Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле

Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых  взаимодействиях, происходящих внутри этой системы. Другими словами: в  замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов  этих тел после взаимодействия. В  случае незамкнутой системы импульс  тел системы не сохраняется. Однако если в системе существует направление, по которому внешние силы не действуют  или их действие скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это  направление. Кроме того, если время  взаимодействия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние  силы незначительно изменяют импульсы взаимодействующих тел. Поэтому  для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон  сохранения импульса.

   

     Экспериментальные  исследования взаимодействий различных  тел — от планет и звезд  до атомов и элементарных частиц  — показали, что в любой системе  взаимодействующих тел при отсутствии  действия со стороны других  тел, не входящих в систему,  или равенстве нулю суммы действующих  сил геометрическая сумма импульсов  тел действительно остается неизменной.

   

     В механике  закон сохранения импульса и  законы Ньютона связаны между  собой. Если на тело массой  т в течение времени t действует  сила и скорость его движения  изменяется от v0 до v, то ускорение  движения а тела равно Ha основании второго закона Ньютона для силы F можно записать отсюда следует

Ft — векторная физическая величина, характеризующая действие на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Единица импульса силы в СИ — Н*с.

  Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отделения от тела его части.

     Пусть тело  массой т покоилось. От тела  отделилась со скоростью vl какая-то его часть массой т1. Тогда оставшаяся часть придет в движение в противоположную сторону со скоростью D2, масса оставшейся части т2. Действительно, сумма импульсов обеих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит  К. Э. Циолковскому.

   

     Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рассчитал запасы топлива, необходимые для преодоления силы земного притяжения; основы теории жидкостного реактивного двигателя, а также элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одновременно) и последовательный (реактивные двигатели работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигателем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспечения на них. Технические идеи Циолковского находят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реактивной струи по закону сохранения импульса лежит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактивный принцип.

 

 

 

 

 

 

 

 

Б3,2 Задача на определение периода и частоты свободных колебаний в колебательном контуре.

Б4,1 Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.

 

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе  существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Сила всемирного тяготения проявляется  в Космосе, Солнечной системе  и на Земле. Ньютон обобщил законы движения небесных тел и выяснил, что сила F равна:

массы взаимодействующих  тел, R — расстояние между ними, G — коэффициент пропорциональности, который называется гравитационной постоянной. Численное значение гравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш, измеряя силу взаимодействия между свинцовыми шарами. В результате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

   

     Физический  смысл гравитационной постоянной вытекает из закона всемирного тяготения. Если m1 = m2 = 1 кг, R = 1 м, то G = F, т. е. гравитационная постоянная равна силе, с которой притягиваются два тела по 1 кг на расстоянии 1 м. Численное значение:

Силы всемирного тяготения  действуют между любыми телами в  природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или если хотя бы масса одного из тел велика). Закон  же всемирного тяготения выполняется  только для материальных точек и  шаров (в этом случае за расстояние принимается расстояние между центрами шаров).

   

     Частным видом  силы всемирного тяготения является  сила притяжения тел к Земле  (или к другой планете). Эту  силу называют силой тяжести.  Под действием этой силы все  тела приобретают ускорение свободного  падения. В соответствии со  вторым законом Ньютона g = Ft*m следовательно, Ft = mg. Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зависимости от высоты h над поверхностью Земли и географической широты положения тела ускорение свободного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли и в средних широтах ускорение свободного падения равно 9,831 м/с2.

    В технике и быту широко используется понятие веса тела. Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате гравитационного притяжения к планете (рис. 6). Вес тела обозначается Р. Единица веса — Н. Так как вес равен силе, с которой тело действует на опору, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо определить, чему равна сила реакции опоры.

 

 

   Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой  не движется. В этом случае  сила реакции опоры, а следовательно, и вес тела равен силе тяжести (рис. 7):

 

Р = N = mg.

В случае движения тела вертикально  вверх вместе с опорой с ускорением по второму закону Ньютона можно  записать mg + N = та (рис. 8, а).

   

     В проекции  на ось OX: -mg + N = та, отсюда N = m(g + a).

   

     Следовательно,  при движении вертикально вверх  с ускорением вес тела увеличивается  и находится по формуле Р = m(g + a).

   

     Увеличение  веса тела, вызванное ускоренным  движением опоры или подвеса,  называют перегрузкой. Действие  перегрузки испытывают на себе  космонавты как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

   

     Если тело  движется вниз по вертикали,  то с помощью аналогичных рассуждений  получаем

 

     т. е. вес  при движении по вертикали  с ускорением будет-меньше силы тяжести (рис. 8, б).

   

     Если тело  свободно падает, то в этом  случае P = (g- g)m = 0.

   

     Состояние тела, в котором его вес равен  нулю, называют невесомостью. Состояние  невесомости наблюдается в самолете  или космическом корабле при  движении с ускорением свободного  падения независимо от направления  и значения скорости их движения. За пределами земной атмосферы  при выключении реактивных двигателей  на космический корабль действует  только сила всемирного тяготения.  Под действием этой силы космический  корабль и все тела, находящиеся  в нем, движутся с одинаковым  ускорением, поэтому в корабле  наблюдается состояние невесомости.

 

Б4,2 Задача на применение первого закона термодинамики.

 

 

 

Б5,1 

     Механическими колебаниями называют движения тела, повторяющиеся точно или приблизительно через одинаковые промежутки времени. Основными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период. Смещение — это отклонение тела от положения равновесия. Амплитуда — модуль максимального отклонения от положения равновесия. Частота — число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период — время одного полного колебания, т. е. минимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/Т.

   

     Простейший  вид колебательного движения  — гармонические колебания, при  которых колеблющаяся величина  изменяется со временем по  закону синуса или косинуса (рис. 9).

   

     Свободными  называют колебания, которые совершаются  за счет первоначально сообщенной  энергии при последующем отсутствии  внешних воздействий на систему,  совершающую колебания. Например, колебания груза на нити (рис. 10).

   

     Рассмотрим  процесс превращения энергии  на примере колебаний груза  на нити (см. рис. 10).

   

     При отклонении  маятника от положения равновесия  он поднимается на высоту h относительно  нулевого уровня, следовательно,  в точке А маятник

           

  обладает потенциальной  энергией mgh. При движении к положению равновесия, к точке О, уменьшается высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратится в кинетическую энергию mv^2/2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максимальное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, скорость маятника уменьшается и при максимальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движении всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергии.

   

     При свободных  механических колебаниях неизбежно  происходит потеря энергии на  преодоление сил сопротивления.  Если колебания происходят под  действием периодической внешней  силы, то такие колебания называют  вынужденными. Например, родители раскачивают  ребенка на качелях, поршень  движется в цилиндре двигателя  автомобиля, колеблются нож электробритвы  и игла швейной машины. Характер  вынужденных колебаний зависит  от характера действия внешней  силы, от ее величины, направления,  частоты действия и не зависит  от размеров и свойств колеблющегося  тела. Например, фундамент мотора, на  котором он закреплен, совершает  вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов  мотора, и не зависит от размеров  фундамента.

   

При совпадении частоты внешней  силы и частоты собственных колебаний  тела амплитуда вынужденных колебаний  резко возрастает. Такое явление  называют механическим резонансом. Графически зависимость амплитуды вынужденных  колебаний от частоты действия внешней  силы показана на рисунке 11.

   

     Явление резонанса  может быть причиной разрушения  машин, зданий, мостов, если собственные  их частоты совпадают с частотой  периодически действующей силы. Поэтому, например, двигатели в  автомобилях устанавливают на  специальных амортизаторах, а  воинским подразделениям при  движении по мосту запрещается  идти «в ногу».

   

     При отсутствии  трения амплитуда вынужденных  колебаний при резонансе должна  возрастать со временем неограниченно.  В реальных системах амплитуда  в установившемся режиме резонанса  определяется условием потерь  энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.

 

Б5,2

                           Лабораторная работа                          

 Расчет и измерение  сопротивления 2-х параллельно  включенных резисторов.

  Оборудование: амперметр,  вольтметр, 2 резистора, источник  тока, ключ. 

                         

 

  Выполнение работы:                           

 

 

, , ,

 

 

     R1=40 м; R2=20 м

   

 

R=

   

 

 

R=    Ом

   

 

Б6,1

Молекулярно-кинетическая теория — это раздел физики, изучающий  свойства различных состояний вещества, основывающийся на представлениях о  существовании молекул и атомов как мельчайших частиц вещества. В  основе МКТ лежат три основных положения:

   

     1. Все вещества  состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.

   

     2. Эти частицы  находятся в непрерывном хаотическом  движении, скорость которого определяет  температуру вещества.

   

     3. Между частицами  существуют силы притяжения и  отталкивания, характер которых  зависит от расстояния между  ними.

   

     Основные положения  МКТ подтверждаются многими опытными  фактами. Существование молекул,  атомов и ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены  и даже сфотографированы с  помощью электронных микроскопов.  Способность газов неограниченно  расширяться и занимать весь  предоставленный им объем объясняется  непрерывным хаотическим движением  молекул. Упругость газов, твердых  и жидких тел, способность жидкостей  смачивать некоторые твердые  тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами  и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления. Подтверждением непрерывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.