық материалдарды терең талдау Энштейнді классикалық физиканың негізгі қағидаларын, оның ішінде ең алдымен, кеңістік пен уақыттың қасиеттері жайлы көзқарастарды қайта қарауға әкеп тіреді. Осының нәтижесінде ол классикалық физиканың логикалық аяқтамасы болып табылатын арнаулы салыстырмалық теориясын жасады. Бұл теория классикалық механиканың кеңістіктің евклидтілігі және Галилей- Ньютонның инерция заңы тәрізді қағидаларын өзгеріссіз қабылдайды. Ал қатты денелердің мөлшермен уақыт
аралықтарының түрлі санақ жүйелерінде өзгеріссіз қалады деген қорытындыларына келсек, бұл жерде Эйнштейн олардың баяу қозғалыстарда зерттеу кезінде пайда болғандығына және сондықтан оларды үлкен жылдамдықтар обылысына таратудың заңсыз болып табылатындығына назар аударды. Тек тәжірибе ғана олардың шын қасиеттерінің қандай екендігіне жауап бере алады. Галилейдің түрлендірулеріне және алыстан әсерлесу принципіне қатысты да осыны айтуға болады.
11) Лоренц түрлендірулері және салдары
Лоренц түрлендірулері, арнайы салыстырмалық теориясында -- бір инерциялық санақ жүйесінен екіншісіне ауысқан кездегі қандай да бір оқиғаның координаттары мен уақытының түрленуі. Мұны бірінші рет голландия физигі Х. А. Лоренц (1853 -- 1928) ашқан (1904). Лоренц түрлендірулеріне қарағанда классикалық микроскопты электродинамика теңдеуі өзінің түрін өзгертпейді. "Лоренц түрлендірулері" деген атауды Альберт Эйнштейн енгізді (1905). Эйнштейн Лоренц түрлендірулерін арнайы салыстырмалық теориясының негізі болған екі постулат бойынша қорытып шығарды: барлық инерциалдық санақ жүйесінің бірдейлігі және вакуумдағы жарық жылдамдығының жарық көзі қозғалысына тәуелсіздігі. Координаттар мен уақытты түрлендірудің кинематикалық формулалары АСТ-да Лоренц түрлендірулері деп аталады. Олар әлі АСТ жасалғанға дейін, 1904 жылы, электродинамика теңдеулері инварианты болатын түрлендірулер ретінде пайда болған еді K' жүйесі K жүйесіне қатысты v жылдамдықпен x өсінің бағытымен қозғалатын дербес жағдай үшін Лоренц түрлендірулері былай жазылады:
х=х′+𝑣𝑡′√1−𝛽2 х′=𝑥−𝑣𝑡√1−𝛽2
y=y' y'=y
z=z' z'=z
𝑡=𝑡′+𝑣𝑡′𝑐2√1−𝛽2 𝑡′=𝑡−𝑣𝑡𝑐2√1−𝛽2
Лоренц түрлендірулерінің салдарлары: 1 Əртүрлі санақ жүйелеріндегі оқиғалардың бірмезгілді еместегі (мысалы жүйесінде оқиғалар кеңістікті алшақтанған болса , онда).
2 Əр түрлі санақ жүйелеріндегі дененің ұзындығы Оған салыстырғанда қозғалысқа келетін жүйеде өлшенген таяқшаның l ұзындығы, оған салыстырғанда тыныштықта тұратын жүйеде өлшенген таяқшаның l ұзындығынан қысқа.
3 Оқиғалар арасыңдағы уақыт аралығы денемен бірге қозғалатын сағаттардың көрсететін уақыты, оны меншікті уақыт деп атайды , ал t∆- тыныштықтағы сағаттардың көрсетуі. Формуладан көрініп тұрғандай қозғалыстағы сағаттардың жүрісі тыныштықтағы сағаттардан баяу.
12)Динамика. Инерциалдық санақ жүйелері.
Денелердiң өзара әсерлесуiн және осы әсерлесуден пайда болатын қозғалыстарды зерттейтiн механиканың бөлiмiн - динамика деп атайды. Динамиканың негiзiне 1687 жылы Ньютон тұжырымдаған қозғалыс заңдары жатады. Инерция (лат. іnertіa - әрекетсіздік), материялық денелердің механикадағы Ньютонның 1-және 2-заңдарында көрініс табатын қасиеті. Инерциялық санақ жүйесі - инерция заңы орындалатын санақ жүйесі. Инерциялық санақ жүйесімен салыстырғанда ілгерілемелі, бірқалыпты және түзу сызықты қозғалған кез келген санақ жүйесі де инерциялық санақ жүйесі болады. Сондықтан теория жүзінде, физика заңдары бірдей орындалатын (салыстырмалылық принципі) инерциялық санақ жүйесімен бір мәндес жүйенің саны көп болуы мүмкін. Сондай-ақ кез келген инерциялық санақ жүйесінде Ньютонның 2-заңы және қозғалыс мөлшерінің (импульстің) сақталу заңы, қозғалыс мөлшері моментінің сақталу заңы, т.б. орындалады. Инерциялық санақ жүйесімен салыстырғанда үдей қозғалатын санақ жүйесі инерциялық санақ жүйесі бола алмайды және онда инерция заңы мен жоғарыда аталған заңдар орындалмайды. Инерциялық санақ жүйесі ұғымы ғылыми абстракция болып есептеледі. Нақты (реал) санақ жүйесі әрдайым қандайда бір нақты денемен (мысалы, Жермен, кеменің не ұшақтың қорабымен, т.б.) байланыстырылады және оларға қатысты қандайда бір нысанның қозғалысы зерттеледі. Табиғатта қозғалмайтын денелер болмайтындықтан, кез келген нақты санақ жүйесі инерциялық санақ жүйесіне белгілі бір дәрежеде жуық жүйе деп есептелінеді. Инерциялық санақ жүйесінің біреуінен екіншісіне ауысқан кезде, кеңістіктік координаттар мен уақыт үшін Ньютонның классикалық механикасында Галилей түрлендіруі, ал релятивистік механикада Лоренц түрлендірулері орындалады.
13. Ньютон заңдары. Күш.
Ньютонның механика заңдары - И.Ньютон тұжырымдаған (1687) классикалық механиканың негізгі үш заңы. Ньютонның бірінші заңы : "Егер денеге сырттан күш әсер етпесе, онда ол тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалыстағы күйін сақтайды". Бұл өздеріне таныс инерция заңы. И.Ньютон инерция заңын механика негізіне енгізді, сондықтан бұл заңды Ньютонның бірінші заңы деп атайды. F=0 Ньютонның екінші заңы "Дененің қозғалыс мөлшерінің өзгеруі түсірілген күшке пропорционал және ол күшпен бағыттас болады".Денеде туындайтын үдеу оған әрекет етуші күшке тура пропорционал, ал оның массасына кері пропорциянал: a=Fm . Ньютонның екінші заңының формуласы F=ma Ньютонның үшінші заңы "Әрбір әсерге оған тең, бірақ кері бағытталған қарсы әсер болады, басқаша айтқанда, екі дене бір-біріне шама жағынан тең, бағыты жағынан қарама-қарсы күштермен әсер етеді".Инерция заңы орындалмайтын санақ жүйелерінде дененің қозғалыс жылдамдығы өзара әрекеттесуден ғана емес, сол жүйенің үдемелі қозғалысынан да туындай алады. Ондай санақ жүйелері инерциялық емес санақ жүйелері деп аталады. Ньютонның үшінші заңы Әрекет етуші күшке әрқашан тең қарсы әрекет етуші күш бар болады. Басқаша айтқанда, денелердің бір - біріне әрекет етушә күштері модулі бойынша өзара тең және бағыттары қарама қарсы: F=-F Күш - материалдық нүктеге немесе денеге басқа денелер немесе өрістер тарапынан болатын механикалық әсердің өлшемі.Тең әсерлі күш - денеге әсер ететін күш жүйелерінің әсеріне тең эквивалентті күш. Ауырлық күші( F=mg) деп денелердің Жерге тартылу күшін айтады. Серпімділік күші (F = kΔl ) , деп дененің пішіні мен көлемі өзгерген кезде пайда болатын күшті айтады. Үйкеліс күші (Fүйк=kN) деп денелер тікелей жанасқанда пайда болатын күшті айтады және ол күш әрдайым жанасу бетінің бойымен қозгалыс бағытына қарама-қарсы жаққа қарай бағытталады. Тіректің реакция күші ( F= vN ) деп тіректің денеге әрекет ететін серпімділік кірітін айтады
14.Механикадағы күштер: гравитациялық күштер, серпінді күштер, үйкеліс күштер.
Механикадағы күштердің түрлері. Классикалық механикада негізінен гравитациялық жəне электромагнитік күштер, сонымен қатар серпімділік күштері мен үйкеліс күштері қарастырылады. Серпімділік жəне үйкеліс күштерінің табиғаты электромагнитті. Гравитациялық күштер. Бүкілəлемдік тартылыс заңы, Бұл заң бойынша, бір бірінен r қашықтықта тұрған m1 жəне m2 нүктелік массалар арасындағы тартылыс күші F мынадай түрде анықталады: 𝐹=𝐺𝑚1𝑚2𝑟2 , мұндағы 𝐺=6,7∙10−11𝐻∙м2кг2 - гравитация тұрақтысы. Серпімділік күші. Гук заңы. Кез келген нақты дене оған түсірілген күштің əсерінен деформацияланады, яғни, өзінің көлемі мен формасын өзгертеді. Егер күш əсері тоқтатылғаннан соң дене өзінің бастапқы көлемі мен формасына қайтып оралса, деформация серпімді деп аталады. Тəжірибе көрсететіндей, кішігірім деформация кезінде l ∆ серіппесінің ұзаруы созушы күшке пропорционал боп шығады: l ∆ ∼F. Тиісінше, серпімді күш серіппенің ұзаруына пропорционал болады: F=k∆l Пропорционалдық коэффициент k серіппенің қатаңдық коэффициенті деп аталады. Серпімділік күші мен деформация арасындағы пропорционалдық туралы ұйғарым Гук заңы деген атауға ие.
15.Материалдық нүктелер жүйесінің импульсі. Масса центрінің қозғалыс теңдеуі.
Материялық нүктелер жүйесі деп олардың соңғы сандарының жиынтығын айтады. Материялық нүктелер жүйесінің импульсі деп жүйені құраушы материялық нүктелер импульстерінің қосындысын айтады: 𝑃⃗=∑𝑃𝑖⃗𝑘𝑖=1=𝑃1⃗+𝑃2⃗+...+𝑃𝑘⃗ мұнда 𝑃𝑖⃗- i индексімен белгіленген материялық нүктенің импульсі, n - жүйедегі нүктелер саны. Массалар центрі. Бейрелятивистік жағдайда, яғни, аз жылдамдықты қозғалыстар кезінде, массалар центрі ұғымын енгізуге болады. Ең алдымен, нүктелер жүйесінің импульсі үшін ұйғарымдарды қарастырайық: 𝑃⃗=∑𝑚𝑜𝑖𝑉𝑖⃗=∑𝑚𝑜𝑖𝑑𝑟⃗𝑖𝑑𝑡=𝑑𝑑𝑡∑𝑚𝑜𝑖𝑟⃗𝑖=𝑚𝑑 𝑑𝑡(1𝑚∑𝑚𝑜𝑖𝑟⃗𝑖) мұнда 𝑚=∑𝑚𝑜𝑖 өзін құраушы нүктелердің тыныштық массасының
қосындысы ретінде түсінілетін жүйе массасы. Радиус-вектор 𝑅⃗=1𝑚∑𝑚𝑜𝑖𝑟⃗𝑖 жүйе массаларының центрі деп аталатын жорамал нүктені анықтайды. 𝑑𝑅⃗𝑑𝑡=𝑉⃗ шамасы - осы жорамал нүктенің қозғалыс жылдамдығы. Ендеше 𝑃⃗=𝑚𝑑𝑉⃗𝑑𝑡=𝐹⃗ Осы ұйғарымдарды ескерсек, қозғалыс теңдеуі мынадай түрге енеді: 𝑚𝑑𝑉⃗𝑑𝑡=𝐹⃗ яғни, ол бүкіл массасы массалар центрінде шоғырланған, ал жүйенің нүктелеріне əсер етуші барлық сыртқы күштер оның массалар центріне түсірілген материялық нүкте қозғалысының теңдеуіне эквивалентті. Сақталу
16.Материалдық нүктенің импульс моменті. Күш моменті. Инерция моменті.
