Ruch prostoliniowy
Co to jest szybkość zmian w czasie?
Szybkość zmian w czasie jest wartością zmiany podzieloną przez czas, w jakim ta zmiana nastąpiła. Np. przyspieszenie o wartości 1m/s2 jest zmianą prędkości o 1 m/s w ciągu 1 sekundy.
Jakie dwie jednostki pomiarowe są potrzebne, by opisać prędkość?
Dowolne jednostki drogi i czasu (np. metr i sekunda, kilometr i godzina).
Czym różni się prędkość (w ogóle) od prędkości chwilowej? Podaj przykład.
Prędkość ogólnie jest stosunkiem całkowitej drogi do całkowitego czasu potrzebnego na jej przebycie, bez uwzględnienia różnic i zmian prędkości jakie się mogą zdarzyć w krótszych odstępach czasu. Kiedy różnica przyrostu czasu staje się bardzo mała, możemy mówić o prędkości chwilowej. Wówczas prędkość chwilową definiujemy jako granicę, do której zmierza ten stosunek przy nieskończenie krótkich odstępach czasu:
, gdzie
r - przemieszczenie
t - czas
Np. szybkościomierz samochodowy, gdy wskazuje np. 50 km/h, wskazuje chwilową wartość prędkości. Gdybyśmy zmierzyli drogę jaką przebył samochód jadący średnio z taką prędkością w ciągu godziny otrzymalibyśmy S=50km. Obliczona na tej podstawie prędkość byłaby prędkością w pojęciu ogólnym.
Podaj różnicę między prędkością i wektorem prędkości.
Wektor prędkości jest wielkością posiadającą wartość, kierunek i zwrot (np. 50 km/h na północ). Gdy mówimy o prędkości ogólnie mamy na myśli samą wartość wektora prędkości (np. 50 km/h).
Czy samochód jadący ze stałą prędkością wektorową ma stałą wartość prędkości? Odpowiedź uzasadnij.
Tak, ponieważ stałość wektora prędkości oznacza stałość wartości jak i kierunku prędkości. A więc droga jaką pokona samochód w danym czasie równa jest jego przemieszczeniu.
Podaj różnicę między prędkością i przyspieszeniem.
Prędkość jest zmianą przesunięcia w czasie, natomiast przyspieszenie jest zmianą prędkości w czasie. Prędkość można więc zmieniać zmieniając jej wartość lub kierunek lub obie wielkości jednocześnie, natomiast szybkość zmian wektora prędkości jest przyspieszeniem.
Kiedy bardziej odczuwasz ruch pojazdu: podczas ruchu jednostajnego czy przyspieszonego? Czy byłbyś w stanie zauważyć ruch samochodu, gdyby poruszał się on ze stałą prędkością po idealnej (bez wybojów) drodze?
Bardziej odczuwalny jest ruch pojazdu w ruchu przyspieszonym. Gdy samochód porusza się po idealnej (bez wybojów) drodze nie jesteśmy w stanie zauważyć ruchu, niezależnie od jego prędkości. (Tak naprawde zauważyć bylibyśmy w stanie, nie bylibyśmy w stanie go odczuć :P).
Co właściwie rozumiemy przez swobodne spadanie ciała?
Jest to ruch wynikający z działania wyłącznie siły grawitacyjnej (bez żadnych oporów, czy tarcia).
Ruch krzywoliniowy
Co oznacza względność ruchu?
Istnienie ruchu zależy bezpośrednio od przyjętego układu odniesienia. Zasadniczo nie istnieje pojęcie ruchu bezwzględnego, gdyż nie miało by ono sensu. Oznacza to że w tej samej chwili ciało może być w spoczynku względem jednego układu odniesienia, a względem innego w ruchu. A więc gdy dwóch obserwatorów patrzą na to samo ciało i pierwszy mówi, że ciało jest w spoczynku, drugi że ciało jest w ruchu to obaj mają rację.
Co to jest wielkość wektorowa? Podaj trzy przykłady.
Jest to wielkość posiadająca następujące cechy, które nie zależą od wybranego układu współrzędnych:
kierunek: prosta, na której działa dana wielkość;
zwrot: „orientacja” na danym kierunku;
wartość: reprezentowana przez długość wektora.
Wg niektórych źródeł również punkt zaczepienia
Przykłady: prędkość, przyspieszenie, siła, pęd, moment pędu, natężenie pola elektrycznego i magnetycznego.
Co to jest wielkość skalarna? Podaj trzy przykłady.
Jest to wielkość, którą można wyrazić liczbą. Jego wartość nie zależy od wyboru układu współrzędnych.
Przykłady: masa, czas, energia, gęstość, objętość, temperatura.
12. Kamień wyrzucono pod pewnym kątem do poziomu. Jak zmienia się jego prędkość pozioma podczas wznoszenia się? A jak podczas opadania?
Prędkość pozioma vx (w dowolnej chwili czasu t):
vx = v0x = const, a więc prędkość pozioma nie zmienia się (jest stała).
13. Czy prawda jest, że w rzucie ukośnym bez oporu powietrza w jednakowych przedziałach czasu pocisk przebywa jednakowe odcinki drogi w kierunku poziomym?
Tak, ponieważ w kierunku tym nie ma żadnego przyspieszenia, a więc prędkość jest stała.
14. Czy prawdą jest, że w rzucie ukośnym bez oporu powietrza prędkość pozioma i pionowa pozostają stałe?
Nie. Prędkość pozioma bez oporów powietrza jest stała, natomiast prędkość pionowa zmienia się pod wpływem działania siły grawitacji.
15. Czy prawdą jest, że zmiany prędkości pionowej w rzucie ukośnym są proporcjonalne do zmian prędkości poziomej?
Nie, prędkość pozioma w rzucie ukośnym jest stała a prędkość pionowa zmienna. Gdyby zmiany były proporcjonalne to prędkość pionowa również byłaby stała.
16. Dlaczego prędkość pionowa w rzucie ukośnym zmienia się, podczas gdy prędkość pozioma pozostaje stała?
Dlatego, że w kierunku poziomym nie działa żadna siła, natomiast w kierunku pionowym działa siła grawitacji, dzięki której powstaje przyspieszenie.
17. W jaki sposób pocisk może spadać tak, aby nie upaść na Ziemię, ale ją okrążać?
Pocisk taki musiałby poruszać się z prędkością, która pozwalałaby mu pokonać taki odcinek w poziomie, aby odległość jaką pokona w pionie spadając była równa odległości w pionie jaką zyskuje dzięki krzywiźnie Ziemi na danym odcinku.
18. Wskaż różnice między prędkością styczną i prędkością kątową.
Prędkość styczna określa długość łuku jaką pokona ciało w jednostce czasu (Nazwa od tego, że ciało to porusza się w kierunku jaki określa styczna łuku w danym punkcie). Natomiast prędkość kątowa mierzona jest jako zmiana kąta (w radianach) w jednostce czasu. Prędkość styczna w przeciwieństwie do kątowej zależy od odległości od odi obrotu.
Zasady dynamiki Newtona
19. Czy bezwładność jest przyczyną tendencji do przeciwstawiania się zmianom w ruchu, czy jest to nazwa tej właściwości?
Bezwładność jest to własność wszystkich ciał materialnych, polegająca na tym, jeśli na ciało nie działa siła lub działające siły równoważą się, to porusza się ono bez przyspieszenia lub spoczywa. Zmiana prędkości ciała wymaga działania siły. A więc
bezwładność ciała jest to zdolność ciała do przeciwstawiania się wszelkim zmianom ruchu. Miarą bezwładności jest masa ciała.
20. Wskaż różnice między masą, ciężarem i objętością.
Masa (m [kg]) jest podstawową wielkością skalarną, stałą dla każdego ciała materialnego. Ciężar (F=mg [kg*m/s2=N]) wypadkowa sił przyciągania, wynikających z oddziaływania grawitacyjnego i siły odśrodkowej wynikającej z ruchu obrotowego określonego ciała niebieskiego działająca na każde inne ciało we Wszechświecie. Ciężar jest więc złożoną wielkością wektorową, której wartość w przeciwieństwie do masy jest zmienna (inna na Ziemi, inna na Księżycu). Objętość (V [m3])jest podstawową wielkością skalarną określającą ograniczony obszar przestrzeni trójwymiarowej.
21. Które pojęcie jest bardziej podstawowe: masa czy ciężar? Czy ciało mające masę ma również ciężar? Czy ciało mające ciężar ma również masę?
Pojęciem bardziej podstawowym jest masa. Każde ciało mające masę ma również ciężar. Każde ciało mające ciężar ma również mase.
22. Czy można mieć ciężar nie mając masy?
Nie można: m=0 F=0.
23. Jeśli dwie wielkości są do siebie proporcjonalne, to czy oznacza to, że są równe?
Nie. F=ma => F~m i F~a, ale nie muszą być równe.
24. Dlaczego siła jest wielkością wektorową?
Dlatego, że aby ją w pełni opisać należy podać jej wartość, kierunek, zwrot i punkt zaczepienia. Ponadto F^=ma^, gdzie a^ to przyspieszenie (wielkość wektorowa). A jeżeli jedna z „tworzących” wielkość jest wielkością wektorową to wielkość która powstanie również jest wielkością wektorową o takim zwrocie jak „tworząca”.
25. Jaka jest wypadkowa siła działająca na ciało znajdujące się w stanie równowagi?
Wypadkowa siła ciała znajdującego się w stanie równowagi ma wartość 0.
26. Jakie jest przyspieszenie ciała poruszającego się ze stałą prędkością? Jaka jest wartość wypadkowej siły działającej na to ciało?
Przyspieszenie ciała poruszającego się ze stałą prędkością wynosi 0, gdyż przyspieszenie określa zmianę prędkości w czasie. Wypadkowa siła działająca na to ciało wynosi 0, gdyż jest to warunek dla którego ciało nie zmienia prędkości.
