Osnovni zakoni fizike. Osnovni pojmovi i zakoni fizike i svojstva elementarnih čestica tvari

Drugi zakon termodinamike

Prema tom zakonu, proces čiji je jedini rezultat prijenos energije u obliku topline s hladnijeg tijela na toplije nemoguć je bez promjena u samom sustavu i okolini. Drugi zakon termodinamike izražava tendenciju sustava koji se sastoji od velikog broja čestica koje se nasumično kreću prema spontanom prijelazu iz manje vjerojatnih stanja u vjerojatnija. Zabranjuje stvaranje perpetuum mobile druge vrste.

Avogardov zakon
Jednaki volumeni idealnih plinova pri istoj temperaturi i tlaku sadrže isti broj molekula. Zakon je 1811. godine otkrio talijanski fizičar A. Avogadro (1776–1856).

Amperov zakon
Zakon međudjelovanja dviju struja koje teku u vodičima koji se nalaze na maloj udaljenosti jedan od drugog kaže: paralelni vodiči sa strujama u jednom smjeru se privlače, a sa strujama u suprotnom smjeru se odbijaju. Zakon je 1820. godine otkrio A. M. Ampère.

Arhimedov zakon

Zakon hidro- i aerostatike: na tijelo uronjeno u tekućinu ili plin, okomito prema gore djeluje sila uzgona, jednaka težini tekućine ili plina koju je tijelo istisnulo, a djeluje u težištu uronjenog dijela. tijela. FA = gV, gdje je g gustoća tekućine ili plina, V volumen uronjenog dijela tijela. Inače, zakon se može formulirati na sljedeći način: tijelo uronjeno u tekućinu ili plin gubi na težini onoliko koliko teži tekućina (ili plin) koju istiskuje. Tada je P = mg - FA. Zakon je otkrio starogrčki znanstvenik Arhimed 212. pr. e. To je osnova teorije lebdećih tijela.

Zakon gravitacije

Zakon univerzalne gravitacije ili Newtonov zakon gravitacije: sva se tijela međusobno privlače silom koja je izravno proporcionalna umnošku masa tih tijela i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.

Boyleov zakon - Mariotte

Jedan od zakona idealnog plina: pri konstantnoj temperaturi umnožak tlaka plina i njegovog volumena je konstantna vrijednost. Formula: pV = konst. Opisuje izotermni proces.

Hookeov zakon
Prema tom zakonu, elastične deformacije čvrstog tijela upravno su proporcionalne vanjskim utjecajima koji ih uzrokuju.

Daltonov zakon
Jedan od glavnih plinskih zakona: tlak smjese kemijski neinteragirajućih idealnih plinova jednak je zbroju parcijalnih tlakova tih plinova. Otvorio 1801. J. Dalton.

Joule–Lenzov zakon

Opisuje toplinski učinak električne struje: količina topline koja se oslobađa u vodiču kada kroz njega prolazi istosmjerna struja izravno je proporcionalna kvadratu jakosti struje, otporu vodiča i vremenu prolaska. Otkrili Joule i Lenz nezavisno u 19. stoljeću.

Coulombov zakon

Osnovni zakon elektrostatike, koji izražava ovisnost sile međudjelovanja dvaju fiksnih točkastih naboja o udaljenosti između njih: dva fiksna točkasta naboja međusobno djeluju silom koja je izravno proporcionalna umnošku veličina tih naboja i obrnuto proporcionalna kvadrat udaljenosti između njih i permitivnosti medija u kojem se naboji nalaze. Vrijednost je numerički jednaka sili koja djeluje između dva fiksna točkasta naboja od po 1 C koji se nalaze u vakuumu na međusobnoj udaljenosti od 1 m. Coulombov zakon jedno je od eksperimentalnih dokaza elektrodinamike. Otvoren 1785.

Lenzov zakon
Prema tom zakonu, indukcijska struja uvijek ima takav smjer da vlastiti magnetski tok kompenzira promjene vanjskog magnetskog toka koji je uzrokovao tu struju. Lenzov zakon je posljedica zakona održanja energije. Osnovao ga je 1833. E. H. Lenz.

Ohmov zakon

Jedan od osnovnih zakona električne struje: jakost istosmjerne električne struje u odsječku kruga izravno je proporcionalna naponu na krajevima tog odsječka i obrnuto proporcionalna njegovom otporu. Vrijedi za metalne vodiče i elektrolite, čija se temperatura održava konstantnom. U slučaju potpunog strujnog kruga, formulira se na sljedeći način: jakost istosmjerne električne struje u krugu izravno je proporcionalna emf izvora struje i obrnuto proporcionalna impedanciji električnog kruga. Otvorio 1826. G. S. Ohm.

Zakon refleksije valova

Upadna zraka, odbijena zraka i okomica podignuta na točku upada zrake leže u istoj ravnini, a upadni kut jednak je kutu loma. Zakon vrijedi za zrcalni odraz.

Pascalov zakon
Osnovni zakon hidrostatike: tlak koji stvaraju vanjske sile na površini tekućine ili plina prenosi se jednako u svim smjerovima.

Zakon loma svjetlosti

Upadni snop, lomljeni snop i okomica podignuta na točku upada snopa leže u istoj ravnini, a za ta dva medija omjer sinusa kuta upada i sinusa kuta loma je konstantna vrijednost, koja se naziva relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi.

Zakon pravocrtnog prostiranja svjetlosti

Zakon geometrijske optike, koji kaže da svjetlost putuje pravocrtno u homogenom mediju. Objašnjava, na primjer, nastanak sjene i polusjene.

Zakon očuvanja naboja
Jedan od temeljnih zakona prirode: algebarski zbroj električnih naboja bilo kojeg električno izoliranog sustava ostaje nepromijenjen. U električno izoliranom sustavu zakon održanja naboja dopušta pojavu novih nabijenih čestica, ali ukupni električni naboj čestica koje su se pojavile uvijek mora biti jednak nuli.

Zakon očuvanja količine gibanja
Jedan od osnovnih zakona mehanike: moment količine gibanja bilo kojeg zatvorenog sustava za sve procese koji se odvijaju u sustavu ostaje konstantan (konzerviran) i može se preraspodijeliti između dijelova sustava samo kao rezultat njihove interakcije.

Charlesov zakon
Jedan od osnovnih plinskih zakona: tlak dane mase idealnog plina pri konstantnom volumenu izravno je proporcionalan temperaturi.

Zakon elektromagnetske indukcije

Opisuje pojavu pojave električnog polja pri promjeni magnetskog polja (fenomen elektromagnetske indukcije): elektromotorna sila indukcije izravno je proporcionalna brzini promjene magnetskog toka. Koeficijent proporcionalnosti određen je sustavom jedinica, predznak je određen Lenzovim pravilom. Zakon je otkrio M. Faraday.

Zakon održanja i transformacije energije
Opći zakon prirode: energija svakog zatvorenog sustava za sve procese koji se odvijaju u sustavu ostaje konstantna (očuvana). Energija se može samo pretvoriti iz jednog oblika u drugi i redistribuirati između dijelova sustava. Za otvoreni sustav povećanje (smanjenje) njegove energije jednako je smanjenju (povećanju) energije tijela i fizičkih polja koja s njim djeluju.

Newtonovi zakoni
Klasična mehanika temelji se na 3 Newtonova zakona. Prvi Newtonov zakon (zakon tromosti): materijalna točka nalazi se u stanju pravocrtnog i jednolikog gibanja ili mirovanja ako na nju ne djeluju druga tijela ili je djelovanje tih tijela kompenzirano. Drugi Newtonov zakon (osnovni zakon dinamike): ubrzanje koje primi tijelo izravno je proporcionalno rezultanti svih sila koje djeluju na tijelo, a obrnuto proporcionalno masi tijela. Treći Newtonov zakon: djelovanja dvaju tijela uvijek su jednaka po veličini i usmjerena u suprotnim smjerovima.

Faradayevi zakoni
Prvi Faradayev zakon: masa tvari koja se oslobađa na elektrodi tijekom prolaska električne struje izravno je proporcionalna količini elektriciteta (naboja) koji je prošao kroz elektrolit (m = kq = kIt). Faradayev drugi zakon: omjer masa raznih tvari koje se kemijski pretvaraju na elektrodama kada isti električni naboji prolaze kroz elektrolit jednak je omjeru kemijskih ekvivalenata. Zakone je 1833–1834 uspostavio M. Faraday.

