prostokątny:

r(t)=x(t) n^x+y(t) n^y+z(t) n^z

v(t)=dr/dt=x (t) n^x+y (t) n^y+z(t) n^z

|v|=sqrt((x)2+(y)2+(z)2)

a=dv/dt=d2r/dt2=x(t) n^x+y(t) n^y+z(t) n^z

|a|=sqrt((x)2+(y)2+(z)2)

walcowy: (ρ prom. cyl.; ϕ(xoz,zop); zwys.)

r(t)=ρn^ρ ϕn^ϕ

v(t)=dr/dt=ρ n^ρ+p n^ρ+z n^z

n^ρ=n^x cosϕ+n^y sinϕ

n^ϕ=n^x sinϕ+n^y cosϕ

n^ρ=n^x sinϕ ϕ+n^y cosϕ ϕ = ϕ n^ϕ

n^ϕ=n^x cos ϕ ϕn^y sin ϕ ϕ = ϕn^ρ

v n^ρ+ρ ϕ n^ϕ + z n^z

|v|=sqrt((ρ)2+(ρ ϕ)2+(z)2)

a=dv/dt=ρ n^ρ ϕ n^ϕ+ρ ϕ n^ϕ +ρ ϕn^ϕ+zn^z=n^ρ p(ϕ)2) + n^ϕ(2ρ ϕ+ρ ϕ)+n^z z

|a|=sqrt(ϕρ(ϕ)2)2+(2ρ ϕ+ρ ϕ)2+(z)2)

dla ρ=R=const; ϕ= t, =const; z=0

mamy r(t)=R n^ρ v(t)= R n^ϕ a(t)=2 R n^ρ

sferyczny: (r,ϕ,θ zgodnie z rys str. 11)

n^r=sin θ (cos ϕ n^x+sin ϕ n^y)+ cos θ n^z

n^ϕ=sin ϕ n^x+cos ϕ n^y

n^θ=cos θ(cos ϕ n^y+sin n^y)sin θ n^z

r(t)=r n^r

v(t)= dr/dt=rn^r+r n^r

n^r=cos θ θ(cos ϕ n^x+sin ϕ n^y)+sin θ(sin ϕ ϕn^x+cos ϕ ϕn^y)sin θ θn^z = θn^θ +sin θ ϕn^ϕ

n^ϕ=cos ϕ ϕn^xsin ϕ ϕn^y=sin θ ϕn^rcos θ ϕ n^θ

n^θ=−sin θ θ(cos ϕ n^x+sin ϕ n^y)cos θ θn^z +cos θ(sin ϕ ϕn^xcos ϕ ϕ n^y)=θn^r+cos θ ϕn^ϕ

v=rn^r+r(θ n^θ+sin θ ϕ n^ϕ)=rn^r+sin θ r ϕn^ϕ+r θn^θ

a=dv/dt=rn^r+rn^r+cos θ θ r ϕ n^ϕ+sin θ r ϕn^ϕ+sin θ r ϕ n^ϕ+sin θ r ϕ n^ϕ+rθn^θ+r θn^θ+r θn^θ

dla ρ=R=const; ϕ= t, =const; θ= π/2

mamy v(t)= R n^ϕ a(t)=2 R n^r

normalny:

v(t)=dr/dt=ν n^ν

n^ν =v/ν =(dr/dt) / |dr/dt|

n^n =(dn^ν/dt) / |dn^ν/dt|

n^ν n^ν =1 ; (dn^ν/dt) n^ν+n^ν (dn^ν/dt)=0

(dn^ν/dt) n^ν=0 ; n^b=n^ν × n^n

v=ν n^ν

an^ν+ν n^νn^ν+ν n^n |dn^ν/dt|

R=ν/| dn^ν/dt|

an^ν+(ν2 /R)n^n

zz pędu:

dp/dt=m(dv/dt)=ma=F

jeśli F=0 to p=const

jeśli Fα=0 to pα=const

zz momentu pędu:

M=r × p

dM/dt=dr/dr × p + r × dp/dt = r × F = L

{ dr/dr × p =0 gdyż v || p } {L  moment siły}

zz energii: {rys. str. 24}

δA=Fdr=|F||dr|cos α {δA - praca}

F(r)=(Fx(x,y,z),Fy(x,y,z),Fz(x,y,z))

