Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład z fizyki Układ SI. Fizyka jako nauka Przedmiot badań - świat materialny Podstawowa metoda badań - wykonywanie eksperymentów. Na podstawie zebranych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład z fizyki Układ SI. Fizyka jako nauka Przedmiot badań - świat materialny Podstawowa metoda badań - wykonywanie eksperymentów. Na podstawie zebranych."— Zapis prezentacji:

1 Wykład z fizyki Układ SI

2 Fizyka jako nauka Przedmiot badań - świat materialny Podstawowa metoda badań - wykonywanie eksperymentów. Na podstawie zebranych danych doświadczalnych znajdowane są związki przyczynowe, które formułuje się w postaci równań matematycznych i formułuje prawa fizyczne. Teoria - zbiór logicznie powiązanych praw.

3 Wielkości fizyczne - taka własność ciała lub zjawiska, którą można porównać ilościowo z taką samą własnością innego ciała lub zjawiska. Wielkości podstawowe - podane przez podanie sposobu ich pomiaru Wielkości pochodne - wyrażane za pomocą wielkości podstawowych

4 Przykłady wielkości fizycznych: długość, prędkość, praca, napięcie, temperatura, natężenie prądu, czas, liczność materii Przykłady wielkości, których nie zaliczamy do wielkości fizycznych: barwa, kształt, zapach Pomiar wielkości fizycznej polega na wyznaczaniu stosunku liczbowego danej wielkości do wielkości tego samego rodzaju przyjętej za jednostkę. Jednostki wielkości podstawowych - jednostki podstawowe - mogą być przyjęte dowolnie, jednostki wielkości pochodnych - jednostki pochodne - definiuje się za pomocą jednostek podstawowych.

5 prędkość = długość drogi czas wielkości podstawowe wielkość pochodna Odpowiedni zapis dla jednostek: jednostka prędkości = jednostka długości jednostka czasu metr sekunda = Uwaga! Stosowany wzór nie jest wzorem zawsze słusznym, stosowany jest dla przypadku ruchu jednostajnego.

6 Wielkości fizyczne, ich pomiar i jednostki Międzynarodowy układ jednostek SI

7 Jeżeli wybierzemy pewne wielkości podstawowe, to możemy na podstawie tych jednostek zdefiniować jednostki pochodne. Określone w taki sposób jednostki, podstawowe i pochodne, tworzą układ jednostek. Najczęściej używane układy jednostek : Zasady tworzenia układów jednostek Międzynarodowy układ jednostek SI Układy CGS, CGSES, CGSEM, Układ techniczny, zwany ciężarowym

8 Układ SI Systeme International dUnites (Franc.) Siedem jednostek podstawowych (bazowe) Dwie jednostki uzupełniające Jednostki pochodne

9

10 Zasady tworzenia jednostek wtórnych Jednostki wtórne są wielokrotnościami lub podwielokrotnościami jednostek podstawowych i pochodnych.

11

12 Jednostki podstawowe 1 m 1 s1 kg 1 K 1 A 1 mol 1 cd

13 Pierwotny wzorzec długości związany był z wymiarami kuli ziemskiej: metr równy jest jednej czterdziestomilionowej część długości południka przechodzącego przez Paryż. Na podstawie takiej definicji i po wykonaniu pomiarów południka kuli ziemskiej sporządzono wzorzec metra w postaci sztaby wykonanej ze stopu platyny z irydem. Dokładniejsze pomiary południka wykazały, że wykonany wzorzec różni się od poprzedniej wartości. Zrezygnowano więc z pierwotnej definicji i przyjęto, że metrem będzie długość wykonanego wzorca. Jednak wzrastające z czasem precyzja pomiarów spowodowała konieczność zmiany tego wzorca. Metr (1 m)

14 Następna definicja metra była oparta na pomiarze długości fali pomarańczowej linii widmowej wysyłanej podczas wyładowań elektrycznych przez atomy czystego izotopu kryptonu o liczbie masowej 86. Definicja brzmiała : Metr jest długość równa ,73 długości fali w próżni promieniowania odpowiadająca przejściu między poziomami 2p 10 a 5d 5 atomu kryptonu 86. Obecna definicja brzmi: Metr (m) jest długość drogi przebytej w próżni przez światło w czasie 1/ s (XVII Gen. Konf. Miar 1983 r.)

