Transcript αρχείο
ΦΥΣΙΚΗ Ζαχαριάδου Κατερίνα [email protected] Γραφείο Β250 Εργαστήριο Αιθουσα Β219 . Ιστοσελίδα μαθήματος http://e-physics.teipir.gr/HN/physics1.htm Βιβλιογραφία [1] ΖΗΣΟΣ A ., Φυσική Ι, Σύγχρονη Εκδοτική, Αθήνα 2006 [2] ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗ ΜΑΡΙΝΑ «Σημειώσεις Κυματικής-Οπτικής με στοιχεία Σύγχρονης Φυσικής για τους φοιτητές του τμήματος Ηλεκτρονικής» [3] SERWAY, Physics for scientists and engineers [4] YOUNG H.D., University Physics, Berkeley Physics Course [5] HALLIDAY-RESNICK, Επιστημονικές & Τεχνικές Εκδόσεις Πνευματικού [6] ΖΑΧΑΡΙΑΔΟΥ Α. , ΣΚΟΥΝΤΖΟΣ Α., Φυσική της ροής,-Οπτική, Σύγχρονη Εκδοτική, Αθήνα 2011 Human existence depends upon compassion and knowledge Knowledge without compassion is inhuman; compassion without knowledge is ineffective." During World War II he was Group Leader of the Theoretical Division of the Manhattan Project at Los Alamos and later campaigned against the proliferation of nuclear weapons V.F Weisskopf, Science 176, 138(1972) All parts and all aspects of science belong together. Science cannot develop unless it is pursued for the sake of pure knowledge and insight. It will not survive unless it is used intensely and wisely for the betterment of humanity and not as an instrument of domination by one group over another. ΦΥΣΙΚΗ Κινηματική (ταχύτητα και επιτάχυνση-εφαρμογές στην ευθύγραμμη και κυκλική κίνηση) Δυναμική του υλικού σημείου (νόμοι του Νεύτωνα-δυνάμεις τριβής- ελαστικές δυνάμεις) Νόμοι Διατήρησης (κινητική ενέργεια, έργο, ισχύς, διατήρηση ορμής και μηχανικής ενέργειας) Ηλεκτρικό Πεδίο (νόμος Coulomb, ένταση ηλεκτρικού πεδίου, νόμος Gauss, δυναμικό, κίνηση σε ηλεκτροστατικό πεδίο ) Μαγνητικό Πεδίο (δύναμη Laplace, νόμος Biot-Savart, δυνάμεις μεταξύ ρευματοφόρων αγωγών, νόμος Ampere, κίνηση σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και εφαρμογές: επιλογέας ταχυτήτων, φασματογράφος μάζας , φαινόμενο Hall) Ταλαντώσεις (ταλάντωση και αρμονική κίνηση, μηχανικές ταλαντώσεις, ταλαντούμενα ηλεκτρικά κυκλώματα) Οπτική (ανάκλαση, διάθλαση, συμβολή, περίθλαση) Κύματα (διαφορική εξίσωση, ιδιότητες, ηλεκτρομαγνητικά κύματα) Στοιχεία Ατομικής και Πυρηνικής Φυσικής (άτομο, πυρήνας, ραδιενέργεια, αλληλεπιδραση ακτινοβολίας με την υλη) Εργαστήριο Φυσικής ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗΠΕΙΡΑΜΑ ΘΕΩΡΙΑ Ικανότητα πρόβλεψης Πρόσφατο παράδειγμα Θεωρητικό Μοντέλο : Σωματίδιο Higgs Πείραμα: Μεγάλος Αδρονικός Συγκρουστήρας LHC Large Hadron Collider LHC: ο ταχύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής στο υπέδαφος των συνόρων Γαλλίας-Ελβετίας (50150m) Περίμετρος: 27 km p Πειραματική ομάδα 2500 επιστήμονες 