Учебная работа. Реферат: Шпаргалки по физике

изменение
импульса второго
тела: p2=
Fвнутр2t+
Fвнеш2t.

Суммарный
импульс системы
равен p=p1+p2.
Сложив левые
и правые части
уравнений,
получим изменение
суммарного
импульса системы:
p=(Fвнутр1+
Fвнутр2)
t+(Fвнеш1+
Fвнеш2)
t.
По
третьему закону
Ньютона Fвнутр1=
—
Fвнутр2,
откуда
p=Fвнешt,
где Fвнешt
– резонирующий
импульс внешних
сил, действующих
на тела системы
. Итак, это уравнение
показывает,
что импульс
системы может
измениться
только под
действием
внешних сил.
Закон
сохранения
импульса можно
сформулировать
следующим
образом: Импульс
системы сохраняется,
если результирующий
импульс внешних
сил, действующих
на тела, входящих
в систему, равен
нулю. системы,
в которых на
тела действуют
только внутренние
силы, называются
замкнутыми.
Очевидно, что
в замкнутых
системах импульс
системы сохраняется.
Однако и в
незамкнутых
системах в
некоторых
случаях можно
использовать
закон сохранения
импульса. Перечислим
эти случаи.

1.
внешние силы
действуют, но
их результирующая
равна 0. 2. следовательно,
проекция импульса
на это направление
сохраняется,
хотя сам вектор
импульса не
остается постоянным.
3. Внешние силы
много меньше
внутренних
сил (Fвнеш< Fвнутр). Изменение импульса каждого из тел практически равно Fвнутрt.

