Характеристики механического движения. Различные виды движения

Казалось бы, термин «механическое движение» говорит сам за себя. Предмет был в одной точке, а через некоторое время оказался в другой - вот и произошло перемещение. Однако не все так просто. За термином, приведенным выше, скрывается более глубокий смысл.

Перемещение из точки в точку происходит не мгновенно, а в течение И не просто сразу из точки А в точку Б, а по какой-то линии. Линия движения тела называется траекторией, а ее длина - пройденным путем. Описать поведение тела и его траекторию зачастую довольно-таки сложная задача. Но если воспользоваться представлением положения тела в пространстве с помощью координат и времени, это будет уже закон движения.

Теперь возникает следующий вопрос - а как же осуществляется механическое движение? В случае, когда все точки объекта движутся одинаково, оно будет поступательным. Если же при своем перемещении точки тела располагаются на окружности, то перемещение будет вращательным. Вот у нас уже есть характеристика механического движения, и не одна.

В задачу физики входит не только описание самого процесса движения, но и прогнозирование того, где окажется тело в заданный момент времени. Однако чтобы воспользоваться для этого законом движения и его характеристиками, нам нужно найти исходную точку, относительно которой будут выполняться все расчеты. После того как она будет определена, у нас получится полная система отсчета, в которой можно описать любое механическое движение.

Перемещение происходит относительно начальной точки системы координат или, по-другому, системы отсчета. Точку начала координат можно выбрать произвольно, и при изменении точки отсчета описание движения может получиться другим. Таким образом, мы определили, что механическое движение относительно. относительности было сформулировано еще Галилеем.

Для того чтобы количественно описать весь процесс перемещения, нам осталось ввести еще такое понятие, как скорость. Под ней при понимается отношение совершенного перемещения и времени, затраченного на это перемещение. В случае, когда скорость не меняется по направлению и своему значению, движение будет равномерным и прямолинейным. Если это требование не выполняется - движение будет неравномерным.

Значение скорости движения - величина тоже относительная, да и зависит от его направления, т.е. это Если поезд перемещается относительно поверхности Земли со скоростью V1 и в нем по направлению движения поезда идет пассажир со скоростью V2, то по отношению к Земле пассажир будет двигаться со скоростью V1+V2. А вот если он будет перемещаться против движения поезда, то по отношению к Земле он будет двигаться со скоростью V1 - V2.

Чтобы закончить описание движения, необходимо привести единицы измерения используемых характеристик. Время измеряется в секундах, пройденный путь - в метрах, ну а скорость, соответственно, в метрах в секунду.

Выше рассмотрено понятие механического движения с точки зрения физики. Однако такое понятие встречается и в других науках. Так, понятием «механическое движение населения» оперирует Другое название этого термина - миграция. Она подразумевает перемещение людей через отдельные территории (страны, республики, районы), и такое перемещение связанно с изменением места жительства.

В материале рассмотрено такое понятие, как механическое движение, и дано описание его характеристик. Определены свойства движения - траектория, скорость, пройденный путь - и дано общее представление об Также указано на использование аналогичного понятия в других науках.

Простейшая форма движения - это, как известно, механическое движение Оно состоит в изменении положения тела (или его частей) в пространстве и во времени и подразделяется на четыре вида: поступательное , вращательное , колебательное и волновое.

Все эти виды движения можно отнести к любым движениям-изменениям, если соответствующую траекторию и характер движения рассматривать как закон изменения состояния при линейных и нелинейных процессах.

Однако ни одного из этих видов движения-изменения в абсолютно чистом виде в реальном мире не обнаружено. Но любое движение-изменение может быть представлено как наложение двух основных видов движения (изменения) - поступательного (линейного) и вращательного (циклического), а на бесконечно малом промежутке пространства-времени любое движение можно считать прямолинейным и равномерным.

При поступательном движении траектории точек тела являются одинаковыми и прямыми (линейные процессы), а вращательном - окружностями или дугами окружностей с общей осью (круговые, циклические процессы). При колебательном - тело периодически смещается относительно некоторого положения - положения равновесия то в одну, то в другую сторону (периодические процессы), а при волновом эти колебания распространяются в пространстве и времени. В общем случае, реальные движения и процессы являются колебательными (повторяющимися), в конечном итоге, - волновыми , а все остальные виды движения-изменения - это всего лишь их частные случаи. Поэтому рассмотрим колебания и волны более подробно.

Колебания и волны

Колебания , движения (изменения состояния), обладающие той или иной степенью повторяемости.

В зависимости от формы различают синусоидальные, ступенчатые, пилообразные, рис.2.1 (поз.1), и многие другие колебания.

По характеру зависимости от времени различают непериодические и периодические колебания, включая простейшие, гармонические, малые отклонения от положения равновесия, происходящие по закону синуса (косинуса), рис. 2.1 (поз.1, верхний слева). К ним относятся колебания механического маятника, разряд конденсатора, изгиб колонны под действием вертикальной нагрузки критической величины. При наличии сопротивления среды эти колебания являются затухающими, рис. 2.1 (поз.1, нижний справа). Однако абсолютно чистых гармонических колебаний в реальном мире не обнаружено, но любой негармонический колебательный процесс можно представить как результат сложения некоторого числа гармонических колебаний.

Известно , что при сложении гармонических колебаний, имеющих одну и ту же частоту, получаются колебания той же частоты. При сложении колебаний одинаковой частоты и с одинаковой фазой в сумме получится колебание с той же фазой, амплитуда которого равна сумме амплитуд слагаемых, а с противоположной фазой - их разности. Если колебания, то гасят, то усиливают друг друга, то это называется интерференцией, при этом может оказаться, что точка, освещенная двумя источниками, окажется неосвещенной. Два света дадут в сумме тьму, что, возможно, отражено в поговорке: «У двух нянек дитя без глаза ». При сложении колебаний разной частоты получаются несинусоидальные колебания. Если слагаемые частоты близки друг к другу, то получившееся колебание имеет вид как бы синусоидального колебания с частотой равной их полусумме, амплитуда которого с частотой медленно меняется. Это явление называется биениями .

Человек может не воспринимать, например, частоту мигания лампочки, питаемой переменным током, но если ее подключить одновременно к двум источникам, имеющим близкую частоту колебаний, то изменение яркости за счет биений может стать заметным. Возникают биения и на винтовом корабле, если винты имеют близкие, но различные периоды вращения, что, иногда приводит к весьма нежелательным последствиям. Приливы и отливы также испытывают биения, так как период приливов и отливов, вызываемых Солнцем (12 часов), не совсем точно совпадает с периодом приливов и отливов, вызываемых Луной (12ч 25 минут). Самая большая и самая малая высота приливов наблюдается, как известно, в том случае, когда Солнце и Луна находятся на одной линии с Землей, но соответственно с одной или с разных от нее сторон. Если на одной линии (в одной «фазе») находится большинство планет Солнечной системы («парад» планет), то это также должно оказать сильное влияние на те или иные процессы, происходящие в нашей Солнечной системе, включая Землю. Возможно, что именно с этим связаны многие природные катаклизмы частота и «амплитуда» которых увеличилась вблизи и во время «парада» планет. Усилением процессов, происходящих с одинаковой частотой и биениями, возникающими из-за близости рабочих диапазонов частот, можно объяснить то, что не рекомендуются браки между близкими родственниками, и то, что запрещено людоедство, как, впрочем, не особо распространено и поедание себе подобных особей в животном мире. По этой же причине, возможно, некоторыми религиями запрещается или ограничивается поедание своих «меньших братьев», особенно свиней, которые, как выяснилось, по своей биологической совместимости наиболее близки к человеку.

По характеру физических процессов различают механические и электромагнитные колебания, а так же их комбинации, например, колебания в плазме. Механические колебания - это колебания маятника, моста, корабля на воде, струны и т. д. К ним относятся колебания плотности и давления воздуха, распространяющиеся в виде волн звукового диапазона. Электромагнитные колебания - это колебания напряженности электрических и магнитных полей, возбуждаемых в колебательном контуре, объемном или открытом резонаторе и др., распространяющиеся в виде волн в пространстве, в волноводах и др.

Колебания, как известно, бывают вынужденными и собственными. Вынужденные колебания - это колебания, происходящие под воздействием внешних переменных сил: ветер колеблет траву, ветки деревьев и водную поверхность, землетрясение - поверхность земли, свет - электроны в атомах вещества. Если внешняя сила меняется периодически, например, по синусоидальному закону, то частота вынужденных колебаний обычно совпадает с частотой вынуждающей силы. Однако любая колебательная система обладает и собственными частотами колебаний (одной или несколькими), присущими данной конкретной системе в соответствии с ее параметрами.

Теория колебаний совершенно разных колебательных процессов, как известно, общая. Их описание на языке математики не отличается друг от друга. Основные положения этой теории следующие. Простейшие колебания, гармонические , являются синусоидальными. Колебания можно усилить , т. е. увеличить амплитуду (мощность). Их можно модулировать по фазе, частоте или амплитуде, заставляя фазу, частоту или амплитуду меняться в соответствии с изменениями передаваемого сигнала, а также демодулировать - выделить из модулированного колебания тот закон, по которому оно было промодулировано. Колебания можно преобразовать , повысив или понизив частоту колебаний, а также совершать в резонанс , используя его для их усиления.

Явление резонанса, как известно, наблюдается и используется в физике, химии, биологии. Без его учета нельзя проектировать мосты и гавани, строить дома и самолеты, предупреждая возникновение нежелательного резонанса. Без использования желательного резонанса нельзя конструировать радиоприемники и телевизоры, музыкальные инструменты и многое-многое другое. Поэтому это явление будет рассмотрено более подробно.

Волны , возмущения, распространяющиеся с конечной скоростью в пространстве и несущие с собой энергию без переноса вещества , наиболее часто встречаются упругие волны (например, звуковые, волны на поверхности жидкости) и электромагнитные . Волна , колебательное движение в физической среде, а также распространение этого движения .

Из определений следует, что волны это многократно повторяющиеся колебания, образованные при «дрожании» тел, распространяющиеся в физической среде. Характерным признаком волны считается перенос энергии без переноса вещества, т. е. перенос действия и обмен скоростями без переноса массы.

Переносит или не переносит волна вещество - это вопрос спорный. При любом движении, связанным с изменением скорости или направления движения, от любого движущего тела отделяются его малые структурные элементы - «брызги», которые в зависимости от их размера и скорости можно считать или частицами вещества, или частицами поля - частонами. Дальнейшее движение этих частиц зависит от набранной ими скорости. Поэтому, строго говоря, волна не переносит основную вещественную массу, но «разбрызгивает» поля.

По определению, вещество - это то, что обладает массой покоя. Но масса, согласно Эйнштейну, это законсервированная энергия. Физической средой как уже было сказано, является и вакуум, в котором мало вещественных частиц , но множество различных видов излучения, включая электромагнитные волны разной длины. Носителями волн являются мельчайшие частицы поля , например, для электромагнитных волн - это фотоны. Они, как считают, не обладают массой покоя, но… , возможно, их просто еще не научились взвешивать.

Исходя из сказанного выше, волна - это колеблющиеся (изменяющие свое состояние) в пространстве-времени частицы вещества и поля, взаимодействующие между собой путем последовательной передачи энергии определенного действия.

Колебание - это отклонение отдельной частицы (квазичастицы) от положения равновесия, а волна - это результат согласованных действий (взаимодействий) коллектива частиц. Таким образом, колебания переносят массу , а волны переносят действие . Или: колебания - это повторения одних и тех же действий одним и тем же индивидуумом, а волна - это повторение одних и тех же действий разными индивидуумами, т. е. коллективные действия. Примером колебательного движения могут служить колебательные движения, повторяемые одним и тем же человеком, а волнового - «волны», создаваемые участниками олимпиад, благодаря последовательному повторению одних и тех же движений разными ее участниками .

