Witam, fizyczką zgrzytam

Mechanika

Dynamika newtona punktu materialnego

Prędkość - wektorowa wielkość fizyczna wyrażająca zmianę wektora położenia w jednostce czasu.

Przyspieszenie - wektorowa wielkość fizyczna wyrażająca zmianę prędkości w czasie. Przyspieszenie definiuje się jako pochodną prędkości po czasie (jest to miara zmienności prędkości). Jeśli przyspieszenie jest skierowane przeciwnie do zwrotu prędkości ruchu, to prędkość w tym ruchu maleje a przyspieszenie jest nazywane opóźnieniem.

Energia - skalarna wielkość fizyczna opisująca zdolność materii do wykonania pracy lub spowodowania przepływu ciepła. Jest wielkością addytywną i zachowawczą.

Pęd - w mechanice wielkość fizyczna opisująca ruch ciała. Pęd mają wszystkie formy materii, np. ciała obdarzone masą, pole elektromagnetyczne, pole grawitacyjne.

Impuls - to sygnał o skończonym czasie trwania, który posiada określone parametry opisujące jego charakterystykę.

Masa - w fizyce jedna z najważniejszych wielkości fizycznych określająca ich bezwładność (masa bezwładna) i oddziaływania grawitacyjne (masa grawitacyjna). Potocznie rozumiana jako ilość materii i energii zgromadzonej w ciele fizycznym.

Tor - w kinematyce krzywa zakreślona w przestrzeni przez poruszające się ciało.

Krzywizna - jest to odstępstwo geometrycznych właściwości czasoprzestrzeni od tych, które są opisywane w ramach szczególnej teorii względności.

Czas - jedno z podstawowych pojęć filozoficznych, wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy czasowe między zdarzeniami.

Siła tarcia - Tarcie (pojęcie fizyczne) (opory ruchu) to całość zjawisk fizycznych towarzyszących przemieszczaniu się względem siebie dwóch ciał fizycznych (tarcie zewnętrzne) lub elementów tego samego ciała (tarcie wewnętrzne) i powodujących rozpraszanie energii podczas ruchu.

Zasady dynamiki newtona -

1 - Jeśli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

2 - Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli siła wypadkowa \vec{F}_{w} jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej

3 - 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).

Rzut ukośny - ruch w jednorodnym polu grawitacyjnym z prędkością początkową o kierunku ukośnym do kierunku pola. Ruch ten odpowiada ruchowi ciała rzuconego pod kątem do poziomu. Za rzut ukośny uznaje się też ruch ciała w kierunku ukośnym do jednorodnego pola elektrycznego.

Prawami Keplera

1 - Pierwsze prawo Keplera stwierdza, że każda planeta Układu Słonecznego porusza się wokół Słońca po elipsie, w której jednym z ognisk jest Słońce.

2 - Drugie prawo Keplera mówi, że w równych jednostkach czasu, promień wodzący planety poprowadzony od Słońca zakreśla równe pola. Wynika stąd, że w peryhelium (w pobliżu Słońca), planeta porusza się szybciej niż w aphelium (daleko od Słońca).

3 - Trzecie prawo Keplera głosi, że stosunek kwadratu okresu obiegu planety wokół Słońca do sześcianu średniej arytmetycznej największego i najmniejszego oddalenia od Słońca jest stały dla wszystkich planet w Układzie Słonecznym

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

Efekt Coriolisa - efekt występujący w obracających się układach odniesienia. Dla obserwatora pozostającego w obracającym się układzie odniesienia, objawia się zakrzywieniem toru ciał poruszających się w takim układzie. Zakrzywienie to zdaje się być wywołane jakąś siłą, tak zwaną siłą Coriolisa. Siła Coriolisa jest siłą pozorną, występującą jedynie w nieinercjalnych układach obracających się. Dla zewnętrznego obserwatora siła ta nie istnieje. Dla niego to układ zmienia położenie a poruszające się ciało zachowuje swój stan ruchu zgodnie z I zasadą dynamiki.

Oscylator harmoniczny w naukach ścisłych to model teoretyczny opisujący układ w parabolicznym potencjale — potencjał oscylatora harmonicznego, bądź krócej potencjał harmoniczny, czyli kwadratowa zależność potencjału od odległości
, gdzie r jest odległością w N-wymiarowej przestrzeni, N zależy od konkretnej realizacji modelu. Ze względu na skalę modelowanych zjawisk wyróżnia się klasyczny oscylator harmoniczny oraz kwantowy oscylator harmoniczny.

Dynamika bryły sztywnej

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

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 obrotową.

gdzie:

• m - masa punktów ciała oddalonych od osi obrotu o długość r;

• r - odległość tych punktów od osi obrotu.

