Том А: кінетика, статика та термодинаміка
- Page ID
- 74371
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
- 1A: Математична прелюдія
- Однією з ваших цілей у прийнятті курсу фізики є стати більш досвідченим у вирішенні проблем фізики, як концептуальних проблем, пов'язаних з математикою мало або без, і проблеми, пов'язані з деякою математикою. У типовій фізичній задачі вам дається опис чогось, що відбувається у Всесвіті, і ви повинні з'ясувати і написати щось дуже конкретне про те, що відбувається в результаті того, що відбувається.
- 2A: Збереження механічної енергії I: Кінетична енергія та гравітаційна потенційна енергія
- Викладачі фізики часто призначають збереження енергетичних проблем, які з точки зору математичної складності дуже прості, щоб переконатися, що студенти можуть продемонструвати, що вони знають, що відбувається, і можуть правильно міркувати через проблему, не витрачаючи багато часу на математику. Хороша картинка до та після правильно зображує конфігурацію та стан руху в кожному з двох добре підібраних моментів у часі, має вирішальне значення для показу відповідного розуміння. А прес
- 3A: Збереження механічної енергії II: пружини, обертальна кінетична енергія
- Поширеною помилкою, пов'язаною з пружинами, є використання довжини розтягнутої пружини, коли потрібна величина розтягування. Враховуючи довжину розтягнутої пружини, вам доведеться відняти довжину тієї самої пружини, коли вона не розтягується і не стискається, щоб отримати кількість розтягування.
- 4A: Збереження імпульсу
- Поширена помилка, пов'язана зі збереженням імпульсу, виникає у випадку абсолютно непружних зіткнень двох об'єктів, вид зіткнення, при якому два стикаються об'єкти злипаються і рухаються як одне ціле. Помилка полягає у використанні збереження механічної енергії, а не збереження імпульсу. Один із способів визнати, що певна механічна енергія перетворюється в інші форми, - це уявити пружину, яка знаходиться між двома стикаються об'єктами, таким чином, що об'єкти стискають пружину.
- 5A: Збереження моменту моменту
- Кутовий імпульс об'єкта - це міра того, наскільки важко зупинити цей об'єкт від обертання. Для об'єкта, що обертається навколо нерухомої осі, кутовий момент залежить від того, наскільки швидко обертається об'єкт, і від обертальної інерції об'єкта (також відомої як момент інерції) щодо цієї осі.
- 6A: Одновимірний рух (рух вздовж лінії): визначення та математика
- Помилкою, яка часто допускається в задачах лінійного руху, пов'язаних з прискоренням, є використання швидкості в кінці часового інтервалу так, ніби вона дійсна для всього часового інтервалу. Помилка виникає в постійних задачах прискорення, коли люди намагаються використовувати визначення середньої швидкості в рішенні. Якщо вас не запитають конкретно про середню швидкість, вам ніколи не потрібно буде використовувати це рівняння для вирішення фізичної проблеми. Уникайте використання цього рівняння - це допоможе вам лише
- 7A: Одновимірний рух: рівняння постійного прискорення
- Рівняння постійного прискорення, представлені в цьому розділі, застосовні лише до ситуацій, в яких прискорення є постійним. Найпоширенішою помилкою, пов'язаною з рівняннями постійного прискорення, є їх використання при зміні прискорення.
- 8A: Одновимірний рух: Тип зіткнення II
- Поширеною помилкою, яку часто можна побачити в неправильному вирішенні проблем типу зіткнення двох, є використання різної системи координат для кожного з двох об'єктів. Спокусливо використовувати позицію об'єкта 11 на час 00 як початок для системи координат для об'єкта 11 і позицію об'єкта 22 на час 00 як початок для системи координат для об'єкта 22. Це помилка. Слід вибрати єдине походження і використовувати його для обох частинок. (Слід також вибрати єдиний позитивний
- 9A: Одновимірні графіки руху
- Розглянемо об'єкт, що зазнає руху вздовж прямолінійного шляху, де рух характеризується кількома послідовними часовими інтервалами, протягом кожного з яких прискорення є постійним, але, як правило, з різним постійним значенням, ніж для сусідніх заданих часових інтервалів. Прискорення зазнає різких змін значення в кінці кожного заданого часового інтервалу. Різка зміна призводить до розриву стрибка у графіку прискорення проти часу та розриву нахилу.
