Powtórka z klasy 7 - ruch, materia, energia - Spotkania z fizyką 8

1.Względność ruchu

Ruch to zmiana położenia ciała względem układu odniesienia, zachodząca z upływem czasu - bez wybrania układu odniesienia nie da się opisać ruchu. To samo ciało może być w ruchu względem jednego ciała, a w spoczynku względem innego: na tym polega względność ruchu.

2.Tor ruchu a droga

Tor to linia, po której porusza się ciało: prosta w ruchu prostoliniowym, krzywa w ruchu krzywoliniowym. Droga ($s$) to długość toru; jej jednostką w układzie SI jest metr ($1~\mathrm{m}$).

3.Ruch jednostajny prostoliniowy

Ruch, w którym ciało pokonuje jednakowe odcinki drogi w takich samych odstępach czasu, a torem jest linia prosta. Prędkość jest stała, a droga rośnie proporcjonalnie do czasu: wykres $s(t)$ to prosta wychodząca z początku układu, a wykres $v(t)$ - linia pozioma.

4.Prędkość w ruchu jednostajnym

Iloraz drogi i czasu, w którym ciało ją przebyło: $v = \frac{s}{t}$, stąd $s = v \cdot t$. Jednostką prędkości w układzie SI jest $1~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$. Przeliczanie: $1~\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}} = \frac{1000~\mathrm{m}}{3600~\mathrm{s}}$, np. $36~\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}} = 10~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$.

5.Ruch jednostajnie przyspieszony

Ruch, w którym prędkość w każdej kolejnej sekundzie zwiększa się o taką samą wartość, czyli przyspieszenie jest stałe. Gdy ciało rusza z miejsca, po czasie $t$ ma prędkość $v_k = a \cdot t$, a wykres $v(t)$ to prosta rosnąca z początku układu. Gdy prędkość co sekundę maleje o tyle samo, ruch jest jednostajnie opóźniony.

6.Przyspieszenie

Wielkość, która określa, o ile zmienia się prędkość ciała w ciągu jednej sekundy: $a = \frac{v_k - v_p}{t} = \frac{\Delta v}{t}$ ($v_k$ - prędkość końcowa, $v_p$ - prędkość początkowa). Jednostką przyspieszenia jest $1~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}$.

7.Siła

Miara oddziaływań między ciałami. Siła jest wielkością wektorową - opisują ją wartość, kierunek, zwrot i punkt przyłożenia. Jednostką siły jest niuton ($1~\mathrm{N}$), a jej wartość mierzymy siłomierzem.

8.Siła wypadkowa

Siła, która zastępuje działanie kilku sił. Gdy siły działają wzdłuż jednej prostej i mają zgodne zwroty, dodajemy ich wartości; gdy mają przeciwne zwroty, odejmujemy, a wypadkowa ma zwrot większej siły. Dwie siły o równych wartościach i przeciwnych zwrotach, działające na to samo ciało wzdłuż jednej prostej, równoważą się - ich wypadkowa wynosi $0~\mathrm{N}$.

9.Pierwsza zasada dynamiki Newtona (zasada bezwładności)

Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Zasada ta opisuje bezwładność - cechę ciała, dzięki której dąży ono do zachowania swojej prędkości; miarą bezwładności jest masa.

10.Druga zasada dynamiki Newtona

Jeżeli siły działające na ciało się nie równoważą, ciało porusza się ruchem zmiennym z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej i odwrotnie proporcjonalnym do masy: $a = \frac{F_w}{m}$, czyli $F_w = m \cdot a$. Siła zgodna ze zwrotem prędkości rozpędza ciało, a przeciwna - hamuje je. $1~\mathrm{N}$ to siła wypadkowa, która ciału o masie $1~\mathrm{kg}$ nadaje przyspieszenie $1~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}$.

11.Siła ciężkości (ciężar ciała)

Siła, z jaką Ziemia przyciąga ciało. Przy powierzchni Ziemi obliczamy ją ze wzoru $F_g = m \cdot g$, gdzie $g$ to przyspieszenie ziemskie, równe około $10~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}$ (czyli $10~\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg}}$).

12.Spadanie swobodne

Ruch ciała pod wpływem siły ciężkości bez oporów ruchu. W pobliżu Ziemi jest to ruch jednostajnie przyspieszony z przyspieszeniem ziemskim $g$, jednakowym dla wszystkich ciał, więc czas spadania z danej wysokości nie zależy od masy ciała.

13.Trzecia zasada dynamiki Newtona

Jeżeli ciało A działa siłą na ciało B, to jednocześnie ciało B działa na ciało A siłą o tej samej wartości i tym samym kierunku, ale o przeciwnym zwrocie. Te siły się nie równoważą, bo każda działa na inne ciało. Zasadę tę ilustruje zjawisko odrzutu.