Импульс моменті, "Қозғалыс мөлшері моменті" деп те аталады, - материалдық нүктенің немесе жүйенің механикалық қозғалысының динамикалық сипаттамаларының бірі. Физикада ол заттың әуелгі нүктеден қозғалу мен ауысуының физикалық шамасы болып, ол классикалық физикада: \mathbf{L} болып өрнектеледі. Күш моменті тәрізді қозғалыс мөлшерінің моменті центрге (нүктеге) және оське де қатысты анықталады. Материалдық нүктенің центрге (O) қатысты қозғалыс мөлшерінің моменті центрден жүргізілген қозғалыстағы нүктенің радиус-векторының (r) оның қозғалыс мөлшерінің (mυ) векторлық көбейтіндісіне тең: яғни K0=[r.mυ]. Оны есептеу үшін күш моментін есептеуге арналған барлық формулаларды пайдалануға болады, тек онда F векторын (немесе оның проекцияларын) mυ векторымен (немесе оның проекцияларымен) алмастыру қажет. Қозғалыс мөлшерінің моментінің өзгерісі түсірілген күш m0(F) моментінің әсерінен болады. Бұл өзгерістің сипаты динамиканың негізгі заңы болып табылатын =m0F теңдеуімен анықталады. m0F=0 болған кезде, мысалы, центрлік күштер үшін орындалады, нүктенің O центрге қатысты қозғалыс мөлшерінің моменті өзгеріссіз қалады; нүкте осы кезде жазық қисық бойымен қозғалады және оның радиус-векторы кез келген бірдей уақыт аралықтарында бірдей аудандар сызып өтеді. Бұл нәтиже аспан механикасы үшін, сонымен қатар ғарыш ракеталарының, жердің жасанды серіктері, т.б. қозғалысы үшін маңызды. Күш моменті - күштің әсер ету сызығынан күш әрекеті қарастырылатын өске дейінгі ара кашықтығымен күштің көбейтіндісіне тең шама.[1] Күш моменті векторы - ось бағытымен қарағанда күштің денені сағат тіліне қарсы бағытта айналдырғандай көрінетін күш пен моменттік нүктеден өтетін жазықтыққа перпендикуляр болып бағытталады. Күш моментінің формуласы : M=Fxd M=күш моменті ; F=күш;d=күш иіні Инерция моменті -- айналмалы қозғалыстағы қатты дененің инерттілігінің өлшемі.Орталықтан тепкіш инерция моменті - механикалық жүйені құрайтын барлық нүктелердің массасын берілген тік бұрышты координаттар жүйесінің екі координатына көбейтіндісінің қосындыларына тең шама
17. Қозғалмайтын оське қатысты қатты дененің айнымалы қозғалыс динамикасының негізгі теңдеуі. Штейнер теоремасы.
Аиналмалы қозғалыс кезінде қатты дененің нүктелеріцентрлері айналу осі деп аталатын түзу бойында жататын концентрлі шеңбер сызады. Айналыс шапшандығын уақыт бірлігіндегі дененің б.рылу бүрышымен сипаттауғв болады. Айналмалы қозғалыстын бүрыштық жылдамдығы . Қатты дененің бекітілген оське қатысты айналмалы қозғалысы Күштің берілген осьтен айналдыра алу қабілетін сипаттау үшін оське қатысты күш моменті деген ұғым енгізіледі. Оське қатысты күш моментін күштің оське перпендикуляр жазықтықта жатқан құраушысы ғана тудыра алады. Cондықтан қатты дененің массасы mі, оған әсер етуші сыртқы күш Fі , ал Fі күші mі массасының тракториясына жүргізілген жанамамен αі бұрыш жасайды концентрлі шеңбер сызады. Айналыс шапшандығын уақыт бірлігіндегі дененің б.рылу бүрышымен сипаттауғв болады. Айналмалы қозғалыстын бүрыштық жылдамдығы . Қатты дененің бекітілген оське қатысты айналмалы қозғалысы Күштің берілген осьтен айналдыра алу қабілетін сипаттау үшін оське қатысты күш моменті деген ұғым енгізіледі. Оське қатысты күш моментін күштің оське перпендикуляр жазықтықта жатқан құраушысы ғана тудыра алады. Сондықтан қатты дененің массасы mі, оған әсер етуші сыртқы күш Fі , ал Fі күші mі массасының тракториясына жүргізілген жанамамен αі бұрыш жасайды және ол бұрыш сүйір болады (19-сурет). Сонда бұл элемент үшін теңдік былай жазылады: мұндағы εі - массасы mі элементтің бұрыштық үдеуі. Тұтас дененің барлық
элементі үшін оның қосындысын аламыз:бұдан абсолют қатты дененің барлық элементтері үшін оның бұрыштық үдеуі тұрақты , олай болса: мұндағы - қатты дененің барлық элементтеріне әсер ететін күш моменттерінің қосындысы, басқаша айтқанда қатты денеге әсер етуші күштердің ОО' айналыс осіне қатысты М толық моменті болады. Дененің жеке элементтерінің қосындысы болатын шама ОО' оське қатысты дененің инерция моменті деп аталады. Сонда күштің толық моментін (М) және инерция моментін (І) енгізіп мына теңдікті жазуға болады: M=Іε
Бір инерция моментінен екінші иенрция моментіне көшу Штейнер-Гюйгенс теоремасы бойынша орындалады, яғни кез келген айналыс осіне қатысты инерция моменті, сол оське параллель ауырлық центрінен өтетін оське қатысты инерция моменті мен дене массасының сол осьтің ауырлық центрінің айналыс осінен қашықтығының квадратына көбейтісінің қосындысына тең болады
18. Сақталу заңдары. Импульстің сақталу заңы
Сақталу заңдары қозғалыстың жалпы қасиеттерін теңдеулерді шешпейақ, жəне уақыт аралығындағы үрдістердің дамуы туралы жан-жақты ақпаратсызақ қарастыруға мүмкіндік береді. Сақталу заңдарының жалпы сипаты оларды тек қозғалыстың теңдеуі белгілі болып, бірақ олардың шешуі белгісіз болғанда ғана емес, сонымен бірге қозғалыс теңдеуі белгісіз болғанда да қолдануға мүмкіндік береді. Нəтижесінде, қозғалыстың өте маңызды ерекшеліктерін күш əсері заңын білмей-ақ жиі анықтауға тура келеді.
Өте кең күштер класстары үшін қозғалыс теңдеулерінің бірінші интегралын жалпы түрде шығарып, нəтижесін физикалық шамалардың белгілі бір комбинацияларының сандық мəнінің тұрақтылығы ретінде қабылдау мүмкін болады. Сақталу заңы дегеніміздің өзі осы. Механикада сақталу заңдары математикалық тұрғыдан алғанда қозғалыс теңдеулерінің бірінші интегралдарына əкелінеді. Импульстің сақталу заңы Табиғаттағы барлық денелер бір-бірімен әрекеттеседі. Алайда бірқатар жағдайларда қарастырылатын жүйедегі өзара әрекеттесуші денелерге сыртқы күштердің әрекеттері елеусіз болатындықтан, олардың әрекеттері ескерілмейді. Бұл жай екі немесе одан да көп денелердің қозғалысын ғана қарастыруға мүмкіндік туғызады. Ол үшін физикада денелердің тұйық жүйесі деп аталатын ұғым енгізілген. Тұйық жүйе деп сыртқы күштер әрекет етпеген жағдайда жүйеге енетін денелер бір- бірімен ішкі күштер арқылы ғана әрекеттесетін жүйені айтады. Теңдеудің сол жағында денелердің өзара әрекеттескенге дейінгі, оң жағында өзара әрекеттескеннен кейінгі импульстерінің қосындысы берілген және олар өзара тең. Әрбір дененің импульсі өзгергенімен, олардың импульстерінің қосындысы өзгеріссіз қалды. Сонымен, тұйық жүйедегі өзара әрекеттесетін денелер импульстерінің қосындысы өзгермейді (сақталады): 𝑝1⃗+𝑝2⃗=𝑝1⃗′+𝑝2′⃗
Бұл -- импульстің сақталу заңы деп аталатын табиғаттың негізгі заңдарының бірі. Егер біз қарастырған мысалдағыдай екі дене ғана болмай, бірнеше дене әрекеттессе де, бұл қорытынды кезкелген тұйық жүйе үшін дұрыс болып табылады. Бұл заңның дұрыстығын адамзат тәжірибесінің өзі айқын дәлелдеп беріп отыр. Әрине, барлық нақты жүйелер тұйық болып табылмайды. Алайда импульстің сакталу заңын көп жағдайда қолдануға болады.
19. Механикалық энергия. Кинетикалық энергия.
Денеде екі түрлі механикалық энергия бар болады, бірі дененің қозғалысынан тәуелді энергиясы, яғни дененің кинетикалық энергиясы, екіншісі дененің орналасуына байланысты туындайтың - потенциалдық энергиясы. Осы екі энегрияның қосындысы дененің толық механикалық энергиясы деп аталады. Салмағы 1 килограмм допты 1 метр биіктікке көтергенде, допта Wp = mgh = 1*1*9.8 = 9.8 Джоуль потенциалдық энергия пайда болады. Осы допты жібергенде, доппен не болады? Доптың жылдамдығы артады, яғни допта кинетикалық энергия пайда болады. Доп жер бетімен
соқтығылысқанда, доптын біраз энергиясы жылуға айналады. Бөлінген жылудың мөлшері аз болғандықтан, бұл жылуды елемеуге тырысады. Яғни механикалық жүйелерде соқтығыс кезінде жылуға кеткен энергияның мөлшері аз деп есептейді. Кинетикалық энергия дегеніміз v жылдамдықпен қозғалған, массасы m-ге тең дененің кинетикалық энергиясы мына формуламен аңықталады:
Кинетикалық энергия скалярлы өлшем, оның өлшем бірлігі джоуль. Джоульмен физикада энергияны өлшейді, яғни Джоуль энергияның өлшем бірлігі. Дененің кинетикалық энергиясы, дененің қозғалысымен байланысты, дененің қозғалысы неғұрлым көп болса соғұрлым дененің кинетикалық энергиясы жоғары болады. Механикалық энергияның бұл түрі, яғни кинетикалық энергия, дененің қозғалысымен байланысты.
Сонымен қатар дененің өзге механикалық энергиясы бар, бұл оның орналасуымен, сыртқы ортамен байланысты - потенциалдық энергиясы.
20. Жұмыс. Қуат.
Консервативті күштер Жұмыс - күштің сан шамасы мен бағытына және оның түсу нүктесінің орын ауыстыруына тәуелді күш әсерінің өлшемі. А=𝑭𝒔 Қуат (орыс. мощность ) уақыт бірлігі ішінде істелінген жұмыстың сол уақытқа қатынасымен өлшенетін физикалық шама. 1. Сәулеленетін энергияның мөлшері немесе уақыт бірлігінде орындалатын кез келген жұмыс, өлшем бірлігі ватт. 2. Жүйенің өнім шығаруға, яғни оның уақыт бірлігіі ще белгілі бір жұмыс көлемін орындау қабілеттілігін анықтайтын сипаттама. 3. Белгілі бір қасиеттерге ие, кодалау теориясындағы көрсеткіш берілген жиында N элементтер санын сипаттайды. М символдарынан N разрядты бірыңғай коданың қуаты N = т".[ Өлшем бірлігі Қуаттың бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (СИ) өлшем бірлігі - Ватт (Вт). Вт=Джс. Қуаттың еселі өлшемдері:1 кВт=103Вт, 1 МВт=106Вт техникада кеңінен қолданылады; сонымен қатар Қуат бірлігі ретінде ат күші (а. к.) де қолданылады, 1 а.к.=735,5Вт. Орта қуат 𝑁=∆𝐴∆𝑡 Бірқалыпты жұмыс істейтін жүйе үшін қуат: N=Аt өрнегі бойынша есептеледі, мұндағы А - t уақыт ішінде істелетін жұмыс, жалпы жағдайда лездік қуат - 𝑁=𝑑𝐴𝑑𝑡 dA - элементар уақыт бірлігі (dt) ішіндегі элементар жұмыс. Механикалық қуат P=F*v -Дененің қозғалыс бағытымен әсер ететін тұрақты күштің қуатын: өрнегімен де анықтауға болады, мұндағы F - денеге әсер ететін күш, V - дененің жылдамдығы. Электр қуаты Электр қуатының лездік мәні P(t)=I(t)*U(t) формуласымен есептеледі. Реактивті қуат - электротехникалық құрылғылардағы электромагниттік өріс энергиясынын тербелісі жасайтын жүктемені сипаттайтын шама
Консервативті күш (ауырлық, серпімділік, гравитациялық , кулондық күштер) күштердің денеге қатысты істейтін жұмысы жолға тәуелді болмайды, дененің кеңістіктегі бастапқы және соңғы орнымен анықталады. Кез келген тұйық жолдағы консервативті күштердің істейтін жүмысы нөлге тең болады. Консервативті емес күштер істелінген жұмысы дененің бір орнынан екінші орнына ауысқандағы жолына тәуелдң кұштер. Мысалы : кедергі күші, ол әр уақытта қозғалыс бағытына қарсы бағытталады, істелінген жұмыс теріс болады.