Prvi zakon termodinamike
Prvi zakon termodinamike je zakon očuvanja energije za termodinamički sustav: količina topline Q koja se prenosi sustavu troši se na promjenu unutarnje energije sustava U i izvođenje rada A protiv vanjskih sila od strane sustava. Formula Q \u003d U + A temelji se na radu toplinskih motora.

Bohrovi postulati

Bohrov prvi postulat: atomski sustav je stabilan samo u stacionarnim stanjima, koja odgovaraju diskretnom nizu vrijednosti atomske energije. Svaka promjena te energije povezana je s potpunim prijelazom atoma iz jednog stacionarnog stanja u drugo. Drugi Bohrov postulat: apsorpcija i emisija energije atoma odvija se prema zakonu prema kojem je zračenje povezano s prijelazom monokromatsko i ima frekvenciju: h = Ei – Ek, gdje je h Planckova konstanta, a Ei i Ek su energije atoma u stacionarnim stanjima.

pravilo lijeve ruke
Određuje smjer sile koja djeluje na vodič s strujom u magnetskom polju (ili pokretnu nabijenu česticu). Pravilo kaže: ako je lijeva ruka postavljena tako da ispruženi prsti pokazuju smjer struje (brzina čestice), a silnice magnetskog polja (linije magnetske indukcije) ulaze u dlan, tada je uvučena ruka. palac će pokazati smjer sile koja djeluje na vodič (pozitivnu česticu; u slučaju negativne čestice, smjer sile je suprotan).

Pravilo desne ruke
Određuje smjer indukcijske struje u vodiču koji se kreće u magnetskom polju: ako je dlan desne ruke postavljen tako da uključuje linije magnetske indukcije, a savijeni palac usmjeren je duž kretanja vodiča, tada su četiri ispruženi prsti pokazat će smjer indukcijske struje.

Huygensov princip
Omogućuje određivanje položaja fronte vala u bilo kojem trenutku. Prema Huygensovom principu, sve točke kroz koje prolazi valna fronta u trenutku t su izvori sekundarnih sfernih valova, a željeni položaj valne fronte u trenutku t poklapa se s površinom koja obavija sve sekundarne valove. Huygensov princip objašnjava zakone refleksije i loma svjetlosti.

Huygens–Fresnel princip
Prema ovom principu, u bilo kojoj točki izvan proizvoljne zatvorene površine koja okružuje točkasti izvor svjetlosti, svjetlosni val pobuđen ovim izvorom može se prikazati kao rezultat interferencije sekundarnih valova koje emitiraju sve točke navedene zatvorene površine. Princip omogućuje rješavanje najjednostavnijih problema difrakcije svjetlosti.

Načelo relativnosti
U bilo kojem inercijalnom referentnom okviru sve fizičke (mehaničke, elektromagnetske itd.) pojave odvijaju se na isti način pod istim uvjetima. To je generalizacija Galilejevog principa relativnosti.

Galilejevo načelo relativnosti

Mehaničko načelo relativnosti ili načelo klasične mehanike: u bilo kojem inercijalnom referentnom okviru sve se mehaničke pojave odvijaju na isti način pod istim uvjetima.

Zvuk
Zvukom se nazivaju elastični valovi koji se šire u tekućinama, plinovima i čvrstim tijelima, a percipiraju ih uho ljudi i životinja. Osoba ima sposobnost čuti zvukove s frekvencijama u rasponu od 16-20 kHz. Zvuk s frekvencijama do 16 Hz naziva se infrazvuk; s frekvencijama 2 104-109 Hz - ultrazvuk, a s frekvencijama 109-1013 Hz - hiperzvuk. Znanost koja proučava zvukove zove se akustika.

Svjetlo
Svjetlom se u užem smislu nazivaju elektromagnetski valovi u rasponu frekvencija koje percipira ljudsko oko: 7,5 '1014–4,3 '1014 Hz. Valna duljina varira od 760 nm (crvena svjetlost) do 380 nm (ljubičasta svjetlost).

Članak je nastao na temelju materijala s interneta, udžbenika fizike i vlastitog znanja.

Fiziku nikad nisam volio, nisam je poznavao i pokušavao sam je izbjegavati što je više moguće. Međutim, u posljednje vrijeme sve više shvaćam: cijeli naš život svodi se na jednostavne zakone fizike.

1) Najjednostavniji, ali najvažniji od njih je Zakon održanja i pretvorbe energije.

Zvuči ovako: "Energija bilo kojeg zatvorenog sustava ostaje konstantna za sve procese koji se odvijaju u sustavu." A mi smo upravo u takvom sustavu. Oni. koliko dajemo, toliko i dobivamo. Ako želimo nešto dobiti, moramo dati isti iznos prije toga. I nista vise! I mi, naravno, želimo dobiti veliku plaću, ali ne ići na posao. Ponekad se stvara iluzija da su "budale sretnice" i mnogima se sreća obije o glavu. Pročitajte bilo koju bajku. Heroji stalno moraju prevladavati ogromne poteškoće! Sada plivajte u hladnoj vodi, a zatim u prokuhanoj vodi. Muškarci privlače pažnju žena udvaranjem. Žene se pak brinu o tim muškarcima i djeci. I tako dalje. Dakle, ako želite nešto dobiti, potrudite se prvo dati. Film "Pay It Forward" vrlo jasno odražava ovaj zakon fizike.

Ima još jedan vic na tu temu:
Zakon održanja energije:
Ako ujutro na posao dođeš energičan, a odeš kao iscijeđen limun, onda
1. netko drugi je ušao kao iscijeđen limun i otišao energičan
2. služio si za grijanje sobe

2) Sljedeći zakon je: "Sila akcije jednaka je sili reakcije"

Ovaj zakon fizike odražava prethodni, u načelu. Ako je osoba počinila negativno djelo - svjesno ili ne - tada je dobila odgovor, tj. protivljenje. Ponekad su uzrok i posljedica raštrkani u vremenu i možda nećete odmah shvatiti odakle vjetar puše. Moramo, što je najvažnije, zapamtiti da se ništa ne događa jednostavno. Kao primjer možemo navesti edukaciju roditelja koja se onda manifestira nakon nekoliko desetljeća.

3) Sljedeći zakon je zakon poluge. Arhimed je uzviknuo: "Dajte mi točku oslonca, i ja ću okrenuti Zemlju!". Bilo koja težina se može nositi ako odaberete pravu polugu. Uvijek morate shvatiti koliko dugo će poluga trebati da postigne određeni cilj i izvući zaključak za sebe, odrediti prioritete. Shvatite kako izračunati svoju snagu, trebate li uložiti toliko truda da stvorite pravu polugu i pomaknete ovu težinu ili je lakše ostaviti to na miru i baviti se drugim aktivnostima.

4) Takozvano gimlet pravilo, koje označava smjer magnetskog polja. Ovo pravilo odgovara na vječno pitanje: tko je kriv? I ističe kako smo za sve što nam se događa sami krivi. Koliko god to bilo uvredljivo, koliko god bilo teško, koliko god na prvi pogled nepravedno bilo, uvijek moramo biti svjesni da smo sami bili uzrok od samog početka.

5) Sigurno se netko sjeća zakona zbrajanja brzina. Zvuči ovako: "Brzina tijela u odnosu na fiksni referentni okvir jednaka je vektorskom zbroju brzine tog tijela u odnosu na pokretni referentni okvir i brzine najpokretljivijeg referentnog okvira u odnosu na fiksni okvir" Zvuči teško? Sada ćemo to shvatiti.
Načelo zbrajanja brzina nije ništa više od aritmetičkog zbroja članova brzina, kao matematičkih pojmova ili definicija.

Brzina je jedan od bitnih fenomena vezanih uz kinetiku. Kinetika proučava procese prijenosa energije, količine gibanja, naboja i tvari u različitim fizikalnim sustavima te utjecaj vanjskih polja na njih. Možda je to drsko, ali onda se sa stajališta kinetike mogu promatrati i brojni društveni procesi, na primjer, sukobi.

Dakle, u prisutnosti dva sukobljena objekta i njihovog kontakta, zakon sličan zakonu očuvanja brzina (kao činjenice prijenosa energije) trebao bi djelovati? To znači da snaga i agresivnost sukoba ovisi o stupnju sukoba između dvije (tri, četiri) strane. Što su agresivniji i jači, sukob je nasilniji i razorniji. Ako jedna od strana nije u sukobu, tada nema povećanja stupnja agresivnosti.