14.Siły oporu ruchu

Siły utrudniające ruch, np. tarcie i opór powietrza. Tarcie statyczne działa na ciało w spoczynku i przeciwdziała wprawieniu go w ruch, a tarcie kinetyczne działa na ciało w ruchu i przeciwdziała temu ruchowi.

15.Stany skupienia

Substancje są zbudowane z atomów lub cząsteczek. Ciała stałe mają określony kształt i objętość (cząsteczki oddziałują bardzo silnie i samoistnie nie zmieniają wzajemnego położenia), ciecze - określoną objętość, ale nie kształt (gęsto upakowane cząsteczki mogą się przemieszczać), a gazy nie mają ani określonego kształtu, ani objętości (cząsteczki są daleko od siebie i prawie nie oddziałują).

16.Siły spójności i przylegania

Siły spójności to wzajemne przyciąganie się cząsteczek tej samej substancji (np. krople wody łączą się w większą kroplę). Siły przylegania to przyciąganie się cząsteczek różnych substancji w miejscu, w którym te substancje się stykają (np. kropla wody przywiera do szyby).

17.Napięcie powierzchniowe

Zjawisko, dzięki któremu powierzchnia cieczy zachowuje się jak napięta błona. Jego przyczyną są niezrównoważone siły spójności działające na cząsteczki przy powierzchni cieczy - dlatego krople są kuliste. Detergent zmniejsza siły spójności, więc zmniejsza napięcie powierzchniowe wody.

18.Gęstość

Wielkość, która określa masę jednostki objętości danej substancji: $d = \frac{m}{V}$. Jednostką gęstości w układzie SI jest $1~\frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$. Aby wyznaczyć gęstość substancji, mierzymy masę i objętość ciała (lub jego próbki) i dzielimy masę przez objętość.

19.Ciśnienie

Wartość siły nacisku przypadająca na jednostkę powierzchni: $p = \frac{F_n}{S}$. Nacisk $F_n$ to siła, z jaką jedno ciało działa na powierzchnię drugiego, prostopadła do powierzchni ich styku. Jednostką ciśnienia jest paskal: $1~\mathrm{Pa} = \frac{1~\mathrm{N}}{1~\mathrm{m}^2}$; $1~\mathrm{hPa} = 100~\mathrm{Pa}$.

20.Parcie

Siły nacisku, z jakimi ciecze i gazy działają na ścianki naczynia i na wszystkie znajdujące się w nich ciała. Wartość parcia obliczamy, mnożąc ciśnienie przez pole powierzchni: $F_n = p \cdot S$.

21.Ciśnienie hydrostatyczne

Ciśnienie wywierane przez słup cieczy: $p = d \cdot g \cdot h$ ($d$ - gęstość cieczy, $h$ - wysokość słupa cieczy). Rośnie wraz z głębokością i z gęstością cieczy, a nie zależy od wielkości ani kształtu naczynia.

22.Ciśnienie atmosferyczne

Ciśnienie wywierane przez masy powietrza na wszystkie ciała w atmosferze. Zależy od wysokości słupa powietrza nad miejscem pomiaru, więc im wyżej nad powierzchnią Ziemi, tym jest niższe. Mierzy się je barometrem. Pierwszy zmierzył je Torricelli; ciśnienie słupa rtęci o wysokości $760~\mathrm{mm}$ nazwano jedną atmosferą.

23.Prawo Pascala

Nacisk wywierany z zewnątrz na ciecz lub gaz powoduje jednakowy wzrost ciśnienia w całej objętości cieczy lub gazu. Na tej zasadzie działają hamulce i podnośniki hydrauliczne: ciśnienie pod oboma tłokami jest takie samo, więc $\frac{F_1}{S_1} = \frac{F_2}{S_2}$ - na tłok o większej powierzchni działa proporcjonalnie większa siła.

24.Prawo Archimedesa

Na każde ciało zanurzone w cieczy lub w gazie działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa co do wartości ciężarowi wypartej cieczy lub wypartego gazu: $F_w = d_c \cdot V_c \cdot g$ ($F_w$ - siła wyporu, $d_c$ - gęstość cieczy, $V_c$ - objętość wypartej cieczy, równa objętości zanurzonej części ciała).

25.Warunki pływania ciał

Porównujemy gęstość ciała $d$ z gęstością cieczy $d_c$. Gdy $d < d_c$, ciało wypływa i pozostaje częściowo wynurzone; gdy $d = d_c$, pozostaje całkowicie zanurzone (nie tonie i nie wypływa); gdy $d > d_c$, tonie i opada na dno.

26.Praca mechaniczna

Praca jest wykonywana, gdy na ciało działa siła, a ciało porusza się w kierunku innym niż prostopadły do kierunku działania siły. Gdy kierunek siły jest zgodny z kierunkiem ruchu, $W = F \cdot s$. Jednostką pracy jest dżul: $1~\mathrm{J} = 1~\mathrm{N} \cdot 1~\mathrm{m}$.