15 Kilogram (1 kg) Definicja jednostki związana jest ze wzorcem w sposób następujący: Kilogram (kg) jest to masa międzynarodowego wzorca tej jednostki masy przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres (III Gen. Konf. Miar w 1901 r.). Masa tego wzorca wykonanego ze stopu platyny z irydem miała być równa masie 1 dm 3 wody destylowanej w temperaturze 4 0 C. Później okazało się, że objętość 1 kg wody destylowanej w tej temperaturze wynosi 1, dm 3, mimo to utrzymano wzorzec platynowo-irydowy jednostki masy.

16 Sekunda (1 s) Sekundę najpierw określano jako 1/ część średniej doby słonecznej. Dobą słoneczną nazywamy czas między dwoma kolejnymi przejściami Słońca przez płaszczyznę południka, na którym znajduje się obserwator. Prędkość Ziemi w ruchu wokół Słońca zmienia się w ciągu roku, doba słoneczna nie jest stałym okresem czasu i średnią dobę słoneczną znajdujemy jako średnią ze wszystkich w roku. Czas oparty na średniej dobie słonecznej był niedokładny. Postanowiono więc oprzeć definicję sekundy na obiegu orbitalnym Ziemi wokół Słońca.

17 Definicja brzmiała następująco : sekunda jest 1/ ,9747 częścią roku zwrotnikowego 1900 roku stycznia 0 godzina 12 czasu efemeryd (data 1900 roku stycznia 0 godzina 12 według przyjętej przez astronomów umowy oznacza południe 31 grudnia 1899 roku). Rok zwrotnikowy jest odstępem czasu między kolejnymi wiosennymi porównaniami dnia z nocą. Długość roku zwrotnikowego zmniejsza się o 0,53 s na sto lat. Ta obowiązująca do 1976 r. definicja była bardzo kłopotliwa. Obowiązująca obecnie definicja oparta jest na wzorcu atomowym. Sekunda (s) jest to czas równy okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133 Cs (XII Gen. Konf. Miar w 1964 r.).

18 Kelvin (1 K) Kelvin (K) jest to 1/273,16 część temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody (X II Gen. Konf. Miar w 1967/64 r.). Punkt potrójny wody jest to taki punkt, w którym lód, woda i para wodna współistnieją w stanie równowagi. Taki stan wody osiągany jest tylko w określonym ciśnieniu. Ciśnienie pary wodnej w punkcie potrójnym wynosi 4,58 mmHg. Punkt potrójny jest jednym ze stałych punktów międzynarodowej skali temperatur.

19 Mol (1 mol) Jednostka ilości dowolnych cząstek nazwana została licznością materii lub ilością materii (monitor Polski Nr 4, poz 19). Jednostką podstawową jest mol, którego definicja oparta jest na prawie Avogadra, formułowanym następująco: 1mol (gramoatom lub gramocząsteczka) każdej substancji zawiera liczbę cząsteczek, równą liczbie Avogadra N A.

20 Mol (mol) jest to liczność materii występująca, gdy liczba cząstek jest równa liczbie atomów zawartych w masie 0,012 kg 12 C (węgla o masie atomowej 12), (XIV Gen. Konf. Miar w 1971 r.). N A = 6,

21 Amper (1A) Definicja ampera oparta jest na własnościach magnetycznych prądu elektrycznego. Skorzystano tutaj ze zjawiska przyciągania się dwóch przewodników przez które płyną prądy elektryczne w tym samym kierunku.

22 B1B1 F1F1 F2F2 I 1 I2I2 F 1 = F 2 I 1 płynie równolegle do I 2 Oddziaływanie dwóch przewodników z prądem; prądy płyną prostopadle do płaszczyzny rysunku. B 1 - indukcja magnetyczna wokół przewodnika z prądem I 1. Drugi przewodnik z prądem I 2 znajduje się w polu B 1 wytworzonym przez pierwszy. Analogicznie, przewodnik z prądem I 1 - w polu B 2.

23 Amper jest natężeniem prądu nie zmieniającego się, który płynąc w dwóch równoległych prostolinijnych przewodach nieskończenie długich o przekroju kołowym znikomo małym, umieszczonych w próżni w odległości 1m, wywołuje między tymi przewodami siłę równą N na każdy metr długości przewodu (IX Gen. Konf. Miar w 1948 r.). 1 N (Newton) jest jednostką siły. W układzie SI jest to jednostka pochodna od kilograma, metra i sekundy (II zasada Newtona). 1 N = kg m s 2

24 Kandela (1 cd) Początkowa definicja brzmiała następująco : Kandela jest to światłość, jaką ma w kierunku prostopadłym powierzchnia (1/ ) m 2, ciała doskonale czarnego (promiennika zupełnego), w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem paskali ( ciśnienie normalne - 1 atmosfera fizyczna ). Obecna definicja jest następująca: Kandela (cd) jest to światłość, jaką ma w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości Hz i którego natężenie w tym kierunku jest równe 1/683 W/sr ( XVI Gen. Konf. Miar w 1979 r.).