По ориентации возмущений относительно направления распространения различают продольные волны и поперечные. В продольных волнах смещение частиц ориентировано вдоль направления распространения, а в поперечных - поперек (перпендикулярно). Фазовая скорость распространения продольных и поперечных волн сильно зависит от свойств среды. В твердых телах могут распространяться упругиепродольные и поперечные волны. В жидкостях и газах - упругие продольные. В плазме - все виды волн. Электромагнитные волны являются поперечными и могут распространяться и в твердых телах, и в жидкостях, и в газах, и в плазме.

Движение частиц продольной волны можно сравнить с движением автомобилей по прямой дороге, которые у светофоров образуют «уплотнения», а между ними - «разреженности». Поперечной - с парусниками, идущими галсами, или с автомобилем, поднимающимся на вершину горы по серпантину, но не круговому.

По физической природе различают упругие (механические) волны и электромагнитные (радиоволны, тепловое, оптическое, рентгеновское и гамма-излучение).

Упругие волны , механические возмущения, распространяющиеся в упругой (твердой, жидкой или газообразной) среде. Они возникают при колебаниях твердых тел - взрывах, землетрясениях; звук также является упругой волной.

Упругие волны, как следует из определения, возбуждаются колеблющимися телами, воздействующими на среду , которая является носителем упругих волн. Частицы среды, способные перемещаться под действием волны, меньше ее длины, а параметры волны сильно зависят от свойств среды. Упругие волны, как и любые другие, бывают гармоническими (синусоидальными) и негармоническими. Они могут быть также плоскими, сферическими и цилиндрическими. Наиболее распространенным видом упругих волн являются звуковые волны. Любое тело, колеблющееся с определенной частотой в воздушной среде, вызывает попеременное уплотнение и разрежение воздуха - звуковую волну. Эта волна аналогична волне на воде, когда перемещения вещества в пространстве на большие расстояния не происходит. Основная часть частиц, составляющих каждую отдельную волну, колеблется в пределах всего одной длины волны. Двигаясь туда и обратно, они изменяют плотность среды (давление). Расстояние, на котором происходит полный цикл изменения давления, называется длиной волны. Упругие волны можно рассматривать как передачу одного и того же (или подобного действия) от одной волны к другой, когда каждая последующая волна, колеблясь (изменяясь), «толкает» предыдущую и возвращается на прежнее место, освобождая пространство-время для «отката» назад предыдущей волны при ее колебании.

Электромагнитные волны - это электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. В однородных изотропных средах направление напряженности электрических и магнитных полей перпендикулярны друг другу и направлению распространения, т.е. электромагнитная волна является поперечной, рис. 2.1 (поз.2, справа).

Электромагнитные волны наиболее изучены. Их основные свойства и законы в той или иной степени присущи всем остальным видам волн. Поэтому они представляют для нас наибольший интерес. Исходя из общепринятых аналогов, эти волны можно рассматривать как последовательный распад одной волны на несколько волн меньшей энергии («плотности»), расположенных в перпендикулярной плоскости. Затем происходит последующий синтез нескольких волн, подобных первой, расположенных в первой плоскости, но менее «плотных», чем первая, и т. д. Механизм распространения электромагнитных волн иногда представляют в виде своего рода цепной реакции - цепи, рис. 2.1 (поз.2, слева), состоящей из нанизанных друг на друга электрических и магнитных замкнутых контуров. Электрический контур создает множество магнитных замкнутых контуров, а те, в свою очередь, создают множество электрических. И эти контуры развернуты относительно друг друга на 90 градусов. Носителями (или поочередными возбудителями) электромагнитных волн являются сами волны, но разного вида: магнитные и электрические. Электрическая волна Е «несет» (возбуждает) магнитную волну Н , а магнитная - электрическую, и т. д.

Электромагнитные волны можно рассматривать и как поочередный распад и синтез частиц-волн - разложение на подобные, но менее плотные «модели», и их распространение за счет последовательного и поочередного преобразования собственной формы: «выпуклости» в «вогнутость» и обратно, которые всегда расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Таким образом, упругие волны изменяют (формируют) среду, а их распространение, как известно, зависит от упругих свойств среды. Электромагнитные волны изменяют сами себя, а их распространение, как известно, зависит от пропускной способности (проницаемости) среды. Поэтому первые с большей скоростью и меньшим затуханием распространяются в упругих средах, а вторые - в прозрачных для них.

Общие характеристики всех видов волн - это частота колебаний, период колебаний, фаза , фазовая скорость , длина волны .

Частота колебаний , число колебаний в секунду.

Период колебаний , промежуток времени , через который колеблющаяся система возвращается к исходному состоянию. Период колебаний - величина обратная частоте колебаний.

Период (в общем случае) , промежуток времени , охватывающий какой-либо законченный процесс.

Фаза , определенный момент в ходе развития какого-либо процесса (общественного, геологического, физического и т. д.). В физике и технике особенно важна фаза колебаний - состояние колебательного процесса в определенный момент времени (фаза гармонического колебания, фаза переменного тока и т. д.).

Фазовая скорость , скорость, с которой перемещается в пространстве фаза плоской монохроматической волны.

Длина волны , расстояние между двумя ближайшими точками гармонической волны, находящимися в одинаковой фазе. Длина волны равна произведению фазовой скорости на период колебания .

Волна (физическая), в общем случае , - это изменяющееся во времени, т. е. движущееся, пространственное чередование максимумом и минимумов любой физической величины. Длина волны - это расстояние (промежуток пространства) между двумя ближайшими максимумами или минимумами любой физической величины, рис. 2.1 (поз.3). Во времени длине волны соответствует промежуток времени, равный полному периоду колебания. Поэтому, например, можно говорить об усиливающихся и затухающих волнах рождаемости, включая «эхо» войны, вызванное тотальным уменьшением численности мужского населения.

Волны бегущие, стоячие и свободные характеризуются степенью энергетического взаимодействия с окружающей средой.

Бегущая волна , волна, которая при распространении в среде переносит энергию (в отличие от стоячей волны, которая энергию не переносит).

Стоячие волны , колебания в распределенных колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды, возникающие в результате отражения бегущих (синусоидальных) волн от границ системы и наложения падающих и отраженных волн. Стоячая волна не переносит энергию .

Свободные волны (в пределе), волны, распространяющиеся в абсолютно прозрачной для них среде, ни с чем не взаимодействующие. Однако таких волн и сред в реальном мире не обнаружено.

Из определений следует, что основное отличие бегущей волны от стоячей заключается в том, что первая переносит энергию, а вторая - не переносит . Бегущая волна представляет собой открытую систему, рис. 2.1 (поз.4), а стоячая - замкнутую , рис. 2.1 (поз.5). Бегущие , связанные со средой, волны при распространении обмениваются с ней энергией, отдавая ее среде или поглощая ее из среды, уменьшая или увеличивая при этом свою внутреннюю энергию (амплитуду), как правило, по логарифмическому закону. Стоячие волны никуда не «бегут» и со средой энергией не обмениваются. Они как бы стоят на месте в замкнутом пространстве, размер которого кратен половине длины бегущей волны, проявляя себя в большей степени как замкнутые частицы. Стоячая волна - это как бы сложенная в два раза бегущая волна, второй полупериод которой «побежал» в обратную сторону. Поэтому длина стоячей волны равна половине длины соответствующей бегущей волны.

Стоячую волну можно рассматривать как замкнутую саму на себя, подобно змее, ухватившей себя за хвост, бегущую волну. Любая стоячая волна состоит из двух симметрично расположенных половинок бегущей волны и число этих «половинок» всегда должно быть четным. Бегущая волна, в свою очередь, - это как бы развернутая стоячая волна. Стоячая волна знаменует собой симметрию , четность , а бегущая - асимметрию , допускающую нечетность . Возможно, что отсюда и идет традиция дарить живым нечетное количество цветов, а мертвым - четное.

В режиме стоячей волны система, в принципе, может функционировать сколь угодно долго, так как она подобно идеально замкнутой системе практически не взаимодействует с внешней средой. Однако абсолютно замкнутых систем в реальном мире не обнаружено. Свободные , «истинно» свободные, волны, как и стоячие, не обмениваются энергией с внешней средой. И это то общее, что отличает их от бегущих волн. Поэтому свободные и стоячие волны в большей степени являются замкнутыми частицами , а не волнами. И хотя первые движутся , а вторые стоят на месте, но ни одни, ни другие сами непосредственно со средой не взаимодействуют. Поэтому они могут быть или являются «игрушкой» в чужих руках - сторонних сил. Свободные - «несутся» так и туда, как это определено внешним энергетическим потоком («временем»). Стоячие - «стоят» так, как «приказано» «пространством». В обоих случаях - это не свободная жизнь, а выполнение чужой воли. И только обмен энергиями дает частице-волне возможность раскрыть свои способности и проявить себя в коллективе с образующими ее частицами как «живая», бегущая, волна.

К счастью, ни абсолютно замкнутых (стоячих), ни абсолютно свободных волн в природе не обнаружено. Стоячая волна - это неподвижность, застой, она знаменует собой покой по отношению к внешней среде, хотя внутри ее могут бушевать «страсти» - преобразование кинетической энергии в потенциальную, и наоборот. Но это преобразование идет по замкнутому циклу. Все это присуще любой замкнутой системе или пассивной частице.

Возможно, что каждый элемент мироздания в определенной фазе своего существования должен замкнуться. Тогда он превращается в стоячую волну - пассивную частицу, покоящуюся или движущуюся под действием внешних сил. В другой фазе он должен открыться и превратиться в бегущую (взаимодействующую) волну - активную частицу, которая способна «бежать» сама, активно обмениваясь энергией с окружающей средой.

Излучение волн из замкнутого пространства, несмотря на существование в нем стоячих волн, как известно, практически (но не абсолютно) отсутствует. В квантовой теории таким «замкнутым » областям соответствуют так называемые потенциальные «ямы», в которых укладывается целое число волн де-Бройля, отождествляемых со стоячими волнами. Если режим стоячей волны соответствует частице-волне в состоянии покоя, когда она выступает как частица, а режим бегущей - процессу действия (испускания), когда она проявляет себя как волна, то переход стоячей частицы-волны в бегущую волну-частицу возможен только скачкообразно . При выходе из «ямы» или переходе из одной «ямы» в другую стоячая частица-волна должна «ожить» - развернуться в бегущую волну-частицу, «пробежать» расстояние между «ямами» и, поглотив или излучив при этом энергию, снова превратиться в стоячую волну, но уже другой длины, кратной размеру новой «ямы».

Общие свойства всех видов волн - это, как известно, интерференция , дифракция , дисперсия .

Основное свойство интерференции - способность «родственных » волн (волн с равной или близкой амплитудой и длиной волны, одинаковой фазой или постоянной разностью фаз), излучаемых разными источниками, усиливаться и гаситься , благодаря перераспределению энергии. В общем случае, устраивать из жизни «зебру» полосатую. Интерференция может быть и результатом сложения волн, возбужденных одним и тем же источником, например, прямой и отраженной волны.

Основное свойство дифракции - способность волн за счет коллективных действий частиц, образующих волну, огибать препятствия - преодолевать «потенциальные барьеры », размеры которых соизмеримы с ее длиной, т. е. являются преодолимыми. При этом каждое препятствие является источником новых волн.

Основное свойство дисперсии - зависимость фазовой скорости при взаимодействии со средой от длины волны. Можно сказать, что дисперсия - это выбор каждой волной наиболее «легкого» пути . В однородной среде - это самый короткий путь, в неоднородной - путь наименьшего сопротивления, где среда для данной волны будет иметь наименьшую «плотность». Для разных волн этот путь будет разным, поэтому разной будет и фазовая скорость. В результате «бегуны» либо выберут разные дорожки и «прибегут» в разные места, либо придут к «финишу» в разное время, что позволяет разложить коллектив волн на отдельные составляющие, либо в пространстве, либо во времени.

