10. klassi arvestused (32)

ARVESTUSED
Õppeaines: FÜÜSIKA




Õpilane:
Klass: 10
Õpetaja:



2005
SISUKORD
I ARVESTUS MEHAANIKA 4
1. SI süsteemi põhimõõtühikud 4
2. Ühikute teisendamine ja eesliite väljendamine kümne astmetena 5
3. Kulgliikumine 5
4. Taustsüsteem 6
5. Nihe 6
6. Trajektoor 6
7. Teepikkus 6
8. Kiirus 6
9. Keskmine kiirus 7
10. Kiirendus 7
11. Hetkkiirus 7
12. Gravitatsioon 8
13. Kehade vaba langemine 8
II ARVESTUS NEWTONI SEADUSED. TÖÖ JA ENERGIA 9
1. Inertsiaalne taustsüsteem 9
2. Inerts 9
3. Mass 10
4. Jõud 10
5. Newtoni I seadus (e inertsiseadus) 10
6. Newtoni II seadus 11
7. Newtoni III seadus 11
8. Impulss 12
9. Impulsi jäävuse seadus 13
10. Elastsusjõud 13
11. Keha kaal 14
12. Mehaaniline töö 15
13. Võimsus 15
14. Energia 16
III ARVESTUS PERIOODILISED LIIKUMISED 18
2. Joonkiirus 18
3. Nurkkiirus 19
4. Sagedus 19
5. Harmooniline võnkumine 20
6. Hälve 20
7. Amplituud 20
8. Faas 20
9. Laine 20
10. Ristlaine 21
11. Pikilaine 21
12. Lainepikkus 21
13. Interferents 22
IV ARVESTUS MOLEKULAARFÜÜSIKA 22
1. Soojusliikumine 22
2. Siseenergia 22
3. Molekul 23
4. Molekulmass 23
5. Molaarmass 23
6. Rõhk 24
7. Temperatuur 25
8. Termodünaamika I seadus 27
9. Termodünaamika II seadus 28
10. Ideaalse gaasi olekuvõrrand 28
11. Isoprotsessid 29
12. Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand 30
13. Soojusmasin 31
14. Soojusmasina kasutegur 32

I ARVESTUS MEHAANIKA

1. SI süsteemi põhimõõtühikud

1. Aeg: Sekund (s) on ligikaudu troopilisest aastast 1900. aastal.
1 s võrdub 133Cs aatomi teatud kahe energianivoo vahelisele üleminekule vastava kiirguse 9 192 631 770 perioodiga.
2. Pikkus: Meeter (m) on ligikaudu
Pariisi läbiva Maa meridiaani pikkusest.
1 m on võrdne 86Kr aatomi kiirguse oranži spektrijoone 1 650 763, 73 lainepikkusega.
Meeter võrdub kaugusega, mille läbib elektromagnetiline tasalaine vaakumis sek-ga
3. Mass: Kilogramm (kg)
1 kg võrdub ligikaudu 1 liitri puhta vee massiga temperatuuril 15 oC
4. Elektrivoolu tugevus: Amper (A)
Amper on selline muutumatu elektrivoolu tugevus, mis kaht lõpmatult pikka ja rööbitist, teineteisest 1 meetri kaugusel tühjuses asetsevat kaduvväikese ringikujulise ristlõikega sirgjuhet läbides tekitab nende juhtmete vahel iga meetripikkuse lõigu kohta jõu njuutonit.
5. Termodünaamiline temperatuur: Kelvin (K)
Kelvin võrdub
osaga vee kolmikpunkti termodünaamilisest temperatuurist.
6. Ainehulk : Mool (mol)
Mool võrdub süsteemi ainehulgaga, milles sisalduv struktuurielementide arv on võrdne 0, 012 kilogrammi süsiniku 12C aatomite arvuga. Mooli kasutamisel peavad struktuurielemendid olema liigitatud. Nad võivad olla aatomid , molekulid, iooni, elektronid ja teised osakeste rühmad.
7. Valgustugevus: Kandela (cd)
Kandela võrdub sellise valgusallika valgustugevusega antud suunas, mis kiirgab monokromaatilist valgust sagedusega
Hz ja mille energeetiline valgustugevus selles suunas on W/sr.

