FÜÜSIKA RIIGIEKSAMI TEOORIA (2)

FÜÜSIKA RIIGIEKSAMI TEOORIA
MEHAANIKA:
Mehaaniline liikumine:
Keha mehaaniliseks liikumiseks nimetatakse tema asukoha muutumist ruumis teiste kehade suhtes aja jooksul.
Mehaanika põhiülesandeks on liikuva keha asukoha määramine mis tahes ajahetkel.
Ühtlane sirgjooneline liikumine – keha läbib mistahes võrdsetes ajavahemikes võrdsed teeosad mööda sirgjoont.
Ühtlaselt muutuv liikumine – keha kiirus muutub (suureneb või väheneb) mistahes võrdsetes ajavahemikes võrse suuruse võrra, kiirendus a on const ehk jääv, kas positiivne (kiirenev) või negatiivne (aeglustuv).
Taustsüsteem koosneb: Taustkehast, sellega seotud koordinaadistikust, ajamõõtjast (kellast)
Taustsüsteemi abil saab mingi keha liikumist määratleda kvantitatiivselt.
Teepikkus on keha poolt läbitud trajektoori osa pikkus.
Nihe on suunatud sirglõik, mis ühendab keha algasukohta lõppasukohaga.
Hetkkiirus väljendab keha kiirust mingil ajahetkel.
Kiirendus näitab, kui palju muutub kiirus ajaühikus.
Liikumine on suhteline mingi taustsüsteemi suhtes. Absoluutset taustsüsteemi pole seni leitud.
Liikumisvõrrandiks nimetatakse liikumist iseloomustavat matemaatilist avaldist.
Kehade vastastikmõju:
Mass: Kõikidel kehadel on omadus säilitada oma paigalseisu või kiirust. Seda omadust nimetatakse inertsiks. Mass on keha inertsi mõõt.
Jõud on kehade vastastikmõju mõõt, mida väljendatakse tuntud massiga kehale antud kiirenduse või ka deformatsiooni suuruse kaudu.
Rõhk p näitab, kui suur jõud F mõjub pinnaga risti ühele pinnaühikule.
Tihedus ρ näitab, kui suur on ühikulise ruumalaga keha või ainehulga mass.
Raskusjõud Fg on gravitatsioonijõud, millega Maa tõmbab enda poole tema lähedal asuvaid kehi. Raskusjõuga on seotud keha kaal, mis väljendab keha poolt alusele või riputuskohale mõjuvat jõudu. Raskusjõud mõjub Maa poolt kehale, aga keha kaal mõjutab teisi kehi.
Elastsusjõud Fe tekib kehas selle deformeerimisel: Hooke ’i seadus , kus k on jäikus ja Δl keha pikenemine .
Hõõrdejõud on keha liikumist takistav jõud teise tahke keha või aine suhtes kokkupuutepinnal mõjuvate osakestevahelise jõu tõttu.
Üleslükkejõud on kehale vedelikus või gaasis mõjuv raskusjõule vastassuunaline jõud.
Impulss on keha massi ja kiiruse korrutis.
Newtoni I seadus: On olemas sellised taustsüsteemid, milles kehad liiguvad jääva kiirusega, kui neile ei mõju teised kehad.
Newtoni II seadus: keha kiirendus on võrdeline temale mõjuva jõuga ja pöördvõrdeline keha massiga.
Newtoni III seadus: Jõud, millega kehad teineteist mõjutavad on suuruselt võrdsed ja suunalt vastupidised.
Gravitatsiooniseadus: kaks keha tõmbuvad teineteise poole jõuga, mis on võrdeline nende masside korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.
Impulsi jäävuse seadus: Suletud süsteemi moodustavate kehade impulsside summa ei muutu nende vastastikmõju tulemusel.
Absoluutselt elastne põrge on selline, mille käigus kehade summaarne kineetiline energia ei muutu: kogu kineetiline energia muutub deformatsiooni potentsiaalseks energiaks ja see omakorda muutub täielikult kineetiliseks energiaks. Pärast põrget kehad eemalduvad teineteisest.