27. Dlaczego trudniej jest zacząć ruch poślizgowy pudła po podłodze, niż kontynuować raz rozpoczęty ruch?
Ponieważ współczynnik tarcia statycznego (w spoczynku) jest większy od współczynnika tarcia kinetycznego (w ruchu), a więc siła tarcia ciała w spoczynku jest większa niż ciała poruszającego się.
28. Jak tarcie przy ślizganiu zależy od prędkości? Jaki wpływ na tarcie ma powierzchnia styku?
Gdy prędkość wzrasta tarcie na skutek malejącego współczynnika tarcia maleje. Tarcie nie zależy od pola powierzchni. Od rodzaju powierzchni między którymi następuje tarcie zależy natomiast współczynnik tarcia, a więc i samo tarcie. Wpływ ma również stan tych powierzchni (wilgotność, smarowanie itp.).
29. Czy tarcie wywierane na ciało poruszające się w cieczy (lub gazie) rośnie wraz z prędkością ciała? Czy zależy ono od powierzchni ciała?
Tak, w tym przypadku tarcie rośnie wraz ze wzrostem prędkości i rośnie wraz z powierzchnią ciała która ulega tarciu, a więc zależy od powierzchni ciała.
30. Jakie są dwie najważniejsze wielkości, od których zależy siła oporu powietrza?
Siła oporu powietrza zależy głównie od prędkości ciała oraz powierzchni stawiającej opór.
31. Dlaczego cięższy spadochroniarz spada z większym przyspieszeniem niż lekki, mimo że ich spadochrony są tej samej wielkości?
Dlatego, że pionowo w dół działa na niego większa siła ciężkości (F=mg) natomiast pionowo w górę u obu spadochroniarzy działa taka sama siła oporu. A więc dla cięższego spadochroniarza siła wypadkowa skierowana w dół (Fw=mg-Fop => ma=mg- Fop =>a=g- Fop/m) będzie miała większą wartość. Siła ta będzie więc powodowała większe przyspieszenie.
32. Jeśli podczas gry w tenisa siłą akcji nazwiemy siłę, jaką rakietka uderza w piłkę, to jak określić można siłę reakcji?
Siłą reakcji nazwiemy wtedy siłę z jaką piłka uderza w rakietę. Zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona FAB=-FBA.
33. Kiedy siły stanowiące parę akcja-reakcja nie znoszą się?
Zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona siły akcja-reakcja zawsze się znoszą.
34. Po wystrzale pocisku z pistoletu siła działająca na pocisk równa jest sile odrzutu. Dlaczego zatem przyspieszenia obu tych ciał są różne?
Siła FAB, nie równoważy się z siłą FBA , ponieważ działają na różne ciała - siłą FAB działa na ciało B, a siła FBA na ciało A. Równoważenie sił występuje tylko wtedy, gdy przeciwne siły działają na to samo ciało. Ponieważ ciała A i B mają różne masy to zgodnie ze wzorem a=F/m, przyspieszenia tych ciał będą różne
35. Skąd się bierze siła nośna helikoptera?
Siła nośna jest siłą ciągnącą płat do góry, wywołaną dzięki sposobowi, w jaki płat przecina powietrze. W helikopterze płaty (łopaty wirnika) przecinają powietrze w trzech kierunkach: pionowym, poziomym i obrotowym. Złożenie sił wytwarzanych przez ruch w tych trzech płaszczyznach określa sposób przemieszczania się helikoptera. Prędkość łopaty obracającej się wokół punktu centralnego (osi) nazywa się prędkością kątową, obrotową albo po prostu prędkością łopaty. Prędkość powietrza opływającego łopatę jest różna na całej ,jej długości, co z kolei oznacza, że tak samo zmienna jest wytwarzana siła nośna.
Pęd
36. Co ma większy pęd: nieruchoma ciężarówka czy poruszająca się deskorolka?
Pęd jest wprost proporcjonalny do masy i prędkości ciała (p^=mV^). A więc dla nieruchomej ciężarówki (V=0) pęd również będzie wynosił 0. Dla deskorolki natomiast wartość pędu będzie wieksza od 0 (m≠0, V≠0 => p≠0). Większy pęd będzie więc miała deskorolka.
37. Czy siła różni się od popędu siły?
Tak. Popęd = F ∙Δt. Popęd jest więc iloczynem siły i czasu jej działania i równy jest zmianie pędu.
38. Jakie są dwa sposoby zwiększenia popędu siły?
Popęd siły można zwiększyć zwiększając wartość siły działającej na ciało lub wydłużając czas jej działania.
39. Czy związek popędu siły z pędem wynika z drugiej zasady dynamiki?
Tak: zgodnie z II zasadą dynamiki a=F/m, definicyjny wzór na przyspieszenie a=ΔV/Δt. Przyrównując: ΔV/Δt=F/m, a więc: mΔV=FΔt => zmiana pędu = popęd.
40. Dlaczego nieprawdziwe jest stwierdzenie, że pęd równy jest popędowi siły?
Dlatego że popęd równy jest zmianie pędu Δp a nie pędowi p.
41. Co należy zrobić, by zwiększyć pęd ciała: zwiększyć maksymalnie siłę, czas jej działania, czy jedno i drugie jednocześnie? Odpowiedź uzasadnij.
Aby zwiększyć pęd ciała należy zwiększyć albo siłę, albo czas jej działania. Aby maksymalnie zwiększyć pęd należy maksymalnie zwiększyć i siłę i czas jej działania, co wynika ze wzoru Δp=FΔt.
42. Dwa działa wywierają taką samą siłę przy wystrzale, lecz mają różne długości. Które z nich wystrzeliwuje pociski z większą prędkością: dłuższe czy krótsze?
Dłuższe działo wystrzeliwuje pocisk z większą prędkością, dlatego że w dłuższej lufie na pocisk siła działa dłużej (pocisk ten potrzebuje więcej czasu na opuszczenie lufy, w której działa na niego siła). W dłuższej lufie bardziej wzrośnie więc jego pęd, co zgodnie ze wzorem ΔV=Δp/m spowoduje wzrost prędkości.
43. Spadając na dywan, szklanka może się nie rozbić, ale spadając na beton, zawsze się stłucze. Dlaczego?
Dlatego że spadając na ziemie jej pęd maleje zgodnie ze wzorem: Δp=FΔt. Ponieważ spadając na jakąkolwiek powierzchnie zmiana pędu musi być taka sama (Δp=mΔV, masa stała zmiana prędkości również) FΔt=const. Jeżeli szklanka spada na dywan zanim dotknie twardej nawierzchni działa na nią przez pewien czas siła sprężystości dywanu która odbiera jej część pędu więc przy zetknięciu z twardą nawierzchnią szklanka będzie musiała pozbyć się mniejszego pędu. Ogólnie jej pęd ubywa w dłuższym czasie (niż w przypadku betonu), a więc siła może być mniejsza. Natomiast gdy szklanka uderza w beton, w bardzo krótkim czasie musi oddać cały pęd (beton jest dużo mniej sprężysty niż dywan). Na szklankę musi więc działać większa siła.
44. Dlaczego łapiąc jakieś ciało dobrze jest wyciągnąć w jego stronę rękę?
Dlatego że, gdybyśmy nie wyciągneli ręki nie sięgnelibyśmy tego ciała, a więc i nie złapalibyśmy go. Siła grawitacji ręki jest zbyt mała aby przyciągać przedmioty.
45. Dlaczego nie jest wskazane łapanie długiej, szybkiej piłki bejsbolowej dłońmi zwróconymi częścią zewnętrzną ku ścianie poza boiskiem?
Dlatego że zgodnie z zasadą zachowania pędu, przy dużej prędkości piłki, złapana piłka może spowodować odrzucenie ręki wraz z piłką ze stosunkowo dużą prędkością w stronę ściany, co z kolei może skończyć się uderzeniem zewnętrzną częścią ręki w ścianę.
46. Ciężarówka i deskorolka poruszają się z jednakową prędkością. Które z tych ciał ma większy pęd? Które wymaga większej siły do zatrzymania?
Zgodnie ze wzorem p=mV, większy pęd ma ciało o większej masie, a więc ciężarówka. Przy zatrzymaniu pęd musi zmaleć do zera, więc wg wzoru Δp=FΔt jeżeli chcemy zatrzymać ciężarówkę i deskorolke w takim samym czasie będziemy musieli użyć większej siły dla ciężarówki (jej pęd musi zmaleć do zera z wyższej wartości).
47. Czy siedząc w samochodzie możesz zmienić jego pęd naciskając na deskę rozdzielczą? Czy siły działające wewnątrz piłki futbolowej mogą zmienić jej pęd?
Nie, gdy człowiek siedzi wewnątrz samochodu tworzy z nim układ, którego pęd można zmienić jedynie gdy podziałamy siłą spoza układu. Pęd piłki również mogą zmienić tylko zewnętrzne siły.
48. Czy poprawne jest stwierdzenie, że gdy na ciało nie działa żadna siła wypadkowa, jego pęd nie ulega zmianie?
Tak, gdy na ciało nie działa żadna wypadkowa siła to ciało to nie zmienia prędkości, a więc jego pęd również pozostanie bez zmiany.
49. Co oznacza powiedzenie, że jakaś wielkość się zachowuje?
Oznacza to, że dana wielkość w układzie zamkniętym jest stała (jeżeli nie następuje wymiana spoza układem: w przypadku zachowania pędu działania sił, w przypadku zasady zachowania energii - energii).
50. Podczas wystrzału zmienia się zarówno pęd pocisku, jak i karabinu. Ich pędy nie zachowują się. Dlaczego mimo to mówimy o zachowaniu pędu w tym procesie?
Dlatego, że pęd zachowuje się w zamkniętym układzie pocisk-karabin, a nie w samym karabinie czy pocisku. Suma pędów początkowych pocisku i karabinu równa jest sumie pędów końcowych pocisku i karabinu.
51. Czy można by mówić o zachowaniu pędu układu pocisk-karabin, gdyby pęd nie był wielkością wektorową.
Nie, gdyż pędy pocisku i karabinu nie miałyby przeciwnej wartości, więc by się nie wyzerowały.
