Gaz doskonały
Gaz doskonały to uproszczony model gazu rzeczywistego. Założenia modelu gazu doskonałego są następujące: Drobiny gazu poza zderzeniami nie oddziałują ze sobą. Pomiędzy zderzeniami cząsteczki poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Zderzenia drobin są idealnie sprężyste. Drobiny gazu posiadają masę, lecz są pozbawione objętości, czyli traktujemy je jako punkty materialne. W rzeczywistości substancja, która spełniałaby te założenia nie istnieje, jednak w wielu...
Fale stojące
Fale stojące mogą powstawać w obszarach ograniczonych. Wtedy fala biegnąca w jednym kierunku nakłada się na falę odbitą od granicy obszaru i biegnącą w kierunku przeciwnym. W wyniku interferencji takich fal powstaje fala stojąca. Różne cząsteczki ośrodka, w którym obecna jest fala stojąca wykonują drgania o różnych amplitudach, ale o tej samej częstości. Równanie fali stojącej ma postać: Falę stojącą charakteryzują następujące pojęcia: węzeł fali stojącej to miejsce, w...
Kontrakcja
Kontrakcja polega na skróceniu długości ciała w układzie, względem którego ciało to porusza się z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Zjawisko to dotyczy długości ciała w kierunku ruchu. Jeżeli ciało znajduje się w spoczynku względem układu U’ , który porusza się z prędkością u względem układu U , to prawdziwy jest następujący wzór:
Prawo Jule’a-Lenza
Prawo Jule’a-Lenza mówi, że ciepło wydzielone na odcinku przewodnika o oporze R , przez który płynie prąd o natężeniu I w czasie t , jest równe pracy prądu elektrycznego wykonanej w tym samym czasie na tym odcinku przewodnika: Q = W . Jeżeli U jest napięciem na końcach odcinka przewodnika, to wzór na ciepło ma następującą postać: Q = U ⋅ I⋅ t .
Natężenie skuteczne prądu przemiennego
Natężenie skuteczne prądu przemiennego jest równe wartości natężenia prądu stałego, który spowodowałby wydzielenie tej samej ilości energii, co prąd przemienny w tym samym obwodzie i w tym samym czasie. Dla prądu sinusoidalnie zmiennego wielkość ta wyraża się wzorem: gdzie I 0 – amplituda prądu sinusoidalnie zmiennego.
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia
Zjawisko to zachodzi tylko wtedy, gdy światło przechodzi z ośrodka gęstszego do rzadszego (załamuje się od normalnej). W takim przypadku role kąta padania i kąta załamania odwracają się i dlatego: Zwiększając kąt padania światła do wartości granicznej, dla której kąt załamania jest równy 90° i sinβ = sin90° = 1 otrzymamy następujący związek: Jeśli światło będzie padało pod kątem większym niż kąt graniczny,to nie może już wejść do drugiego ośrodka, gdyż w całości ulegnie...
Topnienie
Aby zamienić ciało stałe w ciecz, należy drobinom tego ciała dostarczyć odpowiednią ilość energii, dzięki której pokonają one duże siły oddziaływań łączące je ze sobą w stanie stałym. Należy podgrzać je do odpowiednio wysokiej temperatury nazywanej temperaturą topnienia , która jest różna dla różnych substancji. Topnienie to zachodzący w temperaturze topnienia proces polegający na zmianie stanu stałego w stan ciekły. Podtrzymanie procesu topnienia wymaga ciągłego dostarczania ciepła,...
Ruch cząstki naładowanej w jednorodnym polu elektrycznym
Ruch naładowanej cząstki (np. elektronu) wpadającej do jednorodnego pola elektrycznego z prędkością skierowaną prostopadle do linii tego pola jest taki sam, jak rzut poziomy w jednorodnym polu grawitacyjnym. Pod wpływem siły pola elektrycznego ( F=q⋅E ) cząstka odchyla się od pierwotnego kierunku ruchu o pewien kąt, którego wielkość zależy wprost proporcjonalnie od napięcia między okładkami kondensatora. Daje to możliwość sterowania wielkością tego odchylenia, co wykorzystywane...
Izotopy
Liczba neutronów w jądrach danego pierwiastka może być różna. Atomy, które mają taką samą liczbę protonów w jądrze, lecz różnią się liczbą neutronów nazywamy izotopami .
