WPROWADZENIE. Czym jest fizyka?

Podobne dokumenty
Oddziaływania fundamentalne

Fizyka 10. Janusz Andrzejewski

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

Grzegorz Kornaś. Powtórka z fizyki

Zasady dynamiki ruchu obrotowego

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

II.6. Wahadło proste.

Pole grawitacyjne. Definicje. Rodzaje pól. Rodzaje pól... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek.

GRAWITACJA. przyciągają się wzajemnie siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości r.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Wykład FIZYKA I. 8. Grawitacja. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

ROZWIĄZUJEMY PROBLEM RÓWNOWAŻNOŚCI MASY BEZWŁADNEJ I MASY GRAWITACYJNEJ.

Wykład: praca siły, pojęcie energii potencjalnej. Zasada zachowania energii.

1. Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem obrotowym jednostajnym.

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

Plan wykładu. Rodzaje pól

ver grawitacja

Przygotowanie do Egzaminu Potwierdzającego Kwalifikacje Zawodowe

MECHANIKA OGÓLNA (II)

Pęd, d zasada zac zasad a zac owan owan a p a p du Zgod Zg n od ie n ie z d r d u r g u im g pr p a r wem e N ew e tona ton :

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 10 7.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

00502 Podstawy kinematyki D Część 2 Iloczyn wektorowy i skalarny. Wektorowy opis ruchu. Względność ruchu. Prędkość w ruchu prostoliniowym.

Składowe przedmiotu MECHANIKA I MECHATRONIKA. mechanika techniczna podstawy konstrukcji maszyn mechatronika

Fizyka. Wykład 2. Mateusz Suchanek

Prawo powszechnego ciążenia Newtona

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

BRYŁA SZTYWNA. Umowy. Aby uprościć rozważania w tym dziale będziemy przyjmować następujące umowy:

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Ruch obrotowy INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Fizyka. Wyższa SzkołaTurystykiiEkologii i Wydział Informatyki, rok I. Wykład pierwszy.

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Energia kinetyczna i praca. Energia potencjalna

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Teoria Względności. Czarne Dziury

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI. W roku 1820 Oersted zaobserwował oddziaływanie przewodnika, w którym płynął

IV.2. Efekt Coriolisa.

Siły centralne, grawitacja (I)

Zastosowanie zasad dynamiki Newtona.

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

dr inż. Zbigniew Szklarski

Nierelatywistyczne równania ruchu = zasady dynamiki Newtona

Siła. Zasady dynamiki

WYKŁAD 1. W przypadku zbiornika zawierającego gaz, stan układu jako całości jest opisany przez: temperaturę, ciśnienie i objętość.

Grawitacja. W Y K Ł A D IX Prawa Keplera.

XXI OLIMPIADA FIZYCZNA ( ). Stopień III, zadanie teoretyczne T1. Źródło: XXI i XXII OLIMPIADA FIZYCZNA, WSiP, Warszawa 1975 Andrzej Szymacha,

Mechanika ruchu obrotowego

dr inż. Zbigniew Szklarski

Fizyka 9. Janusz Andrzejewski

JOANNA GONDEK UNIWERSYTET GDAŃSKI INSTYTUT FIZYKI DOŚWIADCZALNEJ ZAKŁAD DYDAKTYKI FIZYKI 3 XII 2015 TORUŃ

Modelowanie przepływu cieczy przez ośrodki porowate Wykład III

Pole magnetyczne. 5.1 Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki. przewodniki z prądem Podstawowe zjawiska magnetyczne

Fizyka dla Informatyki Stosowanej

Moment pędu w geometrii Schwarzshilda

Energia kinetyczna i praca. Energia potencjalna

Atom wodoru w mechanice kwantowej

Lista zadań nr 1 - Wektory

m q κ (11.1) q ω (11.2) ω =,

= ± Ne N - liczba całkowita.

cz.1 dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 5: Dynamika. dr inż. Zbigniew Szklarski

SKRYPT DO ZAJĘĆ WYRÓWNAWCZYCH Z FIZYKI DLA STUDENTÓW I ROKU AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Wstęp. Prawa zostały znalezione doświadczalnie. Zrozumienie faktu nastąpiło dopiero pod koniec XIX wieku.