Sve je vrlo jednostavno. A ako ne možete pogledati u sebe kako biste razumjeli uzročno-posljedične odnose vašeg problema, samo otvorite udžbenik fizike za 8. razred.

Uvod

1. Newtonovi zakoni

1.1. Zakon inercije (prvi Newtonov zakon)

1.2 Zakon gibanja

1.3. Zakon očuvanja količine gibanja (Zakon očuvanja količine gibanja)

1.4. Sile inercije

1.5. Zakon viskoznosti

2.1. Zakoni termodinamike

1. 
   Zakon gravitacije

3.2. Gravitacijska interakcija

3.3. Nebeska mehanika

1. 
   Jaka gravitacijska polja

3.5. Moderne klasične teorije gravitacije

Zaključak

Književnost

Uvod

Temeljni zakoni fizike opisuju najvažnije pojave u prirodi i svemiru. Omogućuju nam da objasnimo, pa čak i predvidimo mnoge pojave. Dakle, oslanjajući se samo na temeljne zakone klasične fizike (Newtonove zakone, zakone termodinamike itd.), čovječanstvo uspješno istražuje svemir, šalje svemirske letjelice na druge planete.

U ovom radu želim razmotriti najvažnije zakone fizike i njihov odnos. Najvažniji zakoni klasične mehanike su Newtonovi zakoni, koji su dovoljni za opis pojava u makrokozmosu (bez uzimanja u obzir velikih vrijednosti brzine ili mase, što se proučava u GR - općoj relativnosti, ili SRT - specijalnoj relativnosti.)

1. 
   Newtonovi zakoni

Newtonovi zakoni mehanike - tri zakona u osnovi tzv. klasična mehanika. Formulirao I. Newton (1687). Prvi zakon: "Svako se tijelo nastavlja održavati u stanju mirovanja ili ravnomjernog i pravocrtnog gibanja sve dok i u onoj mjeri u kojoj je primijenjena sila prisiljena promijeniti to stanje." Drugi zakon: "Promjena količine gibanja proporcionalna je primijenjenoj pogonskoj sili i događa se u smjeru ravne linije duž koje ta sila djeluje." Treći zakon: "Uvijek postoji jednaka i suprotna reakcija na akciju, inače, međudjelovanja dva tijela jedno protiv drugog su jednaka i usmjerena u suprotnim smjerovima."

1.1. Zako ́ devet ́ rcije (Prvi zakon Novi ́ ton) : slobodno tijelo, na koje ne djeluju sile drugih tijela, nalazi se u stanju mirovanja ili jednolikog pravocrtnog gibanja (pojam brzine ovdje se odnosi na centar mase tijela u slučaju netranslatornog gibanja). Drugim riječima, tijela karakteriziraju inercija (od latinskog inertia - "neaktivnost", "inercija"), odnosno fenomen održavanja brzine ako se vanjski utjecaji na njih kompenziraju.

Referentni okviri u kojima je ispunjen zakon tromosti nazivaju se inercijski referentni okviri (ISR).

Zakon tromosti prvi je formulirao Galileo Galilei, koji je nakon mnogih pokusa zaključio da nije potreban vanjski uzrok da bi se slobodno tijelo gibalo konstantnom brzinom. Prije toga je bilo općenito prihvaćeno drugačije gledište (još od Aristotela): slobodno tijelo miruje, a da bi se kretalo konstantnom brzinom potrebna je primjena konstantne sile.

Nakon toga, Newton je formulirao zakon inercije kao prvi od svoja tri poznata zakona.

Galilejevo načelo relativnosti: u svim inercijalnim referentnim okvirima svi fizikalni procesi odvijaju se na isti način. U referentnom okviru koji je doveden u stanje mirovanja ili ravnomjernog pravocrtnog gibanja u odnosu na inercijalni referentni okvir (uvjetno "miruje"), svi se procesi odvijaju na potpuno isti način kao u okviru koji miruje.

Treba napomenuti da je koncept inercijalnog referentnog okvira apstraktni model (neki idealni objekt koji se razmatra umjesto stvarnog objekta. Apsolutno kruto tijelo ili bestežinska nit služe kao primjeri apstraktnog modela), stvarni referentni okviri su uvijek povezan s nekim objektom i korespondencija stvarno opaženog kretanja tijela u takvim sustavima s rezultatima proračuna bit će nepotpuna.

1.2 Zakon gibanja - matematička formulacija kako se tijelo giba ili kako dolazi do gibanja općenitijeg oblika.

U klasičnoj mehanici materijalne točke zakon gibanja su tri ovisnosti triju prostornih koordinata o vremenu, odnosno ovisnost jedne vektorske veličine (radijus vektora) o vremenu, oblika

Zakon gibanja može se pronaći, ovisno o zadatku, iz diferencijalnih zakona mehanike ili iz integralnih.

Zakon održanja energije - osnovni zakon prirode, koji se sastoji u tome da se energija zatvorenog sustava čuva u vremenu. Drugim riječima, energija ne može nastati ni iz čega i ne može nestati nigdje, može samo prijeći iz jednog oblika u drugi.

Zakon održanja energije nalazimo u raznim granama fizike i očituje se u očuvanju raznih vrsta energije. Na primjer, u klasičnoj mehanici zakon se očituje u očuvanju mehaničke energije (zbroj potencijalne i kinetičke energije). U termodinamici se zakon održanja energije naziva prvim zakonom termodinamike i govori o očuvanju energije u ukupnosti s toplinskom energijom.

Budući da se zakon održanja energije ne odnosi na određene količine i pojave, već odražava opći obrazac koji je primjenjiv svugdje i uvijek, ispravnije je nazvati ga ne zakonom, već principom očuvanja energije.

Poseban slučaj - Zakon održanja mehaničke energije - mehanička energija konzervativnog mehaničkog sustava je očuvana u vremenu. Jednostavno rečeno, u nedostatku sila poput trenja (disipativne sile), mehanička energija ne nastaje ni iz čega i ne može nigdje nestati.

Ek1+Ep1=Ek2+Ep2

Zakon održanja energije je integralni zakon. To znači da se sastoji od djelovanja diferencijalnih zakona i svojstvo je njihova zajedničkog djelovanja. Na primjer, ponekad se kaže da je nemogućnost stvaranja perpetuum mobile uzrokovana zakonom održanja energije. Ali nije. Naime, u svakom projektu perpetuum mobile pokretača se pokreće jedan od diferencijalnih zakona i on je taj koji onesposobljava motor. Zakon održanja energije jednostavno generalizira ovu činjenicu.

Prema Noetherovom teoremu, zakon održanja mehaničke energije posljedica je homogenosti vremena.

1.3. Zako ́ n spremiti ́ i ́ puls (Zako ́ n spremiti ́ ako ́ kvaliteta kretanja) tvrdi da je zbroj momenta svih tijela (ili čestica) zatvorenog sustava konstantna vrijednost.

Iz Newtonovih zakona može se pokazati da je pri kretanju u praznom prostoru količina gibanja očuvana u vremenu, a u prisutnosti međudjelovanja brzina njegove promjene određena je zbrojem primijenjenih sila. U klasičnoj mehanici zakon o održanju količine gibanja obično se izvodi kao posljedica Newtonovih zakona. Međutim, ovaj zakon očuvanja također vrijedi u slučajevima kada je Newtonova mehanika neprimjenjiva (relativistička fizika, kvantna mehanika).

Kao i svaki drugi zakon očuvanja, zakon održanja impulsa opisuje jednu od temeljnih simetrija, homogenost prostora

Newtonov treći zakon objašnjava što se događa s dva tijela koja međusobno djeluju. Uzmimo za primjer zatvoreni sustav koji se sastoji od dva tijela. Prvo tijelo može djelovati na drugo s nekom silom F12, a drugo - na prvo s silom F21. Kako su sile povezane? Treći Newtonov zakon kaže da je sila djelovanja jednaka po veličini i suprotnog smjera sili reakcije. Naglašavamo da su te sile primijenjene na različita tijela, te stoga uopće nisu kompenzirane.

Sam zakon:

Tijela djeluju jedno na drugo silama usmjerenim duž iste prave, jednake veličine i suprotnog smjera: .