Absoluutselt mitteelastne põrge on selline, mille käigus osa summaarsest kineetilisest energiast muutub kehade siseenergiaks. Pärast põrget jäävad kehad paigale või liiguvad koos edasi.
Mehaaniline töö on ülekandunud ja muundunud energiat iseloomustav suurus, mis võrdub jõu- janihkemooduli ning jõu- ja nihkevektori vahelise nurga koosinuse korrutisega.
Võimsus kirjeldab töö tegemise kiirust ehk seda, kui palju tööd tehakse ajaühikus.
Mehaaniline energia on keha võime teha mehaanilist tööd.
Mehaanilise energia jäävuse seadus: suletud süsteemi mehaaniline koguenergia on jääv.
Perioodiline liikumine:
Ringliikumine on keha liikumine ringjoonelisel trajektooril.
Nurkkiiruseks nimetatakse ringjoone punktini tõmmatud raadiuse pöördenurga ja selle moodustamiseks kulunud ajavahemiku suhet.
Kesktõmbekiirendus on kiirendus, mis on igas trajektoori punktis risti kiirusvektori suunaga ning on seega suunatud mööda raadiust ringjoone keskpunkti.
Joonkiiruse ja nurkkiiruse vaheline seos – joonkiirus võrdub nurkkiiruse ja ringjoone raadiuse korrutisega.
Perioodiks nimetatakse ajavahemikku, mille jooksul keha teeb ühe täispöörde või ühe täistiiru.
Sagedus näitab, mitu pööret teeb keha ühes ajaühikus.
Hälve on võnkuva keha kaugus tasakaaluasendist.
Amplituud on maksimaalne hälve tasakaaluasendist teatud ajahetkel.
Ristilaine on laine, kus keskkonna osakesed võnguvad risti lainete levimise suunaga.
Pikilaine on laine, milles võnkumine toimub laine levimise sihis.
Laine levimiskiiruse ja lainepikkuse vaheline seos – laine levimiskiirus võrdub lainepikkuse ja sageduse korrutisega.
SOOJUSÕPETUS:
Ideaalseks nimetatakse gaasi, mille molekulide vaheline mõju on tähtsusetult väike.
Ideaalse gaasi olek on makrokäsitluses olukord, mis on määratud gaasikoguse rõhu p, ruumala V ja absoluutse temperatuuri T konkreetsete väärtustega.
Ideaalse gaasi oleku muutumine toimub siis, kui p, V või T mingi väärtus muutub.
Molekul on väikseim osake, millest gaasid koosnevad ja mis on pidevas kaootilises liikumises.
Siseenergia on:

makrokäsitluses keha või süsteemi energia, mis on määratud selle keha või süsteemi võimega soojushulka üle kanda või mehaaniliselt tööd teha.

mikrokäsitluses keha molekulide kineetilise ja potentsiaalse energia summa.
Temperatuur iseloomustab makrokehade süsteemi soojusliku tasakaalu olekut: tal on soojusliku tasakaalu olekus oleva süsteemi kõikides osades ühesugune väärtus.
Soojushulk on siseenergia hulk, mille keha saab või annab ära soojusülekandel.
Gaasi rõhk on tingitud gaasi molekulide põrgetest vastu anuma seinu.
Ideaalse gaasi olekuvõrrand on võrrand, mis seob kõiki kolme hõrendatud gaasikoguse olekut iseloomustavat makroskoopilist parameetrit – rõhku, ruumala ja temperatuuri.
Isoprotsessid on protsessid, mille puhul üks makroskoopilistest parameetritest on jääv.
Termodünaamika I seadus – Süsteemile ülekandunud soojushulga arvel suureneb süsteemi siseenergia ja süsteem teeb mehaanilist tööd.
Termodünaamika II seadus – Soojus ei saa iseenesest üle kanduda külmemalt kehalt soojemale. Põle võimalik protsess, mille ainsaks tulemuseks on soojendilt saadud soojushulga muundumine tööks.