Moment pędu (inaczej kręt) wielkość fizyczna opisująca ruch ciała, zwłaszcza ruch obrotowy.

W mechanice kwantowej operator momentu pędu jest zdefiniowany identycznie jak w mechanice klasycznej

Tensor momentu bezwładności - trójwymiarowy tensor drugiego rzędu opisujący wielkość fizyczną moment bezwładności. Występuje on w równaniu wiążącym moment pędu z prędkością kątową dla danego ciała

Momenty bezwładności pierścienia i walca:

Walec

Pierścienia

Zasada najmniejszego działania, równania lagrange'a i Hamiltona

W klasycznej mechanice teoretycznej hamiltonian (funkcja Hamiltona) jest funkcją współrzędnych uogólnionych i pędów uogólnionych opisującą układ fizyczny.

Sformułowanie Lagranżowskie

Funkcję Hamiltona można wyprowadzić z lagranżjanu.

gdzie q_j oznacza współrzędne uogólnione,
prędkości uogólnione, t czas. Dla każdej prędkości uogólnionej wprowadzamy odpowiadający mu pęd kanonicznie sprzężony zdefiniowany jako

W szczególnym przypadku współrzędnych kartezjańskich pędy uogólnione odpowiadają zwykłym pędom. We współrzędnych walcowych pęd odpowiadający prędkości kątowej odpowiada momentowi pędu. W ogólnym przypadku pędy uogólnione mogą nie posiadać prostej interpretacji fizycznej, co wynika z dowolności wyboru współrzędnych uogólnionych.

W tym ujęciu Hamiltonian definiowany jest jako transformacja Legendre'a Lagranżjanu, tzn.

Przy czym konieczne jest wyrażenie prędkości uogólnionych przez pędy uogólnione (Hamiltonian jest jawną funkcją pędów uogólnionych). Nie dla wszystkich układów taka transformacja jest możliwa.

Szczególna teoria względności einsteina

Szczególna teoria względności (tu STW) - teoria fizyczna, którą stworzył Albert Einstein w 1905 roku. Zmieniła ona podstawy postrzegania czasu i przestrzeni opisane wcześniej w newtonowskiej mechanice klasycznej, tak aby można było usunąć trudności interpretacyjne i sprzeczności pojawiające się na styku mechaniki (zwanej obecnie klasyczną) i elektromagnetyzmu po ogłoszeniu przez Jamesa Clerka Maxwella teorii elektromagnetyzmu.

• Zasadzie względności

Zasada głosząca, że prawa fizyki są jednakowe we wszystkich układach inercjalnych — musi obowiązywać dla wszystkich praw zarówno mechaniki jak i elektrodynamiki.

• Niezmienność prędkości światła

Prędkość światła w próżni jest taka sama dla wszystkich obserwatorów, taka sama we wszystkich kierunkach i nie zależy od prędkości źródła światła.

Składanie prędkości

Transformacja Lorentza prowadzi do odpowiednich praw składania prędkości (innych niż dla transformacji Galileusza). Definiując

i
otrzymujemy

Z tego prawa dodawania prędkości wynika, że gdy w jednym układzie ciało porusza się z prędkością u=c, to w drugim układzie poruszającym się z prędkością v ciało nadal poruszać się będzie z prędkością c.

Przykład: Z Ziemi (A) wysyłana jest duża stacja badawcza do badania kosmosu i osiąga ona prędkość v/c = 0,75 prędkości światła (3/4 c) względem Ziemi, ze stacji tej wysyłana jest sonda badawcza i porusza się ona w tym samym kierunku w z prędkością u =0,75 c. Z jaką prędkością porusza się sonda względem Ziemi?

Według mechaniki klasycznej: 0,75 + 0,75 = 1,5 prędkości światła, sonda ta przekracza prędkość światła.

Według STW: (0,75+0,75)/(1+0,75*0,75) = 0,96 jest mniejsza od prędkości światła. Złożenie dwóch dowolnych prędkości mniejszych od prędkości światła da zawsze prędkość mniejszą od prędkości światła.

Tożsamość masy i energii

Prawdopodobnie najsłynniejszą implikacją szczególnej teorii względności jest wniosek, że energia i masa, które jak wcześniej uważano, są całkowicie odseparowanymi od siebie wielkościami, są w pewnym sensie tożsame, gdyż można je przekształcać jedne w drugie zgodnie ze słynnym równaniem:

E = m₀c²

gdzie E jest energią ciała w spoczynku, m₀ jest jego masą spoczynkową, a c to prędkość światła w próżni. Jeśli ciało porusza się z prędkością v w stosunku do obserwatora to całkowita jego energia wynosi:

E = m(v)c² = m₀γc²,

gdzie

.

