1. Jednostki podstawowe układu SI.

Układ SI - Międzynarodowy Układ Jednostek Miar zatwierdzony w 1960 przez Generalną Konferencję Miar. Jest stworzony w oparciu o metryczny system miar. Obecnie układ SI zawiera 7 jednostek podstawowych.
-metr m długość
-kilogram kg masa
-sekunda s czas
-amper A natężenie prądu elektrycznego
-kelwin K temperatura
-kandela cd natężenie światła, światłość
-mol mol liczność materii

2. Prędkość średnia i chwilowa, przyspieszenie.

Prędkość średnia w to iloraz drogi i czasu, w którym droga ta została pokonana. Prędkość średnia wyrażona jest wzorem:
gdzie: s - droga pokonana przez ciało w czasie t.

Prędkość chwilowa jest to jakby prawie prędkość średnia, ale wyznaczana w ciągu bardzo krótkiego przedziału czasu (ściśle rzecz ujmując, powinniśmy wziąć przedział czasu nieskończenie bliski zera).

Przyspieszenie - zmiana prędkości w czasie. Jeśli przyspieszenie jest skierowane przeciwnie do zwrotu prędkości ruchu, to prędkość w tym ruchu maleje a przyspieszenie jest nazywane opóźnieniem. W ruchu po linii prostej prędkość jest skalarem, wówczas przyspieszenie określa wzór:

3. Przyspieszenie normalne i styczne.

Przyspieszenie normalne Jest to składowa przyspieszenia prostopadła do toru ruchu. Reprezentuje tę część przyspieszenia, która wpływa na kierunek prędkości, a zatem na kształt toru. Jeżeli prędkość chwilowa oznaczona jest jako v, a promień chwilowego zakrzywienia toru (promień okręgu stycznego do toru) ruchu wynosi r, to wartość a_n przyspieszenia dośrodkowego ciała jest równa:

Przyspieszenie styczne Jest to składowa przyspieszenia styczna do toru ruchu, wpływająca na wartość prędkości. Stosując oznaczenie v dla wartości prędkości chwilowej i oznaczenie s dla drogi pokonanej przez ciało, przyspieszenie styczne a_τ określają wzory:

4. Zasady dynamiki Newtona. Pęd ciała. Siły tarcia.

Zasady dynamiki Newtona

-I zasada dynamiki (zasada bezwładności)- w inercjalnym układzie odniesienia, jeśli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

-II zasada dynamiki-jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli siła wypadkowa
jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.

-III zasada dynamiki (zasada akcji i reakcji)- oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało).

W wersji skróconej: Każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i kierunku lecz przeciwnie zwrócona.

Jeśli ciało A działa na ciało B siłą F (akcja), to ciało B działa na ciało A siłą (reakcja) o takiej samej wartości i kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie.

Pędem ciała nazywamy iloczyn jego masy i prędkości.  Pęd jest wielkością wektorową, kierunek i zwrot pędu jest zgodny z kierunkiem i zwrotem prędkości. Wartość pędu obliczamy ze wzoru:
p = m ^. v, jednostką pędu jest   [p] = [kg m/s].

Siły tarcia- Źródłem siły tarcia jest oddziaływanie pomiędzy ciałem a powierzchnią, po której jest wprawiane w ruch. Tarcie jest powodowane przez oddziaływanie elektromagnetyczne między cząstkami stykających się ciał.

Właściwości tarcia:

Właściwość 1. Jeśli ciało się nie porusza, to siła tarcia statycznego równoważy składową siły równoległą do powierzchni. Siła tarcia statycznego dopasowuje się do siły usiłującej wprawić ciało w ruch.

Właściwość 2. Maksymalna wartość siły tarcia statycznego dana jest wzorem fsmax = μsN, gdzie μs jest współczynnikiem tarcia statycznego, N jest wartością siły prostopadłej do powierzchni będącej reakcją na nacisk.

Właściwość 3. Jeśli ciało zaczyna się ślizgać po powierzchni, to wartość tarcia gwałtownie maleje do fk = μkN, gdzie jest μk jest współczynnikiem tarcia kinetycznego, N jest wartością siły prostopadłej do powierzchni będącej reakcją na nacisk.

5. Zasada zachowania energii mechanicznej. Zasada zachowania pędu. Środek masy.

Zasada zachowania energii mechanicznej- W układzie izolowanym, w którym zmiany energii pochodzą jedynie od sił zachowawczych energia kinetyczna i potencjalna mogą się zmieniać, lecz ich suma czyli energia mechaniczna Emech nie może ulegać zmianie.

