Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Физика. Первый итог

.doc
Скачиваний:
21
Добавлен:
09.05.2015
Размер:
87.04 Кб
Скачать

Билет №1.

  1. Колебания– это движения, которые повторяются с течением времени.Колебательная система– тело или несколько тел, которые совершают колебания.

Что бы в системе возникли колебания, должны выполняться три условия:

  • На систему должна подействовать внешняя сила, которая изменяет ее координату относительно положения равновесия. В результате система получает запас потенциальной или кинетической энергии.

  • В системе должна возникать упругая или квазиупругая сила, которая всегда направлена к положению равновесия и прямо пропорциональна смещению тела от положения равновесия.

  • Сила трения в системе должна быть малой по величине.

Квазиупругая сила – неупругая по природе, но имеет такие же свойства, как и упругая сила.

Дифференциальное уравнение свободных колебаний на примере пружинного маятника:

d2x/dt2+w02x=0 → это уравнение имеет 4 решения:

x = x0sinx0t;

x = x0sin(w0t + φ0);

x = x0cosw0t;

x = x0cos(w0t + φ0).

  1. Волновой процесс связан с распространением энергии. Количественной характеристикой перенесенной энергии является поток энергии.

Поток энергии волнравен отношению энергии, переносимой волнами через некоторую поверхность, к времени, в течение которого эта энергия перенесена (Ф =dЕ/dt)

Единицей потока энергии волн является Ватт.

Wpобъемная плотность энергии колебательного движения. (Ф =wpSv).

Поток энергии волн, отнесенный к площади, ориентированной перпендикулярно направлению распространения волн, называют плотностью потока энергии волнилиинтенсивностью волн.

  1. Термодинамика – раздел физики, рассматривающий системы (термодинамические), между которыми возможен обмен энергией, без учета микроскопического строения тел, составляющих систему.

Состояние термодинамической системы характеризуется физическими величинами, называемыми параметрами (объем, давление, температура…). Если параметры системы при взаимодействии ее с окружающими телами не изменяются с течением времени, то состояние – стационарное (состояние тела человека, состояние воздуха в отапливаемом помещении). Термодинамическая система, которая не обменивается с окружающими телами ни энергией, ни веществом, называется изолированной. Изолированная система со временем приходит в состояниетермодинамического равновесия. В этом состоянии, как и в стационарном, параметры системы сохраняются неизменными во времени.

Открытая система– система, которая обменивается с окружающей средой и веществом, и энергией.Закрытая система– система, которая обменивается только энергией.

Билет №3.

  1. Характеристики механических колебаний:

  • Период (Т) – время одного колебания. Т = t/N(N– число колебаний,t– время, за которое совершились эти колебания). Единица измерения периода (Т) = 1 сек.

  • Частота (ν - ню) – число колебаний за единицу времени. ν = N/t. Единица измерения частоты = 1 герц.

  • Циклическая частота (ω – омега) – число колебаний за 2π сек. Единица измерения циклической частоты = 1 рад/сек.

Период собственных колебаний зависит только от свойств колебательной системы.

  • Амплитуда колебания – максимальное значение изменяющейся величины. Единица измерения амплитуды = 1м.

  • Фаза колебания (φ – фи) – выражение, которое стоит под знаком синуса или косинуса. Фаза показывает, какая часть периода, выраженная в радианах, прошла от начала колебаний.

  1. Вектор I, показывающий направление распространения волн и равный потоку энергии волн, проходящему через единичную площадь, перпендикулярную этому направлению, называют вектором Умова. Вектор Умова для упругой волны зависит от плотности среды, квадрата амплитуды колебания частиц, квадрата частоты колебаний и скорости распространения волны. (I = wpv).

  2. Первое начало термодинамики: Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии системы и совершение системой работы (Q= ∆U+A).

Билет №4.

  1. Собственная циклическая частота (ω0) зависит только от свойств колебательной системы. Для пружинного маятника собственная циклическая частота равна ω0 =k/m, для математического маятника ω0=g/l. Связь циклической частоты с периодом колебаний: ω0= 2πν = 2π/T. Период собственных колебаний Т = 2π/ ω0. Период колебаний пружинного маятника Т = 2πm/k. Период колебаний математического маятника Т = 2πl/g. Период свободных колебаний зависит только от свойств колебательной системы. Единица измерения собственной циклической частоты = 1 рад/сек.

  2. Волна– процесс распространения колебаний в упругой среде. Источником волны является колебательная система. Эта система при движении обладает кинетической энергией. Система действует на соседнюю частицу упругой среды и вызывает деформацию. Кинетическая энергия системы переходит в потенциальную энергию упруго деформированной среды. В результате этого, совершаются вынужденные колебания около своего положения равновесия с частотой, равной частоте источника.Механической волнойназывают механические возмущения, распространяющиеся в пространстве и несущие энергию.Волна не переносит вещество, но переносит энергию.

