DEFINICJE - BOŻEK
Ruch - pod pojęciem ruchu rozumiemy zmiany wzajemnego położenia jednych ciał względem drugich wraz z upływem czasu.
Punkty materialne to obiekty obdarzone masą, których rozmiary (objętość) możemy zaniedbać.
Prędkość definiujemy jako zmianę położenia ciała w jednostce czasu.
Prędkość chwilowa jest pochodną drogi względem czasu
Przyspieszeniem nazywamy tempo zmian prędkości.
ODDZIAŁYWANIA
• Oddziaływanie grawitacyjne - siła grawitacyjna działa na wszystkie masy (jest siłą powszechną) i pochodzi od mas; ma długi zasięg i najmniejsze względne natężenie;
• Oddziaływanie elektromagnetyczne - siła elektromagnetyczna działa na ładunki i prądy i jej źródłem są ładunki i prądy; ma długi zasięg. Siły międzyatomowe mają charakter elektromagnetyczny ponieważ atomy zawierają naładowane elektrony i protony, a oddziaływania elektromagnetyczne ma wielokrotnie większe natężenie od grawitacyjnego. Większość sił z jakimi spotykamy się na co dzień np. tarcie, siła sprężystości jest wynikiem oddziaływania atomów, są to więc siły elektromagnetyczne;
• Oddziaływanie jądrowe (silne) - siła utrzymująca w całości jądra atomowe pomimo odpychania między protonami (ładunki dodatnie), ma bardzo krótki zasięg i największe względne natężenie;
• Oddziaływanie słabe - temu oddziaływaniu podlegają wszystkie cząstki elementarne, w szczególności oddziaływanie to odpowiada za rozpady cząstek elementarnych.
PĘD ciała definiujemy jako iloczyn jego masy i prędkości (wektorowej)
SIŁA - jeżeli na ciało o masie m działa siła F, to definiujemy ją jako zmianę w czasie pędu tego ciała.
I ZASADA DYNAMIKI NEWTONA
Ciało, na które nie działa żadna siła (lub gdy siła wypadkowa jest równa zeru) pozostaje w spoczynku lub porusza się ze stałą prędkością po linii prostej.
Pierwsza zasada dynamiki stwierdza, że jeżeli na ciało nie działa żadna siła (lub gdy siła wypadkowa jest równa zeru) to istnieje taki układ odniesienia, w którym to ciało spoczywa lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Taki układ nazywamy układem inercjalnym.
II ZASADA DYNAMIKI NEWTONA
Tempo zmian pędu ciała jest równe sile wypadkowej działającej na to ciało. Dlaciała o stałej masie sprowadza się to do iloczynu masy i przyspieszenia ciała.
III ZASADA DYNAMIKI NEWTONA
Gdy dwa ciała oddziałują wzajemnie, to siła wywierana przez ciało drugie na ciało pierwsze jest równa i przeciwnie skierowana do siły, jaką ciało pierwsze działa na drugie.
TARCIE STATYCZNE
Ts jest w przybliżeniu niezależna od wielkości pola powierzchni styku ciał;
Ts jest proporcjonalna do siły z jaką jedna powierzchnia naciska na drugą.
TARCIE KINETYCZNE
Tk nie zależy od prędkości względnej poruszania się powierzchni.
SIŁA BEZWŁADNOŚCI - Iloczyn masy i przyspieszenia unoszenia (ze znakiem minus) nazywamy siłą
bezwładności Fb.
PRAWO POWSZECHNEGO CIAZENIA
Każde dwa ciała o masach m1 i m2 przyciągają się wzajemnie siłą grawitacji wprost proporcjonalną do iloczynu mas, a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.
PRAWA KEPLERA
1. Pierwsze prawo Keplera: Każda planeta krąży po orbicie eliptycznej, ze Słońcem w jednym z ognisk tej elipsy.
2. Drugie prawo Keplera (prawo równych pól): Linia łącząca Słońce i planetę zakreśla równe pola w równych odstępach czasu.
3. Trzecie prawo Keplera: Sześciany półosi wielkich orbit dowolnych dwóch planet mają się do siebie jak kwadraty ich okresów obiegu (półoś wielka jest połową najdłuższej cięciwy elipsy).
Ciężar definiujemy jako siłę ciężkości działającą na ciało.
Zasada równoważności - masa bezwładna jest równa masie
Praca W:
1) wykonana przez stałą siłę F jest iloczynem skalarnym tej siły F i wektora przesunięcia s.
2)wykonana przez siłę F działającą na ciało o masie m jest równa zmianie energii kinetycznej tego ciała.
Energia kinetyczna - Połowa iloczynu masy ciała i kwadratu prędkości.
Moc definiujemy jako ilość wykonanej pracy (lub przekazanej energii) do czasu w jakim została ona wykonana
Siła jest zachowawcza, jeżeli praca wykonana przez tę siłę nad punktem materialnym, który porusza się po dowolnej drodze zamkniętej jest równa zeru.
