Как найти ускорение

Что такое амплитуда

Измеряют в тех же единицах, в которых измерена колеблющаяся величина. К примеру, когда рассматривают механические колебания, в которых изменяется координата, амплитуду измеряют в метрах.

В случае электрических колебаний, в которых изменяется заряд, ее измеряют в Кулонах. Если колеблется ток – то в Амперах, а если – напряжение, то в Вольтах.

Часто обозначают ее, приписывая к букве, обозначающей амплитуду индекс «0» снизу.

К примеру, пусть колеблется величина \( \large x \). Тогда символом \( \large x_{0} \) обозначают амплитуду колебаний этой величины.

Иногда для обозначения амплитуды используют большую латинскую букву A, так как это первая буква английского слова «amplitude».

С помощью графика амплитуду можно определить так (рис. 2):

Рис. 2. Амплитуда – это максимальное отклонение от горизонтальной оси либо вверх, либо вниз. Горизонтальная ось проходит через уровень нуля на оси, на которой отмечены амплитуды

Черные дыры во вселенной

Эта статья является конспектом книги «Маленькая книга о черных дырах». Материал посвящен таким астрономическим объектам, как рентгеновские двойные и квазары.

В 1960-е и 1970-е годы в понимании черных дыр произошла настоящая революция. Современное теоретическое представление о черных дырах было в целом построено именно тогда благодаря математическим достижениям и глубоким прозрениям многих исследователей. В то же самое время астрономы все глубже и дальше вглядывались во Вселенную, используя все более чувствительные оптические и радиотелескопы. Были открыты два новых класса астрономических объектов: квазары и рентгеновские двойные системы. Именно там, как сейчас думают ученые, и находятся черные дыры.

Как рассчитать теплоемкость продуктов питания

При расчёте емкости питания уравнение примет следующий вид:

с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908 *a), где:

  • w – количество воды в продукте;
  • p – количество белков в продукте;
  • f – процентное содержание жиров;
  • c – процентное содержание углеводов;
  • a – процентное содержание неорганических компонентов.

Определим теплоемкость плавленого сливочного сыра Viola. Для этого выписываем нужные значения из состава продукта (масса 140 грамм):

  • вода – 35 г;
  • белки – 12,9 г;
  • жиры – 25,8 г;
  • углеводы – 6,96 г;
  • неорганические компоненты – 21 г.

Затем находим с:

с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908*a)=(4.180*35)+(1.711*12,9)+(1.928*25,8) + (1.547*6,96)+(0.908*21)=146,3+22,1+49,7+10,8+19,1=248 кДж /кг*ºC.

Термодинамика

Количество теплоты (энергии) необходимое для нагревания некоторого тела (или количество теплоты выделяющееся при остывании тела) рассчитывается по формуле:

Теплоемкость (С — большое) тела может быть рассчитана через удельную теплоёмкость (c — маленькое) вещества и массу тела по следующей формуле:

Тогда формула для количества теплоты необходимой для нагревания тела, либо выделившейся при остывании тела может быть переписана следующим образом:

Фазовые превращения. При парообразовании поглощается, а при конденсации выделяется количество теплоты равное:

При плавлении поглощается, а при кристаллизации выделяется количество теплоты равное:

При сгорании топлива выделяется количество теплоты равное:

Уравнение теплового баланса (ЗСЭ). Для замкнутой системы тел выполняется следующее (сумма отданных теплот равна сумме полученных):

Если все теплоты записывать с учетом знака, где «+» соответствует получению энергии телом, а «–» выделению, то данное уравнение можно записать в виде:

Работа идеального газа:

Если же давление газа меняется, то работу газа считают, как площадь фигуры под графиком в p–V координатах. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа:

Изменение внутренней энергии рассчитывается по формуле:

Первый закон (первое начало) термодинамики (ЗСЭ):

Для различных изопроцессов можно выписать формулы по которым могут быть рассчитаны полученная теплота Q, изменение внутренней энергии ΔU и работа газа A. Изохорный процесс (V = const):

Изобарный процесс (p = const):

Изотермический процесс (T = const):

Адиабатный процесс (Q = 0):