Явления, возникающие при переходе волн из одной среды в другую , - это, как известно, отражение , преломление , поглощение и пропускание (свободное прохождение). Эти явления зависят от свойств среды, в частности, от расстояния между образующими ее элементами - «просветов», определяющих пропускную способность (прозрачность или непрозрачность) данной среды для волн той или иной длины. Если «просветы» меньше длины волны, то среда способна их отражать , если соизмеримы , то поглощать , если больше , то пропускать . Строго говоря, пропускная способность среды зависит не только от плотности расположения элементов, но и от их способности перемещаться, и от скорости перемещения, так как плотность может быть не только статической , но и «динамической ».

Непрозрачное препятствие можно создать как из покоящихся частиц, расположенных с определенной плотностью, так и из значительного меньшего их количества (и даже одной), но быстро колеблющихся туда и сюда перпендикулярно направлению движения той энергии, прохождению которой они препятствуют. Поэтому более правильно говорить о пространственно-временной пропускной способности среды. Кроме того, пропускная способность зависит от ориентации (поляризации) волн относительно «просветов».

Отражение - это возвращение энергии (частиц-волн) при падении волны на границу раздела двух сред «обратно » в ту же среду - к «автору», если «просветы» меньше длины волны и среда является непрозрачной. И не просто возвращение, а возвращение со «следами» взаимодействия (локационный эффект). Почти полное отражение возможно от среды, «просветы и неоднородности которой много меньше длины волны. Это же относится и к частицам, у которых в качестве длины волны может выступать их поперечный размер, так как явление отражения в той или иной форме присуще не только волнам, но и любым телам, включая растения, животных и человека.

Отражение (философское) , свойство материи, заключающееся в воспроизведении особенностей отражаемого объекта или процесса. В различных формах отражение присуще телам неорганической природы (например, след, произведенный воздействием одного предмета на другой), растениям и простейшим организмам (например, раздражимость), животным и человеку (психическое отражение как свойство высокоорганизованной материи). Высшая специфическая человеческая форма отражения - сознание.

Поглощение - это уменьшение энергии частиц-волн в результате взаимодействия с препятствиями - неоднородностями, расположенными на пути их распространения, и преобразованием в другие виды энергии - частицы-волны другого вида или длины (размера). При этом поглощаемая энергия превращается во внутреннюю энергию. Явление поглощения, как известно, присуще не только электромагнитным волнам, но и упругим, в частности, звуковым, и различным веществам, например, почве.

О поглотительной способности различных веществ, растений, животных и др., включая человека, у которого данная способность и в прямом, и переносном смысле иногда достигает чрезмерной величины, хорошо известно всем. Следовательно, явление поглощения - уменьшение энергии при распространении и переход ее в другие виды - присуще в основном тем частицам-волнам, размер которых соизмерим с взаимодействующими с ними неоднородностями среды.

Преломление - это изменение направления распространения частиц-волн при их переходе из одной среды в другую на границе раздела сред, отличающихся пропускной способностью («пропускной плотностью») для данного вида и длины волны. Для света «пропускная плотность» - это оптическая плотность. Изменение направления связано с «поиском» частицей-волной оптимального пути - наиболее короткого и (или) легкого. При переходе светового луча из менее плотной среды в более плотную среду преломленный луч, как известно, приближается к нормали . При переходе из более плотной среды в менее плотную среду он удаляется от нормали . Можно сказать, что в первом случае лучи как бы фокусируются, а во втором - рассеиваются.

Явление преломления можно объяснить тем, что фотоны или другие частицы, составляющие волну того или иного вида, оказавшись в менее плотной среде, не встречают препятствий на большем отрезке пути, чем в более плотной среде. Поэтому они способны удалиться от места проникновения на большее расстояние и направление их распространения удалится от нормали. И наоборот. Аналогичное «преломление» получается и при снегозадержании, когда в качестве препятствий выступают полосы зеленых насаждений. Эти полосы препятствуют перемещению снега под действием ветра и поэтому около них создаются сугробы снега, а вода после таяния этого снега уходит в землю непосредственно перед данной полосой. Следовательно, явление преломления - изменение направления распространения присуще всем частицам-волнам, переходящим из одной среды в другую, если прозрачность (пропускная способность) этих сред для частиц-волн данного типа различна.

Пропускание - это свободноепрохождение частиц-волн в проницаемой для них среде при отсутствии каких-либо взаимодействий - без преломления, поглощения и отражения. Оно возможно в такой среде, где «просветы» между образующими ее частицами, много больше проходящих через эту среду частиц-волн. Такая среда является для них «прозрачной ». Свободное прохождение, в принципе, присуще всем частицам-волнам, размер которых много меньше «просветов» среды.

Следует отметить, что в реальном мире при распространении известных нам частиц-волн только отражающих, только поглощающих, только преломляющих, только свободно пропускающих (абсолютно прозрачных) сред не обнаружено. Всегда проявляются все свойства среды, хотя одно из них может быть и определяющим , а другие выражены чрезвычайно слабо. Кроме того, одна и та же среда для частиц-волн разной величины имеет разную отражательную, поглотительную, преломляющую и пропускную способность.

Решето, «непрозрачное» для крупы, «прозрачно» для муки. Полотняное ситечко, «непрозрачное» для муки, «прозрачно» для воды, Теннисный мяч отражается теннисной сеткой, но может свободно пройти через футбольную. Световые волны отражаются от оптически плотной (непрозрачной для них) поверхности, но могут пройти через стекло и многие тонкие пленки. Сетчатое параболическое зеркало, непрозрачное для волн, длина которых много больше ячеек сетки, прозрачно для тех волн, длина которых значительно меньше их. В общем случае, и крупа, и мука, и вода, и мяч, и волны по указанным свойствам принципиально друг от друга не отличаются, так как все они - это просто сгустки энергии той или иной величины, формы и плотности.

Модуляция колебаний - это изменение частоты, фазы, амплитуды или других характеристик колебаний по заданному закону , медленное по сравнению с периодом этих колебаний. Различают частотную , амплитудную и фазовую модуляцию, которая используется для передачи информации с помощью электромагнитных волн. Переносчик сигнала в этом случае - синусоидальные колебания высокой (несущей ) частоты, амплитуда, частота или фаза которых модулируется (изменяется ) передаваемым сигналом.

Из определения следует, что модуляция - это изменение отдельных параметров волны. В конечном итоге, любая модуляция сводится к изменению частоты . Причем сигнал состоит как бы из двух функционально различных сигналов, рис. 2.1 (поз.6), - несущего , образованного частицами волнами определенного размера (длины), и модулирующего сигнала-программы, который, изменяя несущую частоту, формирует из нее частицы-волны большего размера (длины). Однако и немодулированная волна является носителем информации, хотя бы о существовании того, кто ее испустил.

Несущими могут быть частицы-волны любой длины, которые меньше длины модулирующих волн. Взаимодействие несущей и модулирующей волны может служить наглядным примером пространственно-временной спирали. Эту связь хорошо наблюдать на экране осциллографа, где короткая волна как бы колеблется вокруг траектории длинной волны (назовем ее основной, так как она является программной). Если мы растянем картинку так, что на экране останется лишь небольшой кусочек основной волны, то ее траектория превратится в прямую линию (невидимую ось) для более короткой волны. В этом случае короткая волна - «время» как бы колеблется вокруг прямой линии - «пространственной» оси. Из этого следует, что волна большей длины изменяет (модулирует) поступательное движение волн меньшей длины, является для них направляющей . А волна меньшей длины, колеблясь вокруг основной волны, заставляет ее колебаться вместе с собой перпендикулярно ее мгновенному направлению распространения. В результате волны взаимно навязывают друг другу собственные действия - собственные программы. Длинная волна - основное направление движения, а короткая - периодические отклонения от этого направления колебательного характера. Следовательно, «время» «искривляет» локальные промежутки «пространства». «Пространство» направляет ход «времени». Но оно является одновременно «временем» для «пространства» величины большего порядка.

Волны, несущие одну и ту же программу, могут быть разной длины. Поэтому одну и ту же программу мы можем принимать на разных диапазонах наших приемников. Способность принимать одни и те же программы на разных несущих волнах должна распространяться и на все СУЩЕЕ. В принципе любые волны, излучаемые любой Сущностью, являются несущими, а любое взаимодействие оставляет на них (и на самой Сущности) определенный след и является модуляцией (деформацией).

Гипотеза 2.5 : При любом взаимодействии на взаимодействующих сторонах остаются следы - изменения (деформация, модуляция), которые являются информацией о взаимодействии.

Вихрь как универсальный вид движения, траектория и форма

Вихревое движение , движение жидкости или газа , при котором их малые объемы перемещаются не только поступательно, но и вращаются вокруг некоторой мгновенной оси (например, смерчи, воронки в воде и т. д.).

Вихревое движение, как следует из определения, относят к жидкостям и газам. Однако вихревой функцией описывают магнитное поле, а в любом твердом теле с течением времени происходят различные движения-изменения, которые также напоминают вихревые, хотя и более медленные, чем в жидкостях и газах. Поэтому вихревое движение можно отнести не только к жидкостям и газам, но и к полям, и к твердым телам.

Если в твердом теле имеется винтовая (спиральная) дислокация, то молекулы при образовании кристалла, как известно, располагаются (двигаются) вдоль нее. В результате образуется кристалл, прочность которого в десятки (и более) раз превышает прочность обычного кристалла. Твердый панцирь многих моллюсков также представляет собой различного вида спирали - частные случаи вихря. Следовательно, при его образовании молекулы также двигались по спиральным траекториям. Поэтому указанные выше твердые тела можно считать «замороженными» вихрями.

Вихри могут быть как видимые, так и невидимые нами, как движущиеся, так и «замороженные». На рис. 2.2 показаны вихри разного вида , , : цепочка вихрей в потоке воды за цилиндром (поз.1); кольцевые структуры на поверхности Венеры (поз.2); участок фотосферы Солнца (поз.3); участок хромосферы над солнечным пятном (поз.4); образование ливневых куче-дождевых облаков в атмосфере Земли (поз.5); схема урагана, представляющего собой завихрения облаков (поз.6); струя воды, в которой может «плясать» и не падать шарик (поз.7); магнитный вихрь (поз.8) и его воздействие на железные опилки (поз.9), «застывший вихрь» панциря улитки (поз.10) и морской ракушки (поз.11).

Движение частиц внутри вихря складывается из вращательного движения частиц по индивидуальным траекториям - «виткам» вихря, которое можно рассматривать как движение индивидуумов во «времени», и поступательного вдоль его мгновенной оси, которое можно рассматривать как направление движения всего коллектива в «пространстве». И какими бы разными не были траектории движения отдельных элементов вихря во «времени», все они должны участвовать (если не хотят быть выброшенными за его пределы), в коллективном поступательном движении вдоль оси - в «пространстве», которое и является направляющим (главным).

Следует отметить, что поступательное движение вдоль оси вихря может, в свою очередь, переходить в криволинейное (в общем случае, вихревое) движение другого уровня, и создавать новые замкнутые формы. Например, это может быть тороид («бублик»), образованный «цилиндрическим вихрем».

Частными случаями вихревого движения является движение по разного вида спиралям и винтовым линиям, по окружности или ее части - кривой того или иного радиуса, и даже прямой (на бесконечно малом промежутке пространства-времени). Наиболее часто встречающимися упорядоченными случаями вихревого движения-изменения является движение по спиралям различного вида.

Движение по спирали складывается из вращательного движения вокруг точки и одновременного поступательного движения либо в плоскости вращения, либо перпендикулярно к ней. В первом случае образуется плоская спираль, во втором - цилиндрическая . Если поступательное движение одновременно происходит в обеих плоскостях, то может образоваться спираль конической , шаровой или другой более сложной формы, включая параболоидную и гиперболоидную . В общем (неупорядоченном) случае - это будут различного вида вихри спиралевидного вида.

