Tartalom. Fizika 1,

Átírás

1 Fizika 1, Tartalom Fizikai mennyiségek... 3 Skalármennyiségek... 3 Mérőszám, mértékegység... 3 mértékegység... 3 mérőszám... 4 hiba:... 4 Mértékegység rendszerek... 4 Történelmi mértékegység rendszerek... 4 Si alapegységek, származtatott egységek... 4 Nem Si egységet is nagyon sokat használunk... 7 Prefixumok... 7 Számolás mértékegységekkel, átváltás... 8 Vektormennyiségek... 9 Nagyság és irány... 9 Mozgások Áttekintés Koordináta rendszerek Derékszögű Síkbeli polár Extra A helyvektor Helykoordináták Mozgás Vektor értékű függvény, helykoordináta függvények Elmozdulás Egymást követő elmozdulások Pálya, út Sebesség és elmozdulás Gyorsulás és sebesség... 17

2 Tömeg, ütközések Rugalmas ütközés: Lendület Lendület megmaradás Mozgás gravitációs erő hatása alatt Szabadesés Hajítások Bolygómozgás Periódikus mozgások Harmonikus rezgések Csillapodó rezgések Rezonancia Rugó, fonálinga rezonancia frekvenciája Körmozgás Egyenletes körmozgás A körpálya középpontja felé mutat Nem egyenletes körmozgás Indul a hinta Hullámzás Lökéshullám, 1-2-3D-ós hullám Transzverzális, longitudinális hullám Felületi (víz-hullám) Cunami Polarizált hullám Hullámok találkozása Hullámok visszaverődése Állóhullám (1, 2D) Kiterjedt testek mozgása Haladás és forgó mozgás Tömegközéppont Gurulás Csúszás... 24

3 Egyensúly Fizikai mennyiségek Érzékszervekkel tapasztalt világ fontos tulajdonságokat veszünk észre Tulajdonságok: stb Milyen nehéz? - tömeg Milyen messze van? távolság Milyen meleg? hőmérséklet Ismétlődő jelenségek idő Valóság Egyszerüsített modell A modellen belül a fizikai mennyiségeknek pontos jelentése van. Pontosan mit jelent az, hogy a levegő hőmérséklete 20 celziusz fok? Egyetlen molekulának van-e hőmérséklete? pl: A hosszúság az a valami, ami az egymással mozgatással fedésbe hozható szakaszokban közös. A hőmérséklet az a valami, ami az egymással érintkezésbe hozott testekben kiegyenlítődik. Skalármennyiségek Csak nagyságuk van. pl: tömeg, idő, hőmérséklet, anyagmennyiség Mérőszám, mértékegység mértékegység: Az adott fizikai mennyiségből egy jól meghatározott mennyiségnyi. Jó, ha a mértékegység örök és elpusztíthatatlan, ugyanakkor könnyen előállítható. (etalonok) A hosszúság mértékegysége a méter; jele: m. A méter annak az útnak a hosszúsága, amelyet a fény vákuumban 1/ másodperc időtartam alatt megtesz. (Ez azért jó etalon,

4 mert a fény vákuumbeli sebessége az egész világegyetemben mindenütt ugyanakkora és nagyon pontosan mérhető) Nem mindig ez volt a mértékegység: görögök, láb, hüvelyk stb A tömeg mértékegysége a kilogramm; jele: kg. A kilogramm az évben, Párizsban megtartott 1. Általános Súly- és Mértékügyi Értekezlet által a tömeg nemzetközi etalonjának elfogadott, a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban, Sévres-ben őrzött platina-iridium henger tömege. Az idő mértékegysége a másodperc; jele: s. A másodperc az alapállapotú cézium-133 atom két hiperfinom energiaszintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás periódusának időtartama. mérőszám: Általában egy valós szám, azt mutatja meg, hogy az adott fajtájú fizikai mennyiség mennyisége hányszorosa az alapegységnek. pl: l=0.12m hiba: Minden valódi jelentéssel bíró adat, mérési eredmény bizonyos hibát is tartalmaz. l=0.12m m l=0,12m, 1%-os hibával stb Mértékegység rendszerek Vannak alapmennyiségek és alap-mértékegységek. Az alapmennyiségek és fizikai törvények segítségével képzik a többi, úgynevezett származtatott mennyiséget, illetve ezek mértékegységeit. pl: alapmennyiség: hosszúság, jele l, mértékegysége 1 cm. származtatott mennyiség: terület, jele A (area), mértékegysége 1cm*1cm=1cm^2 Történelmi mértékegység rendszerek Angol (font, láb, mérföld stb), MKS, MKSA. CGS, stb au a tudományban használt úgynevezett atomi egységek. Részecskefizikai etalonok. Si alapegységek, származtatott egységek System International: Alapmennyiségek és mértékegységeik (7db)

5

6

7 Nem Si egységet is nagyon sokat használunk Prefixumok

8 Számolás mértékegységekkel, átváltás Szerintem: kb normál alak, Si, a végeredmény is Si-ben, a mértékegységekkel ugyanúgy mint a mérőszámokkal!