0 = ΔEk+ ΔEp

0 = Ek2-Ek1+ Ep2-Ep1

Ek1+Ep1 = Ek2 + Ep2

Ek+Ep = const d/dt(E_k+ E_p )=0

Zasada zachowania pędu- Jeżeli wypadkowa sił zewnętrznych działających na układ cząstek jest równa zeru (układ jest izolowany) oraz całkowita liczba cząstek w układzie pozostaje stała (układ jest zamknięty) to całkowity pęd układu nie ulega zmianie.

Środek masy ciała lub układu ciał to punkt, który porusza się tak, jak gdyby cała masa układu była w nim skupiona, a wszystkie siły zewnętrzne były przyłożone w tym właśnie punkcie

6. Moment siły. Moment pędu punktu materialnego. Moment bezwładności.

Moment siły (moment obrotowy) — M₀ siły F względem punktu O jest to iloczyn wektorowy promienia wodzącego r, o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły oraz siły F:

Momentem pędu poruszającego się układu nazywamy iloczyn pędu ciała razy jego ramię

b = p ⋅ r = m⋅V ⋅ r

Moment pędu jest wielkością wektorową; kierunek wektora jest prostopadły do płaszczyzny obrotu a

jego zwrot określony jest regułą śruby prawoskrętnej.

Moment bezwładności to miara bezwładności ciała w ruchu obrotowym względem określonej, ustalonej osi obrotu. Im większy moment, tym trudniej zmienić ruch obrotowy ciała, np. rozkręcić dane ciało lub zmniejszyć jego prędkość kątową.

7. Zasada zachowania momentu pędu.

Zasada zachowania momentu pędu.-Jeśli wypadkowy moment sił zewnętrznych działających na ciało jest równy zeru, wówczas jego moment pędu ma warość stałą.

I ω = const.

8. Siła odśrodkowa. Siła Coriolisa.

Siła odśrodkowa - w fizyce, jedna z sił bezwładności występująca w obracających się układach odniesienia. Układy takie zalicza się do układów nieinercjalnych.

Siła odśrodkowa wyrażona jest wzorem:

Gdzie:

• 
  to masa,

• 
  - składowa prędkości prostopadła do promienia krzywizny toru ruchu,

• 
  - chwilowa prędkość kątowa,

• 
  (wektor promienia) jest wektorem o początku w chwilowym środku obrotu układu (środku krzywizny toru ruchu) i końcu w miejscu analizowanego ciała.

Siła Coriolisa, jedna z sił bezwładności działająca na ciało znajdujące się w nieinercjalnym (tu: obracającym się) układzie odniesienia. Siła Coriolisa spowodowana dziennym ruchem obrotowym działa na poruszające się poziomo na Ziemi ciała, osiągając największe wartości na biegunach (przy ruchu poziomym wektory ω i v są prostopadłe, niezależnie od kierunku v), a jej składowa pozioma zanika na równiku.

F_cor = -2m ω×v,

gdzie m - masa ciała, ω - wektor prędkości kątowej obracającego się układu, v - wektor prędkości liniowej ciała mierzony w obracającym się układzie odniesienia.

9. Ruch harmoniczny prosty.

Każdy ruch powtarzający się w regularnych odstępach czasu nazywany jest ruchem okresowym. Jeżeli ruch ten opisywany jest sinusoidalną funkcją czasu to jest to ruch harmoniczny. Ciało porusza się ruchem harmonicznym prostym, jeżeli znajduje się pod wpływem siły o wartości proporcjonalnej do wychylenia z położenia równowagi i skierowanej w stronę położenia równowagi:

gdzie
- siła, k - współczynnik proporcjonalności,
- wychylenie z położenia równowagi.

Równanie ruchu (skalarne dla kierunku OX) dla takiego ciała można zapisać (z II zasady dynamiki Newtona) jako:

albo w postaci różniczkowej:

10. Ruch harmoniczny tłumiony. Logarytmiczny dekrement tłumienia.

Ruch harmoniczny tłumiony występuje wtedy, gdy na ciało działa dodatkowo siła oporu ośrodka proporcjonalna do prędkości:

Równanie ruchu ma wtedy postać:

Logarytmiczny dekrement tłumienia Λ jest to logarytm naturalny ze stosunku kolejnych amplitud

11. Drgania wymuszone i rezonans.

Drgania wymuszone zachodzą pod wpływem zewnętrznej siły, będącej źródłem energii podtrzymującej drgania. Siła wymuszająca F_W ma zwykle charakter siły o wartości okresowo zmiennej: F_W = F_W0sinωt
gdzie: F_W0 - amplituda siły wymuszającej.
Amplituda drgań wymuszonych nie jest stała i zależy od częstości siły wymuszającej ω. Amplituda drgań wymuszonych wyraża się wzorem:

Rezonans - zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań.