Строго говоря, ни одного вида спирали или спиральной траектории в абсолютно чистом виде в реальном мире не обнаружено, так как фактически все СУЩЕЕ находится под воздействием множества самых разнообразных сил, вызывающих многочисленные отклонения (флюктуации) от основных форм и траекторий (основных законов изменения состояния). Однако основная траектория, как и множество составляющих ее траекторий отдельных индивидуумов, зачастую могут быть аппроксимированы различного вида спиралями или их частью.

Отклонения от основной траектории имеет и Земля, и все планеты Солнечной системы, и Солнце, и все космические объекты и образования. Подобные отклонения от основной («генеральной») линии мы постоянно наблюдаем и в нашей жизни (общественной и личной). Наблюдаем мы их и в процессе эволюции природы и общества. Именно они обеспечивают индивидуальность каждого ЕДИНСТВА вне зависимости от того, к какому виду энергии его можно отнести, и какую форму оно имеет.

Спираль, как известно, во всем своем многообразии представлена во Вселенной повсюду, включая космическое пространство. Это и солнечный ветер, и спиральные галактики, и многочисленные спиралевидные траектории, по которым движутся различные космические тела и окружающие их оболочки, как, впрочем, и разные слои, образующие эти тела.

Земля и некоторые другие уже изученные планеты, состоят, как известно, из нескольких оболочек (слоев) разной плотности , увеличивающейся по мере приближения к центральному ядру, имеющему максимальную плотность. Внешние оболочки, если они есть, вращаются вокруг своей планеты, образуя спираль . Также должна двигаться и кора Земли, включая материки, но только со значительно меньшей, чем внешние оболочки, скоростью. Спиральный характер имеет движение огромных облачных массивов при образовании циклонов. Их часто показывают в передаче «Прогноз погоды». Спиральной , вернее, вихревой является траектория движения вещества во время смерча и траектория движения воды в водоворотах, при кипении и во время слива воды из ванной через нижнее сливное отверстие. Двойная спираль ДНК, заключает в себе информацию о строении человека, начиная со строения его простейших клеток. Спиральным по форме является твердый панцирь многих моллюсков, о чем уже говорилось, как и об удивительных свойствах кристаллов, выращенных по спирали. Спиральной в некотором роде антенной , является атом любого вещества при поглощении и излучении им энергии. Тибетский и японский массаж и самомассаж включает множество круговых и спиральных движений. Многие из основополагающих законов, включая философские, можно свести в том или ином виде к «спиральной » трактовке. Движение по спирали характеризует процессы (изменения, развития, взаимодействия и т. д.) не только в пространстве, но и во времени. Любой колебательный (волновой, циклический) процесс, а именно такие процессы заложены в основу жизни нашей Вселенной, в конечном итоге, можно представить в виде движения по спирали того или иного вида или ее отрезку. Спираль широко используется человеком во всех сферах его деятельности, включая всем известный винт и шуруп (и отверстия под них) и обширнейший класс спиральных антенн. Спирали чрезвычайно просты конструктивно и являются результатом непрерывного движения точки (или тела) по той или иной поверхности или в соответствии с тем или иным законом. Поэтому их легко изготовить. Возможно, что именно поэтому они во всем своем многообразии представлены и Природой, и взяты на вооружение человеком не только в виде траектории движения или тела определенной формы, но и в виде законов изменения состояния. Более простые формы, траектории движения и законы изменения состояния в ограниченных промежутках пространства-времени можно рассматривать как части спиральных.

Винтовое движение , движение твердого тела, которое слагается из прямолинейного поступательного движения и вращения тела вокруг оси, параллельной скорости поступательного движения.

Винтовое движение, как следует из определения, относят к движению твердых тел, но струя воды и луч лазера, состоящий из плазмы, при большой скорости испускания образующих их частиц могут быть столь «твердыми», что способны резать «истинно» твердые тела. Поэтому твердость тела определяет не только плотность его массы, но и скорость испускания. Следовательно, винтовое движение можно отнести к любому телу и рассматривать не только его траекторию, но и те «остаточные» винтовые линии и винтовые поверхности , которые образуются при его движении и являются уже формой поля (линией, поверхностью или объемом), образованного отделившимися от тела частицами.

Сложные виды винтового движения - это движение по поверхности тел сложной формы или тел, имеющих не ось, а одну или две плоскости симметрии. Строго говоря, это будет уже не винтовое, а вихревое движение, в результате которого образуются самые разнообразные формы. Все эти формы встречаются и в природе, и в нашей повседневной жизни как в виде плоских и пространственных форм, так и в виде траекторий движения и характера взаимодействия (закона изменения состояния), заданного соответствующими математическими уравнениями. Несмотря на все их многообразие, основные свойства вихревого движения-изменения сохраняются.

Мы, как индивидуумы колеблемся взад и вперед вокруг своего жилища и места работы и одновременно вращаемся со всем «коллективом» Земли по окружности, описывая спиралеобразную (или циклоидообразную) траекторию и оставляя на ней свой полевой след из отделившихся от нас малых (иногда - и весьма существенных) частиц. Все точки планет (и их атмосфер), включая Землю, как индивидуумы вращаются вокруг оси по индивидуальным траекториям и одновременно движутся по планетарной эллиптической орбите, описывая спиралеобразную (или циклоидообразную) кривую и оставляя на ней свой полевой след. То же относится и к Солнцу, и к другим звездам, и ко всему, что одновременно движется и поступательно, и вращается.

Реальное упорядоченное движение частиц по спиралеобразным траекториям можно наблюдать на примере плотной атмосферы Венеры. На планетах-гигантах «витки» спирали похожи на ряд концентрических окружностей, к которым можно отнести и их кольца. На Земле из-за ее сравнительно разреженной атмосферы, «деформированной» неоднородностями земной поверхности, образуются локальные завихрения, рождая циклоны и антициклоны.

Атмосферы планет наглядно демонстрируют, что спирали являются и траекториями движения отдельных частиц, и формами, которые создают коллективы этих частиц при своем движении. В действительности, движение и человека, и планет, и звезд, и, в общем случае, любого ЕДИНСТВА является значительно более сложным, так как кроме основных движений они испытывают множество разных локальных отклонений (флюктуаций). Поэтому, строго говоря, оно всегда является вихревым .

Вихрь - это открытая дорога в даль , но прежде чем объяснить, как этой дорогой можно воспользоваться, вспомним одну древнюю легенду. Эта легенда гласит , что храбрец, повстречавший на своем пути вихрь, должен метнуть в него кинжал: вихрь исчезнет, а на кинжале останутся капли холодной росы.

Примерно то же самое подметили ученые физики: во всяком воздушном вихревом движении температура наружных слоев вихря выше, чем в окружающем воздухе, а в центре - значительно ниже. Это же относится и к солнечным пятнам, представляющим собой, видимо, плазменные вихри. Внутри солнечных пятен температура много ниже, а на периферии (в солнечных факелах) много выше, чем в окружающей плазме Солнца. Объяснения этому явлению в литературе найти не удалось, но попробуем объяснить эти явления, исходя из того, что нам известно о вихревых явлениях, включая ураган.

Известно, что ураган - это ветер, закручивающийся в несколько спиралей. При большой скорости (120 км/час и более) давление по оси воздушного столба - в центре урагана падает очень быстро, морская вода всасывается в эпицентр и поднимается вверх, а затем разбрызгивается. Вокруг эпицентра наблюдаются самые сильные дожди и ветры. А внутри урагана спокойно, может быть ясное небо и слабый ветер, т. е. по сравнению с его внешней частью образуется своего рода пустота. Подобная «пустота» возникает не только внутри урагана, но и внутри любого водоворота и смерча. Это может наблюдать каждый, сливая воду из ванны через нижнее сливное отверстие или взбивая сливки «метелкой». В то же время, как известно, абсолютной пустоты в природе не обнаружено. Поэтому речь может идти только о сравнительно пустом «туннеле» внутри вихря для определенного вида частиц-волн.

Предположим, что уменьшение внутри вихря плотности «массивной» энергии - это закон , а уменьшение вдоль его оси температуры - это всего лишь следствие этого закона. Вихрь представляет собой водоворот энергии, витки которого образованы движущимися сравнительно массивными частицами. Предположим, что вокруг этих витков создаются из частиц меньшего порядка невидимые нам поля типа магнитных. Внутри вихря эти поля представляют собой единый поток, движущийся с большой скоростью в одном направлении - вдоль оси вихря. Вблизи витков вихря, как это следует из принципа действия космических скоростей (о них будет особый разговор), концентрируются большие и тяжелые частицы, а ближе к центру - малые и легкие. В самом его центре сосредоточены частицы-волны, имеющие наименьшую массу и размер. Поэтому плотность энергии, заключенной в массе , в самом центре вихря должна быть минимальной . К тому же, все частицы внутри вихря движутся в одном направлении, что резко уменьшает вероятность столкновений, выбивающих «искры из глаз», которыми являются частицы-волны, движущиеся хаотично и увеличивающие температуру. Следовательно, там будет и наиболее низкая температура. Там же должна быть и наибольшая скорость.

Это мог прочувствовать на себе каждый, кто попадал в водовороты. Известно, что лучший способ выбраться из водоворота - это полностью подчиниться ему и дать унести себя на такую глубину, где его скорость станет меньше, а затем вынырнуть в бок. Лучшим способом выйти из волны без ущерба для себя является то же самое - дать ей возможность на своем гребне донести Вас до берега, где волна потеряет свою скорость, а затем быстро выскочить из нее и убежать подальше. Это хорошо знают все пловцы. Возможно, что именно этот принцип используется и в восточных единоборствах, в которых наиболее умелые борцы умеют «оседлать» силу противника и использовать ее для своих целей.

Вблизи оси вихря могут быть сконцентрированы очень малые частицы, которые, несмотря на очень большую скорость, не могут увлечь за собой прозрачные (проницаемые) для них и видимые нам вещественные частицы, включая частицы воды. И тогда внутри вихря для нас должно быть тихо и пусто, хотя фактически это поток невидимых нам частиц, движущихся с огромной скоростью. Следовательно, ось любого вихря представляет собой не только «торную» - без особых препятствий - неоднородностей, но и движущуюся «дорожку». Эту «дорожку» можно использовать для быстрого перемещения, но… только в направлении движения потока - по «течению», и только для непроницаемых и. «подъемных » для центрального полевого потока тел. Для проницаемых, прозрачных, тел центральную часть вихря можно рассматривать как пустоту. И там для них будет царить полный покой, несмотря на движущийся с огромной скоростью поток энергии.

Не случайно, видимо, в эзотерической литературе виртуальные путешествия в состоянии измененного сознания изображают в виде перемещения человека, вернее, его души внутри вихря. Мы все постоянно находимся в зоне действия множества вихревых полей, включая электромагнитные, для которых наше тело в той или иной степени прозрачно или слишком «массивно», и поэтому они не способны увлечь нас своим потоком.

Что касается кинжала, брошенного внутрь вихря, то любой кинжал имеет очень плотную и гладкую поверхность. Однако на любой поверхности существуют раковины (вогнутости). На гладкой и плотной поверхности они более однородны и имеют более плотную внутреннюю поверхность. При определенном размере, форме и плотности этих вогнутостей (о них будет особый разговор) они способны концентрировать молекулы воды. Это, возможно, и происходит на поверхности кинжала. То же самое происходит и на любой гладкой поверхности, например, на стекле или зеркале при резком перепаде температур. Вонзая кинжал в вихрь, мы располагаем его на пути потока энергии, имеющей наибольшую скорость, т. е. «стержня» вихря. Этот поток, возможно, состоит из молекул воды или атомов водорода и кислорода, движущихся с огромной скоростью. Наткнувшись на кинжал, они концентрируются в его вогнутостях, их активная энергия переходит в пассивную. Из скорости движения - в массу покоящихся капелек воды, И вихрь, лишившись наиболее активной составляющей, своей «души», естественно, затухает. Все очень просто. Если это действительно так, то ось вихря - это его «душа» и открытая дорога в даль для тех, кто сумеет воспользоваться ее силами.

