Füüsika 1998/99

Mõisted.

Tihedus §=m/V (kg/m3) mass/ruumala
Rõhk on pindala ühikule mõjuv jõud, mis mõjub risti pinnale p=F/S (N/m2) rõhumisjõud/pindala
Jõud on füüsikaline suurus, mille tagajärjel muutub keha kiirus või kuju F N (njuuton)
Kiirus näitab ajaühikus läbitud teepikkust.
Deformatsioon on keha kuju muutus väliskehade mõjul
Töö ( mehhaanikas ) on see, kui keha liigub temale rakendatud jõu mõjul A=FS (J)
Võimsus näitab töö tegemise kiirust N=A/t (W – watt )
Energia on keha võime teha tööd. Kineetiline energia on liikuvate kehade energia. Potentsiaalne energia on energia, mida kehad omavad oma asendi tõttu või oma osade vastastikkuse asendi tõttu Ek=mv2/2 ; Ep=mgh
Tera (T) 1012 milli (m) 10-3
Giga (G) 109 mikro (η) 10-6
Mega (M) 106 nano (n) 10-9
Kilo (K) 103 piko (p) 10-12

Füüsikast üldiselt

Füüsika on oma uurimis objekti poolest loodusteadus, aga uurimis meetodite poolest täppisteadus. Füüsika uurib füüsikalisi nähtusi – liikumine, magnetism, elekter jne.
Füüsika ülesandeks on anda füüsikalistest nähtustest täpne kirjeldus ja seaduspärasused, millele need alluvad. Füüsika ülesandest tulenevad tema meetodid. 1. Vaatlus meetod, märgitakse üles kõik arv näited ilma nähtuse käiku mõjutamata ja tulemused esitatakse kas graafikutena või tabelitena. 2. Katse on nähtuse kuntslik esiletoomine kasutades vajalikku aparatuuri ja omades kindlat eesmärki.
Nähtuste seletamiseks luuakse hüpotees ehk oletus . Tema kontrollimiseks korraldatakse katsed ja hüpotees, mida kinnitav katse on juba teaduslik tõde, mis esitleb looduses esinevaid seaduspärasusi (paratamatuid) seadused, mida pole võimalik muuta. Mitu omavahel seotud seadust moodustavad teaduslikku teooria.

Ruum, aeg, mateeria .

Maailm on lihtne tervik, mille moodustab arvutu hulk omavahel seotuid esemeid ja sündmusi. Ühed sündmused võivad olla teiste sündmuste põhjustajaks. On sündmusi, mis on omavahel seotud põhjuslikult, st et üks sündmus kutsub esile teise ja niisugust sündmustejada nimetatakse protsessiks . Et maailma mõista ja oletada selles toimuvaid protsesse ning seaduspärasusi tuleb neid tunda ja luua kogu maailmas toimuvate muutuste süsteem. Inimene kuulub maailma ja on selle üheks osaks, ta on paljude protsesside esile kutsujaks ja põhjuseks. Iga sündmus toimub mingis kohas, mingil ajal. Täpselt tuleb määrata ruumi ja aja mõiste. Kõik see, mis jääb üle peale aja ja ruumi eraldamist on mateeria. Ruumi, aja ja mateeria vahekordade uurimine on füüsika kõige tähtsam ülesanne. Ruumi matemaatilisi omadusi kirjeldab geomeetria . Ta on pidev ja lõpmatu, ta on homogeenne (ühtlane). Tema omadused igas ruumi punktis on ühesugused ja seal kehtivad ühesugused seaduspärasused. Ruum on isotroopne – üks kõik kuidas keha ruumis ei pööra on keha füüsikalised omadused ühesugused. Mateeria olemasolu ruumis võib ruumi põhi omadusi muuta. Maailm on muutuv ja liikuva ja koosneb mateeriast, millega toimuvad sündmused ja protsessid ja nende kirjeldamiseks on vaja mõistet. Ka ajast saab luua geomeetrilise pildi – mingi punkti, millest lugemist alustada. Aeg jaguneb käesolevaks hetkeks – minevik , tulevik. Aeg on ühemõõtmeline ja tema geomeetriliseks pildiks on sirgjoon , ta on pidev ja lõpmatu.

