PODSTAWY FIZYKI 1

1. PODSTAWY FIZYKI
Ciało fizyczne ogólna nazwa rzeczy i istot żywych.
Substancja materiał, z którego zbudowane jest ciało fizyczne.
Pomiar to porównanie mierzonej wielkości fizycznej z wzorcową wielkością fizyczną przyjętą jako
jednostka.
Podstawowe wielkości fizyczne i podstawowe jednostki:
długość – metr [m]
masa – kilogram [kg]
czas – sekunda[s]
temperatura – kelwin [K]
natężenie prądu elektrycznego – amper [A]
światłość – kandela [cd] ilość materii – mol [mol]
Wielkości fizyczne skalarne: masa, czas, długość i inne.
Wielkości fizyczne wektorowe: siła, prędkość, przyspieszenie i inne.
2. WŁAŚCIWOŚCI MATERII
Kinetyczno – molekularny model budowy materii: wszystkie substancje są zbudowane
z cząsteczek, cząsteczki są bardzo małe i niewidoczne gołym okiem, cząsteczki różnych substancji
różnią się między sobą (wielkością, smakiem, …), cząsteczki oddziałują między sobą i są w ciągłym
ruchu.
Zjawiska potwierdzające cząsteczkową budowę materii:
- dyfuzja samorzutne mieszanie się cząsteczek różnych substancji,
- ruchy Browna to chaotyczny ruch cząsteczek zawiesiny w płynie (cieczy lub gazie), wywołany
zderzeniami cząsteczek zawiesiny z cząsteczkami płynu. Np. cząsteczki tłuszczu w mleku, pyłek
kwiatowy na wodzie, krople tłuszczu na wodzie.
- kontrakcja objętości polega na tym, że mniejsze cząsteczki jednej substancji wypełniają
przestrzenie między większymi cząsteczkami drugiej substancji (np. woda i denaturat).
- oddziaływanie międzycząsteczkowe (siły działające między cząsteczkami):
 siły spójności siły działające pomiędzy cząsteczkami tego samego ciała (napięcie
powierzchniowe cieczy),
 siły przylegania siły działające pomiędzy cząsteczkami dwóch różnych ciał (menisk wklęsły,
menisk wypukły).
Ciała stałe. Posiadają własny kształt. Mogą być sprężyste, plastyczne i kruche. Są trudno ściśliwe.
Ciecze. Przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Są mało ściśliwe. Posiadają powierzchnię
swobodną.
Gazy. Są ściśliwe i rozprężliwe. Wypełniają całą dostępną objętość naczynia.
Zmiany stanów skupienia substancji: topnienie – krzepnięcie, skraplanie – parowanie, sublimacja
– resublimacja.
Parowanie zachodzi wtedy gdy substancja jest cieczą, przebiega spokojnie i tylko powierzchnia
swobodna cieczy paruje.
Wrzenie przebiega gwałtownie w całej objętości cieczy i zachodzi w stałej charakterystycznej
temperaturze.
Rozszerzalność temperaturowa. Ciała stałe, ciecze i gazy na skutek zmian temperatury zmieniają
swoją objętość. Większość ciał pod wpływem ogrzewania zwiększa swoją objętość.
Zjawisko rozszerzalności temperaturowej cieczy znalazło zastosowanie w termometrach
cieczowych.
Nietypowa (anomalna) rozszerzalność wody. Większość cieczy w całym zakresie temperatur
rozszerza się pod wpływem ogrzewania. Woda zachowuje się inaczej:
- w temperaturze od 0˚C do 4˚C – gdy temperatura wody rośnie to objętość wody maleje,
- w temperaturze powyżej 4˚C – gdy temperatura wody rośnie to objętość wody również rośnie.
Wiemy, że woda o temperaturze 4˚C ma największą gęstość. Wskutek tego na dnie głębokich jezior
oraz zbiorników słodkiej wody zbiera się woda o temperaturze 4˚C.