Soojusmasin on masin, kus siseenergia muundub mehaaniliseks energiaks.
Soojusmasina kasutegur näitab, kui suure osa juurdeantavast soojusenergiast muudab masin kasulikuks tööks.
Agregaatolekuid on kolm: gaasiline, vedel ja tahke.
Agregaatoleku muutumised on sulamine , tahkestumine, aurustumine , kondenseerumine , sublimeerumine , härmastumine.
ELEKTROMAGNETISM :
Elektriväli:
Elektrilaeng iseloomustab elektromagnetilise vastastikmõju tugevust. Elektrilaenguid on kahte liiki.
Elektrilaengu jäävuse seadus – Suletud süsteemis on kõikide osakeste laengute algebraline summa jääv.
Punktlaeng on elektriliselt laetud keha, millel puuduvad mõõtmed.
Coulomb’i seadus – Kaks paigalseisvat punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdne nende laengute absoluutväärtuste korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.
Elektrivälja tugevus antud väljapunktis võrdub sellesse punkti mõjuva jõu ja laengu suhtega.
Töö elektriväljas on võrdne Elektrivälja tugevuse, laengu ja punktidevahelise kauguse korrutisega.
Pinge võrdub välja poolt laengu ümberpaigutamiseks alguspunktist lõpp-punkti tehtud töö ja selle laengu suhtega.
Elektrimahtuvus – kahe juhi elektrimahtuvuseks nimetatakse ühe juhi laengu ja nende juhtide potentsiaalide vahe suhet.
Plaatkondensaator koosneb kahest juhist, mis on teineteisest eraldatud õhukese dielektriku kihiga .
Alalisvool:
Elektrivooluks nimetatakse laetud osakeste korrapärast(suunatud) liikumist.
Voolutugevus võrdub ajavahemikus t juhi ristlõiget läbinud laengu q ja selle ajavahemiku suhtega.
Elektritakistuseks nimetatakse juhi omadust avaldada elektrilaengute liikumisele takistavat mõju.
Elektrivoolu töö on töö, mida elektriväli teeb laetud osakeste ümberpaigutamisel juhis.
Elektrivoolu võimsus võrdub voolu töö ja selle töö sooritamiseks kulunud ajavahemiku suhtega.
Joule-Lenzi seadus – elektrivoolu toimel juhis eraldunud soojushulk võrdub voolutugevuse ruudu, juhi takistuse ja aja korrutisega.
Ohmi seadus vooluringi osa kohta – Voolutugevus vooluringi osas on võrdeline pingega selle otstel ja pöördvõrdeline juhi takistusega.
Aine eritakistus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab elektrijuhi võimet voolu läbi lasta ning on võrdne juhi takistusega juhul, kui juhi pikkus ja ristlõikepindala on ühikulised.
Takistite jadaühenduse korral ei esine vooluringis hargnemisi. Kõik juhid ühendatakse üksteisega järjestikku.
Takistite rööpühenduse korral hargneb vool mitmeks osaks. Kõigile elektriseadmetele on rakendatud sama voolu pinge.
Vooluring on jadamisi ühendatud vooluelemendid.
Vooluallikas on seade, milles mehaaniline-, keemiline- või siseenergia muundatakse elektrienergiaks.
Vooluallika sisetakistus iseloomustab jõude, mis takistavad vooluallika sees laengukandjate suunatud liikumist.
Elektromotoorjõud on maksimaalne pinge, mida vooluallikas üldse suudab tekitada.
Voltmeeter mõõdab pinget juhi otstel.
Ampermeeter mõõdab voolutugevust juhis.
Magnetväli:
Püsimagnet on keha, mis säilitab magnetilised omadused pikema aja vältel.
Magnetilise induktsiooni vektori mooduliks nimetatakse vooluraamile mõjuva jõumomendi M ja suuruse IS suhet.