Guma Guma. Szkło Guma

dr inż. Zbigniew Szklarski

Obraz Ziemi widzianej z Księżyca

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 5 2.XI Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Prędkość i przyspieszenie punktu bryły w ruchu kulistym

ZASADY DYNAMIKI. Przedmiotem dynamiki jest badanie przyczyn i sposobów zmiany ruchu ciał.

Wykład 10. Reinhard Kulessa 1

Kinematyka, Dynamika, Elementy Szczególnej Teorii Względności

Energia w geometrii Schwarzshilda

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Pole grawitacyjne*

ZJAWISKA ELEKTROMAGNETYCZNE

L(x, 0, y, 0) = x 2 + y 2 (3)

Wykład 2 - zagadnienie dwóch ciał (od praw Keplera do prawa powszechnego ciążenia i z powrotem..)

Karta wybranych wzorów i stałych fizycznych

Siły oporu prędkość graniczna w spadku swobodnym

Prawo powszechnego ciążenia, siła grawitacyjna, pole grawitacyjna

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Podstawy fizyki subatomowej

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

KINEMATYCZNE WŁASNOW PRZEKŁADNI

θ = s r, gdzie s oznacza długość łuku okręgu o promieniu r odpowiadającą kątowi 2. Rys Obrót ciała wokół osi z

20 ELEKTROSTATYKA. PRAWO COULOMBA.

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Zjawisko indukcji. Magnetyzm materii.

Siła tarcia. Tarcie jest zawsze przeciwnie skierowane do kierunku ruchu (do prędkości). R. D. Knight, Physics for scientists and engineers

Zasady dynamiki Isaak Newton (1686 r.)

Grawitacyjna energia potencjalna gdy U = 0 w nieskończoności. w funkcji r

MiBM sem. III Zakres materiału wykładu z fizyki

23 PRĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2

III.4 Ruch względny w przybliżeniu nierelatywistycznym. Obroty.

Wykład Półprzewodniki

Kinematyka: opis ruchu

Magnetyzm. A. Sieradzki IF PWr. Pole magnetyczne ŁADUNEK ELEKTRYCZNY ŁADUNEK MAGNETYCZNY POLE ELEKTRYCZNE POLE MAGNETYCZNE

WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOSCI KRĄŻKA

Równanie Schrödingera dla elektronu w atomie wodoru

Transkrypt:

WPROWADZENIE Czym jest fizyka? Fizyka odgywa dziś olę tego co dawniej nazywano filozofią pzyody i z czego zodziły się współczesne nauki pzyodnicze. Można powiedzieć, że fizyka stanowi system podstawowych idei uogólniających dane ekspeymentalne i odzwieciedlających obiektywne pawa pzyody. Paamet Watość Pomień Wszechświata 10 6 m (10 10 lat świetlnych) Odległość Ziemi do Słońca 1.5 10 11 m Pomień Ziemi 6.4 10 6 m Liczba potonów i neutonów we Wszechświecie 10 80 Słońce 10 57 atomów Ziemia 4 10 51 Człowiek 10 16 komóek Komóka 10 1 10 14 atomów

Teoia w fizyce nie jest taktowana jako pawda ostateczna, lecz jedynie jako model stosowany do ozwiązywania zagadnień i powadzący do ozwiązań ściśle zgodnych z danymi ekspeymentalnymi. Fizyka klasyczna opis makoświata Fizyka współczesna opis mikoświata Słupy ganiczne w tym podziale: teoia względności mechanika kwantowa