25 Jednostki uzupełniające Radian Steradian Jednostki uzupełniające mają charakter matematyczny.

26 Radian jest to jednostką miary łukowej kąta płaskiego, równy jest stosunkowi łuku l do promienia tego łuku r. Ścisła definicja jest następująca: Radian jest to kąt płaski zawarty między dwoma promieniami koła, wycinającego z jego okręgu łuk o długości równej promieniowi tego koła. r = l Radian

27 l r

28 Kąt bryłowy jest to część przestrzeni ograniczona powierzchnią stożkową. Jeżeli ze środka pewnej powierzchni kulistej o promieniu r poprowadzimy powierzchnię stożkową wycinającą część kuli o powierzchni S, to powierzchnia ta ograniczy kąt bryłowy równy stosunkowi powierzchni S do kwadratu promienia r. Steradian

29 r S O Steradian jest kątem bryłowym o wierzchołku w środku kuli, wycinającym z jej powierzchni część równą powierzchni kwadratu o boku równym promieniowi tej kuli. Jednostka miary kąta bryłowego S = r 2

30 Przykłady zasad stosowanych w fizyce I, II i III zasada dynamiki Newtona zasady zachowania energii, pędu, momentu pędu I i II zasada termodynamiki zasada zachowania ładunku

31 I Zasada dynamiki Newtona Jeżeli na ciało A nie działa żadna wypadkowa siła, przyspieszenie a tego ciała jest równe zeru. FF A v = const. F = 0 a = 0

32 II Zasada dynamiki Newtona Siła działająca na ciało jest równa iloczynowi przyspieszenia i masy tego ciała. a F F = ma 1N = kg m/s 2

33 III Zasada dynamiki Newtona Jeżeli ciało A działa na ciało B pewną siłą F AB, to ciało B działa na ciało A siłą F BA równą co do wartości bezwzględnej, lecz przeciwnie skierowaną. F AB = - F BA A B F AB F BA

34 Zasada zachowania energii Energia całkowita punktu materialnego, tzn. suma energii kinetycznej, potencjalnej, wewnętrznej i wszystkich innych rodzajów energii, nie zmienia się. Energia może być przekształcana z jednej formy w inną, ale nie może być wytwarzana ani niszczona; energia całkowita jest wielkością stałą. Jednostka energii, pracy i ciepła: 1J

35 0 = K + U + U wew + (zmiana innych form energii) Zmiana energii potencjalnej Zmiana energii wewnętrznej Zmiana energii kinetycznej

36 Zasada zachowania pędu Jeżeli wypadkowa sił zewnętrznych działających na układ jest równa zeru, to całkowity wektor pędu tego układu p pozostaje stały. dp dt = 0 albo p = const. F = 0 to Jednostka pędu: kg m/s

37 Zasada zachowania momentu pędu Jeżeli wypadkowy moment sił zewnętrznych działających na układ wynosi zero, to całkowity moment pędu układu pozostaje stały. zewn = dL/dt Moment sił zewnętrznych Zmiana momentu pędu

38 L - moment pędu p jest zdefiniowany następująco: Jeżeli to wyrażenie zróżniczkujemy względem czasu, otrzymamy zero Moment siły - Pierwszy składnik równy 0, ponieważ v mv = 0 Jednostka momentu pędu: kg m 2 /s

39 Jeżeli zewn = 0, to dL/dt = 0 i oznacza to, że L jest wektorem stałym. L = const. Jeżeli układem punktów materialnych jest ciało sztywne, obracające się wokół osi obrotu (np. z), która jest nieruchoma w inercjalnym układzie odniesienia, to możemy napisać, że wektor L L = I I - Moment bezwładności - Prędkość kątowa

40 I Zasada termodynamiki Zmiana energii wewnętrznej układu termodynamicznego jest równa sumie ciepła pobranego (lub oddanego) przez układ i pracy wykonanej nad układem przez siły zewnętrzne (lub przez układ nad otoczeniem). U = Q + W U - Zmiana energii wewnętrznej Q – ciepło W - praca