Динамика
– раздел механики,
в котором изучается
движение тел
под действием
приложенных
к нему сил. В
основе динамике
лежат три закона
Ньютона. первый
закон Ньютона
– закон инерции.
Всякое тело
стремиться
сохранить
состояние покоя
или равномерного
прямолинейного
движения до
тех пор, пока
на него не действует
сила. состояние
покоя или
равномерного
прямолинейного
движения с
точки зрения
динамики не
различаются
(а=0). Масса
m
является
количественной
мерой инертности
тел. Сила
F
мера
взаимодействия
тел.
любое
изменение
характера
движения тела,
любое ускорение
есть результат
действия на
тело других
тел. Воздействие
одного тела
на другое может
происходить
при непосредственном
соприкосновении
тел или посредством
силовых полей.
Различают поле
тяготения,
электрическое
и магнитное
поля. Рассмотрим
основные силы.
1. Сила, вызванная
деформацией
тел и препятствующая
изменению
объема тела,
называется
силой
упругости.
Деформация
называется
упругой, если
после снятия
внешнего воздействия
тело возвращается
в исходное
состояние. При
небольших
деформациях
растяжения
или сжатия х
сила упругости
прямо пропорциональна
деформации
и направлена
в сторону
противоположную
ей. Fупр
= —
kx,
где k
– коэффициент
упругости,
зависящий от
свойств материала
и геометрии
деформируемого
тела. Сила упругости
препятствует
деформации.
Для характеристики
упругих свойств
вещества вводиться
величина E,
называемая
модулем
Юнга.
Напряжение
,
возникающие
в твердом теле,
равно =F/S,
где S
площадь
поперечного
сечения твердого
тела, на которое
воздействует
сила F.
Относительная
деформация
x/l0,
где l0
–
длина
тела до деформации
пропорциональна
напряжению,
возникающему
в твердом теле
(закон
Гука).
(1/E).
Физический
смысл модуля
Юнга состоит
в следующем:
величина E
численно равна
напряжению,
возникшему
в твердом теле
при относительной
деформации,
равной единице.
Из физического
смысла модуля
Юнга следует,
что E
является большим
по величине.
2.Сила
трения.
Трение, возникающие
при относительном
перемещении
сухих поверхностей
твердого тела,
называется
сухим трением.
Различают три
вида сухого
трения: трение
покоя, скольжения
и качения. Если
на тело действует
сила F,
но тело сохраняет
состояние покоя
(неподвижно
относительно
поверхности,
на которой оно
находиться),
то это означает,
что на тело
одновременно
действует сила,
равная по величине
и противоположная
по направлению,
— сила
трения покоя.
Сила трения
покоя всегда
равна по величине
и противоположна
по направлению
внешней действующей
силе: Fтр.покоя=-F.
Сила
трения скольжения
определяется
из соотношения:
Fтр=kN,
где k
– коэффициент
трения, зависящий
от шероховатости
и от физических
свойств соприкасающихся
поверхностей,
N
– сила реакции
опоры, эта сила
определяет
насколько тело
прижато к
поверхности,
по которой оно
движется. Сила
трения покоя
изменяется
по величине
от 0 до максимального
значения. Сила
трения скольжения
всегда направлена
в сторону,
противоположную
скорости движения
тела относительно
поверхности,
по которой оно
движется. Сила
трения качения
мала по сравнению
с силой трения
скольжения.
При больших
скоростях
сопротивление
перекатыванию
резко увеличивается
и тогда следует
рассматривать
силу трения
скольжения.
3. Все тела притягиваются
друг к другу.
Для материальных
точек (или шаров)
закон
всемирного
тяготения
имеет вид F=Gm1m2/r2,
где m1,m2
–массы
тел, r
— расстояние
между материальными
точками или
центрами шаров,
G
– гравитационная
постоянная.
Массы, входящие
в этот закон,
есть мера
гравитационного
взаимодействия
тел. Опыт показывает,
что гравитационная
и инертная
массы равны.
Физический
смысл G:
гравитационная
постоянная
численно равна
силе притяжения,
действующей
между двумя
материальными
точками или
шарами массами
1 кг, расположенными
на расстоянии
1 м друг от друга,
G=6,67*10-11H*м2/кг2.
Если тело массы
m
находиться
над поверхностью
земли на высоте
h,
то на него действует
сила
тяготения,
равная
F=GmM3/(R3+h)2,
где M3
–
масса
Земли,
R3
-радиус
Земли. В близи
земной поверхности
на все тела
действует сила,
обусловленная
притяжением,
— сила
тяжести.
Сила
тяжести
Fт
определяется
силой притяжения
земли и тем,
что Земля вращается
вокруг собственной
оси. В связи с
малостью угловой
скоростью
вращения Земли
(=7,27*10-3с-1)
сила тяжести
мало отличается
от силы тяготения.
При h3
м, то в точке A
встречаются
волны, излученные
разными атомами,
так как за время
10-8с
одним атомом
излучается
цуг волн длиной
l=ct=3
м, где с – скорость
света, равная
300000 км/с. Дифракция
света.
Явление огибания
волнами препятствий
и попадания
света в область
геометрической
тени называется
дифракцией.
Пусть плоская
волна падает
на щель в плоском
экране АВ. Согласно
принципа
Гюйгенса-Френеля,
каждая точка
волнового
фронта является
источником
вторичных волн,
причем все эти
различные
источники
когерентны.
Огибающая к
фронтам волн
от вторичных
источников
дает положение
нового фронта
волны. Явление
дифракции
наблюдается
при условии
соизмеримости
препятствий
с длинной волны
~d.
Все вторичные
источники
когерентны
и распределение
интенсивности
есть результат
интерференции
волн, излучаемых
вторичными
источниками.
Дифракционная
решетка
состоит из
чередующихся
прозрачных
и непрозрачных
полос. Суммарная
ширина прозрачной
и непрозрачной
полосы называется
периодом
дифракционной
решетки d.
Пусть на решетку
падает плоская
волна. Так как
~d,
то лучи начинают
откланяться
от первоначального
направления
распространения.
Щели являются
когерентными
источниками.
Фотоэффект.
Фотоэлектрическим
эффектом называется
испускание
электронов
с поверхности
металла под
действием
света. Если к
электродам
откачанной
трубки приложить
напряжение,
ток по цепи не
потечет, так
как пространстве
между катодом
и анодом нет
носителей тока.
Но при облучении
катода световым
потоком в цепи
появится ток.
При увеличении
напряжения
сила тока растет,
все большее
число электронов,
покинувших
катод под действием
света, достигает
анода. Начиная
с некоторого
значения напряжения
U1
сила тока в
цепи не изменяется.
Это означает,
что все электроны,
вышедшие из
катода за 1 с,
достигают
анода. Этот ток
Iн
называется
фототоком
насыщения. Он
позволяет
определить
количество
электронов,
покидающих
катод за 1 с. При
U,
равном нулю,
фототок отличен
от нуля. Это
объясняется
тем, что электроны
вылетают из
металлической
пластинки с
некоторой
скоростью и
не нужно создавать
электрического
поля для того,
чтобы они достигали
анода. Для того,
чтобы фототок
был равен нулю,
надо создать
поле, препятствующие
движению электронов
к аноду. Разность
потенциалов,
при которой
электроны не
достигают
анода, называется
задерживающим
напряжением
Uз.
Изменение
кинематической
энергии должно
быть равно
работе электростатических
сил поля, созданного
между электродами:
qeUз=mv2/2,
где qe
и Uз
< 0.