- 10A: Проблеми постійного прискорення у двох вимірах
- При вирішенні задач, пов'язаних з постійним прискоренням у двох вимірах, найпоширенішою помилкою, ймовірно, є змішування руху x і y. Слід зробити аналіз руху x і окремий аналіз руху y. Єдиною змінною, спільною як для руху x, так і для y є час. Зверніть увагу, що якщо початкова швидкість знаходиться в напрямку, який знаходиться уздовж жодної осі, спочатку потрібно розбити початкову швидкість на її складові.
- 11A: Відносна швидкість
- Вектори додають як вектори, а не як числа. За винятком того особливого випадку, коли вектори, які ви додаєте, лежать уздовж однієї і тієї ж лінії, ви не можете просто додати величини векторів.
- 12A: Гравітаційна сила біля поверхні Землі, перша кисть з 2-м законом Ньютона
- Деякі люди думають, що кожен об'єкт біля поверхні землі має прискорення 9.8 м/с вниз по відношенню до поверхні землі. Це просто не так. Насправді, коли я озираюся навколо кімнати, в якій я пишу це речення, всі об'єкти, які я бачу, мають нульове прискорення щодо поверхні землі. Тільки коли він знаходиться у вільному падінні, тобто лише тоді, коли нічого не торкається, не штовхає чи не тягне на об'єкт, крім гравітаційного поля землі, буде переживати об'єкт
- 13A: Вільне падіння, він же рух снаряда
- Рівняння постійного прискорення застосовуються з першої миті часу після того, як снаряд залишає пускову установку до останньої миті часу, перш ніж снаряд вдарить щось, наприклад, землю. Після того, як снаряд контактує з землею, земля чинить величезну силу на снаряд, викликаючи різку зміну прискорення снаряда протягом дуже короткого періоду часу, поки, у випадку снаряду, який не відскакує, як прискорення, так і швидкість стають ze
- 14A: Закони Ньютона #1: Використання вільних діаграм тіла
- Якщо ви кидаєте скелю вгору в присутності іншої людини, і ви запитаєте цю іншу людину, що тримає скелю вгору, після того, як вона покине вашу руку, але до того, як вона досягне найбільшої висоти, ця людина може неправильно сказати вам, що сила руки людини тримає її. Це ілюструє поширену помилку, що сила - це те, що дається скелі рукою і що скеля «має», поки вона знаходиться в повітрі. Це не так. Сила - це все про те, що робиться
- 15A: Закони Ньютона #2: види сил, створення вільних діаграм тіла
- Немає «сили руху», що діє на об'єкт. Після того, як ви маєте силу або сили, що чиниться на об'єкт всім (включаючи будь-яке поле сили на масу в місці розташування об'єкта), що торкається об'єкта, у вас є всі сили. Не додавайте фіктивну «силу руху» до вашої діаграми вільного тіла. Особливо спокусливо додати фіктивну силу, коли немає фактичних сил у напрямку, в якому йде об'єкт. Майте на увазі, однак, що об'єкт не потребує сили на нього, щоб
- 16A: Закони Ньютона #3: Компоненти, тертя, пандуси, шківи та струни
- Коли у випадку нахиленої системи координат ви розбиваєте вектор сили гравітації на його складові вектори, переконайтеся, що сам вектор гравітаційної сили формує гіпотенузу прямокутного трикутника на вашій векторній діаграмі компонентів. Занадто часто люди малюють один із компонентів вектора гравітаційної сили таким чином, що він більший, ніж вектор гравітаційної сили, яким він повинен бути компонентом.
- 17A: Загальний закон тяжіння
- Розглянемо предмет, звільнений від спокою, діаметром цілого місяця над поверхнею Місяця. Припустимо, вас попросять обчислити швидкість, з якою об'єкт потрапляє на Місяць. Ця задача типізує вид задачі, в якій студенти використовують універсальний закон тяжіння, щоб отримати силу, що чиниться на об'єкт гравітаційним полем Місяця, а потім помилково використовують одне або кілька рівнянь постійного прискорення, щоб отримати кінцеву швидкість.