Siła jest niezachowawcza jeżeli praca wykonana przez tę siłę nad punktem materialnym, który porusza się po dowolnej drodze zamkniętej nie jest równa zeru.
Siłę nazywamy zachowawczą jeżeli praca wykonana przez nią nad punktem materialnym poruszającym się między dwoma punktami zależy tylko od tych punktów, a nie od łączącej je drogi. Siłę nazywamy niezachowawczą jeżeli praca wykonana przez nią nad punktem materialnym poruszającym się między dwoma
punktami zależy od drogi łączącej te punkty.
Potencjał pola grawitacyjnego - stosunek grawitacyjnej energii potencjalnej masy m do wartości tej masy.
Zasada zachowania energii mechanicznej mówi, że dla ciała podlegającego działaniu siły zachowawczej, suma energii kinetycznej i potencjalnej jest stała.
ZASADA ZACHOWANIA ENERGII CAŁKOWITEJ
Energia całkowita, tj. suma energii kinetycznej, energii potencjalnej i energii wewnętrznej w układzie odosobnionym nie zmienia się. Mamy więc zasadę zachowania energii całkowitej. Inaczej mówiąc energia może być przekształcana z jednej formy w inną, ale nie może być wytwarzana ani niszczona; energia całkowita jest wielkością stałą.
Środek masy układu punktów materialnych porusza się w taki sposób, jakby cała masa układu była skupiona w środku masy i jakby wszystkie siły zewnętrzne nań działały.
PĘD - całkowity pęd układu punktów materialnych jest równy iloczynowi całkowitej masy układu i prędkości jego środka masy.
ZASADA ZACHOWANIA PĘDU
Jeżeli wypadkowa sił zewnętrznych działających na układ jest równa zeru, to całkowity wektor pędu układu pozostaje stały.
Zderzenia sprężyste i niesprężyste - gdy dwa ciała zderzają się to zderzenie może być sprężyste (elastyczne) lub niesprężyste (nieelastyczne) w zależności od tego czy energia kinetyczna jest zachowana podczas tego zderzenia czy też nie.
Wypadkowy moment siły działający na punkt materialny jest równy prędkości zmian momentu pędu.
PIERWSZA ZASADA DYNAMIKI RUCHU OBROTOWEGO - Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub poruszasię ruchem obrotowym jednostajnym.
ZASADA ZACHOWANIA MOMENTU PĘDU
Jeżeli na układ nie działa zewnętrzny moment siły (lub wypadkowy moment sił zewnętrznych jest równy zeru) to całkowity moment pędu układu pozostaje stały.
Siłą harmoniczną (sprężystości) nazywamy siłę działającą na ciało proporcjonalną do przesunięcia tego ciała od początku układu i skierowaną ku początkowi układu
Wahadło proste (matematyczne) jest to wyidealizowane ciało o masie punktowej,zawieszone na cienkiej, nieważkiej, nierozciągliwej nici.
Wahadłem fizycznym nazywamy ciało sztywne zawieszone tak, że może się wahać wokół pewnej osi przechodzącej przez to ciało.
Drgania (wymuszone) odbywają się z częstością siły zewnętrznej, a nie z częstością własną.
ZASADA SUPERPOZYCJI DRGAŃ
To, że drgania odbywają się niezależnie oznacza, że przemieszczenie punktu materialnego jest po prostu sumą przemieszczeń składowych. Ta zasada dodawania przemieszczeń nosi nazwę superpozycji drgań
Ruchem falowym nazywamy rozchodzenie się zaburzenia w ośrodku
Interferencją fal nazywamy zjawisko nakładania się fal.
TWIERDZENIE FOURIERA
Dowolne drganie okresowe o okresie T możemy przedstawić jako kombinację liniową (sumę) drgań harmonicznych o okresach danych wzorem Tn = T/n, gdzie n jest liczbą naturalną.
Zjawisko Dopplera polega na pozornej zmianie częstotliwości fali z powodu ruchu obserwatora lub źródła fali.
Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni
PRAWO PASCALA
Ciśnienie zewnętrzne wywierane na zamknięty płyn jest przekazywane niezmienione na każdą część płynu oraz na ścianki naczynia.
PRAWO ARCHIMEDESA
Ciało w całości lub częściowo zanurzone w płynie jest wypierane ku górze siłą równą ciężarowi wypartego przez to ciało płynu.
RÓWNANIE CIĄGŁOŚCI
Prędkość płynu nieściśliwego przy ustalonym przepływie jest odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju strugi.
