Podstawowe definicje z fizyki. Siła ciężkości lub ciężar ciała jest to siła z jaką Ziemia przyciąga dane ciało.

(1)

Opracował: Jan Milwicz Podstawowe definicje z fizyki

Kurs przygotowawczy do matury : www.aksjomat.eu

Strona 1 z 10

Definicje

Gęstość( masa właściwa) jest to stosunek masy do objętości.

Ciężar właściwy jest to stosunek ciężaru do objętości.

Siła ciężkości lub ciężar ciała jest to siła z jaką Ziemia przyciąga dane ciało.

Bezwładność ciała to dążenie do zachowania stanu, w którym się to ciało znajduje.

Co jest miarą bezwładności ciała? Miarą bezwładności ciała jest masa.

Cechy wektora: punkt przyłożenia, wartość, kierunek i zwrot.

Jakie są skutki oddziaływań? Statyczne związane z odkształceniem ciała i dynamiczne związane ze zmianą np.. prędkości, przyspieszenia lub kierunku prędkości.

Kiedy dwie siły się równoważą? Kiedy mają ten sam punkt przyłożenia, ten sam kierunek, tę samą wartość i przeciwne zwroty.

Co to są siły równoważące się? Są to siły, których wypadkowa wynosi zero.

Jak wyznaczamy wypadkową dwóch sił o różnych kierunkach? Graficznie, metodą równoległoboku, lub wieloboku sznurowego.

Co to jest ekologia? Ekologia jest to nauka, która zajmuje się badaniem zależności między organizmami żywymi i ich środowiskiem.

Co to jest siła wypadkowa? Jest to siła, która zastępuje działanie wszystkich sił działających na ciało.

Co to jest konwekcja? Konwekcja jest to unoszenie ciepła ( w cieczach i gazach) polegające na wypływaniu cieczy lub gazu ku górze.

Co to są elektrolity? Elektrolity to roztwory przewodzące prąd elektryczny.

Co jest nośnikiem prądu w elektrolitach? Nośnikami prądu w elektrolitach są jony.

Czy woda destylowana przewodzi prąd? Nie.

Co to jest dyfuzja? Samorzutne przenikanie się ( mieszanie) dwóch różnych stykających się ze sobą gazów, cieczy i ciał stałych, w wyniku ruchu cząsteczek.

Czy dyfuzja zachodzi w ciałach stałych? Tak, tylko bardzo wolno.

Co to s ą ruchy Browna? Są to chaotyczne, bezładne ruchy maleńkich cząstek substancji wywołane chaotycznym i bezładnym ruchem cząsteczek środowiska otaczających te cząstki.

(2)

Strona 2 z 10

Co to jest osmoza? Osmoza to dyfuzja substancji przez błonę.

Dyfuzja i ruchy Browna przekonują nas o tym, że cząsteczki ciał stałych, cieczy i gazów są w nieustannym ruchu. Dyfuzja zachodzi zarówno w gazach, cieczach, jak i ciałach stałych, przy czym najszybciej w gazach, a najwolniej w ciałach stałych. Szybkość dyfuzji wzrasta w miarę wzrostu temperatury ciała, gdyż wówczas Cząsteczki poruszają się szybciej.

Spójność – wzajemne przyciąganie się cząsteczek tej samej substancji.

Przyleganie – wzajemne przyciąganie się Cząsteczek różnych substancji ciała stałego lub cieczy,

Menisk to zakrzywianie powierzchni cieczy w miejscu zetknięcia się cieczy z ciałem stałym. Menisk zależy od rodzaju cieczy i materiału, z którego wykonano naczynie.

Napięcie powierzchniowe – zjawisko powstawania „cienkiej błony” na powierzchni cieczy.

Menisk wypukły powstaje wtedy , gdy siły spójności cieczy są większe niż siły przylegania cząsteczek cieczy do naczynia

Menisk wklęsły powstaje wtedy, gdy siły spójności cieczy są mniejsze niż siły przylegania drobin tej cieczy do naczynia.

Sublimacja – zjawisko fizyczne polegające na przejściu substancji ze stanu stałego w stan gazowy (lotny).

Wrzenie jest to parowanie, które zachodzi w całej objętości, każda ciecz ma charakterystyczną dla siebie temperaturę wrzenia.