38 χώρες 183 ερευνητικά κέντρα CMS Επεξεργασία μετρήσεων Εργαστήριο Φυσικής • μέτρηση φυσικών μεγεθών • επεξεργασία μετρήσεων • εξαγωγή συμπερασμάτων Μέθοδος εξαγωγής συμπερασμάτων με χρήση την κλίση της ευθείας ελαχίστων τετραγώνων που περιγράφει τη σχέση που συνδέει δύο φυσικά μεγέθη Εργαστήριο Φυσικής Παράδειγμα μεθόδου υπολογισμού μιας ποσότητας (αντίσταση) από την κλίση της ευθείας που περνά από τα πειραματικά σημεία Tάση (V) Eνταση (Α) 1 0.1 2 0.2 2.4 0.25 3.5 0.33 5 0.55 6 0.61 6.5 0.7 A P1 0.1079 V V RI V 1 R 9.27 I 0.1079 1η διάλεξη • • • • • Συστήματα μονάδων-μετατροπές μονάδων. Ορισμοί φυσικών μεγεθών. Συστήματα αναφοράς. Διανυσματικός λογισμός. Ρυθμός μεταβολής φυσικών μεγεθών Συστήματα Μονάδων Μετατροπές μονάδων Μέγεθος Mονάδα Θεμελιώδες Μάζα Χιλιόγραμμο (kg) Θεμελιώδες Μήκος Μέτρο (m) Θεμελιώδες Χρόνος Δευτερόλεπτο(s) Θεμελιώδες Ενταση ηλεκτρικού ρεύματος Αμπέρ (Α) Θεμελιώδες Απόλυτη θερμοκρασία Κέλβιν (K) Θεμελιώδες Ποσότητα ουσίας Μολ (mol) Θεμελιώδες Ενταση φωτεινότητας Καντέλα(Κηρίο) (cd) συμπληρωματικό Επίπεδη γωνία Ακτίνιο (rad) συμπληρωματικό Στερεά γωνία Στερακτίνιο(sr) deci centi milli micro d δεκατο c εκατοστο m χιλιοστο μ μικρο 10-1 10-2 10-3 10-6 δέκατο εκατοστό χιλιοστό εκατομμυριοστό nano n νανο 10-9 δισεκατομμυριοστό pico p πικο 10-12 τρισεκατομμυριοστό fempto f φεμτο 10-15 atto a αττο 10-18 zepto z ζεπτο 10-21 yocto y γιοκτο 10-24 τετράκις εκατομμυριοστό πεντάκις εκατομμυριοστό εξάκις εκατομμυριοστό επτάκις εκατομμυριοστό πεντάκις εκατομμυριάδα E εξα 1018 peta P πετα 1015 τετράκις εκατομμυριάδα tera T τερα 1012 τρισεκατομμυριάδα giga G γιγα 109 δισεκατομμυριάδα mega M μεγα 106 εκατομμυριάδα kilo k χιλιο 103 χιλιάδα hecto h εκατο 102 εκατοντάδα deca da δεκα 101 δεκάδα – - - 100 = 1 μονάδα exa Φυσικό μέγεθος Έκφραση γινομένου ή πηλίκου Παράγωγη μονάδα Ιδιαίτερος συμβολισμός Όνομα της μονάδας Επιφάνεια μήκος2 m2 - τετραγωνικό μέτρο Όγκος μήκος3 dm3 l (liter) λίτρο, κυβική παλάμη, κυβικό δεκατόμετρο Ταχύτητα Μήκος/Χρόνος m/s - μέτρο ανά δευτερόλεπτο Επιτάχυνση Μήκος/Χρόνος2 m/s2 - μέτρο ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο Δύναμη Μάζα×Επιτάχυνση kg×m/s2 N (Newton) νιούτον Πίεση τάση Δύναμη/Επιφάνεια Ν/m2 Pa (Pascal) πασκάλ Ροπή Δύναμη×Μήκος N×m - νιούτον επί μέτρο, νιουτόμετρο Πυκνότητα Μάζα/Όγκος kg/m3 - χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο Ειδικό βάρος Δύναμη/Όγκος N/m3 - νιούτον ανά κυβικό μέτρο Έργο Ενέργεια Δύναμη×Μήκος N×m J (Joule) τζάουλ Ισχύς Έργο/Χρόνος J/s W (Watt) βατ Διαστάσεις φυσικών μεγεθών Τα φυσικά μεγέθη προκύπτουν από συνδυασμό των θεμελιωδών μεγεθών μέσω αριθμητικών τύπων Πχ. Ταχύτητα (u) ή L u L T 1 όs T Οι εκθέτες των