Oddziaływania fundamentalne Oddziaływanie Źódło Intensywność względna Pomień działania Gawitacyjne Masa 10 39 Dalekozasięgowe Słabe Wszystkie cząstki elementane 10 15 Kótkozasięgowe (10 15 m) Elektomagnetyczne Ładunki elektyczne 10 Dalekozasięgowe Jądowe (silne) Hadony (potony, neutony, mezony) 1 Kótkozasięgowe (10 15 m)

Podstawowe jednostki układu SI Wielkość Nazwa Symbol długość met m masa kilogam kg czas sekunda s pąd elektyczny ampe A tempeatua kelwin K liczność mateii mol mol światłość kandela cd

Jednostki pochodne Za pomocą jednostek podstawowych definiuje się jednostki pochodne odpowiadające wszystkim pozostałym wielkością fizycznym Siła Moc 1Newton 1N 1wat 1W 1m 1kg 1s 1m 1kg 1s 3 Do zapisu badzo małych lub badzo dużych wielkości zapis potęgowy Czynnik Pzedostek Symbol 10 9 giga G 10 6 mega M 10 3 kilo k 10 centy c 10 3 mili m 10 6 miko μ 10 9 nano n 10 1 piko p

Jednostki długości, czasu i masy długość met (m) długość dogi, jaką pzebywa światło w póżni w czasie 1/99 79 458 s (1983 ) czas sekunda (s) czas 9 19 631 770 dgań pomieniowania wysyłanego pzez atom cezu 133 (1967) masa kilogam (kg) masa wzoca walca z platyny i iydu jednostka mas atomów (μ) 1/1 masy węgla C 1 1 μ 1,660540 10 7 kg

KINEMATYKA I DYNAMIKA Kinematyka (badanie uchu) Galileusz, XVII w. Dynamika (badania pzyczyn uchu) Newton, XVIII w Galileo Galilei (1564 164) Isaac Newton (164 177)

PODSTAWY KINEMATYKI Kinematyka klasyfikacja i poównywanie óżnych uchów (jak zmiany uchu zależą od czasu?) Ruch mechaniczny zmiana położenia ciała konieczne wskazanie innych ciał względem, któych uch się odbywa (względne pzemieszczanie się ciał) Ruch zmiana w pzestzeni i w czasie Układ odniesienia zbió nieuchomych względem siebie ciał służący do ozpatywania uchu innych ciał i zega odmiezający czas Ruch tego samego ciała względem óżnych układów odniesienia óżny chaakte (pasaże w pociągu) Opis uchu podanie położenia dla każdej chwili czasu Punkt mateialny ciało o znikomo małych ozmiaach w waunkach danego zagadnienia, o danej masie i położeniu, któe można okeślić jak położenie punktu geometycznego

Ruch w tzech wymiaach z Z A A B układ odniesienia katezjański układ współzędnych postokątnych punkt mateialny ciało o znikomo małych ozmiaach o danej masie i położeniu położenie cząstki podanie współzędnych cząstki (wekto położenia) ( x, y, z) x i + y j + z k X x ϕ ϑ B y Y uch zmiana położenia względem układu odniesienia to (tajektoia) cząstki linia któą zakeśla pouszająca się cząstka pzemieszczenie Δ B A

Układy odniesienia na płaszczyźnie y Y i x + jy Y e ϕ e j 0 x X 0 X e ϕ Katezjański układ współzędnych postokątnych Układ biegunowy położenie punktu wekto położenia [współzędne wektoa (x,y) lub (,ϕ)], wesoy osi układu wektoy o jednostkowej długości, skieowane zgodnie ze zwotem osi współzędnych

Układy odniesienia w pzestzeni katezjański układ ( x,y,z, ) xi + yj + zk,ϕ,υ układ sfeyczny ( ) układ walcowy z Układ sfeyczny P Położenie okeślone jest pzez pomień wodzący, kąt biegunowy ϑ i kąt azymutalny ϕ. ϑ x y z sinϑ cosϕ sinϑ sinϕ cosϑ ϕ y x Katezjańskie (x,y,z) i sfeyczne (,ϑ,ϕ) współzędne punktu P