1.4. Sile inercije

Newtonovi zakoni, strogo govoreći, vrijede samo u inercijalnim referentnim okvirima. Ako iskreno napišemo jednadžbu gibanja tijela u neinercijalnom referentnom okviru, ona će se izgledom razlikovati od drugog Newtonovog zakona. Međutim, često se, radi pojednostavljenja razmatranja, uvodi neka fiktivna "sila tromosti", a zatim se te jednadžbe gibanja prepisuju u obliku vrlo sličnom drugom Newtonovom zakonu. Matematički je ovdje sve točno (korektno), ali sa stajališta fizike, nova fiktivna sila ne može se smatrati nečim stvarnim, kao rezultatom neke stvarne interakcije. Još jednom naglašavamo: "inercijalna sila" je samo zgodna parametrizacija toga kako se zakoni gibanja razlikuju u inercijalnim i neinercijalnim referentnim okvirima.

1.5. Zakon viskoznosti

Newtonov zakon viskoznosti (unutarnjeg trenja) je matematički izraz koji povezuje naprezanje unutarnjeg trenja τ (viskoznost) i promjenu brzine medija v u prostoru

(brzina deformacije) za fluidna tijela (tekućine i plinove):

gdje se vrijednost η naziva koeficijent unutarnjeg trenja ili dinamički koeficijent viskoznosti (CGS jedinica – poise). Kinematički koeficijent viskoznosti je vrijednost μ = η / ρ (CGS jedinica je Stokes, ρ je gustoća medija).

Newtonov zakon može se dobiti analitički metodama fizičke kinetike, pri čemu se viskoznost obično razmatra istovremeno s toplinskom vodljivošću i odgovarajućim Fourierovim zakonom za toplinsku vodljivost. U kinetičkoj teoriji plinova koeficijent unutarnjeg trenja izračunava se po formuli

gdje je prosječna brzina toplinskog gibanja molekula, λ je srednji slobodni put.

2.1. Zakoni termodinamike

Termodinamika se temelji na tri zakona, koji su formulirani na temelju eksperimentalnih podataka i stoga se mogu prihvatiti kao postulati.

* 1. zakon termodinamike. To je formulacija općeg zakona održanja energije za termodinamičke procese. U svom najjednostavnijem obliku, može se napisati kao δQ \u003d δA + d "U, gdje je dU ukupni diferencijal unutarnje energije sustava, a δQ i δA su elementarna količina topline i elementarni rad obavljen na Treba imati na umu da se δA i δQ ne mogu smatrati diferencijalima u uobičajenom smislu ovog koncepta. Sa stajališta kvantnih koncepata, ovaj se zakon može tumačiti na sljedeći način: dU je promjena energije danog kvantnog sustava, δA je promjena energije sustava zbog promjene naseljenosti energetskih razina sustava, a δQ je promjena energije kvantnog sustava zbog promjene strukture razine energije.

* 2. zakon termodinamike: Drugi zakon termodinamike isključuje mogućnost stvaranja perpetuum mobile druge vrste. Postoji nekoliko različitih, ali ujedno i ekvivalentnih formulacija ovog zakona. 1 - Clausiusov postulat. Proces u kojem se ne događaju nikakve druge promjene, osim prijenosa topline s vrućeg tijela na hladno, nepovratan je, odnosno toplina ne može prijeći s hladnog tijela na vruće bez ikakvih drugih promjena u sustavu. Taj se fenomen naziva disipacija ili disperzija energije. 2 - Kelvinov postulat. Proces u kojem se rad pretvara u toplinu bez ikakvih drugih promjena u sustavu je ireverzibilan, odnosno nemoguće je svu toplinu preuzetu iz izvora jednolike temperature pretvoriti u rad bez drugih promjena u sustavu.

* 3. zakon termodinamike: Nernstov teorem: Entropija bilo kojeg sustava pri temperaturi apsolutnoj nuli uvijek se može uzeti jednakom nuli

3.1. Zakon gravitacije

Gravitacija (univerzalna gravitacija, gravitacija) (od latinskog gravitas - "gravitacija") je dugotrajna temeljna interakcija u prirodi, kojoj su podložna sva materijalna tijela. Prema suvremenim podacima, ona je univerzalna interakcija u smislu da, za razliku od bilo koje druge sile, daje jednako ubrzanje svim tijelima bez iznimke, bez obzira na njihovu masu. Prije svega, gravitacija igra odlučujuću ulogu na kozmičkoj razini. Pojam gravitacija također se koristi kao naziv grane fizike koja proučava gravitacijsku interakciju. Najuspješnija suvremena fizikalna teorija u klasičnoj fizici koja opisuje gravitaciju je opća teorija relativnosti; kvantna teorija gravitacijske interakcije još nije izgrađena.

3.2. Gravitacijska interakcija

Gravitacijska interakcija jedna je od četiri temeljne interakcije u našem svijetu. U okviru klasične mehanike, gravitacijska interakcija opisana je Newtonovim zakonom univerzalne gravitacije, koji kaže da je sila gravitacijskog privlačenja između dviju materijalnih točaka mase m1 i m2, razdvojenih udaljenosti R, jednaka

Ovdje je G gravitacijska konstanta, jednaka m³ / (kg s²). Znak minus znači da je sila koja djeluje na tijelo uvijek jednaka u smjeru radijus vektora usmjerenog na tijelo, tj. gravitacijska interakcija uvijek dovodi do privlačenja bilo kojeg tijela.

Gravitacijsko polje je potencijalno. To znači da je moguće uvesti potencijalnu energiju gravitacijske privlačnosti para tijela, a ta se energija neće promijeniti nakon pomicanja tijela duž zatvorene konture. Potencijalnost gravitacijskog polja povlači za sobom zakon održanja zbroja kinetičke i potencijalne energije, a pri proučavanju gibanja tijela u gravitacijskom polju često uvelike pojednostavljuje rješenje. U okviru Newtonove mehanike, gravitacijska interakcija je dugodometna. To znači da bez obzira na to kako se masivno tijelo kreće, u bilo kojoj točki prostora gravitacijski potencijal ovisi samo o položaju tijela u određenom trenutku u vremenu.

Veliki svemirski objekti - planeti, zvijezde i galaksije imaju ogromnu masu i stoga stvaraju značajna gravitacijska polja. Gravitacija je najslabija sila. No, budući da djeluje na svim udaljenostima i sve su mase pozitivne, ipak je vrlo važna sila u svemiru. Za usporedbu: ukupni električni naboj ovih tijela jednak je nuli, jer je tvar kao cjelina električki neutralna. Također, gravitacija je, za razliku od drugih interakcija, univerzalna u svom djelovanju na svu materiju i energiju. Nisu pronađeni objekti koji uopće nemaju gravitacijsku interakciju.

Zbog svoje globalne prirode, gravitacija je odgovorna za tako velike učinke kao što su struktura galaksija, crne rupe i širenje svemira, te za elementarne astronomske pojave - orbite planeta, te za jednostavno privlačenje Zemljine površine i tijela koja padaju.

Gravitacija je bila prva interakcija koju je opisala matematička teorija. U antičko doba Aristotel je vjerovao da objekti različitih masa padaju različitim brzinama. Tek mnogo kasnije Galileo Galilei eksperimentalno je utvrdio da to nije tako - ako se eliminira otpor zraka, sva tijela ubrzavaju jednako. Zakon gravitacije Isaaca Newtona (1687.) bio je dobar opis općeg ponašanja gravitacije. Godine 1915. Albert Einstein stvorio je Opću teoriju relativnosti, koja točnije opisuje gravitaciju u smislu geometrije prostorvremena.

3.3. Nebeska mehanika i neki njezini zadaci

Dio mehanike koji proučava gibanje tijela u praznom prostoru samo pod utjecajem gravitacije naziva se nebeska mehanika.

Najjednostavniji zadatak nebeske mehanike je gravitacijska interakcija dvaju tijela u praznom prostoru. Ovaj problem je analitički riješen do kraja; rezultat njegova rješenja često se formulira u obliku triju Keplerovih zakona.

Kako se broj tijela koja međusobno djeluju povećava, problem postaje mnogo kompliciraniji. Dakle, već poznati problem triju tijela (odnosno gibanja tri tijela s masama različitim od nule) ne može se analitički riješiti u općem obliku. Kod numeričkog rješenja vrlo brzo nastupa nestabilnost rješenja u odnosu na početne uvjete. Kada se primijeni na Sunčev sustav, ova nestabilnost onemogućuje predviđanje kretanja planeta na skalama većim od sto milijuna godina.

