Центростремильная сила - сила, соответсщая потоку движения тела по окружности, направленная к центру окружности. Fц = m × AN = mV2/R = Mw2R
Формулы равноускоренного движения:
Скорость: V = V0 + AT или V = AT
Путь (перемещение): S = V0t + at²/2 или S = V²-V²0/2a или также S = at²/2 или S = v²/2a
Координата: x = x0 + v0t + at²/2 или x = x0 - at²/2
По опыту если шарик толкнуть, а затем предоставить самому себе, то он остановится, перед этим сделав дугу, и.к. на него подействовала сила трения и попрепятствовала через уменьшение скорости сила сопротивления, следовательно, если уменьшить эту силу сопротивления, шарик совершит гораздо больше оборотов (а без этой силы - шарик вообще будет бесконечно крутится). При этом направление скорости шарика непрерывно менялась бы под действием силы, направленной к центру окружности. В подписи Ньютона говорится, что если камень с высокой горы бросить, отклонившись под действием силы тяжести он опишет кривую траекторию, но т.к. спутник Земли имеет достаточно большую скорость, направленную по касательной к окружности, он не падает на Землю, даже несмотря на то, что спутник Земли - пример силы тяж*сти, следовательно пример свободного падения
Чтобы некоторое тело стало спутником Земли, надо его вывести за орбиту и заставить двигаться по касательной к окружности
Чтобы вывести формулу для расчёта скорости, которую надо сообщить телу, надо, чтобыц движение спутника происходит под действием одной лишь силы тяжести, сообщая ему в виде центроустремительного ускорения ускорение свободного падения g, ф,
Т.к. формулой центростремильного ускорения - Aц.с. = V2/R, то для спутника: g = V2/R, V² = GR, следовательно V = √GR
Формула V = √GR показывает силу, которую надо сообщить телу, чтобы оно вращалось на окружности на расстоянии от r от поверхности Земли, следовательно по формуле V = G√R рассчитывают первую космическую скорость
Если высота h спутника над поверхностью Земли мала по сравнению с земным радиусом, то ею можно пренебречь и считать, что r ≠ R3. Обозначим ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли g0.
Следовательно формула первой косм*ческой скорости спутника, если он движется вблизи поверхности Земли: v = √g0R3. Рассчитываем это через радиус Земли как 6400 км (6,4 × 10⁶ м) × 9,8 м/с² (g0). Следовательно V = √9,8 м/с² × 6,4 × 10² м = 7,9 × 10,3 м/с = 7,9 км/с
Если же высотой h спутника над Землёй пренебречь нельзя, то расстояние r от центра Земли до спутника и ускорение свободного падения g на высоте h определяются по формуле: r = R3 + h, g = G × M3/(R3+H)², а следовательно также и по формуле v = √G3 = M3/(R3+H)² (R3+H)² (R3+H) или V = √G × M3/R3+h. По формуле V = √G × M3/R3+h можно рассчитать первую космическую скорость спутника любой планеты, если вместо массы и радиуса Земли подставить соответственно массу и радиус данной планеты.
Из формулы V = √G × M3/R3+h следует, что чем больше высота h, на которой запускается спутник, тем меньшую скорость и ему нужно сообщить для его движения по круговой орбите (так как h стоит в знаменателе дроби). Например, на высоте 300 км над поверхностью Земли первая космическая скорость приблизительно равна 7,8 км/с, а на высоте 500 км — 7,6 км/с.
Если скорость тела, запускаемого на высоте h над Землёй, превышает соответствующую этой высоте первую космическую, то его орбита представляет собой эллипс (см. рис. 42, внешнюю траекторию). Чем больше скорость, тем более вытянутой будет эллиптическая орбита. При скорости, равной 11,2 км/с, которая называется второй космической скоростью, тело преодолевает притяжение к Земле и уходит в космическое пространство.
Импульс тела - векторная физическая величина, равная произведению его скорости тела на его массу. Именно с ней допустимо решать задачи, связанные с законами Ньютона, а именно те зад*чи, которые о взаимодействии и движении тел, так как именно импульс тела позволяет определить действующую на тело силу, которую бывает очень сложно определить то
Направление вектора импульса тела совпадает с направлением вектора скорости движения
За единицу импульса в СИ принимают импульс тела массой 1 кг, движущегося со скоростью 1 м/с. Значит, единицей импульса тела в СИ является 1 кг • м/с.
При расчётах пользуются уравнением с проекциями векторов: Px = Mvx
В зависимости от направления вектора скорости по отношению к выбранной оси X проекция вектора импульса может быть как положительной, так и отрицательной.