законы
Столетова для
фотоэффекта.
1.
Сила фототока
насыщения тем
больше, чем
больше падающий
на катод световой
поток (средняя
по времени
энергия, падающая
на поверхность
катода за единицу
времени). С
увеличением
падающего
потока возрастает
количество
электронов,
покидающих
катод. 2. максимальная
начальная
скорость
фотоэлектронов
определяется
частотой света
и не зависит
от его интенсивности.
Фотоэффект
наблюдается,
если длина
волны падающего
излучения
меньше некоторой
определенной
длины волны,
называемой
красной
границей фотоэффекта,
т.е. при 0
Ф/t=
-Ф’.
Явление
самоиндукции.
ток, текущий
по проводящему
контуру, создает
вокруг него
магнитное поле.
Магнитный
поток Ф, сцепленный
с контуром,
прямопропорционален
силе тока в
этом контуре:
Ф=LI,
где L
– индуктивность
контура. Индуктивность
проводника
зависит от его
формы, размеров,
а также от свойств
окружающей
среды. Так как
индукционный
ток вызван
изменением
силы тока в
самом проводнике,
то данное явление
возникновения
индукционного
тока называется
самоиндукцией,
а возникающая
эдс – эдс самоиндукции.
Самоиндукция
является частным
случаем явления
электромагнитной
индукции. Если
I
изменяется
со временем
по линейному
закону, то Ecи
=
— (Ф/t)=
— L(I/t),
где I/t
– скорость
изменения силы
тока. Эта формула
справедлива
только при
L=const.
Индуктивность
– величина,
численно равная
эдс самоиндукции,
возникающей
в контуре при
изменении силы
тока в нем на
единицу за
единицу времени.
В СИ за единицу
индуктивности
принимают
индуктивность
такого проводника,
в котором при
изменении тока
на 1А за 1с возникает
эдс самоиндукции
1В. Эта единица
называется
Генри (Гн): 1Гн=1В*с/А.
Энергия
магнитного
поля,
созданного
током, по закону
сохранения
энергии равна
энергии, затраченной
источником
на создание
тока. При замыкании
цепи ток в в
цепи вследствии
самоиндукции
не мразу достигнет
максимального
значения I0,
а посепенно.
При размакании
цепи ток также
изчезает не
сразу, а постепенно,
при этом в проводнике
выделяется
тепло. Так как
цепь разомкнута,
то это тепло
не может выделятся
за счет работы
источника, а
может быть
только следствием
энергии, накопленной
в соленоиде,
энергии магнитного
поля. Энергия
магнитного
поля соленоида,
когда ток полностью
прекратиться,
переходит в
джоулево тепло.
Выражение для
магнитного
поля соленоида
имеет вид: Wм=LI2/2.

Колебания.
Движения или
процессы, обладающие
свойством
повторяемости
во времени,
называются
колебаниями.
Колебания, при
которых смещение
изменяется
по законам
синуса или
косинуса, называются
гармоническими.
Любой произвольный
колебательный
процесс можно
представить
как сумму
гармонических
колебаний.
Механические
колебания.
Пусть к пружине
с коэффициентом
упругости k
прикреплен
груз массой
m,
находящийся
на идеально
гладкой поверхности.
При растяжении
пружины на тело
начинает действовать
сила упругости
Fупр=
-kx.
Если тело отпустить,
то под действием
силы упругости
оно начинает
двигаться в
сторону, противоположную
смещению. Проходя
положение
равновесия,
тело будет
обладать максимальной
скоростью и
по инерции
продолжит
движение сжимая
пружину. Под
действием силы
упругости,
возникающей
при деформации
сжатия, тело
остановится
и начнет двигаться
к положению
равновесия
и т.д. При этом
х — смещение
тела от положения
равновесия
О – изменяется
по закону
x=Asin(t+0),
где As,
,
0
не зависят от
времени. Это
уравнение
называется
уравнением
колебаний.
Амплитуда
А
– максимальное
смещение от
положения
равновесия.
Циклическая
частота