Magnetvälja jõujoon mõtteline joon, mille igas punktis on magnetinduktsioon suunatud piki selle joone puutujat.
Ampere’i seadus - magnetväljas vooluga juhtmele mõjuv jõud on võrdne magnetinduktsiooni, voolutugevuse, juhtmelõigu pikkuse ja juhtme ning magnetinduktsiooni vahelise nurga siinuse korrutisega.
Ampere’i jõud on jõud, millega magnetväli mõjutab vooluga juhti.
Lorentz ’i jõud on jõud, millega magnetväli mõjutab laetud osakest.
Elektrodünaamika:
Elektromagnetilise induktsiooni nähtus – Suletud juhtivas kontuuris tekib elektrivool , kui sellega piiratud pinda läbivate magnetilise induktsiooni joonte arv ajas muutub.
Magnetvooks
läbi pinna S nimetatakse suurust, mis võrdub magnetilise induktsiooni vektori mooduli B, pindala S ja vektorite B ning n vahelise nurga a koosinuse korrutisega.
Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadus – Induktsiooni elektromotoorjõud suletud kontuuris võrdub absoluutväärtuselt kontuuri pinda läbiva magnetvoo muutumise kiirusega.
Eneseinduktsiooni nähtus – Muutuv magnetväli tekitab elektromotoorjõu sellessamas juhis, mida läbib magnetvälja tekitanud vool.
Pooli induktiivsus on füüsikaline suurus, mis võrdub arvuliselt voolukontuuris tekkiva eneseinduktsiooni elektromotoorjõuga, kui voolutugevus selles muutub ühe ühiku võrra ajaühikus.
Võnkering – Lihtsaim süsteem, milles võivad tekkida vabad elektromagnetvõnkumised, koosneb kondensaatorist ja selle katetega ühendatud poolist.
Thompsoni valem – Võnkeperiood on võrdeline ruutjuurega induktiivsuse ja mahtuvuse korrutisest.
Vahelduvvool on elektrivool, mille tugevus ja suund ajas perioodiliselt muutub.
OPTIKA :
Laineoptika:
Valgus kui elektromagnetlaine – valgusel on kahesugune olemus. Kiirgamisel ja neeldumisel käitub valgus osakeste voona. Osakeste nimetus footon ehk valguskvant . Levimisel käitub valgus lainena.
Elektromagnetlainete skaala – lainepikkuse järgi kahanevas (sageduse järgi kasvavas) – madalsagedusvõnkumised, raadiolained, infrapunane kiirgus, nähtav valgus, ultravioletkiirgus, röntgenkiirgus, gammakiirgus . Lainepikkus ja sagedus on pöördvõrdelises seoses.
Lainefront - piir, kuhu lainetus esimese laine näol on kandunud.
Lainepikkus – kaugus kahe teineteisele lähima, samas faasis võnkuva punkti vahel.
Sagedus näitab, mitu võnget teeb keha ühes ajaühikus.
Periood on ajavahemik , mille jooksul keha teeb ühe täisvõnke.
Faas määrab võnkesüsteemi oleku mis tahes ajamomendil.
Valguse interferents on lainete liitumise randjuhtub, mille tagajärjel tekib ruumis püsiv amplituudi jaotus.
Koherentsus – Koherentseteks nimetatakse laineid, mille sagedus on sama ja faaside vahe muutumatu.
Valguse difraktsioon on lainete kandumine tõkete taha.
Valguse ja aine vastastikmõju:
Valguskiir on valgusenergia levimist näitav joon.
Valguse sirgjoonelise levimise seadus – homogeenses keskonnas levib valgus sirgjooneliselt.
Murdumine – Valgus muudab kahe keskkonna lahutuspinnal oma levimissuunda.
Murdumisnurk – Nurk, mille murdunud kiir moodustab pinnanormaaliga.
Murdumisseadus – langev kiir, murdunud kiir ja kiire langemispunktist kah ekeskkonna lahutuspinnale tõmmatud normaal asuvad ühes tasapinnas; langemis- ja murdumisnurga siinuste suhe on kahe antud keskkonna jaoks konstantne suurus.