При взаимодействии тел их импульсы меняются
По примеру, где шарик 2 отклоняют от вертикали на угол a, затем получаясь по обстоятельствам, что этот самый шарик 2 ударяет рядом находившийся шарик 1 (столкнувшись с ним они остановились), становится ясно, что на столько уменьшился импульс шара 2, на сколько увеличился импульс уже шара 2
Если два или несколько тел взаимодействуют только между собой (т. е. не подвергаются воздействию внешних сил), то эти тела образуют замкнутую систему. В этом заключается закон сохранения импульса (выполняется если на тела действуют внешние силы, векторная сумма которых равна нулю
Несмотря на то, что импульс каждого из шаров при взаимодействии изменился, векторная сумма их импульса осталась такой же, как и до взаимодействия
Пример доказательства закона сохранения импульса:
Завязан шарик - силы импульса нет (она равна нулю), а развязываем - она появляется
Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри него сжатым воздухом покоится, и его импульс равен нулю (При открытом отверстии из него с довольно большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом, направленным в сторону его движения.)
Реактивное движение тела - такое движ*ние т*ла, происходящее из-за того, что от тела отделяется/движется какая-то его часть, в результате чего тело приобретает противоположно направленный импульс.
Пример реактивного движения: движение осьминогов
Ответ вопроса и устройства насчёт ракетоносителей (ракет, предназначенных для выхода в космос спутников):
В любой ракете, независимо от её конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем.
Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления, который мощной струёй устремляется наружу через раструб специальной формы, называемый сопло́м (повышение реактивной скорости)
Поскольку до старта импульс ракеты был равен нулю, то по закону сохранения сумм*рный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого из неё газа тоже должен быть равен нулю. Отсюда следует, что импульс оболочки и направленный противоположно ему импульс струи газа должны быть равны по модулю. Значит, чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты.
Если возвращение космического корабля на Землю или его посадка на какую-либо другую планету не планируется, то третья ступень, как и две первых, используется для увеличения скорости ракеты. Если же корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой. При этом ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось впереди. Тогда вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости её движения, что приводит к уменьшению скорости и даёт возможность осуществить посадку.
Если закон сохранения импульса тел не пригоден в одном случае (например, когда шары свинца катятся друг другу с одинаковыми скоростями, сталкиваются и следовательно останавливаются, став горячее), то тут уже не пом*жет импульс тела (ведь он не характеризует механический движение в тепловое как превращение). Так вступает Работа силы - физическая величина обозначающая процесс слияния времени, перемещения и изменения температуры, совершаемая в процессе движения тела под действием приложенной к нему силы (её, например, совершает сила когда яблоко падает, сила сопротивления, сила упругости когда ветка гнётся), тесно связана с энергией. Работа постоянной силы при прямолинейном движение тела - физическая величина, равная произведению модулей силы, перемещения и косинуса угла между ними, следовательно A = Fscos a. Единица работы тела - Дж (СИ). 1 Дж = 1 Н × м. Работа силы бывает как положительной, так и отрицательной, в зависимости от знака косинуса угла между силой и перемещением (если 0 меньше a меньше 90°, то cos a больше 0 и работа положительная, если 90° меньше a меньше 180°, то cos a меньше 0 и работа отрицательная, при a = 90°, cos a = 0 (сила перпендикулярна перемещению), то работа не совершается при этом). Если движение тела - не прямолинейно, а действующая на него сила изменяется, то для вычисления работы тела разбивают траекторию на мелкие участки, в каждом из которых энергия - постоянная, а участки - прямолинейны. Работу вычисляют для каждого малого перемещения и суммируют результаты. A = mgh1 - mgh2 (ведь если шарик массой m падает с высоты h1 на поверхность стола, находящееся на ур*вне h2 от пола, то в каждой точке траектории сила тяжести, действующая на гнлл, постоянна по модулю (Fтяж = mg) и по направлению (направлена вертикально вниз). Перемещение шарика S = h1 - h2, следовательно Работа силы тяжести A = mg (h1 - h2) = mgh1 - mgh2, но как только отпустим шарик с высоты h1 по наклонной плоскости, то работа силы тяжести в этом случае A = mgscos a = mg (h1 - h2) = mgh1 - mgh2), следовательно работа силы тяжести не зависит от траектори