Szybkość parowania załeży od:

- rodzaju cieczy,

- temperatury – im wyższa temperatura otoczenia, tym szybciej ciecz paruje,

- ruchu powietrza w otoczeniu parującej cieczy – im większy ruch powietrza, tym szybciej ciecz paruje,

- wilgotności powietrza – im większa wilgotność, tym wolniejsze parowanie.

Ta sama ciecz w szerszym naczyniu wyparuje szybciej, ponieważ jest większa powierzchnia swobodna.

Anomalna rozszerzalność wody – zmniejszanie się objętości wody w miarę wzrostu temperatury w przedziale od 0° do 4ºC.

Bimetal. Jest to płytka zbudowana z dwóch metali różniących się między sobą rozszerzalnością cieplną i trwale połączonych, . np. przez zlutowanie.

(3)

Strona 3 z 10

Prawo Pascala.: ciśnienie wywierane z zewnątrz w gazach lub w cieczach jest przekazywane jednakowo we wszystkich kierunkach.

Parcie – nacisk cieczy lub gazu na powierzchnię w kierunku prostopadłym do tej powierzchni. Jednostką parcia jest niuton.

Ciśnienie – wielkość fizyczna, której miarą jest wartość siły nacisku działającej na jednostkową powierzchnię. Jednostką ciśnienia w Układzie SI jest Pascal (1 Pa).

Paskal (1 Pa) – ciśnienie, jakie sila 1 N wywiera na powierzchnię 1 m² Ciśnienie hydrostatyczne jest to ciśnienie spowodowane ciężarem cieczy.

Ciśnienie atmosferyczne – ciśnienie, jakie wywiera powietrze na Ziemię i wszystkie ciała znajdujące się w atmosferze ziemskiej.

Prawo Archimedesa, Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu cieczy zwrócona ku górze i równa ciężarowi wypartej cieczy.

Prawo Archimedesa dla gazów Na każde ciało umieszczone w gazie działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa co do wartości ciężarowi wypartego gazu.

Areometr to przyrząd pozwalający wyznaczyć gęstość cieczy.

Naczynia połączone – co najmniej dwa naczynia połączone ze sobą w odpowiedni sposób, tak że ciecz może swobodnie przepływać z jednego naczynia do drugiego.

Fizyka – nauka przyrodnicza badająca ogólne właściwości materii i zjawiska w niej zachodzące.

Zjawisko fizyczne – proces, w wyniku którego substancja może zmienić swoje właściwości, ale nadal pozostaje tą samą substancją.

Proces fizyczny to przebieg powiązanych ze sobą zjawisk fizycznych.

Ciało fizyczne – każdy przedmiot, a także organizm żywy mogący stanowić obiekt badania fizyki.

Substancja – materiał, z którego zbudowane jest ciało fizyczne.

Siła jest miarą wzajemnego oddziaływania ciał. Siła – wektorowa wielkość fizyczna, miara oddziaływań między ciałami.

Wielkość liczbowa (skalarna) – wielkość fizyczna mająca tylko wartość.

Siłomierz (dynamometr)– przyrząd służący do pomiaru siły.

Rodzaje oddziaływań: grawitacyjne, elektrostatyczne, magnetyczne, sprężyste

(4)

Strona 4 z 10

Powierzchnia swobodna cieczy - pozioma. Samorzutnie wytwarzana przez ciecze ich górna powierzchnia.

Ciała stałe

-mają własny, określony kształt,

- kształt niektórych ciał stałych można zmienić

- ciała stałe odznaczają się różnymi cechami: kruchością, sprężystością, plastycznością, - niektóre ciała stałe (np. metale, grafit) są dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności.

Ciecze:

- nie mają własnego kształtu, nalane do naczynia przybierają jego kształt, dają się przelewać, - mają swoją objętość, którą trudno jest zmienić, tzn. są mało ściśliwe,

- wlane do naczynia tworzą samorzutnie swoją górną powierzchnię, zwaną powierzchnią swobodną,

- są najczęściej złymi przewodnikami ciepła, - niektóre przewodzą prąd elektryczny.

Gazy:

- przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują, . - łatwo zmieniają objętość, tzn. są ściśliwe i rozprężliwe, - samorzutnie wypełniają całą dostępną im przestrzeń, - są złymi przewodnikami ciepła i prądu elektrycznego, - wywierają nacisk na ciała, które się w nich znajdują.