GAZ DOSKONAŁY
Cząsteczki gazu doskonałego traktujemy jako punkty materialne (objętość cząsteczek gazu jest o wiele mniejsza niż objętość zajmowana przez gaz i dlatego z dobrym przybliżeniem przyjmujemy, że ich objętość jest równa zeru). W gazie doskonałym zderzenia z innymi cząsteczkami oraz ze ściankami naczynia są sprężyste i dlatego całkowita energia cząsteczek jest równa ich energii kinetycznej; energia potencjalna jest stale równa zeru (nie ma przyciągania ani odpychania pomiędzy cząsteczkami).
ZEROWA ZASADA TERMODYNAMIKI
Jeżeli ciała 1 i 3 są w równowadze termicznej, a także ciała 2 i 3 są w równowadze termicznej to ciała 1 i 2 są w tej samej równowadze termicznej.
Temperaturę bezwzględną definiujmy jako wielkość wprost proporcjonalną do średniej energii kinetycznej cząsteczek
Równanie stanu gazu doskonałego zostało sformułowane w XIX w. przez Clapeyrona na podstawie trzech praw empirycznych odkrytych wcześniej przez innych badaczy:
• Prawo Boyle'a-Mariotte'a stwierdza, że w stałej temperaturze iloczyn ciśnienia i objętości danej masy gazu jest stały pV = const.;
• Prawo Charlesa mówi, że przy stałej objętości gazu stosunek ciśnienia i temperatury danej masy gazu jest stały p/T = const.;
• Prawo Gay-Lussaca stwierdza, że dla stałego ciśnienia stosunek objętości do temperatury danej masy gazu jest stały V/T = const.
ZASADA EKWIPARTYCJI ENERGII
1)Dostępna energia rozkłada się w równych porcjach na wszystkie niezależne sposoby, w jakie cząsteczka może ją absorbować.
2)Średnia energia kinetyczna na każdy stopień swobody jest taka sama dla wszystkich cząsteczek.
ZASADA ZACHOWANIA ENERGII
Ciepło pobrane przez układ jest równe wzrostowi energii wewnętrznej układu plus pracy wykonanej przez układ nad otoczeniem zewnętrznym.
Ciepło właściwe substancji definiujemy jako dQ/dT czyli ilość ciepła, którą trzeba dostarczyć do jednostki masy, żeby spowodować jednostkową zmianę jej temperatury.
ŚREDNIA DROGA SWOBODNA
Średnią drogę swobodną definiujemy jako średnią odległość przemywaną przez cząsteczkę pomiędzy kolejnymi zderzeniami
PROCESY ODWRACALNE I NIEODWRACALNE
Proces nazywamy odwracalnym gdy za pomocą bardzo małej (różniczkowej) zmiany otoczenia można wywołać proces odwrotny do niego tzn. przebiegający po tej samej drodze w przeciwnym kierunku.
CYKL CARNOTA
Przykładem cyklu odwracalnego jest cykl Carnota. Jest to bardzo ważny cykl odwracalny ponieważ wyznacza granicę naszych możliwości zamiany ciepła na pracę. Cykl Carnota, pokazany na rysunku 16.4 przebiega czterostopniowo:
1. Gaz znajduje się w stanie równowagi p1, V1, T1. Cylinder stawiamy na zbiorniku ciepła (T1) i pozwalamy, żeby gaz rozprężył się izotermicznie do stanu p2, V2, T1. W tym procesie gaz pobiera ciepło Q1 i jego kosztem wykonuje pracę podnosząc tłok.
2. Cylinder stawiamy na izolującej podstawce i pozwalamy na dalsze rozprężanie (adiabatyczne) gazu do stanu p3, V3, T2. Gaz wykonuje pracę przy podnosząc tłok kosztem własnej energii i jego temperatura spada do T2.
3. Cylinder stawiamy na zimniejszym zbiorniku (T2) i sprężamy gaz izotermicznie do stanu p4, V4, T2. Pracę wykonuje siła zewnętrzna pchająca tłok, a z gazu do zbiornika przechodzi ciepło Q2.
4. Cylinder stawiamy na izolującej podstawce i sprężamy adiabatycznie do stanu początkowego p1, V1, T1. Siły zewnętrzne wykonują pracę i temperatura gazu podnosi się do T1.
DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI
Niemożliwa jest przemiana, której jedynym wynikiem byłaby zamiana na pracę ciepła pobranego ze źródła mającego wszędzie jednakową temperaturę. Druga zasada termodynamiki mówi, że w układzie zamkniętym entropia S nie może maleć to znaczy dS ≥ 0.
ENTROPIA
1) Entropia S jest termodynamiczna funkcją stanu, zależy tylko od początkowego i końcowego stanu układu, a nie od drogi przejścia pomiędzy tymi stanami. Entropia jest funkcją określoną dla stanu równowagi, taką że dla procesu odwracalnego
2) Entropia układu izolowanego adiabatycznie, w którym zachodzą procesy odwracalne, jest stała. Jednocześnie można pokazać, że dla procesu adiabatycznego nieodwracalnego, entropia układu rośnie.