2. Ühikute teisendamine ja eesliite väljendamine kümne astmetena

Nimetus
Tähis
Kordaja, millega tuleb korrutada mõõtühikut
Tera
T
1012
Giga
G
109
Mega
M
106
Kilo
k
103
Milli
m
10-3
Mikro
μ
10-6
Nano
n
10-9
Piko
p
10-12
femto
f
10-15
Näiteks: 1 F = cm
1 eV =
J
1 bar = 105 Pa
1 μF = 10-6 F

3. Kulgliikumine

Et uurida liikumist, st tema asukohta muutumist ruumis, tuleb eelkõige osata määrata seda asukohta ennast. Kuid seejuures tekivad mõned raskused. Igal kehal on mingid mõõtmed; seega keha erinevad osad, tema eri punktid asuvad ruumi erinevates kohtades. Kuidas siis määrata kogu keha asukoht? Siiski ilmneb, et paljudel juhtudel ei olegi vaja näidata liikuva keha iga punkti asukohta.
Seda ei ole vaja teha siis, kui keha kõik punktid liiguvad ühesuguselt.
Liikumist, mille korral keha kõik punktid liiguvad ühesuguselt, nimetatakse kulgliikumiseks.
Kulgliikumisel jääb iga kehas mõtteliselt tõmmatud sirge iseendaga paralleelseks. Võib ka nii öelda, et keha liigub kulgevalt siis, kui ta liikumisel ei pöörle ja isegi ei pöördu.
Näiteks: Ühesuguselt liiguvad tõstetavad jäiga kohvri punktid, televiisori erinevad punktid, jne. Küll aga ei liigu ühtlaselt laualt kapile tõstetava ajalehe erinevad punktid, kardinate ettetõmbamisel tema erinevad punktid, jne.
Keha iga punkti liikumist pole vaja eraldi kirjeldada ka sel juhul, kui keha mõõtmed on väikesed tema poolt läbitud tee pikkusega või kaugusega teiste kehadeni. Näiteks on ookeaniaurik väike võrreldes tema poolt läbitud vahemaaga.

4. Taustsüsteem

Taustkeha ja sellega seotud koordinaadistik võimaldavad määrata keha asendi ruumis. Kuid liikumisel keha asukoht muutub aja jooksul. Seetõttu on vaja veel taustkehaga seotud aja mõõteriista ehk kella. Kõik need koos moodustavad taustsüsteemi.
Taustkeha, sellega seotud koordinaadistik ja aja mõõteriist moodustavad taustsüsteemi.
Iga liikumist vaadeldakse mingi vabalt valitud taustsüsteemi suhtes.

5. Nihe

Nihe on koordinaadi muuduga seotus esimene liikumist kirjeldav suurus.
Keha (punktmassi) nihkeks nimetatakse suunatud sirglõiku, mis ühendab keha algasukohta lõppasukohaga.
Keha liigub alati mingis suunas. Et leida keha lõppasukohta, tuleb teada veel keha algasukohta lõppasukohaga ühendava lõigu suunda. Seda suunatud sirglõiku nimetatakse keha nihkeks.
Keha liikumist tuleb eristada tema liikumise trajektoorist (joonest, mida mööda keha liigub). Keha liikumise trajektoor ei tarvitse ühtida nihkega.
Näiteks ei või me teada keha asukohta juhul, kus keha on liikunud 550 km, aga lõppasukoht algasukohaga võrreldes on 200 km kaugusel. St, et keha on lõppasukohta liikunud ringiga . Kui me saame teada, et keha sooritas nihke mingis suunas ja selle nihke pikkus oli 200 km, siis saame öelda, kus punktis keha asub.

6. Trajektoor

Joont, mida mööda keha (punkt) liigub, nimetatakse liikumise trajektooriks.

7. Teepikkus

Läbitud trajektoorlõigu pikkust nimetatakse teepikkuseks ehk läbitud teeks .

8. Kiirus

Keha liikumist iseloomustatakse kvantitatiivselt1 kiiruse mõistega.
v = s / t
Kiirus on aja jooksul läbitud teepikkus.

9. Keskmine kiirus

Jagades nihke
selle sooritamiseks kulunud ajaga t, saamegi keskmise kiiruse: .
Keskmine kiirus näitab, millise nihke teeb keha keskmiselt ühes ajaühikus.
Kui näiteks rong läbib 10 tunniga 600 km, siis keskmiselt läbib ta igas tunnis 60 km. On ilmne, et teatud osa ajast rong üldse ei liikunud, vaid seisis jaamades. Jaamast väljudes rongi kiirus suurenes, jaamale lähenemisel aga vähenes.

10. Kiirendus

Keha mitteühtlasel liikumisel muutub tema kiirus aja jooksul. Kiiruse muutumist iseloomustab kiirenduse mõiste.
Keha liikumise kiirenduseks nimetatakse väga väikese kiiruse muudu Δ
ja sellele vastava ajavahemiku Δ t suhet: .
Kui keha liigub ajavahemiku vältel trajektoori punktist A punkti B ja tema kiirus nendes punktides on vastavalt
ja , siis kiiruse muut selles ajavahemikus võrdub kiirusvektorite vahega: .
Kiirendusvektori
suund ühtib väga väikesele ajavahemikule Δ t vastava kiiruse muudu vektori Δ
suunaga.
Meeter sekundi ruudu kohta on sellise ühtlaselt muutuva liikumise kiirendus, mille puhul kiirus muutub 1 sekundis 1 m/s võrra: 1 = , selle korral on kiirendusvektor jääv, st selle moodul ja suund ei muutu.