52. Podaj różnice między zderzeniem sprężystym i niesprężystym. W którym z nich spełniona jest zasada zachowania pędu?
W zderzeniach niesprężystych ciała po zderzeniu poruszają się razem („sklejają się”) - nie jest spełniona zasada zachowania energii, jest spełniona zasada zachowania pędu. W zderzeniach sprężystych ciała po zderzeniu poruszają się osobno, spełniona jest zasada zachowania energii i pędu.
53. Wagon A toczy się z pewną prędkością po szynach i uderza w inny wagon B o tej samej masie. Zderzenie jest doskonale sprężyste, a w jego wyniku wagon A zatrzymał się. Jak zmieniła się prędkość wagonu B w porównaniu z prędkością początkową wagonu A?
Zgodnie z zasadą zachowania pędu: mVoA+mVoB=mVkA+mVkB, dzieląc obie strony przez m otrzymujemy: VoA+VoB=VkA+VkB, VoB=0, VkA=0, więc VoA=VkB. Oznacza to że wagon B po zderzeniu będzie miał taką samą prędkość jak wagon A przed zderzeniem.
54. Jaka byłaby prędkość końcowa (względem prędkości początkowej wagonu A) wagonów z poprzedniego pytania, gdyby zderzenie było doskonale niesprężyste i oba wagony uległyby połączeniu?
mVoA+mVoB=2mVkA+B |:m, VoB=0 => VkA+B=VoA/2, więc prędkość wagonów po zderzeniu byłaby 2 razy mniejsza niż prędkość wagonu A przed zderzeniem.
Energia
55. Kiedy można zaobserwować energię?
Energię można zaobserwować wszędzie tam gdzie jest wykonywana jakaś praca. Ludzkie zmysły pozwalają obserwować przepływ energii elektrycznej w postaci błyskawic czy też iskier. Jesteśmy też w stanie odczuć energię cieplną.
56. Ciało zostaje wprawione w ruch przez pewną siłę. Iloczyn tej siły przez czas jej działania nazywa się popędem tej siły; powoduje on zmianę pędu ciała. Jak nazywamy iloczyn siły przez drogę? Jaka wielkość ulega zmianie pod jej wpływem?
Iloczyn siły i drogi, na jakiej siła ta działa daje nam pracę: W=FS, która powoduje zmianę energii: ΔE=FS.
57. Podaj przykład sytuacji, gdy przyłożona siła nie wykonuje pracy.
Siła przyłożona do ciała prostopadle do kierunku przesunięcia ciała nie wykonuje pracy. Przykładem takiej siły może być siła jaką działamy rękoma niosąc zakupy.
58. Samochód podniesiony w warsztacie na pewną wysokość ma energię potencjalną względem posadzki. Jaka będzie jego energia, jeśli zostanie podniesiony dwa razy wyżej?
Ep=mgh, mg=const, więc gdy podniesiemy go 2x wyżej jego energia potencjalna wzrośnie 2h1/h1=2 razy.
59. Porównaj energie potencjalne dwóch samochodów podniesionych w warsztacie na taka samą wysokość, jeśli jeden jest dwa razy cięższy od drugiego.
m2=2m1, h2=h1, więc: 2m1g h1/m1g h1=2. Cięższy samochód będzie więc miał 2x większą energię potencjalną.
60. Jabłko wiszące na gałęzi ma pewną energie potencjalną. Gdy się oderwie, energia ta ulega stopniowym zmianom. Jaką formę energii miało jabłko tuż przed upadkiem, a jaką tuz po upadku?
Tuż przed upadkiem jabłko miało prawie całą energię w postaci energii kinetycznej, gdyż prawie cała energia potencjalna przekształciła się w enerkię kinetyczną (na skutek zmniejszania wysokości). Po upadku zarówno energia kinetyczna jak i potencjalna wynosiła 0 (V,h=0). Energia została więc przekształcona w pracę i energię cieplną oddaną przy zderzeniu do otoczenia.
61. Wyjaśnij sens stwierdzenia, że pęd jest wielkością wektorową, a energia kinetyczna jest wielkością skalarną.
Pęd (p=mV) powstaje z iloczynu wielkości skalarnej m i wielkości wektorowej V. W takim przypadku wielkość, która powstaje również jest wektorowa. Energia kinetyczna (Ek=mV2/2) natomiast powstaje z wielkości skalarnej i kwadratu wielkości wektorowej. Iloczyn wielkości wektorowych daje wielkość skalarną, a więc wielkość powstała w ten sposób jest wielkością skalarną.
62. Czy pędy mogą się znosić? Czy energie kinetyczne mogą się znosić?
Pędy mogą się znosić. Energie kinetyczne nie mogą się znosić.
63. Ciało zwiększyło swą prędkość dwa razy. Jak zmienił się jego pęd? O ile wzrosła jego energia kinetyczna?
p=mV, Ek=mV2/2. Zgodnie z tymi wzorami pęd wzrósł 2 razy (m2V/mV=2). Energia kinetyczna natomiast wzrosła o 4 razy [(m22V2/2)/(mV2/2)=4].
Ruch obrotowy
64. Bezwładność w ruchu postępowym zależy od masy. Bezwładność w ruchu obrotowym (określona przez moment bezwładności) zależy od masy oraz od czegoś więcej. Od czego?
Bezwładność w ruchu obrotowym zależy od masy i od kwadratu odległości od osi obrotu.
65. Czy moment bezwładności ciała zależy od wyboru osi obrotu?
Moment bezwładności ciała zależy od wyboru osi obrotu (może się zmienić odległość ciała (lub fragmentów ciała) od tej osi. Zależy również od kształtu ciała i od sposobu rozmieszczenia masy ciała.
66. Dlaczego ludzie o długich nogach stąpają wolniej niż ludzie o nogach krótszych?
Dlatego, że ich nogi mają większy moment bezwładności, a im większy moment tym trudniej rozkręcić dane ciało lub zmniejszyć jego prędkość obrotową. Poza tym dłuższe nogi pokonują jednorazowo większy odcinek, co zajmuje więcej czasu.
67. Co szybciej (z większym przyspieszeniem liniowym) stacza się po równi pochyłej: obręcz czy lity krążek?
Jak widać na rysunku obręcz czyli walec wydrążony będzie miał większy moment bezwładności (masa będzie trochę mniejsza jednak wpływa ona w dużo mniejszym stopniu na moment niż suma kwadratów promieni R2+r2. Ciężej będzie go więc rozkręcić, skąd wniosek że lity krążek stoczy się szybciej.
68. Porównaj skutki działania siły i momentu siły.
Jeżeli siła powoduje ruch to jest to ruch przesuwny (postępowy), natomiast moment siły powoduje ruch obrotowy. Zarówno siła jak i moment siły może równie powodować odkształcenia.
69. Co to jest ramię siły?
Ramieniem siły nazywamy odległość punktu (lub osi) obrotu ciała od kierunku danej siły.
0 - punkt obrotu
r - ramie siły
p - kierunek siły
70. Jak powinna być skierowana siła, by jej moment był największy?
Moment M siły działającej na ciało to wielkość wektorowa określona przez iloczyn wektorowy działającej siły i promienia (odległośći od osi obrotu do punktu przyłożenia siły).
, więc aby moment siły był największy siła powinna być skierowana prostopadle do promienia.
71. Porównaj momenty sił działające na ciało znajdujące się w stanie równowagi: czy momenty skręcające w prawo znoszą się z momentami działającymi w lewo?
Tak, gdy momenty A i B=-A występują jednocześnie to się znoszą i ciało pozostaje w stanie równowagi.
72. Patyk wyrzucony w powietrze kręci się wokół pewnego punktu. Określ ten punkt.
Punkt wokół którego będzie kręcił się patyk wrzuciny w powietrze jest położony na srodku patyka (tam znajduje się jego środek ciężkości).
73. Gdzie znajduje się środek masy piłki bejsbolowej? Gdzie jest jej środek ciężkości? Gdzie znajdują się te środki w kiju bejsbolowym?
Środki masy prawie zawsze pokrywają się ze środkami ciężkości (dla ciała znajdującego się w jednorodnym polu grawitacyjnym -jakie występuje na Ziemi - środek ciężkości pokrywa się ze środkiem masy). W piłce bejsbolowej zarówno środek ciężkości jak i masy znajduje się w jej geometrycznym środku. Dla kija środki masy i ciężkości również znajdują się w tym samym punkcie którego przybliżone położenie pokazuje rysunek (masa na lewo od tego punktu musi być równa masie na prawo od punktu):
74. Obracając po okręgu trzymaną na sznurku puszkę wywierasz na nią pewną siłę. Jaki jest jej kierunek?
Jak na rysunku:
75. W którą stronę skierowana jest siła wywierana przez wirujący bęben pralki automatycznej na znajdującą się w nim bieliznę?
Jak na rysunku poniżej przedstawiającym siły działające na ciało znajdujące się w wirującym naczyniu:
76. Jeśli sznurek z przywiązaną puszką zerwie się podczas obrotu, puszka poleci po linii prostej. Jaka siła jest odpowiedzialna za ten ruch? Jakie prawo fizyki ma tu zastosowanie?
Siła odpowiedzialna za taki ruch to siła wypadkowa powstała z siły odśrodkowej i siły leżącej na stycznej do okręgu po którym poruszała się puszka. Zastosowanie ma tu III zasada dynamiki Newtona zgodnie z którą: siła odśrodkowa jest siłą reakcji na siłę dośrodkową
77. Jaka siła powoduje, że podczas jazdy na zakręcie przesuwasz się w bok ku drzwiom samochodu (o ile nie jesteś przypięty pasami)?
Powoduje to siła odśrodkowa.
78. Łyżwiarka figurowa, wykonując piruet, ściąga ręce ku sobie tak, że jej moment bezwładności maleje dwukrotnie. Jak wskutek tego zmieni się jej moment pędu? O ile wzrośnie jej prędkość kątowa?
Zgodnie z zasadą zachowania momentów pędu, moment pędu łyżwiarki nie zmieni się. Natomiast prędkość kątowa zgodnie z tą samą zasadą (I1ω1=I2ω2, I2=1/2 I1) wzrośnie 2 razy.