U nekim posebnim slučajevima moguće je pronaći približno rješenje. Najvažniji je slučaj kada je masa jednog tijela znatno veća od mase ostalih tijela (primjeri: Sunčev sustav i dinamika Saturnovih prstenova). U ovom slučaju, u prvoj aproksimaciji, možemo pretpostaviti da svjetlosna tijela ne djeluju jedno na drugo i da se kreću Keplerovom putanjom oko masivnog tijela. Interakcije između njih mogu se uzeti u obzir u okviru teorije poremećaja i usrednjeti tijekom vremena. U tom slučaju mogu nastati netrivijalni fenomeni, kao što su rezonancije, atraktori, slučajnost itd. Dobar primjer takvih fenomena je netrivijalna struktura Saturnovih prstenova.

Unatoč pokušajima da se opiše ponašanje sustava velikog broja tijela koja se privlače približno iste mase, to nije moguće zbog fenomena dinamičkog kaosa.

3.4. Jaka gravitacijska polja

U jakim gravitacijskim poljima, pri kretanju relativističkim brzinama, počinju se javljati učinci opće teorije relativnosti:

Odstupanje zakona gravitacije od Newtonovog;

Kašnjenje potencijala povezano s konačnom brzinom širenja gravitacijskih poremećaja; pojava gravitacijskih valova;

Nelinearni učinci: gravitacijski valovi teže međusobnom djelovanju, pa princip superpozicije valova u jakim poljima više ne vrijedi;

Mijenjanje geometrije prostor-vremena;

Pojava crnih rupa;

3.5. Moderne klasične teorije gravitacije

Zbog činjenice da su kvantni učinci gravitacije iznimno mali čak i pod najekstremnijim eksperimentalnim i promatračkim uvjetima, još uvijek ne postoje njihova pouzdana opažanja. Teorijske procjene pokazuju da se u velikoj većini slučajeva može ograničiti na klasični opis gravitacijske interakcije.

Postoji moderna kanonska klasična teorija gravitacije – opća teorija relativnosti, te mnoge hipoteze koje je dorađuju i teorije različitog stupnja razvoja koje se međusobno natječu (vidi članak Alternativne teorije gravitacije). Sve te teorije daju vrlo slična predviđanja unutar aproksimacije u kojoj se trenutno provode eksperimentalna ispitivanja. Slijede neke od glavnih, najbolje razvijenih ili poznatih teorija gravitacije.

Newtonova teorija gravitacije temelji se na konceptu gravitacije, koja je sila dugog dometa: ona djeluje trenutno na bilo kojoj udaljenosti. Ova trenutna priroda djelovanja nespojiva je s paradigmom polja moderne fizike, a posebice s posebnom teorijom relativnosti koju je 1905. stvorio Einstein, inspiriran radom Poincaréa i Lorentza. Prema Einsteinovoj teoriji, niti jedna informacija ne može putovati brže od brzine svjetlosti u vakuumu.

Matematički, Newtonova gravitacijska sila izvedena je iz potencijalne energije tijela u gravitacijskom polju. Gravitacijski potencijal koji odgovara ovoj potencijalnoj energiji pokorava se Poissonovoj jednadžbi, koja nije invarijantna prema Lorentzovim transformacijama. Razlog neinvarijantnosti je taj što energija u specijalnoj teoriji relativnosti nije skalarna veličina, već ulazi u vremensku komponentu 4-vektora. Pokazalo se da je vektorska teorija gravitacije slična Maxwellovoj teoriji elektromagnetskog polja i dovodi do negativne energije gravitacijskih valova, što je povezano s prirodom interakcije: slični naboji (mase) u gravitaciji se privlače, a ne odbijaju, kao u elektromagnetizmu. Stoga je Newtonova teorija gravitacije nespojiva s temeljnim načelom specijalne teorije relativnosti - nepromjenjivošću zakona prirode u bilo kojem inercijalnom referentnom okviru, te izravnom vektorskom generalizacijom Newtonove teorije, koju je prvi predložio Poincaré 1905. u svom rad "O dinamici elektrona", dovodi do fizički nezadovoljavajućih rezultata .

Einstein je počeo tragati za teorijom gravitacije koja bi bila kompatibilna s načelom nepromjenjivosti zakona prirode s obzirom na bilo koji referentni okvir. Rezultat te potrage bila je opća teorija relativnosti, utemeljena na načelu istovjetnosti gravitacijske i inercijske mase.

Načelo jednakosti gravitacijskih i inercijskih masa

U klasičnoj Newtonovoj mehanici postoje dva koncepta mase: prvi se odnosi na drugi Newtonov zakon, a drugi na zakon univerzalne gravitacije. Prva masa - inercijalna (ili inercijalna) - je omjer negravitacijske sile koja djeluje na tijelo i njegovog ubrzanja. Druga masa - gravitacijska (ili, kako se ponekad naziva, teška) - određuje snagu privlačenja tijela drugim tijelima i vlastitu silu privlačenja. Općenito govoreći, te dvije mase mjere se, kao što se iz opisa vidi, u različitim pokusima, pa uopće ne moraju biti međusobno proporcionalne. Njihova stroga proporcionalnost omogućuje nam da govorimo o jednoj masi tijela iu negravitacijskim iu gravitacijskim interakcijama. Odgovarajućim izborom jedinica te se mase mogu međusobno izjednačiti.

Sam princip je iznio Isaac Newton, a jednakost masa je eksperimentalno provjerio s relativnom točnošću od 10−3. Krajem 19. stoljeća Eötvös je izveo suptilnije pokuse, dovodeći točnost provjere principa na 10−9. Tijekom 20. stoljeća eksperimentalne tehnike omogućile su potvrdu jednakosti masa s relativnom točnošću od 10−12-10−13 (Braginsky, Dicke i dr.).

Ponekad se načelo jednakosti gravitacijskih i inercijskih masa naziva slabim načelom ekvivalencije. Albert Einstein ga je stavio u temelj opće teorije relativnosti.

Princip kretanja duž geodetskih linija

Ako je gravitacijska masa točno jednaka inercijskoj masi, tada se u izrazu za ubrzanje tijela, na koje djeluju samo gravitacijske sile, smanjuju obje mase. Dakle, ubrzanje tijela, a time i njegova putanja, ne ovisi o masi i unutarnjoj građi tijela. Ako sva tijela u istoj točki prostora dobiju istu akceleraciju, tada se ta akceleracija ne može povezati sa svojstvima tijela, već sa svojstvima samog prostora u toj točki.

Dakle, opis gravitacijske interakcije između tijela može se svesti na opis prostora-vremena u kojem se tijela gibaju. Prirodno je pretpostaviti, kao što je to činio Einstein, da se tijela gibaju po inerciji, odnosno tako da im je akceleracija u vlastitom referentnom sustavu jednaka nuli. Putanje tijela tada će biti geodetske linije, čiju su teoriju razvili matematičari još u 19. stoljeću.

Same geodetske linije mogu se pronaći određivanjem u prostor-vremenu analogije udaljenosti između dva događaja, tradicionalno nazvane interval ili svjetska funkcija. Interval u trodimenzionalnom prostoru i jednodimenzionalnom vremenu (drugim riječima, u četverodimenzionalnom prostor-vremenu) zadan je s 10 neovisnih komponenti metričkog tenzora. Ovih 10 brojeva čine metriku prostora. Definira "udaljenost" između dvije beskonačno bliske točke prostor-vremena u različitim smjerovima. Geodetske linije koje odgovaraju svjetskim linijama fizičkih tijela čija je brzina manja od brzine svjetlosti pokazuju se kao linije najvećeg vlastitog vremena, odnosno vremena mjerenog satom čvrsto pričvršćenim za tijelo koje prati ovu putanju.

Suvremeni pokusi potvrđuju gibanje tijela duž geodetskih linija s istom točnošću kao i jednakost gravitacijskih i inercijskih masa.

Zaključak

Iz Newtonovih zakona odmah proizlaze neki zanimljivi zaključci. Dakle, treći Newtonov zakon kaže da, bez obzira na to kako tijela međusobno djeluju, ne mogu promijeniti svoj ukupni zamah: javlja se zakon očuvanja zamaha. Nadalje, potrebno je zahtijevati da potencijal interakcije dvaju tijela ovisi samo o modulu razlike koordinata tih tijela U(|r1-r2|). Tada nastaje zakon održanja ukupne mehaničke energije tijela koja međusobno djeluju:

Newtonovi zakoni su osnovni zakoni mehanike. Iz njih se mogu izvesti svi ostali zakoni mehanike.