КПД тепловой машины может быть рассчитан по формуле:

Где: Q1 – количество теплоты полученное рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q2 – количество теплоты переданное рабочим телом за один цикл холодильнику. Работа совершенная тепловой машиной за один цикл:

Наибольший КПД при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2, достигается если тепловая машина работает по циклу Карно. Этот КПД цикла Карно равен:

Абсолютная влажность рассчитывается как плотность водяных паров (из уравнения Клапейрона-Менделеева выражается отношение массы к объему и получается следующая формула):

Относительная влажность воздуха может быть рассчитана по следующим формулам:

Потенциальная энергия поверхности жидкости площадью S:

Сила поверхностного натяжения, действующая на участок границы жидкости длиной L:

Высота столба жидкости в капилляре:

При полном смачивании θ = 0°, cos θ = 1. В этом случае высота столба жидкости в капилляре станет равной:

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Формулировка

Кулон исследовал взаимодействие между шариками, ничтожно малых размеров, по сравнению с расстояниями между ними. В физике такие заряженные тела называются точечными. Другими словами, под определение точечных зарядов подпадают такие заряженные тела, если их размерами, в условиях конкретного эксперимента, можно пренебречь.

Для точечных зарядов справедливо утверждение: Силы взаимодействия между ними направлены вдоль линии, проходящей через центры заряженных тел. Абсолютная величина каждой силы прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (см. рис. 3). Данную зависимость можно выразить формулой: |F1|=|F2|=(ke*q1*q2) / r2


Рис. 3. Взаимодействие точечных зарядов

Остаётся добавить, что векторы сил направлены друг к другу для разноименных зарядов, и противоположно, в случае с одноимёнными зарядами. То есть между разноимёнными зарядами действует электрическое притяжение, а между одноимёнными – отталкивание.

Таким образом, закон Кулона описывает взаимодействие между двумя электрическими зарядами, которое лежит в основе всех электромагнитных взаимодействий.

Для того чтобы действовал сформулированный выше закон, необходимо выполнение следующий условий:

  • соблюдение точечности зарядов;
  • неподвижность заряженных тел;
  • закон выражает зависимости между зарядами в вакууме.

Границы применения

Описанная выше закономерность при определённых условиях применима для описания процессов квантовой механики. Правда, закон Кулона формулируется без понятия силы. Вместо силы используется понятие потенциальной энергии кулоновского взаимодействия. Закономерность получена путём обобщения экспериментальных данных.

Следует отметить, что на сверхмалых расстояниях (при взаимодействиях элементарных частиц) порядка 10 — 18 м проявляются электрослабые эффекты. В этих случаях закон Кулона, строго говоря, уже не соблюдается. Формулу можно применять с учётом поправок.

Нарушение закона Кулона наблюдается и в сильных электромагнитных полях (порядка 1018 В/м), например поблизости магнитаров (тип электронных звёзд). В такой среде кулоновский потенциал уменьшается не обратно пропорционально, а экспоненциально.

Кулоновские силы подпадают под действие третьего закона Ньютона: F1 = – F2. Они используются для описания законов всемирного тяготения. В этом случае формула приобретает вид: F = ( m1* m2 ) / r2 , где m1 и m2 – массы взаимодействующих тел, а r – расстояние между ними.

Закон Кулона стал первым открытым количественным фундаментальным законом, обоснованным математически. Его значение в исследованиях электромагнитных явлений трудно переоценить. С момента открытия и обнародования закона Кулона началась эра изучения электромагнетизма, имеющего огромное значение в современной жизни.

Примеры задач с решением

Рассмотрим варианты самых распространенных задач с решениями.

Задачи из раздела «Тепловые явления»

Задача на вычисление количества теплоты

Задача

Какое количество теплоты отдаст стакан горячего чая массой 200 грамм и температурой 90 градусов, остыв до 20 градусов?

Решение:

\(Q=4200*0,2*(20-90)=-58800 Дж.\)

Задача на вычисление количества теплоты при сгорании топлива

Задача

Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 300 гр керосина?

(q керосина = \(4,6*10^7\) Дж/кг).