Pierwiastki chemiczne są zbudowane z atomów tego samego rodzaju.

Cząsteczki (drobiny, molekuły) mogą być zbudowane z atomów różnego rodzaju Ruchem nazywa się zmianę Położenia ciała względem przyjętego układu odniesienia.

Układ odniesienia to układ ciał, względem którego określa się położenie opisywanego ciała.

Względność ruchu – określenie, czy dane ciało jest w ruchu, czy w spoczynku, w zależności od wyboru układu odniesienia.

Tor ruchu – linia, którą „zakreśla” poruszające się ciało.

Droga – długość odcinka toru.

(5)

Strona 5 z 10

Przemieszczenie (przesunięcie) – wektor o początku w punkcie położenia początkowego i końcu w punkcie położenia końcowego.

Ruch jednostajny prostoliniowy _ ruch, w którym ciało pokonuje jednakowe odcinki drogi w takich samych odstępach czasu, a torem jest linia prosta.

Prędkość – stosunek wektora przemieszczenia do czasu, w którym to przemieszczenie nastąpiło:

Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy - \V tym ruchu odcinki drogi pokonywane w kolejnych sekundach mają się do siebie jak kolejne liczby nieparzyste.

Droga zwiększa się proporcjonalnie do kwadratu czasu. Tor ruchu jest linią prostą.

W ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym przyspieszenie ma wartość stałą.

Tarcie – siły oporu ruchu (pochodzące od oporu podłoża, środowiska).

I ZASADA DYNAMIKI NEWTONA

Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

I zasada dynamiki nosi również nazwę zasady bezwładności.

II ZASADA DYNAMIKI NEWTONA

Jeżeli na ciało działa niezrównoważona siła, to porusza się ono ruchem zmiennym z przyspieszeniem (opóźnieniem) wprost proporcjonalnym . do działającej siły, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała:

1 Niuton jest to siła, która ciału o masie 1 kg nadaje przyspieszenie 1 ₂ s m .

Spadające ciała poruszają się ruchem jednostajnie przyspieszonym. Przyspieszenie, z jakim porusza się spadające ciało, nazywa się przyspieszeniem ziemskim i wynosi 9,81 ₂

s g  m ? Czas swobodnego spadania ciała nie zależy od jego masy.

III ZASADA DYNAMIKI NEWTONA

Jeżeli jedno ciało działa pewną siłą na drugie ciało, to ciało drugie oddziałuje na ciało pierwsze z siłą równą co do wartości, działającą w tym samym kierunku, lecz mającą przeciwny zwrot. III zasada dynamiki nazywana jest też zasadą akcji i reakcji.

(6)

Strona 6 z 10

Pęd ciała – wielkość wektorowa o kierunku i zwrocie takich samych jak kierunek i zwrot wektora prędkości. Wartość pędu jest równa iloczynowi masy ciała i wartości prędkości.

Zasada zachowania pędu:

W izolowanym układzie ciał całkowity pęd układu nie zmienia się.

Siła dośrodkowa – siła działająca na ciało poruszające się ruchem jednostajnym po okręgu.

Kierunek jej działania jest zgodny z promieniem okręgu, a zwrot skierowany jest do środka okręgu.

Prawo powszechnego ciążenia: Dwa ciała przyciągają się siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.

Nieważkość to pozorne znikanie ciężaru (np. jeżeli stoimy w windzie, to naciskamy na podłogę windy siłą F=m*g, jeżeli winda zacznie opadać z przyspieszeniem g, to nie naciskamy na podłogę)

Planeta – ciało niebieskie o średnicy ponad 1000 km krążące wokół macierzystej gwiazdy.

Najbliższy Słońcu jest Merkury, potem Wenus, następnie Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton.

Wokół większości planet krążą księżyce, naturalne satelity.

Ziemia ma 1 księżyc, Mars – 2, Jowisz – 63, Saturn – 31, Neptun-l 3,

Planetoidy (nazywane także asteroidami). Są to ciała niebieskie o średnicy mniejszej niż 1000 km, obiegające Słońce po orbicie eliptycznej.

Najwięcej planetoid znajduje się między orbitami Marsa a Jowisza. Dotychczas znanych jest około 2000 planetoid.