31- Толқындық процесстер. Толқындық қозғалыстың негізгі сипаттамалары
Дене бөлшетерінің серпімді ортада таралуы толқын деп аталады. Толқынның түрлері:
1 - көлденең - толқынның таралу бағыты мен жылдамдығы өзара перпендикуляр болатын толқындар
Көлденең толқын судың беті мен қатты денелерде пайда болады.
2 - Қума немесе бойлық толқын деп толқынның таралу жылдамдығы мен бағыты бағыттас болатын толқындар. Қума толқын қатты, сұйық және газдарда таралады.
Толқынды сипаттайтын негізгі шамалар:
1 - толқын ұзындығы - ең жақын жатқан екі нүктенің арақашықтығы;
λ = V*T
2 - период - толық бір айналымға кеткен уақыт
3 - жиілік - периодқа кері шама
ν = 1 t [Гц] 1c = c(-1) дәрежесі
32 - Дыбыс. Ультрадыбыс
жиілік - периодқа кері шама
ν = 1 t [Гц] 1c = c(-1) дәрежесі
Жиілігі 20 Гц пен 20000 Гц арасындағы толқындар дыбыс толқындары деп аталады.
инфрадыбыс дыбыс толқ ультрадыбыс
20 гц 20000гц
Дыбыстың негізгі сипаттамалары:
1 - қаттылығы - амплитуда арқылы анықталады;
2 - тоны - жиілігі арқылы анықталады; 3 - тембр - дыбысқа өзіндік үн қосу; 4 - реверберация - дыбыстың естілу узақтығының артуы;
5 - жаңғырық - дыбыстың жолындағы кедергіден шағылып бастапқы орнына қайта келу құбылысы. Жаңғырық кезіндегі жол S= Vt 2
6 - шу - бірнеше дыбыстың араласу құбылысы
Толқынның таралуы синустың немесе косинустың заңына бағынады.
33 - Статистикалық физика және термодинамика негіздері. МКТ. Молекулалардың жылулық қозғалысы
Статистикалық физика - өте көп бөлшектерден тұратын және бір бірімен әрекеттесетін макроскопиялық денелердің микроскопиялық параметрлерін зерттейтін физ бөлімі.
Статистикалық физика - теориялық физиканың макроскопиялық денелердің қасиеттерін, оларды құрайтын атомдар мен молекулалардың құрылысы тұрғысынан зерттейтін саласы.
МКТ
Бірінші тұжырым: Барлық денелер молекулалардын, атомдардан , иондардан тұрады.
2ші: барлық бөлшектер үзіліссіз, ретсіз, хаосты қозғалыста болады.
3ші: барлық бөлшектер өзара бір бірімен тартылыс, тебіліс күштері арқылы әрекеттеседі.
Молекула дегеніміз заттың барлық химиялық қасиеттеріне ие ең кішкене бөлшегі.
Химиялық элементтің ең кішкентай бөлшегі атом болып табылады.
Салыстырмалы молекулалық заттың массасы:
Заттың молекуласының массасының көміртек изтобы С(индекс 12) массасының 112 бөлігіне қатынасына тең физикалық шаманы ацтамыз. Mr = m(индекс 0) 112 m(индекс 0С 12)
Зат мөлшері - жүйені құрайтын құрылымдық бөлшектердің (молекула, атом, йон тб) санын сипаттайтын физикалық шама ν = N NA
Молярлық масса - біртекті заттың массасының зат мөлшеріне қатынасына тең физикалық шама. μ = m ν (ню)
Жылулық қозғалыстың әсерінен болатын құбылыстарды жылулық құбылыстары дейміз. Дененің бөлшектерінің үздіксіз, хаостық қозғалысын жылулық қозғалысы деп атаймыз.
34 - Термодинамикалық жүйе. Термодинамикалық жүйенің күйі. Термодинамикалық парметрлер
Термодинамикалық тепе-теңдікте болатын және осы күйлерден өтетін кездегі процесстерді зерттейтін макроскопиялық денелердің жалпылама қасиеттерін сипаттайтын физиканың бөлімі.
Статистикалық физика - өте көп бөлшектерден тұратын және бір бірімен әрекеттесетін макроскопиялық денелердің микроскопиялық параметрлерін зерттейтін физ бөлімі.
Термодинамикалық жүйелердің макроскопиялық (P, V, T) сипаттайтын күй параметрлері немесе макропараметрлер деп аталады.
Термодинамикалық тепе-теңдік күйі- термодинамикалық параметрі уақыт бойынша өзгермейтін термодинамикалық жүйені айтамыз.
Температура макроскопиялық жүйенің тепе теңдік күйін сипаттайтын физикалық шама.
Бір молекуладан тұратын идеал газдың формуласы: p=nkT
Порциалды қысым - газ қоспасының әр құрама бөлімдерінің қысымы
Дальтон заңы - бір бірімен әрекеттеспейтін газдардың қоспасының қысымы осы қоспаны құрайтын әр газдың порциалды қысымдарының қосындысына тең.
Күй теңдеуі: pV=mRTM (мю)
Негізгі 3 параметрдің арасындағы қатынасты сипаттайтын функциялық тәуелділікті көрсететін теңдеуді айтамыз.
Менделеев - Клайперон теңдеуі: pV=mRTM (мю)
Газ процесстері
Қайтымды процесс - термодинамикалық жүйенің бір күйден екінші күйге тура және кері жолдармен өту процессін айтамыз.
Тепе теңдік процесс - тепе теңдік күйлердің үздіксіз тізбегін құрайтын термодинамикалық процессті айтамыз.
35 - Идеал газ. Идеал газ күйінің теңдеуі. Термодинамикалық процесстер
Идеал газ молекулалар арасында тартылыс күші болмайтын абсолютті серпімді, шар тәріздес соқтығысатын газдың физикалық моделі.
Идеал газ деп аз көлемді алатын, молекулалары серпімді шар болып табылатын, әсерлесу энергиясы аз, қозғалыс энергиясы көп газ. Идеал газдарда қысым молекулалардың ыдыс қабырғасына соқтығысуынан пайда болады. Сондықтан , қысымды анықтайтын теңдеу идеал газдың негізгі теңдеуі деп аталады. P= 13 * mnV²
m- бір молекуланың массасы
n- концентрация - бірлік көлемдегі молекула саны n= NV [1м³]
V- орташа квадраттық жылдамдық V=√3ktm0 немесе V= √3RTμ
Идеал газ үшін мкт-ның негізгі теңдеуі P= 13 * mnV² p= 23n Е(индекс К)
Молекуланың ілгерлемелі қозғалысының кинетикалық энергиясы: Е(индекс К)=32 kT
36 - МКТ негізгі теңдеуі
МКТ
Бірінші тұжырым: Барлық денелер молекулалардын, атомдардан , иондардан тұрады.
2ші: барлық бөлшектер үзіліссіз, ретсіз, хаосты қозғалыста болады.
3ші: барлық бөлшектер өзара бір бірімен тартылыс, тебіліс күштері арқылы әрекеттеседі.
Молекула дегеніміз заттың барлық химиялық қасиеттеріне ие ең кішкене бөлшегі.
Химиялық элементтің ең кішкентай бөлшегі атом болып табылады.
Идеал газ үшін мкт-ның негізгі теңдеуі P= 13 * mnV² p= 23n Е(индекс К)
Молекуланың ілгерлемелі қозғалысының кинетикалық энергиясы: Е(индекс К)=32 kT
p= 13 * m* NV * V² = 13 ро V²
37 - Максвелл және Больцман тараулары. Еркіндік дәрәже
Газда тепе теңдік жағдайда бір уақыттан кейін стационарлық жылдамдығы уақыт бойынша өзгермейтін күй орнайды. Бұл күйдегі жылдамдық бойынша таралуды молекуланың уақыт бойынша таралу формуласы деп аталады. Бұл функуция жылдамдықтары V+dV аралығында жатқан молекулалардың салыстырмалы санын анықтайды. 𝑑𝑁(𝑣)𝑁=𝑓(𝑣)𝑣
Максвелл заңы F(v)=4PI(m02PIkT)32v2exp(mv22kT)
Нормалау шарты ∫f(V)ⅆVinfinity0=1
Газ молекуласының еркіндік дәреже саны
Еркіндік саны деп газ молекулаларының кеңістіктегі орнын сипаттайтын тәуелсіз айнымалылар саны.
Еркіндік дәреже 1 атомды газ 2 атомды газ 3 атомды газ
ілгерлемелі 3 3 3
айнымалы - 2 3
⟨ε1⟩=⟨ε0⟩3=32kT3=12kT
Ілгерлемелі қозғалысқа келетін кинетикалық энергия саны
Больцманның еркіндік дәреже бойынша таралуы
Анықтама: Тепе теңдік күйде болатын термодинамикалық жүйенің ілгерлемелі еркіндік дәрежесіне және айнымалы еркіндік дәрежесіне әрқайсына kT2 энергиясы сәйкес келеді, ал тербелмелі еркіндік дәрежесіне kT энергиясы сәйкес келеді.
⟨ε⟩=ⅈ̇2KT i - еркіндік дәреже Uμ=⟨ε⟩NA=ⅈ2kTNA=ⅈ2RT U=mμⅈ2RT=vⅈ2RT ⅈ=ii+İa+im
38 - Барометрлік формула
Жердің біртекті тартылу өрісінде молекуланың жылулық қозғалысы кезінде жерден алшақтағана сайын газдың қысымы төмендейді.
p=p0exp(−μghRT)
39 - Еркін жол жүру ұзындығы
Молекулалрдың орташа еркін жолының ұзындығы
Молекулалрдың екі соқтығысуының арасында өтетін орташа жол ұзындығын еркін жол жүру ұзындығы дейміз. ⟨l⟩=⟨v⟩(z) ⟨𝑧⟩=√2𝜋𝑑2𝑛⟨𝜈⟩ ⟨l⟩=1√2PIⅆ2n
⟨𝑧⟩ - соқтығысудың орташа саны
d- эффективті диаметр - соқтығысу кезінде молекуланың цифрларының жақындаған кездегі ең минималды арақашықтық
⟨v⟩ - 1 сек өтетін молекуланың орташа арфиметикалық жылдамдығы
40 - Тасымалдау құбылыстары
Тасымалдау құбылысы деп термодинамикалық тепе тең емес жүйелердегі энергияның(жылуөткізгіштік), массаның (диффузия) және импульстің(ішкі үйкелістің) кеңістік бойынша таралуының қайтымсыз процессі
Жылуөткізгіштік jE=λⅆTⅆx λ=13Cvρ⟨v⟩𝑙
Егер газдың бір аймағында орташа кинетикалық энергия көп болса, молекуланың соқтығысының арқасында уақыт өткен сайын бүкіл газ көлемінде орташа энергия бірдей мәнге жету процессі жүреді. Яғни температура бірдей болады.
Пурье заңы энергияның жылу түрінде таралуын сипаттайды
Диффузия
jm=−Dⅆpⅆx 𝐷=13V⟨l⟩
Бұл кезде массаның ағыны жүреді. Фик заңы - химиялық біртекті газдың масса ағынын(диффузиясын) сипаттайтын заң
Ішкі үйкеліс (тұтқырлық) jp=−ηⅆvⅆx η=13p⟨v⟩(l)
Ньютон заңы - газдағы импульс ағынын сипаттайтын заң
№41
Изопроцестер деп үш параметрдің (Р - қысым, V - көлем, Т - температура) біреуі тұрақты болғандағы басқа екі параметр өзгеретін процесті айтады.
Изопроцестер үшеу: изотермалық, изобаралық, изохоралық. 1) Тұрақты температурада термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесі Изотермалық процесс ( көне грекше: ἴσος - бірдей және көне грекше: θέρμη - жылу) деп атайды. 2)Тұрақты қысымда термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесі Изобаралық процесс (грек. көне грекше: ἴσος - бірдей, көне грекше: βάρος - ауырлық салмақ) деп аталады.
3)Көлем тұрақты болғанда, температураның өзгеруінен туындайтын газ қысымының өзгеру процесін Изохоралық процесс (грек. көне грекше: ἴσος - бірдей және көне грекше: χώρος - көлем) деп атайды.
Изотермиялық процесс
Температура тұрақты болғанда макроскопиялық денелердің термодинамикалық жүйесі күйінің өзгеру процесін изотермиялық деп атайды. Газ температурасын тұрақты етіп ұстау үшін ол температурасы тұрақты болып тұратын үлке жүйемен - термостатпен - жылу алмасатындай болу керек. Өйткені сығылғанда немесе ұлғайғанда газдың температурасы өзгеретін болады. Егер атмосфералық ауаның бүкіл процес барысында елеулі өзгермесе, онда ол термостат қызметін атқара алады.
