Физикадан дәрістер

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы №1. Ньютон заңдары. Масса. Импульс. Күш. Механикадағы күштердің түрлері. Гравитациялық күш. Бүкіләлемдік тартылыс заңы. Серпімділік күші. Гук заңы. Үйкеліс күштері.
Жұмыс мақсаты: Ньютон заңдарын және механикалық күштерді оқып үйрену.
0.1 Тапсырма
0.1.1. Масса, импульс,күш ұғымдарын ашып көрсету
Масса - материяның инерциялық және гравитациялық қасиетін анықтайтын физикалық шама. Латынның massa - үйінді, кесек деген сөзінен алынған. "Масса" ұғымын механикаға Исаак Ньютон енгізген.
Импульс (лат. іmpulsus - соққы, түрткі), физикада -
1. механикалық қозғалыстың өлшемі (қозғалыс мөлшері ұғыммен бірдей). Материяның барлық формаларының, оның ішінде электрмагниттік және гравитациялық өрістің де импульсті болады;
2. қандай да бір уақыт аралығындағы күш.
Сонымен, дененің массасы мен оның қозғалыс жылдамдығының көбейтінідісіне тең болатын физикалық шама дене импульсі деп аталады: p=mv
Күш (лат. fortis) - материалдық нүктеге немесе денеге басқа денелер немесе өрістер тарапынан болатын механикалық әсердің өлшемі.
Күш деп дененің басқа денелер тарапынан болатын әрекеттің нәтижесінде үдеу алатынын сипаттайтын және осы әрекеттің өлшемі болып табылатын физикалық шаманы айтады
0.2.1. Ньютон және бүкіләлемдік тартылыс заңдарын (3 заңы) тұжырымдамалары мен өрнектері
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Ньютонның бірінші заңы
"Егер денеге сырттан күш әсер етпесе, онда ол тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалыстағы күйін сақтайды". Біздің дәуірімізге дейінгі 4-ғасырдан бастап, жиырма ғасырға созылған уақыт бойы гректің ұлы ойшылы Аристотельдің және оның жолын қуушылардың идеясы үстемдік етті. Олардың көзқарасы бойынша дене тұрақты жылдамдықпен қозғалу үшін, оған үнемі басқа дене әрекет ету керек деп есептелінді: дененің табиғи күйі тыныштық деп саналды. Алғаш рет итальян ғалымы Галилео Галилей(1564-1642) ғасырлар бойы қалыптасқан бұл қағидадан бас тартты. Ол өзінің жүргізген тәжірбиелері негізінде Аристотель мен оның жолын қуушылар ілімінің жалған екендігін дәлелдей білді. Егер денеге басқа денелер әрекет етпесе немесе олардың әрекеті теңгерілген болса, онда дене не тыныштықтағы күйін сақтайды, немесе түзу сызықты және бір қалыпты қозғалысын жалғастырады деген қорытындыға келген болатын. Бұл өздеріне таныс инерция заңы. И.Ньютон инерция заңын механика негізіне енгізді, сондықтан бұл заңды Ньютонның бірінші заңы деп атайды.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Ньютонның екінші заңы
"Дененің қозғалыс мөлшерінің өзгеруі түсірілген күшке пропорционал және ол күшпен бағыттас болады". Қарапайым бақылаулар, егер әр түрлі денелерге бірдей күшпен әрекет жасаса, олардың түрліше үдеу алатының көрсетеді. Ньютонның екінші заңы төмендегіше тұжырымдалады: 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".
Ньютонның механика заңдары Г.Галилей, Х.Гюйгенс, И.Ньютон және басқа ғалымдардың бақылаулары мен зерттеулерінің нәтижелерін қорытындалу арқылы тұжырымдалды. Қазіргі көзқарас және терминология бойынша бірінші және екінші заңдардағы денені материалдық нүкте деп, қозғалысты инерциалдық санақ жүйесіне қатысты қозғалыс деп түсіну керек. Классик. механикада екінші заңның математикалық түрі: немесе mα=F, мұндағы m - нүктенің массасы, ν - оның жылдамдығы, α - үдеу, t - уақыт, F - әсер етуші күш. Ньютонның механика заңдары микроәлем нысандары (атом, молекула, элементар бөлшектер) үшін және жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалған денелерге қолдануға келмейді.
