LITERATURA Resnick R., Holliday O., Acosta V., Cowan C. L., Graham B. J., Wróblewski A. K., Zakrzewski J. A., Kleszczewski Z., Zastawny A.

Transkrypt

1 LITERATURA. Resnick R., Holliday O., Fizyka, Tom i, lub nowe wydanie 5-tomowe. Acosta V., Cowan C. L., Gaham B. J., Podstawy Fizyki Współczesnej, 98,PWN. 3. Wóblewski A. K., Zakzewski J. A., Wstęp Do Fizyki, Tom, 984, PWN. 4. Kleszczewski Z., Fizyka Klasyczna, Wyd. Pol. Śl., 998, Podęcznik oaz Zbió Zadań. 5. Zastawny A., Wykłady Z Fizyki, Wyd. Pol. Śl., 997, Podęcznik oaz Zbió Zadań. 6. Szczeniowski Sz., Fizyka Doświadczalna, Tom i. 7. Kittel Ch., Knight W.D., Rudeman M.A., Mechanika, PWN, 973.

2 MECHANIKA KLASYCZNA

3 DUŻE / MAŁE LICZBY W FIZYCE (Pzybliżone watości liczbowe óżnych wielkości fizycznych) WSZECHŚWIAT (MAKROKOSMOS) Pomień Wszechświata 06 m 00 lat świetlnych Odległość Ziemia Słońce.5 0 m Odległość Ziemia Syiusz 5 06 m Pomień Ziemi m Pomień Słońca 7 08 m Masa Słońca 030 kg Liczba gwiazd we Wszechświecie 03 /6 mola (c3 08 m/s) mol mateii cząsteczek, atomów Liczba potonów i neutonów we Wszechświecie 080 Śednia gęstość mateii w postaci galaktycznej kg/cm3 lub 70 ev/cm3 (Emc, ev.6 0-9J) Gęstość wody g/cm3 Gęstość Ziemi 5 g/cm3 3

4 ZIEMIA Liczba atomów na Ziemi (Liczba atomów na Słońcu) 0 57 liczba piewiastków chemicznych około 00 óżnych liczba odmian izotopowych piewiastków kilka tysięcy liczba związków chemicznych, oztwoów, stopów > 0 6 CZŁOWIEK liczba komóek 0 6 komóka atomów łańcuch DNA atomów CZĄSTECZKI, ATOMY, JĄDRA ATOMOWE (MIKROKOSMOS) Rozmia atomu 0-0 m Rozmia nukleonu (potonu, neutonu) 0-5 m fm ( fem) Rozmia jąda atomowego poównywalny z ozmiaem nukleonu Masa nukleonu kg (około 940 MeV; MeV 0 6 ev) Masa elektonu kg (około 0.5 MeV) 4

5 MASY I ROZMIARY OBIEKTÓW FIZYCZNYCH Rys.. 5

6 ODDZIAŁYWANIA FUNDAMENTALNE PODSTAWOWE ODDZIAŁYWANIA W PRZYRODZIE Oddziaływanie Zasięg [m] Względne natężenie Chaakteystyczny czas [s] Nośniki oddziaływań Gawitacyjne ? gawiton (?) Elektomagnetyczne foton Silne mezony, gluony Słabe < bozony W±, bozon Z 6

7 ODDZIAŁYWANIA GRAWITACYJNE Obejmują cały Wszechświat Najpostszy układ: masy punktowe Rys.. F G M M stała gawitacji G (6.670±0.004) 0 - N m /kg Siły pzyciągające, zawsze Teoia gawitacji Ogólna teoia względności 7

8 ODDZIAŁYWANIA ELEKTROMAGNETYCZNE Oddziaływania ładunków elektycznych, momentów magnetycznych znajdujących się w spoczynku i w uchu Występują w atomach, cząsteczkach, pomiędzy większymi obiektami wytwazającymi pola elektyczne i magnetyczne, stałe i zmienne w czasie i pzestzeni Najpostszy układ: ładunki punktowe Rys. 3. Rys. 4. F F 4 πε 0 Q Q odpychanie 0 Oddziaływanie wymienne wymiana FOTONÓW Enegia fotonu hc E hν λ Oddziaływanie elektomagnetyczne a gawitacyjne F el / Fg e / 4πε0Gm 4 pzyciąganie 0 4 8

9 ODDZIAŁYWANIA SILNE JĄDRO ATOMU stan związany cząstek: potonów (p) i neutonów (n) Oddziaływanie p-p, n-n, p-n: niezależne od ładunku Wymienne: mezony π ±, π 0 m 300 m e Rozpady cząstek elementanych Reakcje jądowe Rys. 5. ODDZIAŁYWANIA SŁABE Wymienne: ciężkie bozony, m B >> m π Nie twozy układów związanych cząstek Rozpad cząstek elementanych, np. π µ ± + ν µ ± (śedni czas życia 0-6 s) Spontaniczna (samozutna) pzemiana beta jąde n p + e + ν e p n + e + ν e 9