Идеал газ күйінің теңдеуіне сәйкес тұрақты температурадағы кез келген күйде газ қысымының оның көлеміне көбейтіндісіне тұрақты болады, яғни T = const
.
Изотермиялық процесс
Егер газдың температурасы өзгермесе , онда оның берілген массасы үшін газ қысымының көлемге көбейтіндісі тұрақты болады.
Бұл заңды тәжірибие жүзінде ағылшын ғалымы Р. Бойль, одан біраз кейінірек француз ғалымы Э. Мариотт ашты. Сондықтан ол Бойль - Мариотт заңы деп аталады. Бойль - Мариотт заңы кез келген газ үшін, сондай-ақ олардың қоспасы үшін де, мысалы, ауа үшін де дұрыс. Тек атмосфералық қысымнан бірнеше жүз есе жоғары қысымдарда ғана бұл заңның ауытқуы елеулі байқалады. Тұрақты температурада газ қысымының көлемге тәуелділігі график түрінде изотерма деп аталатын қисық сызық арқылы кескінделеді. Газдың изотермасы қысым мен көлемнің арасындағы кері пропорционал тәуелділікті өрнектейді. Қисық сызықмұндай түрін математикада гипербола деп атайды. Әр түрлі тұрақты температураға әр түрлі изотермалар сәйкес келеді. Егер V = const болса, температура жоғарлағанда қысым күй теңдеуіне сәйкес артады.
Сондықтан жоғарлау Т2 температураға сәйкес изотерма, төменірек Т1 температураға сәйкес келетін изотермадан жоғары жатады. Компрессормен ауны сығу процесін немесе ыдыстағы ауаны соырп, шығарғанда поршень астындағы ауаның ұлғаюын - шамамен изотермиялық процесс деп есептеуге болады. Шынында, бұл жағдайда температура өзгеретіні рас, алайда алғашқы жуықтауда ондай өзгерісті елемеуге болады
Изобаралық процесс.
Қысым тұрақты болғанда термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесі изобаралық деп аталады. теңдеуіне сәйкес, қысымы өзгерсе газдың кез келгенкүйінде көлемнің температураға қатынасы тұрақты болады:
болғанда,
Егер газ қысымы өзгермесе, берілген массалы газ үшін көлемнің темпертураға қатынасы тұрақты болады.
Изобаралық процесс
Бұл заңды 1802 жылы француз ғалымы Гей - Люссак тэжірибе жүзінде тағайындаған және сондықтан ол Гей - Люссак заңы деп аталады. қатысқа сәйкес тұрақты қысымда газдың көлемі температураға тәуелді болады, яғни:
Бұл тәуелділік график түрінде изобара деп аталатын түзумен кескінделеді. Әр түрлі қысымға әр түрлі изобара сәйкес келеді. Қысым артқан сайын, тұрақты температурада Бойль - Мариотт заңы бойынша газдың көлемі кішірейеді. СОндықтан жоғарырақ р2 қысымға сәйкес келетін изобара төменірек р1 қысымға сәйкес келетін изобарадан төменірек жатады. Төменгі температуралар аймағында идеал газдың барлық изобаралары Т=0 нүктесінде түйіседі. Бірақ бұл нақты газдың көлемі шынында да нөлге айналды, ал күй теңдеуі сұйықтарға қолданылмайды. Жылжымалы поршеньді цилиндрдегі газды қыздырғанда оның ұлғаюын изобаралық процесс деуге болады. Онда цилиндрдегі қысымның ұрақтылығы поршеньнің үстіңгі бетіне атмосфералық ауа қысымның әсері арқылы жүзеге асады.
Изохоралық процесс.
Көлем тұрақты болғанда термодинмикалық жүйе күйінің өзгеру процесін изохоралық деп атайды. Күй теңдеуінен газдың көлемі өзгермеген кездегі кез келген күйінде газ қысымының температураға қатынасы тұрақты болатыны шығады:
болғанда,
Егер газ көлемі өзгермесе, онда массасы берілген газ үшін қысымның температураға қатынасы тұрақты болады.
Изохоралық процесс
Бұл газ заның 1787 жылы француз физигі Ж. Шарль ашқан және мондықтан ол Шарль заңы деп аталады. теңдеуіне сәйкес көлем тұрақты болғанда газ қысымы температураға сызықтық тәуелді болады, яғни
Бұл тәуелділек графикте түзумен кескінделеді де, ол изохора деп аталады. үрлі көлемге түрліше изохора сәйкес келеді. Температура тұрақты болғанда, Бойль - Мариотт заңына сәйкес, газ көлемі ұлғайғанда оның қысымы азаяды. Сондықтан үлкен V2 көлемге төмен жатады. теңдеуге сәйкес барлық изохоралар Т=0 нүктесінен басталады. Демек, абсолют нөлде идеал газдың қысымы нөлге тең. Кез келген жабық ыдыстағы немесе электр шамындағы газды қыздырғандағы газ қысымының ұлғаюы изохоралық процесс болып табылады. Изохоралық процесс көлемі тұрақты газ термометрлерінде пайдаланылады.
№42
Адиабаттық процестер
Адиабаталық процесс адиабаттық процесс -- қоршаған ортамен жылу алмаспайтын физикалық жүйеде өтетін термодинамикалық процесс. Адиабаталық процесс жылуөткізбейтін (адиабаталық) қабықшалармен қоршалған жүйелерде өтеді деп есептелінеді. Сыртқы орта мен жүйе арасында жылу алмасып үлгере алмайтындай уақытта тез өтетін процестер (жылу оқшаулағыш қабықшалары болмайтын) адиабаталық процесс ретінде қарастырылады. Оған мысалы, дыбыстың ауада таралуы, жылуқозғалтқыштарының цилиндрі ішіндегі газдың сығылуы (немесе ұлғаюы) т.б. жатады. Газ сығылғанда температура көтеріледі, ұлғайғанда -- төмендейді. Адиабаталық процесс қайтымды және қайтымсыз процесс түрінде өтуі мүмкін.
Шинаны немесе допты үрлеу кезінде сорғының ауаны тез сығыуы салдарынан ол қызады.Газдың ішкі энергиясыоны сығатын сыртқы күштердің атқаратын жұмысы есебінен артады.Газдың тез ұлғаюы кезінде оның салқындау құбылысын бақылыуға болады.Ол үшін үлкен шыны бөтелкеге су құйып,түтін енгізеді және сорғы көмегімен оған айдайды.Бұл кезде бөтелкедегі судың жоқ болып кетуі булануы ондағы ауа температурасының жоғарлағаның дәлелі болып табылады. Бөтелкедегі ауа қысымының ауа берліктей артуы,оның тығының атылып кетуіне әкеледі.Ауа жылдам ұлғая отырып бөтелкеден шыға бастайды,ал бөтелкеде қалың тұман пайда болады,ол ұлғаю кезіндегі ауаның салқындағаның көрсетеді.Газ ұлғайып,өзінің ішкі энергиясының кему есебінен жұмыс істейді.Тез сығылу немесе ұлғаю кезінде қоршаған ортамен жылу алмасып үлгермейтіндігі қарастырылған мысалдардан көрінеді.Бұл жағдайларда аз уақат аралығында Q=0 деп санап,бұл процестерді адиабаталық процесстер ретінде қарастырамыз. Мұнда термодинамиканың 1 заңы U+A=0 немесе U=-A түрінде өрнектеледі.Бұл адиабаталық процесс кезіндегі газдың сығылуы,оның ішкі энергиясының артуын тудыратынын және теріс жұмыс атқарлатының көрсетеді.Ұлғаю кезінде газдың ішкі энергиясы кемиді,оның есебінен оң жұмыс атқарылады. Адиабаталық процессті графикте адиабата деп аталады. Іштен жану қозғылтқыштарының ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
1)Кинематика.Механикалық қозғалыс.Механикалық жүйе.Механиканың негізгі моделі материалық нүкте,қатты дене,тұтас орта;
Дене қозғалысының пайда болу себептері салдарын қарастырмайтын және қозғалыс тек геомериялық қасиеттерін сипаттайтын механика бөлімі кинематика деп аталады.
Денелердің уақыт өтуімен басқа денелермен салыстырғанда кеңістіктегі орнын өзгертуі-механикалық қозғалыс деп аталады.
Біртұтас ретінде қарастырылатын материялық нүктелер жиынын механикалық жүйе дейміз.
2)Кеңістік пен уақыт. Санақ жүйесі. Материалдық нүктенің кинематикасы.Материалық нүктенің кинематикасы.Материялық нүкте қозғалысың траекториясы.
Механикалық қозғалысты карастырғанда біз дененің кеңістіктегі орнының уақыт өтуіне байланысты өзгеретінін білеміз.
Санақ жүйесі-механикада метематикалық денелер мен нүктелердің қозғалысын салытырып зерттеуге арналған бір немесе бірнеше денелерге орналасқан координаттар жүйесі мен сағаттар жиынтығы;
Кинематикалық теңдеу деп дененің материялық нүктенің координатасының уақытқа тәуелділігін көрсететін теңдеуді айтамыз;
3)Жылдамдық және үдеу радиус вектор;
Жылдамдық, механикада - нүкте қозғалысының негізгі кинематикалық сипаттамаларының бірі: u = =drdt (мұндағы r - нүктенің радиус векторы, t - уақыт) теңдігімен анықталатын векторлық шама; физикалық шама өзгерісінін осы өзгеріс өткен уақыт аралығына қатынасымен анықталатын, осы айнымалы шаманың уақыт бойынша өзгеруінің лездігі.
Бірқалыпты қозғалған нүктенің жылдамдығы (u), сан жағынан, нүктенің жүрген жолының (s) сол жолды жүруге кеткен уақыт аралығына (t) қатысына тең: u = st, жалпы жағдайда: u=dsdt. Ж. векторы нүкте траекториясына жанама бойымен бағытталады. Егер нүкте қозғалысы x, y, z декарттық координаттарға байланысты тәуелділікті өрнектейтін теңдеулермен берілсе, онда: , мұндағы ux= dxdt, uy= dydt, uz= dzdt, ал Ж. векторының координат осьтерімен жасайтын бұрыштарының косинустары сәйкес түрде мынаған тең: uxu, uyu, uzu. Жылдамдықтың өлшемділігі: LT - 1. Жылдамдықты, әдетте, мс-пен (бірліктердің халықаралық жүйесінде), кейде кмсағ-пен өлшейді.
Үдеу -- нүктенің жылдамдығының мәні мен бағытының өзгеруін сипаттайтын векторлық шама. Радиус-вектор (әдетте немесе жәй деп белгіленеді) -- координаттар басы деп аталатын әлдебір берілген тұрақты нүктеге қатысты нүктенің кеңістіктегі орнын анықтау үшін енгізіледі; кеңістіктің қандай да бір нүктесіне белгіленген нүктеден бағытталған вектор.[1] Кез келген кеңістіктегі нүкте үшін радиус-вектор - координаттар басын сол нүктемен қосатын вектор болып табылады.
4)Галилейдің салыстырмалы принціпі.Галилей түрлендірулері;
Динамика заңдары барлық санақ жүйелерінде бірдей болады:
X=x`+Uxt
Y=y`+Uyt
Z=z`+Uzt Салыстырмалық принципі. Галилей түрлендірулері. Қозғалмайтын жұлдыздар сферасына қатысты бірқалыпты ілгерлемелі түзу сызықты қозғалатын барлы санақ жүйелерінде механикалық құбылыстар бірдей өтеді.
Ауырлық өрісі өте аз деп есептелік. Осындай санақ жүйелерінде Ньютон заңдары орындалады және олар инециялдық санақ жүйелері деп аталады.
Галилей ең алғаш рет ұсынған барлық инерциялды санақ жүйелерінде механикалық құбылыстар бірдей өтеді деген тұжырым, Галилейдің салыстырмалық принципі деп аталады.
Қатты дененің ең қарапайым қозғалысы, оның бірқалыпты түзу сызықты ілгерлемелі қозғалысы болып табылады. Қатты дененің қарапайым қозғалысыда бірқалыпты түзусызықты ілгерлемелі қозғалысы болады. Санақ жүйелерінің біреуін шартты түрде қозғалмайтын, ал екіншісін қозғалатын деп аламыз. Әрбір санақ жүйесіне декарттық координат жүйесін енгіземіз. Қозғалмаайтын К санақ жүйесіндегі координанттарды (x, y, z), ал қозғалатын K' санақ жүйесіндегі координаттарды (x', y', z') деп белгілейік. K' жүйесі К жүйесіне қатысты жылдамдықпен қозғалсын делік.
