Füüsika kokkuvõtlik materjal (0)

FÜÜSIKA KOKKUVÕTLIK MATERJAL
MEHAANILINE LIIKUMINE

• Ühtlase sirgjoonelise liikumisega on tegemist siis, kui keha liigub sirgjooneliselt läbides võrdsetes ajavahemikes võrdsed teepikkused.
  
• Ühtlase muutuva liikumisega on tegemist siis kui keha kiirus kasvab või kahaneb igas ajaühikus võrdse suuruse võrra.
  
• Hetkkiirus on keha kiirus väga lühikese ajavahemiku jooksul. Iseloomustab piisavalt täpselt keha kiirust.
  
• Teepikkuseks nimetatakse trajektoori pikkust, mille keha läbib mingi ajavahemiku jooksul.
  

s = vt (ühtlasel liikumisel)
s = vRt (muutuval liikumisel)
s = vot + at2/2

• keha mitteühtlasel liikumisel muutub tema kiirus aja jooksul. Kiiruse muutumist iseloomustab kiirenduse mõiste.
  

at = v-vo , milles vo -algkiirus (m/s)
v -lõppkiirus (m/s)
t -kiiruse muutumise aeg (s)
a -kiirendus
KEHA VASTASTIKMÕJU

• Mass on kehale mõjuv jõud, massi ühik on (kg).
  
• 1N on jõud, mis annab kehale massiga 1 kg kiirenduse 1 m/s.
  
• Rõhk on pinnaühikule mõjuv jõud.
  
• Raskusjõud on jõud, millega Maa tõmbab enda poole tema lähedal asuvaid kehi.
  

Raskusjõud on gravitatsioonijõud.
Fr = mg, milles Fr – raskusjõud (N)
m – keha mass (kg)
g - raskuskiirendus (m/s)

• Elastusjõud tekib keha kuju muutumisel kehas, elastusjõud püüab keha esialgset kuju taastada. ,milles k – jäikus (N/m)
  

Fe – elastusjõud (N)
ΔI - vedrupikenemine (m)

• Hõõrdejõud on võrdeline kokkupuutuvate pindade vahelise rõhumisjõuga ja sõltub pindade karedusest ning materjalist.
  

Fn sõltub hõõrdetegurist, keha massist, pinna kaldenurgast.
Hõõrdetegur sõltub pindade materjalist ja pindade karedusest.

• Newtoni I seadus: Vastastikmõju puudumisel või vastastikmõju tasakaalu korral on keha kas paigal või liigub ühtlaselt sirgjooneliselt. F = ma
  
• Newtoni II seadus: Kehale antav kiirendus on võrdeline kehale mõjuva jõuga ja pöördvõrdeline keha massiga. a = F/m
  
• Newtoni III seadus: Jõud tekivad kahe keha vastastikmõjul alati paarikaupa. Need kummalegi kehale mõjuvad jõud on absoluutväärtuselt võrdsed ja vastassuunalised. F1 =- F2
  
• Mehaanilist tööd tehakse siis, kui kehale mõjub jõud ja kui keha selle jõu mõjul ka liigub. Jaguneb positiivseks ja negatiivseks.
  

Positiivne töö – jõu suund ühtib liikumis suunaga.
Negatiivne töö – jõu suund on vastupidine liikumissuunaga.
A = F * s = F * s *cosα

• Mehaaniline energia on keha võime teha tööd. Energiat on kahte liiki: potentsiaalne (Ep) ja kineetiline (Ek). Tähis E (J)
  

Potentsiaale energia on asendienergia. Ep= mgh
Kineetiline energia on liikumisenergia . Ek= mv2 /2

• Võimsus on töö tegemise kiirus.
  

, milles N – võimsus (W)
A – töö (J)
t – töö tegemise aeg (s)

• Mehaanilise energia jäävuse seadusi: energia ei teki ega kao vaid muundub ühest liigist teise.
  
• Kesktõmbekiirendus näitab, millise kiirusega muutub kiiruse vektor suunda. Kesktõmbekiirendus on alati suunatud ringi keskpunkti poole.
  

, milles ak - kesktõmbekiirendus
v – keha kiirus, joonkiirus
r – raadius

• Võnkeperiood on ühe täisvõnke arv ringi ajaühikus. Tähis f ja ühik (1Hz)
  
• Hälve on keha kaugus tasakaaluasendis.
  
• Võnkeamplituut on maksimaalne hälve.
  

SOOJUÕPETUS
IDEAALNE GAAS JA TERMODÜNAAMIKA ALUSED

• Ideaalne gaas on gaas, mille molekulid on punktmassid, molekulide põrked anuma seintega on absoluutselt elastsed ning molkulide vahel ei ole vastastikmõju.
  
• Termodünaamika esimene seadus: keha siseenergia või muutuda kehale antava soojushulga ja kehaga tehtava töö järgi.
  