Инерция заңы орындалмайтын санақ жүйелері болады екен. Мұндай 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
Бүкіл әлемдік тартылыс заңы, Ньютонның тартылыс заңы -- кез келген материялық бөлшектер арасындағы тартылыс күшінің шамасын анықтайтын заң. Ол И. Ньютонның 1666 ж. шыққан "Натурал философияның математикалық негіздері" деген еңбегінде баяндалған. Бұл заң былай тұжырымдалады: кез келген материялық екі бөлшек бір-біріне өздерінің массаларының (m1, m2) көбейтіндісіне тура пропорционал, ал ара қашықтығының квадратына (r2) кері пропорционал күшпен (F) тартылады: , мұндағы G -- гравитациялық тұрақты. Гравитациялық тұрақтының (G) сан мәнін 1798 ж. ағылшын ғалымы Г. Кавендиш анықтаған. Қазіргі дерек бойынша G=6,6745(8)Һ Һ10 - 8см3гҺс2=6,6745(8)Һ
Ньютонның бүкіләлемдік тартылыс заңының іске асуы; m1 нүктелік массасы басқа бір m2нүктелік массасын F2 күшімен тартады; бұл күш екі массаның көбейтіндісіне тура, ал олардың арасындағы қашықтыққа (r) кері пропорционалды. Масса немесе қашықтыққа қарамастан F1 және F2 әрқашан тең болады. Мұндағы G -- гравитациялық тұрақты.
1.1.3 Механикалық (гравитациялық, серпімділік, үйкеліс) күштері.
Гравитация (латынша: gravitas -- ауырлық) -- материяның кез келген түрлері арасындағы тартылыс күш әсері. Егер бұл өзара әрекеттестік біршама босаң болып, денелер баяу (жарық жылдамдығымен салыстырғанда) қoзғалатын болса, Ньютoнның бүкіл әлемдік тартылыс заңы қолданылады. Жалпы жағдайда А.Эйнштейін шығарған жалпы салыстырмалылық теориясықолданылады.
Гравитация - массасы бар кез келген денелер арасында болатын өзара тартылыс.
Серпімділік күші (Сила упругости) -- деформацияланған дененің ұзаруына пропорционал және деформация салдарынан дене түйіршіктерінің орын ауыстыруына қарама-қарсы бағытталған күш.
Басқаша айтқанда, дене деформацияға ұшыраған кезде денеде белгілі бір күш пайда болады, сол күш әсерінен ол өзінін пішінін және бастапқы күйіне қайта келуге тырысады. Бұл күш атомдар мен молекулалар арасындағы электромагниттік әсерлесудің нәтижесінде пайда болады. Дәл сол күшті-серпімділік күші деп атайды.
Үйкеліс күші - дененің тіреу бетімен сырғанаған кезінде әсер ететін күш; жанасатын денелердің сұйыктар немесе газдардың қабаттарынын салыстырмалы орын ауыстыруына кедергі жасайтын күш;[1], электромагниттік күштер қатарына жатады. Дене беті тегіс болмайды. Бір дене екінші дененің бетімен қозғалғанда осы тегіс емес жерлер деформацияланады, үйкеліс күштері пайда болады.
Қатты денелер бірінің бетімен бірі қозғалғанда олардың арасында сұйық немесе газ тәрізді зат болмаса, онда пайда болатын үйкелісті құрғақ үйкеліс деп атайды. Құрғақ үйкеліс тыныштық үйкелісі және сырғанау үйкелісі болып екіге бөлінеді. Үйкелістің тербеліс үйкелісі деп аталатын түрі де кездеседі. Тыныштық үйкелісі мына формуламен анықталады: Fүйк=kN
Дөңдегі блок және сәйкес төмендегі блок еркін дене диаграмасы.
Ал дене қозғалып бара жатқанда сырғанау үйкелісі пайда болады :
Fсырғанау=kN
мұндағы, N - тіректің денеге әсер ететін реакция күші ; k - үйкеліс коэффиценті. Дененің жылдамдығы артқан сайын сырғанау үйкелісі азая түседі. Үйкелістің пайдалы әрі зиянды жақтары бар. Машиналардың көптеген бөлшектері бірімен бірі әсерлескенде олардың арасындағы үйкеліс зиянды болып шығады. Оны азайту мақсатында бөлшектерді майлайды. Кей кездері үйкеліс коэффициентін азайту мақсатында, сырғанау үйкелісін подшибниктерде қолданып , тербеліс үйкелісімен алмастырады.

Тақырыбы №2. Реактивті қозғалыс. Гироскопиялық эффект.
Жұмыс мақсаты:Реактивті қозғалыс және гироскопиялық эффект туралы мағлұмат алу.
