|
Berezvai Dani 10D
|
Fizika – Mechanika, Mágnes
A fizika a görög “Füzizz” szóból származik, jelentése: természet.
A mechanika a fizika mozgásokkal és erőkkel foglalkozó ága. A klasszikus mechanika nem használható két speciális esetben:
- Atomi szinten – kvantummechanika
- Fénysebességhez közel – relativitáselmélet
Vonatkoztatási rendszer:
Minden mozgás viszonylagos, relatív. A mérés összehasonlítás. Szükség van alapegységekre.
SI: l, m, t, I, T. Váltószámok: m, c, d, egység, dk, h, k. Tömeg ≠ Súly. 1 l = 1 dm3. 0 K = -273 °C
Pontszerű test:
A valós testeket pontként ábrázoljuk, így könnyebb velük számításokat végezni. A nyugvó testet jellemzi a tömege.
Pálya, Út, Elmozdulás, Vektor:
Pálya: Az a geometriai vonal, amelyen a mozgó test halad. (út, sín, nyomvonal)
Út: A pálya azon része, amelyen a mozgó test végighalad. Jele: s [s] = m
Elmozdulás: A mozgás kezdőpontjából a végpontjába mutató vektor. AB
Vektor: Irányított szakasz. Jele: a
Ezen az ábrán az elmozdulás 0, mert a labda ugyanoda érkezett vissza, ahonnan
kiindult. (Ezt nevezzük nullvektornak. A nullvektor hossza 0, iránya tetszőleges.)
Az út viszont nem nulla, hanem kétszer a labda távolsága a földtől.
Sebesség (Pontszerű test egyenes vonalú egyenletes mozgása):
v=s/t [v]=m/s Fontos: fény C=3•108 m/s, hang 343 m/s. Átváltás: 1 m/s = 3,6 km/h
Grafikon: út/idő (egyenes, metszi az idő tengelyt) és sebesség/idő (párhuzamos az idő tengellyel).
Példák: gyalog 4 km/h, futva 16, autóval 60. Víziló 15 m/s, strucc 35, fecske 60, golyó 1500.
Átlagsebesség: vátl=sö/tö (Összes út és a megtételéhez szükséges összes idő hányadosa.)
Pillanatnyi sebesség: vpill=s0/t0 (Nagyon rövid idő alatti átlagsebesség.)
Megtett út (s) = Grafikon alatti terület: (Feldaraboljuk és összeadjuk a területeket.)
Vektorműveletek:
Szorzás számmal (a•9), Összeadás (a+b), Kivonás (a–b). [Két vektor összeszorzása (a•b)]
Összeadás: Egymásbafűz, legelső kezdőpontjától a legutolsó végpontjába mutató vektor.
Kivonás: Egymásbafűz, kisebbítendő végpontjából a kivonandó kezdőpontjába mutató vektor.
Gyorsulás (Pontszerű test egyenes vonalú egyenletesen változó mozgása):
a=Δv/t Időegység alatti sebességváltozás. [a]=m/s2
s=at2/2 Szabadesés esetén a nehézségi gyorsulás g=a=9,81 m/s2 (Magyarországon!)
Periodikus mozgás:
Pályája zárt vonal: kör, téglalap, ellipszis, szakasz (oda-vissza mozog), vagy akár szabálytalan.
Egyenletes körmozgás:
Periódusidő: Egy fordulat (periódus) megtételéhez szükséges idő. Jele: T [T]=s
Fordulatszám (frekvencia): Időegység alatti fordulatok száma. n=1/T [n]=Hz (1/s)
Szögelfordulás: (fí) φ A szögeket Radiánban mérjük, 57,3°=1 Radián.
Szögsebesség: (omega) ω 1s alatti szögelfordulás ω=φ/t | ω=2π/T
Kerületi sebesség: v=rω | v=Ko/T (Ko = Kör kerülete = 2rπ)
Tehetetlenség (Newton első törvénye):
Minden test megtartja nyugalmát vagy egyenes vonalú egyenletes mozgását mindaddig, amíg más test a mozgásállapotát meg nem változtatja. Jele: m [m]=kg
Ez csak inerciarendszerben érvényes. (Inerciarendszer: rögzített vonatkoztatási rendszer, nyugalomban van, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez. Pl egy állócsillag.)
Sűrűség: Egységnyi térfogatú anyag tömege. (ró) ρ=m/V [ρ]=kg/m3
Impulzus (lendület): A tömeg és a sebességvektor szorzata. I=mv [I]=kgm/s
A dinamika alapegyenlete (Newton második törvénye):
F=ma [F]=kgm/s2=N (Newton tiszteletére)
Hatás-ellenhatás (Newton harmadik törvénye):
Két test kölcsönhatása során mindkét testre azonos nagyságú, egymással ellentétes irányú erő hat.
Erőhatások függetlenségének elve (Newton negyedik törvénye):
Ha egy testre egyidejűleg több erő hat, akkor az erőhatások egymást nem zavarva, egymástól függetlenül adódnak össze. Az erőhatásokat szabad összegezni.
