глоссарий физика. Аберрация (лат aberratio уклонение)
 Скачать 117.45 Kb.
|
|
Сила Лоренца. Сила Лоренца. Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют в честь великого голландского физика Х. Лоренца (1853 − 1928) − основателя электронной теории строения вещества. Силу Лоренца можно найти с помощью закона Ампера. Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной Δl, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся в этом участке проводника: sili_lorenca_1.png Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка Δl и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля sili_lorenca_2.png можно считать одинаковым в пределах этого отрезка проводника. Сила тока I в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (числом зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v следующей формулой: sili_lorenca_3.png Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, равен: sili_lorenca_4.png Подставляя в эту формулу выражение для силы тока I, получаем: sili_lorenca_5.png где N = n·S·Δl − число заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Следовательно, на каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, равная: sili_lorenca_6.png где α - угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам магнитной индукции и скорости упорядоченного движения заряженных частиц. Ее направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера. Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работы. Согласно теореме о кинетической энергии это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости не меняется. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы. Сила трения. Сила трения. Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя. Сила трения покоя Fтрравна по модулю внешней силе F, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению: sila_treniya_1.png Прикрепим динамометр к бруску и заставим брусок двигаться равномерно по горизонтальной поверхности стола. Во время равномерного движения бруска динамометр показывает, что на брусок со стороны пружины действует постоянная сила упругости Fупр. При равномерном движении бруска равнодействующая всех сил равна нулю. Следовательно, кроме силы упругости, во время равномерного движения на брусок действует сила, равная по модулю силе упругости, но направленная в противоположную сторону. Эта сила называется силой трения скольжения Fтр. Вектор силы трения скольжения Fтр всегда направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно соприкасающегося с ним тела. Поэтому действие силы трения скольжения всегда приводит к уменьшению модуля относительной скорости тел. Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел. Последние обусловлены взаимодействием электрических зарядов, которыми обладают частицы, входящие в состав атомов. На основании опытов можно сделать вывод, что максимальное значение модуля силы трения покоя прямо пропорционально силе давления. Взаимодействие тела и опоры вызывает деформацию и тела, и опоры. Силу упругости N, возникающую в результате деформации опоры и действующую на тело, называют силой реакции опоры. sila_treniya_2.png По третьему закону Ньютона сила давления и сила реакции опоры равны по модулю и противоположны по направлению. Поэтому предыдущий вывод можно сформулировать так: модуль максимальной силы трения покоя пропорционален силе реакции опоры: sila_treniya_3.png Греческой буквой μ (мю) обозначен коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Модуль силы трения скольжения Fтр, как и модуль максимальной силы трения покоя, пропорционален модулю силы реакции опоры: sila_treniya_4.png Максимальное значение силы трения покоя примерно равно силе трения скольжения, приближенно равны также коэффициенты трения покоя и скольжения. Силы трения возникают так же и при качении тела. При одинаковой нагрузке сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Поэтому для уменьшения сил трения в технике применяются колеса, шариковые и роликовые подшипники. Сила тяготения Сила тяготения (тяжести) − сила взаимного притяжения, действующая между всеми материальными телами. В 1682 году Ньютон открыл закон всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: sila_tagoteniya_1.png Закон всемирного тяготения в такой форме может быть использован для вычисления сил взаимодействия между телами любой формы, если размеры тел значительно меньше расстояния между ними. Для однородных шарообразных (точечных) тел закон всемирного тяготения в данной форме применим при любых расстояниях между телами. За расстояние R между телами в этом случае принимается расстояние между центрами шаров. Силы всемирного тяготения также называют гравитационными силами, а коэффициент пропорциональности G в законе всемирного тяготения называют гравитационной постоянной. Численное значение которой G = 6,67428 × 10-11 Н·м2·кг-2. Сила тяжести Сила тяжести (тяготения). Притяжение существует не только между Землей и телами, находящимися на ней. Притягиваются между собой Луна и Земля. Притяжение Земли к Луне вызывает приливы и отливы воды. Огромные массы воды поднимаются в океанах и морях дважды в сутки на много метров. Притяжение всех тел Вселенной друг к другу называется всемирным тяготением. Английский ученый Исаак Ньютон первым доказал и установил закон всемирного тяготения. Согласно этому закону, силы притяжения между телами тем больше, чем больше массы этих тел. Силы притяжения между телами уменьшаются, если увеличивается расстояние между ними. Для всех живущих на Земле особенно важное значение имеет сила притяжения тел к Земле. Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. Сила тяжести обозначается буквой F с индексом: Fтяж. Она всегда направлена вертикально вниз. Сила тяжести прямо пропорциональна массе этого тела. Сила упругости Сила упругости − это сила, возникающая в результате деформации тела и стремящаяся восстановить прежние размеры и форму тела. Обозначается как Fу. sila_uprugosti_1.png Связь между силой упругости и упругой деформацией тела была установлена английским физиком Гуком. По закону Гука, sila_uprugosti_2.png где k − коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров и материала тела, называемый в законе Гука жесткостью и измеряется в Н/м; x − удлинение (деформация) тела. Скорость Скорость − величина, определяющая изменение положения объекта (тела) со временем; характеристика движения, равная отношению пройденного пути ко времени, в течение которого это произошло. Термин применяется также для характеристики изменения во времени различных процессов (напр., химических процессов, рекомбинации, релаксации). Скорость звука Скорость звука − скорость распространения звуковых волн в среде. В газах скорость звука меньше, чем в жидкостях. В жидкостях скорость звука меньше, чем в твердых телах. В воздухе при нормальных условиях скорость звука составляет 330 м/с. Скорость света в вакууме Скорость света в вакууме − абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике обозначается латинской буквой c. Скорость света в вакууме − фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта. По определению она составляет ровно 299 792 458 м/с (приближенное значение 300 тыс. км/c). Согласно специальной теории относительности, является максимальной скоростью для распространения любых физических взаимодействий, передающих энергию и информацию. Впервые скорость света определил в 1676 О. К. Рёмер по изменению промежутков времени между затмениями спутников Юпитера. В 1728 её определил Дж. Брадлей, исходя из своих наблюдений аберрации света звёзд. В 1849 А. И. Л. Физо первым измерил скорость света по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы); т. к. показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, то наземные измерения дают величину, весьма близкую к c. В опыте Физо пучок света от источника S, отражённый полупрозрачным зеркалом, периодически прерывался вращающимся зубчатым диском, проходил базу (около 8 км) и, отразившись от зеркала, возвращался к диску. Попадая на зубец, свет не достигал наблюдателя, а попавший в промежуток между зубцами свет можно было наблюдать через окулярЕ. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил значение с = 313300 км/с. В 1862 Ж. Б. Л. Фуко реализовал высказанную в 1838 идею Д. Араго, применив вместо зубчатого диска быстровращающееся (512 об/с) зеркало. Отражаясь от зеркала, пучок света направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на это же зеркало, успевшее повернуться на некоторый малый угол. При базе всего в 20 м Фуко нашёл, что скорость света равна 29800080 ± 500 км/с. Схемы и основные идеи опытов Физо и Фуко были многократно использованы в последующих работах по определению c. Полученное А. Майкельсоном в 1926 значение с = 299796 ± 4 км/с было тогда самым точным и вошло в таблицы физических величин. Степени свободы Степени свободы − число независимых координат, которые полностью определяют положение тел в пространстве. Строение атома. Строение атома. Открытие сложного строения атома − важнейший этап становления современной физики, наложивший отпечаток на все ее дальнейшее развитие. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные спектры, были открыты новые законы движения микрочастиц − законы квантовой механики. Хотя слово атом в первоначальном значении − частица, которая не делится на меньшие части, согласно научным представлениям он состоит из более мелких частиц, которые называют субатомными частицами. Атом состоит из электронов, протонов, все атомы, кроме водорода-1, содержат также нейтроны. Первая модель атома была предложена английским физиком Дж. Дж. Томсоном, открывшим электрон. По мысли Томсона, положительный заряд атома занимает весь объем атома и распределен в этом объеме с постоянной плотностью. Простейший атом – атом водорода − представляет собой положительно заряженный шар радиусом около 10-8 см, внутри которого находится электрон. У более сложных атомов в положительно заряженном шаре находятся несколько электронов. Однако модель Томсона оказалась в полном противоречии с известными уже к тому времени свойствами атома, главным из которых является устойчивость. Масса электронов в несколько тысяч раз меньше массы атомов. Так как атом в целом нейтрален, то, следовательно, основная масса атома приходится на его положительно заряженную часть. Для экспериментального исследования распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Эрнест Резерфорд предложил в 1906 г. применить зондирование атома с помощью α-частиц. Эти частица возникают при распаде радия и некоторых других элементов. Их масса примерно в 8000 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен по модулю удвоенному заряду электрона. Это не что иное, как полностью ионизированные атомы гелия. Скорость α-частиц очень велика: они составляет 1/15 скорости света. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов. Электроны вследствие своей малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Рассеяние (изменение направления движения) α-частиц может вызвать только положительно заряженная часть атома. Таким образом, по рассеянию α-частиц можно определить характер распределения положительного заряда и массы внутри атома. Модифицируя экспериментальную установку, Резерфорд попытался обнаружить отклонение α-частиц на бо́льшие углы. Для этого он окружил фольгу сцинтилляционными экранами и определил число вспышек на каждом экране. Совершенно неожиданно оказалось, что небольшое число α-частиц (примерно одно из двух тысяч) отклонилось на углы, большие 90°. Позднее Резерфорд признался, что, предложив своим ученикам провести эксперимент по наблюдению за рассеянием α-частиц на бо́льшие углы, он сам не верил в положительный результат. «Это почти столь же невероятно, − говорил Резерфорд, − как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанес вам удар». Струны Струны − в космофизике линейная область проявления фундаментального поля, вдоль которой локализуются свойства этого поля. Космические струны − невидимые образования, связанные с элементарными частицами. Частицам сопоставляются колебания одномерных (бесконечно длинных) струн, размещенных в многомерном пространстве. Суперструны считаются подвижными нитями, возникшими при образовании Вселенной и искривляющими пространства вокруг себя. Они могут образовывать петли и клубки, которые создают сильное гравитационное притяжение. В пространстве играют роль гравитационных линз, поэтому их можно обнаружить по искривлению пространства или по гравитационным волнам, которые они испускают. Суперструны экспериментально не обнаружены. Струнная теория частиц или теория суперструн − одна из современных теорий возникновения, эволюции и объяснения строения Вселенной. В основе таких теорий не элементы объемов (частиц), а элементы движения. Суперпозиция Суперпозиция − наложение независимых событий, состояний, явлений. Т Температура Температура (лат. temperatura − надлежащее смешение, нормальное состояние) − физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в равновесии, то между ее частями, имеющими различную температуру, происходит теплообмен. В равновесных условиях температура пропорциональна средней кинетической энергии составляющих систему частиц (молекул, ионов, атомов и т. д.). Измеряют температуру термометрами на основе зависимости какого-либо свойства тела (электрического сопротивления, объема и т. д.) от температуры. Самым точным практическим термометром является платиновый термометр сопротивления. Единица температуры в СИ – Кельвин (К). Обозначение: Т. Также температуру измеряют в градусах Цельсия (C) и обозначают буквой t. Напомним, что 0 K = -273.15 °C. Для каждого вещества при нормальном давлении существуют характерные значения температуры (точки кипения, плавления, замерзания и т.д.), при которых в веществе происходят фазовые переходы. Теорема Пригожина Теорема Пригожина (теорема о минимуме производства энтропии, также принцип Гленсдорфа-Пригожина) − производство энтропии в системе, находящейся в стационарном, достаточно близком к равновесию состоянии, минимально. Теория относительности Теория относительности − физическая теория, рассматривающая пространственно-временные закономерности, справедливые для любых физических процессов. Наиболее общая теория пространства-времени называется общей теорией относительности (ОТО) или теорией тяготения, т.к. согласно этой теории свойства пространства-времени в данной области определяются действующими в ней полями тяготения. В специальной теории относительности (СТО), основы которой были даны А. Эйнштейном в 1905 г., изучаются свойства пространства-времени с той точностью, с которой можно пренебречь тяготением. Исторически построение ОТО было завершено в 1915 г. Теплообмен Теплообмен − это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом. Теплообмен всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. Когда температуры тел выравниваются, теплообмен прекращается. Теплообмен может осуществляться тремя способами: теплопроводностью; конвекцией; излучением. Теплопроводность Теплопроводность − явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы − она у них в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды. При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку. Нагревание кастрюли на электрической плитке происходит через теплопроводность. Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом. Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью. Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность. Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем. Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь. Теплопроводность у различных веществ различна. Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность − это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может. Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения. |