Grawitacja
79. Kto zmierzył położenie planet tak dokładnie, że dane te umożliwiły szczegółowe opisanie ruchu planet? Kto na ich podstawie stwierdził, że tory planet są elipsami? Kto dał wyjaśnienie takiego ruchu?
Najdokładniejszymi w tamtych czasach pomiarami położenia planet dysponował Duńczyk Tycho de Brahe. Na podstwie tych pomiarów niemiecki astronom Johannes Kepler stwierdził, że planety poruszają się po torach w kształcie elipsy. Wyjaśnienie dlaczego akurat tak się poruszają dał Anglik Isaac Newton.
80. Jaką zależność między prędkością planety i jej odległością od Słońca odkrył Kepler?
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).
81. Jaka jest zależność między czasem obiegu planety wokół Słońca i jej odległością od niego?
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.
82. Jaki był - w opinii Keplera - kierunek siły działającej na planetę?
Na zewnątrz - siła odśrodkowa.
83. Jaki jest - według Newtona - kierunek siły działającej na planetę?
Wzdłuż prostej łączącej środki przyciągających się ciał niebieskich i zwrócona przeciwnie do promienia wodzącego ciała o masie m1 względem punktu o masie m2 (ogólnie ciałą niebieskie przyciągają się).
84. Co ma wspólnego spadające jabłko z Księżycem?
Na oba te ciała działa grawitacja.
85. Jak siła przyciągania się dwóch ciał zależy od ich mas?
Siła wzajemnego przyciągania dwóch ciał kulistych jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas.
86. Jak siła przyciągania się dwóch ciał zależy od ich odległości?
Siła wzajemnego przyciągania dwóch ciał kulistych jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami.
87. Jak została zmierzona siła grawitacji?
Aby zmierzyć siłę grawitacji można zmierzyć przyspieszenie jakie uzyskuje ciało o znanej masie. Aby zmierzyć przyspieszenie można np. zamocować do ciała papierową taśmę w której co pewien znany odstęp czasu będą się robiły dziurki.
88. Jaką siłą Ziemia przyciąga ciało o masie 1kg? (Wskazówka: Nie musisz korzystać z prawa powszechnej grawitacji, aby to obliczyć).
F=mg, g=9,81 m/s2 => F=9,81 kg*m/s2.
89. Jaka jest wartość siły grawitacyjnej między Tobą a Ziemią?
Fg=m*g, gdzie: m - moja masa, g - przyspieszenie ziemskie.
90. Jak zmieniłaby się siła przyciągania Ziemi przez Słońce, gdyby Ziemia znalazła się na orbicie o dwa razy mniejszym promieniu niż obecnie?
F=G*(M1M2)/R2, R2=1/2R1 => [G*(M1M2)/0,25R12]/[G*(M1M2)/R12]=4
Siła przyciągania Ziemi przez Słońce wzrosłaby więc 4 razy.
Temperatura, ciepło, rozszerzalność
91. Dlaczego po uderzeniu młotkiem moneta się ogrzewa?
Dlatego, że energia kinetyczna (E=mV2/2) młotka przy uderzeniu młotka przekształca się w energię cieplną Q.
92. Jak zmienia się temperatura powietrza, gdy zostanie szybko sprężone?
Temperatura takiego powietrza wzrasta.
93. W jakiej temperaturze (w skali Celsjusza) woda zamarza? A w jakiej wrze?
Woda zamarza w temp. ≥0°C, a wrze w temp. ≤100°C.
94. Podaj temperaturę zamarzania i wrzenia wody w skali Kelvina.
Woda zamarza w temp. ≥273°K, a wrze w temp. ≤373°K.
95. Dlaczego w skali Kelvina nie ma ujemnych wartości temperatury?
Skala Kelvina jest skalą absolutną, tzn. zero w tej skali oznacza najniższą teoretycznie możliwą do osiągnięcia temperaturę.
96. Co oznacza powiedzenie, że termometr wskazuje swoją własną temperaturę?
Oznacza to, że aby wskazać daną temperaturę, sam musi ją osiągnąć.
97. Gdy dotykasz zimnej powierzchni, w którą stronę następuje przepływ energii: z ręki do powierzchni, czy na odwrót?
Energia cieplna przepływa z ciała o wyższej energii do ciała o mniejszej energii. Energia będzie więc przepływać z ręki do zimnej powierzchni.
98. Czym różni się temperatura od ciepła?
Ciepło jest pewną formą energii natomiast temperatura jest miarą tej energii („chęcią” ciała do dzielenia się nią z innymi ciałami).
99. Czym się różni ciepło od energii wewnętrznej?
Energia cieplna wpływa na wartość energii wewnętrznej jednak na całość energii wewnętrznej składa się również energia kinetyczna drgających cząsteczek ciała oraz energia potencjalna czego nie można powiedzieć o cieple.
100. Przez co określony jest kierunek przepływu ciepła?
Przez temperaturę. Ciepło przepływa z ciała o wyższej temp. do ciała o niższej temp.
101. Jak określa się wartość energetyczną żywności?
Jednostką w której wyraża się wartość energetyczną żywności jest kaloria (cal). W praktyce wartości te podawane są w kilokaloriach (kcal). 1 kaloria to około 4,1868 J.
102. Skąd się wzięła nazwa kaloria?
Słowo kaloria wzięło się z języka łacińskiego: łac. calor - ciepło
103. Podaj związek między kalorią i dżulem.
Zarówno kaloria jak i dżul są jednostkami energii: 1 cal = 4,1868 J
104. Co się szybciej ogrzewa: żelazo czy srebro?
Szybciej nagrzewa się srebro gdyż ma niższe ciepło właściwe.
105. Czy ciało ogrzewające się szybko ma małe, czy duże ciepło właściwe?
Im większe ciepło właściwe tym ciało wolniej się nagrzewa (potrzebje więcej energii do zmiany temperatury o 1°. Ciało, które się szybko nagrzewa ma więc małe ciepło właściwe.
106. Czy ciało stygnące szybko ma małe, czy duże ciepło właściwe?
Ciało które szybko stygnie ma małe ciepło właściwe.
107. Jakie jest ciepło właściwe wody w porównaniu z innymi popularnymi substancjami?
Ciepło właściwe wody jest stosunkowo duże.
108. Północno-wschodnia Kanada i większa część Europy otrzymują prawie taką samą ilość energii słonecznej na jednostkę powierzchni. Dlaczego jednak w Europie zimy są na ogół cieplejsze?
Dlatego że Europa jest mniejsza i cała otoczona wodami, a więc do większej powierzchni dociera energia z oddających ciepło mórz i oceanów.
109. Jeśli ocean się ochładza, to zgodnie z zasadą zachowania energii coś musi się ogrzewać. Co właściwie jest ogrzewane?
Jeśli ocean się ochładza oddaje ciepło głównie do powietrza. Ogrzewane jest więc powitrze.
110. Dlaczego temperatura lądów otoczonych przez duże obszary wodne jest prawie stała?
Dlatego, że woda ma duże ciepło właściwe, więc w dzień odbiera ciepło z powietrza, w nocy zaś je oddaje. Tak samo jest z porami roku: latem się nagrzewa odbierając ciepło, a zimą oddaje.
111. Dlaczego gruba szklanka jest bardziej podatna na pęknięcie przy wlewaniu gorącej wody?
Grupa szklanka łatwiej pęka od gorącej wody dlatego że w wyniku rozszerzalności cieplnej bardziej się rozszerza (bo więcej materiału ulega rozszerzeniu).
112. W jaki sposób taśma bimetaliczna może być wykorzystana jako termoregulator?
Pod wpływem różnej rozszerzalności cieplnej metali, gdy temperatura osiągnie oczekiwaną wartość załączą się odpowiednie styki elektryczne.
113. Co - na ogół - rozszerza się bardziej: ciała stałe czy ciecze?
Ciecze rozszerzają się od 10 do 100 razy mocniej niż ciała stałe.
114. Stopniowo ogrzewamy lodowato zimną wodę. Czy jej objętość rośnie, czy maleje?
Woda najmniejszą objętość ma w temp. 4°C. Jeżeli podgrzewamy, więc wode od 0°C to zanim osiągnie temp. 4°C jej objętość maleje, a gdy przekroczy tą temp. objętość zaczyna rosnąć.
115. Jaka jest przyczyna tego, że lód ma mniejszą gęstość niż woda?
Dlatego że tyle samo cząsteczek (o takiej samej masie) zajmują większą objętość: g=m/V, więc gdy objętość rośnie przy stałej masie to gęstość maleje.
116. Czy obecność mikrokryształków lodu w zimnej wodzie zmniejsza, czy zwiększa jej gęstość?
Zmniejsza dlatego, że lód ma mniejszą gęstość.
117. Jak zmienia się liczba kryształków lodu w zimnej wodzie przy jej ogrzewaniu?
Liczba ta maleje, gdyż kryształki lodu ulegają roztopieniu.
118. Jak zmienia się ze wzrostem temperatury energia kinetyczna cząsteczek wody?
Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki w wodzie zaczynają coraz szybciej się poruszać, a więc energia kinetyczna ich cząsteczek wzrasta.
119. W jakiej temperaturze objętość wody osiąga wartość minimalną, będącą skutkiem dwóch przeciwstawnych procesów: kurczenia się i rozszerzania?
Minimalną objętość woda osiąga dla temp. 4°C.
120. Dlaczego lód tworzy się na powierzchni wody, a nie na jej dnie?
Dlatego że woda o temp. 4°C ma największą gęstość, więc opada na dno. Cząsteczki o temp. niższej zastępują jej miejsce i ulegając dalszemu wychładzaniu tworzą lód.
Przenoszenie ciepła
121. Wymień trzy sposoby przenoszenia ciepła?
Konwekcja(unoszenie), promieniowanie i przewodnictwo.