— число полных
колебаний,
совершаемых
системой за
промежуток
времени 2
с. Частота

— число полных
колебаний,
совершаемых
системой за
1 с. Период
колебаний
Т – промежуток
времени, за
который совершается
одно полное
колебание.

Фаза
колебаний
(t+0)
определяет
положение
колеблющегося
тела в момент
времени t=0.
Фаза обычно
измеряется
в радианах.
T=1/.
Динамика
гармонических
колебаний.
Согласно 2-му
закону Ньютона,
max=Fрезx,
где Fрезx
–
проекция на
ось х результирующей
всех сил действующих
на тело. Поскольку
ах=
-2х,
Fрезx
= -m2х,
где Fрезx
–
сил, действующих
на тело, совершающее
гармоническое
колебание,
прямо пропорциональна
смещению и
направлена
в сторону,
противоположную
смещению. Силы,
прямо пропорциональные
смещению и
направленные
в сторону
противоположную
смещению, т.е.
удовлетворяющие
условию Fx=
-kx,
но имеющие иную
природу, чем
упругие силы,
называются
квазиупругими.
Гармонические
колебания
совершаются
по действием
упругих или
квазиупругих
сил. Сложение
колебаний,
направленных
вдоль одной
прямой. Пусть
материальная
точка одновременно
участвует в
двух колебаниях,
происходящих
вдоль одной
прямой, например
вдоль оси х.
Частоты колебаний
одинаковы, а
разность фаз
есть .
Тогда уравнение
колебаний имеют
вид x1=A1sint,
x2=A2sin(t-).
При сложении
этих двух колебаний
получим x=x1+x2=
A1sint+A2sin(t-).
очевидно,
что амплитуда
результирующего
колебания будет
зависеть от
разности фаз.
Так, если =
2n,
где n=0,1,2,3,…,n,
то х=(А1+А2)sint,
т.е. амплитуда
результирующего
колебания будет
равна сумме
амплитуд складываемых
колебаний. Если
=
(2n+1)
,
то х=(А1-А2)sint,
т.е амплитуда
результирующего
колебания будет
равна разности
амплитуд и
колебания
происходят
с минимальной
амплитудой.
Если амплитуды
складываемых
колебаний
равны, то в этом
случае колебаний
вообще происходить
не будет. Затухающие
колебания.
Во всех реальных
случаях колебаний
помимо силы
упругости на
тело действует
сила сопротивления,
которая обычно
считается
пропорциональной
скорости и
направленной
в сторону
противоположную
скорости. F2=
-rv,
где r-постоянный
коэффициент.
Тогда из 2-го
закона Ньютона
имеем ma=
-kx-rv,
причем 02=k/m,
0
–
частота собственных
колебаний
сиситемы в
отсутствии
затухания,
r/m=2,
где 
— коэффициент
затухания.
очевидно, чем
больше r
и
чем
меньше m,
тем быстрее
будут затухать
колебания.
Вынужденные
колебания.
Для поддержания
колебаний в
системе необходимо,
чтобы действовала
сила, работа
которой компенсировала
бы уменьшение
механической
энергии. Эта
сила должна
быть переменной,
так как постоянная
сила может
только изменить
положение
равновесия,
но не может
способствовать
поддержанию
колебаний в
системе. Таким
образом, на
систему, совершающую
колебания
должна действовать
вынуждающая
сила
F3=F0sint,
где F0
–
амплитуда
вынуждающей
силы, 
— ее частота.
помимо вынуждающей
силы на тело
действует сила
упругости F1=
-kx

и сила сопротивления
F2=
-rv.
Из 2-го закона
Ньютона имеем
ma= -kx-rv+F0sint.
Собственные
колебания в
системе затухнут,
следовательно,
вынужденные
колебания
происходят
с частотой
вынуждающей
силы. Колебания,
происходящие
под действием
вынужденной
силы, называются
вынужденными
колебаниями.
Амплитуда и
фаза зависят
от соотношения
между частотой
собственных
колебаний и
частотой вынуждающей
силы. При совпадении
этих частот
амплитуда
колебаний будет
резко возрастать.
Это явление
получило название
резонанса.
Резонансная
амплитуда
зависит от
сопротивления
среды.