Решение:

\(Q=4,6*10^7*0,3=1,38*10^7=13,8*10^6 \)Дж.

Задача на вычисление абсолютной влажности

Задача

Какой будет абсолютная влажность воздуха, если относительная влажность равна 50% при температуре 20 градусов?

Решение:

Смотрим в таблице, сколько пара может содержаться при температуре 20 градусов. Обнаруживаем значение 17 г. Так как у нас относительная влажность равна 50%, необходимо 17 / 2, получаем 8,5 г/м3. Абсолютная влажность равна 8,5 г/м3.

Задача на вычисление относительной влажности воздуха

Задача

Какой будет относительная влажность при том условии, что при температуре 30 градусов в воздухе содержалось 17 г воды?

Решение:

\(\varphi=17*100/30=56%\)

Задача на вычисление КПД тепловой машины

Задача 

Какой КПД у теплового двигателя, который совершил полезную работу 70 кДж, если при полном сгорании топлива выделилась энергия 200 кДж?

Решение:

\(\eta=70/200*100%=35%\)

Задачи из раздела «Электрические явления»

Задача на вычисление удельного сопротивления проводника

Задача

Чему будет равно сопротивление проводника, в котором течет ток силой 600 мА при напряжении на концах 1,2 кВ?

Решение:

\(R=1200/0,6=200 Ом.\)

Задача на вычисление величины заряда

Задача

Через поперечное сечение проводника за 0,5 часа проходит заряд 2 700 кулонов. Какой будет сила тока в цепи?

Решение:

0,5 часа=1800 с.

\(I=2700/1800=1,5 А. \)

Задача на нахождение работы эл. тока

Задача

Какую работу совершает электрический ток за 10 минут работы утюга с сопротивлением, равным 80 Ом, и работающим от сети с напряжением 220 В?

Решение:

\(А=220^2/80*600=363000 \)Дж.

Для решения задач по правилам правой руки и буравчика, важно знать условные обозначения:

Задача на вычисление абсолютного показателя преломления вещества

Расчет оптической силы линзы

Задача

Какой будет оптическая сила линз объектива фотоаппарата, если его фокусное расстояние составляет 58 мм?

Решение:

58 мм=0,058 м.

Все формулы за 7 класс

Учебники физики за 7 класс знакомят школьников с формулами, при помощи которых вычисляют:

  • скорость равномерного движения;
  • среднюю скорость неравномерного движения; 
  • плотность вещества;
  • силу тяжести; 
  • равнодействующую сил, направленных в одну сторону;
  • вес тела; 
  • давление; 
  • давление жидкости; 
  • силу Архимеда. 

Скорость равномерного движения

Скорость равномерного прямолинейного движения — это постоянная скорость объекта при движении по прямой линии, которая будет одинакова в любой момент движения.

Рассчитывается она так:

\(V=\frac St\)

где \(V\) — искомая нами скорость объекта, \(S\) — путь, пройденный объектом, \(t\) — время, за которое был пройден путь.

Скорость измеряется в км/ч, когда речь идет о больших расстояниях, и м/с, когда о маленьких.

Средняя скорость неравномерного движения

Средняя скорость — это скорость, которую мог бы иметь объект, если бы преодолел этот же самый путь за это же самое время, но двигаясь равномерно.

Зависит от тех же параметров, что и скорость при равномерном движении: от \(S\) и \(t\). Чтобы рассчитать среднюю скорость движения нужно полный путь, пройденный объектом, разделить на все время движения:

\(V=\frac{S_1+S_2}{t_1+t_2}\)

где \(V\) — средняя скорость, \(S_1, S_2\) — участки пути, из которых состоит полный путь объекта, \(t_1\) — время, потраченное на преодоление первого участка пути, \(t_2\) — время, потраченное на преодоление второго участка пути.

Средняя скорость также измеряется в км/ч.

Плотность вещества

Плотность вещества — это физическая величина, которая показывает зависимость массы вещества от его объема.

Формула для определения плотности вещества:

\(p=\frac mV\)

где \(p\) — плотность, \(m\) — масса вещества, \(V\) — его объем.

Измеряется плотность в \(кг/м^3\).