ΔU = A+Q, milles A – välisjõudude töö
Q – väljaspoolt kehale antav soojushulk
ΔU – siseenergia (J)

• Molekulid on pidevas kaootilises liikumises ning nende vahel on vastastikmõju.
  
• Temperatuur on füüsikaline suurus, mis on seotud molekulide keskmise kineetilise enegiaga.
  

Tähis: T (K)
T = pVM / mR , milles p – rõhk (Pa) R – gaasi konstant 8,314*103J/kmol*K
V – ruumala (m3) T – temperatuur (K)
m – mass (kg)
M – molkulaarmass (g/mol)
T=t+273

• Soojushulgaks nim. soojusvahetuse teel ülekantud energiahulka. Soojushulk kulub keha temperatuuri tõstmiseks.
  

Tähis Q (J)
Q= cm(t2-t1) , milles c – erisoojus (J/kg*K)
t – temperatuur (1C0)
Q – soojushulk (J)
m – gaasi mass

• Siseenergia on kõigi keha osakeste kineetiiline ja potentsiaalne summa. Tähis U (J).
  
• Ideaalse gaasi olekuvõrrand:
  

, milles p – rõhk (Pa)
V – ruumala (m3)
m – gaasikoguse mass (kg)
M – gaasikoguse molaarmass (kg/mol)
R – gaasi konstant (8,314*103 J/kmol*Ko)

• Ideealse gaasi rõhk:
  

, milles p – rõhk (Pa)
mo – molekuli mass (kg)
n – molekulide konstentratsioon (1/m3)
v2 – molekulide kiiruse ruudu keskmine väärtus

• Termodünaamika II seadus: Soojus ei saa iseenesest üle minna külmalt kehalt kuumemale.
  
• Soojusmasin on masin, mis muudab soojuse tööks.
  
• Soojusmasina kasutegur näitab, kui suur osa moodustab masin kasulikuks tööks.
  

või

• Aine agregaatolek ja selle muutumine: Olekud on tahke, vedel ja gaasiline.
  

Tahked olekud võnguvad tasakaaluasendi ümber. Vahekaugused on väikesed.
Vedelad olekud võnguvad ja vahetavad kohti. Vahekaugused on 10 korda suuremad kui tahkes aines.
Gaasilise oleku vahekaugused on 100 korda suuremad.

• Isoprotsessid
  

Isotermiline protsess
T= const
p;V muutuvad
p1/p2 = V2/V1
Isobaariline protsess
p= const
T;V muutuvad
T1/T2 = V1/V2
Isokooriline protsess
V = const
T;p muutuvad
T1/T2 = p1/p2
ELEKTROMAGNETISM

• Elektrilaengu jäävuse seadus: suletud süsteemis laengute allgebraline summa on jääv.
  

g1 +q2 +....qn = const
Katsed näitavad, et samanimelised laengud tõukuvad ja erinimelised tõmbuvad.

• Coulombi seadus: kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende laengute korrutisega ja pöördvõrdeline laengute vahelise kauguse ruuduga ja sõltub keskkonnast, milles laengud paiknevad.
  
• Elektrivälja tugevus näitab kui suur jõud mõjub selles väljas ühikulise positiivse laenguga kehale (1N/C)
  

, milles E – elektrivälja tugevusega
F – jõud (N)
q – elektrilaeng (C)
= k* Qq/r2q = k* Q/r2, , milles k – elektriline konstant (9*109 N*m2/C2)
r- kaugus kahe laengu vahel

• Elektriliseks pingeks nimetatakse elektrivälja kahe punkti potentsiaalide vahet.
  

, milles U – pinge (V) q – elektrilaeng (C)
A – töö (J)

• Töö elektriväljas: kahe punkti vaheline pinge näitab kui suurt tööd teeb elektriväli ühikulise positiivse laenguga keha viimasel ühest punktist teise.
  

A = qEs

• Elektrimahtuvuseks nim. kehade omadust koguda elektrilaenguid. Seadme elektrimahtuvuseks nim. seadme ühelt osalt teisele viidud laengu ja üleviimise tulemusena tekkinud suhet.
  

, milles C – mahtuvus (F)
q – laeng (C)
U – pinge (V)

• Kondensaatoriks nim. seadmeid, mida kasutatakse elektrilaengute saavutamiseks. Kondensaator koosneb kahest elektrijuhtmest, mis on teineteisest eraldatud õhukese dielektriga. Lihtsaim kondensaator koosneb 2-st paralleelsest metallplaadist, mille vahel on õhk.
  