2.1 Тапсырма
2.1.1 Реактивт{\displaystyle F=k\Delta x}і қозғалыс
Реактивті қозғалыс - Дененің бір бөлігі одан қандай да бір жылдамдықпен бөлінген кездегі қозғалысы. Реактивті қозғалыстың қарапайым мысалы ретінде, үрлеп одан кейін еркін қоя берілген ауа шарының қозғалысын қарастыруға болады. Үрленген шардың ішіндегі қысым сыртқа атмосфералық қысымнан едәуір артық болатыны белгілі, ал бос қоя берілген шардың ішіндегі біраз ауаның төменгі саңылау арқылы сыртқа шығуы шардың жоғары қарай көтерілуін тудырады. Ол біраз уақыт бөлме ішінде әрлі-берлі ұшатын болады. Шар ішінен шығатын ауа оны қарама - қарсы бағытта қозғалуға мәжбүр етеді. Реактивтік қозғалыс принцепі бойынша: сегізаяқ, кальмар, теңізқұрт, медуза сияқты теңіз жәндіктері қозғалады. Бүгінгі күні реактивті қозғалыс принцепін пайдалану адамның бір кездегі арманы және қиялы болған тылсым Әлеммен тілдесе бастауына әкелді. Реактивті қозғалыс принцепі сағатына бірнеше мыңдаған километр жылдамдықпен қозғалатын ұшақтарды, Жердің жасанды серіктерін, планетаралық саяхат жасайтын ғарыш зымырандарын жасауға мүмкіндік туғызды. Адам баласының ғарыш кеңістігіне шығуы үшін асқан кемеңгершілік, аса ыждағатты есеп, өте күрделі техника және асқан ерлік қажет.
2.1.2 Реактивті қозғалыс принципінің қолданылуы.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Реактивті қозғалыс принципі
Реактивті қозғалыс принципі - зымыран қозғалысына мысал келтірсек. Қарапайым зымыран жану камерасы бар отын толтырған қабықтан тұрады. Отынның жануа кезінде жоғарғы температураға дейінгі қызған жоғары қысымдағы газ Сопло деп аталатын ерекше пішіні бар камерадан үлкен жылдамдықпен (4кмс-қа дейінгі) атқылап шығады.Есептеуді жеңілдету үшін қабықша ішіндегі отын түгел жанады да, жану өнімдері mv1 импульс алады деп есептейік, мұндағы v1 - атқылап шығатын газ жылдамдығы, m - жанған отынның массасы. Газ бен зымыранның өзара әрекеттесуі кезіндегі күштер сыртқы күштермен салыстырғанда өте үлкен болғандықтан, зымыран - газ жүйесін тұйық жүйе деп есептеуге болады. Бұлай қарастыру жүйеге импульстің сақталу заңын қолдануға мүмкіндік береді. Мәре алдындағы зымыранның сыртқы қабығымен және отынның қоса есептегендегі массасы М болсын. Онда газ сыртқа атқылап шыққаннан кейін де денелер жүйесінің қорытқы импульсі өзгермейді. Онда массасы М- m болатын зымыран қабығы модулі бойынша тең, бірақ газ импульсінің бағытына қарама - қарсы бағытталған (М - m) v2 импульс алады, мұндағы v2 - зымыран қабығының жылдамдығы, Онда mv1 = - (М - m) v2 болады. Ал бұдан v2 = - mv(М- m)
Осылай зымыран газдың атқылап шығу жылдамдығы бағытына қарама - қарсы бағытталған жылдамдық алатын болады. Дененің бір бөлігі одан қандай да бір жылдамдықпен бөлініп шыққан кездегі қозғалысы реактивті қозғалыс деп аталады.
