תנועה קצובה
Transcription
תנועה קצובה
תנועה קצובה )תנועה בקו ישר במהירות קבועה( תנועה קצובה – תנועה בקו ישר שבה הגוף עובר מרחקים שווים בפרקי זמן שווים. ערכי המהירות הרגעית שווים בכל נקודות המסלול; מהירות ממוצעת בין שתי נקודות כלשהן שווה למהירות הרגעית והיא נקראת מהירות התנועה הקצובה. ¤r = v1 = v2 = v ¤t = v12 משוואות של העתק ושל מהירות העתק r = r0 + vt r 0הוא העתק הגוף ברגע .t = 0 משוואת התנועה בציר x x = x0 + vxt x0היא קואורדינטת הגוף ברגע .t = 0 מהירות ¤ r r 2- r 1 =v = = const ¤t t2 - t1 המהירות היא קבועה משוואת המהירות בציר x ¤x x2- x1 = vx = = const ¤t t2 - t1 x0היא קואורדינטת הגוף ברגע .t = 0 משוואת הדרך s = vx t = vt כאשר vמסמן את גודל המהירות )הערך המוחלט(. 15 חוק הכבידה העולמית )המשך( הערה דוגמאות לפי נוסחת הכבידה העולמית אפשר לחשב .1כוח משיכה בין שני אנשים העומדים במדויק כוח משיכה בין גופים נקודתיים או במרחק של 1מטר אחד מהשני הוא – כדוריים ) – Rמרחק בין המרכזים( בלבד. -7 F Ó 10 N .2כוח משיכה בין הירח לבין כדור הארץ הוא – N 20 F Ó 2*10 תנועת כוכבי לכת וחוקי קפלר תנועת כוכבי לכת שמש כוכבי לכת נעים בהשפעת כוחות כבידה בינם לבין שמש. s1 החוק הראשון כוכבי לכת נעים במסלולים אליפטיים, כאשר שמש נמצאת באחד ממוקדי האליפסה. ¤t כוכב לכת ¤t s2 החוק השני רדיוס-ווקטור המחבר את מרכז שמש עם מרכז כוכב הלכת מכסה שטחים שווים בפרקי זמן שווים. S1 = S2 החוק השלישי המרחק מכוכב לכת לשמש Rומחזור הסיבוב Tשל כוכב הלכת קשורים על ידי הנוסחה ) – Mמסת השמש(: 3 m -18 2 GM = 3.36*10 2 sec 2 3 4È ) ( ) ( ) ( יחסי הערכים של שני כוכבי לכת או שני לוויינים המסתובבים סביב כדור הארץ: יחס זמני המחזור של שני הלוויינים או שני כוכבי לכת: 3/2 28 T2 = T1 R1 R2 T1 R2 = T2 R1 3 = R 2 T כוח חיכוך כוחות חיכוך כוחות שנוצרים במשטחים החיצוניים של הגופים הצמודים אחד לשני תוך כדי ההחלקה )תנועה יחסית(. חיכוך יבש חיכוך בין המשטחים הצמודים בהעדר שכבת נוזל ביניהם )סיכה(. חיכוך יבש מתחלק לחיכוך ההחלקה )כאשר גוף אחד גולש על פני הגוף השני( וחיכוך גלגול )כאשר גוף אחד מתגלגל על פני השני(. כוח חיכוך סטטי אם כוח חיצוני אינו גדול מספיק כדי לגרום לתנועה יחסית של הגופים על פני משטח הגבול ביניהם ,אזי כוח חיכוך שנוצר שווה לכוח חיצוני ,והוא משתנה מאפס עד לערך מקסימלי האפשרי fs max הנקרא כוח חיכוך סטטי. מקדם חיכוך סטטי Äs תלוי בטיב המשטחים )מידת הליטוש( ובסוג החומרים שמהם עשויים שני הגופים. Äsהוא מספר טהור ,וערכו בדרך כלל קטן מ.1 - f f s max fk אין תנועה החלקה fs max = Äs N F – Nכוח נורמלי – Äsמקדם חיכוך סטטי מקדמי חיכוך סטטיים וקינטיים סוגי חומרים Äs פלדה – פלדה 0.15 0.1 מתכת – עץ 0.5 – 0.6 0.3 – 0.4 עץ – עץ 0.6 – 0.7 0.3 צמיג – אספלט 0.55 0.3 פלדה – קרח 0.02 0.015 Äk מקדמי חיכוך גלגול סוגי חומרים ÄO, cm סוגי חומרים דיסק מתכת – עץ 0.001 – 0.002 גלגל מתכת – מסילת מתכת 0.005 צמיג גומי – אספלט 0.02 33 ÄO, cm תנודות מכניות וגלים תנודות תנועות מוגבלות של גוף נקודתי או של גוף בעל