• Kondensaatori mahtuvus:
  

, milles ε – suhteline dielektriline läbitavus
εo – elektriline konstant (8,85*10-12 C2/N*m2)
S – ühe plaadi pindala (m2)
d – plaatide vahekaugus (m)
ALALISVOOL

• Elektrivooluks nim laetud osakeste suunatud korrapärast liikumist. Elektrivoolul on järgmised toimed:
  

soojuslik toime (nt:elektripliit)

magnetiline toime (nt: elektrimootor , elektrimagnet)

keemiline toime (nt: elektrolüüs)
Elektrivoolu iseloomustab voolutugevus .

• Voolutugevuseks nim ajaühikus juhiristlõiget läbinud laengut.
  

, milles J – voolutugevus (A)
q – laeng (C)
t – aeg (s)

• Elektritakistus on juhtme otstele rakendatud pinge ja juhet läbiva voolutugevuse suhe.
  

R=U/J

• Eritakistus on ühe meetri pikkuse ja ühe m ristlõike pindalaga juhi takistus 00C juures.
  

ρ=R*S/l , milles ρ – eritakistus (Ω*m)
R – elektritakistus (Ω)
S – pindala (m3)
l – juhtmelõigu pikkus (m)

• Ohmi seadus vooluringi osa kohta: voolutugevus vooluahela osas on võrdeline pingega, selle ahela otstega ja pöördvõrdeline selle ahela takistusega.
  

J= U/R , milles J – voolutugevus amprites (A)
U – pinge voltides (V)
R – takistus oomides (Ω)

• Elektrivoolutööks nimetatakse tarbija otstel oelva pinge tarbijat läbiva voolutugevuse ja aja korrutis. Elektrivoolu töö väljendub mehaanilises töös soojusenergia eraldumises.
  

A= JtU

• Võimsus on töö tegemise kiirus. N=UI
  

Elektivoolu võimsus on pinge ja elektrivoolu tugevuse korrutis. Tähis N (W)

• Elektrimotoorjõud on kõrval jõudude poolt vooluallikas laengute ümber saavutamiseks tehtud töö ja laengu suuruse suhe.
  

• Ohmi seadus kogu vooluahela kohta: voolutugevuse kogu vooluahela on võrdeline vooluallika elektromotoorjõuga ja pöördvõrdeline kogu vooluahela takistusega.
  

J= ε / R+r , milles J – voolutugevus (A)
ε – vooluallika emj (V)
R – vooluahela välistakistus ( Ω)
r – vooluallika sisetakistus ( Ω)

• Takistite jada- ja rööpühendus:
  

JADAÜHENDUS
RÖÖPÜHENDUS
R=R1+R2+R3
U=U1+U2+U3
J=J1+J2+J3
J=J1+J2+J3
U=U1+U2+U3
MAGNETVÄLI

• Püsimagnetiks nim. kehasi mille ümber eksisteerib kogu aeg magnetväli. Kuna aine koosneb aatomitest, milles suure kiirusega liiguvad siis järelikult iga aatomi ümber on magnetväli.
  
• Magnetinduktsioon on magnetväljas voolujuhtmele mõjuva jõu suhe voolutugevuse ja juhtmepikkusega.
  

FA= BJsin, milles B- magnetinduktsioon
J – voolutugevus (A)
l – juhtmepikkus (m)
- nurk vooluga juhtme ja magnetinduktsiooni vektori vahel

• Ampere´i seadus: magnetväljas vooluga juhtmele mõjuv jõud sõltub
  

voolutugevusest juhtme(J)

magnetväljas oleva juhtme pikkusest (l)

magnetvälja omadustest

millises asendis on juhe magnetvälja suhtes

• Magnetväljas vooluga juhtmele mõjuv Ampeari jõud on võrdeline magnetiduktsiooniga, juhtmes oleva voolutugevusega ja juhtme pikkusega ning sõltub nurgast juhtme ja magnetinduktsiooni vahel. FA= BJLsin
  
• Lorentzi jõud on võrdeline laengusuuruse, laengu liikumis kiiruse ja magnetvälja induktsiooni korrutisega ja sõltub nurgast laengu liikumissuuna ja magnetinduktsiooni vahel. FL= qvBsin
  
• Lorentzi jõud on magnetväljas liikuvale laengu mõju.
  

ELEKTRODÜNAAMIKA

• Elektromagnetiliseks induktsiooniks nim nähtust, milles juhtme ümber magnetilise induktsiooni muutus tekitab juhtmes elektrivoolu.
  
• Magnetvoog näitab läbi suvalise pinna kulgevate jõujoonte arvu.
  

, milles ф – magnetvoog (Wb)
B – magnetinduktsioon
S – pindala (m3)
cosα – pinnavormile ja magnetiduktsiooni vaheline nurk

• Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadus: Induktsiooni elektromotoorjõud on võrdeline magnetvoo muutmise kiirusega.
  
• Eneseiduktsioon näitab, kui palju muutub magnetvoog poolist mähises pooli läbiva voolutugevuse muutumisel. Mähise induktiivsus sõltub mähises keerdude arvust ja südamikust, kuid ei sõltu mähist läbivast voolutugevusest.
  