  3. Сумма приведенных количеств теплоты для обратимого процесса можно представить как разность двух значений некоторой функции состояния системы, которую называют энтропией. Энтропия – мера неупорядоченности системы. Стремление энтропии к росту связано с тенденцией системы перейти в состояние с большей термодинамической вероятностью, т.е. менее упорядоченное.

Билет №5.

  1. Математический маятник – это колебательная система, которая состоит из шарика, подвешенного на длинной нити. Нить не растягивается, и ее масса много меньше массы шарика. В положении равновесия на шарик действуют сила тяжести и сила натяжения нити, которые компенсируют друг друга. Если шарик отклонить от положения на некоторый угол, то эти силы компенсируют друг друга, и после прекращения действия внешней силы шарик начнет движение к положению равновесия.

Период (Т) – время одного полного колебания. Т = t/N(N– число колебаний,t– время, за которое совершились эти колебания). Единица измерения периода (Т) = 1 сек. При уменьшении и увеличении отклонения, соответственно, будут изменяться скорость, частота, амплитуда колебания.

  1. Резонанс – достижение максимальной амплитуды для заданных собственной циклической частоты и сопротивления.

При отсутствии сопротивления амплитуда вынужденных колебаний при резонансе бесконечно большая. При этом следует, что резонанс в системе без затухания наступает тогда, когда частота вынуждающей силы совпадает с частотой собственных колебаний. Механический резонанс может быть как полезным, так и вредным явлением. Вредное – действие резонанса связано главным образом, с разрушением, которое он может вызвать.

  1. Термодинамика – раздел физики, рассматривающий системы (термодинамические), между которыми возможен обмен энергией, без учета микроскопического строения тел, составляющих систему. Состояние термодинамической системы характеризуется параметрами (объем, давление, температура). Различают несколько систем. Открытые системы – системы, которые обмениваются со внешней средой и веществом и энергией. Закрытые – системы, обменивающиеся с внешней средой только энергией. Изолированные – системы, которые не обмениваются с окружающими телами ни веществом, ни энергией. Изолированная система со временем приходит в состояние термодинамического равновесия. В этом состоянии параметры системы сохраняются неизменными во времени. Если параметры системы при взаимодействии ее с окружающими телами не изменяются с течением времени, то состояние системы называют стационарным (состояние воздуха в отапливаемом помещении, состояние тела человека).

Билет №6

  1. Вынужденными колебаниями называются такие, которые возникают в системе при участии внешней силы, изменяющейся по периодическому закону. Амплитуда вынужденных колебаний постоянна, а частота равна частоте внешней силы ω.

Частота внешней силы может быть любой по величине. Амплитуда вынужденных колебаний зависит от амплитуды внешней силы и ее частоты.

  1. Эффектом Доплера называют изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем (приемником волн), вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя.

Эффект Доплера можно использовать для определения скорости движения тела в среде. Эффект Доплера используется для определения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца (доплеровская эхокардиография) и других органов.

Билет №9.

  1. Звук – это колебания и волны, которые действуют на ухо человека и вызывают слуховое ощущение. Различают несколько видов звуков:

Простой тон – гармоническое колебание определенной частоты.

Сложный тон – колебание, которое является суммой нескольких гармонических колебаний.

Шум – сложный звук, он является суммой неповторяющихся во времени колебаний, среди которых невозможно выделить определенные частоты.

Удар – неповторяющиеся во времени колебания, которые происходят за очень малое время.

  1. Энтропия, есть функция состояния системы, разность значений которой для двух состояний равна сумме приведенных количеств теплоты при обратимом переходе системы из одного состояния в другое.

Если система перешла от одного состояния к другому, то независимо от характера процесса – обратимый он или нет – изменение энтропии вычисляется по формуле: ∆S=S2–S1= ∫dQ/T. Если процесс происходит в изолированной системе, то в обратимом процессе энтропия не меняется, а необратимом – возрастает. Полное изменение энтропии системы положительно, следовательно, энтропия изолированной системы возрастает. Если бы в этой системе происходил самопроизвольный переход теплоты от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой, то энтропия системы при этом уменьшалась бы, а это противоречит. Таким образом, в изолированной системе не могут протекать такие процессы, которые приводят к уменьшению энтропии системы (второе начало термодинамики).

Билет №10.

  1. Быстрота убывания амплитуды колебаний определяется коэффициентом затухания: чем больше β, тем сильнее тормозящее действие среды и тем быстрее уменьшается амплитуда.