- 18A: Круговий рух - доцентрове прискорення
- Існує тенденція вважати, що якщо об'єкт рухається з постійною швидкістю, то він не має прискорення. Це дійсно вірно у випадку об'єкта, що рухається по прямій лінії. З іншого боку, частинка, що рухається по вигнутому шляху, прискорюється, змінюється швидкість чи ні. Швидкість має як величину, так і напрямок. У випадку частинки, що рухається по криволінійному шляху, напрямок швидкості постійно змінюється, і, таким чином, частинка має прискорення.
- 19A: Змінні обертального руху, дотичне прискорення, постійне кутове прискорення
- Однією з найпоширеніших помилок, які ми схильні робити, є просто не визнати, що коли хтось запитує нас; починаючи з нульового часу, скільки обертів або еквівалентно скільки обертів або обертань робить об'єкт; що хтось просить значення кутового зміщення Δθ. Щоб бути впевненим, ми зазвичай обчислюємо ΔΔθ в радіанах, тому нам доводиться перетворювати результат в обороти, перш ніж повідомляти остаточну відповідь, але число обертів - це просто значення Δθ.
- 20A: Крутний момент та круговий рух
- Помилка, яка виникає при застосуванні 2-го закону Ньютона для обертального руху, передбачає заміну суми крутних моментів навколо якоїсь певної осі, τ, сумою членів, які не є всіма крутними моментами. Часто помилкова сума буде включати сили без моменту зброї (сила разів на момент руки, але сила сама по собі не є крутним моментом), а в інших випадках помилкова сума буде включати термін, що складається з крутного моменту разів на момент руки.
- 21A: Вектори - перехресний продукт і крутний момент
- Не використовуйте ліву руку при застосуванні або правила правої руки для перехресного добутку двох векторів (розглянуто в цьому розділі), або правила правої руки для «щось фігурне щось пряме», розглянуте в попередньому розділі.
- 22A: Центр маси, момент інерції
- Помилка, яка виникає при обчисленні моментів інерції, пов'язана з теоремою паралельної осі. Помилкою є обмін моментом інерції осі через центр мас, з тим, що паралельно цьому, при застосуванні теореми паралельної осі. Визнаючи, що індекс «СМ» в теоремі паралельної осі означає «центр маси», допоможе уникнути цієї помилки. Також перевірка на відповідь, щоб переконатися, що значення моменту інерції по відношенню до осі
- 23A: Статика
- Це повторюється: Переконайтеся, що будь-яка сила, яка входить в рівняння рівняння рівноваги крутного моменту, множиться на важіль моменту, і що будь-який чистий крутний момент, який входить у рівняння рівноваги крутного моменту, НЕ множиться на моментний плеч.
- 24A: Робота та енергія
- Ви зробили досить багато вирішення проблем, використовуючи енергетичні концепції. Ще в главі 2 ми визначили енергію як переносну фізичну величину, яку можна сказати, має об'єкт, і ми сказали, що якщо людина передає енергію матеріальній частинці, яка спочатку знаходиться в стані спокою, ця частинка набуває швидкості, яка є показником того, скільки енергії було передано. Ми говорили, що об'єкт може мати енергію, оскільки він рухається (кінетична енергія), або через його положення щодо якогось іншого об'єкта (potential ene
- 25A: Потенційна енергія, Збереження енергії, Потужність
- Робота, виконана над частинкою силою, що діє на неї, коли ця частинка рухається з точки А в точку Б під впливом цієї сили, для деяких сил, не залежить від шляху, за яким слідує частка. Для такої сили є простий спосіб обчислити роботу, виконану над частинкою в міру її переміщення з точки А в точку В.