Вихрь и туннельный переход , допускающий в квантовой механике прохождение частицы сквозь барьер - это, возможно, явления одного порядка. Туннельный переход связывают с волновыми свойствами, полагая, что потенциальный барьер в микромире часто создают электрические силы. Положительно заряженной частице «невыгодно» приближаться к ядру, так как оно также заряжено положительно и между ними существуют силы отталкивания. Но если положительно заряженная частица подходит вплотную к ядру, то в действие вступают мощные силы ядерного притяжения (сильное взаимодействие) и она захватывается ядром. Но для этого надо преодолеть потенциальный барьер, что возможно за счет туннельного перехода. Вероятность такого перехода тем больше, чем больше энергия частицы, например, скорость и меньше ее масса. Благодаря туннельному эффекту протоны способны проникнуть в ядро атома и вызвать ядерную реакцию, электроны могут переходить из одного сверхпроводника в другой, через разделяющую их пленку диэлектрика, создавая ток. Такой ток обладает уникальной зависимостью от внешнего магнитного поля.

Возможно, что туннельный эффект - это своего рода «вихревой » эффект, так как вызывающие его причины весьма сходны. Основными из них является: большая разность энергетических плотностей, скорость и малая масса. Возможно, что частица, обладающая малой массой и большой скоростью, подходит настолько близко к ядру, что попадает в зону действия его «завихрений ». Поэтому она может втянуться вихрем внутрь ядра подобно тому, как водоворот втягивает в себя все, что оказалось в зоне его действия и не способно сопротивляться его воздействию. Сильную зависимость туннельного эффекта от магнитного поля можно объяснить тем, что магнитное поле - это и есть вихревое поле.

Таким образом, в вихрь и его частные упорядоченные формы заложены все основные виды движения - поступательное, вращательное, колебательное, волновое. Каждое из них можно рассматривать и как движение тела по траектории, соответствующей определенному закону, и как след соответствующей формы, образованный из оторвавшихся от тела частиц при его движении.

В настоящее время вихревые поля принято называть торсионными . Но под торсионными полями обычно понимают поля физического вакуума (древними он назывался эфиром), т. е. вихревые поля, образованные частицами-волнами чрезвычайно малого размера, практически еще не изученные. В результате, и здесь мы вернулись назад (от полной пустоты к физическому вакууму, который как и древний эфир пустотой уже не является), но только тогда, когда достигли соответствующего «витка» спирали познания Мира. Таким образом, вихрь - это наиболее универсальный вид, траектория и форма движения-изменения .

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Обмен энергиями при взаимодействии «выпуклостей» и «вогнутостей»

На сайте сайт читайте: Обмен энергиями при взаимодействии «выпуклостей» и «вогнутостей». 106...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

1. Механическое движение, его характеристики. Относительность скорости, перемещения, траектории
механического движения

Механическим движением тела называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. При рассмотрении вопросов, связанных с движением тел, можно не принимать
во внимание размеры тела. Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называют материальной точкой. Положение тела (точки) в пространстве можно определить относительно какого-либо
другого тела, выбранного за тело отсчета A. Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы составляют систему отсчета.
Характеристики механического движения тела: траектория (линия, вдоль которой движется тело) , перемещение (направленный отрезок
прямой, соединяющий начальное положение тела M1 с его последующим положением M2) , скорость (отношение перемещения ко времени
движения - для равномерного движения) . Характеристики механического движения относительны, т.е. они могут быть различными в
разных системах отсчета. Например, за движением лодки следят два наблюдателя: один на берегу в точке O, другой - на плоту в точке O1 (см.
рис.) . Проведем мысленно через точку О систему координат XOY - это неподвижная система отсчета. Другую систему X"O"Y" свяжем с
плотом - это подвижная система координат. Относительно системы X"O"Y" (плота) лодка за время t совершает перемещение и будет
двигаться со скоростью. Относительно системы XOY (берег) лодка за это же время совершит перемещение, где -
перемещение плота относительно берега. Скорость лодки относительно берега или. Скорость тела относительно
неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы и скорости этой системы
относительно неподвижной.
2. Виды механического движения - прямолинейное равномерное, прямолинейное равноускоренное, равномерное движение
по окружности

В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным и криволинейным. Движение называется
прямолинейным и равномерным, если за любые сколь угодно малые равные промежутки времени тело совершает одинаковые
перемещения. Запишем математическое выражение этого определения. Это значит, что перемещение определяют по
формуле, а координату - по формуле. Движение тела, при котором его скорость за любые равные промежутки времени изменяется
одинаково, называется равноускоренным движением. Для характеристики этого движения нужно знать скорость тела в данный момент
времени или в данной точке траектории, т.е. мгновенную скорость, а также ускорение. Мгновенная скорость - это отношение достаточно
малого перемещения на участке траектории, примыкающей к этой точке, к малому промежутку времени, в течение которого это перемещение
совершается. Ускорение - величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение
произошло. Иначе, ускорение - это быстрота изменения скорости: . Отсюда формула мгновенной скорости: . Перемещение
при этом движении определяют по формуле: . При равномерном движении по окружности углы поворота радиуса за любые равные
промежутки времени будут одинаковы. Поэтому угловая скорость, она измеряется в рад/с. При этом движении модуль скорости
постоянный, он направлен по касательной к траектории и постоянно меняет направление (см. рис.) , поэтому возникает
центростремительное ускорение.
3. Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и использование этих законов в технике Первый закон
Ньютона. Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость
постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел компенсируются) . Этот закон часто называется законом
инерции, поскольку движение с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий на тело называется инерцией. Второй
закон Ньютона. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение. - ускорение
прямо пропорционально действующей (или равнодействующей) силе и обратно пропорционально массе тела. Третий закон Ньютона. Из
опытов по взаимодействию тел следует, из второго закона Ньютона и, поэтому. Силы взаимодействия между
телами: направлены по одной прямой, равны по величине, противоположны по направлению, приложены к разным телам (поэтому не
могут уравновешивать друг друга) , всегда действуют парами и имеют одну и ту же природу. Законы Ньютона выполняются
одновременно, они позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют
предвидеть траектории движения планет, рассчитывать траектории космических кораблей и их координаты в любые заданные моменты
времени. В земных условиях они позволяют объяснить течение воды, движение многочисленных и разнообразных транспортных средств
(движение автомобилей, кораблей, самолетов, ракет) . Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

Опыты с различными телами показывают, что при взаимодействии двух тел оба тела получают ускорения,
направленные в противоположные стороны. При этом отношение абсолютных значений ускорений
взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс. Обычно вычисляют ускорение одного тела (того,
движение которого изучается) . Влияние же другого тела, вызывающего ускорение, коротко называется силой. В механике рассматриваются
сила тяжести, сила упругости и сила трения. Сила тяжести - это сила, с которой Земля притягивает к себе все тела, находящиеся вблизи
ее поверхности () . Сила тяжести приложена к самому телу и направлена вертикально вниз (рис. 1а) . Сила упругости возникает при
деформации тела (рис. 1б) , она направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения взаимодействующих тел. Сила упругости
пропорциональна удлинению: . Знак “-” показывает, что сила упругости направлена в сторону, противоположную удлинению, k -
жесткость (пружины) зависит от ее геометрических размеров и материала. Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и
препятствующая их относительному перемещению, называется силой трения. Если тело скользит по какой-либо поверхности, то его
движению препятствует сила трения скольжения, где N - сила реакции опоры (рис. 2) , m - коэффициент трения скольжения. Сила
трения скольжения всегда направлена против движения тела. Сила тяжести и сила упругости - это силы, зависящие от координат
взаимодействующих тел относительно друг друга. Сила трения зависит от скорости тела, но не зависит от координат. Как в природе, так и в
технике эти силы проявляются одновременно или парами. Например, сила трения увеличивается при увеличении силы тяжести. В быту
часто полезное трение усиливают, а вредное - ослабляют (применяют смазку, заменяют трение скольжения трением качения) .
5. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Примеры проявления закона сохранения импульса в природе и использования
этого закона в технике

Импульс тела - это произведение массы тела на его скорость () . Импульс тела - величина векторная.
Предположим, что взаимодействуют друг с другом два тела (тележки) (см. рис.) с массами m1 и m2, движущиеся
относительно выбранной системы отсчета со скоростями и. На тела при их взаимодействии действовали
соответственно силыи, и после взаимодействия они стали двигаться со скоростями и. Тогда, t - время
взаимодействия. Согласно третьему закону Ньютона, следовательно, или. В левой части равенства -
сумма импульсов обоих тел (тележек) до взаимодействия, в правой - сумма импульсов тех же тел после взаимодействия. Импульс каждой
тележки изменился, сумма же осталась неизменной. Это справедливо для замкнутых систем, к которым относят группы тел, которые не
взаимодействуют с другими телами, не входящими в эту группу. Отсюда вывод, т.е. закон сохранения импульса: Геометрическая сумма
импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
Примером проявления закона сохранения импульса является реактивное движение. Оно наблюдается в природе (движение осьминога) и
очень широко в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космических кораблей) .

Физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения и косинус угла между ними,
называется механической работой (см. рис.) . . Работа - величина скалярная. Измеряется работа в джоулях (Дж) .
1 Дж - это работа, совершаемая силой в 1 Н на перемещение 1 м. В зависимости от направлений векторов силы и
перемещения механическая работа может быть положительной, отрицательной или равной нулю. Например, если векторы и совпадают,
то cos00 = 1 и A > 0. Если векторы и направлены в противоположные стороны, то cos1800 = -1 и A < 0. Если же и перпендикулярны,
то cos900 = 0 и A = 0. Мощность машины или механизма - это отношение совершенной работы ко времени, в течение которого она
совершена. . Измеряется мощность в ваттах (Вт) , 1 Вт = 1 Дж/с. Простые механизмы: наклонная плоскость, рычаг, блок. Их
действие подчиняется “золотому правилу механики” : во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в перемещении.
На практике совершаемая с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной. Часть работы совершается против силы
трения в механизме и перемещения его отдельных частей. Например, применяя подвижный блок, приходится дополнительно совершать
работу по поднятию самого блока, веревки и по преодолению силы трения в оси блока. Поэтому для любого механизма полезная работа (AП)
всегда меньше, чем полная, затраченная (AЗ) . По этой причине КПД = AП/AЗ. 100% любого механизма не может быть больше или хотя бы
равен 100%.
7. Механические колебания (на примере математического или пружинного маятников) . Характеристики колебательных
движений: амплитуда, период, частота. Соотношение между периодом и частотой. График колебания

Механическими колебаниями называют движения тел, которые точно (или приблизительно) повторяются
через равные промежутки времени. Примерами механических колебаний являются колебания математического или
пружинного маятников (рис. 1) . Свободные (собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной
системы, а вынужденные - под действием сил, не входящих в колебательную систему. Колебательные движения происходят, если: 1) сила,
действующая на тело в любой точке траектории, направлена к положению равновесия, а в самой точке равновесия равна нулю; 2) сила
пропорциональна отклонению тела от положения равновесия. Для пружинного маятника такой силой является сила упругости (FУПР = -k .
x) , для математического - равнодействующая сил тяжести маятника и упругости нити подвеса (F = - m . g x / l) . Координата
колеблющегося тела изменяется со временем по закону синуса и графически представлена в виде синусоиды (рис. 2) . Амплитуда
(A) - наибольшее расстояние, на которое удаляется тело от положения равновесия. Период (Т) - время одного полного колебания. Частота -
число колебаний за 1 секунду () . Период колебания определяют: для пружинного маятника Т = 2п^т/Н", для математического
маятника.
8. Механические волны. Длина волны, скорость распространения волны и соотношения между ними. Звуковые волны. Эхо
Механические волны - это распространяющиеся в упругой среде возмущения (отклонения частиц среды от положения равновесия) . Если
колебания частиц и распространение волны происходят в одном направлении, волну называют продольной, а если эти движения
происходят в перпендикулярных направлениях, - поперечной. Продольные волны, сопровождаемые деформациями растяжения и сжатия,
могут распространяться в любых упругих средах: газах, жидкостях и твердых телах. Поперечные волны распространяются в тех средах, где
появляются силы упругости при деформации сдвига, т.е. в твердых телах. При распространении волны происходит перенос энергии без
переноса вещества. Скорость, с которой распространяется возмущение в упругой среде, называют скоростью волны. Она определяется
упругими свойствами среды. Расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней (T) , называется
длиной волны l (ламбда) . или. Звуковые волны - это продольные волны, в которых колебания частиц происходят вдоль ее
распространения. Скорость звука в различных средах разная, в твердых телах и жидкостях она значительно больше, чем в воздухе. На
границе сред с упругими свойствами звуковая волна отражается. С явлением отражения звука связано эхо. Это явление состоит в том, что
звук от источника доходит до какого-то препятствия, отражается от него и возвращается к месту, где он возник, через промежуток времени
не менее 1/15 с. Через такой интервал времени человеческое ухо способно воспринимать раздельно следующие один за другим звуки.