(1) δA= Fx(x,y,z)dx+Fy(x,y,z)dy+Fz(x,y,z)dz

P=δA/dt {Pmoc}

P=(F dr)/dt=F v {z def δA}

F=m dv/dt

P=mv dv/dt {stąd ↑ ↑ }

T=m ν2/2 {Tenergia kinetyczna}

dT/dt=mv dv/dt

d/dt(ν2)=d/dt(v v)=v (dv/dt) + (dv/dt) v =2v dv/dt

P=δA/dt=dT/dt

δA=dT {po pomnożeniu ↑ przez dt}

z (1) dU=(∂U(x,y,z)/∂x)dx+(∂U(x,y,z)/∂y)dy+(∂U(x,y,z)/∂z)dz

aby δA=dU to:

Fx(x,y,z)= (∂U(x,y,z)/∂x)dx

Fy(x,y,z)= (∂U(x,y,z)/∂y)dy tylko gdy F potencjalna

Fz(x,y,z)= (∂U(x,y,z)/∂z)dz

F=grad U {to samo ↑}

grad U = (∂U/∂x, ∂U/∂y, ∂U/∂z)

rot F= |...|=0 to potencjalna

dowód:

gdy Fα=∂U/∂α α∈[x,y,z] to ↓

2U/∂y∂x=∂2U/∂x∂y, ∂2U/∂z∂x=∂2U/∂x∂z, ∂2U/∂y∂z=∂2U/∂z∂y

∂Fx/∂y=∂Fy/∂x, ∂Fx/∂z=∂Fz/∂x, ∂Fz/∂y=∂Fy/∂z => rot F=0

δA =dU {czy istnieje takie ← U aby ←}

δA=dT {z drugiej zaś strony}

δA=dT=dU {zatem ← albo ↓ }

d(T+U)=0 => E=T+U=const

nieinercjalne układy odniesienia: {rys. str. 33}

r(t)= rb (t)+ r0b(t) poł. w inercj.}

r(t)=rαn^α {rαn^α=x n^x+y n^y+z n^z}

rb(t)= rαbn^αb

dr(t)/dt=v(t)=dr0b(t)/dt+drb (t)/dt=v0b+drb (t)/dt

drb (t)/dt=(drαb/dt)n^αb+ rαb(dn^αb/dt) {ale ←}

vb=(drαb/dt)n^αb=vαbn^αb {obs. z nieinerc}

(1) drb (t)/dt=vb+rαb(dn^αb/dt) {zatem ←}

|dn^xb|=|n^xb|sin α dχ {rys. str 34−35}

(2) dn^xb=dχ × n^xb

|dχ|=dχ {umowa}

(2)/dt => { =dχ/dt} => dn^xb /dt = dχ/dt × n^xb =  × n^xb {to samo dla Y i Z}

dn^αb /dt =  × n^αb {ogólnie}

z (1) drb/dt=vb+rαb × n^αb = vb+  × rb

rb(t)=rαbn^αb gdzie ← 

v=v0b+vb+ × rb

a=dv/dt=dv0b/dt+dvb/dt+(d/dt)×rb+×(drb/dt)

drb/dt=vb+ × rb {ale ←}

dvb/dt=d(vαbn^αb )/dt=(dvαb/dt)n^αb+ vαb(dn^αb/dt)=abαb × n^αb =ab+ × vb {natomiast ←}

(3) a=ab+aαb+>× rb+2 × vb + × ( × rb)

F=ma {w układzie inercjalnym mamy}

F=ma=mab + ma0b+ m×rb + 2m×vb + m×(×rb) {czyli ←}

mab=F− ma0b − 2m×vb − m×rb − m×(×rb) {albo ←}

{bezwładności: d'Alemberta; Coriolisa; odśrodkowa, noname}

prawa zachowania dla punktów materialnych:

F=ma = dv/dt {dla 1 punktu}

miai=Fi, ai=d2ri/dt2 {dla wielu podobnie}

Fi=dpi/dt {albo (masy mi nie zależą od czas)}

P=Σ(i=1,N)pi {całkowity pęd układu}

dP/dt=Σ(i=1,N)dpi/dt=Σ(i=1,N)Fi {oraz}

Fi=Fiin+Fiex

Fiin=Σ(j=1,N,j≠i)Fijin {j−ty na i−ty}

dP/dt=Σ(i=1,N)Fi=Σ(i=1,N)( Fiin+Fiex)=Σ(i=1,N)(Σ(j=1,N,j≠i)( Fiin+Fiex))= Σ(i,j=1,N,j≠i)Fijin+ Σ(i=1,N)Fiex= Σ(i,j=1,N,i>j)(Fijin+Fjiin)+Fex { Fex=Σ(i=1,N) Fiex}