U isto vrijeme, Newtonovi zakoni nisu najdublja razina formulacije klasične mehanike. U okviru Lagrangeove mehanike postoji samo jedna formula (bilježi mehaničko djelovanje) i jedan jedini postulat (tijela se gibaju tako da je djelovanje minimalno), a iz toga se mogu izvesti svi Newtonovi zakoni. Štoviše, u okviru Lagrangeova formalizma lako se mogu razmatrati hipotetske situacije u kojima radnja ima neki drugi oblik. U tom slučaju jednadžbe gibanja više neće nalikovati Newtonovim zakonima, ali će sama klasična mehanika i dalje biti primjenjiva...

Rješenje jednadžbi gibanja

Jednadžba F = ma (odnosno drugi Newtonov zakon) je diferencijalna jednadžba: ubrzanje je druga derivacija koordinate u odnosu na vrijeme. To znači da se evolucija mehaničkog sustava u vremenu može jednoznačno odrediti ako su određene njegove početne koordinate i početne brzine. Imajte na umu da kada bi jednadžbe koje opisuju naš svijet bile jednadžbe prvog reda, onda bi takvi fenomeni kao što su inercija, oscilacije i valovi nestali iz našeg svijeta.

Proučavanje Temeljnih zakona fizike potvrđuje da se znanost progresivno razvija: svaka faza, svaki otkriveni zakon je faza u razvoju, ali ne daje konačne odgovore na sva pitanja.

Književnost:

1. 
   Velika sovjetska enciklopedija (Newtonovi zakoni mehanike i drugi članci), 1977., “Sovjetska enciklopedija”
2. 
   Online enciklopedija www.wikipedia.com

3. Knjižnica “Detlaf A.A., Yavorsky B.M., Milkovskaya L.B. - Tečaj fizike (1. svezak). Mehanika. Osnove molekularne fizike i termodinamike

Federalna agencija za obrazovanje

GOU VPO Rybinsk Državna zrakoplovna akademija. P.A. Solovjova

Zavod za opću i tehničku fiziku

SAŽETAK

U disciplini "Pojmovi moderne prirodne znanosti"

Tema: “Temeljni zakoni fizike”

Grupa ZKS-07

Student Balshin A.N.

Predavač: Vasilyuk O.V.

7: Newtonovi zakoni gibanja

Prošli post završio je Zakonom univerzalne gravitacije Sir Isaaca Newtona, ovaj će također započeti Newtonom, ali s njegovim drugim zakonima - tri zakona jednoliko ubrzanog gibanja (češće jednostavno "tri Newtonova zakona") bitna su komponenta moderne fizike. I, poput većine fizikalnih zakona, elegantni su u svojoj jednostavnosti.

Prvi Newtonov zakon kaže da će objekt koji je u stanju jednolikog gibanja (ili mirovanja) biti u stanju takvog gibanja (ili mirovanja) sve dok se na njega ne primijeni vanjski utjecaj (sila). Dakle, lopta koja se kotrlja po podu na kraju prestaje svoje kretanje zbog činjenice da je pod utjecajem trenja ili mijenja smjer svog kretanja kao rezultat uspješnog udarca nogom ili jednostavnog udarca u zid.

Newtonov drugi zakon utvrđuje odnos između mase tijela (m) i njegove akceleracije (a). Taj se zakon izražava matematičkom formulom F = m × a, u kojoj je F sila izražena u Newtonima. Sila i ubrzanje su vektorske veličine, odnosno veličine koje osim vrijednosti karakterizira i smjer. Vrijednost ubrzanja može se koristiti za određivanje sile i obrnuto.

Newtonov treći zakon možda je najpoznatiji od sva njegova tri zakona gibanja. Najčešće se pamti u obliku "Sila akcije jednaka je sili reakcije", iako bi točnije bilo: "Materijalne točke međusobno djeluju silama iste prirode, usmjerenim duž ravne crte koja povezuje ove točke, jednake u apsolutnoj vrijednosti i suprotne u smjeru." Na temelju trećeg zakona možemo zaključiti da se u gravitacijskom sustavu dvaju tijela ne odvija samo gravitacijski utjecaj težeg tijela na lakše, nego i lakše tijelo privlači teže. Dakle, u sustavu Zemlja/Mjesec utjecaj Mjeseca na Zemlju očituje se u osekama i osekama.

6: Zakoni termodinamike

Britanski fizičar i pisac Snow jednom je rekao da je osoba koja se ne bavi znanošću, koja ne poznaje drugi zakon termodinamike, jednaka poluobrazovana osoba kao i znanstvenik koji nikad nije čitao Shakespearea. Ova maksima ne samo da naglašava važnost termodinamike u sustavu znanosti, već i činjenicu da svatko tko se ne želi smatrati otpadnikom treba poznavati njezine osnove.

Općenito, termodinamika je proučavanje načina na koji energija proizvodi rad u bilo kojem sustavu, bilo da se radi o motoru ili jezgri planeta. Termodinamika se temelji na tri principa, koji u formulaciji tog Snijega zvuče ovako:

Ne možete pobijediti.
Ne možete se odmoriti od igre.
Ne možete napustiti igru.

Kako to razumjeti? Govoreći o tome da je nemoguće pobijediti, Snow napominje da ne možemo dobiti jedno, a da se ne odreknemo drugog – da bi sustav radio, neophodna je opskrba energijom (grijanje), inače takav sustav neće raditi, čak ni za potpuno izoliran slučaj. Štoviše, u stvarnom svijetu ne postoje savršeno izolirani sustavi, au stvarnom slučaju, dio energije koju prenosimo sustavu za obavljanje posla prenosi se u okolinu i drugi zakon termodinamike stupa na snagu.

Druga Snowova izjava o nemogućnosti odmora od igre znači da se zbog porasta entropije u zatvorenom sustavu, lišenom vanjskih utjecaja, ne možemo jednostavno vratiti u prijašnje energetsko stanje. Možemo reći da će se energija koncentrirana u jednom volumenu redistribuirati u područja s nižom koncentracijom energije.

Konačno, treći zakon termodinamike, koji se tiče nemogućnosti izlaska iz igre, odnosi se na apsolutnu nulu, stanje materije na nula Kelvina ili minus 273,15°C. Kada sustav dosegne apsolutnu nulu, svako kretanje molekula mora prestati, što znači odsustvo kinetičke energije, postizanje nulte entropije i formiranje savršeno uređenog sustava. Međutim, apsolutna nula je fizički idealno stanje, u stvarnom svijetu, čak iu najhladnijim područjima svemira, postizanje apsolutne nule je nemoguće - možete se približiti samo ovom stanju / vrijednosti temperature.

5: Zakon stalnosti sastava i svojstava kemikalija.

Francuski kemičar Joseph Louis Proust napisao je 1808. godine: “Od jednog pola Zemlje do drugog, spojevi imaju isti sastav i ista svojstva. Nema razlike između željeznog oksida s južne i sjeverne hemisfere. Malahit iz Sibira ima isti sastav kao malahit iz Španjolske. Postoji samo jedan cinober na cijelom svijetu.” To je bila prva formulacija zakona o sastavu i svojstvima kemikalija.

Atomsko-molekularna teorija omogućuje objašnjenje zakona postojanosti sastava. Budući da atomi imaju stalnu masu, maseni sastav tvari u cjelini je konstantan. Razvoj kemije pokazao je da uz spojeve stalnog sastava postoje i spojevi promjenjivog sastava. Na prijedlog N.S. Kurnakova, prvi se nazivaju daltonidi (u spomen na engleskog kemičara i fizičara Daltona, sve tvari molekularne strukture pripadaju daltonidima), drugi - bertolidi (u spomen na francuskog kemičara Bertholleta, koji je predvidio takve spojeve; to su tvari s atomskim, ionskim i metalnim rešetkama). Sada ovaj zakon formuliramo na sljedeći način: "Svaka čista tvar molekularne strukture, bez obzira na način njezine pripreme, uvijek ima konstantan kvalitativni i kvantitativni sastav."