Prawa Maxwella
Prawa Maxwella to cztery najważniejsze równania elektromagnetyzmu,które pokazują, że oddziaływania elektryczne i magnetyczne są ze sobą powiązane i nie istnieją niezależnie od siebie. Dla próżni można je wyrazić w następujący sposób:
Ruch jednostajnie opóźniony
W ruchu jednostajnie opóźnionym szybkość w dowolnej chwili ruchu jest mniejsza niż szybkość początkowa. Zatem wartość Δv= v−v 0 < 0 . Oznacza to, że wektor opóźnienia w każdej chwili ma zwrot przeciwny do zwrotu wektora prędkości, gdy tymczasem wektor przyspieszenia (w ruchu jednostajnie przyspieszonym) ma zwrot zgodny ze zwrotem wektora prędkości.
Równanie Einsteina
Jeśli energia padającego na metal fotonu jest większa od pracy wyjścia, to elektron może dodatkowo uzyskać energię kinetyczną. Bilans energii fotonu oddziałującego z elektronem, całkowicie zgodny z doświadczeniem, podał Einstein w postaci wzoru: E f = W + E K czyli Za wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego Albert Einstein otrzymał nagrodę Nobla.
Zasada zachowania pędu
Zasada zachowania pędu wynika z uogólnionej postaci II zasady dynamiki.
Pojemność kondensatora
Pojemnością kondensatora C nazywamy stały dla danego kondensatora stosunek ładunku zgromadzonego na jego okładkach do napięcia panującego między okładkami:
Dodawanie sił
Dodawanie sił o tych samych kierunkach i zwrotach. Dodawanie sił o tych samych kierunkach i przeciwnych zwrotach. Dodawanie sił o różnych kierunkach i różnych zwrotach. Wektor przeciwny do danego wektora. Odejmowanie jednego wektora od drugiego to dodawanie wektora przeciwnego.
Założenia szczególnej teorii względności
Szczególna teoria względności opiera się na dwóch założeniach: W układach poruszających się względem siebie ruchem jednostajnym prostoliniowym wszystkie zjawiska przebiegają jednakowo. Nie ma takiego zjawiska, przy pomocy którego obserwator znajdujący się w układzie inercjalnym mógłby wykazać swój ruch lub spoczynek. Prędkość światła w każdym układzie jest więc jednakowa. Oznacza to, że wszystkie prawa przyrody i opisujące je równania nie zmieniają się przy ich transformacji z jednego...
Kiedy stosujemy prawa fizyki relatywistycznej
W przypadku obiektów poruszających się z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła prawa klasycznej mechaniki Newtona nie zgadzają się z doświadczeniem. Do opisu takich obiektów należy stosować prawa sformułowane przez Alberta Einsteina w szczególnej teorii względności. Teoria ta odnosi się tylko do zjawisk zachodzących w inercjalnych układach odniesienia. Układem inercjalnym jest układ, w którym nie występują siły bezwładności. Układ inercjalny nie może być w ruchu przyspieszonym....
Przeciążenie
Przeciążenie jest stanem, w którym działające na układ siły zewnętrzne są powodem powstawania wzajemnych sił nacisku pomiędzy elementami układu. Siły nacisku są większe co do wartości od sił ciężkości działających na elementy układu. Przykład: Kosmonauci znajdujący się w rakiecie startującej z powierzchni Ziemi poddawani są przeciążeniom.
Definicje wielkości opisujących ruch obrotowy bryły sztywnej
Ramię siły to wektor łączący środek obrotu z wektorem siły. Jego wartość wyrażamy w metrach, [r] = [m] . Moment siły to wektor , którego wartość obliczamy według wzoru: M=r⋅F⋅sinα [N⋅m] . Kierunek wektora momentu siły jest prostopadły do płaszczyzny, w której leży siła i jej ramię. Zwrot wektora momentu siły ma wpływ na kierunek obrotu bryły. Posługujemy się tutaj regułą śruby prawoskrętnej Moment bezwładności punktu materialnego o masie m...
Prawo Pascala
Ciśnienie w cieczach i gazach rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach. Przykład: Dzięki temu, że ciśnienie wywierane przez siłę F przesuwającą tłok, jest we wszystkich kierunkach takie samo, to przez dziurki w naczyniu ciecz wypływa również w kierunku przeciwnym do kierunku działania siły. Ciśnienie powietrza pompowanego do kół samochodu lub roweru również jest w każdym miejscu jednakowe.
