Fizika 1, 2011-09-25 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... 10 Áttekintés... 10 Koordináta rendszerek... 11 Derékszögű... 12 Síkbeli polár... 13 Extra... 14 A helyvektor... 14 Helykoordináták... 15 Mozgás... 15 Vektor értékű függvény, helykoordináta függvények... 16 Elmozdulás... 16 Egymást követő elmozdulások... 16 Pálya, út... 16 Sebesség és elmozdulás... 16 Gyorsulás és sebesség... 17
Tömeg, ütközések... 17 Rugalmas ütközés:... 17 Lendület... 17 Lendület megmaradás... 17 Mozgás gravitációs erő hatása alatt... 18 Szabadesés... 18 Hajítások... 18 Bolygómozgás... 19 Periódikus mozgások... 19 Harmonikus rezgések... 19 Csillapodó rezgések... 20 Rezonancia... 20 Rugó, fonálinga rezonancia frekvenciája... 20 Körmozgás... 20 Egyenletes körmozgás... 21 A körpálya középpontja felé mutat... 21 Nem egyenletes körmozgás... 21 Indul a hinta... 22 Hullámzás... 22 Lökéshullám, 1-2-3D-ós hullám.... 22 Transzverzális, longitudinális hullám.... 24 Felületi (víz-hullám)... 24 Cunami... 24 Polarizált hullám... 24 Hullámok találkozása... 24 Hullámok visszaverődése... 24 Állóhullám (1, 2D)... 24 Kiterjedt testek mozgása... 24 Haladás és forgó mozgás... 24 Tömegközéppont... 24 Gurulás... 24 Csúszás... 24
Egyensúly... 24 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 1/299 792 458 másodperc időtartam alatt megtesz. (Ez azért jó etalon,
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 1889. 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 9 192 631 770 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+-0.005m 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)
Nem Si egységet is nagyon sokat használunk Prefixumok
Számolás mértékegységekkel, átváltás Szerintem: kb normál alak, Si, a végeredmény is Si-ben, a mértékegységekkel ugyanúgy mint a mérőszámokkal!
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
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
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) http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/coordsys/coordsys_f.html
Derékszögű fizikában: az x és y koordináták előjeles hosszúságok mértékegységgel!
Síkbeli polár
Extra A helyvektor Az origóból a test helyéhez mutat.
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
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
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!
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.
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! $ %
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.
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
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
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