(Termin γ pojawia się często w teorii względności, i pochodzi jeszcze z teorii eteru Lorentza), zwany jest czynnikiem Lorentza, m(v)=γm jest masą relatywistyczną. Gdy v jest dużo mniejsze od c równanie można uprościć do:

i przyjmując, że pierwszy człon (mc²), odpowiada energii wewnętrznej ciała, dochodzi się do "zwykłego" równania na całkowitą energię ciała w ruchu. (Drugi człon jest równy, "normalnej" energii kinetycznej wynikającej z mechaniki klasycznej.)

W próżni nic nie może poruszać się szybciej niż światło

Przy bardzo dużej prędkości, zbliżonej do c, mianownik wyrażenia na γ zaczyna dążyć do 0, a sama wartość γ dąży do nieskończoności. Wynika z tego, że przy prędkości światła energia ciała posiadającego niezerową masę spoczynkową powinna być nieskończona, czyli praktycznie nie istnieje możliwość rozpędzenia go do tej prędkości. Oznacza to, że absolutnie nic nie może poruszać się szybciej od prędkości światła, a prędkość tę mogą osiągnąć tylko cząstki, które same posiadają zerową masę spoczynkową, takie jak fotony.

Tachiony to hipotetyczne cząstki, które mogłyby się poruszać z prędkością większą od światła, ale jak dotąd, nikt nie posiada żadnych dowodów eksperymentalnych na istnienie tych cząstek, choć istnieją teorie postulujące ich istnienie.

Transformacja Lorentza - przekształcenie liniowe przestrzeni Minkowskiego zachowujące odległości w metryce tej przestrzeni. W przeciwieństwie do transformacji Galileusza, gdzie niezmiennikiem jest czas i odległość, w transformacji Lorentza niezmiennikami są np. interwał (odległość zdarzeń w czasoprzestrzeni) i masa spoczynkowa, podczas gdy odległość i czas mogą mieć różne wartości, zależne od prędkości układu odniesienia. Fundamentalną cechą transformacji Lorentza jest niezależność prędkości światła od prędkości układu.

Elementy ogólnej teorii względności Einsteina

Czarna dziura - obiekt astronomiczny, który tak silnie oddziałuje grawitacyjnie na swoje otoczenie, że nawet światło nie może uciec z jego powierzchni (prędkość ucieczki jest większa od prędkości światła). W ramach fizyki klasycznej żaden rodzaj energii ani materii nie może opuścić czarnej dziury, jednak uwzględniając efekty kwantowe postuluje się istnienie zjawiska zwanego parowaniem czarnych dziur. Granica, po przejściu której nie jest możliwe wyrwanie się z pola grawitacyjnego czarnej dziury, nazywana jest horyzontem zdarzeń. Ma ona kształt sfery o wielkości wyznaczonej przez promień Schwarzschilda. Nie jest to powierzchnia tego obiektu, która może znajdować się wielokrotnie bliżej centrum geometrycznego układu. Czarne dziury to podstawowe składniki bardziej złożonych obiektów astronomicznych, takich jak niektóre rentgenowskie układy podwójne, rozbłyski gamma oraz aktywne galaktyki. Czarna dziura będąca składnikiem układu podwójnego jest widoczna, ponieważ materia z drugiej gwiazdy wsysana do wnętrza czarnej dziury tworzy dysk akrecyjny generujący ogromne ilości promieniowania na skutek tarcia, jonizacji i silnego przyspieszenia podczas zbliżania się do czarnej dziury. Część zjonizowanej materii z dysku pod działaniem pola elektromagnetycznego dysku może uciekać w kierunkach osi, tworząc ogromne dżety (ang. jet). Także masywne czarne dziury w centrach galaktyk aktywnych silnie świecą skutkiem opadania otaczającej materii, i dlatego obiekty zawierające czarne dziury należą do najjaśniejszych we Wszechświecie.

Termodynamika

Zasady termodynamiki

Zerowa - Jeśli układy A i B mogące ze sobą wymieniać ciepło są ze sobą w równowadze termicznej, i to samo jest prawdą dla układów B i C, to układy A i C również są ze sobą w równowadze termicznej.

Pierwsza - jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych.

Druga - stwierdza, że w układzie termodynamicznie izolowanym, istnieje funkcja stanu, zwana entropią S, której zmiana ΔS w procesie adiabatycznym spełnia nierówność
, przy czym równość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy proces jest odwracalny. Czyli tak na ZIPowski rozum to „W układzie termodynamicznie izolowanym w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje”

Trzecia - może być sformułowana jako postulat: nie można za pomocą skończonej liczby kroków uzyskać temperatury zera bezwzględnego (zero kelwinów), jeżeli za punkt wyjścia obierzemy niezerową temperaturę bezwzględną.