Қазғалатын санақ жүйесі қозғалмайтын санақ жүйесіне қатысты әрбір уақыт мезетінде белгілі бір орынға ие болады.
5)Дененің массасы және импульсі;
Масса - материяның инерциялық және гравитациялық қасиетін анықтайтын физикалық шама. Айталық, ұшып келе жатқан теннис добы адамға қатты тисе де, адам оның әсерін ауырсынбайды, ал қатты тебілген футбол добының кездейсоқ тиіп кетуінен әркім-ақ сақтанады.
Төбешіктен жылдам сырғанап келе жатқан жеңіл арбашаны адам қолымен
оңай тоқтата алады, ал автомобильді тіпті баяу жылжып келе жатса да тоқтату оңай соқпайды. Осындай мысалдар қозгалыстағы денені оның массасына да, жылдамдығына да байланысты болатын қандай да бір шамамен сипаттауға болады деген қорытындыға әкеледі. Мұндай физикалық шама дене импульсі (гр. impulsus -- "соққы" дегенді білдіреді) немесе қозғалыс мөлшері деп аталады. Сонымен, дененің массасы мен оның қозғалыс жылдамдығының көбейтінідісіне тең болатын физикалық шама дене импульсі деп аталады: Масса -- скалярлық шама, ал жылдамдық векторлық шама болғандықтан, дене импульсі де векторлық шама болып табылады. Дене импульсі векторының бағыты жылдамдық бағытымен сәйкес келеді. Бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (SI) дене импульсінің бірлігі секундына килограмм-метр кг·мс болып табылады.
6)Қисықсызықтық қозғалыстағы жылдамдық пен үдеу;
Материялық нүктенің шеңбер бойымен бірқалыпты қозғалысы кезінде нүктенің 𝑅⃗ радиус-векторы кез келген бірдей ∆t уақыт аралықтарында бірдей ∆φ бұрыштар сызады.
Бұрыштық жылдамдық деп аталатын 𝜔=∆𝜑∆𝑡 қатынасы тұрақты болып қалады. Бір айналым жасайтын ∆t=T уақыт аралығында (Т - период) радиус-вектор ∆φ=2PI бұрышқа бұрылады. Демек, 𝜔=2𝜋Т . Айналу жиілігі 𝜈=1𝑇 екенін ескере отырып жазсақ, 𝜔=2𝜋Т=2𝜋𝝂
аламыз.
Осы кезде мұндай қозғалыс жылдамдығының модулі (сызықтық жылдамдық) 𝑣=2𝜋𝑅𝑇 немесе 𝑣=2𝜋𝑅𝝂
бұрыштық үдеу - бұрыштық жылдамдықтың уақыт бойынша бірінші туындысына тең векторлық шама;
7)Айналмалы қозғалытың кинематикасы;
айналмалы қозғалыс - айналу өсі деп аталатын қозғалмайтын перпендикуляр оське қатысты жазықтықта дененің барлық нүктелері қозғалады;
Қозғалысты координаталық формада беру. Қозғалыс кезінде оның координаталары (x1=x, x2=y, x3=z) уақыт бойынша өзгереді, яғни уақыттың функциясы болып табылады. Қозғалысты беру - осы функцияларды көрсету:
x1=x1(t), x2=x2(t), x3=x3(t)
Қозғалысты векторлық формада беру.Қозғалыс кезінде оның радиус-векторы үнемі өзгеріп отырады. Қозғалыс мынандай түрде беріледі:
= (t)
8)Бұрыштық жылдамдық және бұрыштық үдеу;
Бұрыштық жылдамдық .Қатты дененің айналмалы қозғалысы бұрыштық жылдамдық шамасымен анықталады. Модулі бойынша ол w= және сызықтық жылдамдық жанама бойынша бағытталатындай бағытта бағытталған:
= ,
Бұрыштық үдеу. Бұрыштық жылдамдық уақыт бойынша туындысыбұрыштық үдеу деп аталады:
= (
Бұрыштық жылдамдық пен бұрыштық үдеудің өлшем-бірліктері - рад с и рад с2 .
9)Эйнштейннің салыстырмалы принциптері;
Ньютон немесе классикалық механика тек вакуумдағы жарық жылдамдығынан өте аз жылдамдықпен қозалатын денелер үшін дұрыс. Жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын денелер үшін Эйнштейн релятивистік механиканы жасады, арнайы салыстырмалық теория талаптарын ескеретін механика (1905 ж.).
Осы теорияның негізін екі постулат құрайды, олар Эйнштейннің салыстырмалылық принципі және жарық жылдамдығының тұрақтылық принципі деп аталады. Бірінші заңға сәйкес табиғаттағы барлық заңдар инерциалдық санақ жүйелерінде бірдей өтеді.Жарық жылдамдығының тұрақтылық принципі вакуумдағы жарық жылдамдығы барлық инерциалдық санақ жүйелеріңде жарық көзі мен қабылдаушы жылдамдықтарына байланыссыз бірдей болады.
10)Эйнштейн постулаттары;
Эйнштейн постулаттары - XX ғасырдың басында белгілі болған тәжірибелік және теориялық материалдарды терең талдау Энштейнді классикалық физиканың негізгі қағидаларын, оның ішінде ең алдымен, кеңістік пен уақыттың қасиеттері жайлы көзқарастарды қайта қарауға әкеп тіреді. Осының нәтижесінде ол классикалық физиканың логикалық аяқтамасы болып табылатын арнаулы салыстырмалық теориясын жасады. Бұл теория классикалық механиканың кеңістіктің евклидтілігі және Галилей- Ньютонның инерция заңы тәрізді қағидаларын өзгеріссіз қабылдайды. Ал қатты денелердің мөлшермен уақыт
аралықтарының түрлі санақ жүйелерінде өзгеріссіз қалады деген қорытындыларына келсек, бұл жерде Эйнштейн олардың баяу қозғалыстарда зерттеу кезінде пайда болғандығына және сондықтан оларды үлкен жылдамдықтар обылысына таратудың заңсыз болып табылатындығына назар аударды. Тек тәжірибе ғана олардың шын қасиеттерінің қандай екендігіне жауап бере алады. Галилейдің түрлендірулеріне және алыстан әсерлесу принципіне қатысты да осыны айтуға болады.
11) Лоренц түрлендірулері және салдары
Лоренц түрлендірулері, арнайы салыстырмалық теориясында -- бір инерциялық санақ жүйесінен екіншісіне ауысқан кездегі қандай да бір оқиғаның координаттары мен уақытының түрленуі. Мұны бірінші рет голландия физигі Х. А. Лоренц (1853 -- 1928) ашқан (1904). Лоренц түрлендірулеріне қарағанда классикалық микроскопты электродинамика теңдеуі өзінің түрін өзгертпейді. "Лоренц түрлендірулері" деген атауды Альберт Эйнштейн енгізді (1905). Эйнштейн Лоренц түрлендірулерін арнайы салыстырмалық теориясының негізі болған екі постулат бойынша қорытып шығарды: барлық инерциалдық санақ жүйесінің бірдейлігі және вакуумдағы жарық жылдамдығының жарық көзі қозғалысына тәуелсіздігі. Координаттар мен уақытты түрлендірудің кинематикалық формулалары АСТ-да Лоренц түрлендірулері деп аталады. Олар әлі АСТ жасалғанға дейін, 1904 жылы, электродинамика теңдеулері инварианты болатын түрлендірулер ретінде пайда болған еді K' жүйесі K жүйесіне қатысты v жылдамдықпен x өсінің бағытымен қозғалатын дербес жағдай үшін Лоренц түрлендірулері былай жазылады:
х=х′+𝑣𝑡′√1−𝛽2 х′=𝑥−𝑣𝑡√1−𝛽2
y=y' y'=y
z=z' z'=z
𝑡=𝑡′+𝑣𝑡′𝑐2√1−𝛽2 𝑡′=𝑡−𝑣𝑡𝑐2√1−𝛽2
Лоренц түрлендірулерінің салдарлары: 1 Əртүрлі санақ жүйелеріндегі оқиғалардың бірмезгілді еместегі (мысалы жүйесінде оқиғалар кеңістікті алшақтанған болса , онда).
2 Əр түрлі санақ жүйелеріндегі дененің ұзындығы Оған салыстырғанда қозғалысқа келетін жүйеде өлшенген таяқшаның l ұзындығы, оған салыстырғанда тыныштықта тұратын жүйеде өлшенген таяқшаның l ұзындығынан қысқа.
3 Оқиғалар арасыңдағы уақыт аралығы денемен бірге қозғалатын сағаттардың көрсететін уақыты, оны меншікті уақыт деп атайды , ал t∆- тыныштықтағы сағаттардың көрсетуі. Формуладан көрініп тұрғандай қозғалыстағы сағаттардың жүрісі тыныштықтағы сағаттардан баяу.
12)Динамика. Инерциалдық санақ жүйелері.
Денелердiң өзара әсерлесуiн және осы әсерлесуден пайда болатын қозғалыстарды зерттейтiн механиканың бөлiмiн - динамика деп атайды. Динамиканың негiзiне 1687 жылы Ньютон тұжырымдаған қозғалыс заңдары жатады. Инерция (лат. іnertіa - әрекетсіздік), материялық денелердің механикадағы Ньютонның 1-және 2-заңдарында көрініс табатын қасиеті. Инерциялық санақ жүйесі - инерция заңы орындалатын санақ жүйесі. Инерциялық санақ жүйесімен салыстырғанда ілгерілемелі, бірқалыпты және түзу сызықты қозғалған кез келген санақ жүйесі де инерциялық санақ жүйесі болады. Сондықтан теория жүзінде, физика заңдары бірдей орындалатын (салыстырмалылық принципі) инерциялық санақ жүйесімен бір мәндес жүйенің саны көп болуы мүмкін. Сондай-ақ кез келген инерциялық санақ жүйесінде Ньютонның 2-заңы және қозғалыс мөлшерінің (импульстің) сақталу заңы, қозғалыс мөлшері моментінің сақталу заңы, т.б. орындалады. Инерциялық санақ жүйесімен салыстырғанда үдей қозғалатын санақ жүйесі инерциялық санақ жүйесі бола алмайды және онда инерция заңы мен жоғарыда аталған заңдар орындалмайды. Инерциялық санақ жүйесі ұғымы ғылыми абстракция болып есептеледі. Нақты (реал) санақ жүйесі әрдайым қандайда бір нақты денемен (мысалы, Жермен, кеменің не ұшақтың қорабымен, т.б.) байланыстырылады және оларға қатысты қандайда бір нысанның қозғалысы зерттеледі. Табиғатта қозғалмайтын денелер болмайтындықтан, кез келген нақты санақ жүйесі инерциялық санақ жүйесіне белгілі бір дәрежеде жуық жүйе деп есептелінеді. Инерциялық санақ жүйесінің біреуінен екіншісіне ауысқан кезде, кеңістіктік координаттар мен уақыт үшін Ньютонның классикалық механикасында Галилей түрлендіруі, ал релятивистік механикада Лоренц түрлендірулері орындалады.
13. Ньютон заңдары. Күш.
Ньютонның механика заңдары - И.Ньютон тұжырымдаған (1687) классикалық механиканың негізгі үш заңы. Ньютонның бірінші заңы : "Егер денеге сырттан күш әсер етпесе, онда ол тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалыстағы күйін сақтайды". Бұл өздеріне таныс инерция заңы. И.Ньютон инерция заңын механика негізіне енгізді, сондықтан бұл заңды Ньютонның бірінші заңы деп атайды. F=0 Ньютонның екінші заңы "Дененің қозғалыс мөлшерінің өзгеруі түсірілген күшке пропорционал және ол күшпен бағыттас болады".Денеде туындайтын үдеу оған әрекет етуші күшке тура пропорционал, ал оның массасына кері пропорциянал: a=Fm . Ньютонның екінші заңының формуласы F=ma Ньютонның үшінші заңы "Әрбір әсерге оған тең, бірақ кері бағытталған қарсы әсер болады, басқаша айтқанда, екі дене бір-біріне шама жағынан тең, бағыты жағынан қарама-қарсы күштермен әсер етеді".Инерция заңы орындалмайтын санақ жүйелерінде дененің қозғалыс жылдамдығы өзара әрекеттесуден ғана емес, сол жүйенің үдемелі қозғалысынан да туындай алады. Ондай санақ жүйелері инерциялық емес санақ жүйелері деп аталады. Ньютонның үшінші заңы Әрекет етуші күшке әрқашан тең қарсы әрекет етуші күш бар болады. Басқаша айтқанда, денелердің бір - біріне әрекет етушә күштері модулі бойынша өзара тең және бағыттары қарама қарсы: F=-F Күш - материалдық нүктеге немесе денеге басқа денелер немесе өрістер тарапынан болатын механикалық әсердің өлшемі.Тең әсерлі күш - денеге әсер ететін күш жүйелерінің әсеріне тең эквивалентті күш. Ауырлық күші( F=mg) деп денелердің Жерге тартылу күшін айтады. Серпімділік күші (F = kΔl ) , деп дененің пішіні мен көлемі өзгерген кезде пайда болатын күшті айтады. Үйкеліс күші (Fүйк=kN) деп денелер тікелей жанасқанда пайда болатын күшті айтады және ол күш әрдайым жанасу бетінің бойымен қозгалыс бағытына қарама-қарсы жаққа қарай бағытталады. Тіректің реакция күші ( F= vN ) деп тіректің денеге әрекет ететін серпімділік кірітін айтады
14.Механикадағы күштер: гравитациялық күштер, серпінді күштер, үйкеліс күштер.