Интерференция
волн.
Интерференция
– сложение волн
с образованием
устойчивой
картины максимумов
и минимумов
амплитуды
колебаний.
необходимым
условием
интерференции
называется
когерентность
источников.
Когерентными
называются
источники,
вызывающие
в каждой точке
пространства
колебания,
разность фаз
которых остается
постоянной
во времени.
такие источники
излучают когерентные
волны. очевидно,
что только
источники,
возбуждающие
колебания с
одинаковыми
частотами могут
быть когерентными,
так как, если
12,
то разность
фаз равна
2-1=2t+02-1t-01=(2-1)t+02-01
и
зависит от
времени. Если
источники не
когерентны,
то во всех точках
пространства
будет возбуждаться
колебания,
разность фаз
которых изменяется
со временем.
Изменяется
со временем
и амплитуда
результирующего
колебания, т.е.
интерференции
не будет. Электромагнитные
колебания.
Колебательный
контур состоит
из катушки
индуктивности
L
и конденсатора
C.
Если
зарядить конденсатор
до напряжения
U0,
то в начальный
момент времени
t1=0

на обкладках
конденсатора
будут максимальных
значения напряжения
U0
и заряда q0=СU0.
Полная энергия
системы равна
энергии электрического
поля конденсатора:
W=Wэл=
СU02/2=
q02/2C.
По цепи начинает
течь ток, так
как обкладки
конденсатора
замкнуты на
индуктивность,
однако вследствии
самоиндукции
конденсатор
разряжается
не мгновенно,
а постепенно.
Ток через
индуктивность
увеличивается,
достигая
максимального
уровня I0.
В момент времени
t2=T/4
заряд конденсатора
станет равным
нулю, а ток достигнет
максимального
значения I0.
Когда напряжение
обращается
в нуль, ток в
цепи должен
прекратиться,
однако в следствии
самоиндукции
ток будет продолжать
течь, что вызовет
перезарядку
конденсатора.
постепенно
ток уменьшится
до нуля. Затем
конденсатор
начнет разряжаться,
причем ток
через индуктивность
течет в обратном
направлении
и т.д. Через
промежуток
времени, равный
Т, система приходит
в исходное
состояние.
Частота колебания
равна =1/((LC)).
Период колебаний
равен
T=2(LC).
В колебательном
контуре по
гармоническому
закону изменяется
заряд, напряжение
на обкладках
конденсатора
и мила тока в
контуре. Электромагнитные
волны.
Согласно теории
Максвелла,
переменное
магнитное поле
вызывает появление
переменного
вихревого эл.
поля, которое,
в свою очередь,
вызывает появление
переменного
магнитного
поля и т.д. Таким
образом происходит
распространение
электромагнитных
возмущений
в пространстве
т.е. распространяется
электромагнитная
волна. основные
свойства
электромагнитных
волн. 1. Электромагнитная
волна – поперечная.
2. Скорость
электромагнитных
волн в вакууме
равна v=c=3*108м/с
и совпадает
со скоростью
света. В среде
v=c/(),
где 
и 
— диэлектрическая
и магнитная
проницаемости
среды. 3. Электромагнитные
волны переносят
энергию. 4.
Электромагнитные
волны отражаются
от проводящих
поверхностей
и преломляются
на границе двух
диэлектриков.
5. Электромагнитные
волны оказывают
давление на
тела. 6. Если
электромагнитная
волна оказывает
давление на
тела, т.е. сообщает
им импульс,
следовательно,
она также обладает
импульсом. 7.
Наблюдается
дифракция,
интерференция
и поляризация
электромагнитных
волн.