2.1.3 Гироскоп
Гироскоп - шапшаң айналатын және айналу осі (симметрия осі) өзінің кеңістіктегі бағытын өзгерте алатын симметриялы қатты дене. Оның қарапайым мысалына балалар ойнайтын зырылдауық жатады. Гироскоптық әсер аспан денелерінде, кемеге орнатылған турбина роторында, ұшақ винтінде, т.б. байқалады. Гироскоп - 1. өзі байланысқан айналымның санау жүйесін табуына арналған құрал; 2. тез айналатын қатты дене, оның айналу өсі кеңістікте өзінің жағдайын өзгерте алады.Егер гироскоптың осіне моменті M=Ph-қа тең Р қос күші (h - қос күштің иіні) түсірілсе, онда гироскоп х осінің бағытымен емес, күтпеген бағытта, яғни у осінің бағытымен айнала бастайды. Сыртқы күштер әсер етпесе, гироскоп (грекше gyros - дөңгелек, gyruo - айналамын және skop - көремін, бақылаймын) еркін гироскоп деп аталады. Мысалы, ұшақпен, кемемен, ракетамен, т.б. қатынас көліктерімен тек кардан ілмесінің сақиналары арқылы байланысатын гироскоп еркін гироскоп болып саналады. Гироскопты әр түрлі қозғалыстарды басқару үшін қолдануға болады. Бірақ дәл теңгерілген гироскопты жасау - өте күрделі жұмыс. Гироскопты теңгеру, яғни оның ауырлық центрін кардан ілмесінің центрімен бір нүктеге келтіру өте үлкен дәлдікті қажет етеді. Қосымша жүк арқылы гироскоптың горизонталь осінің дүние тараптарына қарағандағы бағытын өзгертпеуге болады. Гироазимут деп аталатын мұндай гироскоп компас қызметін атқара алады. Гироазимут ұшақтарда, дәлірек айтқанда, магниттік компастың көрсетуі сенімсіз болатын полярлық аймақтарда ұшатын ұшақтарда (полярлық авиацияда) кеңінен қолданылады. Гироскоп ракета жылдамдығын анықтау үшін де пайдаланылады. Ішпектегі үйкеліс әсерінен дәл теңгерілген гироскопта да прецессия құбылысы пайда болады. Бұл прецессияның бұрыштық жылдамдығы ілме осіне әсер ететін үйкеліс моментінің шамасымен анықталады. Гироскоптың ең маңызды қызметінің бірі - оның көмегімен қозғалыстағы нысан үстіндегі денелердің ырғалуын тыныштандыру. Гироскоптық тыныштандырғыш құрылғылар автоұшқыштар мен авторульдерде пайдаланылады. Күрделі гироскоптар кеме сияқты үлкен нысандардың ырғалуын тыныштандыру үшін қолданылады.
2.1.4 Гироскопиялық эффект.

1-сурет
Осінің бір жақ ұшы O нүктесінде үйкеліссіз еркін айналатындай, шар топса (шарнирлі) түрінде бекітілген гироскопты қарастыралық (1-сурет). Гироскоптың OA осін DD осіне қатысты бұрайық, ол үшін OA осьтің бос ұшына dt уақыт ішінде F күшпен әсер етелік. Бірақ гироскоптың осі DD осінің емес, BB осінен айналып A'O қалпын сақтайды. Гироскоптың тік ось орналасқан жазықтықта айналмай, күтпеген горизонталь жазықтықта BB осінен айналуын гироскопиялық эффект деп атайды. Мүның себебі күштің салдарынан тез айналып тұрған зырылдауықтың осі күштің әсер ету бағытымен ығыспай, оған перпендикуляр бағытта ығысуынан. Гироскопиялық эффектіні қатты дене механикасының заңдары арқылы түсіндіруге болады. Моменттер теңдеуіне сәйкес уақыт бойы әсер ететін F күштің салдарынан импульс моменті L. dL=Mdt шамаға артады, мұнда M-O нүктесіне қатысты күш моменті және ол dL - мен бағыттас. Онда жаңа импульс моменті L=L+dL болады және ол BB осіне қатысты бұрылады. L векторы гироскоптың осімен бағыттас болғандықтан, онымен бірге осьте бұрылады да алғашқы OA қалпынан жаңа OA' қалпына ауысады. Күш моментінің M шамасы үлкен болғанмен, күштің әсер ету уақыты аз болса гироскоптың импульс моментінің өзгеру шамасы да аз. Олай болса аз уақыт еткен күш гироскоптың айналу осінің кеңістіктегі орналасуын өзгерте алмайды. Өте қатты айналысқа келтірілген балалардың зырылдауығының ауырлық күшінің салдарынан аударылып кетпеуін осы гироскопиялық эффект арылы түсіндіруге болады. Бұл кезде зырылдауықтың осі конус жасап бұрылады (осьтің былай қозғалуын прецессия деп атайды). Гироскоптар әртүрлі су кемелеріндегі гироскопиялық құралдарда (гирокомпас, гирогоризонт т.б.) қолданылды. Бұдан басқа гироскоп су, әуе көліктерін қозғалыс бағыттарынан ауытқытпауда автомат ретінде үлкен роль атқарады. Айталық, толқынның, желдің салдарынан көліктер бағытын өзгерткенмен гироскоп осінің кеңістіктегі бағыты қзгермейді. Олай болса гироскоптың осі аспалы, тетіктің қорабымен бірге қозғалып бара жатқан көлікке қатысты бұрылады. Осының салдарынан көліктің басқару тетігі (рулі) өзінен-өзі іске қосылады да, көлікті қозғалу бағытынан ауытқытпайды. Француз физигі Леон Фуко (1819-1868ж.ж.) ең алғаш гироскопты Жердің айналуын дәлелдеуге қолданды.