Fijin=−Fjiin {z Newton III} co prowadzi do dP/dt=Fex

P=Σ(i=1,N)pi {całkowity jest jedn. środka masy}

rm=(Σ(i=1,N)(miri))/( Σ(i=1,N)mi) {poł. śrdk. mas.}

rm=(Σ(i=1,N)(miri))/( Σ(i=1,N)mi)=(Σ(i=1,N)pi)/m=P/m

m=Σ(i=1,N)mi

mrm=pm=P {czyli ←}

Mi=ri×pi ; dMi/dt=Li {Li=ri×Fi} ;{mom. i−o}

M=Σ(i=1,N)Mi=Σ(i=1,N)Li=Σ(i=1,N)(ri×Fi)=Σ(i=1,N)(ri×Fiin+ ri×Fiex) {dla całego układu}

Σ(i=1,N)(ri×Fiin)=Σ(i=1,N)(ri×(Σ(j=1,N,j≠i)Fjiin))=Σ(i,j=1,N,i>j)(ri×Fijin+rj×Fjiin)= Σ(i,j=1,N,i>j)(ri−rj)×Fijin=0 {bo Fijin=−Fjiin i (ri−rj) ||Fijin) {ex olać}

δAin=Σ(i=1,N)(δAiin)=Σ(i=1,N)(Fiindri)=Σ(i=1,N)Σ(j=1,N,j≠i)(Fijindri)=Σ(i,j=1,N,i>j)Fijin(dri− drj)

{( dri− drj) może być dow. zorient => δAin≠0}

elementy dynamiki bryły sztywnej:

Fex=0 i Lex=0 {def bryły sztywnej}

ri=rbi+r0b {poł. i−go pktu bryły sztywnej}

vi=vib+v0b+× rbi {ukł b w bryle rys. str. 41}

P=Σ(i=1,N)mivi=Σ(i=1,N)miv0b+Σ(i=1,N)(mi× rbi )=mv0b+×m rbm {m=Σ(i=1,N)mi}

M=Σ(i=1,N)Mi=Σ(i=1,N)(miri×vi)=Σ(i=1,N)mi(r0b+rbi)×(v0b+×rbi)=(Σ(i=1,N)(mir0b×v0b)+Σ(i=1,N)(mir0b×(×rbi)+Σ(i=1,N)(mirbi×v0b)+Σ(i=1,N)(mirbi×(×rbi)=mr0b×v0b+mr0b×(×rbm)+mrbi×v0b+Σ(i=1,N)(mirbi×(×rbi) {podobnie ←}

M=Σ(i=1,N)(mirbi×(×rbi)=Σ(i=1,N)(mi( rbi2− rbi( rbi))) {gdy (v0b=0) i (rbm=0) to ←}

Mα=Σ(i=1,N)(mi(rbi2bα−( rbi) rbiα)=Σ(βb)Iαb βbβb

gdzie Iαb βb=Σ(i=1,N)mi(rbi2δαb βb−riαb riβb) i δαb βb= 1(α=β) else 0 {tzw symbol Kroneckera}

Mxb Ixbxb Ixbyb Ixbzb xb

Myb=Iybxb Iybyb Iybzb yb

Mzb Izbxb Izbyb Izbzb  zb {oraz ↓}

[Iαb βb]=macież I wyrazona jako Σ(i=1,N)(mi(odpowiednio: Ixbxb=yib2+ zib2, Ixbyb=xibyib))

to tensor bezwł. Z faktu ↓ wynika ↓↓

0≤T=Σ(i=1,N)(mi vi2)/2=Σ(i=1,N)Iαb βbαbβb

I1 0 0

[Iαb βb] =0 I2 0

0 0 I3

transformacje Lorentza:

r=rob+rb=v0b+rb {Galileusz}

v=vob.+vb {Galileusz}

sqrt((Δx)2+(Δy)2+(Δz)2)=cΔt {droga światła ← i ↓ }

sqrt((Δxb)2+(Δyb)2+(Δzb)2)=cΔtb

sqrt((Δx)2+(Δy)2+(Δz)2)−cΔt=sqrt((Δxb)2+(Δyb)2+(Δzb)2)−cΔtb=0 {← po zsumowaniu ↑ ↑↑

(Δs)2=(Δx)2+(Δy)2+(Δz)2)−c2(Δt)2 dla dow ΔxΔyΔzΔt ←}

(Δs)2=(Δsb)2 {bo związ miedz układami musi być liniow}

(Δs)2=(Δx)2+(Δy)2+(Δz)2)−c2(Δt)2=(Δx1)2+(Δx2)2+(Δx3)2+(Δx4)2 {powinno być zachow. | gdzie x1 = x ... x4=ict}

 cosϕ sinϕ 0 {dokładniej ←}

−sinϕ cosϕ 0 {cd str 5051}

 c 0 1

xb=(x−vt)/sqrt(1−v2/c2)

yb=y

zb=z

tb=(t−vx/c2)/sqrt(1−v2/c2) {c −> ∞ to Galilieusz}

{odwrotnie mamy}

x=(xb+vt)/sqrt(1−v2/c2)

y=yb

z=zb

t=(tb+vxb/c2)/sqrt(1−v2/c2)

relatywistyczne dodawanie prędkości:

u=dr/dt=(dx/dt,dy/dt,dz/dt)

ub=drb/dt=(dxb/dt,dyb/dt,dzb/dt)

dxb=(dx−vdt)/sqrt(1−v2/c2) {„d” po Lorentz}

dyb=dy {„d” po Lorentz}

dzb=dz {„d” po Lorentz}

dtb=(dt−dx v/c2)/sqrt(1−v2/c2) {„d” po Lorentz}

z dxb/dtb=uxb=(dx−vdt)/(dt−dxv/c2)=(ux−v)/(1−uxv/c2)

dyb/dtb=uyb=dy/(dt−dxv/c2)sqrt(1−v2/c2)=uy/(1−uxv/c2) sqrt(1−v2/c2)

dzb/dtb=uzb=dz/(dt−dxv/c2)sqrt(1−v2/c2)=uz/(1−uxv/c2) sqrt(1−v2/c2)

ub=[(ux−v)/(1−uxv/c2), uy/(1−uxv/c2) sqrt(1−v2/c2), uz/(1−uxv/c2) sqrt(1−v2/c2)]

{gdy c −> ∞ => Galileusz}

dynamika w szczególnej teorii:

p=m(v2)v {def taka by klas gdy c−>∞}

{sprężyste zderzenie dwóch jednakowych kól str.56}

przed: uAyb=u ; uAxb=0 ; uBy=−u ; uBx=0

po: uAyb=u ; uAxb=0 ; uBy=−u ; uBx=0

{↓to samo co↑ tylko dla zzp i v relatyw}

przed: uAy=u sqrt(1−v2/c2) ; uAx=ν ; uBy=−u ; uBx=0

po: uAy=usqrt(1−v2/c2) ; uAx=ν; uBy=−u uBx=0

{całkowity pedu układu przed i po}

(1) dla x: m[u2(1−v2/c2)+v2)v= m[u2(1−v2/c2)+v2)v

(2) dla y: m[u2(1−v2/c2)+v2)u sqrt(1−v2/c2) − m(u2)u= m[u2(1−v2/c2)+v2)u sqrt(1−v2/c2) − m(u2)u

z (1) u= ±u => z (2) mamy ↓ m[u2(1−u2/c2)+v2)sqrt(1−v2/c2)=m(u2)

gdy u−>0 to m(v2)=m(0)/sqrt(1−v2/c2) − masa relatywist.

m(0)= m(v2=0)= m(v2)|c−>∞ − masa spoczynkowa

p=(m(0)/sqrt(1−v2/c2))v

F=dp/dt=d/dt((m(0)/(1−v2/c2))v)

−−− koniec ↑ −−− zzEk zzT ↓ −−−

Fdp/dt

dpα/dt=(d(m(v2))/dt)vα+m(v2)dvα/dt {łatwo zauwazyć }

d(m(v2))/dt=(dm(v2)/d(v2))(d(v2)/dt)=1/c2(m0/(1−v2/c2)3/2)vβ (dvβ/dt) {ale ←}

Fα=dpα/dt=m(v2)[dvα/dt+vα/(c2−v2)vβ dvβ/dt] {stąd ← }

Fα=mα β aβ ; aβ=dvβ/dt {wówczas ←}

mαβ =m(v2)[δαβ+(1/(c2−v2))vαvβ] {gdzie ← /δαβKroneck}

F(dr/dt)=δA/dt=dT/dt {łatwo okreslić ←}

F(dr/dt)=Fαvα=mαβvαaβ=dT/dt {łatwo dostrzec ←}

gdzie T=m(v2)c2+const {po rozwinięciu ← mamy ↓}

T=m(0)c2+m(0)v2/2+3m(0)v4/8c2+...+const

const = −m(0)c2 {aby przy c−>∞ było poprawnie to ←}

T=m(v2)c2m(0)c2 {relatyw energia kinetyczna}

związki termodynamiczne:

pV=nRT {dla gazu doskonałego R=8,31J/mol K; ↓ }

(p+a/V2)(V−b)=nRT {n moli; T−emp absolutna }

{↑ r.van der Waalsa} {zgodnie z I i II ZasTerm: ↓↓↓}

dU=(∂U/∂p)Vdp+(∂U/∂V)pdV lub

dU=(∂U/∂p)Tdp+(∂U/∂T)pdT lub

dU=(∂U/∂V)TdV+(∂U/∂T)VdT

δA=dU=−pdV {dla kwazistatycznych}

dU=δQ−pdV {po uwzgl I ZT}{nowy funkcje ↓↓↓ }

entalpia: H=U+pV

energia swobodna: F=U−TS

entalpia swobodna: G=H−TS

dH=Du+pdV+Vdp=δQ+Vdp {różniczki nowych funkcji}

dF=dU−TdS−SdT=δQ−pdV−TdS−SdT

z II ZT dla kwazistatycznych mamy δQ=TdS więc

dF=−pdV−SdT

dG=Vdp−SdT {podobnie ←}{zestawiając ↓↓↓↓}

dU=TdS−pdV=(∂U/∂S)VdS+(∂U/∂V)SdV

dF=−SdT−pdV=(∂F/∂T)VdT+(∂F/∂V)TdV

dH=TdS+Vdp=(∂H/∂S)pdS+(∂H/∂p)Sdp

dG=−SdT+Vdp=(∂G/∂T)pdT+(∂G/∂p)Tdp

(∂U/∂S)=T ; (∂U/∂V)=−p {z powyż wynika bezp ↓↓↓↓}

(∂F/∂T)=−S ; (∂F/∂V)=−p

(∂H/∂S)=T ; (∂H/∂p)=V

(∂G/∂T)=−S ; (∂G/∂p)=V {inne zw. uwzgl 2−gie poch ↓}

2U/(∂V|S ∂S|V)= ∂2U/(∂S|V ∂V|S) => (∂T/∂V)S=−(∂p/∂S)V

2F/(∂V|T ∂T|V)= ∂2F/(∂T|V ∂V|T) => (∂S/∂V)T=(∂p/∂T)V

2H/(∂p|S ∂S|p)= ∂2H/(∂SpV ∂p|S) => (∂T/∂p)S=−(∂V/∂S)p

2G/(∂p|T ∂T|p)= ∂2G/(∂T|p ∂p|T) => (∂S/∂p)T=−(∂V/∂T)p

Cp=(δQ/dT)p {pojemność cieplna przy st. ciśnieniu}

CV=(δQ/dT)V {pojemność cieplna przy st. objetości}

δQ=dU+pdV=(∂U/∂T)VdT+((∂U/dV)T+p)dV {z I ZT ←}

CV=(δQ/dT)V=(∂U/∂T)V {stąd ←}

CP=(∂U/∂T)V+((∂U/∂V)T+p)(∂V/∂T)p=CV+((∂U/∂V)T+p)(∂V/∂T)p {oraz ←}

CpCV=((∂U/∂V)T+p)(∂V/∂T)p {zatem ←}

przekształcimy (∂U/∂V)T mamy bowiem (∂S/∂V)T=(∂p/∂T)V oraz dU=TdS−pdV więc:

(∂U/∂T)VdT+(∂U/∂V)VdV=T[(∂S/∂T)VdT+(∂S/∂V)TdV]−pdV

(∂U/∂V)T=T(∂S/∂V)T−p=T(∂p/∂T)V−p {stąd ←}

CpCV=T(∂p/∂T)V(∂V/∂T)p {a zatem ←}

(∂ p/∂ T)V=nR/V ; (∂ V/∂ T)p=nR/p {dla gazu dosk. ←}

CpCV=nR a zatem dla gazu dosk.

jednocz dla gazu dosk (∂U/∂V)T=0 en. wew nie zal od obj.