На практике, степень затухания часто характеризуют логарифмическим декрементом затухания, понимая под этим величину, равную натуральному логарифму отношения двух последовательных амплитуд колебаний, разделенных интервалом времени, равным периоду колебаний, следовательно, коэффициент затухания и логарифмический декремент затухания связаны достаточно простой зависимостью: λ = βТ.

  1. Характеристики слухового ощущения являются субъективными. Они связаны с объективными физическими характеристиками.

Высота тона определяется частотой звуковой волны. Чем больше частота, тем выше тон.

Тембр – звуковая окраска основного тона. Тембр определяется акустическим спектром. Основной тон – это звук минимальной частоты в акустическом спектре. Остальные тоны называют обертонами. Чем больше тонов в акустическом спектре, чем богаче тембр звука.

Громкость звука характеризует уровень слухового ощущения. Она зависит от интенсивности звука и частоты. Ухо воспринимает звуки в широком диапазоне интенсивностей от 10—12до 102Вт/м2. Порог болевого ощущения больше порога слышимости в 1014раз. Между громкостью и интенсивностью звука нет прямой пропорциональности даже при одной и той же частоте колебаний. Уровень громкости данного звука при одной и той же частоте колебаний прямо пропорционален логарифму отношения его интенсивности к значению порога слышимости. Это есть психофизический закон Вебера – Фехнера Е =klgI/I0.E– громкость звука. Единица измерения громкости = 1 фон.lgI/I0=L– уровень интенсивности. Единица измерения уровня интенсивности = 1 бел. 1 бел – это изменение уровня интенсивности, которое соответствует изменению интенсивности звука в 10 раз; 1 фон = 1 бел. При изменении интенсивности звука в 10 раз ощущение его громкости изменяется на 1 бел → при повышении интенсивности в 100 раз, соответственно ощущение его громкости изменяется на 10 бел.

  1. Скачкообразное изменение параметров системы в момент выхода из неустойчивого стационарного состояния дает основание рассматривать такой переход как фазовый.

Фазовые переходы весьма характерны для биологических систем. Согласно работам Пригожина с сотрудниками, развитие таких систем протекает через ряд неустойчивых стационарных состояний. Протекающие в системе процессы вызывают постепенное отклонение ее параметров от исходных значений. Когда это отклонение достигает критической величины, состояние системы становится неустойчивым, и она резко, скачком меняет свои свойства, переходя в новое, до времени устойчивое состояние (например, гомеостаз в теле человека). Фазовые переходы также наблюдаются в процессах нервного возбуждения, эмбриогенеза, клеточной дифференциации, эволюции.

Билет №11.

  1. Чтобы в системе возникли колебания, должны выполниться три условия:

  • На системы должна подействовать внешняя сила, которая изменяет ее координату относительно положения равновесия. В результате система получает запас потенциальной или кинетической энергии.

  • В системе должна возникать упругая или квазиупругая сила, которая всегда направлена к положению равновесия и прямопропорциональны смещению тела от положения равновесия (квазиупругая сила – неупругая по природе, но имеет такие же свойства, как и упругая сила).

  • Сила трения в системе должна быть малой по величине.

  • Физические характеристики звука:

    • Частота звука(имеет значение от 20Гц до 20000Гц).

    • Интенсивность звуков, воспринимаемых человеком, находится в очень широком диапазоне (20Гц – 20 килоГц).

    • Порог слышимости– минимальная интенсивность, которая вызывает слуховое ощущение.

    • Порог болевого ощущения – интенсивность, которая, действуя на ухо, вызывает чувство боли.

    • Скорость звука

    • Звуковое (акустическое) давление– давление, которое возникает в среде при прохождении звуковых волн (кроме атмосферного).

    • Акустический спектр– набор частот, которые входят в сложный тон, с указанием их амплитуд.

  • Существует несколько формулировок второго закона термодинамики:

    Теплота сама собой не может переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой (формулировка Клаузиуса), или невозможен вечный двигатель второго рода (формулировка Томсона), т.е. такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу вследствие охлаждения одного тела.

    Билет №12.

    1. Логарифмический декремент затухания:

    λ=βT=R/2L*2πLC=πR C/L

    1. Волна – процесс распространения колебаний в упругой среде.

    Источником волны является колебательная система. Колебательная система при движении обладает кинетической энергией. Система действует на соседнюю частицу упругой среды и вызывает деформацию. Кинетическая энергия системы переходит в потенциальную энергию упруго деформированной среды. В результате этого действия частица среды совершает вынужденные колебания около своего положения равновесия с частотой, равной частоте источника. Каждая колеблющаяся частица упругой среды передает энергию соседним частицам. Таким образом, колебания распространяются в упругой среде в виде волн. Различают два вида волн: продольные и поперечные. Продольные волны распространяются во всех упругих средах: твердых, жидких и в газах. Поперечные волны возникают на поверхности жидкости (например, воды) и в тех твердых средах, где может возникнуть деформация сдвига (например, резиновый шнур).