L= ф/J , milles L – mähise iduktsioon (H)
ф- magnetvoog (Wb)
J – voolutugevus (A)

• Vahelduvaks vooluks nim. perioodiliselt muutuva suuna ja tugevusega voolu. Vahelduvat voolu saadakse vahelduva voolu generaatori abil, milles magnetväljas pöörlevad juhtmetest raamid.
  
• Võnkering koosneb kondensaatorist, mähisest ja ühenduse juhtmetest. Võnkeringi abil on võimalik tekitada väga suure sagedusega elektromagnet võnkumisi ja kiirata neid võnkumisi ümbritsevatesse ruumi elektromagnetlaine näol.
  
• Ampermeeter – voolutugevuse mõõtmiseks, ühendatakse vooluahelasse tarbijaga jadamisi.
  
• Voltmeeter – mõõdetakse piget tarbija klemmidel. Voltmeeter ühendatakse vooluahelasse tarbijaga rööbiti.
  
• Thompsoni valemist nähtub, et elektromagnetilise vabavõnkumise periood on võrdeline ruutjuurega pooli induktiivsusest ja kondensaatori mahtuvusest.
  

OPTIKA

• Valguseks nim elektromagnetlaineid, mille lainepikkus õhus on 380mm-760mm.
  
• Laine sagdus (f) näitab mitu vänget teeb laine ajaühikus.
  
• Laineperiood (T) näitab aega, mis kulub valguslainel ühe lainepikkuse läbimiseks.
  
• Laine faas määrab ära muutuva suuruse väärtuse antud aja hetkel.
  
• Valguse interferentsika (P) nimetatakse kahe laine liikumist, mille tulemusena erinevais ruumipunktides võnkumised tugevdada või nõrgendavad üksteist.
  
• Koherentsed lained on lained, mille kuju aja jooksul ei muutu.
  
• Difratsiooniks nimetatakse nähtust, kus lained painduvad tõkete taha. Hästi jälgides difraktsioon ilmneb siis, kui ava laius on võrdne 2-5 lainepikkusega. Valgulained erinevad helilainetest laineallika, laine tüübi, laine kiiruse ja võnkumisamplituudi poolest.
  
• Valguskiireks nimetatakse sirget mis näitab valguse levimise suunda.
  
• Valguse murdumine on nähtus kus valguskiir muudab oma suunda 2 keskkonna piiril .
  
• Murdumisnurk on võrdne langemisnurgaga kui α =0o
  
• Peegeldumisseadus : langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunktist kahe keskkonna lahutuspinnale tõmmatud ristsirge on ühes ja samas tasandis: peegelduminurk β võrdub langemisnurgaga α.
  
• Valguse murdumisseadus : lanegv kiir, murdunud kiir ja langemispunktist kahe keskonna lahutuspinnale tõmmatud ristsirge on ühes ja samas tasandis: langemisnurk α ja murdumisnurga γ siinuste suhe on kahe antud keskkonna jaoks jääv suurus.
  
• Murdumisseadust väljendab valem:
  
• Absoluutseks murdumisnäitajaks nim keskkonna murdumisnäitajat vaakumi suhtes.
  
• Suhtelist murdumisnäitajat saab leida: n = v1/v2
  
• Valguse dispersiooniks nim aine absoluutse murdumisnäitaj sõltuvust valguse lainepikkusest.
  
• Valguse spekter näitab, millistest koostisosadest liitvalgus koosneb.
  

KVANTOPTIKA

• Fotoefektiks nim elektronide välja löömist ainest valguse toimel.
  
• Footoni energia on määralad, talle vastava laine sagedusega.
  

E= mc2 , milles E – energia
m – mass
c – hetke kiirus

• Fotoefekti punapiiriks nim piirsagedust või lainepikkust mille puhul footoni energia on võrdne elektronide väljumistööga. fp = A/h
  

• Einsteini valem fotoefekti kohta:
  

hf = A+ mv2/2 , milles h – konstant Plancki
f – kvandi sagedus
A – elektronide väljumistöö
m – elektronide massi
v – elektonide kiirus
E=A+mv2/2

• Seos footoni energia ja sageduse vahel:
  

E=mf

• Samasfaasis olevad lained:
  

maksimumtigimus: Δmax = 2k* λ / 2 , milles Δmax – käiguvahe maksimum
k – interferentsijärguks (spektri järgi)
λ – lainetepikkus (valguse)
Liituvad lained tugevdavad üksteist. Liitlaine amplituut on võrdne lainete amplituutide summaga.

• Vastasfaasis olevad lained:
  

miinimumtingimus: Δmin = (2k+1) λ /2
Liituvad lained nõrgendavad üksteist. Liitlaine amplituut on võrdne lainete amplituudi vahega.