Prawo Stefana-Boltzmanna opisuje całkowitą moc wypromieniowywaną przez ciało doskonale czarne w danej temperaturze.

gdzie

Φ - strumień energii wypromieniowywany w kierunku prostopadłym do powierzchni ciała [W / m²]

σ - stała Stefana-Boltzmanna

T - temperatura w skali Kelvina

Rozkład Maxwella-Boltzmanna podaje jaki ułamek molowy ogólnej liczby cząsteczek gazu doskonałego porusza się w danej temperaturze z określoną szybkością - zależność ta ma charakter gęstości prawdopodobieństwa. Założeniem jest równowaga termiczna gazu.

gdzie:

• v - szybkość cząsteczki gazu

• m - masa cząsteczki gazu (m = M/N_A, gdzie M - masa molowa gazu, N_A - stała Avogadra)

• k - stała Boltzmanna, k = R/N_A (R - (uniwersalna) stała gazowa, N_A - stała Avogadra)

• T - temperatura

Demon Maxwella hipotetyczna istota zaproponowana przez Jamesa Clerka Maxwella, jako rodzaj eksperymentu myślowego, mającego unaocznić sens fizyczny drugiej zasady termodynamiki, zabraniającej, między innymi powstania znacznej różnicy temperatur dwóch, odizolowanych od otoczenia ciał mających pierwotnie tę samą temperaturę i mogących swobodnie wymieniać między sobą ciepło lub masę. Precyzyjniej mówiąc, bez demona, żaden układ termodynamicznie izolowany nie może zmniejszać swojej entropii.

Temperatura - jedna z podstawowych w termodynamice wielkości fizycznych (parametrów stanu), będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, z termodynamicznego bowiem punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Entropia jest to termodynamiczna funkcja stanu, określająca kierunek przebiegu procesów spontanicznych (samorzutnych) w odosobnionym układzie termodynamicznym. Jest wielkością ekstensywną. Druga zasada termodynamiki stwierdza, że jeżeli układ termodynamiczny przechodzi od jednego stanu równowagi do drugiego bez udziału czynników zewnętrznych (a więc spontanicznie), to jego entropia zawsze rośnie.

Cykl Carnota - obieg termodynamiczny, złożony z dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych. Cykl Carnota jest obiegiem odwracalnym. Do realizacji cyklu potrzebny jest czynnik termodynamiczny, który może wykonywać pracę i nad którym można wykonać pracę, np. gaz w naczyniu z tłokiem, a także dwa nieograniczone źródła ciepła, jedno jako źródło ciepła (o temperaturze T₁) - górne źródło ciepła obiegu, a drugie jako chłodnica (o temperaturze T₂) - dolne źródło ciepła obiegu.

Cykl składa się z następujących procesów:

1. Sprężanie izotermiczne - czynnik roboczy styka się z chłodnicą, ma temperaturę chłodnicy i zostaje poddany procesowi sprężania w tej temperaturze (T₂). Czynnik roboczy oddaje ciepło do chłodnicy.

2. Sprężanie adiabatyczne - czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem, jest poddawany sprężaniu, aż uzyska temperaturę źródła ciepła (T₁).

3. Rozprężanie izotermiczne - czynnik roboczy styka się ze źródłem ciepła, ma jego temperaturę i poddawany jest rozprężaniu izotermicznemu w temperaturze T₁, podczas tego cyklu ciepło jest pobierane ze źródła ciepła.

4. Rozprężanie adiabatyczne - czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem i jest rozprężany, aż czynnik roboczy uzyska temperaturę chłodnicy (T₂).

Pompa ciepła to urządzenie, które ogrzewa obszaru o temperaturze wyższej poprzez podnoszenie ciepła z obszaru o niższej temperaturze do tego obszaru.

Ciepło właściwe - energia termiczna potrzebna do podniesienia temperatury jednej jednostki masy ciała o jedną jednostkę temperatury. W układzie SI ciepło właściwe podaje się w dżulach na kilogram razy kelwin
. Ciepło właściwe jest to wielkość, która charakteryzuje każdą substancję pod względem energetycznym.

Masowe:

Ciepło właściwe (oznaczane małą literą c) wprowadza się jako współczynnik proporcjonalności w prawie fizycznym mówiącym, że:

Zmiana energii wewnętrznej (ΔE) ciała jest proporcjonalna do masy ciała (m) i zmiany temperatury (Δt).

Prawo to jest prawem doświadczalnym i spełnione jest z pewnym przybliżeniem oraz pod warunkiem, że ciało nie zmienia stanu skupienia lub fazy.

Formalnie ciepło właściwe określa wzór:

gdzie:

• c - ciepło właściwe, (J/kg K),

• m - masa substancji,

• Q - ciepło dostarczane do układu,

• T - temperatura.