Тақырыбы №3. Термодинамикалық параметрлер. Тепе-теңдік күйлер мен процесстер, олардың термодинамикалық диаграммаларда көрсету. Идеал газ заңдары. Идеал газ күйінің теңдеуі.
Жұмыс мақсаты: Идеал газ заңдары және оны сипаттайтын негізгі параметрлермен танысу.
3.1 Тапсырма
3.1.1 Термодинамикалы параметрлер.
Термодинамиканың параметрлері деп физикалық күйін сипаттайтын физикалық шамаларды айтады. Денелер жүйесі немесе жай жүйе деп біз қарастырып отырған денелердің жиынтығын айтамыз. Кез келген жүйе температура, қысым, көлем және т.с.с. мәндері арқылы айырылатын әр түрлі күйде бола алады. Жүйенің күйін сипаттайтын осындай шамалар күй параметрлері деп аталады. Жүйенің тепе-тең күйі деп жүйенің барлық параметрлері, сыртқы жағдайлар өзгермей қалған кезде жеткілікті уақыт бойы тұрақты болып қалатын белгілі мәндерін сақтайтын күйін айтамыз. Тепе-тең күйлердің үздіксіз тізбегінен құралған процесс тепе-тең процесс деп аталады. Тепе-тең күй ұғымы мен қайтымды процесс ұғымы термодинамикада үлкен рөл атқарады.
Қысым бір дене екінші дене бетіне (мысалы, ғимарат іргетасының грунтқа, сұйықтықтың ыдыс қабырғасына, қозғалтқыш цилиндріндегі газдың піспекке, т.б.) әсер еткенде пайда болатын қалыпты күштің (дене бетіне перпендикуляр) қарқындылығын сипаттайтын физикалық шама. Егер денеге әсер ететін күш оның бетіне біркелкі таралса, онда қысым (р) былай өрнектеледі: p=Fs немесе p=dFdS{\displaystyle p={\frac {F}{S}}\ {\mbox{of}}\ p={\frac {dF}{dS}}}
Мұндағы S - дене бетінің күш түсетін бөлігінің ауданы, F - сол бөлікке перпендикуляр түсірілген күштердің қосындысы. Күш біркелкі таралған жағдайда қысым дене бетінің барлық нүктесінде бірдей болады, ал күш біркелкі таралмаса, онда қысым бір нүктеден екінші нүктеге өткен сайын өзгеріп отырады. Тұтас, үздіксіз орта үшін сол ортаның әрбір нүктесінің қысымы туралы ұғым енгізіледі. Бұл ұғым сұйықтық пен газ механикасында маңызды рөл атқарады.
Көлем - геометриялық денелердің кеңістіктен алатын бөлігін сипаттайтын шама. Көлем геометриялық денелерге байланыстынегізгі шамалардың бірі болып табылады. Қарапайым жағдайда Көлем дене ішіне сиятын бірлік кубтардың санымен өлшенеді. Ежелгі Шығыста] (Вавилон, Мысырда) денелердің Көлемін есептеуде түрлі математикалық ережелер қолданылды (мысалы, толық және қиық пирамидалар, цилиндрлер, т.б.). Күрделі денелердің Көлемі былай анықталады. Тік бұрышты параллелепипедтің ішіне орналасқан М дене, параллель жазықтықтармен қыры а-ға тең кубтарға бөлінеді. а нөлге тез ұмтылып, шексіз кеми берсін. Vn - М денесіне сиятын кубтар Көлемінің қосындысы, ал Wn - М денесінің ішінде кемінде бір нүктесі болатын кубтар Көлемінің қосындысы болсын. Егер V=Vn және W=Wn шектері өзара тең болса, онда олардың ортақ мәні V осы М денесінің Көлемі деп аталады. Дененің Көлемі мына формула бойынша анықталады: , мұндағы интегралдау кеңістіктіңкөрсетілген дене орналасқан бөлігін толық қамтиды.
Температура (лат. temperatura - араластырылуға тиісті, өлшемдес болу, қалыпты күй) - макроскопикалық жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйін сипаттайтын физикалық шама. Егер оқшауланған немесе тұйықталған жүйе термодинамикалық тепе-теңдік күйде болса, онда оқшауланған немесе тұйықталған жүйенің кез келген бөлігінде температура бірдей болады. Ал егер ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.