Praca mechaniczna jest wykonana wtedy, gdy na ciało działa siła i skutkiem jej działania jest odkształcenie ciała łub jego przesunięcie.

Gdy ciało przesuwa się pod wpływem działania stałej siły o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem i zwrotem wektora przesunięcia, to wykonaną pracę zapisuje się wzorem: W=F.s Praca jest to iloczyn siły i przesunięcia w kierunku działania siły

Jednostką pracy jest dżul (1 J).

(7)

Strona 7 z 10

Dżul (1 J) – jest pracą wykonaną przez siłę 1 N na drodze 1 m, gdy kierunek i zwrot wektora działającej siły są zgodne z kierunkiem i zwrotem wektora przesunięcia.

Moc jest to stosunek pracy do czasu w jakim została wykonana. ( Moc to inaczej szybkośc wykonania pracy)

Jednostką mocy jest Wat (1 W)

1 Wat określa moc takiego urządzenia, które w czasie 1 s wykonuje pracę 1 J.

Energia to nagromadzony zasób pracy w danym ciele

Przyrost energii ciała jest równy wykonanej nad tym ciałem pracy.

Jednostką energii jest jednostka pracy, a więc dżul (1 )),

Wśród różnych rodzajów energii można wyróżnić dwie grupy: energię związaną z ruchem i energię oddziaływań między ciałami związaną ze zmianą wzajemnego położenia. Oba te rodzaje energii nazywamy łącznie energią mechaniczną.

Energia potencjalna ciężkości (grawitacji) – równoważna wykonanej pracy – zależy od masy ciała i od wysokości, na jaką to ciało zostanie wzniesione.

Energia potencjalna sprężystości to energia ściśniętej lub rozciągniętej sprężyny.

Energia kinetyczna jest to energia ciała będącego w ruchu.

Zasada zachowania energii: W układach odosobnionych całkowita energia nie ulega zmianie ( czyli suma energii potencjalnej i kinetycznej jest stała) ( lub przyrost energii wynosi zero)

Układ izolowany – układ ciał, na który nie działają siły zewnętrzne.

Dźwignia jednostronna jest to pręt podparty na końcu.

Dźwignia dwustronna to pręt podparty między końcami.

Przy korzystaniu z bloku nieruchomego nie zmienia się wartość siły – zmienia się jedynie jej zwrot.

Wartość siły, jaką należy przyłożyć, stosując blok ruchomy, jest dwa razy mniejsza niż podnoszony ciężar.

Maszyny proste:

- dźwignia dwustronna i jednostronna, - bloki nieruchome i ruchome,

- kołowrót, - równia pochyła

Maszyny proste to urządzenia ułatwiające wykonanie pracy.

Na ogół ich zastosowanie wiąże się ze zmniejszeniem wartości działającej siły.

(8)

Strona 8 z 10

Współczynnik sprawności η - określa stosunek energii uzyskanej za pomocą urządzenia do energii dostarczonej urządzeniu.

Temperatura ciała jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek substancji, z której zbudowane jest ciało.

Energia wewnętrzna ciała to suma energii potencjalnych i kinetycznych wszystkich cząsteczek substancji, z której zbudowane jest ciało.

Każde ciało (układ ciał , ma swoją energię wewnętrzną. Można ją zwiększyć, wykonując nad ciałem pracę, lub zmniejszyć, gdy ciało (np. sprężony gaz) samo będzie wykonywało pracę.

Energia w postaci ciepła przekazywana ciału wskutek przewodnictwa, konwekcji i promieniowania powoduje wzrost sumy energii kinetycznych cząsteczek, a więc wzrost energii wewnętrznej.

I zasadę termodynamiki:

Zmiana energii wewnętrznej ciała jest równa sumie pracy wykonanej nad ciałem i ciepła wymienionego z otoczeniem

Ciepło – ta ilość energii wewnętrznej, która jest przekazywana przez ciało o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej.

Ciepło właściwe jest równe liczbowo ilości ciepła, która jest potrzebna do ogrzania 1 kg masy danej substancji o 1 K lub o 1 oC (Pr

Bilans cieplny – jest to równość, która zachodzi pomiędzy ilością ciepła pobranego przez jedne ciała a ilością ciepła oddanego przez inne ciała w układzie zamkniętym. W takim układzie przyrost energii wewnętrznej jednych ciał jest równy ubytkowi energii wewnętrznej innych ciał. Bilans cieplny jest równoznaczny zasadzie zachowania energii wewnętrznej.