Ciepło właściwe ciał stałych i cieczy jest niezmienną cechą zależną tylko od struktury chemicznej tych ciał i nie zależy od ich kształtu i rozmiarów. Ciepło właściwe większości substancji zmienia się jednak nieznacznie ze zmianami temperatury nawet w obrębie jednego stanu skupienia.

Wprowadza się także, przez analogię, ciepła właściwe odniesione nie do jednostki masy, lecz do jednostki objętości lub jednego mola substancji. Nazywa się je wówczas odpowiednio ciepłem właściwym objętościowym lub ciepłem właściwym molowym.

Gazów:

Gaz charakteryzuje się ściśliwością, czyli zmianą np. ciśnienia podczas zmiany objętości naczynia, w którym zamknięta jest rozpatrywana ilość gazu. Ściśliwość gazów powoduje, że inną ilość ciepła należy dostarczyć ogrzewając gaz o 1°C przy niezmiennym ciśnieniu, a inną - przy niezmiennej objętości. W pierwszym przypadku, pozwalamy na pewną ekspansję, czyli wzrost objętości. Powodujemy więc jakby pewne rozprężanie gazu, a więc jego pewne ochłodzenie, czyli należy dostarczyć więcej ciepła, aby uzyskać przyrost temperatury o 1°C. Jeśli ogrzewamy gaz przy niezmiennej objętości, to powodujemy pewne "jakby-sprężanie" gazu, bo gaz normalnie podczas ogrzewania "chciałby" zwiększyć swoją objętość. Z rozważań tych wynika, że ciepło właściwe przemiany realizowanej przy stałym ciśnieniu (przemiana izobaryczna) będzie zawsze większe, niż ciepło właściwe przemiany realizowanej przy stałej objętości (przemiana izochoryczna).

Różnica obu tych ciepeł jest równa indywidualnej stałej gazowej R, występującej w równaniu stanu gazu doskonałego:

Natomiast stosunek obu tych ciepeł daje w wyniku wykładnik adiabaty κ:

Ciepło właściwe gazów doskonałych nie zależy od temperatury. Jeśli więc ogrzewamy 1 kg gazu o 1°C od temperatury 0°C do 1°C, to musimy dostarczyć tyle samo ciepła, co podczas ogrzewania od 100°C do 101°C. W przypadku gazów rzeczywistych ciepło właściwe (zarówno c_p jak i c_v) jest zależne od temperatury. Rośnie ono wraz z temperaturą, a więc ogrzewając gaz od 100°C do 101°C musimy dostarczyć więcej ciepła, niż ogrzewając tą samą ilość gazu od 0°C do 1°C. Zmiana ta komplikuje nieco obliczenia, ponieważ nie możemy zastosować stałej wartości ciepła właściwego do obliczeń. W takim przypadku musimy wykorzystać tzw. średnie ciepło właściwe (ciepło przemiany od temperatury t₁ do temperatury t₂), określone zależnościami:

gdzie:
i
- średnie ciepła właściwe podczas ogrzewania gazu od temperatury 0°C do t_x. Ich zależność od temperatury t_x dla danego gazu można znaleźć w literaturze.

Molowe:

Ciepło właściwe molowe definiuje wzór:

gdzie:

• C - molowe ciepło właściwe, (J/mol K)

• n - liczność (ilość substancji w molach)

• Q - ciepło dostarczane do układu

By odróżnić ciepło właściwe molowe oznacza się je wielką literą C.

Posługiwanie się ciepłem właściwym molowym jest wygodne, bo dla wielu substancji ma ono taką samą lub podobną wartość.

W przypadku gazów ciepło właściwe zależy od rodzaju przemiany, dlatego wprowadzono pojęcie ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu c_p (ciepło właściwe przemiany izobarycznej) i przy stałej objętości c_v (ciepło właściwe przemiany izochorycznej). C_p i C_v używa się w obliczeniach zależnie od tego, czy dana przemiana zachodzi przy stałym ciśnieniu czy przy stałej objętości gazu.

Dla gazu doskonałego zachodzi zależność między molowymi ciepłami właściwymi:

gdzie: R - uniwersalna stała gazowa (R = 8,314 J/(mol K)).

Klasyczna teoria ciepła właściwego określa, że energia kinetyczna na jeden stopień swobody (oznaczany zwykle literą i) (zasada ekwipartycji energii) jednej cząsteczki wynosi kT/2, zatem energia jednego mola gazu doskonałego, która jest sumą energii kinetycznej cząsteczek wyraża się wzorem:

gdzie:

• i - liczba stopni swobody cząsteczki,

• N - liczba cząsteczek liczba Avogadra

• k - stała Boltzmana,

• T - temperatura

Elektrodynamika

Pole elektryczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na ładunek elektryczny działa siła. Pole to opisuje się przez natężenie pola elektrycznego lub potencjał elektryczny.