10 ODDZIAŁYWANIA ELEKTROSŁABE Oddziaływanie elektomagnetyczne i słabe występują ównocześnie Wysokie enegie oddziaływujących cząstek E > 0 GeV Pawdopodobieństwo obu oddziaływań takie samo 0

11 MECHANIKA KLASYCZNA PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA v << c, c3 0 8 m/s, c pędkość światła Pzestzeń jest Euklidesowa Pzestzeń jest izotopowa, np. F m a, masa nie zależy od kieunku a Pawa dynamiki Newtona są słuszne w inecjalnych układach odniesienia I a 0, gdy F 0 F II F Ma lub a M III F F, gdy obie siły miezone są w tym samym momencie czasu Si Isaac Newton (643-77) F G M M Obowiązuje pawo powszechnego ciążenia Piewsza i duga zasada dynamiki Newtona w oyginalnym wydaniu Pincipia Mathematica z 687 oku.

12 INERCJALNE UKŁADY ODNIESIENIA Układ Inecjalny Układ Galileusza Układ Nie Posiadający Pzyśpieszenia Rys. 6. S z S z a o Rys.6.. O O y, y z z UKŁAD NIEINERCJALNY ZAWSZE x x y a o 0 Układ Inecjalny 0 0 y x x

13 a ZIEMIA NIEINERCJALNOŚĆ ZIEMI JAKO UKŁADU ODNIESIENIA RUCH DOBOWY ZIEMI, uch obotowy o okesie ównym dobie ziemskiej Rys. 7. ω R z a ϕ 0 ω const pędkość kątowa Ziemi v ω pędkość liniowa punktów powiezchni Ziemi R Z cosϕ pomień ównoleżnika R Z pomień Ziemi, ϕ szeokość geogaficzna a ω pzyspieszenie odśodkowe punktów powiezchni Ziemi R Z a ω pzyspieszenie odśodkowe na T s, R Z m ówniku ω π/t s - a ( ) s m 0.03 m/s g 9.8 m/s (ϕ 45 ) Obsewacja wahadła Foucaulta stanowi dowód na nieinecjalność Ziemi (cdn st.3 3

14 RUCH ZIEMI PO ORBICIE WOKÓŁ SŁOŃCA Rys. 8. T ok s R 0 m a ω R (π/t) R m/s niekiedy może być watością znaczącą PRZYSPIESZENIE UKŁADU SŁONECZNEGO W KIERUNKU ŚRODKA GALAKTYKI Słońce R m - pomień Galaktyki v m a v /R m/s - badzo mała watość WNIOSKI Nie ma idealnego układu inecjalnego Gwiazda stała może być dobym układem inecjalnym (siły gawitacji i elektomagnetyczne maleją jak / ). 4

15 ZASADA WZGLĘDNOŚCI GALILEUSZA Podstawowe Pawa Fizyki Są Jednakowe We Wszystkich Inecjalnych Układach Odniesienia Matematyczny zapis zasady względności Galileusza stanowi TRANSFORMACJA GALILEUSZA Rys. 9. Galileusz, Galileo Galilei (564-64) Zgodnie z tansfomacją Galileusza, kiedy dwa obiekty pouszają w pzeciwnych kieunkach, to ich pędkości się dodają. W układzie odniesienia kieowcy samochodu osobowego jadącego z pędkością 30km/h, TIR (jadący 70km/h) będzie miał pędkość 00km/h. ( ). 5

16 TRANSFORMACJA WSPÓŁRZĘDNYCH CZĄSTKI Pędkość względna układów v const, S i S są inecjalnymi układami odniesienia Założenie (spełnione są pawa mechaniki klasycznej): v v < 0 3 m/s lub << gdzie: c m/s c Obsewatozy poównują wskazania zegaów i miezone długości W chwili mijania się układów obsewatozy stwiedzają: t t zegay wskazują tę sama chwilę czasu L L długość pęta miezona w obu układach jest taka sama Ponieważ: L O P, L O P P (0,0,x ), P (0,0,x ) Otzymujemy tansfomację Galileusza współzędnych cząstki: x y z t t x y z + vt lubinaczej + vt 6

17 TRANSFORMACJA PREDKOŚCI CZĄSTKI (SKŁADANIE PRĘDKOŚCI) Cząstka o masie m i pędkości u lub u odpowiednio w układzie S i S W układzie S : u ( u,u,u ) x Tansfomacja Galileusza pędkości cząstki: y z w układzie S : u( ux,u y,uz ) v u u u x y z u u lub inaczej u u + v dx dt y z dx dt d dt ( x + vt ) dx dt + v u x + v TRANSFORMACJA PRZYSPIESZENIA CZĄSTKI du du Pzyspieszenie a dt, podobnie a dt Ponieważ pzyosty pędkości cząstki du i du miezone w obu układach odniesienia są takie same, otzymujemy tansfomację pzyspieszenia cząstki w postaci a a pzyspieszenie nie zależy od układu odniesienia TRANSFORMACJA SIŁY Założenie: masa cząstki nie zależy od układu odniesienia, m const Układ S : F ma Ponieważ a a, układ S : F ma Tansfomacja siły działającej na cząstkę F F, watość siły nie zależy od układu odniesienia 7