Механикадағы күштердің түрлері. Классикалық механикада негізінен гравитациялық жəне электромагнитік күштер, сонымен қатар серпімділік күштері мен үйкеліс күштері қарастырылады. Серпімділік жəне үйкеліс күштерінің табиғаты электромагнитті. Гравитациялық күштер. Бүкілəлемдік тартылыс заңы, Бұл заң бойынша, бір бірінен r қашықтықта тұрған m1 жəне m2 нүктелік массалар арасындағы тартылыс күші F мынадай түрде анықталады: 𝐹=𝐺𝑚1𝑚2𝑟2 , мұндағы 𝐺=6,7∙10−11𝐻∙м2кг2 - гравитация тұрақтысы. Серпімділік күші. Гук заңы. Кез келген нақты дене оған түсірілген күштің əсерінен деформацияланады, яғни, өзінің көлемі мен формасын өзгертеді. Егер күш əсері тоқтатылғаннан соң дене өзінің бастапқы көлемі мен формасына қайтып оралса, деформация серпімді деп аталады. Тəжірибе көрсететіндей, кішігірім деформация кезінде l ∆ серіппесінің ұзаруы созушы күшке пропорционал боп шығады: l ∆ ∼F. Тиісінше, серпімді күш серіппенің ұзаруына пропорционал болады: F=k∆l Пропорционалдық коэффициент k серіппенің қатаңдық коэффициенті деп аталады. Серпімділік күші мен деформация арасындағы пропорционалдық туралы ұйғарым Гук заңы деген атауға ие.
15.Материалдық нүктелер жүйесінің импульсі. Масса центрінің қозғалыс теңдеуі.
Материялық нүктелер жүйесі деп олардың соңғы сандарының жиынтығын айтады. Материялық нүктелер жүйесінің импульсі деп жүйені құраушы материялық нүктелер импульстерінің қосындысын айтады: 𝑃⃗=∑𝑃𝑖⃗𝑘𝑖=1=𝑃1⃗+𝑃2⃗+...+𝑃𝑘⃗ мұнда 𝑃𝑖⃗- i индексімен белгіленген материялық нүктенің импульсі, n - жүйедегі нүктелер саны. Массалар центрі. Бейрелятивистік жағдайда, яғни, аз жылдамдықты қозғалыстар кезінде, массалар центрі ұғымын енгізуге болады. Ең алдымен, нүктелер жүйесінің импульсі үшін ұйғарымдарды қарастырайық: 𝑃⃗=∑𝑚𝑜𝑖𝑉𝑖⃗=∑𝑚𝑜𝑖𝑑𝑟⃗𝑖𝑑𝑡=𝑑𝑑𝑡∑𝑚𝑜𝑖𝑟⃗𝑖=𝑚𝑑 𝑑𝑡(1𝑚∑𝑚𝑜𝑖𝑟⃗𝑖) мұнда 𝑚=∑𝑚𝑜𝑖 өзін құраушы нүктелердің тыныштық массасының
қосындысы ретінде түсінілетін жүйе массасы. Радиус-вектор 𝑅⃗=1𝑚∑𝑚𝑜𝑖𝑟⃗𝑖 жүйе массаларының центрі деп аталатын жорамал нүктені анықтайды. 𝑑𝑅⃗𝑑𝑡=𝑉⃗ шамасы - осы жорамал нүктенің қозғалыс жылдамдығы. Ендеше 𝑃⃗=𝑚𝑑𝑉⃗𝑑𝑡=𝐹⃗ Осы ұйғарымдарды ескерсек, қозғалыс теңдеуі мынадай түрге енеді: 𝑚𝑑𝑉⃗𝑑𝑡=𝐹⃗ яғни, ол бүкіл массасы массалар центрінде шоғырланған, ал жүйенің нүктелеріне əсер етуші барлық сыртқы күштер оның массалар центріне түсірілген материялық нүкте қозғалысының теңдеуіне эквивалентті. Сақталу
16.Материалдық нүктенің импульс моменті. Күш моменті. Инерция моменті.
Импульс моменті, "Қозғалыс мөлшері моменті" деп те аталады, - материалдық нүктенің немесе жүйенің механикалық қозғалысының динамикалық сипаттамаларының бірі. Физикада ол заттың әуелгі нүктеден қозғалу мен ауысуының физикалық шамасы болып, ол классикалық физикада: \mathbf{L} болып өрнектеледі. Күш моменті тәрізді қозғалыс мөлшерінің моменті центрге (нүктеге) және оське де қатысты анықталады. Материалдық нүктенің центрге (O) қатысты қозғалыс мөлшерінің моменті центрден жүргізілген қозғалыстағы нүктенің радиус-векторының (r) оның қозғалыс мөлшерінің (mυ) векторлық көбейтіндісіне тең: яғни K0=[r.mυ]. Оны есептеу үшін күш моментін есептеуге арналған барлық формулаларды пайдалануға болады, тек онда F векторын (немесе оның проекцияларын) mυ векторымен (немесе оның проекцияларымен) алмастыру қажет. Қозғалыс мөлшерінің моментінің өзгерісі түсірілген күш m0(F) моментінің әсерінен болады. Бұл өзгерістің сипаты динамиканың негізгі заңы болып табылатын =m0F теңдеуімен анықталады. m0F=0 болған кезде, мысалы, центрлік күштер үшін орындалады, нүктенің O центрге қатысты қозғалыс мөлшерінің моменті өзгеріссіз қалады; нүкте осы кезде жазық қисық бойымен қозғалады және оның радиус-векторы кез келген бірдей уақыт аралықтарында бірдей аудандар сызып өтеді. Бұл нәтиже аспан механикасы үшін, сонымен қатар ғарыш ракеталарының, жердің жасанды серіктері, т.б. қозғалысы үшін маңызды. Күш моменті - күштің әсер ету сызығынан күш әрекеті қарастырылатын өске дейінгі ара кашықтығымен күштің көбейтіндісіне тең шама.[1] Күш моменті векторы - ось бағытымен қарағанда күштің денені сағат тіліне қарсы бағытта айналдырғандай көрінетін күш пен моменттік нүктеден өтетін жазықтыққа перпендикуляр болып бағытталады. Күш моментінің формуласы : M=Fxd M=күш моменті ; F=күш;d=күш иіні Инерция моменті -- айналмалы қозғалыстағы қатты дененің инерттілігінің өлшемі.Орталықтан тепкіш инерция моменті - механикалық жүйені құрайтын барлық нүктелердің массасын берілген тік бұрышты координаттар жүйесінің екі координатына көбейтіндісінің қосындыларына тең шама
17. Қозғалмайтын оське қатысты қатты дененің айнымалы қозғалыс динамикасының негізгі теңдеуі. Штейнер теоремасы.
Аиналмалы қозғалыс кезінде қатты дененің нүктелеріцентрлері айналу осі деп аталатын түзу бойында жататын концентрлі шеңбер сызады. Айналыс шапшандығын уақыт бірлігіндегі дененің б.рылу бүрышымен сипаттауғв болады. Айналмалы қозғалыстын бүрыштық жылдамдығы . Қатты дененің бекітілген оське қатысты айналмалы қозғалысы Күштің берілген осьтен айналдыра алу қабілетін сипаттау үшін оське қатысты күш моменті деген ұғым енгізіледі. Оське қатысты күш моментін күштің оське перпендикуляр жазықтықта жатқан құраушысы ғана тудыра алады. Cондықтан қатты дененің массасы mі, оған әсер етуші сыртқы күш Fі , ал Fі күші mі массасының тракториясына жүргізілген жанамамен αі бұрыш жасайды концентрлі шеңбер сызады. Айналыс шапшандығын уақыт бірлігіндегі дененің б.рылу бүрышымен сипаттауғв болады. Айналмалы қозғалыстын бүрыштық жылдамдығы . Қатты дененің бекітілген оське қатысты айналмалы қозғалысы Күштің берілген осьтен айналдыра алу қабілетін сипаттау үшін оське қатысты күш моменті деген ұғым енгізіледі. Оське қатысты күш моментін күштің оське перпендикуляр жазықтықта жатқан құраушысы ғана тудыра алады. Сондықтан қатты дененің массасы mі, оған әсер етуші сыртқы күш Fі , ал Fі күші mі массасының тракториясына жүргізілген жанамамен αі бұрыш жасайды және ол бұрыш сүйір болады (19-сурет). Сонда бұл элемент үшін теңдік былай жазылады: мұндағы εі - массасы mі элементтің бұрыштық үдеуі. Тұтас дененің барлық
элементі үшін оның қосындысын аламыз:бұдан абсолют қатты дененің барлық элементтері үшін оның бұрыштық үдеуі тұрақты , олай болса: мұндағы - қатты дененің барлық элементтеріне әсер ететін күш моменттерінің қосындысы, басқаша айтқанда қатты денеге әсер етуші күштердің ОО' айналыс осіне қатысты М толық моменті болады. Дененің жеке элементтерінің қосындысы болатын шама ОО' оське қатысты дененің инерция моменті деп аталады. Сонда күштің толық моментін (М) және инерция моментін (І) енгізіп мына теңдікті жазуға болады: M=Іε
Бір инерция моментінен екінші иенрция моментіне көшу Штейнер-Гюйгенс теоремасы бойынша орындалады, яғни кез келген айналыс осіне қатысты инерция моменті, сол оське параллель ауырлық центрінен өтетін оське қатысты инерция моменті мен дене массасының сол осьтің ауырлық центрінің айналыс осінен қашықтығының квадратына көбейтісінің қосындысына тең болады
18. Сақталу заңдары. Импульстің сақталу заңы
Сақталу заңдары қозғалыстың жалпы қасиеттерін теңдеулерді шешпейақ, жəне уақыт аралығындағы үрдістердің дамуы туралы жан-жақты ақпаратсызақ қарастыруға мүмкіндік береді. Сақталу заңдарының жалпы сипаты оларды тек қозғалыстың теңдеуі белгілі болып, бірақ олардың шешуі белгісіз болғанда ғана емес, сонымен бірге қозғалыс теңдеуі белгісіз болғанда да қолдануға мүмкіндік береді. Нəтижесінде, қозғалыстың өте маңызды ерекшеліктерін күш əсері заңын білмей-ақ жиі анықтауға тура келеді.
Өте кең күштер класстары үшін қозғалыс теңдеулерінің бірінші интегралын жалпы түрде шығарып, нəтижесін физикалық шамалардың белгілі бір комбинацияларының сандық мəнінің тұрақтылығы ретінде қабылдау мүмкін болады. Сақталу заңы дегеніміздің өзі осы. Механикада сақталу заңдары математикалық тұрғыдан алғанда қозғалыс теңдеулерінің бірінші интегралдарына əкелінеді. Импульстің сақталу заңы Табиғаттағы барлық денелер бір-бірімен әрекеттеседі. Алайда бірқатар жағдайларда қарастырылатын жүйедегі өзара әрекеттесуші денелерге сыртқы күштердің әрекеттері елеусіз болатындықтан, олардың әрекеттері ескерілмейді. Бұл жай екі немесе одан да көп денелердің қозғалысын ғана қарастыруға мүмкіндік туғызады. Ол үшін физикада денелердің тұйық жүйесі деп аталатын ұғым енгізілген. Тұйық жүйе деп сыртқы күштер әрекет етпеген жағдайда жүйеге енетін денелер бір- бірімен ішкі күштер арқылы ғана әрекеттесетін жүйені айтады. Теңдеудің сол жағында денелердің өзара әрекеттескенге дейінгі, оң жағында өзара әрекеттескеннен кейінгі импульстерінің қосындысы берілген және олар өзара тең. Әрбір дененің импульсі өзгергенімен, олардың импульстерінің қосындысы өзгеріссіз қалды. Сонымен, тұйық жүйедегі өзара әрекеттесетін денелер импульстерінің қосындысы өзгермейді (сақталады): 𝑝1⃗+𝑝2⃗=𝑝1⃗′+𝑝2′⃗
Бұл -- импульстің сақталу заңы деп аталатын табиғаттың негізгі заңдарының бірі. Егер біз қарастырған мысалдағыдай екі дене ғана болмай, бірнеше дене әрекеттессе де, бұл қорытынды кезкелген тұйық жүйе үшін дұрыс болып табылады. Бұл заңның дұрыстығын адамзат тәжірибесінің өзі айқын дәлелдеп беріп отыр. Әрине, барлық нақты жүйелер тұйық болып табылмайды. Алайда импульстің сакталу заңын көп жағдайда қолдануға болады.