Pole magnetyczne w fizyce jest stanem (własnością) przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne jest obok pola elektrycznego przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od opisu (obserwatora), to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu.

Potencjałem elektrycznym
dowolnego punktu P, pola nazywa się stosunek pracy W wykonanej przez siłę elektryczną przy przenoszeniu ładunku q z tego punktu do nieskończoności, do wartości tego ładunku:
.

Natężenie prądu (nazywane potocznie prądem elektrycznym) jest wielkością fizyczną charakteryzującą przepływ prądu elektrycznego zdefiniowaną jako stosunek wartości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku.

Napięcie elektryczne - różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku.

Kondensator to element elektryczny (elektroniczny) zbudowany z dwóch przewodników (okładzin) rozdzielonych dielektrykiem.

Pole elektromagnetyczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują Równania Maxwella. Własnościami pola elektromagnetycznego, jego oddziaływaniem z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.

Siłę jaka działa na ładunek elektryczny w polu elektromagnetycznym określa siła Lorentza:

gdzie:

• F - siła (w niutonach)

• E - natężenie pola elektrycznego (w voltach / metr)

• B - indukcja magnetyczna (w teslach)

• q - ładunek elektryczny cząstki (w kulombach)

• v - prędkość cząstki (w metrach na sekundę)

• × - iloczyn wektorowy.

Wirowość pola wektorowego — własność pola wektorowego, oznaczająca „bycie polem wirowym”, tzn. o niezerowej rotacji.

Spośród pól znanych z fizyki wirowością charakteryzują się np. pole elektromagnetyczne (zarówno składowa elektryczna i magnetyczna) oraz pola przepływów płynów, bezwirowe natomiast są pola elektrostatyczne i grawitacyjne.

Oznaczenie wirowości pola wektorowego V - rotV.

Prawo Gaussa dla elektryczności w fizyce zwane również twierdzeniem Gaussa to prawo wiążące pole elektryczne z jego źródłem czyli ładunkiem elektrycznym.

Pole elektryczne jest polem wektorowym, dlatego też zgodnie z twierdzeniem Gaussa-Ostrogradskiego można zdefiniować wielkość zwaną strumieniem natężenia pola: strumień natężenia pola elektrycznego przenikający przez dowolną powierzchnię zamkniętą w jednorodnym środowisku o bezwzględnej przenikalności dielektrycznej ε, jest równy stosunkowi całkowitego ładunku znajdującego się wewnątrz tej powierzchni do wartości tejże przenikalności.

Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya to prawo oparte na doświadczeniach Faradaya z 1831 roku. Z doświadczeń tych Faraday wywnioskował, że w zamkniętym obwodzie znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym, pojawia się siła elektromotoryczna indukcji równa prędkości zmian strumienia indukcji pola magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię rozpiętą na tym obwodzie. Prawo to można wyrazić wzorem

Prawo Ampère'a prawo wiążące indukcję magnetyczną wokół przewodnika z prądem z natężeniem prądu elektrycznego przepływającego w tym przewodniku. W fizyce jest to magnetyczny odpowiednik prawa Gaussa i należy do praw wyrażonych w stylu twierdzenia Stokesa.

W wersji rozszerzonej przez J.C. Maxwella opisuje, że pole magnetyczne powstaje w wyniku ruchu ładunku lub zmiany natężenia pola elektrycznego.

Elektryzowanie przez pocieranie:

Elektryzowanie polega na pocieraniu jednego ciała o drugie, następuje także w wyniku zetknięcia początkowo nienaelektryzowanych ciał i rozdzielenie ich, występuje także podczas uderzenia kropli cieczy na ciało stałe.

Przez zetknięcie:

Elektryzować można też przez zetknięcie ciała z ciałem naelektryzowanym, gdyż ładunek elektryczny może przechodzić z jednego ciała na drugie.

Przez indukcję:

Ciało można też naelektryzować przez indukcję (przez wpływ). Ten sposób elektryzowania nie wymaga zetknięcia się ciała nienaelektryzowanego z ciałem naelektryzowanym - wystarczy je do siebie zbliżyć.

Prawo Biota-Savarta to to samo co pole magnetyczne

Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) - rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego. Zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie a obie są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się promieniowania. Oba pola indukują się wzajemnie - zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, a zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Źródłem pola EM jest poruszający się ładunek elektryczny. Gdy ładunek jest przyspieszany, jest emitowane promieniowanie elektromagnetyczne. Najczęściej źródłem tego promieniowania jest ładunek wykonujący drgania.