Энергия - характеристика состояния тела. Кинетическая энергия - энергия движущегося тела. Если на тело массой m действует
постоянная сила P, совпадающая с направлением движения, то работа. Но, тогда. Работа - мера изменения
энергии. Кинетическая энергия. Работа действующих сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии.
При, - кинетическая энергия равна работе, которую должна совершить сила, действующая на тело, чтобы сообщить данную скорость.
Потенциальная энергия - энергия взаимодействия. Работа - потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h над нулевым
уровнем (например, над уровнем Земли) . Знак “-” означает, что, когда работа силы тяжести положительна, потенциальная энергия тела
уменьшается. Потенциальная энергия не зависит от скорости, а зависит от координаты тела (от высоты) . Потенциальная энергия
деформированной пружины. Сумму кинетической и потенциальной энергий тела называют его полной механической энергией.
Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или упругости, остается неизменной при
любых движениях тел системы. Это утверждение является законом сохранения энергии в механических процессах. На примере
свободно падающего тела можно показать, что при его движении потенциальная энергия переходит в кинетическую. При этом
потенциальная энергия уменьшается ровно на столько, на сколько увеличивается кинетическая энергия: или, т.е.
полная механическая энергия во все время падения остается неизменной, хотя потенциальная энергия превращается в кинетическую.
10. Представления о дискретном состоянии вещества. Газообразное, жидкое и твердое состояния вещества. Опытное
обоснование характера движения и взаимодействия частиц, из которых состоят вещества в различных агрегатных состояниях
Все вещества, независимо от их агрегатного состояния, состоят из огромного числа частиц (молекул и атомов) , эти частицы
непрерывно и хаотически движутся, а также взаимодействуют между собой. Эти положения имеют опытное подтверждение. Опытным
обоснованием дискретности строения вещества является растворение краски в воде, приготовление чая и многие технологические
процессы. Непрерывность, хаотичность движения частиц вещества подтверждается существованием ряда явлений: диффузии -
самопроизвольного перемешивания разных веществ вследствие проникновения частиц одного вещества между частицами другого;
броуновского движения - беспорядочного движения взвешенных в жидкостях мелких частиц под действием ударов молекул жидкости. О
том, что частицы вещества взаимодействуют между собой, говорят опытные факты: притяжение (слипание, смачивание, усилие при
растяжении) , отталкивание (упругость, несжимаемость твердых и жидких тел) . Силы взаимодействия частиц вещества проявляются
только на расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц. Агрегатное состояние вещества зависит от характера движения и
взаимодействия. Газообразное состояние (газы легко сжимаются, занимают весь объем, имеют малую плотность) характеризуются
большими расстояниями и слабым взаимодействием частиц вещества; жидкое состояние (жидкости практически не сжимаются, принимают
форму сосуда) характеризуется плотной упаковкой и ближним порядком в упаковке частиц; твердое состояние (несжимаемы,
кристаллическое строение) характеризуется плотной упаковкой и дальним порядком в упаковке частиц.
11. Передача давления газами, жидкостями и твердыми телами. Закон Паскаля и его применение в гидравлических машинах

Твердые тела передают производимое на них давление в сторону действия силы. Для определения давления (p)
необходимо силу (F) , действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности () - Давление
измеряют в паскалях: 1 Па = 1 Н/м2. Давление, производимое на жидкость и газ, передается не только в направлении действия
силы, а в каждую точку жидкости или газа. Это объясняется подвижностью частиц газа и жидкости. Закон Паскаля. Давление,
производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку жидкости или газа. Подтверждением закона являются
опыты с шаром Паскаля и работа гидравлических машин. Остановимся на работе этой машины (см. рис.) . F1 и F2 - силы, действующие на
поршни, S1 и S2 - площади поршней. Давление под малым поршнем. Под большим поршнем. По закону Паскаля p1=p2, т. е.
давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково, или, откуда. Машина дает выигрыш в силе во столько раз, во
сколько раз площадь большого поршня больше площади малого. Это наблюдается в работе гидравлического пресса, используемого для
изготовления стальных валов машин, железнодорожных колес или выжимания масла на маслобойных заводах, а также в гидравлических
домкратах.
жизнедеятельности человека

Атмосфера - воздушная оболочка вокруг Земли, простирающаяся на высоту нескольких тысяч километров. Вследствие
действия силы тяжести воздушный слой, прилегающий к Земле, сжат больше всего и передает производимое на него давление по
всем направлениям. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают атмосферное давление.
Впервые измерил атмосферное давление итальянский физик Торричелли с помощью стеклянной трубки, запаянной с одного
конца и заполненной ртутью (см. рис.) . Давление в трубке на уровне аа создается силой тяжести столба ртути высотой h = 760 мм, в тоже
время на поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление. Эти давления уравновешивают друг друга. Так как в верхней части
трубки после опускания ртутного столба осталось безвоздушное пространство, то, измерив высоту столба можно определить численное
значение атмосферного давления по формуле: р = = 9,8 Н/кг Ч 13 600 кг/м3 Ч 0,76 м = 101 300 Па = 1013 ГПа. Приборами для измерения
атмосферного давления являются ртутный барометр и барометранероид. Принцип действия последнего основан на сжатии пустотелой
гофрированной металлической коробочки и передачи ее деформации через систему рычагов на стрелку-указатель. Барометр-анероид имеет
две шкалы: внутренняя проградуирована в мм рт. ст. (1 мм рт. ст. = 133,3 Па) , внешняя - в килопаскалях. Знание атмосферного давления
весьма важно для предсказания погоды на ближайшие дни. Тропосфера (нижний слой атмосферы) представляет собой благодаря диффузии
однородную смесь азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. Эта смесь газов и поддерживает нормальную жизнедеятельность всего
живого на Земле. Вредные выбросы в атмосферу загрязняют окружающую среду. Например, авария на Чернобыльской АЭС, аварии на
атомных подводных лодках, выбросы в атмосферу промышленных предприятий и т.п.
13. Действие жидкостей и газов на погруженное в них тело. Архимедова сила, причины ее возникновения. Условия плавания
тел

Если на крючок динамометра подвесить тело и отметить его показания, а затем тело опустить в воду и снова отметить
показания, то увидим уменьшение показаний динамометра (cм. рис., а, б) . Значит, на тело, погруженное в жидкость, действует
выталкивающая сила, равная разности показаний динамометра и направленная вертикально вверх. Значение этой силы
установил Архимед. Закон Архимеда. На тело, погруженное в жидкость (газ) , действует направленная вертикально вверх
выталкивающая сила, равная по величине весу жидкости (газа) , взятой в объеме погруженного в нее тела (или погруженной части тела) :
, где g - ускорение свободного падения, рЖ - плотность жидкости, VT - объем тела, погруженного в жидкость. Возникновение
архимедовой силы объясняется тем, что с увеличением глубины растет давление жидкости (газа) () . Поэтому силы давления,
действующие на нижние элементы поверхности тела, превосходят аналогичные силы, действующие на верхние элементы поверхности. На
плавающие тела действуют силы: FA и FТЯЖ 1. Если FA < FТЯЖ (так как, то) значит, тело тонет. 2. Если FA = FТЯЖ (
=,) , то тело находится в равновесии на любой глубине. 3. Если FA > FТЯЖ (>,) . то тело всплывает до тех пор,
пока силы не уравновесятся. Приведенные выше соотношения применимы для плавающих судов и воздухоплавания.
При падении тел на Землю потенциальная энергия (ЕП) превращается в кинетическую (ЕК = тv2/2) . При ударе тел о Землю
механическая энергия превращается во внутреннюю. Внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых
состоит тело. Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния, от химических, атомных и ядерных реакций.
Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. Внутреннюю энергию можно
изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается, если
же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия
частиц. Хорошую теплопроводность имеют металлы, у жидкостей теплопроводность невелика, и малую теплопроводность имеют газы.
Степень теплопроводности тел учитывается при конструировании машин, в строительном деле, холодильных установках. Конвекция - это
процесс теплопередачи путем переноса энергии потоками жидкости или газа. Явление конвекции проявляется при отоплении и охлаждении
жилых помещений, при образовании тяги в печных и заводских трубах, а также ветров в атмосфере. Излучение - это процесс переноса
энергии от одного тела к другому с помощью тепловых (инфракрасных) , видимых и других лучей. При одной и той же температуре тела с
темной поверхностью сильнее излучают (поглощают) энергию, чем со светлой. Это явление учитывается человеком в быту (цвет одежды от
времени сезона) , в технике (окраска холодильников, самолетов, космических кораблей) , в земледелии (парники и теплицы) .
15. Плавление кристаллических тел и объяснение этого процесса на основе представлений о строении вещества. Удельная
теплота плавления
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Обратный процесс называется отвердеванием.
Температура, при которой вещество плавится (отвердевает) , называется температурой плавления (отвердевания) вещества. Температура
плавления и отвердевания для данного вещества при одинаковых условиях одинакова. При плавлении (отвердевании) температура вещества
не меняется. Однако это не значит, что в процессе плавления к телу не надо подводить энергию. Опыт показывает, что если подача энергии
путем теплообмена прекращается, то прекращается и процесс плавления. При плавлении подводимая к телу теплота идет на уменьшение
связей между частицами вещества, т.е. на разрушение кристаллической решетки. При этом возрастает энергия взаимодействия между
частицами. Небольшая же часть теплоты при плавлении расходуется на совершение работы по изменению объема тела, так как у
большинства веществ при плавлении объем возрастает. В процессе плавления к телу подводится некоторое количество теплоты, которая
называется теплотой плавления: . Теплота плавления пропорциональна массе расплавившегося вещества. Величина (ламбда)
называется удельной теплотойплавления вещества, она равна: . Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты
необходимо, чтобы расплавить единицу массы данного вещества при температуре плавления. Она измеряется в Дж/кг, кДж/кг. Количество
теплоты, выделяющееся при отвердевании (кристаллизации) тела массой т, также определяется по указанной выше формуле:
теплота парообразования Испарение - это парообразование, происходящее с поверхности жидкости. Разные молекулы жидкости при
одной и той же температуре движутся с разными скоростями. Если достаточно “быстрая” молекула окажется у поверхности жидкости, то она
может преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь из жидкости. Вылетевшие с поверхности жидкости молекулы образуют пар.
Одновременно с испарением происходит перенос молекул из пара в жидкость. Явление превращения пара в жидкость называется
конденсацией. Если нет притока энергии к жидкости извне, то испаряющаяся жидкость охлаждается. Конденсация пара сопровождается
выделением энергии. Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости и от ее температуры, от площади ее поверхности, от
движения воздушных масс (ветра) над поверхностью жидкости. Кипение - это испарение изнутри и с поверхности жидкости. При
нагревании жидкости пузырьки воздуха (он растворен в ней) внутри нее постепенно растут. Архимедова сила, действующая на пузырьки,
увеличивается, они всплывают и лопаются. Эти пузырьки содержат не только воздух, но и водяной пар, так как жидкость испаряется внутрь
этих пузырьков. Температура кипения - это температура, при которой жидкость кипит. В процессе кипения при to = сопst к жидкости
следует подводить энергию путем теплообмена, т.е. подводить теплоту парообразования (QП) : QП = rЧ т. Теплота парообразования
пропорциональна массе вещества, превратившегося в пар. Величина - удельная теплота парообразования. Она показывает, какое
количество теплоты необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре. Она измеряется в Дж/кг, кДж/кг.
Наибольшая часть теплоты парообразования расходуется на разрыв связей между частицами, некоторая ее часть идет на работу,
совершаемую при расширении пара. С ростом давления температура кипения жидкости повышается, а удельная теплота парообразования
уменьшается.
17. Принцип действия тепловой машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Примеры тепловых
двигателей. Влияние тепловых машин на окружающую среду и способы уменьшения их вредного воздействия