Budući da većina tvari koje na ovaj ili onaj način dospijevaju u naše tijelo (s hranom, kozmetikom, lijekovima) ima molekularnu strukturu, značaj zakona stalnosti sastava i svojstava kemikalija leži u činjenici da npr. , "prirodne" arome i arome "identične prirodnim" iste su tvari - komponenta voćnih esencija etil acetat, registrirana kao prehrambeni aditiv E1504, ista je ako je dobivena u tikvici kao rezultat reakcije esterifikacije i izoliran iz jabuke; karbamid (urea), koji se koristi u pastama za zube ili žvakaćim gumama, ima istu strukturu i svojstva bilo da je ta tvar izolirana iz urina ili sintetizirana kemijski.

4: Arhimedov zakon uzgona

Prema legendi, starogrčki mislilac, matematičar i inženjer Arhimed otkrio je zakon tako što je uronio u kadu i vidio da je dio vode prskao, nakon čega je uz povik "Eureka!" trčao ulicama Syracuse u onome što je nosio tijekom kupanja (to jest, ništa).

U skladu s Arhimedovim zakonom, na tijelo uronjeno u tekućinu (ili plin) djeluje uzgonska sila jednaka težini tekućine (ili plina) koju je to tijelo istisnulo. Ovaj se zakon koristi za određivanje gustoće nepoznatih tvari (budući da je gustoća otopina određena koncentracijom komponenata, kućanski alkoholometri koji se prodaju u trgovinama kućanskim potrepštinama također rade po principu Arhimedova zakona).

Arhimedov princip neophodan je za razvoj podmornica i letjelica lakših od zraka (baloni, aerostati, zračni brodovi i cepelini). I, naravno, Arhimedov zakon nas upozorava da ne ulazimo u kadu napunjenu do vrha, osim ako, naravno, ne želimo obrisati pod u kupaonici i čekati posjet agresivnih susjeda odozdo.

Prirodno je i ispravno zanimati se za svijet koji nas okružuje i za zakonitosti njegova funkcioniranja i razvoja. Zato je razumno obratiti pozornost na prirodne znanosti, primjerice fiziku, koja objašnjava samu bit nastanka i razvoja Svemira. Osnovne fizikalne zakone lako je razumjeti. U vrlo ranoj dobi škola upoznaje djecu s ovim principima.

Za mnoge ova znanost počinje udžbenikom "Fizika (7. razred)". Učenicima se otkrivaju osnovni pojmovi termodinamike i termodinamike, upoznaju se s jezgrom glavnih fizikalnih zakona. Ali treba li znanje biti ograničeno na školsku klupu? Koje bi fizikalne zakone svaka osoba trebala znati? O tome će biti riječi kasnije u članku.

znanstvena fizika

Mnoge nijanse opisane znanosti svima su poznate od ranog djetinjstva. I to zbog činjenice da je, u biti, fizika jedno od područja prirodnih znanosti. Govori o zakonima prirode čije djelovanje utječe na život svakoga, au mnogome ga i osigurava, o svojstvima materije, njezinoj strukturi i obrascima gibanja.

Pojam "fizika" prvi je zabilježio Aristotel u četvrtom stoljeću prije Krista. U početku je bio sinonim za pojam "filozofija". Uostalom, obje su znanosti imale zajednički cilj - ispravno objasniti sve mehanizme funkcioniranja Svemira. Ali već u šesnaestom stoljeću, kao rezultat znanstvene revolucije, fizika se osamostalila.

opći zakon

Neki osnovni zakoni fizike primjenjuju se u raznim granama znanosti. Osim njih, postoje i oni koji se smatraju zajedničkim cijeloj prirodi. Ovdje se radi o

To podrazumijeva da je energija svakog zatvorenog sustava, kada se u njemu dogode bilo kakve pojave, nužno očuvana. Ipak, može se transformirati u drugi oblik i učinkovito promijeniti svoj kvantitativni sadržaj u različitim dijelovima navedenog sustava. Istovremeno, u otvorenom sustavu energija opada, pod uvjetom da raste energija bilo kojeg tijela i polja koja s njim djeluju.

Osim gore navedenih općih principa, fizika sadrži osnovne pojmove, formule, zakone koji su potrebni za tumačenje procesa koji se odvijaju u okolnom svijetu. Njihovo istraživanje može biti nevjerojatno uzbudljivo. Stoga će u ovom članku biti ukratko razmotreni osnovni zakoni fizike, a kako bi ih dublje razumjeli, važno im je posvetiti punu pozornost.

Mehanika

Mnogi osnovni zakoni fizike otkrivaju se mladim znanstvenicima u 7-9 razredima škole, gdje se potpunije proučava takva grana znanosti kao što je mehanika. Njegovi osnovni principi opisani su u nastavku.

1. Galilejev zakon relativnosti (koji se naziva i mehanički zakon relativnosti ili osnova klasične mehanike). Bit principa leži u činjenici da su pod sličnim uvjetima mehanički procesi u svim inercijalnim referentnim okvirima potpuno identični.
2. Hookeov zakon. Njegova suština je da što je veći utjecaj na elastično tijelo (opruga, šipka, konzola, greda) sa strane, to je veća njegova deformacija.

Newtonovi zakoni (predstavljaju osnovu klasične mehanike):

1. Načelo tromosti kaže da svako tijelo može mirovati ili se gibati jednoliko i pravocrtno samo ako druga tijela na njega ni na koji način ne utječu ili ako na neki način međusobno kompenziraju djelovanje. Za promjenu brzine gibanja potrebno je na tijelo djelovati nekom silom, a naravno da će se i rezultat djelovanja iste sile na tijela različitih veličina razlikovati.
2. Glavni obrazac dinamike kaže da što je veća rezultanta sila koje trenutno djeluju na određeno tijelo, to je veće ubrzanje koje ono prima. I, sukladno tome, što je veća tjelesna težina, to je niži ovaj pokazatelj.
3. Treći Newtonov zakon kaže da bilo koja dva tijela uvijek međusobno djeluju jedno s drugim prema identičnom uzorku: njihove su sile iste prirode, jednake su po veličini i nužno imaju suprotan smjer duž ravne crte koja povezuje ta tijela.
4. Načelo relativnosti kaže da se sve pojave koje se događaju pod istim uvjetima u inercijskim referentnim okvirima odvijaju na potpuno identičan način.

Termodinamika

Školski udžbenik koji učenicima otkriva osnovne zakone („Fizika. 7. razred“) upoznaje ih s osnovama termodinamike. U nastavku ćemo ukratko opisati njegova načela.

Zakoni termodinamike, koji su temeljni u ovoj grani znanosti, opće su prirode i nisu vezani uz detalje strukture pojedine tvari na atomskoj razini. Usput, ovi principi su važni ne samo za fiziku, već i za kemiju, biologiju, zrakoplovno inženjerstvo itd.

Na primjer, u navedenoj industriji postoji pravilo koje se ne može logički utvrditi da se u zatvorenom sustavu, čiji su vanjski uvjeti nepromijenjeni, tijekom vremena uspostavlja ravnotežno stanje. A procesi koji se u njemu nastavljaju uvijek se međusobno kompenziraju.

Drugo pravilo termodinamike potvrđuje želju sustava, koji se sastoji od kolosalnog broja čestica karakteriziranih kaotičnim gibanjem, za neovisnim prijelazom iz manje vjerojatnih stanja sustava u vjerojatnija.

A Gay-Lussacov zakon (koji se naziva i plinski zakon) kaže da za plin određene mase u uvjetima stabilnog tlaka rezultat dijeljenja njegovog volumena s apsolutnom temperaturom nužno postaje konstantna vrijednost.

Još jedno važno pravilo ove industrije je prvi zakon termodinamike, koji se također naziva principom očuvanja i transformacije energije za termodinamički sustav. Prema njemu, svaka količina topline koja je priopćena sustavu bit će utrošena isključivo na metamorfozu njegove unutarnje energije i obavljanje rada od strane njega u odnosu na bilo koje vanjske sile koje djeluju. Upravo je ta pravilnost postala osnova za formiranje sheme za rad toplinskih motora.

Još jedna plinska pravilnost je Charlesov zakon. Ona kaže da što je veći tlak određene mase idealnog plina, uz zadržavanje konstantnog volumena, to je veća njegova temperatura.

Struja

Mladim znanstvenicima otvara zanimljive osnovne zakone fizike 10. razreda škole. U ovom trenutku proučavaju se glavni principi prirode i zakoni djelovanja električne struje, kao i druge nijanse.