Suhteline murdumisnäitaja – Teise keskkonna murdumisnäitaja esimese keskkonna suhtes.
Absoluutne murdumisnäitaja – keskkonna murdumisnäitaja vaakumi suhtes.
Dispersioon on valguse murdumisnäitaja sõltuvus valguse värvusest.
Spekter – Värvuste skaala, mis tekib, kui valge valgus läbib korrapärast kolmnurkset prismat.
Kvantoptika :
Footon – Energia portsion ehk kvant .
Footoni energia ja sageduse vaheline seos – Iga portsioni energia on võrdeline kiirguse sagedusega. Võrdetegurit k nimetatakse plancki konstandiks.
Fotoefekt on elektronide väljalöömine ainest valguse poolt.
Väljumistöö on töö, ida valgus peab tegema elektroni väljalöömiseks ainest ja elektronile kineetilise energia andmiseks .
Einsteini valem fotoefekti kohta – Ühe valgusportsioni energia läheb väljumistöö tegemiseks ja elektronile kineetilise energia andmiseks.
Fotoefekti punapiir – Piirsagedus , mille puhul veel toimub fotoefekt.
AINE STRUKTUUR:
Aatomifüüsika:
Bohri aatommudel – Aatom koosneb positiivse elektrilaenguga massiivsest tuumast ning elektronidest, mis tiirlevad ümber tuuma diskreetsetel ringjoonelistel orbiitidel .
Peakvant - aatomi kvantarv n, mis määrab ära elektronikihi.
Energianivoo – peakvantarvule vastav energia.
Bohri postulaadid:

Aatom võib olla ainult erilistes statsionaarsetes ehk kvantolekutes, millest igaühele vastab kindel energia. Statsionaarses olekus aatom ei kiirga.

Aatom kiirgab valgust suurema energiaga E’ statsionaarsest olekust väiksema energiaga E“ statsionaarsesse olekusse üleminekul. Kiiratud footoni energia võrdub statsionaarsete olekute energiate vahega.
Valguse kiirgumine – Suuremalt orbiidilt väiksemale tulles aatom kiirgab energia hulga
Valguse neeldumine – Selleks, et elektron läheks suuremale orbiidile, peab aatomis energia neelduma.
Tahkiste struktuur:
Energiatasemed tahkises – Lubatud energiatsoonid ja keelutsoonid. Lubatud tsoonis saavad elektronid olla, keelutsoonis mitte. Lubatud tsoonid on omavahel lahutatud keelutsoonidega. Probleem seisneb selles, kas elektronil on piisavalt energiat, et lubatud tsoonist üle hüpata keelutsooni. Selliste energiatasemete põhjal võib eristada juhte, pooljuhte ja dielektrikuid.
Metall (juht) – Metallides on valentselektronide energiatsoon vaid osaliselt elektronide poolt hõivatud. Vabade tasemete olemasolu tõttu saavad elektronid tõusta tsooni hõivamata ossa, võttes elektrivoolu põhjustavalt elektriväljalt lisaenergiat
Pooljuht – Pooljuhtides on valentselektronide energiatsoon küll elektronidega täielikult hõivatud, kuid keelutsoon on palju kitsam (1-2eV) kui dielektrikutes. Elektronid suudavad minna valentsioonist järgmisesse lubatud tsooni, jättes valentsiooni maha täitmata elektronseisundeid, mis käituvad nagu positiivse laenguga osakesed
Dielektrik – Tahkis , milles esinevad vaid täielikult täidetud ja täielikult tühjad energiatsoonid. Keelutsooni suure laiuse tõttu(kuni 10 eV) ei saa välimine elektriväli põhjustada elektronide siirdumist valentstsoonist keelutsooni.
Tuumafüüsika:
Aatomituum on aatomi väga väike ja tihe keskosa, kuhu on koondunud põhiline osa aatomi massist. Aatomituum koosneb nukleonidest – positiivse laenguga prootonitest ja laenguta neutronitest .
