Биофизика
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
udu. Kaalumine on massi mtmise viis gravitatsiooniju kaudu. Mitu N kaalub keha massiga 1 kg? Kaal on raskusjud, millega Maa tmbab keha. Raskusjud annab massile 1 kg kiirenduse 9.8 m s-2, sel ajal kui 1 N annab kiirenduse vaid 1 m s-2. Seega, mass 1 kg kaalub 9.8 N. Sama mass 1 kg kaaluks Kuu peal umbes kuus korda vhem, seega umbes 1.6 N. Keha kaal sltub ka asukohast Maal (ekvaatoril on Maa prlemisest tulenev tsentrifugaaljud suurem ja see vhendab kaalu). Kaalu vhendab ka hu leslke. Seega, ks kilogramm udusulgi kaalub vhem kui 1 kg rauda, kui ei arvestata hu leslkke parandit. See parand on seda suurem, mida lhdasemad on kaalutava keha ja hu tihedused, kuni selleni, et vesinikuga tidetud hupall omab negatiivset kaalu. ige kaalu mramine oleks hu leslket arvestades, kuid praktikas, kui on tegu tahkete ainete vi vedelikega, on selle thtsus suhteliselt vike. Kui ksite poest he kg leiba, siis soovite te tepoolest leiva massi, mitte selle kaalu. Seega ksimine kilogrammides ja mitte njuutonites on fsikaliselt ige. Kui mja kaalub leiva vedrukaaluga, siis saab ta tulemuse njuutonites ja see sltub laiuskraadist. Kui aga kasutatakse kangkaalu, siis vrreldakse omavahel kaalutavat keha kaalupommide massiga ja tulemus ei sltu laiuskraadist.
Newtoni kolmas seadus: Mju (jud) on vrdne vastumjuga (vastujuga) . Kui esimene keha mjutab teist juga f siis teine keha mjutab esimest juga f. Klassikaline nide: paadist kaldale hpates tukate paati kaldast eemale. Kumb aga liigub kiiremini, teie vi paat?
Kahe keha vastasmjul saavad mlemad kiirenduse prdvrdeliselt nende kehade massiga:
ehk (2.2)
Newtoni kolmandal seadusel phineb rakettmootori t. Igal ajamomendil paiskab reaktiivmootor suhteliselt vikest ktuse massi suure kiirendusega tahapoole, selle tulemusena liigub rakett kui suurem mass viksema kiirendusega vastassuunas. Protsess on pidev seni kuni mootor ttab ja kuna kiirendus mjub mlemale, nii raketile kui ktusele vrdse aja jooksul, siis lppkokkuvttes suhtuvad ka raketi ja ruumi vljapaisatud ktusemassi kiirused nii nagu valem (2.2) nitab kiirenduste kohta. Kui niteks raketi ja ktuse massid on vrdsed, siis on lpuks vrdsed ja vastassuunalised ka nende kiirused. Erinevus raketi ja ruumipaisatud ktuse vahel on aga selles, et rakett kui tahke keha omab hte kindlat kiirust, ktuse plemisprodukt aga on gaasiline ja valem (2.2) kehtib selle ruumilise massikeskme kohta.
Ka lindude lendamine (ja isegi loomade vi inimese ujumine) on sisuliselt reaktiivliikumine, sest teist vimalust kui Newtoni kolmanda seaduse abil hust raskemal kehal hus (veest raskemal kehal vee peal) psimiseks ei ole. Lind lkkab tiibadega hku allapoole, mjutades humassi juga ja andes hule allapoole liikumise kiirenduse, samal ajal vastujud tukab lindu lespoole. Linnu lespoole liikumise kiirendus on niisama suur kui raskuskiirendus, kuid sellega vastassuunaline, nii et mlemad kompenseeruvad ja lind lendab konstantsel krgusel. Matemaatiliselt, , kus m1 on linnu ja m2 tiibade all liikuma pandud hu mass ning a on viimasele antud kiirendus.
lesanne: Selgitada, mis hist on lennuki reaktiivmootoril, propellermootoril, lendamisel tiivalehvitamisega ja planeerimisel.
ks thtsamaid kiirendusest tulenevaid jude on kesktmbejud ja kesktukejud ringlikumisel, mis on vrdsed javastassuunalised. Keha liigub ringikujulist trajektoori mda tnu jule, mis tmbab teda keskpunkti suunas. Kesktmbejud vib olla gravitatsioon (Maa tiirlemine kber Pikese), elektromagnetiline (elektroni tiirlemine mber tuuma) vi mehaaniline (nr mis hendab lingukivi kega, tsentrifugaalpumba korpus, mis suunab vedeliku ringtrajektoorile, aga ega nedes kehadeski esine lppkokkuvttes muud kui elektromagnetilised jud). Kesktukejud tekib keha inersti tttu, tema pdest likuda sirgjooneliselt puutujat mda. Kesktukejud ringliikumisel avaldub jrgmiselt
.
kus v on nurkkiirus. Nurkkiirus seostub lineaarkiirusega jrgmiselt:
ehk , seega
Kui suur on 100 kg-se mehe kaaluvahe poolusel ja ekvaatoril? Maakera raadius on 6000 km. Nurkkiirus on 2p/(24x3600) = 7.27x10-5 radiaani sekundis. Asendades need vrtused valemisse (??) saame f=100x(7.27x10-5)2x6x106 = 100x52.8x10-10x6x106= 3.168 N. Poolusel kaalub 100 kg 981 N. Suhteline kaalu kahanemine on 3.17/981=0.0032 ehk 0.32%. Meie laiuskraadil ja ekvaatoril on see suhe veel umbes poole viksem.
Tsentrifugaalju praktilisi rakendusi: tsentrifugaalpumbad ja ventilaatorid. Kuidas muutub ventilaatori ja tsentrifugaalpumba arendatav rhk mootori pretest?
Liikumise hulk ehk impulss.
Kui pate vga massiivset keha, niteks autot, liikuma lkata, siis tuleb judu rakendada kllalt kaua, enne kui saavutate vajaliku kiiruse, niteks kllaldase mootori kivitamiseks ilma starteri abita. See thendab, et keha poolt saavutatud kiirus sltub ju mjumise ajast. Kasutame kiiruse arvutamiseks kahte seost: , kust
Suurust mv nimetatakse liikumise hulgaks ehk impulsiks. Impulsi muutus on vrdeline juga ja selle mjumise ajaga ning toimub ju suunas.
Impulsi jvus liikuvate kehade vastasmjudes on energia jvuse krval ks looduse phiseadusi. Niteks kahe piljardikuuli prkel vi kahe gaasimolekuli prkel
Impulsi muutus kehade vastasmjul on vrdne ja vastassuunaline, ssteemi summaarne impulss on konstantne. Impulsi mistet kasutame allpool gaaside rhu arvutamisel.
T ja energia.
T on fsikaline suurus, mida mdetakse ju ja ju suunas lbitud teepikkuse korrutisega
T hik on Dzhaul (Joule), [J] = [N]x[m]. Dzhaul on t, mida teeb jud ks njuuton he meetri pikkusel teel. Td tehakse siis, kui liigutatakse mingit keha avaldades sellele judu. Niteks, tstes 50 kg viljakotti maast 1m krgusele vankrile tehakse t mis vrdub koti kaal (njuutonites !) korda vankri krgus, 50x9.8x1=490 J. Kui vesi langeb 20 m krguses joas kivitades turbiini, siis iga kg vett teeb td 20x9.8=295 J.
Kui jud on teepikkuse (koordinaadi) funktsioon (on muutuv sltuvalt asukohast), siis tuleb rakendada integreerimist. Integreerida vib liikumise ja ju kui vektori komponente kolme koordinaadi suunas eraldi
Tpiline muutuva ju poolt tehtud t arvutus on seotud keha asukoha muutusega teise keha gravitatsiooni- vi elektrivljas. Niteks, Newtoni gravitatsiooniseadus vidab, et kahe keha vahel mjub gravitatsioonijud, mis on vrdeline nende kehade masside korrutisega ja prdvrdeline nedevahelise kauguse ruuduga:
Elementaart, mida tehakse selleks, et suurendada kehade vahelist kaugust dx vrra oleks
ja liikumisel le mingi pikema vahemiku tehtud t oleks
Kui teepikkus on mratud, tuleb integraal vtta radades liikumise algpunktist lpp-punkti. Valem ??? nitab, et kui kahe keha vaheline jud kahaneb kauguse suurenedes prdvrdeliselt kauguse ruuduga, siis tehtud t kasvab kauguse kasvades prdvrdeliselt kaugusega. Tmbuvate kehade vahelise kauguse suurendamiseks tuleb teha vlist td, kui kehad lhenevad, siis nad teevad ise td. Tukuvate kehade, niteks samanimeliste laengute vahel, on olukord vastupidine: tukuvate kehade lhendamiseks tuleb teha vlist td, kui need kehad eemalduvad teineteisest, siis nad teevad ise td. Viimase juhu niteks oleks aatomite lhenemine, kus vlise elektronkihi elektronid tukuvad ksteise elektrivljas. Tahkete kehade kokkupuude ja hrdumine ongi vliste elektronkihtide tukumine, tegelikku fsilist kokkupuudet ei esine kunagi.
Vimsus on fsikaline suurus, mida mdetakse ajahikus tehtud t hulgaga.
Vimsust kasutatakse nit. mootorite ja kttekehade hindamisel, teadmaks kui palju td need suudavad ajahikus teha. Vimsuse hik on Watt [W] = [J] [s]-1 ks Dzhaul sekundis. Elektripirnide tarbitav vimsus on niteks 40 100 W, elektripliit 600 2000W, automootor 50 100 kW. Elektrienergia hulga mtmiseks kasutatakse hikut kilovatt-tund (kWh), see on t