Сила тяжести

Сила тяжести — эта та сила, с которой все объекты притягиваются к поверхности нашей планеты.

Определяется по формуле:

\(F=g\times m\)

где \(F\) — сила тяжести, \(m\) — масса объекта, а \(g\) — коэффициент силы тяжести, равный 9,8 м/с.

Измеряется сила тяжести в ньютонах.

Равнодействующая сил, направленных в одну сторону

Равнодействующая сила — это сила, которая воздействует на тело так же, как несколько других одновременно воздействующих на объект сил.

Если силы, воздействующие на объект, направлены по одной прямой и в одну сторону, равнодействующая этих сил будет направлена в эту же сторону, а ее модуль будет равен сумме модулей этих сил.

Исходя из трактовки этого понятия, следует, что:

\(R=F_1+F_2\)

где \(R\) — равнодействующая сил \( F_1\) и \(F_2\), действующих на тело.

Измеряется в ньютонах.

Вес тела

Вес — это сила, с которой объект воздействует на опору или подвес под ним вследствие притяжения к планете Земля.

Вес тела численно равен силе тяжести и вычисляется по той же самой формуле:

\(F=g\times m\)

Так же, как и сила тяжести, измеряется в ньютонах.

Давление

Давление — это физическая величина, характеризующая степень воздействия силы, действующей перпендикулярно поверхности на площадь этой поверхности.

\(P=\frac FS\)

где \(P\) — давление, \(F\) — сила, направленная перпендикулярно площади поверхности, \(S\) — площадь поверхности, на которую действует сила.

Давление измеряется в паскалях.

Давление жидкости

Давление в жидкости или газе зависит:

  1. От уровня жидкости или газа в емкости. Это происходит из-за того, что верхние слои «давят» на нижние слои жидкости.
  2. От плотности жидкости / газа. Чем больше плотность, тем больше давление.

В виде формулы эту зависимость записывают так:

\(P=p\times g\times h\)

где \(P\) — давление в жидкости, \(p\) — плотность жидкости, \(g\) — коэффициент силы тяжести, равный 9,8 м/с, \(h\) — высота (уровень) жидкости в емкости. 

Давление в жидкости измеряется в паскалях.

Согласно закону Паскаля, давление в жидкости и газах передается одинаково по всем направлениям.

Сила Архимеда

Архимедова сила — сила выталкивания, действующая на тело, которое погружено в жидкость или газ.

Эта сила всегда направлена вверх и равна по модулю весу жидкости, вытесненной телом. В уравнении зависимость выглядит так:

\(F_a=p\times g\times V\)

где \(F_a\) — сила Архимеда, \(p\) — плотность жидкости или газа, \(g\) — коэффициент силы тяжести, \(V\) — объем погруженного в жидкость объекта.

Сила Архимеда измеряется в ньютонах.  

Колебания

Уравнение описывающее физические системы способные совершать гармонические колебания с циклической частотой ω:

Решение предыдущего уравнения является уравнением движения для гармонических колебаний и имеет вид:

Период колебаний вычисляется по формуле:

Частота колебаний:

Циклическая частота колебаний:

Зависимость скорости от времени при гармонических механических колебаниях выражается следующей формулой:

Максимальное значение скорости при гармонических механических колебаниях:

Зависимость ускорения от времени при гармонических механических колебаниях:

Максимальное значение ускорения при механических гармонических колебаниях:

Циклическая частота колебаний математического маятника рассчитывается по формуле:

Период колебаний математического маятника:

Циклическая частота колебаний пружинного маятника:

Период колебаний пружинного маятника:

Максимальное значение кинетической энергии при механических гармонических колебаниях задаётся формулой:

Максимальное значение потенциальной энергии при механических гармонических колебаниях пружинного маятника:

Взаимосвязь энергетических характеристик механического колебательного процесса:

Энергетические характеристики и их взаимосвязь при колебаниях в электрическом контуре:

Период гармонических колебаний в электрическом колебательном контуре определяется по формуле:

Циклическая частота колебаний в электрическом колебательном контуре:

Зависимость заряда на конденсаторе от времени при колебаниях в электрическом контуре описывается законом:

Зависимость электрического тока протекающего через катушку индуктивности от времени при колебаниях в электрическом контуре:

Зависимость напряжения на конденсаторе от времени при колебаниях в электрическом контуре:

Максимальное значение силы тока при гармонических колебаниях в электрическом контуре может быть рассчитано по формуле:

Максимальное значение напряжения на конденсаторе при гармонических колебаниях в электрическом контуре:

Переменный ток характеризуется действующими значениями силы тока и напряжения, которые связаны с амплитудными значениями соответствующих величин следующим образом. Действующее значение силы тока:

Действующее значение напряжения:

Мощность в цепи переменного тока:

Трансформатор

Если напряжение на входе в трансформатор равно U1, а на выходе U2, при этом число витков в первичной обмотке равно n1, а во вторичной n2, то выполняется следующее соотношение:

Коэффициент трансформации вычисляется по формуле:

Если трансформатор идеальный, то выполняется следующее соотношение (мощности на входе и выходе равны):

В неидеальном трансформаторе вводится понятие КПД:

Волны

Длина волны может быть рассчитана по формуле:

Разность фаз колебаний двух точек волны, расстояние между которыми l:

Скорость электромагнитной волны (в т.ч. света) в некоторой среде:

Скорость электромагнитной волны (в т.ч. света) в вакууме постоянна и равна с = 3∙108 м/с, она также может быть вычислена по формуле:

Скорости электромагнитной волны (в т.ч. света) в среде и в вакууме также связаны между собой формулой:

При этом показатель преломления некоторого вещества можно рассчитать используя формулу:

Примеры

Например:

2+2=7{\displaystyle 2+2=7} — пример формулы, имеющей значение «ложь»;

y=ln⁡(x)+sin⁡(x){\displaystyle y=\ln(x)+\sin(x)} — функция одного действительного аргумента;

z=y3y2+x2{\displaystyle z={\frac {y^{3}}{y^{2}+x^{2}}}} — функция нескольких аргументов (график одной из самых замечательных кривых — верзьера Аньези);

y=1−|1−x|{\displaystyle y=1-|1-x|} — не дифференцируемая функция в точке x=1{\displaystyle x=1} (непрерывная ломаная линия не имеет касательной);

x3+y3=3axy{\displaystyle x^{3}+y^{3}=3axy} — уравнение, то есть неявная функция (график кривой «декартов лист»);

tn=n!{\displaystyle t_{n}=n!} — целочисленная функция;

y=y3sin⁡(nx){\displaystyle y=y^{3}\sin(nx)} — чётная функция;

y=tg⁡(x){\displaystyle y=\operatorname {tg} (x)} — нечётная функция;

f(P)=x2+y2+z2{\displaystyle f(P)={\sqrt {x^{2}+y^{2}+z^{2}}}} — функция точки, расстояние от точки до начала (декартовых) координат;

y=1x−3{\displaystyle y={\frac {1}{x-3}}} — разрывная функция в точке x=3{\displaystyle x=3};

x=at−sin⁡(t); y=a1−cos⁡(t){\displaystyle x=a\,;\ y=a} — параметрически заданная функция (график циклоиды);

y=ln⁡(x), x=ey{\displaystyle y=\ln(x),\ x=e^{y}} — прямая и обратная функции;

f(x)=∫−∞x|f(t)|dt{\displaystyle f(x)=\int \limits _{-\infty }^{x}|f(t)|\,dt} — интегральное уравнение.

Где и как используется

Закон Джоуля-Ленца используется активно в электрике, электродинамике и других сферах физики. Он применяется как в быту, так и в промышленности.

К примеру, благодаря нему создаются лампы накаливания и электронагревательные приборы. В них находится нагревательный элемент, выступающий в роли проводника, имеющего высокое сопротивления. Благодаря этому элементу локализовано выделяется тепло на участке. Оно будет выделяться в момент повышения сопротивления с увеличением проводниковой длины и выбором конкретного сплава.