Neutron on ilma laenguta nukleon aatomituumas .
Prooton – on positiivse laenguga nukleon aatomituumas.
Massiarvuks A nimetatakse tuumas sisalduvate prootonite arvu Z ja neutronite arvu N summat .
Isotoop – Kujutavad endist ühe ja sama prootonite arvu, kuid erineva massiarvuga tuumi.
Radioaktiivsus – Aine iseeneselik kiirgamine.
Poolestusaeg – Aeg, mille jooksul aine aktiivsus väheneb kaks korda.
Seosenergia – energia, mida läheb vaja tuuma täielikuks lõhkumiseks üksikuteks koostisosadeks.
Massidefekt – Algproduktide ja lõpp-produktide seisumasside vahe.
Tuumareaktsioonid – Nimetatakse üksikute elementaarosakeste või teiste tuumadega vastastikuse mõju protsessis toimuvaid tuumade muundumisi.
Kosmoloogia . Nüüdisaegne maailmapilt :
Päike – Päikesesüsteemi keskne ja kõige suurema massiga keha, mis kiirgab pidevalt kõigi sagedustega elektromagnetlaineid. Päikese kiirgus avaldab kõikidele Päikesesüsteemi kehadele tugevat mõju – soojendab neid, mõjutab nende atmosfääre.
Päikesesüsteem – Moodustavad Päike ja planeedid koos oma kaaslastega.
Planeedid –Suure massiga taevakehad , mis tiirlevad ümber tähe ega tooda termotuumasünteesi abil energiat.
Planeetide kaaslased – Taevakehad, mis tiirlevad ümber planeedi.
Asteroidid – Väikeplaneedid, mis on saanud oma nime sellest, et nad sarnanevad teleskoobis tähtedega. Tiirlevad ümber Marsi ja Jupiteri.
Komeedid – Suured hõreda gaasi moodustised, millel on väga väike tahke tuum. Tiirlevad ümber Päikese.
Meteoorkehad – Tiirlevad ümber Päikese ellipsikujulistel orbiitidel. Nende mõõtmed võivad olla Liivatera omast kuni asteroidini.
Maa liikumine – Maa tiirleb ümber Päikese ellipsi kujulisel orbiidil. Ühe täistiiru pikkus ~365 päeva. Maa pöörleb ümber oma telje. Ühe täispöörde pikkus ~24 tundi.
Päikesevarjutus – Toimub siis, kui Maa satub Kuu varju sisse. Täielik Päikesevarjutus on nähtav ainult seal, kus Maale langeb Kuu täisvari. Osaline Päikesevarjutus on aga nähtav seal, kus Maale langeb Kuu poolvari .
Kuuvarjutus – Toimub siis, kui Kuu satub täielikult või osaliselt Maa varjukoonuse sisse.
Valgusaasta – Ühe aasta jooksul valguse poolt läbitud teepikkus. 1 valgusaasta = 9,4605 × 1012 km.
Galaktika on gravitatsiooniliselt seotud süsteem, mis koosneb tähtedest ja nende jäänustest, tähtedevahelisest tolmust ja tumedast ainest.
Tähed ja nende evolutsioon – Gaasipilvest moodustub prototäht, mille mass ja temperatuur on suuremad päristähest. Prototähest moodustub aja jooksul päristäht, mille eluiga on pikem prototähest ja kõdutähest. Pärast päristähte tekib kõdutäht, mis aja jooksul muutub punaseks kääbuseks ja see omakorda mustaks kääbuseks. Mustale kääbusele järgneb planetaarudu moodustumine.
Universiumi evolutsioon – Algas Suure pauguga , jätkab laienemist (paisumist), lõppeb Suure Kollapsiga.
Suur Pauk – Seda loetakse kosmoloogia standardmudelis Universumi alguseks.Universum hakkas kujuteldamatult tihedast olekust plahvatuslikult paisuma.