122. Jaką rolę w przenoszeniu ciepła pełnią elektrony swobodne?
Elektrony swobodne przemieszczając się ulegają zderzeniom podczas których przekazują energię w postaci ciepła. Właśnie dlatego metale są lepszymi przewodnikami ciepła niż dielektryki.
123. Podaj różnice między przewodnikiem a izolatorem.
Przewodnik jest w stanie dobrze „przenosić” energię (np. w postaci ciepła lub prądu). Izolator nie przenosząc energii, nie pozwala (lub przynajmniej w znacznym stopniu ogranicza) na jej przedostawanie się do innych miejsc. Czyli krótko: przewodnik umożliwia przemieszczanie się energii, a izolator to uniemożliwia.
124. Dlaczego posadzka z terakoty wydaje się zimniejsza niż drewniana podłoga o tej samej (pokojowej) temperaturze?
Dlatego że terakota łatwiej przewodzi ciepło, szybciej więc je od nas odbiera.
125. Dlaczego materiały takie jak drewno, futro, pióra, a nawet śnieg są dobrymi izolatorami?
Dlatego że futro i pióra zatrzymują warstwę nagrzanego powietrza przy ciele. Drewno i śnieg mają również porowatą budowę, więc z tego samego powodu są dobrymi izolatorami.
126. Dlaczego pod kocem jest ciepło w chłodną noc, mimo, że nie dostarcza on energii?
Dlatego że zatrzymuje on nagrzane od ciała powietrze.
127. Na czym polega przenoszenie ciepła przez konwekcję?
Konwekcja to proces przenoszenia ciepła wynikający z ruchu materii w objętości dowolnego płynu, np. powietrza, wody, piasku itp. Ruch ten wywołany jest różnicą gęstości wynikającą zazwyczaj z różnicy temperatury.
128. Jaki jest związek konwekcji z siłą wyporu?
W konwekcji ruch odbywa się na zasadzie że chłodniejszy, gęstszy płyn opada na dno wypierając z niego płyn o mniejszej gęstości (cieplejszą). Gęściejsza woda naciskając powoduje więc powstawanie siły wyporu.
129. Dlaczego szybkie cząsteczki wykazują tendencję do wznoszenia się ku górze?
Dlatego że, szybsze cząsteczki mają mają większą energię pozwalającą na zwiększenie odległości między cząsteczkami, co powoduje mniejszą gęstość.
130. Określona masa powietrza porusza się ku górze. Jak zmieniają się jej: ciśnienie, objętość, temperatura?
Ciśnienie maleje, objętość rośnie a temperatura spada (energia wewnętrzna maleje kosztem energii potencjalnej).
131. Dlaczego kierunek wiatru przybrzeżnego (bryzy) zmienia się po zachodzie Słońca?
Dlatego, że nad brzegiem robi się chłodniej (ziemia szybciej oddaje ciepło) niż nad morzem/oceanem a więc nad brzegiem tworzy się wyż a nad morzem niż (w dzień na odwrót). Wiatr wieje od wyżu do niżu. Więc kierunek wiatru się zmienia, na skutek zmiany ciśnień nad brzegiem i nad morzem.
132. W jakim garnku gorąca woda zwykle szybciej się oziębia: czarnym czy posrebrzonym?
W czarnym, gdyż przedmioty w czarnym kolorze pochłaniają promieniowanie cieplne.
Przemiany fazowe
133. Jakie są cztery podstawowe stany skupienia (fazy) materii?
Ciało stałe, ciecz, gaz, plazma.
134. Czy prędkości atomów lub cząsteczek cieczy są zbliżone, czy też mogą znacznie się różnić?
Różnice w prędkości cząsteczek cieczy mogą być stosunkowo duże.
135. Co to jest parowanie? Dlaczego powoduje ono ochłodzenie cieczy? Co właściwie chłodzi?
Parowanie (ewaporacja) - proces zmiany stanu skupienia, przechodzenia z fazy ciekłej danej substancji w fazę gazową (parę). Parowanie zachodzi wtedy, gdy cząsteczka ma dostatecznie wysoką energię kinetyczną, by wykonać pracę przeciwko siłom przyciągania między cząsteczkami. Więc, jeżeli cząsteczka „wyskakuje” z cieczy to zabiera ze sobą pewną energię. Strata tej energii powoduje ochłodzenie cieczy.
136. Co to jest kondensacja? Dlaczego przy skraplaniu wydziela się ciepło i co jest jego źródłem?
Kondensacja to inna nazwa zjawiska skraplania. Jest to zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej w fazę ciekłą. Kondensacja wiąże się ze zmniejszeniem odległości miedzy cząsteczkami substancji. Spadek temperatury powoduje, że cząsteczki poruszają się wolniej. Siły oddziaływania między nimi wzrastają, aż do momentu uzyskania nowego stanu równowagi. Przy tym zachodzi wydzielanie energii w postaci ciepła.
137. Dlaczego oparzenie parą jest bardziej szkodliwe niż oparzenie wodą o tej samej temperaturze?
Dlatego, że aby ciecz stałą się parą trzeba jej dostarczyć większej energii, którą potem oddaje w postaci ciepła przy zetknięciu z ciałem. A więc gdy parzymy się parą odbieramy więcej energii niż w przypadku oparzenia wodą o tej samej temp.
138. Dlaczego źle się czujemy w gorący, parny dzień?
Dlatego że powietrze jest nasycone parą, a w takim powietrzu mniej jest najbardziej potrzebnego człowiekowi składnika powietrza - tlenu.
139. Dlaczego w ciepłym powietrzu jest na ogół więcej pary wodnej niż w zimnym?
Dlatego że od ciepłego powietrza woda może pobrać więcej energii, więc więcej cząsteczek będzie zdolnych do pokonania sił międzycząsteczkowych i przybrania postaci pary, a para ta nie będzie się skraplała, gdyż przy skraplaniu musi oddać ciepło ciału chłodniejszemu, o które nie łatwo w otoczeniu ciepłego powietrza.
140. Dlaczego, gdy powietrze się ochładza wytrąca się z niego para wodna?
Dlatego, że para oddaje energię cieplną, co powoduje zmianę fazy (skraplanie).
141. Dlaczego tworzą się chmury gdy ciepłe, wilgotne powietrze wznosi się ku górze?
Dlatego, że na dużych wysokościach powietrze jest chłodniejsze, a chmura tworzy się kiedy para wodna zawarta w atmosferze skrapla się, czyli kiedy wilgotne powietrze ochładza się.
142. Jaka jest najważniejsza różnica miedzy mgłą i chmurą?
Pod względem fizycznym nie ma różnicy między mgłą a chmurą; można powiedzieć, że mgła jest chmurą, której dolny pułap jest równy 0 m. Można więc przyjąć, że mgła różni się od chmury wysokością powstawania.
143. Czym różni się wrzenie od parowania?
Zwykłe parowanie następuje tylko na powierzchni, natomiast wrzenie jest parowaniem całą objętością.
144. Dlaczego woda poddana ciśnieniu większemu niż jedna atmosfera nie wrze w temperaturze 100ºC?
Wzrost ciśnienia zewnętrznego powoduje wzrost temperatury wrzenia gdyż ciśnienie pary musi się zrównać z ciśnieniem zewnętrznym co wymaga podwyższenia temperatury.
145. Dlaczego na dużych wysokościach temperatura wrzenia się obniża?
Dlatego, że jest tam mniejsze ciśnienie atmosferyczne.
146. Dzięki czemu potrawy szybciej się gotują w szybkowarze niż w otwartym garnku?
Szybkowar to szczelny garnek, w którym w czasie gotowania potraw następuje wzrost ciśnienia. Powoduje to wzrost temperatury wrzenia wody i przyspieszenie procesu gotowania.
147. Dlaczego ciało stałe topi się po ogrzaniu?
Dlatego, że zwiększa wtedy swoją energię co pozwala na pokonanie sił przyciągania międzycząsteczkowego i zwiększenie odległości od siebie cząsteczek (cząsteczki mając większą energię szybciej się poruszają i zwiększają odległości między sobą, skąd się bierze zjawisko rozszerzalności cieplnej).
148. Dlaczego obniżenie temperatury cieczy powoduje jej krzepnięcie?
Dlatego, że zmniejsza się energia kinetyczna cząsteczek przez co poruszają się wolniej i zbliżają się do siebie. Energia kinetyczna jest wtedy niedostateczna aby pokonać siły przyciągania międzycząsteczkowego.
149. Dlaczego obecność cząsteczek innej substancji w wodzie obniża jej temperaturę zamarzania?
Ciecz zamarza gdy jej energia staje się dostatecznie niska. Cząsteczki innej substancji w wodzie wiążą się z nią przez co kryształki lodu muszą być większe. Jeżeli kryształki lodu mają być większe to muszą oddać więcej energii aby zamarznąć. (Nie mogłem znaleźć nigdzie odpowiedzi więc sam wymyśliłem, więc z dużym prawdopodobieństwem może być zła :)).
150. Co ma niższą temperaturę krzepnięcia: woda słodka czy słona?
Woda słona.
151. Czy ciecz zamieniająca się w gaz pochłania, czy wydziela ciepło? A gdy zamienia się w ciało stałe?
Ciecz zamieniająca się w gaz pochłania ciepło, natomiast zmieniająca się w ciało stałe oddaje ciepło.
152. Czy przy kondensacji gazu wydziela się ciepło, czy też jest pochłaniane z zewnątrz?
Przy kondensacji gazu wydziela się ciepło, gdyż oddawana jest energia.
153. Czy przy topnieniu ciała stałego wydziela się ciepło, czy jest pochłaniane?
Przy topnieniu ciała stałego pobierane jest ciepło gdyż ciecz ma większą energię.
154. Czy komora lodówki ochładzana jest dzięki parowaniu czy skraplaniu cieczy krążącej w układzie chłodzenia?
Komora lodówki ochładzana jest dzięki parowaniu cieczy krążącej w układzie chłodzenia, gdyż ciecz do parowania musi pobrać pewną ilość ciepła.