- 26A: Імпульс і імпульс
- Уявіть собі гігантський аерохокейний стіл з цілою купою шайб різних мас, жоден з яких не відчуває ніякого тертя з горизонтальною поверхнею столу. Припустимо, що опір повітря буде незначним. Тепер припустимо, що ви підійшли і даєте кожній шайбе поштовх, де вид поштовху, який ви даєте першому, особливий тим, що весь час, коли ви натискаєте на цю шайбу, сила має одне і те ж значення; і поштовх, який ви даєте кожній з інших шайб, подібний у наступному respe
- 27A: Коливання: Введення, маса на пружині
- Коли щось йде вперед і назад, ми говоримо, що воно вібрує або коливається. У багатьох випадках коливання включають об'єкт, положення якого як функція часу добре характеризується синусоїдальною або косинусною функцією добутку постійного і минулого часу. Такий рух називають синусоїдальним коливанням. Його також називають простим гармонійним рухом.
- 28A: Коливання: Простий маятник, енергія в простому гармонійному русі
- Починаючи з маятникового боб у найвищому положенні з одного боку, період коливань - це час, необхідний для того, щоб боб розгойдувався до найвищого положення з іншого боку і назад. Не забувайте, що частина про «і назад знову».
- 29A: Хвилі: характеристики, типи, енергія
- Розглянемо довгу підтягнуту горизонтальну прядку великої довжини. Припустимо, один кінець знаходиться в руці людини, а інший закріплений на нерухомому об'єкті. Тепер припустимо, що людина рухає рукою вгору-вниз. Людина змушує її руку, а її кінець струни коливатися вгору-вниз.
- 30A: хвильова функція, перешкоди, стоячі хвилі
- У тому, що два наших п'яти почуттів (зір і звук) залежать від нашої здатності відчувати та інтерпретувати хвилі, і в тому, що хвилі є повсюдними, хвилі мають величезне значення для людини. Хвилі у фізичних середовищах відповідають хвильовому рівнянню, яке можна отримати з другого закону руху Ньютона. Хвильове рівняння читає:
- 31A: Струни, Повітряні колони
- Будьте обережні, щоб не поспішати з будь-якими висновками про довжину хвилі стоячої хвилі. Люди зроблять хорошу роботу, малюючи графік переміщення проти положення вздовж середовища, а потім неправильно інтерпретують його. Наприклад, подивіться на діаграму на цій сторінці.
- 32A: Удари та ефект доплера
- Якщо одночастотне джерело звуку надходить на вас з постійною швидкістю, висота тону (частота), яку ви чуєте, вище частоти джерела. Наскільки вище залежить від того, наскільки швидко джерело надходить на вас. Люди роблять помилку, думаючи, що крок стає вище, коли джерело наближається до приймача. Це було б так, якби частота залежала від того, наскільки близько джерело був до приймача. Це не так. Частота залишається незмінною. Ефект Допплера - це швидкість, а не положення.
- 33A: Рідини: тиск, щільність, принцип Архімеда
- Однією з помилок, яку ви бачите у рішеннях проблем із статичною рідиною із зануреним об'єктом, є включення до діаграми вільного тіла для проблеми, крім плавучої сили
- 34A: Принцип Паскаля, рівняння неперервності та принцип Бернуллі
- Експериментально ми виявляємо, що якщо збільшити тиск на деяку задану кількість в одному місці рідини, тиск збільшується на таку ж кількість скрізь у рідині. Цей експериментальний результат відомий як Принцип Паскаля.
- 35A: температура, внутрішня енергія, тепло і питома теплоємність
- Як відомо, температура - це показник того, наскільки гаряче щось. Потріть дві палички разом, і ви помітите, що температура кожної збільшується. Ви зробили роботу над палицями і їх температура підвищилася.
- 36A: Тепло: фазові зміни
- Як згадувалося в попередньому розділі, бувають випадки, коли ви приносите гарячий предмет в контакт з більш холодним зразком, що тепло тече від гарячого об'єкта до більш холодного зразка, але температура більш холодного зразка не збільшується, навіть якщо тепло не витікає з більш холодного зразка (наприклад, в ще більш холодну об'єкт).
- 37А: Перший закон термодинаміки
- Ми закінчуємо цей підручник з фізики, коли ми почали його фізичну частину (глава 1 була оглядом математики), з обговоренням збереження енергії. Ще в розділі 2 основна увага приділялася збереженню механічної енергії; тут ми зосереджуємо свою увагу на тепловій енергії.
Мініатюра: Американські гірки «Блакитний вогонь» в парку Європа. (CC SA 3.0; Каботажне судно J).