Amperov zakon, primjerice, kaže da se paralelno povezani vodiči kroz koje teče struja u istom smjeru neizbježno privlače, au slučaju suprotnog smjera struje odbijaju. Ponekad se isti naziv koristi za fizikalni zakon koji određuje silu koja djeluje u postojećem magnetskom polju na mali dio vodiča koji trenutno provodi struju. Zove se tako - Amperova snaga. Ovo otkriće napravio je znanstvenik u prvoj polovici devetnaestog stoljeća (naime, 1820. godine).

Zakon održanja naboja jedan je od osnovnih principa prirode. Izjavljuje da je algebarski zbroj svih električnih naboja koji nastaju u bilo kojem električno izoliranom sustavu uvijek očuvan (postaje konstantan). Unatoč tome, navedeni princip ne isključuje pojavu novih nabijenih čestica u takvim sustavima kao rezultat određenih procesa. Ipak, ukupni električni naboj svih novonastalih čestica mora nužno biti jednak nuli.

Coulombov zakon jedan je od temeljnih u elektrostatici. Izražava princip sile međudjelovanja između fiksnih točkastih naboja i objašnjava kvantitativno izračunavanje udaljenosti između njih. Coulombov zakon omogućuje da se temeljna načela elektrodinamike potkrijepe na eksperimentalni način. Kaže da će fiksni točkasti naboji zasigurno međusobno djelovati sa silom koja je veća što je veći umnožak njihovih veličina i, prema tome, što je manji, što je manji kvadrat udaljenosti između naboja koji se razmatraju i medija u kod kojih dolazi do opisane interakcije.

Ohmov zakon jedan je od osnovnih principa elektriciteta. Kaže da što je veća snaga istosmjerne električne struje koja djeluje na određeni dio kruga, to je veći napon na njegovim krajevima.

Oni nazivaju princip koji vam omogućuje određivanje smjera u vodiču struje koja se kreće pod utjecajem magnetskog polja na određeni način. Da biste to učinili, potrebno je postaviti desnu ruku tako da linije magnetske indukcije figurativno dodiruju otvoreni dlan, a palac ispružiti u smjeru vodiča. U tom će slučaju preostala četiri ispravljena prsta odrediti smjer kretanja indukcijske struje.

Također, ovaj princip pomaže otkriti točan položaj linija magnetske indukcije ravnog vodiča koji trenutno provodi struju. Radi ovako: postavite palac desne ruke na takav način da pokazuje i figurativno uhvatite dirigent s ostala četiri prsta. Položaj ovih prstiju pokazat će točan smjer linija magnetske indukcije.

Načelo elektromagnetske indukcije je obrazac koji objašnjava proces rada transformatora, generatora, elektromotora. Ovaj zakon je sljedeći: u zatvorenom krugu, stvorena indukcija je to veća što je brzina promjene magnetskog toka veća.

Optika

Grana "Optika" također odražava dio školskog kurikuluma (osnovni zakoni fizike: 7.-9. razred). Stoga ova načela nisu tako teška za razumijevanje kao što se na prvi pogled čini. Njihovo proučavanje sa sobom ne donosi samo dodatno znanje, već i bolje razumijevanje okolne stvarnosti. Glavni zakoni fizike koji se mogu pripisati području proučavanja optike su sljedeći:

1. Huynesov princip. To je metoda koja vam omogućuje da u bilo kojem djeliću sekunde učinkovito odredite točan položaj fronte vala. Njegova bit je sljedeća: sve točke koje se nalaze na putu valne fronte u određenom djeliću sekunde, zapravo, postaju izvori sfernih valova (sekundarnih) u sebi, dok postavljanje valne fronte u istom djeliću postaje izvor sfernih valova (sekundarnih). sekunde identična je površini , koja obilazi sve sferne valove (sekundarne). Ovaj princip se koristi za objašnjenje postojećih zakona vezanih uz lom svjetlosti i njenu refleksiju.
2. Huygens-Fresnelovo načelo odražava učinkovitu metodu za rješavanje problema povezanih sa širenjem valova. Pomaže objasniti elementarne probleme povezane s difrakcijom svjetlosti.
3. valovi. Jednako se koristi za odraz u ogledalu. Njegova bit leži u činjenici da se i padajuća zraka i ona koja se reflektirala, kao i okomica izgrađena od točke upada zrake, nalaze u jednoj ravnini. Također je važno zapamtiti da je u ovom slučaju kut pod kojim zraka pada uvijek apsolutno jednak kutu loma.
4. Princip loma svjetlosti. To je promjena putanje elektromagnetskog vala (svjetlosti) u trenutku kretanja iz jednog homogenog medija u drugi, koji se značajno razlikuje od prvog u nizu indeksa loma. Brzina širenja svjetlosti u njima je različita.
5. Zakon pravocrtnog prostiranja svjetlosti. U svojoj srži, to je zakon koji se odnosi na područje geometrijske optike, a glasi: u svakom homogenom mediju (bez obzira na njegovu prirodu) svjetlost se širi strogo pravocrtno, duž najkraće udaljenosti. Ovaj zakon jednostavno i jasno objašnjava nastanak sjene.

Atomska i nuklearna fizika

Osnovni zakoni kvantne fizike, kao i osnove atomske i nuklearne fizike, izučavaju se u srednjoj školi i na visokim učilištima.

Dakle, Bohrovi postulati su niz osnovnih hipoteza koje su postale osnova teorije. Njegova bit je da bilo koji atomski sustav može ostati stabilan samo u stacionarnim stanjima. Svaka emisija ili apsorpcija energije od strane atoma nužno se događa korištenjem načela, čija je bit sljedeća: zračenje povezano s transportom postaje monokromatsko.

Ovi postulati odnose se na standardni školski kurikulum koji proučava osnovne zakone fizike (11. razred). Njihovo poznavanje je obvezno za diplomanta.

Osnovni zakoni fizike koje čovjek treba znati

Neki fizikalni principi, iako pripadaju jednoj od grana ove znanosti, ipak su opće naravi i trebali bi biti poznati svima. Navodimo osnovne zakone fizike koje bi osoba trebala znati:

• Arhimedov zakon (odnosi se na područja hidro-, kao i aerostatike). To podrazumijeva da je svako tijelo koje je uronjeno u plinovitu tvar ili tekućinu podložno nekoj vrsti sile uzgona, koja je nužno usmjerena okomito prema gore. Ta je sila uvijek brojčano jednaka težini tekućine ili plina koju je tijelo istisnulo.
• Druga formulacija ovog zakona je sljedeća: tijelo uronjeno u plin ili tekućinu sigurno će izgubiti onoliko težine koliko je masa tekućine ili plina u koju je uronjeno. Taj je zakon postao temeljni postulat teorije lebdećih tijela.
• Zakon univerzalne gravitacije (otkrio Newton). Njegova bit leži u činjenici da se apsolutno sva tijela neizbježno privlače jedno drugom silom koja je to veća, što je veći umnožak masa tih tijela i, prema tome, što je manji, što je manji kvadrat udaljenosti između njih .

Ovo su 3 osnovna zakona fizike koje bi trebao znati svatko tko želi razumjeti mehanizam funkcioniranja okolnog svijeta i značajke procesa koji se u njemu odvijaju. Prilično je lako razumjeti kako rade.

Vrijednost takvog znanja

Osnovni zakoni fizike moraju biti u prtljazi znanja osobe, bez obzira na njegovu dob i vrstu aktivnosti. Oni odražavaju mehanizam postojanja cjelokupne današnje stvarnosti i, u biti, jedina su konstanta u svijetu koji se neprestano mijenja.

Osnovni zakoni, koncepti fizike otvaraju nove mogućnosti za proučavanje svijeta oko nas. Njihovo znanje pomaže u razumijevanju mehanizma postojanja Svemira i kretanja svih kozmičkih tijela. Ne pretvara nas samo u promatrače dnevnih događaja i procesa, već nam omogućuje da ih budemo svjesni. Kada čovjek jasno razumije osnovne zakone fizike, odnosno sve procese koji se oko njega odvijaju, dobiva priliku njima upravljati na najučinkovitiji način, dolaziti do otkrića i time učiniti svoj život ugodnijim.

Rezultati

Neki su prisiljeni temeljito proučavati osnovne zakone fizike za ispit, drugi - po zanimanju, a neki - iz znanstvene znatiželje. Bez obzira na ciljeve proučavanja ove znanosti, dobrobiti stečenog znanja teško je precijeniti. Ne postoji ništa veće zadovoljstvo od razumijevanja osnovnih mehanizama i zakona postojanja okolnog svijeta.

Ne budi ravnodušan – razvijaj se!