12. Interferencja fal. Fale stojące.

Interferencja to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. W ośrodkach nieliniowych oprócz interferencji zachodzą też inne zjawiska wywołane nakładaniem się fal, w ośrodkach liniowych fale ulegając interferencji spełniają zasadę superpozycji. Interferencja pozwala na bardzo precyzyjny pomiar długości drogi od źródła do detektora fali

Fala stojąca — fala, której pozycja w przestrzeni pozostaje niezmienna. Fala stojąca może zostać wytworzona w ośrodku poruszającym się względem obserwatora lub w przypadku interferencji dwóch fal poruszających się w takim samym kierunku, ale mających przeciwne zwroty. Fala stojąca to w istocie drgania ośrodka nazywane też drganiami normalnymi. Idealna fala stojąca nie jest więc falą - drgania się nie propagują.

13. Prawo powszechnego ciążenia. Grawitacyjna energia potencjalna.

Człowiekiem "odpowiedzialnym" za grawitację jest Izaak Newton. Sformował on prawo powszechnego ciążenia, które brzmi następująco:

Siła działająca między każdymi dwoma punktami materialnymi o masach m1 i m2 znajdującymi się w odległości r jest siłą przyciągającą, skierowaną wzdłuż prostej łączącej te punkty.

Jej wartość wyraża się wzorem:

G- stała grawitacyjna, której wartość wynosi: G=6,67 * 10^-11= N*m²

Grawitacyjna energia potencjalna

Energia potencjalna Ep dwóch cząstek o masach m i M jest zero, gdy odległość r jest bardzo duża.

Ep -> 0 gdy r ->∞ dlatego

gdy układ składa się z trzech ciał, to energia potencjalna jest sumą

14. Kondensator płaski z dielektrykiem.

Kondensatorem nazywamy układ dwóch przewodników oddzielonych od siebie izolatorem.

Jeżeli do układu tego doprowadzimy napięcie to na okładkach zgromadzą się ładunki jednakowe co do wartości lecz o przeciwnych znakach. Ilość zgromadzonego ładunku zależy od przyłożonego napięcia U i cech konstrukcyjnych kondensatora określanych przez pojemność C. Jednostką pojemności jest Farad (1F).

Kondensator płaski składa się z dwóch okładek o polu powierzchni S, znajdujących się w odległości d. Okładki mają na swych wewnętrznych powierzchniach ładunki o takich samych wartościach q, ale o przeciwnych znakach. Pole elektryczne wytworzone przez naładowane okładki jest jednorodne w środkowym obszarze między okładkami, przy krawędziach jest niejednorodne

15. Siła Lorentza. Efekt Halla.

Siła Lorentza — siła jaka działa na cząstkę obdarzoną ładunkiem elektrycznym poruszającą się w polu elektromagnetycznym. Wzór podany został po raz pierwszy przez Lorentza i dlatego nazwano go jego imieniem. Wzór określa, jak siła działająca na ładunek zależy od pola elektrycznego i pole magnetycznego (składników pola elektromagnetycznego):

gdzie: F - siła (w niutonach), E - natężenie pola elektrycznego (w woltach / metr), B - indukcja magnetyczna (w teslach), q - ładunek elektryczny cząstki (w kulombach), v - prędkość cząstki (w metrach na sekundę), × - iloczyn wektorowy.

Efekt Halla to zjawisko fizyczne, odkryte w 1879 roku przez Edwina H. Halla (wówczas studenta). Polega ono na wystąpieniu różnicy potencjałów w przewodniku, w którym płynie prąd elektryczny, gdy przewodnik znajduje się w poprzecznym do płynącego prądu polu magnetycznym. Napięcie to, zwane napięciem Halla, pojawia się między płaszczyznami ograniczającymi przewodnik prostopadle do płaszczyzny wyznaczanej przez kierunek prądu i wektor indukcji pola magnetycznego. Jest ono spowodowane działaniem siły Lorentza na ładunki poruszające się w polu magnetycznym.

16. Widmo fal elektromagnetycznych.

Wszystkie fale można uszeregować wg częstotliwości. Taką klasyfikację fal nazywamy widmem fal elektromagnetycznych.

Widmo fal elektromagnetycznych nie ma granicy ani górnej ani dolnej.

Fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła i zależnie od długości fali przejawiają się jako (od fal najdłuższych do najkrótszych):

a)Fale radiowe Zakres długości fal: 10m - 2000m Wykorzystywane w radiofonii. Wytwarzane są przez prądy elektryczne wielkiej częstotliwości, przepływające przez antenę radiostacji nadawczej. Ze względu na długość fali, fale radiowe dzielimy na: fale krótkie, średnie i długie. Ze względu na środowisko propagacji wyróżnia się falę przyziemną (powierzchniową i nadziemną), falę troposferyczną, falę jonosferyczną i w przestrzeni kosmicznej. W zależności od długości fali radiowej jej propagacja jest poddana wpływowi różnorodnych zjawisk np.: dyfrakcji, refrakcji, odbicia od jonosfery itp.
b)Mikrofale Zakres długości fal: 1mm - 1m Używane są w urządzeniach radarowych. Służą do określania położenia obiektów np. samolotów oraz do określania szybkości jadącego samochodu (radar policyjny). Inne zastosowanie znajdują w kuchenkach mikrofalowych. Odbijając się od metalowych ścianek zostają pochłonięte przez cząsteczki wody w potrawach, które pod ich wpływem zaczynają bardzo szybko drgać, przez co podnosi się ich temperatura, a wraz z nią, temperatura potrawy.
c) Promieniowanie podczerwone Zakres długości fal: 0,7µm - 1mmJest falą krótszą od mikrofal. Jest to promieniowanie emitowane dzięki zmianom energii elektronów walencyjnych atomów. Są wysyłane przez ciała o wysokiej temperaturze np. ciało człowieka. Najdłuższe fale zaliczane do zakresu noszą nazwę podczerwieni. Ich długości mieszczą się w zakresie od kilku milimetrów do około 710-7 m. Znalazły zastosowanie w systemach alarmowych. Reagują ruchome źródła promieniowania podczerwonego, ignorując źródła nieruchome.
d)Światło widzialne Zakres długości fal: 0,4µm - 0,7µm Źródła światła widzialnego:
- gwiazdy, Słońce
- substancja podgrzana do wysokiej temperatury np. włókno żarówki
- reakcje chemiczne np. płomień, świetliki, ryby, meduzy
- pobudzenie do świecenia cząsteczek gazów w silnym polu elektrycznym
- pochłanianie promieniowania ultrafioletowego np. luminofor
Długość fal światła widzialnego: 710-7 m - światło czerwone, 410-7 m - światło fioletowe
e)Promieniowanie ultrafioletowe Zakres długości fal: 10nm - 0,4µm Wchodzi w skład promieniowania słonecznego. Wysyłane są także przez lampy kwarcowe używane w solarium. Służy do sterylizacji w szpitalach, ponieważ zabija bakterie i wirusy. Dzięki niemu opalamy się. Pobudza proces produkcji witaminy D w naszym organizmie. Może być przyczyną raka skóry. W górnej części atmosfery ziemskiej znajduje się warstwa ozonu, która chroni powierzchnię ziemi przed tym promieniowaniem.
f)Promieniowanie rentgenowskie (X) Zakres długości fal: 0,01nm - 10nm Powstaje przy hamowaniu szybkich cząstek naładowanych w materii. Jest pochłaniane w różnych stopniu przez różne substancje. Wykorzystywane jest w aparatach rentgenowskich do diagnozowania złamań, skręceń itp. Jest to promieniowanie szkodliwe dla zdrowia.
g)Promieniowanie gamma (γ) Zakres długości fal: < 0,01nm Towarzyszy procesom zachodzącym w jądrach atomowych. Jest wysyłane przez substancje promieniotwórcze. Ma największą częstotliwość i najmniejszą długość fali. Potrafi przeniknąć przez trzymetrową warstwę betonu. Zaczernia kliszę fotograficzną, co pozwala na jego rejestrację. Zabija wszystkie żywe komórki, również nowotworowe, dlatego jest wykorzystywany w leczeniu nowotworów. Urządzenie służące do tego nazywa się bombą kobaltową.