27.Moc

Iloraz pracy i czasu, w którym ta praca została wykonana: $P = \frac{W}{t}$. Moc informuje, jaką pracę urządzenie wykonuje w jednostce czasu. Jednostką mocy jest wat: urządzenie ma moc $1~\mathrm{W}$, jeśli w czasie $1~\mathrm{s}$ wykonuje pracę $1~\mathrm{J}$.

28.Energia

Ciało, które ma energię, jest zdolne do wykonania pracy. Zmiana energii ciała jest równa wykonanej pracy: $\Delta E = W$, dlatego energię, tak jak pracę, wyrażamy w dżulach.

29.Energia potencjalna grawitacji

Energia ciała uniesionego nad poziom odniesienia (np. powierzchnię Ziemi). Jej przyrost jest równy pracy wykonanej przy unoszeniu ciała: $\Delta E_p = m \cdot g \cdot h$ - tym większy, im większa jest masa ciała i im wyżej je uniesiono.

30.Energia potencjalna sprężystości

Energia ciała odkształconego, np. napiętego łuku lub ściśniętej sprężyny. Dzięki niej ciało, wracając do pierwotnej postaci, wykonuje pracę.

31.Energia kinetyczna

Energia, którą ma każde poruszające się ciało: $E_k = \frac{m \cdot v^2}{2}$. Im większe są masa i prędkość ciała, tym większa jest jego energia kinetyczna; prędkość występuje we wzorze w kwadracie.

32.Zasada zachowania energii mechanicznej

W układzie izolowanym (takim, który nie wymienia energii z otoczeniem), przy braku oporów ruchu, całkowita energia mechaniczna się nie zmienia: $E = E_k + E_p = \text{constans}$. Energia potencjalna może zamieniać się w kinetyczną i odwrotnie, ale ich suma pozostaje stała.

33.Temperatura

Miara średniej energii kinetycznej cząsteczek, z których zbudowane jest ciało. Dwa ciała o tej samej temperaturze są w stanie równowagi termicznej - nie przepływa między nimi ciepło.

34.Skala Kelvina

Skala temperatur, w której jednostką jest kelwin ($1~\mathrm{K}$) - jednostka temperatury w układzie SI. Zero tej skali ($0~\mathrm{K}$, czyli $-273~^{\circ}\mathrm{C}$) to temperatura zera bezwzględnego, najniższa możliwa teoretycznie. $0~^{\circ}\mathrm{C} = 273~\mathrm{K}$, $100~^{\circ}\mathrm{C} = 373~\mathrm{K}$, a różnica temperatur w kelwinach i w stopniach Celsjusza jest taka sama.

35.Energia wewnętrzna ciała

Suma energii kinetycznych wszystkich cząsteczek ciała i energii potencjalnych związanych z ich wzajemnym oddziaływaniem. Energia wewnętrzna ciała rośnie, gdy wykonuje się nad nim pracę lub gdy ciało pobiera ciepło.

36.Ciepło

Ilość energii wewnętrznej przekazanej między ciałami o różnych temperaturach bez wykonywania pracy; oznaczamy je literą $Q$. Ciepło przepływa od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze.

37.Sposoby przekazywania ciepła

Przewodnictwo cieplne - przy bezpośrednim kontakcie ciał o różnych temperaturach. Konwekcja - ogrzana ciecz lub gaz unosi się do góry, a chłodniejsza ciecz lub gaz zajmuje jej miejsce. Promieniowanie - przekazywanie ciepła na odległość, także w próżni.

38.Pierwsza zasada termodynamiki

Energię wewnętrzną ciała można zmienić, wykonując nad nim pracę lub przekazując ciepło. Przyrost energii wewnętrznej ciała jest równy sumie pracy wykonanej nad ciałem i ciepła pobranego przez ciało. Gdy ciało oddaje ciepło albo samo wykonuje pracę, jego energia wewnętrzna maleje.

39.Zmiany stanów skupienia

Topnienie - przejście ciała stałego w ciecz, krzepnięcie - cieczy w ciało stałe; parowanie - cieczy w gaz, skraplanie - gazu w ciecz; sublimacja - ciała stałego od razu w gaz, resublimacja - gazu od razu w ciało stałe. Lód topnieje w stałej temperaturze, zwanej temperaturą topnienia; woda krzepnie w tej samej temperaturze.

40.Parowanie a wrzenie

Parowanie zachodzi tylko na powierzchni swobodnej cieczy, w każdej temperaturze, w której substancja jest ciekła - tym szybciej, im wyższa temperatura. Wrzenie to gwałtowne parowanie w całej objętości cieczy; podczas wrzenia temperatura cieczy nie rośnie.