Równania Maxwella:

Długość fali - najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali - zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zmniejsza się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.

Fale poprzeczne mają kierunek drgań prostopadły do kierunku rozchodzenia się - fale morskie, fale elektromagnetyczne.

Fale podłużne drgają w tym samym kierunku, w którym następuje ich propagacja, np. fale dźwiękowe.

OPTYKA

Optyka geometryczna, najstarsza i podstawowa do dziś część optyki. Wprowadza pojęcie promień świetlny jako cienką strużkę światła (odpowiednik prostej w geometrii). Opisuje rozchodzenie się światła jako bieg promieni, bez wnikania w naturę światła. Według optyki geometrycznej, światło rozchodzi się w ośrodkach jednorodnych po liniach prostych, na granicy ośrodków ulega odbiciu (odbicie światła) a przechodząc do drugiego ośrodka ulega załamaniu.

Soczewka - proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny lub kropli wody).

Lupa jest przyrządem optycznym służącym do obserwacji drobnych przedmiotów. Zbudowana jest z jednej soczewki skupiającej lub z zespołu soczewek umieszczonych w oprawce.

Teleskop - przyrząd optyczny złożony z dwóch elementów optycznych: obiektywu i okularu (teleskop soczewkowy) lub z okularu i zwierciadła (teleskop zwierciadlany) połączonych tubusem. Służy do powiększania odległych obrazów.

Mikroskop (gr. μικρός mikros - "mały" i σκοπέω skopeo - "patrzę, obserwuję") - urządzenie służące do obserwacji małych obiektów, zwykle niewidocznych gołym okiem. Mikroskop pozwala spojrzeć w głąb mikroświata.

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.

Dyfrakcja to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale

wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

Efekt fotoelektryczny, zjawisko fotoelektryczne - zjawisko fizyczne polegające na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu (tzw. efekt zewnętrzny) lub na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. efekt wewnętrzny), po naświetleniu jej promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu. Emitowane w ten sposób elektrony nazywa się czasem fotoelektronami. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości. Gdy oświetlanym ośrodkiem jest gaz mamy do czynienia z tzw. fotojonizacją.

Emisja wymuszona (stymulowana, indukowana) to proces emisji fotonów przez materię w wyniku oddziaływania z innym fotonem. Warunkiem do tego, aby emisja wymuszona nastąpiła, jest równość energii fotonu z energią wzbudzenia atomu. Foton inicjujący emisję nie jest pochłaniany przez materię - pełni tylko rolę wyzwalającą proces. Foton emitowany przez atom ma częstotliwość (czyli również energię), fazę i polaryzację taką samą jak foton wywołujący emisję. Kierunek ruchu obu fotonów również jest ten sam. Światło złożone z takich identycznych fotonów nazywa się światłem spójnym. Zjawisko to jest podstawą działania laserów.

Polaryzacja to własność fali poprzecznej (np. światła). Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym kierunku. Fala niespolaryzowana oscyluje we wszystkich kierunkach jednakowo. Fala niespolaryzowana może być traktowana jako złożenie wielu fal drgających w różnych kierunkach.

Fizyka atomowa, jądrowa i cząstek elementarnych

Zasada nieoznaczoności (zasada nieokreśloności) mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.

Równanie falowe to matematyczne równanie różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu, opisujące ruch falowy.

spoko rysunek

observable - wielkości fizyczne

Jądro atomowe to centralna część atomu zbudowana z jednego lub więcej protonów i neutronów, zwanych nukleonami. Jądro stanowi niewielką część objętości całego atomu, jednak to w jądrze skupiona jest prawie cała masa. Przemiany jądrowe mogą prowadzić do powstawania ogromnych ilości energii. Niewłaściwe ich wykorzystanie może stanowić zagrożenie dla środowiska.

Model budowy atomu Bohra - model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany do jądra siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu". Pierwszym równaniem modelu jest równość siły elektrostatycznej i siły dośrodkowej.

Studnia kwantowa to jednowymiarowy potencjał w kształcie studni powodujący ograniczenie cząstek w jednym wymiarze przez bariery potencjału. W zależności od kształtu funkcji potencjału mamy do czynienia z różnymi rodzajami studni kwantowych.

Cząstka w studni potencjału - jeden z najprostszych przykładów z zakresu mechaniki kwantowej. Rozważa się w nim cząstkę odbijająca się od ścian jednowymiarowej studni potencjału o szerokości L bez dyssypacji energii, przy czym potencjał jest nieskończony dla x < 0 i x > L i zerowy dla 0 < x < L.

Nukleony to wspólna nazwa protonów i neutronów. Są to podstawowe cząstki tworzące jądro atomu, same zaś składają się z kwarków, choć przez obecne teorie cząstek nie są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów zalicza się je do cząstek elementarnych.