Обратите внимание! Также используется для просчета снижения энергопотерь. Выделение тепла из тока приводит к тому, что снижается энергия

В момент ее передачи, мощность линейным образом зависит от показателя напряжения с силой тока, а нагревание зависит от токовой силы квадратичным образом. По этой причине при повышении напряжения и понижении силы тока до подачи электрической энергии, это действие будет выгодным. В момент повышения показателя напряжения снизится электробезопасность. Чтобы повысить электробезопасность, нужно повысить сопротивление нагрузки и сетевое напряжение.

Стоит указать, что он влияет на подбор проводников для электроцепей, поскольку из-за неправильного выбора может начать сильно нагреваться проводник, а также начать возгораться. Это происходит при превышении допустимых значений силы тока и выделении небольшого количества энергии. Нагрев проводников вредный, поэтому теряется энергия и передается тепло от источника к пользователю.

Чтобы уменьшить эту потерю, сила тока уменьшается и повышается напряжение источника с остатком передаваемой мощности. Во избежание изоляционного электропробоя, она поднимается на высоту на высоковольтной линии электрической передачи, которая связывает большие электрические станции с городскими и поселочными пунктами.

Сфера применения

В целом, закон Джоуля-Ленца — норма, придуманная двумя учеными, чтобы установить, какое тепло отдает электрический ток. Данное тепло выражается через перемноженное выражение удвоенной силы тока, времени, и сопротивления проводника и измеряется в вольтах, умноженных на ампер и секунду. Используется активно как в быту, так и в промышленности, как при изучении фактора тепловой потери, так и при создании ламп накаливания и электронагревательных установок. Нередко применяется в момент выбора между проводами электроцепи.

Закон Джоуля-Ленца. Часть 1Закон Джоуля-Ленца. Часть 1

Магнетизм

Сила Ампера, действующая на проводник с током помещённый в однородное магнитное поле, рассчитывается по формуле:

Момент сил действующих на рамку с током:

Сила Лоренца, действующая на заряженную частицу движущуюся в однородном магнитном поле, рассчитывается по формуле:

Радиус траектории полета заряженной частицы в магнитном поле:

Модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением:

Индукция поля в центре витка с током радиусом R:

Внутри соленоида длиной l и с количеством витков N создается однородное магнитное поле с индукцией:

Магнитная проницаемость вещества выражается следующим образом:

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину заданную формулой:

ЭДС индукции рассчитывается по формуле:

При движении проводника длиной l в магнитном поле B со скоростью v также возникает ЭДС индукции (проводник движется в направлении перпендикулярном самому себе):

Максимальное значение ЭДС индукции в контуре состоящем из N витков, площадью S, вращающемся с угловой скоростью ω в магнитном поле с индукцией В:

Индуктивность катушки:

Где: n — концентрация витков на единицу длины катушки:

Связь индуктивности катушки, силы тока протекающего через неё и собственного магнитного потока пронизывающего её, задаётся формулой:

ЭДС самоиндукции возникающая в катушке:

Энергия катушки (вообще говоря, это энергия магнитного поля внутри катушки):

Объемная плотность энергии магнитного поля:

Формула

Перед тем, как приступить к непосредственному расчёту параметра следует ознакомиться с формулой и её компонентами.

Формула для расчёта удельной теплоёмкости имеет следующий вид:

с = Q/(m*∆T)

Знание величин и их символических обозначений, использующихся при расчёте, крайне важно. Однако необходимо не только знать их визуальный вид, но и чётко представлять значение каждого из них

Расчёт удельной теплоёмкости вещества представлен следующими компонентами:

ΔT – символ, означающий постепенное изменение температуры вещества. Символ «Δ» произносится как дельта.

ΔT можно рассчитать по формуле:

ΔT = t2–t1, где

  • t1 – первичная температура;
  • t2 – конечная температура после изменения.

m – масса вещества используемого при нагреве (гр).

Q – количество теплоты (Дж/J)

На основании Цр можно вывести и другие уравнения:

  • Q = m*цp*ΔT – количество теплоты ;
  • m = Q/цр*(t2 — t1) – массы вещества;
  • t1 = t2–(Q/цp*m) – первичной температуры;
  • t2 = t1+(Q/цp*m) – конечной температуры.

Заключение

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий