Механика.

Масса тела.

Масса – физическая величина, характеризующая инертность тела.

m – Масса тела; [m] = кг

Инертность – свойство тела, от которого зависит его ускорение после взаимодействия с другими телами. Чем больше масса тела, тем меньшее ускорение оно получит при взаимодействии.

За единицу массы в СИ принята масса специального, изготовленного из сплава платины и иридия. Масса этого эталона называется килограммом.

Массу любого тела можно определить, осуществив взаимодействие этого тела с эталоном массы.

Сила.

Сила – физическая величина, выражающая количественное действие одного тела на другое.

Взаимодействие тел может приводить к различным изменениям их скоростей, как по величине, так и по направлению. Поэтому сила характеризуется не только числом, но и направлением. Следовательно, сила – величина векторная

(F) – вектор силы; [F] = H

За направление вектора силы принимается направление вектора ускорения тела, на которое действует сила, т.е. вектор силы направлен в ту же сторону, что и вектор ускорения (a).

1Н = 1*(кг*м)/(с^2)

Законы Ньютона.

1. Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела, или действие тел скомпенсировано.

2. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силы ускорение:

(F) = m*(a)

3. Тела, действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по величине и противоположными по направлению:

(P) = - (Fу)

Закон всемирного тяготения.

Падение тел на Землю в пустоте называется свободным падением тел.

Ускорение, с которой падают на Землю тела в пустоте, называются ускорением свободного падения.

g = 9.8м/(с^2)

Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

F = G*(m1*m2)/(R^2)

G – гравитационная постоянная.

G = 6,67*10^–15Н*м^2*кг^–2

Вес и невесомость.

Весом тела называют силу с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на горизонтальную опору или подвес:

(P) = - (Fу) (III закон Ньютона)

Если тело находится в покое на горизонтальной поверхности и на него действуют только силы Fт и Fу со стороны опоры, то

(Fт) + (Fу) = 0

(Fт)= - (Fу)

(P)= (Fт)

При ускоренном движении тела к опоре вес (P) будет отличаться от (Fт)

(Fт) + (Fу) = m*(a) (II закон Ньютона)

Из (P) = - (Fу) и (Fт) + (Fу) = m*(a) следует, получаем:

(P) = (Fт) - m*(a) = m*(g) - m*(a)

P = m*((g) - (a))

Если тело вместе с опорой свободно падает, то

(a) = (g), следовательно

P = 0.

Исчезновение веса при движении опоры с ускорением свободного падения называется невесомостью.

Импульс тела. Закон сохранения импульса.

Физическая величина, равная произведению силы F на время t ее действия, называется импульсом силы

Физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела.

(P) = m*(Ѵ)

[P] = (кг*м)/с

Закон сохранения импульса:

В замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой.

Работа постоянной силы.

Работа численно равна произведению силы на перемещение и на косинус угла между ними.

A = F*S*cosa

[A] = Дж

A – работа;

F – сила;

S – перемещение;

a – угол между силой и перемещением.

А > 0 – тело само совершает работу;

А < 0 – над телом совершают работу.

Мощность.

Мощность – физическая величина, равная работе, совершаемой за единицу времени.

P = A/T

[P] = Дж/с = Вт

N – мощность;

A – работа;

t – время.

Механическая энергия.

Механическая энергия тела равна сумме кинетической и потенциальной энергии.

1. Кинетическая энергия – энергия движения.

E = (m*Ѵ^2)/2

E – кинетическая энергия, Дж;

m – масса, кг;

Ѵ – скорость движения, м/с.

2. потенциальная энергия – энергия положения.

П = m*g*h

П – потенциальная энергия, Дж;

m – масса, кг;

g – ускорение свободного падения, 9.8м/c^2;

h – высота, относительно нулевого уровня, м.

Закон сохранения энергии.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости остается постоянной.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел называется полной механической энергией.

При взаимодействии тел кинетическая энергия превращается в потенциальную и наоборот.

При любых взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

Молекулярная физика и теплота.