Reakcja termojądrowa, synteza jądrowa lub fuzja jądrowa - zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe, w wyniku fuzji mogą powstawać obok nowych jąder też wolne neutrony, protony, cząstki elementarne i cząstki alfa.

Bozony (ang. boson od nazwiska fizyka Satyendra Bose), są cząstkami posiadającymi spin całkowity. Większość bozonów to cząstki złożone, jednakże 12 z nich (tak zwane bozony cechowania) są cząstkami elementarnymi, niezłożonymi z mniejszych cząstek (cząstki fundamentalne).

Fermiony (ang. fermion, od nazwiska włoskiego fizyka Enrico Fermiego) to cząstki posiadające niecałkowity spin wyrażony w jednostkach
(gdzie h jest stałą Plancka). Możliwymi wartościami niecałkowitymi spinu są nieparzyste wielokrotności połowy "h kreślonego". Dla danej wartości spinu
możliwymi wartościami rzutu spinu na dowolny kierunek są:

Kwark to cząstka należąca do grupy cząstek elementarnych - kwarków. Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki. Istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz odpowiednio sześć rodzajów ich antycząstek - antykwarków.

Gluon to bezmasowa cząstka elementarna pośrednicząca w oddziaływaniach silnych między kwarkami. Gluon przenosi ładunki kolorowe między nimi. Gluony opisuje pole Yanga-Millsa.

Lepton (z gr. leptós - lekki, drobny) to grupa 12 cząstek elementarnych (6 cząstek i 6 antycząstek). Zaliczają się do niej: elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe oraz odpowiadające im antycząstki: pozyton (antyelektron), antymion, antytaon i antyneutrina. Ostatnim odkrytym (2000) leptonem było neutrino taonowe. Wszystkie leptony, z wyjątkiem neutrin i antyneutrin, posiadają ładunek ujemny (dla cząstek, np. elektronów) lub dodatni (dla antycząstek, np. pozytonów). Natomiast neutrina i antyneutrina posiadają ładunek zerowy.

Hadrony to cząstki silnie oddziałujące złożone z kwarków.

Mezony są cząstkami elementarnymi należącymi do hadronów, o liczbie barionowej B=0 oraz spinach całkowitych. Mezony zbudowane są z par kwark-antykwark, co jest związane z tym, że wypadkowy ładunek kolorowy cząstki musi wynosić zero (antykwark posiada antykolor kwarku).

Rozpad beta to przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. Wyróżniamy dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad β ⁻ (beta minus) oraz rozpad β ⁺ (beta plus).

Rozpad β ⁻ polega na przemianie neutronu w proton poprzez emisję bozonu pośredniczącego W ⁻ przez jeden z kwarków d neutronu. W ⁻ rozpada się następnie na elektron i antyneutrino elektronowe według schematu:

Rozpad β ⁺ polega na przemianie protonu w neutron, jednak aby reakcja ta mogła zaistnieć, konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz. Proton przemienia się w neutron poprzez emisję bozonu W ⁺ , który rozpada się na pozyton oraz neutrino elektronowe według równania:

Równanie Diraca jest podstawowym równaniem w relatywistycznej mechanice kwantowej, sformułowanym przez angielskiego fizyka Paula Diraca w 1928 roku. Spełnia ono taką samą rolę jak równanie Schrödingera w nierelatywistycznej mechanice kwantowej. W opisie relatywistycznym równanie Diraca ma elegancką postać:

gdzie:

- współrzędne punktu w czasoprzestrzeni

- czterogradient

elegancką

Własności cieczy i gazów

Hydrostatyka (z gr. hydōr - "woda" + statikos - "powodujący stanie") — dział mechaniki płynów zajmujący się badaniem cieczy w stanie spoczynku oraz warunków pozostawania w spoczynku cieczy znajdującej się w polu sił masowych.

Siłami masowymi są siły, których wartość jest proporcjonalna do masy ciała, czyli siły grawitacyjne oraz sił bezwładności. Pomimo że istnieje odrębna dziedzina nauki zajmująca się jedynie statyką gazów (aerostatyka), ze względu na liczne pokrewieństwa (zarówno w samych zjawiskach, jak i ich opisach), często ciecze i gazy są rozpatrywane wspólnie (mechanika płynów).

Hydromechanika - dział mechaniki płynów zajmujący się prawami stanu równowagi i ruchu cieczy oraz mechanicznym oddziaływaniem cieczy na ciała stałe (ścianki ciała opływane przez ciecz). Hydromechanika obejmuje hydrostatykę, hydrodynamikę, hydraulikę i hydrometrię.

Opracował bibi, czyli nie, że HK :D

---