Ruch jednostajnie przyspieszony
Ruch jednostajnie przyspieszony to ruch, w którym wartość, kierunek i zwrot wektora przyspieszenia są stałe: a=const. Stały kierunek i zwrot wektora przyspieszenia jest możliwy tylko w ruchu prostoliniowym. Wobec tego ruch jednostajnie przyspieszony musi być ruchem prostoliniowym , czyli ruchem, w którym wartość prędkości jest równa szybkości. Stała wartość przyspieszenia oznacza, że w ciągu każdej sekundy szybkość (wartość prędkości) wzrasta o tyle samo: We wzorze v 0...
Cykl Carnota
Cykl Carnota składa się z dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych, przedstawionych na rysunku: Począwszy od punktu A następuje: izotermiczne sprężanie --> adiabatyczne sprężanie --> izotermiczne rozprężanie --> adiabatyczne rozprężanie. W oparciu o cykl Carnota przebiegający w tym kierunku działa doskonały silnik cieplny . Począwszy od punktu A adiabatyczne sprężanie --> izotermiczne sprężanie --> adiabatyczne rozprężanie -->...
Zjawisko interferencji
Właściwości kruche
Właściwości kruche mają te ciała stałe, które pod wpływem działającej na nie siły łamią się lub kruszą. Są to np.: szkło, kreda, niektóre tworzywa sztuczne.
Budowa atomu według Bohra
Teoria budowy atomu sformułowana przez Bohra z punktu widzenia współczesnej fizyki jest błędna. Jednak postulaty tej teorii prowadzą do wniosków, które dobrze służą do opisu atomów wodoropodobnych. Przed stworzeniem przez Bohra teorii atomu Ernest Rutherford na podstawie swoich doświadczeń wyprowadził wniosek, że atom składa się z dodatnio naładowanego jądra atomowego oraz ujemnie naładowanych elektronów, które poruszają się wokół jądra po orbitach kołowych i eliptycznych. Zgodnie z...
Budowa jądra atomowego
Składnikami jąder atomowych są nukleony, czyli protony i neutrony. Istnienie jąder atomowych możliwe jest dzięki siłom jądrowym łączącym ze sobą nukleony. Siły jądrowe są krótkozasięgowe i działają na bardzo małych odległościach. Są to ogromne siły, które znacznie przewyższają bardzo duże siły odpychania elektrycznego między protonami. Ich źródłem są kwarki , które są składnikami zarówno protonów, jak i neutronów. Kwarki zgodnie z dzisiejszą wiedzą nie dzielą się już na mniejsze części i...
Drgania tłumione
Jeżeli na ciało działa siła sprężystości oraz odpowiednio słaba siła oporu , to ciało po wychyleniu ze stanu równowagi wykonuje drgania tłumione o coraz to mniejszej amplitudzie.
Przemiana termodynamiczna
Przemiana termodynamiczna to proces, w którym przynajmniej jeden z parametrów stanu gazu ulega zmianie. Gaz przechodzi wtedy do innego stanu opisanego przez nowe parametry, które również muszą spełniać równanie Clapeyrona.
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Korpuskularna natura promieniowania elektromagnetycznego ujawnia się między innymi, w zjawisku fotoelektrycznym, które znajduje szerokie zastosowanie w wielu urządzeniach elektronicznych. Polega ono na wybijaniu elektronów z metalu przez fotony promieniowania elektromagnetycznego. Jeśli metalowa płytka,na którą pada światło jest częścią obwodu elektrycznego (katodą), to uwolnione przez światło elektrony mogą brać udział w przewodzeniu prądu. Układ elektryczny sterowany światłem...
Wielkości opisujące ruch
Najważniejszą cechą ruchu jest jego względność. Ruch jest względny , ponieważ w zależności od przyjętego układu odniesienia to samo ciało może być równocześnie w ruchu i w spoczynku. Układem odniesienia może być dowolne ciało lub układ ciał. Ruch to zmiana położenia względem przyjętego układu odniesienia. Położenie ciała opisujemy przez podanie współrzędnych (x, y, z), dlatego z układem odniesienia wiążemy układ współrzędnych (X, Y, Z) . Ciało przyjęte jako układ odniesienia jest...