Mõõtmised ajas ja ruumis.

Aeg ja ruum on meetrilised st et mõõta saab ajas ja ruumis olevaid materiaalseid esemeid, välju, protsesse, sündmusi.

Füüsikalised suurused ja nende mõõtmine.

Mõõtmine on ühe suuruse võrdlemine teise suurusega, mis kokkuleppeliselt on võetud mõõtühikuks. Füüsikalised suurused võivad olla skalaarsed ja vektoriaalsed. a) skalaarsed suurused on need suurused, millede iseloomustamiseks piisab ainult arvulisest väärtusest (mass, aeg, vanus). a)Vektoriaalsed suurused – need on suurused, millede määramiseks ei piisa ainult arvulisest väärtusest vaid on vaja teada ka suunda (kiirus, jõud). Füüsikalised suurused jagunevad põhisuurusteks – suurusteks, mille abil saab arvutada ka kõiki teisi suurusi. Mehaanika põhisuurused on 1. mass 2. aeg 3. pikkus. Põhisuurused ning nende mõõtmiseks kasutatavad põhiühikud ja nendest tuletatud ühikud on koondatud spetsiaalsetesse süsteemidesse. Tänapäeval kasutatakse rahvusvahelist mõõtühikute süsteemi (Si), mis koosneb seitsmest põhiühikust ja kahest täiendühikust 1. Pikkus (meeter 2. Mass (kilogramm) 3. Aeg (sekund) 4. Voolutugevus ( amper ) 5. Temperatuur ( kelvin ) 6. Valgustugevus ( kandela ) 7. Aine hulk (mool, mol) 1. Nurk (radiaan) 2. Ruumi nurk (sterad).

Mehaanika

Mehaanika on õpetus mateeria liikumise lihtsaimast vormist , mis seisneb kehade ümber paiknemises üksteise suhtes. Mehaanika õpetus liikumisest . Mehaanika kui teadus arenes välja 17, 18 sajandil. Ja põhines Newtoni õpetustel – klassikaline mehaanika. Käesoleval sajandi alul selgus, et klassikalise mehaanika seadused on täpsed liikumise puhul, millede kiirus on väiksem valguse kiirusest. Mehaanika jaguneb 1. kinemaatika – uurib kehade liikumist, tundmata huvi liikumise põhjuse vastu (ühtlane, sirgjooneline, kõverjooneline).2. dünaamika – uurib liikumise põhjusi. 3. staatika – uurib kehade tasakaalu põhjusi.
Mehaaniliseks liikumiseks nimetatakse liikumist, kus keha muudab oma asukohta ruumis teiste kehade suhte, mis kokkuleppeliselt on võetud paigalseisvateks. Kehi, mis kokkuleppeliselt on võetud paigalseisvateks nimetatakse taust kehadeks. Mehaanika põhi ülesanne on keha asukoha määramine ruumis, mistahes aja momendil . Keha või punkti asukohta ruumis saab määrata ainult mingi teise keha suhtes, mida nimetatakse taust kehaks. Kui keha asub sirgel, siis tema asukoht on määratud ühe koordinaadiga x. kui keha asub tasapinnal , siis tema asukoht on määratud kahe koordinaadiga x ja y. kui keha asub ruumis, siis on tema asukoht määratud kolme koordinaadiga x, y ja z. liikumise on alati suhtelised ja nende määramiseks tuleb arvestada missuguse keha suhtes me liikumist määrame.

Mehhanismi kasutegur.

Kui mingis mehhanismis tehakse tööd kulutatud energia arvel, siis tuleb eraldada kasulik töö kogu tehtud tööst. Kasulik töö on see töö, mille tegemiseks masin on konstrueeritud ja milleks teda kasutatakse. Igas mootoris ja masinas on kasulik töö alati väiksem kogu tehtud tööst, sest masinale antud energiast läheb osa hõõrdejõudude ületamiseks ja masina osade liigutamiseks. Masina või mootori kasuteguriks nimetatakse kasuliku ja kogu tehtud töö suhet väljendatuna protsentides. η – eeta η=Ak/Akogu ·100%.