Pędkość Cząstka pousza się po kzywoliniowym toze z punktu A do B w czasie Δt pzebywając dogę Δs y pędkość śednia: Δ A Δt pędkość chwilowa: Δ lim Δt Δ t 0 d watość liczbowa pędkości jest ówna pochodnej dogi względem czasu: Δs ds lim Δt Δ t 0 t d dx i i + j x y t t dy + j + + k z B to dz x k x + y z i t +

Ruch po okęgu a (b tożsamość c ) b(a c ) c(a b ) Pzypadek uchu kzywoliniowego, gdy const ω ω dα dω ε ε gdzie: ω pędkość kątowa ε pzyspieszenie kątowe Δα s ω a n a a t + a n ε ω a t Pzyspieszenie styczne i nomalne

Tzy pawa uchu Newtona Dugie pawo Dla dwóch izolowanych cząstek Ponieważ a d /, mamy m A m d A a A A m m Pzyśpieszenia są odwotnie popocjonalne do mas bezwładnych, tj. a F(1/m), gdzie F jest stałą popocjonalności. Definicja siły F Siła działająca na ciało jest ówna iloczynowi pzyspieszenia i masy tego ciała. ma B B d a B B

Tzecie pawo F A jest siłą jaką cząstka B wywiea na cząstkę A, a B cząstkę B, czyli F A F B Jest to zasada akcji i eakcji zwana tzecim pawem Newtona. Piewsze pawo F jest siłą jaką cząstka A wywiea na Dla pojedynczej swobodnej cząstki zaówno F 0, jak i a 0 oaz a d / const. Stąd Pawo bezwładności: ciało nie poddane oddziaływaniu żadnych innych ciał pozostaje w spoczynku, albo pousza się uchem jednostajnym postoliniowym. Dugie pawo można zapisać w postaci: czyli F F d d t d ( m ) ( m )

Jeżeli siła działa w ciągu skończonego czasu t, to mamy t 0 F m m Całka ta zwana jest popędem siły F. Widzimy, że jest ówna zmianie pędu wywołanej działaniem siły w ciągu czasu t. o

Inecjalny układ odniesienia Układy odniesienia: inecjalne, nieinecjalne. Układ inecjalny: ciała lub układ ciał, na któe nie działają żadne siły, musi być w spoczynku lub pouszać się uchem jednostajnym postoliniowym. W układzie inecjalnym obowiązuje mechanika klasyczna. Piewsza zasada dynamiki Newtona nie jest pawem pzyody, lecz postulatem układu inecjalnego w pzyodzie. Istnienie podstawowego układu odniesienia, jako takiego układu w któym spełnione są pawa Newtona, jest postulatem mechaniki newtonowskiej i teoii gawitacji, zwanym zasadą Macha. Fundamentalną tudność polegającą na tym, że do sfomułowania paw mechaniki klasycznej koniecznym było postulowanie układu odniesienia, któego nie sposób zealizować w paktyce, pzezwyciężyła dopieo ogólna teoia względności Einsteina.

Układ związany z Ziemią jest pzybliżeniem układu inecjalnego (pzyśpieszenie związane z uchem obotowym Ziemi jest badzo małe). y 1 y (x 1,y 1,z 1) P (x,y,z ) O 1 O x 1 x z 1 z Punkt P nieuchomy w stacjonanym układzie 0 1 obsewowany jest z układu 0 pouszającego się z pędkością względem układu 0 1

Punkt P jest nieuchomy w układzie 0 1 ; pousza się w układzie 0 z pędkością x x1 - t. Zatem Pozostałe współzędne y i z pozostają bez zmian y y 1 ; z z1 Postulat Galileusza: czas biegnie jednakowo w obu układach t t 1 Tansfomacje Galileusza to układ powyższych ównań wiążący współzędne i czas dwóch układów inecjalnych. Mogą być stosowane tylko w pzypadku gdy << c. Czas we wszystkich układach inecjalnych jest taki sam, płynie tak samo. Różniczkując względem czasu związki tansfomacyjne mamy dx dx1 czyli 1 W zapisie wektoowym 1 + co opisuje klasyczne, galileuszowskie dodawanie pędkości.