9 Vektormennyiségek A vektormennyiségeknek nagysága és iránya is van. pl: sebesség, erő Jelölés: Vektorjel, vastagbetű, szerzőtől függ! Nagyság és irány A vektormennyiség nagysága egy nem negatív skalármennyiség. Az irány: ÉK, fel A vektormennyiségeket nyíllal is lehet ábrázolni, a nyíl hossza a megadott lépték szerint mutatja a vektormennyiség nagyságát, a nyíl állása az irányát. A vektormennyiségnek van vektrokomponense és koordinátája mint a matematikában. Számolni csak a koordinátákkal lehet. Vektormennyiség: nagysága és iránya is van! m v = 10, északkeleti irányú s F = 120 N, lefelé A nyíl hossza megadja a vektromennyiség nagyságát. A nyíl helyzete megadja a vektormennyiség irányát. Tehát valahogy meg kell adni a vektormennyiség nagyságát és irányát. r F v r, A betű feletti nyíl jelzi, hogy a mennyiség irányára és a nagyságára is gondolunk, nem csak a nagyságára

10 Képtelenségek! r r m T = 5K, v = 12, F = 15N s A hőmérsékletnek nincsen iránya A vektormennyiség nem lehet egyenlő egy skalármennyiséggel Valaminek a nagysága nem lehet negatív T m 5K, v = 12, F = 15N s = x A hőmérséklet 5 kelvin, a sebesség nagysága 12 m/s, az erő x- koordinátája 15 newton Mozgások Áttekintés A test méreteit elhanyagoljuk: Anyagi pont mozog (repülő az égen, focilabda) A test méretei számítanak: Kiterjedt test (csatabárd, libikóka) Sok test mozog: levegő, áramló víz, stb A test mozgását valami korlátozza (hullámvasút, asztallap, inga): kényszermozgás Nem korlátozza: szabadmozgás A test alakja nem változik: Mereven mozog Ha igen: Deformálódik: rugalmas, rugalmatlan Különleges esetek: o periodikus mozgás rezgés harmonikus rezgés o kiterjedt test: haladó mozgás, forgó mozgás

11 o körmozgás o egyensúly! (A lábamra esik-e vagy sem?) Kérdések: Milyen mozgást végeznek az elektronok a váltakozó áramban? A számítógép hűtőventillátora? Lebillen-e a gépház az asztalról?, Ha leesett eltörik-e? stb Milyen mozgásról van szó? Koordináta rendszerek A test helyét valahogy meg kell adni. Valamihez képest. A koordináta rendszer origóját egy létező tárgyhoz kell rögzíteni. (vonatkoztatási test)

12 Derékszögű fizikában: az x és y koordináták előjeles hosszúságok mértékegységgel!

13 Síkbeli polár

14 Extra A helyvektor Az origóból a test helyéhez mutat.

15 Z_vekt Helyvektor: r_vekt: r_x, r_y, r_z Nagysága: A test távolsága az origótól, 1m, cm, mm, km, dm, fé Origó: vonatkoztatási test Y_vekt X_vekt Helykoordináták r_x, r_y, r_z Mozgás A helyvektor, azaz a helyvektor koordinátái az időtől függnek. (függvények) Mozgás, elmozdulás, út r ( t r ) rx ( t), ry ( t), rz ( t) r r ( t t ) = ( t ) ( t ) 2, 1 2 1

16 Vektor értékű függvény, helykoordináta függvények pl: Elmozdulás A helyvektor megváltozása. Egymást követő elmozdulások Vektorok összeadása. Pálya, út A test által bejárt pontok alkotják a pályát. A pálya hossza az út. Sebesség és elmozdulás A sebesség a helyvektor idő szerinti deriváltja. azaz ha az adott idő alatt a sebesség nem nagyon változott. derivált meredekség Phet simulation A sebesség a pálya érintőjének irányába mutat. A test által megtett út a sebességnagyság idő függvény integrálja. integrál előjeles terület, Ha a testet nem éri külső hatás: A sebessége állandó