Nihe .

Trajektooriks nimetatakse joont, mida mööda keha liigub. Nihkeks nimetatakse suunatud sirglõiku, mis ühendab liikumise algasukohta lõpp asukohaga. Nihe on vektoriaalne suurus. Vektori moodul on arv, mis näitab, mitme pikkus ühikuga võrdub nihe. Vektoritega ei saa teha matemaatilisi tehteid vaid neid tuleb joonistada graafiliselt. Võib esineda juhus , kus trajektoor on olemas, aga nihe on null – juhus kus liikumine algab ja lõpeb samas punktis.

Kulgliikumine punktmass .

Punktmass on keha, mille mõõtmed võib antud liikumis tingimustes jätta arvesse võtmata. Liikumist, mille puhul keha kõik punktid liiguvad ühesuguselt nimetatakse kulgliikumiseks. Kulgliikumiseks nimetatakse liikumist, kus keha kahte vabalt valitud punkti ühendav sirge jääb kogu liikumise kestel iseendaga paralleelseks. Kulgevat liikumist on vaja liikumiste uurimise lihtsustamiseks.
Kinemaatikas uuritakse kuidas keha liigub – sirgjooneliselt või kõverjooneliselt, ühtlaselt või mitte ühtlaselt.

Ühtlane sirgjooneline liikumine.

Trajektoori pikkust, mille keha mingi ajavahemikku jooksul läbib, nimetatakse läbitud teepikkuseks; S (t). Definitsioon – on liikumine, mille puhul võrdsetes ajavahemikes läbitakse võrdsed teepikkused . Ühtlast sirgjoonelist liikumist iseloomustab kiirus. Kiirus näitab ajaühikus läbitud teepikkust.

Mitte ühtlane sirgjooneline liikumine.

Definitsioon – on liikumine, mille puhul keha võrdsetes ajavahemikes läbib mitte võrdsed teepikkused. Mitte ühtlast liikumist iseloomustab 1. Keskmine kiirus Vk – kujutletav kiirus, millise nihke teeb keha keskmiselt ajaühikus. 2. Hetkkiirus – see on kiirus, mille keha omab trajektoori igas punktis.

Kiirendus.

Definitsioon – kiirendus iseloomustab keha kiiruse muutumise kiirust ; a (m/s2)

Vaba langemine

Vaba langemine on ühtlaselt kiireneva liikumise eri juht. Definitsioon – nimetatakse keha langemist vaakumis. Vaba langemist uuris G. Galilei ja sõnastas järgmised seaduspärasused 1. Vaba langemine on ühtlaselt kiirenev sirgjooneline liikumine. 2. Kõikide vabalt langevate kehade kiirendused on võrdsed. Seda kiirendust nimetatakse kiirenduseks ehk raskus kiirenduseks. g=9,81 m/s2. Kauguse suurenedes maast raskus kiirendus väheneb ja mingil kõrgusel muutub nulliks. Kõikides ühtlaselt kiirenevalt liikumiste valemites asendatakse kiirendus a vabalangemise kiirenduse g-ga, kuna aga vaba langemine algab paigal seisust , siis S=gt2/2 ; Vt=gt.

Dünaamika

Dünaamika on mehaanika osa, mis uurib liikumise põhjusi ja selle olenevust keha massist. 400 aastat enne meie aja arvamist arvas Aristoteles , et keha loomulik olek on paigal olek ja kui keha liigub, siis peab talle mõjuma mingi jõud. G. Galilei (1564-1642) väitis aga, et iga keha säilitab oma liikumis oleku, kui talle ei mõju teised kehad. Newton üldistas eelkäijate järeldused ja seisukohad ning võttis need oma teooria seadustesse.

Newtoni seadused.

Selles seaduses määrab Newton kindlaks tingimused, mille puhul on keha paigal või liigub ühtlaselt sirgjooneliselt. Iga keha püsib paigal või liigub ühtlaselt sirgjooneliselt, kuni talle ei mõju teised kehad. On olemas taust süsteemid, mille suhtes