Ciepło topnienia danego ciała jest liczbowo równe ilości ciepła, która jest potrzebna, aby 1 kg substancji będącej w stanie stałym zamienić w ciecz (w temperaturze topnienia). Ciepło topnienia definiuje się jako iloraz depta potrzebnego do stopienia ciała (w temperaturze topnienia) przez jego masę.

Temperatury topnienia i krzepnięcia (dla ciał o budowie krystalicznej) są sobie równe.

Ciepło krzepnięcia jest równe liczbowo ilości ciepła, którą oddaje 1 kg cieczy, zamieniając się w ciało stałe (w temperaturze krzepnięcia). Ciepło krzepnięcia definiuje się jako iloraz ciepła oddanego przez krzepnące ciało (w temperaturze krzepnięcia) przez jego masę.

Ciepło parowania jest równe liczbowo ilości ciepła, które jest potrzebnego, aby 1 kg cieczy w temperaturze wrzenia zamienić w parę. Ciepło parowania definiuje się jako iloraz ciepła definiuje się jako ilość potrzebnego do wyparowania cieczy (w temperaturze wrzenia) przez jej masę.

Ciepło skraplania i ciepło parowania dla danej substancji są sobie równe.

Ruch drgający – ruch polegający na okresowych zmianach położenia układu (lub ciała).

(9)

Strona 9 z 10

Amplituda – największe wychylenie ciała z położenia równowagi.

Drgania gasnące – drgania zanikające, czyli drgania o malejącej w czasie amplitudzie, Drgania niegasnące – drgania, których amplituda w miarę upływu czasu nie zmienia swojej wartości.

Wahadło matematyczne – punkt materialny zawieszony na nieważkiej i nierozciągliwej nici, który po wychyleniu z położenia równowagi wykonuje ruch drgający.

Okres – czas jednego pełnego drgania.

Częstotliwość – liczba okresów (drgań) w jednostce czasu.

Częstotliwość drgań własnych (częstotliwość swobodna) – częstotliwość, z jaką. Drga dane ciało raz wprawione w ruch i pozostawione samo sobie.

Herc (1 Hz) – jednostka częstotliwości.

Rezonans mechaniczny to zjawisko pobudzenia do drgań ciała ciało drgające mające taką samą częstotliwość drgań własnych jak ciało pierwsze.

Rezonans przejawia się gwałtownym wzrostem amplitudy drgań.

Fala mechaniczna to przemieszczające się odkształcenie.

Fala poprzeczna to fala, której źródłem jest odkształcenie prostopadłe do kierunku jej przemieszczania.

Fala podłużna jest to fala, w której drgania odbywają się w kierunku równoległym do kierunku jej rozprzestrzeniania się.

Długość fali – droga, jaką pokonuje fala w czasie, gdy cząsteczka drgająca wykonuje jedno pełne drganie.

Dyfrakcja to ugięcie fali.

Interferencja to nakładanie się fal.

Źródłem dźwięku jest ciało drgające. Fala dźwiękowa, czyli akustyczna, rozprzestrzenia się w różnych ośrodkach: np. w powietrzu, wodzie lub szkle. Drgania są przenoszone przez

cząsteczki tych ośrodków. Fala akustyczna jest falą podłużną. Dźwięki słyszalne przez ucho ludzkie mieszczą się w granicach częstotliwości 16-20 000 Hz.

Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 340 m/s. w wodzie 1440m/s w stali 5000m/s.

(10)

Strona 10 z 10

Rezonans akustyczny – zjawisko pobudzania do drgań akustycznych ciała przez inne ciało drgające o tej samej częstotliwości własnej.

Ultradźwiękami nazywamy drgania o wyższych częstotliwościach niż 20 000 Hz.

Infradźwiękami nazywamy drgania o niższych częstotliwościach niż 16 Hz.

Dźwięk nie rozchodzi się w próżni.

Jeden mach jest to prędkość dźwięku w powietrzu.

Samoloty ponaddźwiękowe poruszają się z prędkością większą niż jeden mach.