Położenie Ziemi we Wszechświecie
Struktura Opis struktury Układ Słoneczny to układ planetarny, do którego należy Ziemia. Obecnie wiadomo już, że planety krążą również wokół wielu innych gwiazd. Nie wiadomo, czy na którejś z nich istnieje życie. Słońce jest gwiazdą, wokół której krąży 9 planet. Jedną z nich jest Ziemia. Ziemia jest jedyną planetą w Układzie Słonecznym, na której panują warunki przyjazne życiu, jakie znamy. Wszystkie planety krążą wokół Słońca zgodnie z prawami Keplera i dzięki...
Linie pola elektrycznego
Linie pola są to abstrakcyjne linie, które w każdym punkcie pola są styczne do siły działającej w tym polu na próbny ładunek q . Ładunek próbny to ładunek dodatni o bardzo małej wartości, który ma znikomy wpływ na badane pole.
Pierwsza zasada termodynamiki
Zasada ta stwierdza, że energię wewnętrzną gazu można zmienić na dwa sposoby: 1. w wyniku przepływu ciepła Q , pomiędzy gazem, a jego otoczeniem, 2. na skutek pracy W , wykonanej przez gaz lub pracy wykonanej nad gazem. Zmiana energii wewnętrznej gazu ΔU jest równa sumie ciepła i pracy zgodnie ze wzorem: ΔU=Q+W . Gdy dostarczymy ciepło do gazu, to Q > 0 , a gdy gaz oddaje ciepło, to Q < 0 . Podobnie gdy praca jest wykonana nad gazem, to W > 0 , a jeśli gaz wykonuje pracę...
Zakaz Pauliego
W atomach wieloelektronowych obowiązuje zakaz Pauliego, zgodnie z którym w atomie żadne dwa elektrony nie mogą znajdować się w stanie opisanym przez te same liczby kwantowe. Dwa elektrony muszą różnić się wartością co najmniej jednej liczby kwantowej.
Falowa natura cząstek materii
Poruszające się elektrony, protony, neutrony, cząstki α (jądra helu), a nawet całe atomy wykazują dyfrakcję i interferencję, które są zjawiskami typowymi dla fal. Im mniejsza masa cząstki, tym łatwiej zaobserwować jej właściwości falowe, gdyż ze wzrostem masy maleje długość fali związanej z cząstką. Przykładowo fala związana z piłką tenisową poruszającą się z szybkością 50 m/s jest około 10 27 razy mniejsza od długości fali światła fioletowego. Dyfrakcja takiej fali może być zauważona...
Napięcie skuteczne prądu przemiennego
Napięcie skuteczne na zaciskach określonego odcinka obwodu, przez który płynie prąd przemienny, jest równe wartości napięcia na zaciskach tego samego odcinka obwodu, gdy płynie przez niego prąd stały, który powoduje wydzielenie się tej samej ilości energii, co prąd przemienny w tym samym czasie. Dla napięcia sinusoidalnie zmiennego wielkość ta wyraża się wzorem:
Pojęcie pracy w fizyce
Praca jest wielkością skalarną zdefiniowaną jako iloczyn skalarny wektora siły i wektora przemieszczenia: gdzie α to kąt pomiędzy wektorem siły a wektorem przemieszczenia.Jednostką pracy jest jeden dżul [J] Praca może przyjmować wartości dodatnie i ujemne w zależności od kąta α . Kiedy α > 90° to cos α < 0 i wtedy W < 0 . Praca W jest wykonywana tylko wtedy, gdy siła F działająca na ciało spowoduje przemieszczenie s tego ciała. Przykład: Dziecko...
Definicje wielkości opisujących ruch
Przemieszczenie to wektor łączący początkowe i końcowe położenie ciała. Jako wielkość wektorowa przemieszczenie posiada kierunek, zwrot i wartość . Jego wartość oznaczamy symbolem AB (bez strzałki u góry) i wyrażamy ją w jednostkach długości – [m]. Droga to długość przebytego toru. Droga jest wielkością skalarną (liczbową) wyrażoną w jednostkach długości. Na rys. 1.2. widać, że w ruchu krzywoliniowym droga s jest większa od wartości wektora...