Rugóállandó (Direkciós erő):
D=F/Δl Ahol D a rugóállandó, F az erő, Δl a rugó hosszúságának változása [D]=N/m
Súly:
Az az erő, amellyel a test nyomja az alátámasztást, vagy húzza a felfüggesztést.
G=mg (Nyugalomban lévő test esetén!) Felfelé: G=m(g+a) Lefelé: G=m(g-a)
Súlytalanság: A szabadon eső test nem nyomja az alátámasztást, és nem húzza a felfüggesztést.
Erők összegzése:
Paralelogramma módszer vagy egymásba fűzéses módszerrel lehet erőket összeadni.
A testre ható erők hatásvonaluk mentén eltolhatóak.
Forgatónyomaték: Erő és erőkar szorzata: M=Fk Ahol k az F erő távolsága az O ponttól.
Egyensúly: Testre ható erők összege nulla és a forgatónyomatékaik összege bármely pontra nulla.
Erőpár: Két párhuzamos, ellentétes irányú, azonos nagyságú erő. M=Fd Ahol d az erők távolsága
Súlypont: A nehézségi erők eredőjének támadási pontja. Itt alátámasztott test nyugalomban van.
Erőfajták:
Kényszererő: A felületre helyezett test nyomja a felületet. A hatás-ellenhatás miatt a felület is nyomja a testet, ez a K. A kényszererő merőleges a felületre.
Tapadási súrlódás: A nyugalomban lévő testre ható F erőpárja, amíg el nem éri maximumát:
Tapadási súrlódás maximuma: S=µ0K Ahol µ0 (Mü0) a Tapadási súrlódási együttható.
Csúszási súrlódás: Iránya ellentétes a sebesség irányával. Függ a felület minőségétől és az erőtől, nem függ a felület nagyságától. S=µK Ahol µ (Mü) a Csúszási Súrlódási együttható.
Összefüggés: µ0 mindig nagyobb, mint µ. Tapadás>Csúszás(>>Gördülés, ami alakfüggő)
Közegellenállás: Légnemű/Folyékony közegben, kis sebességnél v-vel, nagy v-nél v2-tel arányos.
Munka, teljesítmény:
Munkavégzés: Erő hatására adott úton elmozdul egy test. W=Fs [W]=J (Joule) (J=Nm=kgm2/s2)
Ha F és s szöget zárnak be, csak az F erő s elmozdulás irányába eső komponensét kell használni. (Vagy a vektorok skaláris szorzatát: W=F•s•Cos(α) Ahol α a két vektor által közbezárt szög.)
Emelés: W=mgh Ahol h az emelés magassága. (W→Fs→Fh→Gh→mgh)
Ha az erő és az elmozdulás egymásra merőlegesek, akkor nincs munka. (Mert 90° koszinusza 0.)
Rugó: W=Dx2/2
Teljesítmény: 1s alatt végzett munka. P=W/t [P]=W (watt, J/s, kgm2/s3) Lóerő: 1 LE = 736 W
J=Ws: 1 Ws = 3,600,000 kWh watt-másodperc/-szekundum, kilowattóra.
Hatásfok: η=Wh/Wö Hasznos munka és összes munka hányadosa. (η éta) Százalékban használjuk
Mozgási és helyzeti energia ([E]=J):
Helyzeti Energia: Eh=mgh Ahol mg a test súlya, h pedig az alapszinttől való távolsága.
Mozgási energia: Em=mv2/2 Szabadon eső testnél Em=Eh
Konzervatív erőtérben érvényes a mechanikai energia megmaradási tétele:
Olyan erőtérben ahol a testnek van helyzeti energiája, az Eh+Em összege állandó. (De ha súrlódás hat a testre, akkor nem.) Rugalmas energia: Er=Dx2/2
Munkatétel: A testre ható erők munkája a mozgási energia változását okozza:
W = ΔEm = m/2(v22-v12)
A gravitáció:
Fg=γmM/r2 Ahol γ a gravitációs állandó, m és M a két test tömege és r2 a távolságuk négyzete.
Mágnes:
Természetes állapotukban az anyagok nem mágnesesek. Ez megváltoztatható mágnesezéssel.
A mágnesnek két pólusa van. Ha pl. a rúdmágnest kettévágjuk, újra két pólus alakul ki a feleken.
Állandó mágnes: Anyaga pl. magnetit, nem veszíti el mágneses töltését. Rúd- és Patkómágnes
Északi pólus – piros, Déli pólus – kék. Erőssége nem gyengül más tárgyak megmágnesezésétől.
A vas mágnesezhető, de nem tartja meg töltését. Az acél viszont megőrzi azt.
Ellentétes töltések vonzzák egymást, azonosak taszítják.
Elektromágnes alkalmazásai: Villanycsengő, automata biztosíték, egyenáramú motor.