Большая часть двигателей на Земле - это тепловые двигатели. Устройства, превращающие энергию топлива в
механическую энергию, называются тепловыми двигателями. Любой тепловойдвигатель (паровые и газовые турбины,
двигатели внутреннего сгорания) состоит из трех основных элементов: рабочего тела (это газ) , которое совершает работу в
двигателе; нагревателя, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы;
холодильника, которым является атмосфера или специальные устройства (см. рис.) . Ни один тепловой двигатель не может работать при
одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. Обязательно температура нагревателя больше температуры холодильника.
При совершении работы тепловыми двигателями происходит передача теплоты от более горячих тел к более холодным. Рабочее тело
двигателя получает количество теплоты QН от нагревателя, совершает работу A" и передает холодильнику количество теплоты QХ. В
соответствии с законом сохранения энергии А" < QН - QХ. В случае равенства речь идет об идеальном двигателе, в котором нет потерь
энергии. Отношение работы к энергии, которое получило рабочее тело от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия
(КПД) h = ==; h < 1, так как QХ№ 0. Паровая или газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель
работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые в
конечном счете приводят к повышению внутренней энергии атмосферы, т.е. к повышению ее температуры. Это может привести к таянию
ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий. При
работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и
серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем повышения КПД, их регулировки и создания новых
двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами.

18. Электризация тел. Два рода электрических зарядов. Электрический ток в металлах и условия его существования. Виды
источников тока

Электризация тел при трении (соприкосновении) объясняется переходом части электронов с одного тела на другое. При
этом первое тело заряжается положительно, а второе - отрицательно. Суммарный же заряд двух тел не изменяется, что
является проявлением закона сохранения электрического заряда. Одноименно заряженные тела (или частицы) отталкиваются друг от друга,
а разноименно заряженные - притягиваются. Каждый из взаимодействующих зарядов создает в окружающем пространстве электрическое
поле, которое изображают с помощью силовых линий (см. рис.) . Это поле материально, непрерывно в пространстве, способно действовать
на другие электрические заряды. Металл в твердом состоянии имеет кристаллическое строение. В узлах кристаллической решетки металла
расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны. В обычных условиях в соответствии с
законом сохранения заряда металл электрически нейтрален. Если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны под
действием электрических сил (притяжения и отталкивания) начнут двигаться упорядочение, т.е. преимущественно в одном направлении.
Такое движение электронов называется электрическим током. Скорость движения электронов - до нескольких миллиметров в секунду, а
скорость распространения электрического поля 300 000 км/с. Поэтому при создании электрического поля в проводнике все свободные
электроны практически одновременно придут в упорядоченное движение. Для создания постоянного тока в проводнике необходимо в нем
все время поддерживать электрическое поле. Электрическое поле в проводниках замкнутой электрической цепи создается и поддерживается
с помощью источников постоянного тока. Наиболее широкое распространение в практике получили: гальванические элементы,
аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи. Принцип действия их разный, например, первые два вида источников тока преобразуют
химическую, третий - механическую, четвертый - солнечную энергию в электрическую.
19. Явление электромагнитной индукции. Примеры проявления электромагнитной индукции и ее использование в
технических устройствах

Если электрический ток создает магнитное поле, то нельзя ли с помощью магнитного поля получить
электрический ток? - такую задачу поставил английский физик Фарадей, узнав об открытии Эрстеда. Многочисленные опыты и
раздумья привели Фарадея к успеху. Если к катушке с большим числом витков подключить гальванометр, то, перемещая вдоль катушки
постоянный магнит (рис. 1) , можно наблюдать отклонение стрелки прибора, т.е. возникновение индукционного электрического тока. При
остановке магнита ток прекращается, при движении магнита в обратную сторону меняется направление тока. Многочисленные опыты
подтверждают, что при любом изменении магнитного поля, пронизывающего катушки, в ней возникает индукционный ток. Это явление
назвали электромагнитной индукцией. Она возникает при перемещении магнита (электромагнита) относительно катушки или катушки
относительно магнита; при замыкании - размыкании цепи или изменении тока во второй катушке, если она находится на одном железном
сердечнике с первой катушкой. Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия индукционных генераторов (постоянного и
переменного тока) , трансформаторов, микрофонов и громкоговорителей. Электродинамический микрофон (рис. 2) состоит из ГП - образного
постоянного магнита 3, в промежутке между полюсами магнита находится катушка 1, каркас которой соединен с мебраной 2. Под действием
звуков мембрана будет колебаться и в катушке возникает индукционный ток, который усиливается с помощью усилителя низкой частоты и
воспроизводится громкоговорителем. Таким образом, микрофон преобразует механическую энергию звуковых колебаний в электрическую
энергию индукционного тока.
20. Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соедин-е проводников

Напряжение, сила тока и сопротивление - физические величины, характеризующие явления, происходящие в
электрических цепях. Эти величины связаны между собой. Эту связь впервые изучил немецкий физик 0м. Закон
Ома звучит так: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке (при заданном
сопротивлении) и обратно пропорциональна сопротивлению участка (при заданном напряжении) : I = U / R, из формулы
следует, что U = IЧ R и R = U / I. Так как сопротивление данного проводника не зависит ни от напряжения, ни от силы тока, то последнюю
формулу надо читать так: сопротивление данного проводника равно отношению напряжения на его концах к силе протекающего по нему
тока. В электрических цепях чаще всего проводники (потребители электрической энергии) соединяются последовательно (например,
лампочки в елочных гирляндах) и параллельно (например, домашние электроприборы) . При последовательном соединении (рис. 1) сила
тока в обоих проводниках (лампочках) одинакова: I = I1 = I2, напряжение на концах рассматриваемого участка цепи складывается из
напряжения на первой и второй лампочках: U = U1 + U2. Общее сопротивление участка равно сумме сопротивлений лампочек R = R1 + R2.
При параллельном соединении (рис. 2) резисторов напряжение на участке цепи и на концах резисторов одинаково: U = U1 = U2. сила тока в
неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных резисторах: I = I1 + I2. Общее сопротивление участка меньше
сопротивления каждого резистора. Если сопротивления резисторов одинаковы (R1 = R2) то общее сопротивление участка Если в
цепь включено параллельно три и более резисторов, то общее сопротивление может быть найдено по формуле: 1/R = 1/R1 + 1/R2 +... + 1/RN.
Параллельно соединяются сетевые потребители, которые рассчитаны на напряжение, равное напряжению сети.
21. Законы отражения и преломления света. Показатель преломления. Практическое использование этих законов

При падении света на границу раздела двух сред часть света отражается в первую среду, а часть проходит во
вторую среду, если она прозрачна, изменяя при этом направление своего распространения, т.е. преломляется. Закон
отражения. Угол падения равен углу отражения (a = b) . Падающий луч AO, отраженный луч OB и перпендикуляр OC, восставленный в
точке падения, лежат в одной плоскости (рис. 1) . Законы преломления. Луч падающий AO и преломленный OB лежат в одной плоскости с
перпендикуляром CD, проведенным в точке падения луча к плоскости раздела двух сред (рис. 2) . Отношение синусов угла падения а и угла
преломления р постоянно для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды по отношению к первой: .
Законы отражения света учитываются при построении изображения предмета в зеркалах (плоском, вогнутом и выпуклом) и проявляются в
зеркальном отражении в перископах, в прожекторах, автомобильных фарах и во многих других технических устройствах. Законы
преломления света учитываются при построении изображения во всевозможных линзах, призмах и их совокупности (микроскоп, телескоп) ,
а также в оптических приборах (бинокли, спектральные аппараты, фотоаппараты и проекционные аппараты) .
22. Линзы. Фокус линзы. Построение изображений в собирающей линзе. Использование линз в оптических приборах