Termodynamika
155. Jaki rodzaj energii - poza energią kinetyczną - wchodzi w skład energii wewnętrznej?
Energia wewnętrzna jest to jakby suma energii ciała oddana do dyspozycji zjawisk cieplnych. Składa się ona więc przede wszystkim z energii kinetycznej ruchu cząsteczek oraz energii wiązań międzycząsteczkowych. Piszę „przede wszystkim” bo w pewnych sytuacjach do głosu mogą dojść dodatkowe energie (np. pola magnetycznego, chemiczna, jądrowa), które potrafią zaburzyć ten prosty obraz.
156. Co jest ważniejsze w termodynamice: energia wewnętrzna czy zmiana energii wewnętrznej?
Ważniejsza w termodynamice jest zmiana energii wewnętrznej dlatego, że głownie tym zajmuje się ten dział fizyki.
157. Co wiąże zasadę zachowania energii z pierwsza zasadą termodynamiki?
Obydwie te zasady mówią o zachowaniu energii w układzie (jej stałości) z tym, że I zasada termodynamiki bierze pod uwagę tylko energię wewnętrzną układu, a zasada zachowania energii dotyczy sumy składników wszystkich rodzajów energii całości układu.
158. Jak zmieniają się energia wewnętrzna i temperatura układu, gdy jest nad nim wykonywana praca mechaniczna?
Energia wewnętrzna i temperatura takiego układu rosną.
159. Jaki jest związek między ciepłem dostarczonym do układu a zmianą jego energii wewnętrznej i wykonaną przez niego pracą?
∆U = Q + W, ∆U - przyrost energii wewnętrznej układu, Q - ciepło dostarczone do układu, W - praca wykonana nad układem. A więc Gdy dostarczamy do układu ciepło, wzrasta jego energia wewnętrzna, a żeby energia powróciła do dawnego poziomu układ musi wykonać pacę równoważną dostarczonemu ciepłu (jeżeli układ nie oddaje ciepła).
160. Jakie warunki muszą być spełnione dla procesu adiabatycznego?
Nie może następować wymiana ciepła, lecz całość energii dostarczanej do układu musi być odebrana w postaci pracy.
161. Jak zmienia się energia wewnętrzna układu, gdy praca jest wykonywana nad układem oraz gdy praca jest wykonywana przez układ?
Jeżeli praca wykonywana nad układem jest większa niż praca wykonywana przez układ energia wewnętrzna wzrasta. Natomiast gdy praca wykonywana przez układ jest większa niż praca wykonywana nad układem energia wewnętrzna maleje. Gdy nad układem wykonywana jest praca jego energia wzrasta. A gdy układ wykonuje pracę jego energia wewnętrzna maleje.
162. Wymień co najmniej sześć sposobów prowadzących do zmiany temperatury powietrza.
Temperatura powietrza zmienia się gdy: pobiera/oddaje ciepło z/do otoczenia, Wykonuje/wykonywana jest na nim prace/praca, gdy ciśnienie jest stałe a objętość maleje/rośnie, gdy objętość jest stała a ciśnienie rośnie/maleje, gdy paruje/skrapla się w nim woda, gdy się przemieszcza.
163. Jak zazwyczaj zmienia się temperatura powietrza unoszącego się w górę?
Temperatura wtedy maleje, gdyż powietrze oddaje ciepło do chłodniejszego otoczenia Unoszące się powietrze ochładza się też w wyniku przemiany adiabatycznej (wyżej jest mniejsze ciśnienie).
164. Jak zazwyczaj zmienia się temperatura powietrza opadającego w dół?
Temperatura takiego powietrza zazwyczaj rośnie gdyż pobiera ono ciepło z nagrzanego otoczenia. Opadając wzrasta również ciśnienie co w wyniku przemiany adiabatycznej również powoduje ogrzanie.
165. Co to jest chinook?
Chinook - ciepły, suchy i porywisty wiatr typu fenowego, wiejący ze wschodnich stoków Gór Skalistych na równiny. Może spowodować gwałtowny wzrost temperatury nawet o kilkanaście stopni Celsjusza w ciągu zaledwie kilku godzin - stąd jego nazwa.
166. Co to jest inwersja temperatury?
Inwersja temperatury to w meteorologii zjawisko atmosferyczne polegające na wzroście temperatury powietrza wraz z wysokością (odwrotny układ temperatur niż zazwyczaj) powstające w wyniku innych zjawisk zachodzących w atmosferze.
167. Jak druga zasada termodynamiki określa kierunek przepływu ciepła?
Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki ciało cieplejsze przekazuje ciepło ciału chłodniejszemu.
168. Co oznacza stwierdzenie, że w wyniku każdej transformacji energia staje się mniej użyteczna?
Jest tak dlatego, że gdy energia ulega transformacji na żądaną przez nas formę jej część ulega stratom na rzecz energii przez nas nie żądanej (np. w żarówce energia elektryczna zamieniana jest na energię świetlną, lecz przy jej powstawaniu znaczna część energii elektrycznej zamieniana jest na energię cieplną, której zazwyczaj nie potrzebujemy - gdyby nie to można by znacznie ograniczyć zużycie energii elektrycznej).
169. Podaj przynajmniej dwa przykłady ilustrujące różnice między energią uporządkowaną i nieuporządkowaną.
Energia uporządkowana to energia wykonująca pracę, zaś energia nieuporządkowana to energia cieplna. Przykładami użycia energii uporządkowanej mogą więc być: podnoszenie jakiegoś przedmiotu z ziemi, albo przesunięcie jakiegoś przedmiotu. Przykładami użycia energii nieuporządkowanej mogą być: podgrzanie wody w czajniku, ogrzewanie pomieszczenia grzejnikiem.
170. Jaka część energii elektrycznej przepływającej przez żarówkę zamienia się w ciepło?
Około 80 procent energii wytworzonej przez tradycyjną żarówkę zamieniane jest w ciepło, a tylko 20 procent zużywa ona na oświetlenie.
171. Jaka jest naturalna tendencja między stanem uporządkowanym i nieuporządkowanym? Czy układ nieuporządkowany może sam przejść do stanu bardziej uporządkowanego?
Naturalna tendencja między stanem uporządkowanym (o mniejszej entropii), a nieuporządkowanym (o większej entropii) powoduje, że układ uporządkowany łatwiej staje się układem nieuporządkowanym niż na odwrót. Ukłas nieuporządkowany może sam przejść do układu bardziej uporządkowanego przykładem może tu być zamarzanie wody w zimę.
172. Jaka wielkość fizyczna jest miarą nieuporządkowania?
Miarą nie uporządkowania jest entropia (S) wyrażana wzorem:
w jednostkach J*mol*K. Im większa entropia tym układ bardziej nieuporządkowany.
173. Jaki jest związek drugiej zasady termodynamiki z entropią?
II zasada termodynamiki mówi, że entropia dowolnego układu zamkniętego (np. całego wszechświata) jest funkcją niemalejącą czasu. (Równoważna wersja: nie istnieje proces, którego jedynym rezultatem jest przekazanie ciepła ze zbiornika o temperaturze niższej do innego zbiornika o temperaturze wyższej).
174. Jaka jest różnica między pierwszą i drugą zasadą termodynamiki pod względem zakresu stosowalności (która z nich dopuszcza wyjątki)?
Na podstawie I zasady termodynamiki można by przyjąć że możliwe jest przekazywanie ciepła z układu zimniejszego do układu cieplejszego. Zgodnie z II zasadą termodynamiki nie jest to jednak możliwe. Stosowalność I zasady dynamiki jest więc ograniczona o ten wyjątek.
Drgania i fale
175. Jaka cecha wahadła decyduje o jego przydatności w zegarach ściennych?
Zegary wahadłowe poprawnie wskazują godzinę dzięki stałej częstotliwości (więc również okresowi) wahnięć. Częstotliwość ta zależy od długości wahadła - im dłuższe, tym mniejsza częstotliwość, a więc większy okres wahnięć. Jeżeli wahadło będzie miało odpowiednią długość, zegar będzie poprawnie mierzył czas.
176. Co to jest okres wahań?
Jest to odwrotność częstotliwości. Określa najmniejszy czas potrzebny na powtórzenie się wzoru oscylacji (pełnego wahnięcia).
177. Jaki jest związek fali z krzywą zwaną sinusoidą?
Zarówno falę jak i sinusoidę cechuje powtarzalność. Zależność przemieszczenia fali od czasu wyraża się funkcją sin.
178. Podaj różnice między następującymi wielkościami falowymi: amplituda, długość fali, częstotliwość i okres.
Amplituda - maksymalne wychylenie z położenia równowagi.
Długość fali - odległość na jaką fala przemieszcza się podczas jednego pełnego drgania.
Częstotliwość - liczba drgań w jednostce czasu.
Okres - czas, w którym ciało wykonuje jedne pełne drgnięcie.
179. Jaki jest związek między częstotliwością i okresem?
Częstotliwość jest liczbą okresów (drgnięć) w jednostce czasu.
180. Co właściwie porusza się między źródłem fali i jej odbiornikiem?
Między źródłem fali a odbiornikiem poruszają się cząsteczki ośrodka w którym fala się rozchodzi (np. cząsteczki powietrza lub wody). Cząsteczki te przenoszą między sobą drgania.
181. Podaj związek miedzy częstotliwością, długością fali i jej prędkością?
Stosunek prędkości do częstotliwości fali jest jej długością:
182. Czy zwiększenie częstotliwości powoduje wzrost lub zmniejszenie długości fali (przy tej samej prędkości fali)?
Zwiększenie częstotliwości powoduje zmniejszenie długości fali.
183. W jakim kierunku (względem kierunku propagacji fali) zachodzą drgania w fali poprzecznej?
Fala poprzeczna jest to fala, w której kierunek drgań cząstek ośrodka jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali. Propagacja jest to rozchodzenie się fal.