19. Механикалық энергия. Кинетикалық энергия.
Денеде екі түрлі механикалық энергия бар болады, бірі дененің қозғалысынан тәуелді энергиясы, яғни дененің кинетикалық энергиясы, екіншісі дененің орналасуына байланысты туындайтың - потенциалдық энергиясы. Осы екі энегрияның қосындысы дененің толық механикалық энергиясы деп аталады. Салмағы 1 килограмм допты 1 метр биіктікке көтергенде, допта Wp = mgh = 1*1*9.8 = 9.8 Джоуль потенциалдық энергия пайда болады. Осы допты жібергенде, доппен не болады? Доптың жылдамдығы артады, яғни допта кинетикалық энергия пайда болады. Доп жер бетімен
соқтығылысқанда, доптын біраз энергиясы жылуға айналады. Бөлінген жылудың мөлшері аз болғандықтан, бұл жылуды елемеуге тырысады. Яғни механикалық жүйелерде соқтығыс кезінде жылуға кеткен энергияның мөлшері аз деп есептейді. Кинетикалық энергия дегеніміз v жылдамдықпен қозғалған, массасы m-ге тең дененің кинетикалық энергиясы мына формуламен аңықталады:
Кинетикалық энергия скалярлы өлшем, оның өлшем бірлігі джоуль. Джоульмен физикада энергияны өлшейді, яғни Джоуль энергияның өлшем бірлігі. Дененің кинетикалық энергиясы, дененің қозғалысымен байланысты, дененің қозғалысы неғұрлым көп болса соғұрлым дененің кинетикалық энергиясы жоғары болады. Механикалық энергияның бұл түрі, яғни кинетикалық энергия, дененің қозғалысымен байланысты.
Сонымен қатар дененің өзге механикалық энергиясы бар, бұл оның орналасуымен, сыртқы ортамен байланысты - потенциалдық энергиясы.
20. Жұмыс. Қуат.
Консервативті күштер Жұмыс - күштің сан шамасы мен бағытына және оның түсу нүктесінің орын ауыстыруына тәуелді күш әсерінің өлшемі. А=𝑭𝒔 Қуат (орыс. мощность ) уақыт бірлігі ішінде істелінген жұмыстың сол уақытқа қатынасымен өлшенетін физикалық шама. 1. Сәулеленетін энергияның мөлшері немесе уақыт бірлігінде орындалатын кез келген жұмыс, өлшем бірлігі ватт. 2. Жүйенің өнім шығаруға, яғни оның уақыт бірлігіі ще белгілі бір жұмыс көлемін орындау қабілеттілігін анықтайтын сипаттама. 3. Белгілі бір қасиеттерге ие, кодалау теориясындағы көрсеткіш берілген жиында N элементтер санын сипаттайды. М символдарынан N разрядты бірыңғай коданың қуаты N = т".[ Өлшем бірлігі Қуаттың бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (СИ) өлшем бірлігі - Ватт (Вт). Вт=Джс. Қуаттың еселі өлшемдері:1 кВт=103Вт, 1 МВт=106Вт техникада кеңінен қолданылады; сонымен қатар Қуат бірлігі ретінде ат күші (а. к.) де қолданылады, 1 а.к.=735,5Вт. Орта қуат 𝑁=∆𝐴∆𝑡 Бірқалыпты жұмыс істейтін жүйе үшін қуат: N=Аt өрнегі бойынша есептеледі, мұндағы А - t уақыт ішінде істелетін жұмыс, жалпы жағдайда лездік қуат - 𝑁=𝑑𝐴𝑑𝑡 dA - элементар уақыт бірлігі (dt) ішіндегі элементар жұмыс. Механикалық қуат P=F*v -Дененің қозғалыс бағытымен әсер ететін тұрақты күштің қуатын: өрнегімен де анықтауға болады, мұндағы F - денеге әсер ететін күш, V - дененің жылдамдығы. Электр қуаты Электр қуатының лездік мәні P(t)=I(t)*U(t) формуласымен есептеледі. Реактивті қуат - электротехникалық құрылғылардағы электромагниттік өріс энергиясынын тербелісі жасайтын жүктемені сипаттайтын шама
Консервативті күш (ауырлық, серпімділік, гравитациялық , кулондық күштер) күштердің денеге қатысты істейтін жұмысы жолға тәуелді болмайды, дененің кеңістіктегі бастапқы және соңғы орнымен анықталады. Кез келген тұйық жолдағы консервативті күштердің істейтін жүмысы нөлге тең болады. Консервативті емес күштер істелінген жұмысы дененің бір орнынан екінші орнына ауысқандағы жолына тәуелдң кұштер. Мысалы : кедергі күші, ол әр уақытта қозғалыс бағытына қарсы бағытталады, істелінген жұмыс теріс болады.
31- Толқындық процесстер. Толқындық қозғалыстың негізгі сипаттамалары
Дене бөлшетерінің серпімді ортада таралуы толқын деп аталады. Толқынның түрлері:
1 - көлденең - толқынның таралу бағыты мен жылдамдығы өзара перпендикуляр болатын толқындар
Көлденең толқын судың беті мен қатты денелерде пайда болады.
2 - Қума немесе бойлық толқын деп толқынның таралу жылдамдығы мен бағыты бағыттас болатын толқындар. Қума толқын қатты, сұйық және газдарда таралады.
Толқынды сипаттайтын негізгі шамалар:
1 - толқын ұзындығы - ең жақын жатқан екі нүктенің арақашықтығы;
λ = V*T
2 - период - толық бір айналымға кеткен уақыт
3 - жиілік - периодқа кері шама
ν = 1 t [Гц] 1c = c(-1) дәрежесі
32 - Дыбыс. Ультрадыбыс
жиілік - периодқа кері шама
ν = 1 t [Гц] 1c = c(-1) дәрежесі
Жиілігі 20 Гц пен 20000 Гц арасындағы толқындар дыбыс толқындары деп аталады.
инфрадыбыс дыбыс толқ ультрадыбыс
20 гц 20000гц
Дыбыстың негізгі сипаттамалары:
1 - қаттылығы - амплитуда арқылы анықталады;
2 - тоны - жиілігі арқылы анықталады; 3 - тембр - дыбысқа өзіндік үн қосу; 4 - реверберация - дыбыстың естілу узақтығының артуы;
5 - жаңғырық - дыбыстың жолындағы кедергіден шағылып бастапқы орнына қайта келу құбылысы. Жаңғырық кезіндегі жол S= Vt 2
6 - шу - бірнеше дыбыстың араласу құбылысы
Толқынның таралуы синустың немесе косинустың заңына бағынады.
33 - Статистикалық физика және термодинамика негіздері. МКТ. Молекулалардың жылулық қозғалысы
Статистикалық физика - өте көп бөлшектерден тұратын және бір бірімен әрекеттесетін макроскопиялық денелердің микроскопиялық параметрлерін зерттейтін физ бөлімі.
Статистикалық физика - теориялық физиканың макроскопиялық денелердің қасиеттерін, оларды құрайтын атомдар мен молекулалардың құрылысы тұрғысынан зерттейтін саласы.
МКТ
Бірінші тұжырым: Барлық денелер молекулалардын, атомдардан , иондардан тұрады.
2ші: барлық бөлшектер үзіліссіз, ретсіз, хаосты қозғалыста болады.
3ші: барлық бөлшектер өзара бір бірімен тартылыс, тебіліс күштері арқылы әрекеттеседі.
Молекула дегеніміз заттың барлық химиялық қасиеттеріне ие ең кішкене бөлшегі.
Химиялық элементтің ең кішкентай бөлшегі атом болып табылады.
Салыстырмалы молекулалық заттың массасы:
Заттың молекуласының массасының көміртек изтобы С(индекс 12) массасының 112 бөлігіне қатынасына тең физикалық шаманы ацтамыз. Mr = m(индекс 0) 112 m(индекс 0С 12)
Зат мөлшері - жүйені құрайтын құрылымдық бөлшектердің (молекула, атом, йон тб) санын сипаттайтын физикалық шама ν = N NA
Молярлық масса - біртекті заттың массасының зат мөлшеріне қатынасына тең физикалық шама. μ = m ν (ню)
Жылулық қозғалыстың әсерінен болатын құбылыстарды жылулық құбылыстары дейміз. Дененің бөлшектерінің үздіксіз, хаостық қозғалысын жылулық қозғалысы деп атаймыз.
34 - Термодинамикалық жүйе. Термодинамикалық жүйенің күйі. Термодинамикалық парметрлер
Термодинамикалық тепе-теңдікте болатын және осы күйлерден өтетін кездегі процесстерді зерттейтін макроскопиялық денелердің жалпылама қасиеттерін сипаттайтын физиканың бөлімі.
Статистикалық физика - өте көп бөлшектерден тұратын және бір бірімен әрекеттесетін макроскопиялық денелердің микроскопиялық параметрлерін зерттейтін физ бөлімі.
Термодинамикалық жүйелердің макроскопиялық (P, V, T) сипаттайтын күй параметрлері немесе макропараметрлер деп аталады.
Термодинамикалық тепе-теңдік күйі- термодинамикалық параметрі уақыт бойынша өзгермейтін термодинамикалық жүйені айтамыз.
Температура макроскопиялық жүйенің тепе теңдік күйін сипаттайтын физикалық шама.
Бір молекуладан тұратын идеал газдың формуласы: p=nkT
Порциалды қысым - газ қоспасының әр құрама бөлімдерінің қысымы
Дальтон заңы - бір бірімен әрекеттеспейтін газдардың қоспасының қысымы осы қоспаны құрайтын әр газдың порциалды қысымдарының қосындысына тең.
Күй теңдеуі: pV=mRTM (мю)
Негізгі 3 параметрдің арасындағы қатынасты сипаттайтын функциялық тәуелділікті көрсететін теңдеуді айтамыз.
Менделеев - Клайперон теңдеуі: pV=mRTM (мю)
Газ процесстері
Қайтымды процесс - термодинамикалық жүйенің бір күйден екінші күйге тура және кері жолдармен өту процессін айтамыз.
Тепе теңдік процесс - тепе теңдік күйлердің үздіксіз тізбегін құрайтын термодинамикалық процессті айтамыз.
35 - Идеал газ. Идеал газ күйінің теңдеуі. Термодинамикалық процесстер
Идеал газ молекулалар арасында тартылыс күші болмайтын абсолютті серпімді, шар тәріздес соқтығысатын газдың физикалық моделі.
Идеал газ деп аз көлемді алатын, молекулалары серпімді шар болып табылатын, әсерлесу энергиясы аз, қозғалыс энергиясы көп газ. Идеал газдарда қысым молекулалардың ыдыс қабырғасына соқтығысуынан пайда болады. Сондықтан , қысымды анықтайтын теңдеу идеал газдың негізгі теңдеуі деп аталады. P= 13 * mnV²
m- бір молекуланың массасы
n- концентрация - бірлік көлемдегі молекула саны n= NV [1м³]
V- орташа квадраттық жылдамдық V=√3ktm0 немесе V= √3RTμ
Идеал газ үшін мкт-ның негізгі теңдеуі P= 13 * mnV² p= 23n Е(индекс К)
Молекуланың ілгерлемелі қозғалысының кинетикалық энергиясы: Е(индекс К)=32 kT
36 - МКТ негізгі теңдеуі
МКТ
Бірінші тұжырым: Барлық денелер молекулалардын, атомдардан , иондардан тұрады.
2ші: барлық бөлшектер үзіліссіз, ретсіз, хаосты қозғалыста болады.
3ші: барлық бөлшектер өзара бір бірімен тартылыс, тебіліс күштері арқылы әрекеттеседі.
Молекула дегеніміз заттың барлық химиялық қасиеттеріне ие ең кішкене бөлшегі.
Химиялық элементтің ең кішкентай бөлшегі атом болып табылады.