17. Siatki dyfrakcyjne i widma.

Siatka dyfrakcyjna - przyrząd do przeprowadzania analizy widmowej światła. Tworzy ją układ równych, równoległych i jednakowo rozmieszczonych szczelin. Jest to przezroczysta lub półprzezroczysta płytka - kryształowa, szklana lub z tworzywa sztucznego. Na jedną ze stron płytki zostaje naniesiona seria równoległych nieprzezroczystych linii, o stałym i odpowiednio małym rozstawie - od kilkunastu linii na milimetr aż do tysiąca w przypadku dobrych siatek. Działanie siatki dyfrakcyjnej polega na wykorzystaniu zjawiska dyfrakcji i interferencji światła do uzyskania jego widma. W tym celu pomiędzy źródłem światła a białym ekranem umieszcza się siatkę dyfrakcyjną. Na ekranie uzyskuje się w ten sposób widmo światła. Jako pierwszy w swoich doświadczeniach prymitywną siatkę dyfrakcyjną zastosował angielski fizyk Thomas Young. Rodzaje siatek:

• siatki odbiciowe - odbijające światło (efekt zbliżony wizualnie do rozszczepienia światła przez płyty CD)

• siatki transmisyjne - przepuszczające światło (tworzone przez nacinanie rys lub ich wypalanie w metalu oraz metody holograficzne i fotograficzne):

• siatki transmisyjne amplitudowe

• siatki amplitudowe prostokątne

• siatki amplitudowe sinusoidalne

• siatki transmisyjne fazowe

• siatki fazowe prostokątne

• siatki fazowe sinusoidalne

Widmo spektroskopowe to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne częstotliwości, długości fal lub energie. Widmo, które powstało w wyniku emisji promieniowania przez analizowaną substancję albo na skutek kontaktu z nią (przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite), może dostarczyć szeregu cennych informacji o badanej substancji. Klasyfikacja widm:

• Ze względu na wygląd widma

• Widmo ciągłe

• Widmo liniowe (atomowe)

• Widmo pasmowe (cząsteczkowe)

• Ze względu na sposób powstania

• widmo emisyjne

• absorpcyjne

• W zależności od rodzaju fali:

• optyczne

• rentgenowskie

• dźwiękowe

• i inne.

• Hipoteza Plancka. Fotony.

Hipoteza Maxa Plancka - energia światła przenoszona jest w postaci kwantów (porcji) energii. Wartość energii jednego kwantu jest równa iloczynowi częstotliwości fali świetlnej i stałej.

"Po kilku nieudanych próbach, rozpoczętych w 1897 r. Planck opracował wzór opisujący promieniowanie ciała doskonale czarnego. Według teorii Plancka wielkość kwantu światła zależy od częstotliwości światła oraz stałej fizycznej, którą Planck oznaczył jako h. Hipoteza Plancka była całkowicie sprzeczna z ówczesnymi poglądami na naturę promieniowania, jednakże pozwoliła Planckowi na wyprowadzenie dokładnego, poprawnego wzoru opisującego promieniowanie ciała doskonale czarnego."

Foton jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m₀=0), liczbie spinowej s=1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie falą elektromagnetyczną. W fizyce foton jest kwantem pola elektromagnetycznego, np. widzialnego światła. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne zachowuje się jak zbiór cząstek (fotonów). Z kwantowego punktu widzenia światło jest dużym strumieniem fotonów. Bardzo czułe instrumenty optyczne potrafią rejestrować pojedyncze fotony.

19. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Zjawisko fotoelektryczne polega na tym, że światło wybija z powierzchni czystych metali elektrony.

Teoria ta zakłada, że światło o określonej częstotliwości przenosi energię w ściśle określonych porcjach - fotonach. Wartość energii w jednej porcji światła czyli kwant światła równa jest iloczynowi stałej Plancka i częstotliwości światła. W modelu zjawiska fotoelektrycznego stosujemy zasadę zachowania energii. Zasadę tę formułujemy następująco - kwant energii (foton) wywołujący zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne rozdziela się na dwie części:

• stałą dla danego metalu wartość - tzw. pracę wyjścia elektronu z powierzchni metalu;

• energię kinetyczną elektronu.





20. Prawo rozpadu promieniotwórczego.

Prawo rozpadu promieniotwórczego mówi, jak liczba jąder danego pierwiastka promieniotwórczego, które jeszcze nie uległy rozpadowi, zależy od czasu. Tysiąc czerwonych kółeczek to tysiąc jąder atomowych pierwiastka, którego czas połowicznego rozpadu wynosi 20 s. Wykres przedstawia zależność od czasu części jąder, które się jeszcze nie rozpadły (N/N₀) zgodnie z prawem:

N   =   N₀ ·   2^-t/T

N₀ początkowa liczba jąder

N liczba jąder, które się jeszcze nie rozpadły

t czas od chwili rozpoczęcia pomiaru

T czas połowicznego rozpadu




ELEKTRONY

ŚWIATŁO

METAL

---