Основные положения МКТ.

Всякое вещество состоит из молекул.

Молекулой называют наименьшую частицу вещества, способную к самостоятельному существованию и сохраняющую химические свойства этого вещества.

Молекулы состоят из атомов. Если при каком-либо явлении природы молекулы остаются неизменными, то вещество сохраняет свои химические свойства.

Если же молекулы изменяют свое строение или распадаются на отдельные атомы, то получаются новые виды вещества с другими физическими и химическими свойствами.

Такие вещества, которые нельзя разложить на более простые составные части, называются химическими элементами.

1. Все виды вещества состоят из молекул (атомов), между которыми есть межмолекулярные промежутки;

2. Молекулы (атомы) в любом веществе непрерывно и хаотически движутся;

3. На небольших расстояниях между молекулами (атомами) действуют силы притяжения или отталкивания. Природа этих сил – электромагнитная.

Силы межмолекулярного взаимодействия.

В состав любых молекул входят как положительные, так и отрицательные электрические заряды. Так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются, то между молекулами одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания.

Наименьшее расстояние между двумя молекулами, на котором силы взаимодействия молекул так малы, что ими можно пренебречь, называется радиусом молекулярного действия rм.

При сближении молекул, преобладают силы отталкивания, а при удалении – силы притяжения.

Характеристика газообразного состояния вещества.

Силы взаимодействия не могут удержать молекулы друг возле друга, и они разлетаются по всему пространству, предоставленному газу.

Если вокруг молекулы описать сферическую окружность, радиус которой равен радиусу молекулярного действия, то ограниченное этой поверхностью пространство, называется сферой молекулярного действия. С любой молекулой взаимодействуют только те молекулы, центры которых находятся внутри этой сферы.

Молекулы газа движутся равномерно и прямолинейно (по инерции), пока не столкнутся с другими молекулами (или со стенками сосуда). При столкновении скорость движения молекулы изменяется и по модулю и по направлению; молекула затем движется с новой постоянной скоростью до следующего столкновения.

При столкновении молекул между ними возникают силы отталкивания, величина которых определяется значением Eпост: чем больше Eпост, тем больше и силы отталкивания.

Под действием больших сил отталкивания молекулы газа осле соударения разлетаются в разные стороны. Характерной особенностью газообразного состояния вещества является то, что в каждый момент времени взаимодействующие молекулы газа составляют незначительную часть общего числа молекул.

Если молекула газа состоит из нескольких атомов, то при столкновениях она приобретает еще и вращательное движение. Скорости вращения и ___ движении увеличиваются с ростом температуры, в вращательное движение тоже является тепловым.

Внутри молекулы атомы могут совершать еще и колебательное движение, однако при низких и средних температурах его роль незначительна.

Броуновское движение.

Впервые это движение наблюдал английский ботаник Р.Броун в 1827 г., рассматривая в микроскоп капли воды, в которых находились крупинки глины или другие частицы. Сам Броун не смел установить причину движения частиц.

Представим себе настолько маленькую пылинку, что ее можно видеть только в микроскопе. Пусть она находится среди хаотически движущихся молекул газа. Такая пылинка по сравнению с молекулами будет выглядеть гигантом, и движущиеся молекулы будут наносить ей многочисленные удары одновременно со все сторон по различным направлениям. Эти удары будут создавать давление на поверхность пылинки.

Вследствие хаотически движущихся молекул, равнодействующая будет непрерывно изменяться по величине и направлению и в отдельные моменты времени может достигать такой величины, которая достаточно для того, чтобы заметно сдвинуть пылинку в пространстве. Следовательно, пылинка будет двигаться хаотически.

Движение пылинок, обусловленное ударами хаотически движущихся молекул, называется броуновским движением.

При повышении температуры интенсивность броуновского движения возрастает, а при понижении температуры – уменьшается.

Масса молекул.