ממדים )או שינויים במצבי צבירה(, החוזרות במלואן או באופן חלקי סביב ערך כלשהו של הגורם המשתנה ,נקראות תנודות. התנודות נקראות תנודות מכניות ,כאשר הגורמים המשתנים הם ערכים מכניים )כמו העתקים ,מהירויות ,תאוצות, לחצים(. תנודות מחזוריות – התנודות שבהן כל ערך של הגורם המשתנה חוזר על עצמו מספר אינסופי של פעמים כעבור פרקי זמן שווים. פרק זמן הקטן ביותר ,המפריד בין ערכים שווים של הגורם המשתנה ,נקרא מחזור התנודות .T מספר תנודות בשנייה אחת נקרא תדירות התנודות .f 1 f =T תנודות הרמוניות – תנודות מחזוריות של ערך כלשהו ,שאפשר לבטא אותן בעזרת פונקציות סינוס או קוסינוס: )A = A0 cos (Ñt + Î – A0משרעת התנודות – הערך הגדול ביותר )בערכו המוחלט( של הגורם המשתנה, – Îהמופע )הפאזה( ההתחלתי, – Ñתדירות זוויתית: 2È = 2Èf T 42 =Ñ נוסחאות לחישוב אנרגיה קינטית ופוטנציאלית אנרגיה קינטית 2 גוף נמצא בתנועה במהירות c>>v ) – cמהירות אור בריק(: m0v = Ek 2 – m0מסת גוף במנוחה 2 גוף מסתובב סביב ציר נייח במהירות זוויתית : Ñ IÑ = EÑ 2 – Iמומנט התמדה ) גוף נמצא בתנועה במהירות גבוהה ) – c) ( v Ô cמהירות אור בריק(: -1 1 2 1-º ( 2 Ev = m0c v = – ºיחס מהירות הגוף למהירות אור c אנרגיה פוטנציאלית גוף בעל מסה mבשדה הכובד של כדור הארץ: M*m R UG = - G – Mמסת כדור הארץ – רדיוס כדור הארץ –Rמרחק בין מרכז כדור הארץ לבין מרכז המסה של הגוף ) << R ( – Gקבוע הגרביטציה העולמית גוף בעל מסה mבשדה כובד אחיד: – gתאוצה של נפילה חופשית U = mgh – hגובה מעל פני הארץ 2 קפיץ מתוח )או מכווץ(: – kקבוע הקפיץ k*¤l = Uk 2 ¤l = l - l0 – ¤lהתארכות )התכווצות( ממצב רפוי: 57 תכונות נוזלים וגזים חוק פסקל במיכל סגור נייח שבו נמצא נוזל )או גז(, לחץ חיצוני מועבר לכל הכיוונים בצורה אחידה. במילים אחרות :לחץ בנקודה כלשהי בנוזל שווה בכל הכיוונים. חוק ארכימדס על גוף הטבול בתוך נוזל פועל כוח עילוי השווה בגודלו למשקל הנוזל )או גז( הנדחה על ידו. כוח זה הנקרא כוח ארכימדס FAמופעל על מרכז המסות של חלקו הטבול של הגוף או על מרכז המסות של כל הגוף אם הוא טבול כולו בנוזל. כוח ארכימדס מכוון כלפי מעלה. FA = ÉL*V1*g – ÉLצפיפות סגולית של נוזל – V1נפח הגוף הטבול בנוזל g כלים שלובים גובה פני נוזלים שונים שאינם מתערבבים ונמצאים בכלים שלובים בשדה כובד ,הם ביחס הפוך לצפיפות הנוזלים: h1 É2 = h2 É1 אם ,É1 = É2רמות הנוזלים יהיו באותו גובה. הערה :מתח הפנים של פני הנוזלים אינו מובא בחשבון. 97 – תאוצה של נפילה חופשית אלקטרוסטטיקה )המשך( קו שדה אלקטרוסטטי – קו דמיוני אשר בכל נקודה שבו כיוון ווקטור השדה משיק לו. קווי השדה אינם סגורים :הם מתחילים ונגמרים על מטענים. קווי שדה אינם חוצים זה את זה. צפיפות קווי שדה מסמנת את עוצמת השדה; צפיפות אחידה )קווים מקבילים עם מרווחים שווים( מסמנת שדה אחיד )שבו עוצמת השדה שווה בכל נקודות המרחב( ,צפיפות גדולה יותר )ליד מטענים( מסמנת עוצמה גבוהה יותר. שדה חשמלי של כדור מוליך טעון המטען qמפוזר באופן אחיד על מעטפת חיצונית של הכדור; בתוך הכדור ) ( r < Rהשדה שווה לאפס, מחוץ לכדור ) ( r Ú Rצורת קווי