Прозрачные тела, ограниченные двумя сферическими поверхностями, называются линзами. Выпуклые линзы,
у которых середина толще, чем края, являются собирающими (рис. 1а) , а вогнутые линзы, у которых середина
тоньше, чем края, являются рассеивающими (рис. 1б) . Прямая, проходящая через центры C1 и C2 сферических поверхностей,
ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы (рис. 2) . Если направить на линзу пучок лучей, параллельных
оптической оси, то после двойного преломления они собираются в одной точке, называемой фокусом линзы F (рис. 3а) . OF - фокусное
расстояние линзы. Фокус рассеивающей линзы мнимый (рис. 3б) . Линзы, толщина которых пренебрежимо мала по сравнению с радиусами
кривизны поверхностей, называют тонкими. Для построения изображений в собирающей тонкой линзе, фокусы и оптический центр
которых заданы, будем пользоваться лучами, ход которых заранее известен. Построим изображение предмета АВ (рис. 4) . Для этого
направим луч AC параллельно главной оптической оси. После преломления он пройдет через фокус линзы. Другой луч AO проходит через
оптический центр не преломляясь. В точке пересечения этих лучей будет находиться изображение A1 точки A. Не следует думать, что
изображение создается двумя или тремя лучами, оно создается бесконечным множеством лучей, вышедших из точки А и собравшихся в точке
А1. Такое же построение можно сделать для всех точек предмета, которые находятся между точками A и B. Изображение этих
промежуточных точек будет лежать между точками A1 и B1, т.е. A1B1 - изображение предмета AB. От положения предмета по отношению к
линзе зависит его изображение. Если предмет находится на расстоянии F если 2F от предмета до линзы. Например, для фотоаппарата d>2Ч F. Линзы являются главными частями оптических приборов, глаза, лупы,
фотоаппарата, микроскопа и т.д.
23. Электрическое и магнитное поля. Источники этих полей и индикаторы для их обнаружения. Примеры проявления этих
полей
Пространство, окружающее наэлектризованное тело, отличается от пространства, находящегося вокруг ненаэлектризованных тел.
Иначе говоря, с каждым зарядом обязательно связано электрическое поле, которое непосредственно действует с некоторой силой на все
остальные заряды. Электрическое поле материально. Оно может быть обнаружено по его воздействию на заряженные тела. Это
подтверждается следующим (одним из многочисленных) опытом. Если заряженной палочкой прикоснуться к подвешенной на нити гильзе
(из металлической фольги) , то она оттолкнется. Чем ближе гильза к палочке, тем с большей силой действует на нее электрическое поле
палочки. Следовательно, вблизи заряженных тел действие поля сильнее, а при удалении от них поле ослабевает. Электрическое поле
исследуют с помощью пробного заряда, находящегося на шарике малых размеров. Магнитное поле проявляется около постоянных магнитов
и проводников, по которым идет электрический ток. Широко распространенным индикатором магнитного поля является магнитная
стрелка (компас) . С помощью этого индикатора можно обнаружить, что разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные -
отталкиваются. Это взаимодействие описывается по схеме: магнит - поле - магнит. Иначе говоря, вокруг магнита существует магнитное
поле, которое действует на другие магниты, в частности на магнитные стрелки или намагничивающиеся частицы железа. Как и
электрическое поле, магнитное поле материально. Электрические и магнитные поля играют исключительно важную роль в природе и
технике. Электрические поля проявляют себя в атмосферном электричестве (интенсивно во время грозы) , магнитные - во многих
космических явлениях. В технике электрические поля используются при покраске изделий и в фильтрах, магнитные - в электромагнитах,
электрических генераторах и двигателях.
1. Механич. движение, его хар-ки. Относительность скорости, перемещения, траектории механич. движения
2. Виды механич. движения - прямолинейное равномерное, прямолинейное равноускоренное, равномерное движение по окружности
3. Законы Ньютона. Примеры проявления з-нов Ньютона в природе и использование этих з-нов в технике
4. Взаимодействие тел: силы тяжести, упругости, трения. Примеры проявления этих сил в природе и технике
5. Импульс тела. Закон сохран. импульса. Примеры проявления з-на сохран. импульса в природе и использования этого закона в
технике
6. Механическая работа и мощность. Простые механизмы. КПД простых механизмов
7. Механич. колебания (на примере математического или пружинного маятников) . Хар-ки колебательных движений: амплитуда,
период, частота. Соотношение между периодом и частотой. График колебания
8. Механич. волны. Длина волны, скорость распространения волны и соотношения между ними. Звуковые волны. Эхо
9. Потенциальная и кинетическая энергия. Примеры перехода энергии из одного вида в другой. Закон сохранения энергии
10. Представления о дискретном состоянии вещества. Газообразное, жидкое и твердое состояния в-ва. Опытное обоснование хар-ра
движения и взаимодействия частиц, из которых состоят в-ва в различных агрегатных состояниях
11. Передача давления газами, жидкостями и твердыми телами. Закон Паскаля и его применение в гидравлических машинах
12. Атмосферное давление. Приборы для измерения атмосферного давления. Воздушная оболочка Земли и ее роль в
жизнедеятельности человека
13. Действие жидкостей и газов на погруженное в них тело. Архимедова сила, причины ее возникновения. Условия плавания тел
14. Внутренняя энергия тел и способы ее изменения. Виды теплопередачи, их учет и использование в быту
15. Плавление кристаллических тел и объяснение этого процесса на основе представлений о строении вещества. Удельная теплота
плавления
16. Испарение и конденсация. Объяснение этих процессов на основе представлений о строении вещества. Кипение. Удельная
теплота парообразования
17. Принцип действия тепловой машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Примеры тепловых двигателей.
Влияние тепловых машин на окружающую среду и способы уменьшения их вредного воздействия
18. Электризация тел. Два рода электрических зарядов. Электрический ток в металлах и условия его существования. Виды источников
тока
19. Явление электромагнитной индукции. Примеры проявления электромагнитной индук-ции и ее использование в технических
устройствах
20. Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников
21. Законы отражения и преломления света. Показатель прелом. Практическое использование этих зак-ов
22. Линзы. Фокус Л. Построение изображений в собирающей Л. Использование Л. в оптических приборах
23. Электрич. и магнитн. поля. Источники этих полей и индикаторы для их обнаружения. Примеры проявления этих полей
1. Расчет давления твердого тела
Масса человека 90 кг, площадь подошв его ног равна 60 см2.
Какое давление человек производит на пол? Как изменится
значение давления, если человек будет стоять на одной ноге.
Дано: m=90 кг; S=60 см2; p -? СИ: m=90 кг; S=60Ч 10-4 м2=6Ч
10-3 м2. Решение: p=F/S; F=mЧ g; ; p==15Ч 104
Н/м2=15Ч 104 Па=150 кПа.
Если человек будет стоять на одной ноге, то площадь опоры
уменьшится в два раза. Значит, давление увеличится в два раза и
станет равным 300 кПа.
2. Расчет силы атмосферного давления на плоскость
Определите, с какой силой атмосферный воздух давит на
поверхность стола размерами 120x50 см2. Нормальное атмосферное
давление 760 мм рт. ст.
Дано: p=760 мм рт. ст. ;S=120x50 см2;F -? СИ: p=760Ч 133 Па =
101300 Па; S=6000Ч 10-4 м2=0,6 м2. Решение: p=F/S; F=pЧ S; p=
= 6078 Н» 6 кН

3. Расчет давления внутри жидкости
Подводная лодка находится в море на глубине 300 м.
Определите давление воды на нее.
Дано: h=300 м; r =1030 кг/м; p -? Решение: p=r Ч gЧ h; p=
» 309Ч 104 Н/м2=3,09Ч 106 Па.
4. Расчет количества теплоты, которое потребуется для
плавления твердого тела при температуре плавления
Какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить
ледяную глыбу массой 12,5 т при температуре плавления? Удельная
теплота плавления льда 332 кДж/кг.
Дано: m=12,5 т; l =332 кДж/кг; Q -? СИ: m=12500 кг; l =332000
Дж/кг. Решение: Q=l Ч m; Q=12500 кгЧ 332000 Дж/кг = 415Ч 107 Дж =
4,15Ч 106 кДж.

5. Расчет количества теплоты, которое требуется для
нагревания жидкости до температуры кипения
Какое количество теплоты потребуется для нагревания 10 л
воды от 200 до кипения.
Дано: V=10 л=10-2 м3; t1=20 0C; t2=100 0C; c=4,2Ч 10 Дж/(кгЧ
0C) ; r =103 кг/м3; Q -? СИ: ;. Решение: Q = mЧ cЧ (t1 - t2) ; m = r Ч V;
Q = r Ч VЧ cЧ (t1 - t2) ; Q = = 4,2Ч 80Ч 104
Дж = 3,36Ч 106 Дж = 3,36Ч 103 кДж.
6. Применение закона Ома
для участка цепи
По показаниям приборов (см.
рис.) определите сопротивление
проводника AB и начертите схему
электрической цепи. Дано: U = 2 В; I
= 0,5 А; R -? Решение: I = U / R; R = U
/ I; R == 4 Ом.

7. Применение формул механической работы и
мощности для случая движения автомобиля с постоянной
скоростью
Сила тяги мотор автомашины равна 2Ч 103 Н. Автомашина
движется равномерно со скоростью 72 км/ч. Какова мощность
мотора автомобиля и работа, совершенная им за 10 с?
Дано: F=2Ч 103 Н; v=72 км/ч; t=10 с; A -? N -? Решение: A =
FЧ s; s = vЧ t; A = FЧ vЧ t; A = 2Ч 103 НЧ 10 сЧ 20 м/c = 4Ч 105 Дж
= 4Ч 102 кДж; N = A / t = = FЧ v; N = 2Ч 103 НЧ 20 м/c = 4Ч 104
Вт = 40 кВт.
9. Применение второго закона Ньютона в случае, когда
тело движется прямолинейно под действием одной силы
На покоящееся тело массой 0,2 кг действует в течение 5 с сила
0,1 Н. Какую скорость приобретет тело и какой путь пройдет оно за
указанное время?
Дано: m = 0,2 кг; t = 5 с; F = 0,1 Н; v -? s -? Решение: F = mЧ a; a
= F / m; v = a Ч t= ; s = = ; v ==2,5 м/с; s ==6,25 м.

10. Применение закона сохранения импульса при
неупругом столкновении тел
Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с,
нагоняет ваг. массой 30 т, движущийся со скоростью 0,2 м/с. Какова
скорость вагонов после взаимодействия, если удар неупругий?
Дано: m1=20 т; v1=0,3 м/с; m2=30 т; v2=0,2 м/с; v -? СИ: m1 =
2Ч 104 кг; v1=0,3 м/с; m2 = 3Ч 104 кг; v2=0,2 м/с. Решение: m1Ч v1 +
m2Ч v2 = (m1 + m2) Ч v; v = ; v = = =
= 0,24 м/с
11. Применение закона сохран-я механич. энергии при
свободном падении тел
Тело массой 1 кг падает с высоты 20 м над землей. Вычислить
кинетическую энергию тела в момент, когда оно находится на высоте
10 м над землей, и в момент падения на землю.
Дано: m=1 кг; h=20 м; h1=10 м; EК1 -? EК2 -? СИ: ;. Решение: В
высшей точке EП = mЧ gЧ h; EK = 0; В средней точке EП1 = mЧ gЧ h1;
EK1 = EП - EП1; EП1 = = 100 Дж; EK1 = 200 Дж - 100 Дж = 100
Дж; В низшей точке EП2 = 0; EK2 = EП = 200 Дж.

12. Расчет удельного сопротивления проводника
Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой
проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1
мм2. Чему равно сопротивление спирали?
Дано: l=13,75 м; S=0,1 мм2; r =1,1 ОмЧ мм2/м; R -? Решение:
; R = = 151,25 Ом.
13. Расчет мощности и работы электрического тока
Электрический утюг рассчитан на напряжение 220 В.
Сопротивление его нагревательного элемента равно 88 Ом.
Определите энергию, потребляемую утюгом за 30 мин, и его
мощность.
Дано: U=220 В; R=88 Ом; t = 30 мин; A -? P -? СИ: ;. Решение: A
= IЧ UЧ t; I = U / R; ; P = A / t = I Ч U; t = 30 мин = 0,5 ч; A =
= 2,5 А Ч 220 В Ч 0,5 ч = 275 ВтЧ ч = 0,275 кВтЧ ч; P = 2,5 А Ч
220 В = 550 Вт.

14. Расчет количества теплоты, выделяемой
электрическим нагреватлем
По проводнику сопротивлением 4 Ом в течение 2 мин
прошло 500 Кл электричества. Сколько теплоты выделит
проводник?
Дано: R = 1,2 Ом; t = 2 мин; q = 500 Кл; Q -? СИ: R = 1,2 Ом;
t = 120 сек; q = 500 Кл; Решение: Q = I2Ч RЧ t; I = q / t; Q = = ;
Q = » 25Ч 102 Дж = 2,5 кДж.
15. Определение основн.
парам-ров гармонического колеб.
движ. по его графику
По графику, приведенному на
рисунке, определите амплитуду,
период, частоту. Какие из величин,
характеризующих гармонические
колебания (амплитуда, период,
частота, смещение, скорость,
ускорение) , являются постоянными
и какие - переменными?

1. Расчет давления твердого тела 2. Расчет силы
атмосферного давления на плоскость 3. Расчет давления внутри
жидкости 4. Расчет кол-ва теплоты, требуемого для плавл. тв. тела
при темп-ре плав-я 5. Расчет кол-ва теплоты, требуемого для
нагревания жидкости до темп-ры кипения 6. Применение закона
Ома для участка цепи 7. Применение формул механич. работы и
мощ-ти для случая движ-я автомобиля с постоянной скоростью 8.
Чтение и интерполяция графиков зависимости кинематических
величин (перемещ-я и скор-ти) от времени 9. Применение второго
з-на Ньютона в случае, когда тело движ. прямолинейно под
действием одной силы 10. Применение закона сохранения
импульса при неупругом столкновении тел 11. Применение закона
сохранения механической энергии при свободном падении тел 12.
Расчет удельного сопротивления проводника 13. Расчет мощности
и работы электрического тока 14. Расчет количества теплоты,
выделяемой электрическим нагреватлем 15. Определение основных
параметров гармонического колеб. движения по его графику
8. Чтение и интерполяция графиков зависимости
кинематических величин (перемещения и скорости) от времени
По графику перемещения равномерно движущегося
тела (см. рис.) определите: а) перемещение тела за 5 ч; б) скорость