Основные законы и формулы физика

Внутреннее трение (вязкость). Механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа (жидкости), движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее — увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее.

В однородном электрическом поле с вектором напряженности
(Е = 50 кВ/м), направленным вертикально вниз, равномерно вращается шарик массой 10 г с положительным зарядом 2,5×10-6 Кл. Шарик подвешен на нити длиной l. Угол отклонения нити от вертикали равен 60°. Найдите силу натяжения нити. Принять g = 10 м/с2. Ответ представьте в единицах СИ.

Дано:

Решение:

Е = 50 кВ/м = 5×104 кВ/м m = 10 г = 10-2 кг 

q = 2,5×10-6 Кл

a = 60°

g = 10 м/c2

Выполним рисунок. Расставим силы, которые действуют на шарик.

Уравнение динамики:

T = ?

 (1)

Выберем направление осей координат и перепишем уравнение (1) в проекциях на оси.

ох: ma = Tsina

оy: Fэл + mg = Tcosa. (2)

Из уравнения (2) выразим силу натяжения.

.

Подставим численные значения и рассчитаем искомую величину.

= 0,45 (Н).

Ответ: T = 0,45 Н

Теплопередача.

По современным представлениям все тела (а также газы и жидкости) состоят из атомов (молекул).

Моль вещества – количество вещества, которое содержит число молекул (атомов) равное числу Авогадро NA»6,02×1023. (Столько атомов содержится в 12 г изотопа углерода С12). Единица измерения числа Авогадро 1/(моль).

Масса одного моля вещества называется молярной массой m. Единица измерения молярной массы m (в СИ) кг/моль. Если молярную массу разделить на число молекул, то получим массу одной молекулы. Массу молекул часто измеряют внесистемной единицей, которая называется атомная единица массы (а.е.м.) 1 а.е.м. = 1,66×10-27 кг.

Количество молей вещества n равно отношению массы вещества к молярной массе: .

На сегодняшний день известно четыре агрегатных состояния вещества – твердое, жидкое, газообразное и плазма. Эти состояния принято называть фазами состояний, а процесс перехода из одного состояния в другое – межфазовым переходом.

В твердых телах атомы и молекулы совершают колебания вблизи своих положений.

В газах и жидкостях атомы и молекулы совершают хаотические движения во всевозможных направлениях. Причем чем больше температура, тем больше скорость движения.

Опытным подтверждением движения молекул является Броуновское движение. Броуновским движением (по имени ученого Броуна) называют хаотическое движение микроскопических частиц, помещенных в жидкость (газ), движущихся под ударами молекул. Например, это могут быть мелкие споры растения или песчинки. Но они должны быть очень маленькими, чтобы удары со стороны молекул среды приводили их в движение. Для наблюдения такого движения, конечно, приходится применять микроскоп. Наблюдения показывают, что такие частицы движутся хаотически.

При сообщении теплоты телу увеличивается энергия движения (колебания) молекул, поэтому меняется и потенциальная энергия взаимодействия между ними. Суммарная кинетическая и потенциальная энергия всех молекул тела называется внутренней энергией тела.

Для измерения внутренней энергии тел введена специальная физическая величина – термодинамическая (абсолютная) температура, которая измеряется в Кельвинах (К). Шкала температуры в Кельвинах связана со шкалой температуры в градусах Цельсия соотношением

T (K) »T (oC) + 273.

Поэтому температура замерзания воды (нормальные условия) Т=0 оС=273 К,

температура кипения воды Т=100 оС=373 К.

Плоский конденсатор имеет площадь пластин 2000 см2, расстояние между которыми 0,5 мм. В конденсаторе находится пластинка слюды (e = 7) толщиной 0,3 мм, в остальной части – воздух. Определите емкость конденсатора. Электрическая постоянная равна 8,85×10-12 Ф/м. Ответ представьте в нанофарадах и округлите до десятых.

Энергия плоского воздушного конденсатора, отключенного от источника тока, равна 20 мкДж. Какую работу нужно совершить, чтобы увеличить расстояние между пластинами такого конденсатора в 3 раза? Ответ представьте в микроджоулях.

Два шара, радиусы которых 50 мм и 80 мм, а потенциалы, соответственно, 120 В и 50 В, соединяют проводом. Найдите заряд, перешедший с одного шара на другой после их соединения. Принять 1/4pe0 = 9×109 м/Ф. Ответ представьте в нанокулонах и округлите до сотых.

Найдите потенциальную электростатическую энергию системы четырех положительных зарядов, равных 1 нКл, расположенных в вакууме на расстоянии a = 1 м друг от друга. Принять 1/4peo = 9×109 Н×м2/Кл2. Ответ представьте в наноджоулях.

Металлический шар радиусом 1 м, имеющий потенциал 1 В, окружают сферической оболочкой радиуса 2 м. Чему будет равен потенциал первого шара, если заземлить оболочку? Ответ представьте в единицах СИ.

Какая работа А совершается при перенесении точечного заряда q = 20 нКл из бесконечности в точку, находящуюся на расстояния r = 1 см от поверхности шара радиусом R = 1 см с поверхностной плотностью заряда s = 10 мкКл/м2. Ответ представьте в мкДж, округлите до целого числа

Вакуум и методы его получения. Свойства ультраразреженных газов Если из сосуда откачивать газ, то по мере понижения давления число столкновений молекул друг с другом уменьшается, что приводит к увеличению их длины свободного пробега. При достаточно большом разрежении столкновения между молекулами относительно редки, поэтому основную роль играют столкновения молекул со стенками сосуда. Вакуумом называется состояние газа, при котором средняя длина свободного пробега <l> сравнима или больше характерного линейного размера d сосуда, в котором газ находится. В зависимости от соотношения <l> и d различают низкий (<l> << d), средний (<l> £ d), высокий (<l> > d) и сверхвысокий (<l> >> d) вакуум. Газ в состоянии высокого вакуума называется ультраразреженным.


Конденсаторы зарядили до напряжения