Pzyśpieszenie jest niezmiennikiem względem tansfomacji Galileusza czyli d 1 d d + d a a 1 gdyż 0 Również pawo zachowania pędu pozostaje niezmiennicze we wszystkich układach inecjalnych. y 1 y m 1 ' 1 m z 1 O 1 O z x 1 x Całkowity pęd cząstek o masach m i m jest wielkością niezmienniczą pzy tansfomacji do układu inecjalnego 0

Pawo zachowania pędu w układzie 0 1 napiszemy w postaci m 1 ' + m' 1 const gdzie 1 i 1 ' są pędkościami odpowiednio masy m i m. Niech teaz i ' pędkościami tych samych dwóch cząstek względem układu 0. będą odpowiednio Wiemy, że Podstawienie tych wyażeń do ównania daje stąd Ponieważ (m + m ) const, więc 1, + +, ' ( ) + m' ( + ) m + m + m' ' const const ( m + m' ) ' m + m' const Pawo zachowania pędu pozostaje niezmiennicze we wszystkich układach inecjalnych, pouszających się względem siebie ze stałymi pędkościami. Zasada względności Galileusza: istnieje nieskończenie wiele układów inecjalnych w któych spełniona jest piewsza i duga zasada dynamiki Newtona. Wszystkie te układy są ównoważne i żaden z nich nie jest wyóżniony.

Układy nieinecjalne Układ pousza się uchem niejednostajnym postoliniowym z pędkością i pzyspieszeniem a : Pzyspieszenie (siła) nie są niezmiennicze pzy pzejściu z jednego układu do dugiego ma ma1 ma ma F + F b gdzie ma siła bezwładności F b W układzie nieinecjalnym do sił zeczywiście działających tzeba dodać siły bezwładności zmodyfikowane dugie pawo Newtona

PRZYKŁAD Winda pouszająca się uchem niejednostajnym a a a g F b F b mg F b mg mg F F + F b F F F b F 0

Pawo powszechnego ciążenia Sfomułowane pzez Izaaca Newtona w 1665. m m F G 1 Zakładając śednią gęstość Ziemi ρ 5 10 3 kg/m 3 (ρ Si,8 10 3 kg/m 3, ρ Fe 7,9 10 3 kg/m 3 ) i pomień Ziemi R Z 3,7 10 6 m 3, można oszacować stałą gawitacji G. Zgodnie z II zasadą Newtona Ponieważ M Z ρv Z G Z Z G mm R Z Z mg gr grz 3g M ( ) 3 ρ 4 3 πr 4πρRZ Z Isaac Newton (164 177) Z ostatniego wzou otzymamy G 7,35 10-11 Nm /kg co jest watością tylko o 10% większą niż ogólnie pzyjęta watość 6,67 10-11 Nm /kg.

Pawa Keplea uchu planet (1609 1619) Johannes Keple (1571 1630): uch planet stosuje się do tzech postych paw. Piewsze pawo Keplea Każda planeta kąży po obicie eliptycznej, ze Słońcem w jednym z ognisk tej elipsy. Obsewacje T. de Bahe z 1576 Równanie elipsy

Dugie pawo Keplea (pawo ównych pól) Linia łącząca Słońce i planetę zakeśla ówne pola w ównych odstępach czasu. Dugie pawo Keplea wynika z zasady zachowania pędu Tzecie pawo Keplea Sześciany półosi wielkich obit dowolnych dwóch planet mają się do siebie jak kwadaty ich okesów obiegu. Półoś wielka jest połową najdłuższej cięciwy elipsy. Dla obit kołowych: 3 1 3 R R Newton wykazał później, że pawa Keplea wynikają z jego pawa powszechnego ciążenia T T 1