Атомной единицей массы (а.е.м.) называют 1/12 массы изотопа углерода С12

Масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы, называется относительной молекулярной массой. Она показывает во сколько раз масса молекулы вещества больше 1/12 массы изотопа углерода С12

Молем называется количество вещества, масса которого в граммах равна его относительное молекулярной массе.

Число молекул в 1 моле вещества называется Постоянной Авогадро:

N = 6,023*10^23 моль^–1

Число молекул газа в единице объема при нормальных условиях называется Постоянной Лошмидта.

nл = 2,7*10^25 м^–3

Параметры газа.

1. Объем газа (V).

p = m/V =>

V = m/p

[V] = м^3

[p] = кг/м^3

2. Давление газа.

Давление измеряется силой, действующей на единицу площади поверхности.

P = F/S

[P] = Н/м^3 = Па

1ат = 9,81*10^4Па

1мм рт. ст. = 133Па

1атм = 1,013*10^5Па

Давление в газе создается ударами молекул о стенки сосуда.

3. Температура.

Величину, характеризует степень нагретости тела, называют температурой.

[t] = C

Температура, выраженная в Кельвинах, называется абсолютной или термодинамической температурой.

[Т] = К

Т = t + 273

Абсолютная температура всегда положительна.

Абсолютный ноль (0К) – температура, при которой прекращается движение молекул.

Основное уравнение МКТ.

P = 2/3*n0*Eпост

Eпост – средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул.

Eпост = (m0*Ѵск^2)/2 =>

P = 1/3*n0* m0* Ѵск^2

Ѵск – средняя квадратическая скорость поступательного движения молекул.

Связь между температурой и кинетической энергией молекул газа.

Eпост = 3/2*k*T

k – Постоянная Больцмана.

k = 1,38*10^–23 Дж/К

Среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул не зависит от природы газа, а определяется только его температурой.

P = 2/3*n0*Eпост = 2/3*n˳*3/2k*T

P = n0*k*T

Объединенный газовый закон.

Газовый закон, выражающий связь между всеми тремя параметрами газа, называется объединенным газовым законом.

P = n0*k*T

n0 = N/V =>

P = N/V*k*T |*V

P*V = N*k*T |:T

(P*V)/T = N*k

так как при m = const, N = const, то N*k = N*k, следовательно:

(P*V)/T = const

При постоянной массе газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру газа, есть величина, одинаковая для всех состояний массы этого газа

(P1*V1)/T1 = (P2*V2)/T2

Уравнение Клапейрона-Менделеева.

P = n0*k*T

n0 = N/V; ν = N/Na => N = ν*Na =>

n0 = ν*Na/ V =>

P = ν*Na/ V*k*T |*V

PV = ν*Na*k*T

R = Na*k – универсальная газовая постоянная, равна 8,314 Дж/(Моль*Кельвин) =>

PV = ν*R*T

PV = m/M*R*T

Изопроцессы.

Процессы, при которых масса газа и один из ее параметров остаются постоянными, называются изопроцессами.

1. Изохорический процесс – процесс в газе, происходящий при постоянной массе и неизменном объеме.

(P1*V1)/T1 = (P2*V2)/T2 = …; V = const =>

P1/T1 = P2/T2 = … – Закон Шарля.

При постоянной массе и неизменном объеме, отношение давления газа и его температуры, есть величина постоянная для всех состояний этого газа.

2. Изобарический процесс – процесс в газе, происходящий при постоянной массе и неизменном давлении.

(P1*V1)/T1 = (P2*V2)/T2 = …; P = const =>

V1/T1 = V2/T2 = … – Закон Гей-Люссака.

При постоянной массе газа и неизменном давлении, отношение объема газа и его температуры, есть величина постоянная для всех состоянии этого газа.

3. Изотермический процесс – процесс в газе, происходящий при постоянной массе газа и неизменной температуре.

(P1*V1)/T1 = (P2*V2)/T2 = …; T = const =>

P1*V1 = P2*V2 = … – закон Бойля Мариотта.

При постоянной массе тела и неизменной температуре, произведение давления газа на его объем, есть величина постоянная для всех состояний этого газа.