θεμελιωδών μεγεθών ονομάζονται διαστάσεις Σε κάθε τύπο οι διαστάσεις πρέπει να είναι ίδιες και στα δύο μέλη =κριτήριο για το αν ο τύπος είναι σωστός ή όχι Παραδείγματα Δείξτε ότι η σχέση 1 2 x uot at 2 Η μετατόπιση χ σωματιδίου που κινείται πάνω στον άξονα ΟΧ με σταθερή επιτάχυνση α δίδεται από τη σχέση: Είναι διαστατικά σωστή v x la t Όπου l σταθερά χωρίς διαστάσεις. Να υπολογιστούν οι τιμές των μ και ν Γωνίες Επίπεδη γωνία Eστω κύκλος με ΄κέντρο το σημείο τομής των δύο ευθειών και ακτίνα R Α R S θ 0 Β S R Moνάδα μέτρησης: rad (ακτίνιο) Στερεά γωνία Eστω σφαίρα με κέντρο το σημείο τομής των δύο ευθειών και ακτίνα R Στερεά γωνία ορίζεται ως το πηλίκο του εμβαδού που σχηματίζεται από τις δύο ευθείες πάνω στην επιφάνεια της σφαίρας προς το τετράγωνο της ακτίνας R Α 0 A R2 Moνάδα μέτρησης: sterad (στερακτίνιο) Ένα στερακτίνιο=με τη στερεά γωνία που κόβει σε σφαίρα ακτίνας R επιφάνεια εμβαδού =R2 Μαθηματικά Εργαλεία • Διανύσματα • Παράγωγοι • Ολοκληρώματα Διανύσματα Μαθηματικά αντικείμενα τα οποία περιγράφουν φυσικά μεγέθη(δυναμη, επιτάχυνση, ταχύτητα a Α Β aˆ Μέτρο : a AB a a aˆ aˆ Μοναδιαίο διάνυσμα Συστήματα αναφοράς y ay a ax iˆ a y ˆ j a ax a y a ˆj iˆ 0 ax cos a ax a a cos a sin a y y y2 y1 ˆj 0 ay sin a a 2 a2 a x y a ax iˆ a y ˆ j Οπου : a x x2 x1 ˆ x1 x2 x ay y 2 y1 Διανύσματα Πράξεις διανυσμάτων (a b ) a b • Πρόσθεση διανυσμάτων •Αφαίρεση διανυσμάτων •Γινόμενο διανυσμάτων •Εσωτερικό γινόμενο διανυσμάτων •Εξωτερικό γινόμενο διανυσμάτων Εσωτερικό γινόμενο a φ c Εξωτερικό γινόμενο c a b a b cosφ c c a b a b sinφ a φ b Εσωτερικό γινόμενο διανυσμάτων a θ b Βαθμωτό μέγεθος Πότε το εσωτερικό γινόμενο μηδενίζεται:=? Εφαρμογές: Έργο που παράγεται από μια δύναμη Εύρεση της γωνίας μεταξύ δύο διανυσμάτων a b a b cos a b ax bx a y by a ή b Ισούται με μηδέν Όταν η γωνία είναι 90 ή 270 μοίρες δηλάδή όταν τα διανύσματα είναι κάθετα μεταξύ τους a b cos ab Εξωτερικό γινόμενο διανυσμάτων c a b a b sin Είναι ΔΙΑΝΥΣΜΑ που έχει διεύθυνση κάθετη στο επίπεδο που ορίζουν τα διανύσματα και μέτρο c c a b a b sin Α φ Β Πότε είναι μηδέν ? a ή b 0 ή sin 0 Ιδιότητες:a b b a a b b a aa 0 i j k c a b ax a y bx by az bz Δίδονται τα διανύσματα Α(0,-2), Β(4,2), C(4,-2) Τρεις δυνάμεις ασκούνται στο σημείο Ο(0,0). Να υπολογίσετε την συνισταμένη δύναμη . Υπόδειξη: εκφραστε όλες τις δυνάμεις ως άθροισμα μοναδιαίων διανυσμάτων ````````````````````````` OM OA OB OC Β ο C Α ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ Ευθύγραμμα ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση χωρίς αρχική ταχύτητα Y ax Κλίση της συνάρτησης u ταχύτητα α u at χρόνος t Επιτάχυνση α u Y ax Κλίση : α Τομή με τον άξονα Y : β ταχύτητα u0 β α u a t u0 χρόνος t