Obrazy w soczewkach
Rysując obrazy, jakie powstają po przejściu światła przez soczewki, wykorzystujemy bieg trzech charakterystycznych promieni: jeśli promień biegnie równolegle do osi optycznej, to po przejściu przez soczewkę załamuje się i przechodzi przez ognisko z drugiej strony soczewki, jeśli promień biegnie przez środek soczewki, to przechodzi przez soczewkę bez zmiany kierunku, jeśli promień przechodzi przez ognisko, to po przejściu przez soczewkę biegnie równolegle do osi optycznej....
Moc prądu elektrycznego
Moc prądu elektrycznego o natężeniu I płynącego przez element obwodu, na którego końcach różnica potencjałów jest równa U , określona jest wzorem:
Zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym
Droga w tym ruchu rośnie wraz z upływem czasu zgodnie ze wzorem: Jest to równanie paraboli y = ax 2 + bx + c, w którym c = 0. Zatem wykres zależności drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym jest parabolą o ramionach skierowanych do góry (większy od zera współczynnik przy t 2 ) i przechodzącą przez początek układu współrzędnych (dla t = 0 mamy s = 0). Wykres pokazuje, że droga przebyta w dowolnej sekundzie jest większa od drogi przebytej w poprzedniej sekundzie....
Zależność szybkości od czasu w ruchu jednostajnie opóźnionym
W ruchu jednostajnie opóźnionym szybkość maleje wraz z upływem czasu według wzoru: v= v 0 − a⋅t. W chwili t = 0 szybkość wynosi v 0 . W kolejnych chwilach czasu od szybkości początkowej odejmowana jest coraz większa liczba, co graficznie przedstawia wykres:
Energia potencjalna grawitacyjna
Energia potencjalna grawitacyjna związana jest z położeniem masy w polu grawitacyjnym. Wartość energii potencjalnej, jaką posiada ciało o masie m w polu grawitacyjnym ziemskim względem wybranego poziomu odniesienia, jest równa pracy, jaką musiała wykonać siła przemieszczając to ciało z poziomu odniesienia na wysokość h . Obliczamy ją ze wzoru: Uwaga: Wzór ten stosuje się dla wysokości małych w porównaniu z promieniem Ziemi. Dla takich wysokości pole grawitacyjne Ziemi jest polem...
Równanie fali harmonicznej kulistej
gdzie y – to wartość wychylenia z położenia równowagi dla cząsteczki ośrodka, która w chwili t znajduje się w odległości r od źródła.
Prawo Coulomba
Między dwoma ładunkami punktowymi q 1 i q 2 działa siła, której wartość jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi: Siła F jest przyciągająca dla ładunków różnoimiennych i odpychająca dla ładunków jednoimiennych.
Ruch jednostajny prostoliniowy
Nazwa tego ruchu wskazuje na prostoliniowy kształt toru i na niezmienność wektora prędkości: V=const. Oznacza to, że wektor prędkości w czasie takiego ruchu ma stały kierunek, zwrot i wartość. Zatem ruch musi odbywać się po linii prostej bez zmiany zwrotu. Ponieważ w takim ruchu wartość przemieszczenia AB jest równa drodze s, to wartość prędkości jest równa szybkości i możemy wyrazić ją wzorem: przy założeniu, że czas początkowy t 0 , w którym zaczynamy obserwować ruch,...
Ruch obrotowy
Ruch obrotowy to ruch, w którym wszystkie punkty bryły zataczają współśrodkowe okręgi wokół osi obrotu. Oś obrotu to linia, na której leżą punkty bryły pozostające w spoczynku podczas obrotu. W ruchu obrotowym wszystkie punkty bryły mają taką samą szybkość kątową ω i różne szybkości liniowe v (styczne do toru), ponieważ v=r⋅ω . Jeśli szybkość kątowa rośnie lub maleje, to ruch obrotowy jest odpowiednio przyspieszony lub opóźniony i dla takich ruchów istnieje przyspieszenie lub...
Dyfrakcja
Promienie światła rozchodzą się po liniach prostych, lecz przechodząc przez małe otwory ulegają ugięciu, czyli dyfrakcji. Dyfrakcja, jako zjawisko typowe dla ruchu falowego, jest świadectwem falowej natury światła. Ponieważ dyfrakcję można obserwować tylko wtedy, gdy rozmiary szczeliny są porównywalne z długością fali padającej na szczelinę, to dyfrakcja światła, ze względu na małą długość fal świetlnych, zachodzi tylko na bardzo małych szczelinach. Dla promieni rentgenowskich,które mają...