השדה ועוצמתו הן כמו של מטען נקודתי q הנמצא במרכז הכדור: q 2 E=k r שדה חשמלי בתוך מוליך כאשר המטענים החופשיים בתוך גוף מוליך נמצאים בשיווי משקל )אין תנועה מכוונת של המטענים( ,השדה החשמלי שווה לאפס. E 2 1 קווי השדה שמחוץ לגוף ניצבים לפני הגוף בקרבת המשטח. r 63 5 4 3 2 R1 1 -1 נוסחאות בסיסיות לחישוב מעגלי זרם חילופין )המשך( מעגל ודיאגרמת המופעים התנגדות כוללת )עכבה( מעגל טורי גרפים של זרם ומתח ,הפרש מופעים U =Z = I RL - RC = tg Î R = Î = Î1 - Î2 > 0, 2 2 )R + (RL - RC כאשר במצב תהודה: RL = RC RL > RC Î = Î1 - Î2 < 0, RL < RC וההתנגדות הכוללת Z כאשר מקבלת ערך מינימלי. במצב תהודה: מעגל מקביל + 2 1 2 = R 2 ) I 2 = U 1 2 ) Z ( 1 1 + RL RC 1 1 RL RC במצב תהודה: Î=0 ( tg Î = R Î=0 במצב תהודה: RL = RC וההתנגדות הכוללת Z מקבלת ערך מקסימלי. שנאי ½1 n 1 = ½2 n 2 R Ó 0 ê U1 Ó ½1 U1 ½1 n1 = Ó =K U2 ½2 n2 I2 U1 Ó I1 U2 94 n1 n2 ½1 ½2 U1 U2 I1 I2 נוסחת העדשה המרכזת )המשך( צורה אחרת של נוסחת העדשה: 2 so*si = f BÞ – -soמרחק העצם ממוקד אחורי – siמרחק הדמות ממוקד קדמי AÞ so si עצם ודמות בעדשה מרכזת .1מרחק העצם ABמהעדשה גדול מ2F - 2F < u BÞ הדמות AÞBÞהיא ממשית ,הפוכה ומוקטנת. u v AÞ .2העצם ABנמצא בין מוקד העדשה לבין פעמיים מרחק מוקד: BÞ F < u < 2F AÞ הדמות AÞBÞהיא ממשית ,הפוכה ומוגדלת. v u AÞ BÞ .3העצם ABנמצא בין העדשה למוקד: v u<F u הדמות AÞBÞהיא מדומה ,ישרה ומוגדלת. 114 מכשירים אופטיים )המשך( טלסקופ הגדלה פעולת הטלסקופ הטלסקופ הוא מכשיר אופטי המיועד לצפיית עצמים רחוקים .הוא בנוי משתי עדשות – עצמית ועינית. f1 =£ f2 f1אורך המוקד של העצמית f2-אורך המוקד של העינית המוקד הקדמי של העצמית מתלכד עם המוקד האחורי של העינית. הדמות הנוצרת על ידי עצמית היא ממשית, הפוכה ומוקטנת. הדמות הנוצרת על ידי העצמית נמצאת במישור המוקד של העינית. דמות זאת נצפית בעין דרך העינית ,כמו דרך זכוכית מגדלת. סוגי הטלסקופים הטלסקופ של קפלר הדמות הנוצרת בטלסקופ של קפלר היא הפוכה. ¹1 הטלסקופ של גלילאו העינית היא עדשה מפזרת. הדמות הנוצרת בטלסקופ של גלילאו היא ישרה. 118 מבנה האטום )המשך( מודל רתרפורד-בוהר-זומרפלד )המשך( nh 2È כאשר: – meמסת אלקטרון – vnמהירות האלקטרון במסלול – rnרדיוס המסלול הקבוע = mevnrn – hקבוע פלנק – n = 1, 2, 3, âמספרי המסלולים החוק השני של בוהר: האטום פולט או בולע קוונט של אנרגיה תוך כדי מעבר ממצב קבוע אחד לשני ,כאשר לכל מצב מתאים מסלול קבוע מסוים. קוונט של אנרגיה שווה להפרשי האנרגיות של האלקטרון במסלולים המתאימים למצבי המעבר: hÅnm = En - Em מבנה אטום רב-אלקטרונים במרכז האטום מצוי גרעין הטעון חיובית, כאשר סביבו נמצאים אלקטרונים המרוכזים בקליפות ותת-הקליפות. מטען הגרעין )ביחידות של מטען בסיסי (e שווה למספר היסוד )המספר האטומי (Z בטבלה המחזורית של היסודות; מספר האלקטרונים באטום נייטרלי שווה גם ל .Z - עיקר המסה של האטום מרוכז בגרעין. הגרעין של האטום הקל ביותר – מימן – מכיל פרוטון אחד. מסת פרוטון: kg מסת אלקטרון: kg 140 -27 mp = 1.67*10 -31 me = 9.11*10