    Длина волны (λ – расстояние, которое прошла волна за время, равное периоду колебаний; единица измерения – 1 м), будет зависеть от:

    • Скорость (υ – расстояние, которое проходит волны за единицу времени = 1 сек).

    • Свойства среды (например, при переходе из одной среды в другую)

    При переходе звуковой волны из воздуха в воду изменится скорость волны, так как изменяются свойства среды. Значит, изменится и длина волны. Частота колебаний при этом не меняется.

    Билет №13.

    1. Колебания, которые происходят по закон синуса или косинуса (величина колеблется в зависимости от времени), называют гармоническими колебаниями.

    Свободные колебания – колебания, которые происходят в системе, где действует только упругая или квазиупругая силы. Они возникают вследствие начального смещения или начальной скорости и совершаются при отсутствии внешнего воздействия на счет первоначально накопленной энергии. Квазиупругая сила – неупругая по природе, но имеет такие же свойства, как и упругая сила.

    Если тело совершает свободные колебания, то его координата изменяется по гармоническому закону (закон синуса или косинуса). Скорость движения есть первая координата по времени: υ = dx/dt = d/dt(x0cosω0) = --x0ω0sinω0t – она изменяется по гармоническому закону. Ускорение есть первая производная скорости по времени: a = dx/dt = d/dt(--x0ω0sinωt), то есть ускорение также изменяется по гармоническому закону.

    1. Характеристики слухового ощущения являются субъективными. Они связаны с объективными физическими характеристиками.

    • Высота тона определяется частотой звуковой волны. Чем больше частота – тем выше тон.

    • Тембр – звуковая окраска основного тона. Тембр определяется акустическим спектром. Основной тон – звук минимальной частоты в акустическом спектре (акустический спектр – набор частот, которые входят в сложный тон, с указанием их амплитуд). Остальные тоны называют обертонами. Чем больше тонов в акустическом спектре, тем богаче тембр звука.

    • Громкость звука характеризует уровень слухового ощущения. Она зависит от интенсивности звука и частоты. Ухо воспринимает звуки в широком диапазоне интенсивностей от 10 -12до 102Вт/м2. Порог болевого ощущения больше порога слышимости в 1014раз. Между громкостью и интенсивностью звука нет прямой пропорциональности даже при одной и той же частоте колебаний.

  • Существует несколько формулировок второго закона термодинамики:

    Теплота сама собой не может переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой (формулировка Клаузиуса), или невозможен вечный двигатель второго рода (формулировка Томсона), т.е. такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу вследствие охлаждения одного тела.

    Билет №14.

    1. Энтропия, есть функция состояния системы, разность значений которой для двух состояний равна сумме приведенных количеств теплоты при обратимом переходе системы из одного состояния в другое.

    Если система перешла от одного состояния к другому, то независимо от характера процесса – обратимый он или нет – изменение энтропии вычисляется по формуле: ∆S=S2–S1= ∫dQ/T. Если процесс происходит в изолированной системе, то в обратимом процессе энтропия не меняется, а необратимом – возрастает. Полное изменение энтропии системы положительно, следовательно, энтропия изолированной системы возрастает. Если бы в этой системе происходил самопроизвольный переход теплоты от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой, то энтропия системы при этом уменьшалась бы, а это противоречит. Таким образом, в изолированной системе не могут протекать такие процессы, которые приводят к уменьшению энтропии системы (второе начало термодинамики).

    1. Уровень громкости данного звука при одной и той же частоте колебаний прямо пропорционален логарифму отношения его интенсивности к значению порога слышимости. Это есть психофизический закон Вебера – Фехнера. E = klg I/I0, где Е – громкость звука. Единица измерения громкости = 1 фон.

    lgI/I0=L– уровень интенсивности. Единица измерения уровня интенсивности = 1 бел.

    1 бел – это изменение уровня интенсивности, которое соответствует изменению интенсивности звука в 10 раз. Таким образом, при изменении интенсивности звука в 10 раз ощущение его громкости изменяется на 1 бел.

    1. Амплитуда колебания – максимальное значение изменяющейся величины.

    Если в системе кроме силы упругости действует сила трения, то часть механической энергии расходуется на работу против силы трения, в результате чего амплитуда колебаний уменьшается с течением времени. Такие колебания называются затухающими.

  • Соседние файлы в предмете Медицинская физика