Skale termometryczne:
- skala Celsjusza: 0˚C odpowiada temperaturze topnienia lodu, 100˚C odpowiada temperaturze
wrzenia wody,
- skala Kelvina: zero bezwzględne 0K = - 273˚C, 0˚C = 273K. Zależności pomiędzy skalą Kelvina
a skalą Celsjusza t(˚C) = t(K) – 273 oraz t(K) = t(˚C) + 273
- skala Fahrenheita: punkt topnienia lodu 0˚C równy jest 32˚F, a punkt wrzenia wody 100˚C równy
jest 212˚F. Zależność pomiędzy skalą Fahrenheita a skalą Celsjusza t(˚C) = 32˚F + t(˚F)
3. KINEMATYKA
Ruch zmiana położenia ciała względem układu odniesienia odbywająca się w czasie ruchu.
Tor linia którą „zakreśla” poruszające się ciało.
Przemieszczenie wektor o kierunku wyznaczonym przez prostą przechodzącą przez początkowe
i końcowe położenie ciała. Zwrot przemieszczenia oznaczamy od położenia początkowego
do położenia końcowego. Wartość wektora przemieszczenia jest równa długości odcinka łączącego
początkowe i końcowe położenie ciała.
droga – s
A
przemieszczenie - r
B
Droga s [m] długość toru zakreślonego w czasie Δt przez poruszające się ciało.
Szybkość w ruchu prostoliniowym jest równa stosunkowi drogi do czasu, w którym ta droga została
przebyta: v =
gdzie: v – szybkość [
], s – droga [m], t – czas [t]
Prędkość wielkość wektorowa o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem i zwrotem wektora
przemieszczenia. Prędkość jest to iloraz wektora przemieszczenia i czasu, w którym to
przemieszczenie nastąpiło: v =
gdzie v – wektor prędkości, r – wektor przemieszczenia, t - czas,
w którym nastąpiło przemieszczenie.
Szybkość średnia (średnia wartość prędkości) obliczamy jako iloraz całkowitej drogi
i całkowitego czasu trwania ruchu: vśr = s : t
gdzie: s – droga całkowita, t – całkowity czas trwania ruchu.
Przyspieszenie jest wielkością wektorową o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem i zwrotem
przyrostu prędkości. Wartość przyspieszenia obliczamy ze wzoru: a = Δv : t
gdzie: Δv – przyrost prędkości (Δv = v2 – v1), t – czas, w którym prędkość zmieniła się z v1 na v2
Klasyfikacja ruchów:
1. ze względu na tor ruchu: ruch prostoliniowy, ruch krzywoliniowy,
2. ze względu na prędkość: ruch jednostajny (szybkość jest stała), ruch zmienny (szybkość
ulega zmianie)
Ruch zmienny może być:
- jednostajnie zmienny: kierunek i zwrot prędkości niezmienne, zmianie ulega wartość prędkości,
przyspieszenie jest stałe,
- niejednostajnie zmienny: kierunek i zwrot prędkości niezmienne, zmianie ulega wartość
prędkości tak, że przyspieszenie nie jest stałe.
Ruch jednostajny prostoliniowy wartość prędkości (szybkość) stała, torem ruchu jest linia prosta.
v=
s=v.t
t=
Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy (bez prędkości początkowej):
- torem ruchu jest linia prosta,
- wartość przyspieszenia jest stała,
- wartość prędkości rośnie proporcjonalnie wraz z upływem czasu,
a = Δv : t
s=
v=a.t
Swobodny spadek to przykład ruchu jednostajnie przyspieszonego. To ruch w polu grawitacyjnym
odbywający się tylko pod wpływem siły grawitacji.
Q=m.g
Q – ciężar ciała, m – masa ciała, g = 9,81 m/s2
h=
v=g.t
Ruch jednostajny po okręgu to ruch krzywoliniowy, gdzie torem ruchu ciała jest okrąg. Wartość
prędkości jest stała, a jej kierunek zmienia się nieustannie, ale cały czas jest styczny do okręgu.
v=
T – okres ruchu po okręgu, r – promień okręgu
Okresem w ruchu jednostajnym po okręgu nazywamy czas jednego obiegu ciała po okręgu.
Częstotliwością w ruchu po okręgu nazywamy liczbę obiegów po okręgu w czasie 1 sekundy.
f=
f – częstotliwość [herc – Hz]
Małgorzata Budzik