11. Hetkkiirus

Hetkkiirus on vektoriaalne2 suurus.
Igal liikuval kehal on mingi kiirus. Kuid teiseltpoolt läbib keha oma liikumisel kõiki trajektoori punkte. Neid punkte on aga lõpmatult palju. Igaühte neist punktidest läbib keha teatud kindlal ajahetkel. Seega on kehal igas trajektoori punktis ja igal ajahetkel mingi kindel suurus.
Keha liikumise hetkkiirus: väga väikese nihke
ja selle sooritamiseks kulunud ajavahemiku Δ t suhet: .
Hetkkiiruseks nimetatakse kiirust, mida keha omab antud hetkel ehk antud trajektoori punktis.
Hetkkiirusest võime rääkida ka ühtlese sirgjoonelise liikumise korral. Erinevuseks on ainult see, et ühtlasel sirgjoonelisel liikumisel on hetkkiirus igas trajektoori punktis ja kõikidel ajahetkedel ühesugune. Mitteühtlase liikumise korral on see aga erinevates trajektoori punktides ja erinevatel ajahetkedel erinev.

12. Gravitatsioon3

Päikese, planeetide, komeetide, tähtede ja teiste kehade vahelist tõmbejõudu nimetas Newton gravitatsioonijõuks. Gravitatsioonijõud, millega Maa mõjutab Kuud, on võrdeline Kuu massiga. On ilmne, et gravitatsioonijõud, millega Kuu mõjutab Maad, on võrdeline Maa massiga.
Kaks keha tõmbuvad teineteise poole jõuga, mis on võrdeline nende masside korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga: .
Mõlemale kehale mõjuv gravitatsioonijõud on suunatud piki kehi ühendavat sirget.
Gravitatsiooniseadust võib kasutada igasuguse kujuga kehade vahelise gravitatsioonijõu arvutamiseks juhul, kui kehade mõõtmed on nendevahelise kaugusega võrreldes väikesed.
Kui gravitatsioonijõud mõjub maakera ja kivitüki vahel, siis ilmselt mõjub see ka poole maakera ja kivitüki vahel.
Gravitatsioonikonstant :

13. Kehade vaba langemine

Kehade langemist õhutühjas ruumis (vaakumis) nimetatakse vabaks langemiseks.
Ühtlaselt muutuva liikumise huvitavateks juhtudeks on keha vaba langemine ja vertikaalselt visatud keha liikumine. Selliseid liikumisi uuris juba XVI sajandi algul Galileo Galilei. Ta tegi kindlaks, et need liikumised on ühtlaselt muutuvad ning et kiirendus on 9, 81 m/s2. Alla liigub keha kiirenevalt: tema kiirus suureneb igas sekundis 9, 81 m/s võrra.
Kui lasta kivitükil, vatitükil ja sulel langeda ruumis, kus õhk on välja pumbatud, siis jõuavad need ruumi põrandale üheaegselt.
Vaba langemise kiirendust tähistatakse tähega g.
Erinevate massidega kehade ühesuguse kiirendusega langemise faktist järeldub, et jõud, mis annab kehadele vaba langemise kiirenduse, peab olema võrdeline keha massiga. Seda kõikidele kehadele mõjuvat Maa külgetõmbejõudu nimetatakse raskusjõuks: Fr = mg.

II ARVESTUS NEWTONI SEADUSED. TÖÖ JA ENERGIA

1. Inertsiaalne taustsüsteem

Taustsüsteeme, mille suhtes keha väliste mõjude kompenseerumisel liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt, inertsiaalsüsteemideks.
Maaga seotud taustsüsteeme loetakse tavaliselt inertsiaalsüsteemideks. Kuid täpsed mõõtmised näitavad, et Maal esinevad väikesed hälbimised inertsiseadusest. Nähtused, mis on Newtoni esimese seadusega vastuolus , on põhjustatud Maa pöörlemisest ümber oma telje. Niisuguste nähtusete hulka kuulub näiteks vabalt langevate kehade kõrvalekaldumine vertikaalsihist ida poole.

2. Inerts

Keha omadus säilitada oma kiirus teiste kehade mõju puudumisel või nende mõjude tasakaalustumisel.
Iga seisev keha jääb paigale, kui temale ei mõju teised kehad või kui teiste kehade mõjud kompenseerivad üksteist. Mingi kiirusega
liikuv keha jätkab oma ühtlast sirgjoonelist liikumist seni, kuni temale ei mõju teised kehad või kui teiste kehade mõjud temale kompenseeruvad vastastikku. Sellistele järeldustele kehade liikumise kohta jõudis esmakordselt Galileo Galilei.

3. Mass

Keha mass on füüsikaline suurus, mis on keha inertsi mõõduks.
Ühe keha mõju teisele ei saa olla ühepoolne. Mõlemad kehad mõjuvad teineteisele – kehadevahelised mõjud on alati vastasmõjud.