184. Kiedy następuje interferencyjne wzmocnienie, a kiedy osłabienie?
Gdy różnica faz, fal dobiegających do punktu wynosi 2kπ, k=1,2,3..., co odpowiada różnicy dróg kλ fale maksymalnie wzmacniają się. Gdy różnica wynosi π + 2kπ (1/2λ + kλ) fale się całkowicie wygaszają. Oznacza to, że gdy wierzchołek jednej fali spotyka się z wierzhołkiem drugiej (tak samo z dolinami) fale maksymalnie wzmacniają się. Gdy szczyt jednej fali spotyka się z doliną drugiej całkowicie się wygasza. Ogólnie fale wzmacniają się gdy są w jednej fazie, natomiast gdy są w przeciwnej fazie osłabiają się.
185. Co oznacza zwrot, że fale są w przeciwnych fazach?
Fale o przeciwnych fazach są to fale których wychylenia ze stanu równowagi są przeciwne.
186. Jakie rodzaje fal mogą interferować?
Interferować mogą zarówno fale mechaniczne jak i elektromagnetyczne, lecz aby efekt interferencyjny był trwały spełniony musi być warunek ich spójności (muszą mieć tę samą częstotliwość i stałą w czasie różnicę faz).
187. Jak powstają fale stojące?
Fala stojąca może zostać wytworzona w ośrodku poruszającym się względem obserwatora lub w przypadku interferencji dwóch fal spójnych poruszających się w przeciwnych kierunkach.
188. Co to jest węzeł fali? Co to jest strzałka?
Węzły i strzałki są to elementy fali stojącej:
węzły - punkty, w których amplituda drgań jest równa 0
strzałki - odcinki, w których amplituda drgań jest maksymalna.
S - strzałki
W - węzły
Odległości między kolejnymi węzłami i między kolejnymi strzałkami są stałe i wynoszą λ/2. Odległości między węzłami a strzałkami wynoszą λ/4.
189. Czy w zjawisku Dopplera zmieniają się: częstotliwość? długość fali? prędkość fali?
Zjawisko Dopplera zachodzi, gdy następuje ruch odbiorcy względem źródła lub źródła względem odbiorcy (lub i jedno i drugie). Na skutek tego ruchu następuje pozorna zmiana częstotliwości i długości fali. Parametry te rosną lub maleją w zależności czy odbiorca i źródło oddalają się od siebie czy też przybliżają się, przy czym kiedy częstotliwość rośnie długość fali maleje, więc zmiana prędkości nie jest odczuwalna. Zmiany te są jednak pozorne, rzeczywiste parametry fali nie ulegają zmianie.
190. Czy zjawisko Dopplera występuje w falach poprzecznych, podłużnych, czy w obu typach fal?
Zjawisko Dopplera dotyczy wszystkich rodzajów fal.
191. Co to jest przesunięcie światła ku fioletowi? A przesunięcie ku czerwieni?
Przesunięcie ku czerwieni - zjawisko obserwowane w astronomii polegające na tym, ze linie widmowe docierające z odległych gwiazd są przesunięte w stronę większych długości fali. Przesunięcie ku czerwieni określa także różnicę w długości fali elektromagnetycznej występująca między emisją uzyskaną na Ziemi a falą docierającą z odległych gwiazd. Jeżeli emitowana fala ma długość λe, a obserwuje się falę o długości λo, to związek pomiędzy tymi długościami można wyrazić wzorem
,
gdzie z jest przesunięciem ku czerwieni.
Przesunięcie ku fioletowi - zmiana długości fali elektromagnetycznej następująca między emisją i obserwacją. Następuje w kierunku wyższych częstotliwości (co w widmie światła widzialnego powoduje właśnie przesunięcie ku fioletowi). Spowodowana jest relatywistycznym efektem Dopplera, związanym z przybliżaniem się obserwowanego obiektu do obserwatora. Takie widma obserwuje się czasem dla gwiazd stosunkowo bliskich Ziemi, znajdujących się w Naszej Galaktyce.
Dźwięki
192. Jaka jest fizyczna definicja dźwięku?
Dźwięk to zaburzenie falowe w ośrodku sprężystym zdolne do wywołania wrażenia słuchowego, a więc o częstotliwości mieszczącej się w zakresie 16Hz-20.000Hz. Ośrodkiem rozchodzenia się dźwięku mogą być ciała stałe, ciecze i gazy. Fale dźwiękowe są podłużnymi falami mechanicznymi.
193. Co to jest źródło dźwięku?
Źródłem dźwięku jest ciało emitujące fale dźwiękowe, np. struna, membrana.
194. Jaki jest związek między częstotliwością a wysokością dźwięku?
Wysokość dźwięku jest cechą wrażenia słuchowego, uzależnioną od częstotliwości dźwięku. Im większa częstotliwość tym wyższy dźwięk i odwrotnie.
195. Jaka jest różnica między infradźwiękami i ultradźwiękami?
Ultradźwięki to fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za granicę uważa się 20 kHz, choć dla większości ludzi granica ta jest znacznie niższa. Infradźwięki - fale dźwiękowe niesłyszalne dla człowieka, ponieważ ich częstotliwość jest za niska, aby odebrało je ucho (poniżej 16 Hz).
196. Jakim przewodnikiem dźwięku jest powietrze w stosunku do ciał stałych i cieczy?
Fale dźwiękowe najszybciej rozchodzą się w ośrodkach najgęstszych, a więc w ciałach stałych. Nieco gorzej rozchodzi się w cieczach, a najgorzej w gazach (więc również w powietrzu). Oprócz tego wpływ na prędkość rozchodzenia dźwięku ma temperatura - w wyższej temperaturze dźwięki rozchodzą się szybciej niż w temperaturze niższej.
197. Dlaczego dźwięk nie może poruszać się w próżni?
Dlatego, że fale dźwiękowe są falami mechanicznymi, a więc rozchodzącymi się dzięki przekazywaniu drgań sąsiednim cząsteczkom. W próżni takich cząsteczek nie ma a więc nie możliwe jest dalsze przekazanie drgań.
198. Jakie czynniki wpływają na prędkość dźwięku. Od czego nie zależy prędkość dźwięku?
Prędkość dźwięku w substancjach zależy od prędkości przekazywania kolejnym cząsteczkom substancji zwiększonej ciśnieniem dźwięku prędkości cząsteczek. Bezpośrednio zależy więc od sprężystości i gęstości ośrodka, a pośrednio od temperatury, wilgotności.
199. Czy dźwięk porusza się szybciej w ciepłym, czy w zimnym powietrzu?
Dźwięk porusza się szybciej w ciepłym powietrzu, gdyż takie cząsteczki w takim powietrzu poruszają się szybciej.
200. Jaka jest prędkość dźwięku w wodzie oraz w stali w porównaniu z jego prędkością w powietrzu?
W stali prędkość dźwięku jest większa niż w wodzie, a w wodzie jest większa niż w powietrzu.
201. Co to jest echo?
Echo jest falą dźwiękową, która powraca do nas po odbiciu od odległej przeszkody. Z odstępu czasu upływającego między nadaniem fali dźwiękowej i jej odbiorem w postaci echa można wnioskować o odległości przeszkody odbijającej
202. Jakie jest prawo odbicia fali dźwiękowej?
Fale dźwiękowe odbijają się zgodnie z ogólnym prawem odbicia, a więc kąt odbicia jest równy kątowi padania. Promień fali padającej, promień fali odbitej i prosta prostopadła (normalna) płaszczyzny odbijającej leżą w jednej płaszczyźnie.
203. Kiedy powstają odbicia wielokrotne (pogłos)?
Pogłos to zjawisko stopniowego zanikania dźwięku po wygaśnięciu źródła dźwięku, występujące wskutek odbić fal dźwiękowych od powierzchni pomieszczenia. Czas pogłosu zależy od wielkości pomieszczenia i jego właściwości fizycznych
204. W jakich warunkach następuje załamanie fal dźwiękowych?
Fala dźwiękowa ulega załamaniu, gdy przechodzi z jednego ośrodka do drugiego lub gdy w obrębie jednego ośrodka są obszary o odmiennej gęstości czy też temperaturze.
205. W którą stronę odchyla się fala dźwiękowa, jeśli jej prędkość przy ziemi jest mniejsza?
Jeżeli prędkość przy ziemi jest mniejsza to oznacza, że temperatura przy ziemi jest mniejsza, a fale mechaniczne (również dźwiękowe) odchylają się w kierunku niższej temperatury. Fala ta odchyli się więc w kierunku Ziemi.
206. Dlaczego fala dźwiękowa w wodzie niekiedy się załamuje?
Dlatego że w wodzie często spotyka się obszary o odmiennej temperaturze. Poza tym w niższych obszarach woda jest gęstsza. Oba te przypadki powodują inną prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej, która jest źródłem załamania.
207. Dlaczego dźwięki o niskiej częstotliwości rozchodzą się w powietrzu szybciej niż dźwięki o wysokich częstotliwościach?
Dlatego że energia fali dźwiękowej o niskiej częstotliwości wolniej zamienia się w energię cieplną. Zależność prędkości od częstotliwości opisuje wzór: v = λ f.
208. Dlaczego syreny okrętowe wydają głosy o niskich tonach?
Głosy o niskich tonach szybciej się rozchodzą i dalej docierają.
209. Podaj przynajmniej dwa czynniki wpływające na częstotliwość drgań własnych ciała.
Częstotliwość drgań własnych zależy od rodzaju materiału i od jego kształtu.
210. Podaj różnice miedzy drganiami wymuszonymi a rezonansem.
Drgania wymuszone zachodzą jeżeli na drgający układ ma wpływ inny drgający układ. Natomiast rezonans to drgania wymuszone, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań.
211. Jakie są warunki wystąpienia rezonansu?
Częstotliwość drgań wymuszonych musi być równa częstotliwości własnej ciała. Powoduje to wzrost amplitudy drgań.
212. Czy jest możliwe, żeby jedna fala stłumiła inną?
Jest to możliwe i zachodzi gdy spotykają się takie same fale w przeciwnych fazach.
213. Jakie rodzaje fal ulegają interferencji?
Interferencji ulegają fale spójne (o jednakowych częstotliwościach i długościach).
214. W jakich warunkach następuje wzmocnienie, a w jakich wygaszanie fal?
Wzmocnienie następuje, gdy fale są w zgodnej fazie, natomiast wygaszanie, gdy są w przeciwnych fazach.
Elektrostatyka
215. Która część atomu jest naładowana dodatnio, a która ujemnie?
Dodatnio naładowane są protony, natomiast ujemnie elektrony.
216. Czy ładunki wszystkich elektronów są jednakowe?
Tak wszystkie elektrony mają ten sam ładunek równy e=-1,6*10-19C.
217. Porównaj masę elektronu z masa protonu i neutronu?
Masa elektronu wynosi 9,11*10-31kg i jest dużo mniejsza od zbliżonych mas protonu (1,673*10-27kg) i nieco cięższego neutronu (1,675*10-27kg).
218. Jak ładuje się ciało, gdy odrywane są z niego elektrony?
Gdy odrywane są elektrony odbierany jest ładunek ujemny. Ciało takie będzie więc ładowało się dodatnio.
219. Co to jest jon dodatni? Co to jest jon ujemny?
Jon dodatni nazywany kationem jest atomem lub cząsteczką naładowanym dodatnio, a wiec taką która pozbawiona jest co najmniej jednego elektronu. Jon ujemny nazywany anionem jest atomem lub cząsteczką naładowanym ujemnie, a wiec taką która przyjęła co najmniej jeden elektron.
220. Co rozumie się przez zachowanie ładunku?
Zachowanie ładunku oznacza, że w izolowanym układzie ciał suma algebraiczna ładunków dodatnich i ujemnych nie ulega zmianie. Wynika z tego, że aby jedne ciało naładowało się dodatnio drugie musi naładować się ujemnie.
221. Ile ładunków elementarnych zawiera jeden kulomb?
1 C ~ 6,2415·1018e
222. Jakie są podobieństwa i różnice między prawem Coulomba i prawem powszechnej grawitacji Newtona?
Prawo powszechnej grawitacji Newtona dotyczy wszelkich ciał. Wszystkie ciała mają bowiem masę niezerową. Prawo oddziaływań elektrostatycznych Coulomba dotyczy tylko ciał posiadających niezerowy ładunek elektryczny lub takich, które mają ładunki elektryczne rozmieszczone sferycznie symetrycznie. Ciała, które mają ładunki niezerowe o rozmiarach znikomych lub rozłożone na powierzchni kulistej odpychają się lub przyciągają. Ciała oddziałują grawitacyjnie tylko na jeden sposób - przyciągają się. Obie siły (co do wartości) maleją proporcjonalnie do wzrostu kwadratu odległości. Obie siły są proporcjonalne do iloczynu własności obu ciał
- grawitacyjne do iloczynu mas
- elektrostatyczne do iloczynu ładunków.
Obie siły (a właściwie pola) są potencjalne (inaczej mówiąc zachowawcze) - praca w obrębie pola nie zależy od drogi - zależy wyłącznie od położeń początkowego i końcowego. Przed polem elektrostatycznym można się uchronić stosując ekrany o przeciwnych ładunkach niż źródło tego pola. Przed polem grawitacyjnym nie da się uchronić.
223. Dlaczego metale są dobrymi przewodnikami zarówno ciepła, jak i elektryczności?
Dlatego że elektrony walencyjne w metalach mają słabe wiązania. Można je więc łatwo uwolnić używając niedużych nakładów energii. Uwolniony elektron może się przemieszczać przenosząc ładunek elektryczny, a zderzając się ze sobą pomagają przekazać ciepło.
224. Czym różni się półprzewodnik od przewodnika i izolatora?
Półprzewodnik jest materiałem pośrednim między przewodnikiem a izolatorem (Ma konduktywność rzędu 10-8 do 106 S/m). W pewnych warunkach materiał ten zachowuje się jak przewodnik, a w innych jak izolator. Ważną cechą półprzewodników jest to, że ich zdolność przewodzenia zależy od wielu czynników, w tym głównie od zawartości domieszek i temperatury. Typowymi materiałami na półprzewodniki są: krzem, german, arsenek galu, lub antymonek galu które w czystej postaci nie przewodzą prądu. Np. dioda zbudowana z półprzewodników przepuszcza prąd w jednym kierunku, a w drugim nie, albo dioda Zenera - przepuszcza prąd po osiągnięciu odpowiedniego napięcia zwanym napięciem przebicia.
225. Jaki opór stawia nadprzewodnik płynącemu przez niego prądowi elektrycznemu?
Nadprzewodnik w odpowiednich warunkach (Większość przewodników wykazuje nadprzewodnictwo dopiero w temperaturze bliskiej zera absolutnego) ma zerowy opór.
226. Co się dzieje z elektronami w procesie elektryzowania?
Podczas elektryzowania elektrony z jednego ciała są przekazywane na drugie ciało.
227. Podaj przykład ciała, które można naelektryzować przez pocieranie?
Bursztyn lub niektóre tworzywa sztuczne pocierane o wełnę.
228. Podaj przykład elektryzowania przez zetknięcie.
Jedwab zetknięty ze szkłem.
229. Podaj przykład ciała naelektryzowanego przez indukcję.
Elektrofor składa się z podwójnego, w środku pustego aluminiowego krążka z izolowanym uchwytem oraz z płyty winidurowej. Płytę elektryzujemy przez pocieranie, w wyniku czego elektryzuje się ujemnie, a następnie kładziemy na niej aluminiowy krążek. Po dotknięciu palcem, czyli uziemieniu ładunki ujemne z górnej części krążka przechodzą na ciało i na krążku pozostają ładunki dodatnie. Jest to przykład elektryzowania przez indukcję.
230. Czemu służy „uziemianie” ciał?
Uziemianie przewodzących ciał zapobiega porażeniu prądem, gdyż gdy pojawi się na uziemionym ciele ładunek zerowany (zobojętniany) jest dzięki połączeniu przewodnikiem z ziemią.
231. Jaką rolę pełni odgromnik?
Odgromnik jest urządzeniem chroniącym przed przepięciami elektrycznymi w sieci elektroenergetycznej. Przepięcia mogą powstać podczas np. załączania lub wyłączania nieobciążonej linii napowietrznej lub przy uderzeniu piorunu w linię napowietrzną i mogą one spowodować zniszczenie izolacji i innych elementów sieci.
232. Podaj różnicę między elektryczną energią potencjalną a potencjałem elektrycznym.
Elektryczna energia potencjalna jest określona w następujący sposób: Wyobraźmy sobie przejście układu fizycznego oddziałującego siłami elektrycznymi od stanu fizycznego nr 1 do stanu fizycznego nr 2. Obydwu stanom przypisujemy elektryczną energię potencjalną, przy czym energia potencjalna układu w stanie drugim jest równa sumie energii potencjalnej w stanie pierwszym i pracy wykonanej przy przejściu od stanu do stanu
Potencjał elektryczny jest określony jako stosunek energii potencjalnej oddziaływania ładunku próbnego
z polem elektrycznym, w danym punkcie pola, do wartości tego ładunku
Potencjał elektryczny określa energetyczne własności pola elektrycznego, co oznacza, że jeżeli znamy potencjał w danym punkcie pola elektrycznego, to energię potencjalną oddziaływania pola z ładunkiem umieszczonym w tym punkcie możemy obliczyć ze wzoru
233. Dlaczego całkowity ładunek naładowanego kondensatora jest równy zeru?
Dlatego że na jednej z okładzin odkłada się ładunek dodatni a na drugiej ujemny. Ładunki na okładzinach są o tej samej wartości lecz o przeciwnych znakach, więc się wzajemnie zerują.
Magnetyzm
234. Siła między dwoma ładunkami zależy od ich wielkości oraz od ich wzajemnej odległości. Od czego jeszcze?
Od przenikalności elektrycznej ośrodka:
,
w którym:
F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych,
q1 , q2 - punktowe ładunki elektryczne,
r - odległość między ładunkami,
k - współczynnik proporcjonalności:
przy czym:
gdzie:
ε - przenikalność elektryczna ośrodka,
εr - przenikalność elektryczna względna ośrodka (stała dielektryczna),
ε0 - przenikalność elektryczna próżni.
235. Jakie jest pochodzenie sił magnetycznych?
Siły magnetyczne są efektem działania pola magnetycznego. Z równań Maxwella wynika, że przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne (linie tego pola są zamknięte).
236. Gdzie znajdują się bieguny magnetyczne w zwykłym magnesie sztabkowym?
Bieguny magnetyczne w zwykłym magnesie sztabkowym znajdują się na przeciwległych końcach (na jednym północny N, na drugim południowy S).
237. Gdzie znajdują się bieguny magnetyczne w magnesie o kształcie podkowy?
Bieguny magnetyczne w magnesie o kształcie podkowy znajdują się na jego równoległych końcach.
238. Wokół ładunku elektrycznego powstaje pole elektryczne. Jakie dodatkowe pole powstaje wokół ładunku poruszającego się?
Wokół poruszającego się ładunku powstaje wirowe pole magnetyczne.
239. Dlaczego żelazo może być magnesem, a drewno nie może?
Dlatego że drewno nie jest przewodnikiem, a tylko na przewodnikach można uporządkować elektrony.
240. Jak zmieni się kierunek pola magnetycznego po zmianie kierunku prądu elektrycznego?
Kierunek pola magnetycznego zmieni się na przeciwny:
241. Dlaczego igła kompasu wskazuje kierunek północny? Dlaczego na półkuli południowej jej ustawienie jest takie samo?
Dlatego, że północny biegun magnetyczny Ziemi jest na półkuli południowej, a południowy na północnej. Igła kompasu zawsze wskazuje więc ten sam kierunek gdyż zawsze siły skierowują ją w stronę bieguna południowego, który nie zmienia położenia.
^ -oznacza wielkość wektorową, prawidłowo powinien być oznaczony strzałką lub kreską nad literą lub cyfrą
^ -oznacza wielkość wektorową, prawidłowo powinien być oznaczony strzałką lub kreską nad literą lub cyfrą
41
Wyszukiwarka