Работа тела силы тяжести и упругости не зависит от траектории, следовательно они - консервативные силв. Работа консервативных сил по замкнутой траектории равна нулю. Работа консервативных сил равна взятому с обратным знаком изменению аеличины, потенциальной энергии. В случае силы тяжести работа равна изменению с обратном знаком величины Еп = mgh (A = mgh1 - mgh2) - это и есть потенциальная энергия взаимодействия с Землёй вблизи её поверхности. Она равна произведению массы тела на ускорение свободного падения и высоту над поверхностью Земли, следовательно А = Еп1 - Еп2 = -(Еп3 - Еп1) = -дельтаЕп. Чем положительнее работа тела, тем отрицательнее совершаемая при нём потенциальная энергия (и наоборот). Так как работа силы упругости определяется изменением с обратным знаком величины Еп = kx²/2 (A = kx² ¹/2 - kx² ²/2), то потенциальная энергия (Еп) у упруго деформированной пружины = kx²/2, где x - величина деформации, а k - жёсткость пружины (+так же для работы силы тяжести следовательно допустимо написать A = -(Еп2 - Еп1) = -(KX² ¹/2 - KX² ²/2) = -дельтаЕп. При этом уравнение А = -(Еп2 - Еп1) определяет потенциальную энергию Еп неоднозначно, ведь если добавить к ней постоянную величину, то им ота не изменится, ведь н* изм*нится разность потенциальных энергий (только эта самая разность имеет физическое значение, ведь ни одно явление природы и техники не определяется значением самой потенциальной энергии). При решении конкретной задачи мы произвольно выбираем нулевой уровень - состояние системы, где потенциальная энергия = 0 (пример такой задачи: пакет молока допустимо определить относительно пола, табуретка или стола (объектов этого самого нулевого уровня). Сила трения - не консервативная, следовательно её работа тела зависит от траектории (например, когда съехали санки и их снова подняли на ту же выс*ту, то работа силы тяжести тут равна нулю, для контраста отличий же сила трения при этом равна нулю, так как работает против съезжания и поднятия санок одновременно). Потенциальная энергия - величина, которая определяется взаимным положением тел, но не только потенциальную энергию используют, ведь доказательство наличия энергии у тел - не только их опредёленное положение, но и их движение. Работа постоянной силы f, действующей на тело массой m, когда тело движется прямолинейно в направлении действия силы. Так как тело в течение t прошло путь (s) от v1 до v2, то так пройденный телом путь равен модулю перемещения, следовательно сила F делает работу, равную A = Fs. По 2 закону Ньютона f = ma. Из кинетики известно, что при равноускоренном движении s = v² ² - v² ¹/2, следовательно A = mv² ²/2 - mv² ¹/2. Изменённая кинетическая энергия тела = работа сила f = половина произведения тела на квадрат его скорости. Оказывается, полученное соотношение - справедливо и когда переменная по модулю и направлению сила действует на криволинейном участке траектории. Сумм*рная работа всех сил (как внешних, так и внутренних), действующих на систему тел, равна изменению кинетической энергии этой системы, следовательно , A = Ек2 - Ек1.
Возмущения, распространяющиеся, удаляясь от мест своего возникновения - волны
Всё это показано на примере опыта, где пруж*на подвешена левыми частями к н*Ти, на неё давят по её левой части и она от этого пруж*Нит, распространяясь и на правую часть (от левого края до правого происходит возмущение - изменение физических величин под действием окружающей среды). В данном случае, так как возмущение - волны, то это - бегущие волны. При этом каждый виток пружины колеблется около своей точки равновесия (Следовательно В бегущей волне происходит перенос энергии без пер*носа вещества)
Упругие [бегущие] волны - механические возмущения, распространяющиеся в упругой серебе
Длина волны - расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющихся в одинаковой фазе
Длина волны (лямбда) = V (скорость волны) × t
Так как период кол*баний связан с их частотой зависимостью T = 1/V, то длина волны бывает выражена через скорость волны и частоту: Лямбда = U/V. Следовательно длина волны зависит от периода (или частоты) колебания волн, и от её распространения
Из формул для определения длины волны можно выразить скорость волны: U = лямбда/T и U = лямбда × T
Акустика - раздел физики, в котором изучают звуковые явления
Звук - механические волны (продольные), распространяющиеся в упругих средах (в газах, жидкостях и твёрдых телах) и воспринимаются слухом человека
В вакууме звук не распространяется, так как там нет упругой среды для передачи механических колебаний
Источник звука - любое тело, совершающее механические колебания (вибрацию)
Примеры источников: мембрана, крылья, голосовые аппараты
Механические колебания (по частоте) делятся на инфразвук (частота меньше 16 Гц), Слышимый звук (частота в диапазоне от 16 Гц до 20000 Гц) и Ультразвук (частота больше 20000 Гц)
Основные характеристики звука:
1. Высота звука (зависит от частоты колебаний источника). Чем больше частота колебаний, тем выше звук