17 Gyorsulás és sebesség A gyorsulás a sebességvektor idő szerinti deriváltja. pl: Egy test gyorsulásának nagysága 5m/s^2. Mekkora sebességre gyorsul fel 3s alatt, ha kezdetben 2m/s-sebességgel haladt? Mennyi utat tesz meg ez alatt? Hova jut, ha az origóból indul és a sebessége és a gyorsulása is ÉK-i irányú? Számolni csak a megfelelő koordinátákkal lehet! Tömeg, ütközések Két testet többször, különböző szögekben, sebességekkel ütköztetve mindig: F2! Tegyük fel, hogy m_a=1kg. Ha a B test sebességváltozásának nagysága kétszer akkora, mint az A testé, akkor a tömege fél kg.és Rugalmas ütközés: Nem változik meg a résztvevők mozgási energiájának az összege Lendület D! Lendület megmaradás A természetben lezajló folyamatok nem változatják meg a résztvevők összegzett lendületét. A lendületváltozást mindig kölcsönhatás okozza. A kölcsönhatást az erővel jellemzik. Ha egy test erőt fejt ki egy másikra, akkor ez az erő éppen az általa okozott lendületváltozás. D5!

18 Mozgás gravitációs erő hatása alatt Szabadesés 1. A test méreteitől eltekintünk 2. Milyen kölcsönhatásokban vesz részt a test? Mi fejt rá ki erőt? 3. Föld, gravitációs erő F=mg, vektor! Az un súlyos tömeg egyenlő az un. tehetetlen tömeggel, erőtörvény 4. Légellenállás, először figyelmen kívül lehet hagyni 5. A test az erőtörvény és az erő definíciója miatt állandó gyorsulással fog zuhanni. 6. Minden állandó gyorsulású mozgásra: "! "! 2 Hajítások Ugyanaz az erőtörvény, csak a kezdeti feltételek mások.

19 Bolygómozgás Mivel a bolygóktól távolodva a gravitációs gyorsulás a távolság négyzetével fordított arányban változik (csökken) a bolygók mozgása általában állandó gyorsulású mozgás. Periódikus mozgások D! A periodikus jelenség valamely fizikai jellemzője az időnek vagy helynek matematikai értelemben periodikus függvénye. Másik elnevezése: rezgés Azaz valami ismétlődik. Rezgés, azaz periodikus mozgás általában valamilyen egyensúlyi helyzet vagy középpont felé irányuló erő hatására jön létre. A periodikus mozgások a Földön a súrlódás miatt általában maguktól csillapodnak. Külső erő hatására gerjesztett rezgések alakulhatnak ki. pl: Kötélerő, rugóerő, két erő együtt (felhajtó erő és gravitációs erő, úszó), golyó a tányérban stb. A rezgések legfontosabb jellemzője a periódusidő, vagy a frekvencia. Harmonikus rezgések D! $ %

20 Hatására harmonikus rezgés alakulhat ki. Nagyon fontos: A frekvencia csak a test tömegétől és a rugó erősségétől függ, a rezgés tágasságától nem. Csillapodó rezgések Rezgés+súrlódás A csillapodás során a periódusidő általában nem változik, az amplitúdó minden egyes periódus után ugyanannyiad részére csökken. Rezonancia D! Minden rezgésre képes (rugalmas) testnek vannak sajátrezgései. Ha a testre ezen rezgések frekvenciájához (rezonancia- frekvencia) közeli külső erő hat nagy amplitúdójú rezgések jöhetnek létre. Ez a rezonancia jelensége. Rugó, fonálinga rezonanciaa frekvenciája Körmozgás A körmozgás valójában két, egymásra merőleges rezgéssel hozható létre. A körmozgás merőleges vetülete harmonikus rezgőmozgás.

21 Egyenletes körmozgás A periódusidő nem változik. A sebesség nagysága nem változik. Létrejöttéhez az úgynevezett centripetális erőnek kell jelen lenni. (sok minden kifejtheti) A körpálya középpontja felé mutat. A sebesség iránya folyamatosan változik. Szögek: Szögsebesség, szögelfordulás, forgásszög Nem egyenletes körmozgás

22 Indul a hinta Hullámzás A hullámzó közeg minden pontja a hullámforrás rezgését ismétli meg, megfelelő időkéséssel. Az időkésés a hullám terjedési sebességétől függ. A terjedési sebesség a hullámzó közeg tulajdonságaitól függ. Jobban megfeszített húrban nagyobb a terjedési sebesség. A hullámhossz a terjedési sebességtől és a rezgés periódusidejétől függ. Lökéshullám, 1-2-3D-ós hullám. high speed photogrpahy

23

24 Transzverzális, longitudinális hullám. Felületi (víz-hullám) Cunami Polarizált hullám Hullámok találkozása Hullámok visszaverődése Állóhullám (1, 2D) Kiterjedt testek mozgása Haladás és forgó mozgás Tömegközéppont Gurulás Csúszás Egyensúly