41 II Zasada termodynamiki Samorzutne procesy, które zaczynają się jednym stanem równowagi, a kończą innym stanem równowagi, mogą przebiegać tylko w takim kierunku, z którym związany jest wzrost sumy entropii układu i otoczenia. S > 0

42 S = Q T Przyrost entropii Q - przyrost ciepła T - temperatura Jednostka entropii: J K

43 Przykłady Przykład 1 Wyznaczyć maksymalną i minimalną prędkość wahadła pokazanego na rysunku. Ruch odbywa się w płaszczyźnie x,y. h x m = 0.001kg h = 0.10 m g = 9.81m/s 2 y

44 y = h y = 0 V = 0 E - energia całkowita, równa sumie energii kinetycznej i potencjalnej, zakładamy, że spełnione jest prawo zachowania energii mechanicznej skrajne wartości położenia i prędkości

45 Odpowiednio energia całkowita (maksymalna kinetyczna i maksymalna potencjalna) wynosi:

46 Przykład. 2 Pręt o długości l i masie M leży na gładkim stole. Krążek hokejowy poruszający się jak na rysunku zderza się sprężyście z prętem. Jak zachowa się pręt i krążek po zderzeniu? Jaka powinna być masa krążka, aby pozostał w spoczynku po zderzeniu? L v M v1v1 v2v2 M = 0.5 kg L = 1 m v = 10 m/s Zderzenie sprężyste 0 x

47 W wyniku zderzenia sprężystego krążek przekazuje energię kinetyczną i pęd prętowi. Uderzenie w koniec pręta (punkt różny od środka masy) związane jest również z tym, że moment pędu jest niezerowy. Następuje obrót pręta wokół swojego środka masy. Pręt wykonuje również ruch posuwisty. Krążek po zderzeniu ma prędkość v 2, która ma zwrot najczęściej przeciwny do pierwotnego, może też być zgodny, a w szczególnym przypadku krążek może się zatrzymać. Prawo zachowania pędu Prawo zachowania momentu pędu Prawo zachowania energii

48 Gdzie v - prędkość krążka przed zderzeniem v 1 - prędkość krążka po zderzeniu v 2 - prędkość środka masy pręta po zderzeniu I - moment bezwładności pręta - prędkość kątowa pręta po zderzeniu Ruch krążka i pręta najwygodniej jest opisać w układzie, którego początek pokrywa się ze środkiem masy spoczywającego pręta.

49 stąd Moment bezwładności I pręta dla osi jak na rysunku: L i ostatecznie otrzymujemy wyrażenie: Dla przypadku zatrzymania się krążka, układ równań sprowadzi się do skalarnej postaci:

50 Po wstawieniu danych otrzymujemy: m = kg

51 Przykład. 3 Bryłka kitu o masie m posiada prędkość v. Kierunek prędkości jest prostopadły do pręta o tej samej masie i długości L, leżącego na gładkim stole. Kit uderza w koniec pręta i przykleja się do niego. Znaleźć ruch pręta i zmianę energii układu. L v M v śrm M = 0.01 kg L = 0.2 m v = 10 m/s Zderzenie plastyczne 0 x M

52 Prawo zachowania pędu Prawo zachowania momentu pędu Prawo zachowania energii W wyniku zderzenia plastycznego pręt i kit stanowią całość. Następuje ruch obrotowy układu wokół swojego środka masy po zderzeniu oraz ruch posuwisty z prędkością v śrm (prędkość środka masy). Część energii jest tracona na ciepło - E cipl. Należy wyznaczyć położenie x śrm i prędkość środka v śrm masy po zderzeniu oraz moment bezwładności I u całego układu. - prędkość kątowa układu po zderzeniu

53 Z definicji współrzędnych środka masy wynika Z prawa zachowania pędu Moment bezwładności pręta Wkład bryłki kitu Z wzoru Steinera

54 Przekształcając poprzednio zapisane prawo zachowania energii otrzymujemy energię traconą na ciepło w wyniku zderzenia plastycznego. Dla danych przykładu 1/5 początkowej energii kinetycznej


Pobierz ppt "Wykład z fizyki Układ SI. Fizyka jako nauka Przedmiot badań - świat materialny Podstawowa metoda badań - wykonywanie eksperymentów. Na podstawie zebranych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google