2. Громкость звука (зависит от амплитуды колебаний). Измеряется в Дб
3. Тембр звука (зависит от спектра дополнительных колебаний)
Протянув линейку вверх, у неё увеличивается частота (а значит и громкость), так как чем выше частота звука, тем в*ше громкость этого самого издаваемого звука
Чистый тон - звук источника, совершающего гармонические колебания
Голоса других источников (инструментов, сирены и Люда) - совокупность гармонических колебаний разных частот (совокупность чистых тонов)
Самая низкая чвстота - основная частота (а следовательно, соотвествующий ей самый низкий тон (низчайший звук) - основный тон), а остальные тоны - обертоны
Частота обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (следовательно, они [обертоны] - высшие гармонические тоны)
Обертоны определяют тембр звука (его отличие от других источников звука)
Высота звука определяется частотой основного тона (чем громче основный тон, тем выше громкость звука)
Тембр звука - совокупность его обертонов
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний (чем выше амплитуда колебаний, тем в*ше звук)
В обычной амплитуде колебаний громкими воспринимаются звуки, частота которых в пределе от 1000 до 5000 Гц (следовательно тихими - звуки от 1 до 1000 Гц)
Громкость звука также зависит от его длительности/особенностях слушателя
В практических задачах громкость - уровень звукового давления (измеряется в белах [Б] и децибелах [дБ])
Сон - единица громкости звука
Воздух - упругая среда, передающая звук
Если между источником и приёмником убрать звукопередающуюся среду, то приёмник не примет звук (так как звук распространяться не будет ж)
Хорошо проводят звуки упругих веществ (металлов, жидкостей, древесины, газов)
Звук распространяется в любой агрегатной среде (металле, жидкостях, газах, то есть металлических, жидких и газообразных средах), но его нет, когда нет вещества
Колебания в источниках звука создают упругую среду колебаний
Волна, достигая уха, заставляет барабанную перепонку быть с такой частотой, соответствующей частоте звука источника ж. Движение барабанной перепонки передаётся через слуховой нерв
Так как в жидкостях и газах существуют лишь продольные упругие волны, то звук в воздухе передаётся, например, продольными волнами (чередованием сгущей и раздражением воздуха, идущих от источников звука)
Звуковая волна (как и все механические волны) распространяется в среде лишь с определённой скоростью
Эхо (звуковое явление) передаётся (и появляется) из-за отражения звука от разных преград
Чтобы эхо вышло (ведь оно, несмотря на наличие стен в комнате, в этой же самой комнате не появляется, а вот в огромных старых помещениях - появляется), надо, чтобы отражённый звук воспринимался отдельно от произнесённого (для этого надо, чтобы промежуток времени, между воздействием этих 2 звуков был больше чем 0,06 с) утра
Через какое время звук достигнет уха, если он был произнесён, когда источник звука (человек ж) стоял в 3 м от стены ж:
Звук должен пройти расстояние до и от стены (то есть - 6 м, так как расстояние от источника звука до стены ж - 3 м), причёс двигается со скоростью 340 м/с
На это потребуется время (с формулой t = s/v), следовательно t = 3/340 = 0,02 м/с (время, нужное, чтобы звук достиг своего источниках (то есть уха этого источника ж))
В данном случае интервал меньше 2 восаринимаемыми звуками меньше необходимого (ведь 0,02 меньше чем 0,06 с)
Образованию эха в комнате препятствуют находящиеся в ней предметы (именно поэтому эхо не выходит в обычных комнатах)
На свойстве звука, когда он отражается от гладких поверхностей, основано действия рупора - расширяющейся трубы крулого/прямоугольного сечения, при использовании которого звуковые волны не рассеиваются во все стороны, образуя целенаправленный пучок, за счёт чего м*щность звука увеличивается и распространяется на большие расстояния
Так как при резонансе амплитуда установившихся вынужденных колебаний достигает своего пика в том случае, если частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы, то даже тяжёлый нитяной маятник допустимо раскачать, просто дуя на него, так как случается это, лишь если дуть на него в направлении его движения с частотой, равной его собственной частоте
Резонанс бывает вызван и действием звуковых волн, так как если поместить 2 камертона с одинаковой собственной частотой рядом, обратив отверстия ящиков, на которых они укреплены, друг к др*гу (то есть зеркально), ударив резиновым молочком по 1 камертону (камертону A), мы приведём его в колебание (если заглушим пальцами после этого этот самый камертон ж - услышим звук камертона B, который как реакция на эти самые колебания камертона A), изменим период колебания камертона B - он не будет уже отзываться на колебания камертона A
Ящики, на которых установлены камертоны, выручают усиление звука
Камертон, на котором есть резонатор, следовательно издаёт более громкие звуки