Идеал газ үшін мкт-ның негізгі теңдеуі P= 13 * mnV² p= 23n Е(индекс К)
Молекуланың ілгерлемелі қозғалысының кинетикалық энергиясы: Е(индекс К)=32 kT
p= 13 * m* NV * V² = 13 ро V²
37 - Максвелл және Больцман тараулары. Еркіндік дәрәже
Газда тепе теңдік жағдайда бір уақыттан кейін стационарлық жылдамдығы уақыт бойынша өзгермейтін күй орнайды. Бұл күйдегі жылдамдық бойынша таралуды молекуланың уақыт бойынша таралу формуласы деп аталады. Бұл функуция жылдамдықтары V+dV аралығында жатқан молекулалардың салыстырмалы санын анықтайды. 𝑑𝑁(𝑣)𝑁=𝑓(𝑣)𝑣
Максвелл заңы F(v)=4PI(m02PIkT)32v2exp(mv22kT)
Нормалау шарты ∫f(V)ⅆVinfinity0=1
Газ молекуласының еркіндік дәреже саны
Еркіндік саны деп газ молекулаларының кеңістіктегі орнын сипаттайтын тәуелсіз айнымалылар саны.
Еркіндік дәреже 1 атомды газ 2 атомды газ 3 атомды газ
ілгерлемелі 3 3 3
айнымалы - 2 3
⟨ε1⟩=⟨ε0⟩3=32kT3=12kT
Ілгерлемелі қозғалысқа келетін кинетикалық энергия саны
Больцманның еркіндік дәреже бойынша таралуы
Анықтама: Тепе теңдік күйде болатын термодинамикалық жүйенің ілгерлемелі еркіндік дәрежесіне және айнымалы еркіндік дәрежесіне әрқайсына kT2 энергиясы сәйкес келеді, ал тербелмелі еркіндік дәрежесіне kT энергиясы сәйкес келеді.
⟨ε⟩=ⅈ̇2KT i - еркіндік дәреже Uμ=⟨ε⟩NA=ⅈ2kTNA=ⅈ2RT U=mμⅈ2RT=vⅈ2RT ⅈ=ii+İa+im
38 - Барометрлік формула
Жердің біртекті тартылу өрісінде молекуланың жылулық қозғалысы кезінде жерден алшақтағана сайын газдың қысымы төмендейді.
p=p0exp(−μghRT)
39 - Еркін жол жүру ұзындығы
Молекулалрдың орташа еркін жолының ұзындығы
Молекулалрдың екі соқтығысуының арасында өтетін орташа жол ұзындығын еркін жол жүру ұзындығы дейміз. ⟨l⟩=⟨v⟩(z) ⟨𝑧⟩=√2𝜋𝑑2𝑛⟨𝜈⟩ ⟨l⟩=1√2PIⅆ2n
⟨𝑧⟩ - соқтығысудың орташа саны
d- эффективті диаметр - соқтығысу кезінде молекуланың цифрларының жақындаған кездегі ең минималды арақашықтық
⟨v⟩ - 1 сек өтетін молекуланың орташа арфиметикалық жылдамдығы
40 - Тасымалдау құбылыстары
Тасымалдау құбылысы деп термодинамикалық тепе тең емес жүйелердегі энергияның(жылуөткізгіштік), массаның (диффузия) және импульстің(ішкі үйкелістің) кеңістік бойынша таралуының қайтымсыз процессі
Жылуөткізгіштік jE=λⅆTⅆx λ=13Cvρ⟨v⟩𝑙
Егер газдың бір аймағында орташа кинетикалық энергия көп болса, молекуланың соқтығысының арқасында уақыт өткен сайын бүкіл газ көлемінде орташа энергия бірдей мәнге жету процессі жүреді. Яғни температура бірдей болады.
Пурье заңы энергияның жылу түрінде таралуын сипаттайды
Диффузия
jm=−Dⅆpⅆx 𝐷=13V⟨l⟩
Бұл кезде массаның ағыны жүреді. Фик заңы - химиялық біртекті газдың масса ағынын(диффузиясын) сипаттайтын заң
Ішкі үйкеліс (тұтқырлық) jp=−ηⅆvⅆx η=13p⟨v⟩(l)
Ньютон заңы - газдағы импульс ағынын сипаттайтын заң
№41
Изопроцестер деп үш параметрдің (Р - қысым, V - көлем, Т - температура) біреуі тұрақты болғандағы басқа екі параметр өзгеретін процесті айтады.
Изопроцестер үшеу: изотермалық, изобаралық, изохоралық. 1) Тұрақты температурада термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесі Изотермалық процесс ( көне грекше: ἴσος - бірдей және көне грекше: θέρμη - жылу) деп атайды. 2)Тұрақты қысымда термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесі Изобаралық процесс (грек. көне грекше: ἴσος - бірдей, көне грекше: βάρος - ауырлық салмақ) деп аталады.
3)Көлем тұрақты болғанда, температураның өзгеруінен туындайтын газ қысымының өзгеру процесін Изохоралық процесс (грек. көне грекше: ἴσος - бірдей және көне грекше: χώρος - көлем) деп атайды.
Изотермиялық процесс
Температура тұрақты болғанда макроскопиялық денелердің термодинамикалық жүйесі күйінің өзгеру процесін изотермиялық деп атайды. Газ температурасын тұрақты етіп ұстау үшін ол температурасы тұрақты болып тұратын үлке жүйемен - термостатпен - жылу алмасатындай болу керек. Өйткені сығылғанда немесе ұлғайғанда газдың температурасы өзгеретін болады. Егер атмосфералық ауаның бүкіл процес барысында елеулі өзгермесе, онда ол термостат қызметін атқара алады.
Идеал газ күйінің теңдеуіне сәйкес тұрақты температурадағы кез келген күйде газ қысымының оның көлеміне көбейтіндісіне тұрақты болады, яғни T = const
.
Изотермиялық процесс
Егер газдың температурасы өзгермесе , онда оның берілген массасы үшін газ қысымының көлемге көбейтіндісі тұрақты болады.
Бұл заңды тәжірибие жүзінде ағылшын ғалымы Р. Бойль, одан біраз кейінірек француз ғалымы Э. Мариотт ашты. Сондықтан ол Бойль - Мариотт заңы деп аталады. Бойль - Мариотт заңы кез келген газ үшін, сондай-ақ олардың қоспасы үшін де, мысалы, ауа үшін де дұрыс. Тек атмосфералық қысымнан бірнеше жүз есе жоғары қысымдарда ғана бұл заңның ауытқуы елеулі байқалады. Тұрақты температурада газ қысымының көлемге тәуелділігі график түрінде изотерма деп аталатын қисық сызық арқылы кескінделеді. Газдың изотермасы қысым мен көлемнің арасындағы кері пропорционал тәуелділікті өрнектейді. Қисық сызықмұндай түрін математикада гипербола деп атайды. Әр түрлі тұрақты температураға әр түрлі изотермалар сәйкес келеді. Егер V = const болса, температура жоғарлағанда қысым күй теңдеуіне сәйкес артады.
Сондықтан жоғарлау Т2 температураға сәйкес изотерма, төменірек Т1 температураға сәйкес келетін изотермадан жоғары жатады. Компрессормен ауны сығу процесін немесе ыдыстағы ауаны соырп, шығарғанда поршень астындағы ауаның ұлғаюын - шамамен изотермиялық процесс деп есептеуге болады. Шынында, бұл жағдайда температура өзгеретіні рас, алайда алғашқы жуықтауда ондай өзгерісті елемеуге болады
Изобаралық процесс.
Қысым тұрақты болғанда термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесі изобаралық деп аталады. теңдеуіне сәйкес, қысымы өзгерсе газдың кез келгенкүйінде көлемнің температураға қатынасы тұрақты болады:
болғанда,
Егер газ қысымы өзгермесе, берілген массалы газ үшін көлемнің темпертураға қатынасы тұрақты болады.
Изобаралық процесс
Бұл заңды 1802 жылы француз ғалымы Гей - Люссак тэжірибе жүзінде тағайындаған және сондықтан ол Гей - Люссак заңы деп аталады. қатысқа сәйкес тұрақты қысымда газдың көлемі температураға тәуелді болады, яғни:
Бұл тәуелділік график түрінде изобара деп аталатын түзумен кескінделеді. Әр түрлі қысымға әр түрлі изобара сәйкес келеді. Қысым артқан сайын, тұрақты температурада Бойль - Мариотт заңы бойынша газдың көлемі кішірейеді. СОндықтан жоғарырақ р2 қысымға сәйкес келетін изобара төменірек р1 қысымға сәйкес келетін изобарадан төменірек жатады. Төменгі температуралар аймағында идеал газдың барлық изобаралары Т=0 нүктесінде түйіседі. Бірақ бұл нақты газдың көлемі шынында да нөлге айналды, ал күй теңдеуі сұйықтарға қолданылмайды. Жылжымалы поршеньді цилиндрдегі газды қыздырғанда оның ұлғаюын изобаралық процесс деуге болады. Онда цилиндрдегі қысымның ұрақтылығы поршеньнің үстіңгі бетіне атмосфералық ауа қысымның әсері арқылы жүзеге асады.
Изохоралық процесс.
Көлем тұрақты болғанда термодинмикалық жүйе күйінің өзгеру процесін изохоралық деп атайды. Күй теңдеуінен газдың көлемі өзгермеген кездегі кез келген күйінде газ қысымының температураға қатынасы тұрақты болатыны шығады:
болғанда,
Егер газ көлемі өзгермесе, онда массасы берілген газ үшін қысымның температураға қатынасы тұрақты болады.
Изохоралық процесс
Бұл газ заның 1787 жылы француз физигі Ж. Шарль ашқан және мондықтан ол Шарль заңы деп аталады. теңдеуіне сәйкес көлем тұрақты болғанда газ қысымы температураға сызықтық тәуелді болады, яғни
Бұл тәуелділек графикте түзумен кескінделеді де, ол изохора деп аталады. үрлі көлемге түрліше изохора сәйкес келеді. Температура тұрақты болғанда, Бойль - Мариотт заңына сәйкес, газ көлемі ұлғайғанда оның қысымы азаяды. Сондықтан үлкен V2 көлемге төмен жатады. теңдеуге сәйкес барлық изохоралар Т=0 нүктесінен басталады. Демек, абсолют нөлде идеал газдың қысымы нөлге тең. Кез келген жабық ыдыстағы немесе электр шамындағы газды қыздырғандағы газ қысымының ұлғаюы изохоралық процесс болып табылады. Изохоралық процесс көлемі тұрақты газ термометрлерінде пайдаланылады.
№42
Адиабаттық процестер
Адиабаталық процесс адиабаттық процесс -- қоршаған ортамен жылу алмаспайтын физикалық жүйеде өтетін термодинамикалық процесс. Адиабаталық процесс жылуөткізбейтін (адиабаталық) қабықшалармен қоршалған жүйелерде өтеді деп есептелінеді. Сыртқы орта мен жүйе арасында жылу алмасып үлгере алмайтындай уақытта тез өтетін процестер (жылу оқшаулағыш қабықшалары болмайтын) адиабаталық процесс ретінде қарастырылады. Оған мысалы, дыбыстың ауада таралуы, жылуқозғалтқыштарының цилиндрі ішіндегі газдың сығылуы (немесе ұлғаюы) т.б. жатады. Газ сығылғанда температура көтеріледі, ұлғайғанда -- төмендейді. Адиабаталық процесс қайтымды және қайтымсыз процесс түрінде өтуі мүмкін.
Шинаны немесе допты үрлеу кезінде сорғының ауаны тез сығыуы салдарынан ол қызады.Газдың ішкі энергиясыоны сығатын сыртқы күштердің атқаратын жұмысы есебінен артады.Газдың тез ұлғаюы кезінде оның салқындау құбылысын бақылыуға болады.Ол үшін үлкен шыны бөтелкеге су құйып,түтін енгізеді және сорғы көмегімен оған айдайды.Бұл кезде бөтелкедегі судың жоқ болып кетуі булануы ондағы ауа температурасының жоғарлағаның дәлелі болып табылады. Бөтелкедегі ауа қысымының ауа берліктей артуы,оның тығының атылып кетуіне әкеледі.Ауа жылдам ұлғая отырып бөтелкеден шыға бастайды,ал бөтелкеде қалың тұман пайда болады,ол ұлғаю кезіндегі ауаның салқындағаның көрсетеді.Газ ұлғайып,өзінің ішкі энергиясының кему есебінен жұмыс істейді.Тез сығылу немесе ұлғаю кезінде қоршаған ортамен жылу алмасып үлгермейтіндігі қарастырылған мысалдардан көрінеді.Бұл жағдайларда аз уақат аралығында Q=0 деп санап,бұл процестерді адиабаталық процесстер ретінде қарастырамыз. Мұнда термодинамиканың 1 заңы U+A=0 немесе U=-A түрінде өрнектеледі.Бұл адиабаталық процесс кезіндегі газдың сығылуы,оның ішкі энергиясының артуын тудыратынын және теріс жұмыс атқарлатының көрсетеді.Ұлғаю кезінде газдың ішкі энергиясы кемиді,оның есебінен оң жұмыс атқарылады. Адиабаталық процессті графикте адиабата деп аталады. Іштен жану қозғылтқыштарының ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz