Gia tốc là tốc độ chuyển động với gia tốc không đổi. Chuyển động thẳng đều với gia tốc không đổi

27.04.2021

Chuyển động thẳng với gia tốc không đổi được gọi là gia tốc đều nếu mô-đun vận tốc tăng theo thời gian hoặc giảm tốc đều nếu nó giảm.

Một ví dụ về chuyển động có gia tốc là một chậu hoa rơi từ ban công của một tòa nhà thấp. Khi bắt đầu rơi, tốc độ của cái bình bằng 0, nhưng trong vài giây, nó có thể tăng lên hàng chục m/s. Một ví dụ về chuyển động chậm là chuyển động của một hòn đá được ném thẳng đứng lên trên, tốc độ ban đầu cao, nhưng sau đó giảm dần về 0 tại điểm trên cùng của quỹ đạo. Nếu bỏ qua lực cản của không khí thì gia tốc trong cả hai trường hợp này sẽ bằng nhau và bằng gia tốc rơi tự do luôn hướng thẳng đứng xuống dưới, ký hiệu là chữ g và bằng khoảng 9,8 m/s2 .

Gia tốc trọng trường g là do lực hấp dẫn của Trái đất gây ra. Lực này làm tăng tốc tất cả các vật chuyển động về phía trái đất và làm chậm những vật chuyển động ra xa nó.

Trong đó v là tốc độ của vật tại thời điểm t, từ đó, sau những phép biến đổi đơn giản, chúng ta thu được phương trình cho tốc độ khi chuyển động với gia tốc không đổi: v = v0 + at

8. Phương trình chuyển động có gia tốc không đổi.

Để tìm phương trình tốc độ trong chuyển động thẳng với gia tốc không đổi, chúng ta giả sử rằng tại thời điểm t=0 vật có vận tốc ban đầu v0. Vì gia tốc a không đổi nên phương trình sau có giá trị trong mọi thời điểm t:

Trong đó v là tốc độ của vật tại thời điểm t, từ đó, sau những phép biến đổi đơn giản, ta thu được phương trình tốc độ khi chuyển động với gia tốc không đổi: v = v0 + at

Để suy ra phương trình đường đi trong chuyển động thẳng với gia tốc không đổi, trước tiên chúng ta xây dựng đồ thị tốc độ theo thời gian (5.1). Với a>0, đồ thị của sự phụ thuộc này được hiển thị ở bên trái trong Hình 5 (đường thẳng màu xanh lam). Như chúng ta đã thiết lập ở §3, chuyển động thực hiện trong thời gian t có thể được xác định bằng cách tính diện tích dưới đường cong vận tốc theo thời gian giữa các thời điểm t=0 và t. Trong trường hợp của chúng ta, hình dưới đường cong, được giới hạn bởi hai đường thẳng đứng t = 0 và t, là hình thang OABC, diện tích của S, như đã biết, bằng tích của một nửa tổng chiều dài của các đáy OA, CB và chiều cao OC:

Như có thể thấy trong Hình 5, OA = v0, CB = v0 + at, và OC = t. Thay thế các giá trị này vào (5.2), chúng ta thu được phương trình sau cho độ dịch chuyển S được thực hiện trong thời gian t trong quá trình chuyển động thẳng với gia tốc a không đổi ở tốc độ ban đầu v0:

Dễ dàng chứng minh rằng công thức (5.3) đúng không chỉ cho chuyển động có gia tốc a > 0 mà nó được suy ra, mà còn đúng trong những trường hợp khi một<0. На рис.5 справа красными линиями показаны графики зависимости S при положительных (верх) и отрицательных (низ) значениях a, построенные по формуле (5.3) для различных величин v0. Видно, что в отличие от равномерного движения (см. рис. 3), график зависимости перемещения от времени является параболой, а не прямой, показанной для сравнения пунктирной линией.

9. Cơ thể rơi tự do. Chuyển động có gia tốc không đổi do trọng trường.

Sự rơi tự do của vật là sự rơi của vật xuống Trái đất khi không có lực cản của không khí (trong chân không)

Gia tốc mà vật rơi xuống Trái đất gọi là gia tốc trọng trường. Vectơ gia tốc rơi tự do được biểu thị bằng ký hiệu và hướng thẳng đứng xuống dưới. Tại các điểm khác nhau trên địa cầu, tùy theo vĩ độ địa lý và độ cao so với mực nước biển, trị số của g không giống nhau, dao động từ khoảng 9,83 m/s2 ở hai cực đến 9,78 m/s2 ở xích đạo. Ở vĩ độ Mátxcơva g = 9,81523 m/s2. Thông thường, nếu không yêu cầu độ chính xác cao trong tính toán thì trị số của g tại bề mặt Trái đất được lấy bằng 9,8 m/s2 hoặc thậm chí 10 m/s2.

Một ví dụ đơn giản về rơi tự do là một vật rơi từ một độ cao h nhất định mà không có vận tốc ban đầu. Rơi tự do là một chuyển động thẳng có gia tốc không đổi.

Sự rơi tự do lý tưởng chỉ có thể xảy ra trong chân không, nơi không có lực cản không khí, và bất kể khối lượng, mật độ và hình dạng như thế nào, mọi vật đều rơi nhanh như nhau, tức là tại bất kỳ thời điểm nào các vật đều có tốc độ và gia tốc tức thời như nhau.

Mọi công thức tính chuyển động có gia tốc đều đều có thể áp dụng cho vật rơi tự do.

Độ lớn của tốc độ khi vật rơi tự do ở bất kỳ thời điểm nào:

chuyển động cơ thể:

Trong trường hợp này, thay vì gia tốc a, gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2 được đưa vào công thức tính chuyển động có gia tốc đều.

10. Chuyển động của cơ thể. CHUYỂN ĐỘNG TIẾN CỦA MỘT VẬT CỨNG

Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó mọi đường thẳng luôn nối với vật đó đều chuyển động song song với chính nó. Để làm được điều này, chỉ cần hai đường thẳng không song song nối với cơ thể chuyển động song song với nhau là đủ. Trong quá trình chuyển động tịnh tiến, tất cả các điểm của cơ thể mô tả các quỹ đạo song song, giống hệt nhau và có cùng tốc độ và gia tốc tại bất kỳ thời điểm nào. Do đó, chuyển động tịnh tiến của một vật được xác định bởi chuyển động của một trong các điểm O của nó.

Trong trường hợp chung, chuyển động tịnh tiến xảy ra trong không gian ba chiều, nhưng đặc điểm chính của nó - duy trì tính song song của bất kỳ phân đoạn nào với chính nó - vẫn có hiệu lực.

Ví dụ, một chiếc thang máy chuyển động về phía trước. Ngoài ra, theo phép tính gần đúng đầu tiên, cabin của bánh xe Ferris thực hiện chuyển động tịnh tiến. Tuy nhiên, nói đúng ra thì chuyển động của cabin vòng đu quay không thể coi là tiến bộ. Nếu một vật chuyển động tịnh tiến thì để mô tả chuyển động của nó chỉ cần mô tả chuyển động của một điểm tùy ý (ví dụ, chuyển động của khối tâm của vật đó).

Nếu các vật tạo nên một hệ cơ học khép kín chỉ tương tác với nhau thông qua lực hấp dẫn và lực đàn hồi thì công của các lực này bằng độ biến thiên thế năng của các vật, lấy dấu ngược lại: A = –(E р2 – E р1).

Theo định lý động năng thì công này bằng độ biến thiên động năng của vật

Kể từ đây

Hoặc E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2.

Tổng động năng và thế năng của các vật tạo nên một hệ kín và tương tác với nhau thông qua lực hấp dẫn và lực đàn hồi không đổi.

Tuyên bố này thể hiện định luật bảo toàn năng lượng trong các quá trình cơ học. Đó là hệ quả của định luật Newton. Tổng E = E k + E p được gọi là cơ năng tổng cộng. Định luật bảo toàn cơ năng chỉ được thỏa mãn khi các vật thể trong một hệ kín tương tác với nhau bởi các lực bảo toàn, tức là các lực mà khái niệm thế năng có thể được đưa ra.

Cơ năng của một hệ kín các vật không thay đổi nếu chỉ có các lực bảo toàn tác dụng giữa các vật này. Lực bảo toàn là những lực mà công của nó dọc theo một quỹ đạo kín bất kỳ đều bằng 0. Trọng lực là một trong những lực bảo toàn.

Trong điều kiện thực tế, các vật chuyển động hầu như luôn chịu tác dụng cùng với lực hấp dẫn, lực đàn hồi và các lực bảo toàn khác bởi lực ma sát hoặc lực cản của môi trường.

Lực ma sát không bảo toàn. Công do lực ma sát thực hiện phụ thuộc vào độ dài đường đi.

Nếu lực ma sát tác dụng giữa các vật tạo nên một hệ kín thì cơ năng không được bảo toàn. Một phần cơ năng được chuyển hóa thành nội năng của cơ thể (nhiệt năng).

Trong bất kỳ tương tác vật lý nào, năng lượng không xuất hiện cũng không biến mất. Nó chỉ thay đổi từ dạng này sang dạng khác.

Một trong những hệ quả của định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng là phát biểu về việc không thể tạo ra một “cỗ máy chuyển động vĩnh cửu” (di động vĩnh viễn) - một cỗ máy có thể hoạt động vô thời hạn mà không tiêu tốn năng lượng.

Lịch sử lưu giữ một số lượng đáng kể các dự án “chuyển động không ngừng”. Ở một số người trong số họ, những sai lầm của “nhà phát minh” là hiển nhiên, ở những người khác, những sai lầm này được che đậy bởi thiết kế phức tạp của thiết bị và có thể rất khó hiểu tại sao chiếc máy này không hoạt động. Những nỗ lực vô ích nhằm tạo ra một “cỗ máy chuyển động vĩnh viễn” vẫn tiếp tục diễn ra trong thời đại chúng ta. Tất cả những nỗ lực này đều sẽ thất bại, vì định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng “cấm” thực hiện công việc mà không tiêu tốn năng lượng.

31. Các nguyên tắc cơ bản của lý thuyết động học phân tử và sự chứng minh của chúng.

Tất cả các vật thể đều bao gồm các phân tử, nguyên tử và các hạt cơ bản cách nhau bởi không gian, chuyển động ngẫu nhiên và tương tác với nhau.

Động học và động lực học giúp chúng ta mô tả chuyển động của một vật và xác định lực gây ra chuyển động đó. Tuy nhiên, một thợ cơ khí không thể trả lời nhiều câu hỏi. Ví dụ, cơ thể được làm bằng gì? Tại sao nhiều chất khi đun nóng lại trở thành chất lỏng rồi bay hơi? Và nói chung, nhiệt độ và nhiệt lượng là gì?

Nhà triết học Hy Lạp cổ đại Democritus đã cố gắng trả lời những câu hỏi tương tự cách đây 25 thế kỷ. Không cần thực hiện bất kỳ thí nghiệm nào, ông đi đến kết luận rằng đối với chúng ta, các vật thể chỉ có vẻ rắn chắc, nhưng thực ra chúng bao gồm các hạt cực nhỏ được ngăn cách bởi sự trống rỗng. Cho rằng không thể nghiền nát những hạt này, Democritus gọi chúng là nguyên tử, dịch từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là không thể phân chia. Ông cũng cho rằng các nguyên tử có thể khác nhau và chuyển động liên tục, nhưng chúng ta không thấy điều này, bởi vì chúng rất nhỏ.

MV đã có đóng góp to lớn cho sự phát triển của lý thuyết động học phân tử. Lomonosov. Lomonosov là người đầu tiên cho rằng nhiệt phản ánh chuyển động của các nguyên tử trong cơ thể. Ngoài ra, ông còn đưa ra khái niệm về các chất đơn giản và phức tạp, các phân tử của chúng lần lượt bao gồm các nguyên tử giống hệt nhau và khác nhau.

Vật lý phân tử hay lý thuyết động học phân tử dựa trên những ý tưởng nhất định về cấu trúc của vật chất

Như vậy, theo lý thuyết nguyên tử về cấu trúc của vật chất, hạt nhỏ nhất của một chất vẫn giữ được toàn bộ tính chất hóa học của nó là phân tử. Ngay cả những phân tử lớn, bao gồm hàng nghìn nguyên tử, cũng nhỏ đến mức không thể nhìn thấy chúng bằng kính hiển vi ánh sáng. Nhiều thí nghiệm và tính toán lý thuyết cho thấy kích thước của các nguyên tử khoảng 10 -10 m, kích thước của một phân tử phụ thuộc vào số lượng nguyên tử mà nó bao gồm và vị trí của chúng so với nhau.

Lý thuyết động học phân tử là nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật chất dựa trên ý tưởng về sự tồn tại của các nguyên tử và phân tử là những hạt nhỏ nhất của các chất hóa học.

Lý thuyết động học phân tử dựa trên ba nguyên tắc chính:

1. Tất cả các chất - lỏng, rắn và khí - đều được hình thành từ những hạt nhỏ nhất - phân tử, bản thân chúng bao gồm các nguyên tử ("phân tử cơ bản"). Các phân tử của một chất hóa học có thể đơn giản hoặc phức tạp, tức là gồm một hoặc nhiều nguyên tử. Phân tử và nguyên tử là những hạt trung hòa về điện. Trong những điều kiện nhất định, các phân tử và nguyên tử có thể thu thêm điện tích và trở thành các ion dương hoặc âm.

2. Các nguyên tử và phân tử chuyển động hỗn loạn liên tục.

3. Các hạt tương tác với nhau bằng lực có bản chất là điện. Tương tác hấp dẫn giữa các hạt là không đáng kể.

Sự xác nhận thực nghiệm nổi bật nhất về ý tưởng của lý thuyết động học phân tử về chuyển động ngẫu nhiên của các nguyên tử và phân tử là chuyển động Brown. Đây là chuyển động nhiệt của các hạt cực nhỏ lơ lửng trong chất lỏng hoặc chất khí. Nó được nhà thực vật học người Anh R. Brown phát hiện vào năm 1827. Các hạt Brown chuyển động dưới tác động ngẫu nhiên của các phân tử. Do chuyển động nhiệt hỗn loạn của các phân tử nên các tác động này không bao giờ cân bằng lẫn nhau. Kết quả là tốc độ của hạt Brown thay đổi ngẫu nhiên về độ lớn và hướng, và quỹ đạo của nó là một đường cong ngoằn ngoèo phức tạp.

Sự chuyển động hỗn loạn liên tục của các phân tử của một chất còn được biểu hiện bằng một hiện tượng khác dễ quan sát được - sự khuếch tán. Khuếch tán là hiện tượng hai hay nhiều chất tiếp xúc với nhau thâm nhập vào nhau. Quá trình xảy ra nhanh nhất trong khí.

Chuyển động hỗn loạn ngẫu nhiên của các phân tử được gọi là chuyển động nhiệt. Động năng của chuyển động nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng.

Một mol là một lượng chất chứa cùng số lượng hạt (phân tử) bằng số nguyên tử trong 0,012 kg cacbon 12 C. Một phân tử cacbon gồm có một nguyên tử.

32. Khối lượng phân tử, khối lượng phân tử tương đối của phân tử. 33. Khối lượng mol của phân tử. 34. Lượng chất. 35. Hằng số Avogadro.

Trong lý thuyết động học phân tử, lượng vật chất được coi là tỷ lệ thuận với số lượng hạt. Đơn vị đo lượng của một chất gọi là mol (mol).

Một mol là một lượng chất chứa cùng số lượng hạt (phân tử) bằng số nguyên tử trong 0,012 kg (12 g) carbon 12 C. Một phân tử carbon bao gồm một nguyên tử.

Một mol chất chứa một số phân tử hoặc nguyên tử bằng hằng số Avogadro.

Do đó, một mol của bất kỳ chất nào đều chứa cùng số lượng hạt (phân tử). Số này được gọi là hằng số Avogadro N A: N A = 6,02·10 23 mol –1.

Hằng số Avogadro là một trong những hằng số quan trọng nhất trong lý thuyết động học phân tử.

Lượng chất ν được định nghĩa là tỉ số giữa số lượng N hạt (phân tử) của chất đó với hằng số Avogadro N A:

Khối lượng mol, M, là tỷ số giữa khối lượng m của một mẫu chất nhất định với lượng n của chất chứa trong đó:

về mặt số lượng bằng khối lượng của một chất được lấy với lượng bằng một mol. Khối lượng mol trong hệ SI được biểu thị bằng kg/mol.

Do đó, khối lượng phân tử hoặc nguyên tử tương đối của một chất là tỷ lệ giữa khối lượng phân tử và nguyên tử của nó với 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon.

36. Chuyển động Brown.

Nhiều hiện tượng tự nhiên biểu thị sự chuyển động hỗn loạn của các vi hạt, phân tử, nguyên tử của vật chất. Nhiệt độ của chất càng cao thì chuyển động này càng mãnh liệt. Do đó, sức nóng của một vật thể là sự phản ánh chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử và nguyên tử cấu thành nó.

Bằng chứng là tất cả các nguyên tử và phân tử của một chất đều chuyển động không đổi và ngẫu nhiên có thể là sự khuếch tán - sự thâm nhập lẫn nhau của các hạt của chất này vào chất khác.

Do đó, mùi nhanh chóng lan khắp phòng ngay cả khi không có không khí chuyển động. Một giọt mực nhanh chóng biến toàn bộ ly nước thành màu đen đồng nhất.

Sự khuếch tán cũng có thể được phát hiện trong chất rắn nếu chúng bị ép chặt vào nhau và để trong thời gian dài. Hiện tượng khuếch tán chứng tỏ các hạt vi mô của một chất có khả năng chuyển động tự phát theo mọi hướng. Chuyển động này của các vi hạt của một chất, cũng như các phân tử và nguyên tử của nó, được gọi là chuyển động nhiệt.

CHUYỂN ĐỘNG BROWNIAN - chuyển động ngẫu nhiên của các hạt nhỏ lơ lửng trong chất lỏng hoặc chất khí, xảy ra dưới tác động của các phân tử môi trường; được phát hiện bởi R. Brown năm 1827

Các quan sát cho thấy chuyển động Brown không bao giờ dừng lại. Trong một giọt nước (nếu không để khô), có thể quan sát được chuyển động của các hạt trong nhiều ngày, nhiều tháng, nhiều năm. Nó không dừng lại dù mùa hè hay mùa đông, không ngày cũng không đêm.

Nguyên nhân của chuyển động Brown nằm ở sự chuyển động liên tục, không bao giờ kết thúc của các phân tử chất lỏng chứa các hạt chất rắn. Tất nhiên, những hạt này lớn hơn bản thân các phân tử rất nhiều lần và khi nhìn thấy sự chuyển động của các hạt dưới kính hiển vi, chúng ta không nên nghĩ rằng mình đang nhìn thấy sự chuyển động của chính các phân tử. Các phân tử không thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi thông thường, nhưng chúng ta có thể đánh giá sự tồn tại và chuyển động của chúng bằng các tác động mà chúng tạo ra, đẩy các hạt của vật rắn và khiến chúng chuyển động.

Việc phát hiện ra chuyển động Brown có tầm quan trọng lớn đối với việc nghiên cứu cấu trúc của vật chất. Nó cho thấy rằng các vật thể thực sự bao gồm các hạt riêng lẻ - các phân tử và các phân tử đó chuyển động ngẫu nhiên liên tục.

Lời giải thích về chuyển động Brown chỉ được đưa ra vào một phần tư cuối của thế kỷ 19, khi nhiều nhà khoa học thấy rõ rằng chuyển động của một hạt Brown là do tác động ngẫu nhiên của các phân tử môi trường (chất lỏng hoặc khí) chịu chuyển động nhiệt. Trung bình, các phân tử của môi trường tác động lên một hạt Brownian từ mọi hướng với lực bằng nhau, tuy nhiên, những tác động này không bao giờ triệt tiêu lẫn nhau một cách chính xác, và kết quả là tốc độ của hạt Brownian thay đổi ngẫu nhiên về độ lớn và hướng. Do đó, hạt Brownian chuyển động theo một đường ngoằn ngoèo. Hơn nữa, kích thước và khối lượng của hạt Brown càng nhỏ thì chuyển động của nó càng dễ nhận thấy.

Vì vậy, việc phân tích chuyển động Brown đã đặt nền móng cho lý thuyết động học phân tử hiện đại về cấu trúc của vật chất.

37. Lực tương tác giữa các phân tử. 38. Cấu tạo của chất khí. 39. Cấu trúc của chất lỏng. 40. Cấu trúc của chất rắn.

Khoảng cách giữa các phân tử và lực tác dụng giữa chúng quyết định tính chất của các chất khí, lỏng và rắn.

Chúng ta đã quen với việc chất lỏng có thể được đổ từ bình này sang bình khác và khí nhanh chóng lấp đầy toàn bộ thể tích cung cấp cho nó. Nước chỉ có thể chảy dọc theo lòng sông và không khí phía trên nó không có ranh giới.

Có lực hấp dẫn liên phân tử giữa tất cả các phân tử, độ lớn của lực này giảm rất nhanh khi các phân tử di chuyển ra xa nhau, và do đó ở khoảng cách bằng một số đường kính phân tử, chúng hoàn toàn không tương tác.

Do đó, giữa các phân tử chất lỏng nằm gần nhau sẽ có lực hấp dẫn tác động, ngăn các phân tử này phân tán theo các hướng khác nhau. Ngược lại, lực hút không đáng kể giữa các phân tử khí không thể giữ chúng lại với nhau, và do đó khí có thể nở ra, lấp đầy toàn bộ thể tích cung cấp cho chúng. Sự tồn tại của lực hấp dẫn liên phân tử có thể được xác minh bằng cách thực hiện một thí nghiệm đơn giản - ấn hai thanh chì vào nhau. Nếu bề mặt tiếp xúc đủ nhẵn thì các thanh sẽ dính vào nhau và khó tách rời.

Tuy nhiên, chỉ lực hấp dẫn liên phân tử không thể giải thích được tất cả sự khác biệt giữa tính chất của các chất khí, lỏng và rắn. Ví dụ, tại sao việc giảm thể tích của chất lỏng hoặc chất rắn là rất khó, nhưng việc nén một quả bóng bay lại tương đối dễ dàng? Điều này được giải thích là do giữa các phân tử không chỉ có lực hút mà còn có lực đẩy liên phân tử, tác dụng khi lớp vỏ electron của nguyên tử của các phân tử lân cận bắt đầu chồng lên nhau. Chính những lực đẩy này đã ngăn cản một phân tử xâm nhập vào một thể tích đã bị chiếm giữ bởi một phân tử khác.

Khi không có ngoại lực nào tác dụng lên một vật thể lỏng hoặc rắn thì khoảng cách giữa các phân tử của chúng sao cho tổng lực hút và lực đẩy bằng không. Nếu bạn cố gắng giảm thể tích của một vật thể, khoảng cách giữa các phân tử sẽ giảm đi và kết quả là lực đẩy tăng lên bắt đầu tác động từ phía của vật thể bị nén. Ngược lại, khi một vật bị kéo căng, lực đàn hồi sinh ra có liên quan đến sự tăng tương đối của lực hấp dẫn, bởi vì Khi các phân tử di chuyển ra xa nhau, lực đẩy rơi nhanh hơn nhiều so với lực hút.

Các phân tử khí nằm ở khoảng cách lớn hơn hàng chục lần so với kích thước của chúng, do đó các phân tử này không tương tác với nhau và do đó khí dễ bị nén hơn nhiều so với chất lỏng và chất rắn. Khí không có cấu trúc cụ thể nào và là tập hợp các phân tử chuyển động và va chạm.

Chất lỏng là tập hợp các phân tử gần như nằm gần nhau. Chuyển động nhiệt cho phép một phân tử chất lỏng thỉnh thoảng thay đổi các phân tử lân cận của nó, nhảy từ nơi này sang nơi khác. Điều này giải thích tính lưu động của chất lỏng.

Các nguyên tử và phân tử của chất rắn bị mất khả năng thay đổi lân cận và chuyển động nhiệt của chúng chỉ là những dao động nhỏ so với vị trí của các nguyên tử hoặc phân tử lân cận. Sự tương tác giữa các nguyên tử có thể dẫn đến thực tế là một chất rắn trở thành tinh thể và các nguyên tử trong nó chiếm giữ các vị trí tại các vị trí của mạng tinh thể. Vì các phân tử của vật rắn không chuyển động so với các vật thể lân cận nên các vật thể này vẫn giữ nguyên hình dạng.

41. Khí lý tưởng trong lý thuyết động học phân tử.

Khí lý tưởng là mô hình của khí hiếm trong đó tương tác giữa các phân tử bị bỏ qua. Lực tương tác giữa các phân tử khá phức tạp. Ở khoảng cách rất ngắn, khi các phân tử đến gần nhau, lực đẩy lớn tác dụng giữa chúng. Ở khoảng cách lớn hoặc trung gian giữa các phân tử, lực hấp dẫn tương đối yếu tác dụng. Nếu khoảng cách giữa các phân tử ở mức trung bình lớn, được quan sát thấy trong một loại khí khá loãng, thì sự tương tác biểu hiện dưới dạng va chạm tương đối hiếm của các phân tử với nhau khi chúng bay gần. Trong khí lý tưởng, tương tác giữa các phân tử hoàn toàn bị bỏ qua.

42. Áp suất khí trong lý thuyết động học phân tử.

Khí lý tưởng là mô hình của khí hiếm trong đó tương tác giữa các phân tử bị bỏ qua.

Áp suất của một loại khí lý tưởng tỷ lệ thuận với tích của nồng độ phân tử và động năng trung bình của chúng.

Khí bao quanh chúng ta ở mọi phía. Ở bất kỳ nơi nào trên trái đất, ngay cả dưới nước, chúng ta đều mang theo một phần khí quyển, các lớp bên dưới bị nén dưới tác động của trọng lực từ các lớp phía trên. Do đó, bằng cách đo áp suất khí quyển, chúng ta có thể đánh giá điều gì đang xảy ra ở trên cao và dự đoán thời tiết.

43. Giá trị trung bình của bình phương tốc độ của các phân tử khí lý tưởng.

44. Suy ra phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử của chất khí. 45. Suy ra công thức liên hệ áp suất và động năng trung bình của các phân tử khí.

Áp suất p trên một diện tích bề mặt nhất định là tỷ số của lực F tác dụng vuông góc với bề mặt này với diện tích S của diện tích đã cho

Đơn vị SI của áp suất là Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2.

Chúng ta hãy tìm lực F mà một phân tử có khối lượng m0 tác dụng lên bề mặt khiến nó bật trở lại. Khi phản xạ từ một bề mặt, kéo dài một khoảng thời gian Dt, thành phần vận tốc của phân tử vuông góc với bề mặt này, vy, thay đổi theo nghịch đảo (-vy). Do đó, khi phản xạ từ bề mặt, phân tử thu được động lượng 2m0vy và do đó, theo định luật thứ ba của Newton, 2m0vy = FDt, từ đó:

Công thức (22.2) cho phép tính lực do một phân tử khí ép lên thành bình trong khoảng thời gian Dt. Để xác định lực trung bình của áp suất khí, chẳng hạn trong một giây, cần tìm xem có bao nhiêu phân tử sẽ bị phản xạ trong một giây từ một diện tích bề mặt có diện tích S, đồng thời cũng cần biết tốc độ trung bình vy. của các phân tử chuyển động theo hướng của một bề mặt nhất định.

Giả sử có n phân tử trên một đơn vị thể tích khí. Hãy đơn giản hóa nhiệm vụ của chúng ta bằng cách giả sử rằng tất cả các phân tử khí đều chuyển động với cùng tốc độ, v. Trong trường hợp này, 1/3 tổng số phân tử di chuyển dọc theo trục Ox và cùng lượng đó dọc theo trục Oy và Oz (xem Hình 22c). Để một nửa số phân tử chuyển động dọc theo trục Oy di chuyển về phía bức tường C và phần còn lại - theo hướng ngược lại. Khi đó, hiển nhiên số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích lao về phía bức tường C sẽ là n/6.

Bây giờ chúng ta hãy tìm số lượng phân tử tiếp xúc với diện tích bề mặt có diện tích S (được tô bóng trong Hình 22c) trong một giây. Rõ ràng, trong 1 s những phân tử chuyển động về phía nó và ở khoảng cách không lớn hơn v sẽ có thời gian để chạm tới bức tường. Do đó, 1/6 trong số tất cả các phân tử nằm trong hình song song hình chữ nhật được đánh dấu trong Hình sẽ chạm vào vùng bề mặt này. 22c, chiều dài là v và diện tích các mặt cuối là S. Vì thể tích của hình bình hành này là Sv nên tổng số N phân tử chạm vào một phần bề mặt thành trong 1 s sẽ bằng :

Sử dụng (22.2) và (22.3), chúng ta có thể tính được xung mà trong 1 s truyền cho các phân tử khí một phần bề mặt thành có diện tích S. Xung này sẽ có giá trị bằng số với lực áp suất khí, F:

từ đó, bằng cách sử dụng (22.1), chúng ta thu được biểu thức sau đây liên quan đến áp suất khí và động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử của nó:

trong đó E CP là động năng trung bình của các phân tử khí lý tưởng. Công thức (22.4) được gọi là phương trình cơ bản của lý thuyết động học phân tử của chất khí.

46. Cân bằng nhiệt. 47. Nhiệt độ. Thay đổi nhiệt độ. 48. Dụng cụ đo nhiệt độ.

Sự cân bằng nhiệt giữa các vật chỉ có thể thực hiện được khi nhiệt độ của chúng bằng nhau.

Khi chạm tay vào bất kỳ vật nào, chúng ta có thể dễ dàng xác định được vật đó ấm hay lạnh. Nếu nhiệt độ của một vật thấp hơn nhiệt độ của bàn tay thì vật đó có vẻ lạnh và ngược lại, nó có vẻ ấm. Nếu bạn cầm một đồng xu lạnh trong tay, hơi ấm của bàn tay sẽ bắt đầu làm đồng xu nóng lên và sau một thời gian, nhiệt độ của nó sẽ bằng nhiệt độ của bàn tay, hoặc như người ta nói, trạng thái cân bằng nhiệt sẽ xảy ra. Do đó, nhiệt độ đặc trưng cho trạng thái cân bằng nhiệt của một hệ gồm hai hoặc nhiều vật có cùng nhiệt độ.

Nhiệt độ, cùng với thể tích và áp suất khí, là những thông số vĩ mô. Nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ. Một số ghi lại những thay đổi về thể tích chất lỏng khi đun nóng, một số khác ghi lại những thay đổi về điện trở, v.v. Phổ biến nhất là thang đo nhiệt độ C, được đặt theo tên của nhà vật lý người Thụy Điển A. C. Để thu được thang nhiệt độ C cho nhiệt kế lỏng, trước tiên nó được nhúng vào nước đá tan và ghi lại vị trí của đầu cột, sau đó vào nước sôi. Đoạn giữa hai vị trí này của cột được chia thành 100 phần bằng nhau, giả sử nhiệt độ của nước đá tan tương ứng với 0 độ C (o C), và nhiệt độ của nước sôi là 100 o C.

49. Động năng trung bình của các phân tử khí ở trạng thái cân bằng nhiệt.

Phương trình cơ bản của lý thuyết động học phân tử (22.4) liên quan đến áp suất khí, nồng độ của các phân tử và động năng trung bình của chúng. Tuy nhiên, động năng trung bình của các phân tử, như một quy luật, vẫn chưa được biết, mặc dù kết quả của nhiều thí nghiệm chỉ ra rằng tốc độ của các phân tử tăng khi nhiệt độ tăng (ví dụ, xem chuyển động Brown trong §20). Sự phụ thuộc của động năng trung bình của các phân tử khí vào nhiệt độ của nó có thể rút ra từ định luật do nhà vật lý người Pháp J. Charles phát hiện ra năm 1787.

50. Khí ở trạng thái cân bằng nhiệt (mô tả thí nghiệm).

51. Nhiệt độ tuyệt đối. 52. Thang đo nhiệt độ tuyệt đối. 53. Nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của các phân tử.

Sự phụ thuộc của động năng trung bình của các phân tử khí vào nhiệt độ của nó có thể rút ra từ định luật do nhà vật lý người Pháp J. Charles phát hiện ra năm 1787.

Theo định luật Charles, nếu thể tích của một khối khí nhất định không thay đổi thì áp suất pt của nó phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ t:

trong đó t là nhiệt độ khí đo bằng o C, và p 0 là áp suất khí ở nhiệt độ 0 o C (xem Hình 23b). Do đó, từ định luật Charles, ta suy ra rằng áp suất của một chất khí chiếm một thể tích không đổi tỉ lệ với tổng (t + 273 o C). Mặt khác, từ (22.4) suy ra rằng nếu nồng độ của các phân tử không đổi, tức là thể tích mà khí chiếm không thay đổi thì áp suất của khí phải tỉ lệ thuận với động năng trung bình của các phân tử. Điều này có nghĩa là động năng trung bình, E SR của các phân tử khí, tỷ lệ thuận với giá trị (t + 273 o C):

trong đó b là hệ số không đổi, giá trị của nó chúng ta sẽ xác định sau. Từ (23.2), suy ra động năng trung bình của các phân tử sẽ bằng 0 ở -273 o C. Dựa trên cơ sở này, nhà khoa học người Anh W. Kelvin vào năm 1848 đã đề xuất sử dụng thang nhiệt độ tuyệt đối, nhiệt độ 0 trong đó sẽ tương ứng đến -273 o C, và mọi mức nhiệt độ sẽ bằng một độ trên thang độ C. Do đó, nhiệt độ tuyệt đối, T, có liên hệ với nhiệt độ, t, đo bằng độ C, như sau:

Đơn vị SI của nhiệt độ tuyệt đối là Kelvin (K).

Xét đến (23.3), phương trình (23.2) được chuyển thành:

thay thế vào (22.4), ta thu được kết quả sau:

Để loại bỏ phân số trong (23.5), chúng ta thay 2b/3 bằng k, và thay vì (23.4) và (23.5) chúng ta có hai phương trình rất quan trọng:

trong đó k là hằng số Boltzmann, được đặt theo tên của L. Boltzmann. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng k=1,38,10 -23 J/K. Do đó, áp suất của một chất khí và động năng trung bình của các phân tử của nó tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

54. Sự phụ thuộc của áp suất khí vào nồng độ phân tử và nhiệt độ của nó.

Trong hầu hết các trường hợp, khi một chất khí chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, tất cả các thông số của nó sẽ thay đổi - nhiệt độ, thể tích và áp suất. Điều này xảy ra khi khí bị nén dưới piston trong xi lanh động cơ đốt trong, làm cho nhiệt độ và áp suất của khí tăng lên và thể tích của nó giảm xuống. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, những thay đổi ở một trong các thông số khí là tương đối nhỏ hoặc thậm chí không có. Các quá trình như vậy, trong đó một trong ba tham số - nhiệt độ, áp suất hoặc thể tích không thay đổi, được gọi là quá trình đồng phân và các định luật mô tả chúng được gọi là định luật khí.

55. Đo tốc độ của các phân tử khí. 56. Thí nghiệm nghiêm khắc.

Trước hết, chúng ta hãy làm rõ ý nghĩa của tốc độ của các phân tử. Chúng ta hãy nhớ lại rằng do va chạm thường xuyên, tốc độ của từng phân tử luôn thay đổi: phân tử chuyển động lúc nhanh, lúc chậm và trong một thời gian (ví dụ như một giây) tốc độ của phân tử có nhiều giá trị khác nhau. . Mặt khác, tại bất kỳ thời điểm nào trong số lượng khổng lồ các phân tử tạo nên thể tích khí đang được xem xét, đều có những phân tử có vận tốc rất khác nhau. Rõ ràng, để mô tả trạng thái của chất khí, chúng ta phải nói về tốc độ trung bình nào đó. Chúng ta có thể giả sử rằng đây là giá trị trung bình của tốc độ của một trong các phân tử trong một khoảng thời gian đủ dài hoặc đây là giá trị trung bình của tốc độ của tất cả các phân tử khí trong một thể tích nhất định tại một thời điểm nào đó.

Có nhiều cách khác nhau để xác định tốc độ chuyển động của các phân tử. Một trong những phương pháp đơn giản nhất là phương pháp được thực hiện vào năm 1920 trong thí nghiệm Stern.

Cơm. 390. Khi không gian dưới kính A chứa đầy hydro; sau đó bong bóng nổi lên từ cuối phễu, được đóng lại bằng bình xốp B

Để hiểu nó, hãy xem xét sự tương tự sau đây. Khi bắn vào mục tiêu đang di chuyển, muốn bắn trúng mục tiêu đó, bạn phải nhắm vào một điểm phía trước mục tiêu. Nếu bạn nhắm vào mục tiêu thì đạn sẽ bắn trúng phía sau mục tiêu. Độ lệch này của vị trí va chạm so với mục tiêu sẽ càng lớn khi mục tiêu di chuyển càng nhanh và tốc độ của đạn càng thấp.

Thí nghiệm của Otto Stern (1888–1969) được dành cho việc xác nhận và hình dung thực nghiệm sự phân bố vận tốc của các phân tử khí. Đây là một thử nghiệm tuyệt vời khác giúp bạn có thể “vẽ” đồ thị của phân bố này theo đúng nghĩa đen trên một thiết lập thử nghiệm. Hệ thống lắp đặt của Stern bao gồm hai hình trụ rỗng quay có trục trùng nhau (xem hình bên phải; hình trụ lớn không được vẽ hoàn toàn). Trong hình trụ bên trong, một sợi bạc 1 được kéo thẳng dọc theo trục của nó, qua đó một dòng điện chạy qua, dẫn đến sự nóng lên của nó, nóng chảy một phần và sau đó là sự bay hơi của các nguyên tử bạc khỏi bề mặt của nó. Kết quả là, xi lanh bên trong, ban đầu chứa chân không, dần dần được lấp đầy bằng khí bạc có nồng độ thấp. Trong hình trụ bên trong, như trong hình, một khe mỏng 2 được tạo ra, do đó hầu hết các nguyên tử bạc khi chạm tới hình trụ sẽ lắng xuống nó. Một phần nhỏ các nguyên tử đi qua khe hở và rơi vào hình trụ bên ngoài, trong đó chân không được duy trì. Ở đây, những nguyên tử này không còn va chạm với các nguyên tử khác và do đó chuyển động theo hướng xuyên tâm với tốc độ không đổi, chạm tới hình trụ bên ngoài sau một thời gian tỷ lệ nghịch với tốc độ này:

trong đó là bán kính của hình trụ bên trong và bên ngoài, và là thành phần hướng tâm của vận tốc hạt. Kết quả là theo thời gian, một lớp mạ bạc xuất hiện ở bên ngoài trụ 3. Trong trường hợp hình trụ đứng yên, lớp này có dạng một dải nằm đối diện chính xác với rãnh ở hình trụ bên trong. Nhưng nếu các hình trụ quay với cùng một vận tốc góc thì khi phân tử chạm tới hình trụ bên ngoài, hình trụ đó đã dịch chuyển một khoảng

so với điểm đối diện trực tiếp với khe (tức là điểm mà các hạt lắng xuống trong trường hợp hình trụ đứng yên).

57. Suy ra phương trình trạng thái của khí lý tưởng (phương trình Mendeleev-Clayperon)

Khí thường là chất phản ứng và sản phẩm trong các phản ứng hóa học. Không phải lúc nào cũng có thể khiến chúng phản ứng với nhau trong điều kiện bình thường. Vì vậy, bạn cần học cách xác định số mol khí trong các điều kiện khác với điều kiện bình thường.

Để làm điều này, hãy sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng (còn gọi là phương trình Clapeyron-Mendeleev): PV = nRT

trong đó n là số mol khí;

P - áp suất khí (ví dụ, tính bằng atm;

V - thể tích khí (lít);

T - nhiệt độ khí (tính bằng kelvin);

R – hằng số khí (0,0821 l atm/mol K).

Tôi đã tìm thấy một dẫn xuất của phương trình, nhưng nó rất phức tạp. Chúng ta vẫn phải nhìn.

58. Quá trình đẳng nhiệt.

Quá trình đẳng nhiệt là sự thay đổi trạng thái của khí trong đó nhiệt độ của nó không đổi. Một ví dụ về quá trình như vậy là bơm lốp ô tô bằng không khí. Tuy nhiên, quá trình như vậy có thể được coi là đẳng nhiệt nếu chúng ta so sánh trạng thái của không khí trước khi nó đi vào máy bơm với trạng thái của nó trong lốp sau khi nhiệt độ của lốp và không khí xung quanh trở nên bằng nhau. Bất kỳ quá trình chậm nào xảy ra với một thể tích nhỏ khí được bao quanh bởi một khối lượng lớn khí, lỏng hoặc rắn có nhiệt độ không đổi đều có thể được coi là đẳng nhiệt.

Trong một quá trình đẳng nhiệt, tích của áp suất của một khối lượng khí nhất định và thể tích của nó là một giá trị không đổi. Định luật này, được gọi là định luật Boyle-Mariotte, được phát hiện bởi nhà khoa học người Anh R. Boyle và nhà vật lý người Pháp E. Mariotte và được viết như sau:

Tìm ví dụ!

59. Quá trình đẳng áp.

Quá trình đẳng áp là sự thay đổi trạng thái của chất khí xảy ra ở áp suất không đổi.

Trong quá trình đẳng áp, tỉ số giữa thể tích của một khối lượng khí nhất định và nhiệt độ của nó là không đổi. Kết luận này, được gọi là định luật Gay-Lussac để vinh danh nhà khoa học người Pháp J. Gay-Lussac, có thể được viết là:

Một ví dụ về quá trình đẳng áp là sự giãn nở của các bọt khí nhỏ và carbon dioxide có trong bột khi nó được đưa vào lò nướng. Áp suất không khí bên trong và bên ngoài lò là như nhau, nhiệt độ bên trong cao hơn bên ngoài khoảng 50%. Theo định luật Gay-Lussac, thể tích bọt khí trong bột cũng tăng 50% khiến bánh trở nên xốp.

60. Quá trình đẳng tích.

Một quá trình trong đó trạng thái của khí thay đổi nhưng thể tích không đổi được gọi là đẳng tích. Từ phương trình Mendeleev-Clapeyron suy ra rằng đối với một chất khí có thể tích không đổi thì tỉ số giữa áp suất và nhiệt độ của nó cũng phải không đổi:

Tìm ví dụ!

61. Sự bay hơi và ngưng tụ.

Hơi là chất khí được hình thành từ các phân tử có động năng đủ để thoát ra khỏi chất lỏng.

Chúng ta đã quen với việc nước và hơi nước của nó có thể biến đổi lẫn nhau. Những vũng nước trên đường nhựa khô đi sau cơn mưa và hơi nước trong không khí thường biến thành những giọt sương mù li ti vào buổi sáng. Tất cả các chất lỏng đều có khả năng biến thành hơi - chuyển sang trạng thái khí. Quá trình biến chất lỏng thành hơi gọi là sự bay hơi. Sự hình thành chất lỏng từ hơi của nó được gọi là sự ngưng tụ.

Lý thuyết động học phân tử giải thích quá trình bay hơi như sau. Người ta biết rằng (xem §21) có một lực hấp dẫn tác dụng giữa các phân tử chất lỏng, ngăn cản chúng chuyển động ra xa nhau và động năng trung bình của các phân tử chất lỏng không đủ để thắng được lực bám dính giữa chúng. Tuy nhiên, tại bất kỳ thời điểm nào, các phân tử khác nhau của chất lỏng có động năng khác nhau và năng lượng của một số phân tử có thể cao hơn giá trị trung bình của nó vài lần. Những phân tử năng lượng cao này có tốc độ chuyển động cao hơn đáng kể và do đó có thể thắng lực hấp dẫn của các phân tử lân cận và bay ra khỏi chất lỏng, do đó tạo thành hơi trên bề mặt của nó (xem Hình 26a).

Các phân tử tạo nên hơi thoát ra khỏi chất lỏng chuyển động ngẫu nhiên, va chạm với nhau giống như các phân tử khí thực hiện trong quá trình chuyển động nhiệt. Đồng thời, chuyển động hỗn loạn của một số phân tử hơi có thể đưa chúng ra xa bề mặt chất lỏng đến mức chúng không bao giờ quay trở lại đó. Tất nhiên, gió cũng góp phần vào việc này. Ngược lại, chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử khác có thể dẫn chúng trở lại chất lỏng, điều này giải thích cho quá trình ngưng tụ hơi.

Chỉ những phân tử có động năng cao hơn nhiều so với mức trung bình mới có thể bay ra khỏi chất lỏng, nghĩa là trong quá trình bay hơi, năng lượng trung bình của các phân tử chất lỏng còn lại giảm đi. Và vì động năng trung bình của các phân tử chất lỏng, giống như chất khí (xem 23.6), tỷ lệ thuận với nhiệt độ, nên trong quá trình bay hơi, nhiệt độ của chất lỏng giảm. Đó là lý do tại sao chúng ta bị lạnh ngay khi rời khỏi mặt nước, được bao phủ bởi một lớp chất lỏng mỏng, chất lỏng này ngay lập tức bắt đầu bay hơi và nguội đi.

62. Hơi nước bão hòa. Áp suất hơi bão hòa.

Điều gì xảy ra nếu một bình chứa một thể tích chất lỏng nhất định được đóng lại bằng nắp (Hình 26b)? Mỗi giây, các phân tử nhanh nhất sẽ tiếp tục rời khỏi bề mặt chất lỏng, khối lượng của nó sẽ giảm và nồng độ của các phân tử hơi sẽ tăng lên. Đồng thời, một số phân tử của nó sẽ trở lại chất lỏng từ hơi nước, và nồng độ hơi nước càng lớn thì quá trình ngưng tụ này sẽ càng diễn ra mạnh mẽ hơn. Cuối cùng, nồng độ hơi phía trên chất lỏng sẽ trở nên cao đến mức số lượng phân tử quay trở lại chất lỏng trong một đơn vị thời gian sẽ bằng số lượng phân tử rời khỏi nó. Trạng thái này được gọi là trạng thái cân bằng động và hơi nước tương ứng được gọi là hơi bão hòa. Nồng độ của các phân tử hơi phía trên chất lỏng không thể lớn hơn nồng độ của chúng trong hơi bão hòa. Nếu nồng độ của các phân tử hơi nhỏ hơn nồng độ của hơi bão hòa thì hơi đó được gọi là không bão hòa.

Các phân tử hơi chuyển động tạo ra áp suất, độ lớn của áp suất này, giống như đối với chất khí, tỷ lệ thuận với tích của nồng độ của các phân tử này và nhiệt độ. Do đó, ở một nhiệt độ nhất định, nồng độ hơi nước càng cao thì áp suất tạo ra càng lớn. Áp suất hơi bão hòa phụ thuộc vào loại chất lỏng và nhiệt độ. Càng khó xé các phân tử chất lỏng ra khỏi nhau thì áp suất hơi bão hòa của nó sẽ càng thấp. Như vậy, áp suất hơi bão hòa của nước ở nhiệt độ 20°C là khoảng 2 kPa, còn áp suất hơi bão hòa của thủy ngân ở 20°C chỉ là 0,2 Pa.

63. Sự phụ thuộc của áp suất hơi bão hòa vào nhiệt độ.

Hơi nước là một chất khí được hình thành bởi các phân tử bay hơi của chất lỏng, và do đó phương trình (23.7) đúng với nó, liên hệ áp suất hơi, p, nồng độ của các phân tử trong nó, n và nhiệt độ tuyệt đối, T:

Từ (27.1), suy ra rằng áp suất hơi bão hòa sẽ tăng tuyến tính khi nhiệt độ tăng, như trường hợp của khí lý tưởng trong các quá trình đẳng tích (xem §25). Tuy nhiên, như các phép đo đã chỉ ra, áp suất của hơi bão hòa tăng theo nhiệt độ nhanh hơn nhiều so với áp suất của khí lý tưởng (xem Hình 27a). Điều này xảy ra do thực tế là khi nhiệt độ ngày càng tăng và do đó động năng trung bình ngày càng tăng, ngày càng có nhiều phân tử chất lỏng rời khỏi nó, làm tăng nồng độ n của hơi phía trên nó. Và bởi vì theo (27.1) áp suất tỉ lệ với n, thì sự tăng nồng độ hơi này giải thích sự tăng áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ nhanh hơn so với khí lý tưởng. Sự tăng áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ giải thích một thực tế rõ ràng là khi đun nóng, chất lỏng bay hơi nhanh hơn. Lưu ý rằng ngay khi nhiệt độ tăng dẫn đến sự bay hơi hoàn toàn của chất lỏng, hơi sẽ trở nên không bão hòa.

Áp suất khí quyển càng thấp thì nhiệt độ sôi của chất lỏng này càng thấp (xem Hình 27c). Vì vậy, trên đỉnh núi Elbrus, nơi áp suất không khí bằng một nửa bình thường, nước thông thường sôi không phải ở 100 o C mà ở 82 o C. Ngược lại, nếu cần tăng nhiệt độ sôi của chất lỏng , sau đó nó được làm nóng ở áp suất tăng lên. Ví dụ, đây là cơ sở cho hoạt động của nồi áp suất, trong đó thức ăn chứa nước có thể được nấu ở nhiệt độ hơn 100 o C mà không cần đun sôi.

64. Đun sôi.

Đun sôi là một quá trình bay hơi mạnh mẽ xảy ra trong toàn bộ thể tích chất lỏng và trên bề mặt của nó. Một chất lỏng bắt đầu sôi khi áp suất hơi bão hòa của nó đạt đến áp suất bên trong chất lỏng.

Đun sôi là sự hình thành một số lượng lớn bong bóng hơi nổi và vỡ ra trên bề mặt chất lỏng khi nó được đun nóng. Trên thực tế, những bong bóng này luôn hiện diện trong chất lỏng, nhưng kích thước của chúng tăng lên và chỉ lộ ra khi đun sôi. Một trong những lý do khiến chất lỏng luôn có vi bọt như sau. Một chất lỏng, khi được đổ vào bình, sẽ đẩy không khí ra khỏi đó, nhưng không thể làm được điều này hoàn toàn và các bong bóng nhỏ của nó vẫn tồn tại ở dạng vết nứt nhỏ và không đều ở bề mặt bên trong của bình. Ngoài ra, chất lỏng thường chứa các vi bọt hơi nước và không khí dính vào các hạt bụi nhỏ.

Khi chất lỏng trong mỗi bong bóng được làm nóng, quá trình bay hơi tăng tốc và áp suất hơi bão hòa tăng lên. Các bong bóng nở ra và dưới tác dụng của lực nổi của Archimedes, vỡ ra khỏi đáy, nổi lên và vỡ ra trên bề mặt. Trong trường hợp này, hơi nước lấp đầy bong bóng sẽ được đưa vào khí quyển. Do đó, sự sôi được gọi là sự bay hơi, xảy ra trong toàn bộ thể tích chất lỏng. Quá trình sôi bắt đầu ở nhiệt độ khi bọt khí có thể nở ra và điều này xảy ra nếu áp suất hơi bão hòa vượt quá áp suất khí quyển. Do đó, điểm sôi là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa của một chất lỏng nhất định bằng áp suất khí quyển. Trong khi chất lỏng sôi, nhiệt độ của nó không đổi.

Quá trình sôi không thể thực hiện được nếu không có sự tham gia của lực nổi Archimedean. Do đó, tại các trạm vũ trụ trong điều kiện không trọng lượng không có hiện tượng sôi và việc đun nóng nước chỉ làm tăng kích thước của các bong bóng hơi và sự kết hợp của chúng thành một bong bóng hơi lớn bên trong một bình chứa nước.

65. Nhiệt độ tới hạn.

Ngoài ra còn có một khái niệm như nhiệt độ tới hạn; nếu một chất khí ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn (riêng đối với mỗi loại khí, ví dụ đối với carbon dioxide khoảng 304 K), thì nó không thể chuyển thành chất lỏng được nữa, bất kể thế nào. áp lực được áp dụng cho nó. Hiện tượng này xảy ra do ở nhiệt độ tới hạn lực căng bề mặt của chất lỏng bằng không.

Bảng 23. Nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn của một số chất

Sự tồn tại của nhiệt độ tới hạn cho thấy điều gì? Điều gì xảy ra ở nhiệt độ cao hơn?

Kinh nghiệm cho thấy rằng ở nhiệt độ cao hơn tới hạn, một chất chỉ có thể ở trạng thái khí.

Sự tồn tại của nhiệt độ tới hạn lần đầu tiên được chỉ ra vào năm 1860 bởi Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Sau khi phát hiện ra nhiệt độ tới hạn, người ta đã hiểu rõ tại sao các loại khí như oxy hoặc hydro không thể chuyển đổi thành chất lỏng trong một thời gian dài. Nhiệt độ tới hạn của chúng rất thấp (Bảng 23). Để biến những khí này thành chất lỏng, chúng phải được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn. Không có điều này, mọi nỗ lực hóa lỏng chúng đều sẽ thất bại.

66. Áp suất riêng phần. Độ ẩm tương đối. 67. Dụng cụ đo độ ẩm không khí tương đối.

Sự sống của con người, động vật và thực vật phụ thuộc vào nồng độ hơi nước (độ ẩm) của khí quyển, nồng độ này rất khác nhau tùy theo địa điểm và thời gian trong năm. Thông thường, hơi nước xung quanh chúng ta không bão hòa. Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa áp suất hơi nước và áp suất hơi bão hòa ở cùng nhiệt độ, được biểu thị bằng phần trăm. Một trong những dụng cụ đo độ ẩm không khí là máy đo độ ẩm, gồm hai nhiệt kế giống hệt nhau, một nhiệt kế được bọc trong một miếng vải ẩm, khi độ ẩm không khí dưới 100%, nước trên miếng vải sẽ bay hơi, nhiệt kế B sẽ bay hơi. mát mẻ, hiển thị nhiệt độ thấp hơn A. Và độ ẩm không khí càng thấp thì chênh lệch Dt giữa số đọc của nhiệt kế A và B càng lớn. Sử dụng bảng đo tâm lý đặc biệt, độ ẩm không khí có thể được xác định từ chênh lệch nhiệt độ này.

Áp suất riêng phần là áp suất của một loại khí nhất định có trong hỗn hợp khí, khí này sẽ tác dụng lên thành bình chứa nó nếu riêng nó chiếm toàn bộ thể tích của hỗn hợp ở nhiệt độ của hỗn hợp.

Áp suất riêng phần không được đo trực tiếp mà được ước tính dựa trên áp suất tổng và thành phần của hỗn hợp.

Các khí hòa tan trong nước hoặc mô cơ thể cũng gây ra áp suất vì các phân tử khí hòa tan chuyển động ngẫu nhiên và có động năng. Nếu một chất khí hòa tan trong chất lỏng chạm vào một bề mặt, chẳng hạn như màng tế bào, nó sẽ tạo ra một áp suất riêng phần giống như áp suất riêng phần của chất khí trong hỗn hợp khí.

Áp suất áp suất không thể đo trực tiếp; nó được tính toán dựa trên tổng áp suất và thành phần của hỗn hợp.

Các yếu tố xác định độ lớn áp suất riêng phần của chất khí hòa tan trong chất lỏng. Áp suất riêng phần của khí trong dung dịch được xác định không chỉ bởi nồng độ của nó mà còn bởi hệ số hòa tan của nó, tức là. Một số loại phân tử, chẳng hạn như carbon dioxide, được gắn về mặt vật lý hoặc hóa học với các phân tử nước, trong khi những loại khác thì bị đẩy. Mối quan hệ này được gọi là định luật Henry và được thể hiện bằng công thức sau: Áp suất riêng phần = Nồng độ khí hòa tan / Hệ số hòa tan.

68. Sức căng bề mặt.

Đặc điểm thú vị nhất của chất lỏng là sự hiện diện của bề mặt tự do. Chất lỏng, không giống như chất khí, không lấp đầy toàn bộ thể tích của vật chứa mà nó được đổ vào. Một giao diện được hình thành giữa chất lỏng và khí (hoặc hơi), ở điều kiện đặc biệt so với phần còn lại của chất lỏng. Các phân tử trong lớp ranh giới của chất lỏng, không giống như các phân tử ở độ sâu của nó, không được bao quanh bởi các phân tử khác của cùng chất lỏng ở mọi phía. Trung bình, các lực tương tác giữa các phân tử tác động lên một trong các phân tử bên trong chất lỏng từ các phân tử lân cận được bù trừ lẫn nhau. Bất kỳ phân tử nào trong lớp biên đều bị thu hút bởi các phân tử nằm bên trong chất lỏng (các lực tác dụng lên một phân tử chất lỏng nhất định từ các phân tử khí (hoặc hơi) có thể bị bỏ qua). Kết quả là xuất hiện một lực tổng hợp nhất định hướng sâu vào chất lỏng. Các phân tử bề mặt bị hút vào chất lỏng bởi lực hút liên phân tử. Nhưng tất cả các phân tử, kể cả các phân tử của lớp biên, đều phải ở trạng thái cân bằng. Trạng thái cân bằng này đạt được bằng cách giảm nhẹ khoảng cách giữa các phân tử của lớp bề mặt và các phân tử lân cận gần nhất của chúng bên trong chất lỏng. Như có thể thấy từ hình. 3.1.2, khi khoảng cách giữa các phân tử giảm đi thì xuất hiện lực đẩy. Nếu khoảng cách trung bình giữa các phân tử bên trong chất lỏng bằng r0 thì các phân tử của lớp bề mặt được đóng gói dày đặc hơn một chút và do đó chúng có nguồn cung cấp thế năng bổ sung so với các phân tử bên trong (xem Hình 3.1.2) . Cần lưu ý rằng do khả năng nén cực thấp nên sự hiện diện của lớp bề mặt dày đặc hơn không dẫn đến bất kỳ thay đổi đáng chú ý nào về thể tích của chất lỏng. Nếu một phân tử di chuyển từ bề mặt vào chất lỏng, lực tương tác giữa các phân tử sẽ thực hiện công dương. Ngược lại, để kéo một số lượng phân tử nhất định từ độ sâu của chất lỏng lên bề mặt (tức là làm tăng diện tích bề mặt của chất lỏng), ngoại lực phải thực hiện công dương ΔAext, tỷ lệ với độ biến thiên ΔS của diện tích bề mặt: ΔAext = σΔS.

Hệ số σ được gọi là hệ số căng bề mặt (σ > 0). Do đó, hệ số căng bề mặt bằng công cần thiết để tăng diện tích bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ không đổi thêm một đơn vị.

Trong SI, hệ số sức căng bề mặt được đo bằng joules trên mét vuông (J/m2) hoặc tính bằng newton trên mét (1 N/m = 1 J/m2).

Cơ học đã biết rằng trạng thái cân bằng của một hệ tương ứng với giá trị tối thiểu của thế năng của nó. Do đó bề mặt tự do của chất lỏng có xu hướng giảm diện tích của nó. Vì lý do này, một giọt chất lỏng tự do có dạng hình cầu. Chất lỏng hoạt động như thể các lực tiếp tuyến với bề mặt của nó đang co lại (kéo) bề mặt này. Những lực này được gọi là lực căng bề mặt.

Sự hiện diện của lực căng bề mặt làm cho bề mặt chất lỏng trông giống như một màng đàn hồi bị kéo căng, điểm khác biệt duy nhất là lực đàn hồi trong màng phụ thuộc vào diện tích bề mặt của nó (tức là vào cách màng bị biến dạng) và sức căng bề mặt. lực không phụ thuộc vào diện tích bề mặt chất lỏng.

Một số chất lỏng, chẳng hạn như nước xà phòng, có khả năng tạo thành màng mỏng. Các bong bóng xà phòng nổi tiếng có dạng hình cầu đều đặn - điều này cũng cho thấy tác dụng của lực căng bề mặt. Nếu bạn hạ khung dây, một trong các cạnh có thể di chuyển được, vào dung dịch xà phòng, thì toàn bộ khung sẽ được bao phủ bởi một màng chất lỏng.

69. Làm ướt.

Mọi người đều biết rằng nếu bạn đặt một giọt chất lỏng lên một bề mặt phẳng, nó sẽ lan rộng ra hoặc có hình tròn. Hơn nữa, kích thước và độ lồi (giá trị của cái gọi là góc tiếp xúc) của một giọt nằm được xác định bởi mức độ làm ướt của nó trên một bề mặt nhất định. Hiện tượng ướt có thể được giải thích như sau. Nếu các phân tử của chất lỏng bị hút vào nhau nhiều hơn so với các phân tử của chất rắn thì chất lỏng có xu hướng tạo thành giọt.

Góc tiếp xúc cấp tính xảy ra trên bề mặt dễ thấm nước (đông khô), trong khi góc tiếp xúc tù xuất hiện trên bề mặt không thấm nước (khô nước).

Đây là cách thủy ngân hoạt động trên thủy tinh, nước trên parafin hoặc trên bề mặt “nhờn”. Ngược lại, nếu các phân tử của chất lỏng bị hút vào nhau ít mạnh hơn so với các phân tử của chất rắn, thì chất lỏng sẽ bị “ép” lên bề mặt và lan ra trên nó. Điều này xảy ra với một giọt thủy ngân trên tấm kẽm hoặc với một giọt nước trên tấm kính sạch. Trong trường hợp đầu tiên, họ nói rằng chất lỏng không làm ướt bề mặt (góc tiếp xúc lớn hơn 90°) và trong trường hợp thứ hai, nó làm ướt bề mặt (góc tiếp xúc nhỏ hơn 90°).

Nó là chất bôi trơn chống thấm nước giúp nhiều loài động vật thoát khỏi tình trạng ẩm ướt quá mức. Ví dụ, các nghiên cứu về động vật biển và chim - hải cẩu lông, hải cẩu, chim cánh cụt, chim lặn - đã chỉ ra rằng lông tơ và lông tơ của chúng có đặc tính kỵ nước, trong khi lông bảo vệ của động vật và phần trên của lông viền của chim bị ướt. bằng nước. Kết quả là, một lớp không khí được tạo ra giữa cơ thể động vật và nước, lớp này đóng vai trò quan trọng trong việc điều nhiệt và cách nhiệt.

Nhưng bôi trơn không phải là tất cả. Cấu trúc bề mặt cũng đóng một vai trò quan trọng trong hiện tượng ướt. Địa hình gồ ghề, gập ghềnh hoặc xốp có thể cải thiện tình trạng ướt. Ví dụ, chúng ta hãy nhớ lại bọt biển và khăn bông có khả năng hút nước hoàn hảo. Nhưng nếu bề mặt ban đầu “sợ” nước, thì sự giải tỏa được phát triển sẽ chỉ làm tình hình trở nên trầm trọng hơn: những giọt nước sẽ đọng lại trên các gờ và lăn xuống.

70. Hiện tượng mao dẫn.

Hiện tượng mao dẫn là sự lên xuống của chất lỏng trong các ống có đường kính nhỏ - mao mạch. Chất lỏng làm ướt dâng lên qua mao mạch, chất lỏng không làm ướt đi xuống.

Trong bộ lễ phục. Hình 3.5.6 cho thấy một ống mao dẫn có bán kính r nhất định, được hạ thấp ở đầu dưới của nó thành một chất lỏng làm ướt có mật độ ρ. Đầu trên của mao mạch mở. Sự dâng lên của chất lỏng trong mao quản tiếp tục cho đến khi lực hấp dẫn tác dụng lên cột chất lỏng trong mao quản có độ lớn bằng lực căng bề mặt Fn tác dụng dọc theo ranh giới tiếp xúc của chất lỏng với bề mặt mao quản: Fт = Fн, trong đó Fт = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

Điều này nghĩa là:

Hình 3.5.6.

Sự dâng lên của chất lỏng làm ướt trong mao mạch.

Với việc làm ướt hoàn toàn θ = 0, cos θ = 1. Trong trường hợp này

Với hoàn toàn không làm ướt θ = 180°, cos θ = –1 và do đó, h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Nước gần như làm ướt hoàn toàn bề mặt kính sạch. Ngược lại, thủy ngân không làm ướt hoàn toàn bề mặt kính. Do đó, mức thủy ngân trong mao quản thủy tinh giảm xuống dưới mức trong bình.

71. Thể tinh thể và tính chất của chúng.

Không giống như chất lỏng, chất rắn không chỉ giữ được thể tích mà còn giữ được hình dạng và có độ bền đáng kể.

Sự đa dạng của chất rắn gặp phải có thể được chia thành hai nhóm khác nhau đáng kể về tính chất: tinh thể và vô định hình.

Tính chất cơ bản của vật thể tinh thể

1. Các vật thể tinh thể có nhiệt độ nóng chảy nhất định, không thay đổi trong quá trình nóng chảy ở áp suất không đổi (Hình 1, đường cong 1).

2. Vật thể tinh thể được đặc trưng bởi sự hiện diện của mạng tinh thể không gian, là sự sắp xếp có trật tự của các phân tử, nguyên tử hoặc ion, được lặp lại trong toàn bộ thể tích của vật thể (trật tự tầm xa). Bất kỳ mạng tinh thể nào cũng được đặc trưng bởi sự tồn tại của một phần tử như vậy trong cấu trúc của nó, sự lặp lại lặp đi lặp lại của phần tử đó trong không gian có thể tạo ra toàn bộ tinh thể. Đây là một tinh thể duy nhất. Một đa tinh thể bao gồm nhiều tinh thể đơn rất nhỏ hợp nhất với nhau, được định hướng ngẫu nhiên trong không gian.

> Chuyển động có gia tốc không đổi

Chuyển động tăng tốc Trong vật lý. Nghiên cứu cách một vật tăng tốc, cách xác định gia tốc và chuyển động có gia tốc không đổi trông như thế nào.

Gia tốc không đổi xảy ra khi tốc độ của một vật thay đổi một lượng bằng nhau sau mỗi khoảng thời gian giống nhau.

Mục tiêu học tập

Hiểu gia tốc liên tục ảnh hưởng đến chuyển động như thế nào.

Ý chính

Nếu chúng ta giả định rằng gia tốc sẽ không đổi, thì điều này không hạn chế tình hình và không làm kết quả xấu đi.
Do tính chất đại số của gia tốc không đổi nên có các phương trình động học có thể được áp dụng để tính vận tốc, độ dịch chuyển, gia tốc và thời gian.
Tính toán gia tốc không đổi có thể được sử dụng cho chuyển động một chiều và hai chiều.

Điều kiện

Động học – có mối liên hệ với chuyển động hoặc động học.
Gia tốc là lượng mà tốc độ vô hướng và vectơ tăng lên.

Tốc độ của một vật khi chuyển động với gia tốc thay đổi một lượng như nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau. Gia tốc có nguồn gốc từ các nguyên tắc chính của động học. Đây là đạo hàm lần đầu tiên của tốc độ:

a = ∂v/dt = ∂ 2 x/dt 2 .

Nếu chúng ta giả sử rằng gia tốc là không đổi, thì điều này không đặt ra những hạn chế nghiêm trọng và không ảnh hưởng xấu đến độ chính xác. Nếu nó không phải là hằng số thì bạn có thể xem xét nó trong các phần khác nhau của công thức hoặc sử dụng giá trị trung bình trong một khoảng thời gian nhất định.

Ví dụ đơn giản nhất về chuyển động có gia tốc không đổi là vật rơi. Chúng là một chiều và thiếu chuyển động ngang.

Khi ném một vật, vật đó rơi thẳng đứng xuống tâm Trái đất do gia tốc trọng trường không đổi

Chuyển động của vật phóng là chuyển động của một vật được ném hoặc chiếu lên không trung và chịu gia tốc bởi trọng lực. Bản thân vật thể được gọi là đạn và đường đi được gọi là quỹ đạo. Chuyển động hai chiều có thành phần dọc và ngang.

Có một công thức động học liên quan đến độ dịch chuyển, vận tốc ban đầu và vận tốc cuối cùng, cũng như thời gian và gia tốc:

x = x 0 + v 0 t + ½ tại 2

v 2 = v 2 0 + 2a(x – x 0).

Bây giờ bạn đã biết chuyển động có gia tốc trông như thế nào trong vật lý và cách xác định gia tốc chuyển động của một vật.

Trong bài học này có chủ đề là: “Phương trình chuyển động có gia tốc không đổi. Chuyển động về phía trước,” chúng ta sẽ nhớ chuyển động là gì, nó xảy ra như thế nào. Chúng ta cũng hãy nhớ gia tốc là gì, xét phương trình chuyển động với gia tốc không đổi và cách sử dụng nó để xác định tọa độ của một vật chuyển động. Hãy xem xét một ví dụ về nhiệm vụ củng cố vật liệu.

Nhiệm vụ chính của động học là xác định vị trí của vật thể bất cứ lúc nào. Vật có thể đứng yên thì vị trí của nó không thay đổi (xem Hình 1).

Cơm. 1. Cơ thể đang nghỉ ngơi

Một vật có thể chuyển động thẳng đều với vận tốc không đổi. Khi đó chuyển động của nó sẽ thay đổi đều, nghĩa là như nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau (xem Hình 2).

Cơm. 2. Chuyển động của cơ thể khi chuyển động với tốc độ không đổi

Chuyển động, tốc độ nhân với thời gian, chúng ta đã làm được điều này từ rất lâu rồi. Một vật có thể chuyển động với gia tốc không đổi, hãy xét trường hợp như vậy (xem Hình 3).

Cơm. 3. Chuyển động của cơ thể với gia tốc không đổi

Sự tăng tốc

Gia tốc là sự thay đổi vận tốc trong một đơn vị thời gian(xem Hình 4) :

Cơm. 4. Tăng tốc

Tốc độ là một đại lượng vectơ, do đó sự thay đổi tốc độ, tức là sự khác biệt giữa vectơ của tốc độ cuối cùng và tốc độ ban đầu, là một vectơ. Gia tốc cũng là một vectơ, cùng hướng với vectơ chênh lệch tốc độ (xem Hình 5).

Chúng ta đang xem xét chuyển động tuyến tính, vì vậy chúng ta có thể chọn một trục tọa độ dọc theo đường thẳng mà chuyển động xảy ra và xem xét hình chiếu của vectơ vận tốc và gia tốc lên trục này:

Khi đó tốc độ của nó thay đổi đều: (nếu tốc độ ban đầu của nó bằng 0). Làm thế nào để tìm được sự dịch chuyển bây giờ? Không thể nhân tốc độ với thời gian: tốc độ liên tục thay đổi; lấy cái nào? Làm thế nào để xác định vị trí của cơ thể vào bất kỳ thời điểm nào trong quá trình chuyển động như vậy - hôm nay chúng ta sẽ giải quyết vấn đề này.

Hãy xác định ngay mô hình: chúng ta đang xem xét chuyển động tịnh tiến thẳng của một vật. Trong trường hợp này, chúng ta có thể sử dụng mô hình điểm vật chất. Gia tốc được hướng dọc theo đường thẳng mà điểm vật chất di chuyển (xem Hình 6).

Chuyển động tiến về phía trước

Chuyển động tịnh tiến là chuyển động trong đó tất cả các điểm của cơ thể chuyển động theo cùng một cách: với cùng tốc độ, thực hiện cùng một chuyển động (xem Hình 7).

Cơm. 7. Chuyển động tiến về phía trước

Làm thế nào khác nó có thể được? Hãy vẫy tay và quan sát: rõ ràng lòng bàn tay và vai đã chuyển động khác nhau. Hãy nhìn vào vòng đu quay: các điểm gần trục hầu như không chuyển động, nhưng các cabin chuyển động với tốc độ khác nhau và theo những quỹ đạo khác nhau (xem Hình 8).

Cơm. 8. Chuyển động của các điểm đã chọn trên vòng đu quay

Xét một ô tô đang chuyển động: nếu không tính chuyển động quay của các bánh xe và chuyển động của các bộ phận động cơ thì tất cả các điểm của ô tô đều chuyển động như nhau, ta coi chuyển động của ô tô là chuyển động tịnh tiến (xem Hình 9).

Cơm. 9. Chuyển động của ô tô

Thế thì chẳng ích gì khi mô tả chuyển động của từng điểm; bạn có thể mô tả chuyển động của một điểm. Chúng ta coi chiếc ô tô là một điểm vật chất. Xin lưu ý rằng trong quá trình chuyển động tịnh tiến, đường nối hai điểm bất kỳ của cơ thể trong quá trình chuyển động vẫn song song với chính nó (xem Hình 10).

Cơm. 10. Vị trí đường nối hai điểm

Chiếc xe chạy thẳng suốt một tiếng đồng hồ. Vào đầu giờ, tốc độ của anh ta là 10 km/h và vào cuối giờ - 100 km/h (xem Hình 11).

Cơm. 11. Vẽ bài toán

Tốc độ thay đổi đồng đều. Xe đã đi được bao nhiêu km?

Hãy để chúng tôi phân tích tình trạng của vấn đề.

Vận tốc của ô tô thay đổi đều, tức là gia tốc của ô tô không đổi trong suốt hành trình. Gia tốc theo định nghĩa bằng:

Ô tô đang chuyển động thẳng nên chúng ta có thể coi chuyển động của nó là hình chiếu lên một trục tọa độ:

Hãy tìm chuyển vị.

Ví dụ tăng tốc độ

Các loại hạt được đặt trên bàn, một hạt mỗi phút. Rõ ràng: dù bao nhiêu phút trôi qua, rất nhiều loại hạt sẽ xuất hiện trên bàn. Bây giờ, hãy tưởng tượng rằng tốc độ đặt đai ốc tăng đồng đều từ 0: phút đầu tiên không đặt đai ốc nào, phút thứ hai họ đặt một đai ốc, rồi hai, ba, v.v. Sau một thời gian sẽ có bao nhiêu quả hạch trên bàn? Rõ ràng là sẽ ít hơn nếu tốc độ tối đa luôn được duy trì. Hơn nữa, có thể thấy rõ là nó ít hơn 2 lần (xem Hình 12).

Cơm. 12. Số lượng đai ốc ở các tốc độ rải khác nhau

Điều này cũng tương tự với chuyển động có gia tốc đều: giả sử lúc đầu tốc độ bằng 0, nhưng cuối cùng nó trở nên bằng nhau (xem Hình 13).

Cơm. 13. Thay đổi tốc độ

Nếu vật chuyển động liên tục với tốc độ như vậy thì độ dịch chuyển của nó sẽ bằng , nhưng vì tốc độ tăng đều nên nó sẽ nhỏ hơn 2 lần.

Chúng ta biết cách tìm độ dịch chuyển trong chuyển động ĐỒNG PHỤC: . Làm thế nào để giải quyết vấn đề này? Nếu tốc độ không thay đổi nhiều thì chuyển động có thể được coi là đồng đều. Sự thay đổi tốc độ sẽ nhỏ trong một khoảng thời gian ngắn (xem Hình 14).

Cơm. 14. Thay đổi tốc độ

Do đó, chúng tôi chia thời gian di chuyển T thành N đoạn thời gian nhỏ (xem Hình 15).

Cơm. 15. Chia một khoảng thời gian

Hãy tính độ dời ở mỗi khoảng thời gian. Tốc độ tăng dần sau mỗi khoảng thời gian bằng:

Trên mỗi đoạn chúng ta sẽ coi chuyển động là đều và tốc độ xấp xỉ bằng tốc độ ban đầu trong một khoảng thời gian nhất định. Hãy xem liệu phép tính gần đúng của chúng ta có dẫn đến sai số hay không nếu chúng ta giả sử chuyển động là đều trong một khoảng thời gian ngắn. Sai số tối đa sẽ là:

và tổng số lỗi cho toàn bộ hành trình -> . Đối với N lớn, chúng tôi giả sử sai số gần bằng 0. Chúng ta sẽ thấy điều này trên biểu đồ (xem Hình 16): sẽ có sai số ở mỗi khoảng, nhưng tổng sai số với số khoảng đủ lớn sẽ không đáng kể.

Cơm. 16. Lỗi khoảng thời gian

Vì vậy, mỗi giá trị tốc độ tiếp theo đều lớn hơn giá trị trước đó. Từ đại số, chúng ta biết rằng đây là một cấp số cộng có hiệu cấp số cộng:

Đường đi trong các mặt cắt (với chuyển động thẳng đều (xem Hình 17) bằng:

Cơm. 17. Xem xét các vùng chuyển động của cơ thể

Ở phần thứ hai:

Ở phần thứ n, đường dẫn là:

Cấp số cộng

Cấp số cộng là một dãy số trong đó mỗi số tiếp theo khác số trước một lượng như nhau. Một cấp số cộng được xác định bởi hai tham số: số hạng đầu tiên của cấp số cộng và hiệu của cấp số cộng. Khi đó trình tự được viết như thế này:

Tổng các số hạng đầu tiên của cấp số cộng được tính bằng công thức:

Hãy tổng hợp tất cả các con đường. Đây sẽ là tổng của N số hạng đầu tiên của cấp số cộng:

Vì chúng ta đã chia chuyển động thành nhiều quãng nên chúng ta có thể giả sử rằng:

Chúng tôi có nhiều công thức và để không bị nhầm lẫn, chúng tôi không viết chỉ số x mỗi lần mà xem xét mọi thứ trong phép chiếu lên trục tọa độ.

Như vậy, ta đã thu được công thức chính cho chuyển động có gia tốc đều: độ dời trong chuyển động có gia tốc đều trong thời gian T, cùng với định nghĩa về gia tốc (sự thay đổi tốc độ trên một đơn vị thời gian), chúng ta sẽ sử dụng để giải bài toán:

Chúng tôi đang giải quyết một vấn đề về một chiếc ô tô. Hãy thay số vào lời giải và nhận được đáp án: ô tô đã đi được 55,4 km.

Phần toán học của việc giải quyết vấn đề

Chúng tôi đã tìm ra chuyển động. Làm thế nào để xác định tọa độ của một vật thể vào bất kỳ thời điểm nào?

Theo định nghĩa, chuyển động của một vật thể theo thời gian là một vectơ, điểm đầu của nó là điểm đầu của chuyển động và điểm cuối là điểm cuối cùng mà vật đó sẽ ở sau thời gian. Chúng ta cần tìm tọa độ của vật nên viết biểu thức phép chiếu chuyển vị lên trục tọa độ (xem Hình 18):

Cơm. 18. Trình chiếu chuyển động

Hãy thể hiện tọa độ:

Nghĩa là tọa độ của vật tại thời điểm đó bằng tọa độ ban đầu cộng với hình chiếu chuyển động mà vật thực hiện trong thời gian đó. Chúng ta đã tìm được phép chiếu chuyển vị trong chuyển động có gia tốc đều, việc còn lại chỉ là thay thế và viết:

Đây là phương trình chuyển động có gia tốc không đổi. Nó cho phép bạn tìm ra tọa độ của một điểm vật chất chuyển động bất cứ lúc nào. Rõ ràng là chúng ta chọn thời điểm trong khoảng thời gian khi mô hình hoạt động: gia tốc không đổi, chuyển động thẳng.

Tại sao phương trình chuyển động không thể được sử dụng để tìm đường đi

Trong trường hợp nào chúng ta có thể coi modulo chuyển động bằng đường đi? Khi vật chuyển động thẳng và không đổi hướng. Ví dụ, với chuyển động thẳng đều, không phải lúc nào chúng ta cũng xác định rõ ràng liệu chúng ta đang tìm đường đi hay độ dịch chuyển; chúng vẫn trùng nhau.

Với chuyển động tăng tốc đều thì tốc độ thay đổi. Nếu tốc độ và gia tốc ngược chiều nhau (xem Hình 19), thì mô đun vận tốc giảm và đến một lúc nào đó nó sẽ bằng 0 và tốc độ sẽ đổi hướng, nghĩa là vật sẽ bắt đầu chuyển động theo hướng ngược nhau. hướng đối diện.

Cơm. 19. Mô đun vận tốc giảm

Và khi đó, nếu tại một thời điểm nhất định vật ở cách điểm bắt đầu quan sát là 3 m thì độ dời của nó bằng 3 m, nhưng nếu lúc đầu vật đi được 5 m thì sau đó quay lại và đi thêm 2 m nữa. m thì đường đi sẽ bằng 7 m Và làm thế nào bạn có thể tìm thấy nó nếu bạn không biết những con số này? Bạn chỉ cần tìm thời điểm tốc độ bằng 0, tức là khi vật quay lại và tìm đường đi đến và đi từ điểm này (xem Hình 20).

Cơm. 20. Thời điểm tốc độ về 0

Thư mục

Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Vật lý: Sách tham khảo với các ví dụ về giải quyết vấn đề. - Phân vùng phiên bản thứ 2. - X.: Vesta: Nhà xuất bản Ranok, 2005. - 464 tr.
Landsberg G.S. Sách giáo khoa vật lý tiểu học; v.1. Cơ khí. Nhiệt. Vật lý phân tử - M.: Nhà xuất bản Khoa học, 1985.

Cổng thông tin Internet “kaf-fiz-1586.narod.ru” ()
Cổng thông tin Internet “Học tập - Dễ dàng” ()
Cổng thông tin điện tử "Đại siêu thị tri thức" ()

Bài tập về nhà

Một cấp số cộng là gì?
Loại chuyển động nào được gọi là tịnh tiến?
Đại lượng vectơ có đặc điểm gì?
Viết công thức tính gia tốc khi thay đổi vận tốc.
Phương trình chuyển động có gia tốc không đổi có dạng như thế nào?
Vectơ gia tốc hướng vào chuyển động của vật. Cơ thể sẽ thay đổi tốc độ như thế nào?

Từ DA

12.12.2018 17:31

"; $(html).insertAfter(this); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || ).push(); ) i++; )) ) ) )) chức năng image_share(elm)( var url = $(elm) .find ("".fb-like").data("href"); var title = $(elm).find(".post_content_text").children("h2").text(); var desc = $( elm) .find(".short_description_of_post").text(); $(elm).find(".post_in_image").each(function())( $(this).wrap(function())( return "

"+$(cái này).text()+"

"; )); )) $(elm).find(".post_image").each(function())( $(this).append("

"); $(this).hover(function() ( $(this).find(".soc_image").animate(("margin-right:"1%"),200); ), function() ( $(this).find(".soc_image").animate(("margin-right:"-192px"),200); )) )) function ads_comed(elm)( var html = ""; var k =0; $(elm).find(".post_in_image").each(function())( if(k%3==0)( $(html).insertAfter(this); (adsbygoogle = window.adsbygoogle | | ).push(()); ) k++; )) )

Nội dung của Trang web này, chẳng hạn như các bài viết, văn bản, đồ họa, hình ảnh và các tài liệu khác được đăng trên Trang web này (“Nội dung”), chỉ nhằm mục đích cung cấp thông tin. Không có tuyên bố hay bảo đảm dưới bất kỳ hình thức nào, rõ ràng hay ngụ ý, đối với Nội dung được cung cấp trên Trang này về tính đầy đủ, chính xác, độ tin cậy, phù hợp hoặc sẵn có cho bất kỳ mục đích nào. Bất kỳ việc sử dụng Nội dung nào đều có nguy cơ của riêng bạn. Nội dung không nên được hiểu là lời khuyên chuyên môn về pháp lý, y tế, tài chính, gia đình, quản lý rủi ro hoặc bất kỳ lời khuyên chuyên môn nào khác. Nếu bạn cần bất kỳ lời khuyên cụ thể nào, vui lòng tham khảo ý kiến của chuyên gia được cấp phép, chuyên gia trong lĩnh vực liên quan. Nhà xuất bản không chịu trách nhiệm về bất kỳ thương tích hoặc thiệt hại nào đối với người đọc có thể xảy ra do người đọc hành động hoặc sử dụng Nội dung có trên Trang web này.
. Việc sao chép toàn bộ hoặc một phần tài liệu trang web mà không có sự đồng ý của người biên tập đều bị cấm.

§ 12. Chuyển động có gia tốc không đổi

Đối với chuyển động có gia tốc đều, các phương trình sau đây có giá trị và chúng tôi trình bày không dẫn xuất:

Như bạn đã hiểu, công thức vectơ ở bên trái và hai công thức vô hướng ở bên phải đều bằng nhau. Từ quan điểm đại số, các công thức vô hướng có nghĩa là với chuyển động có gia tốc đều thì các hình chiếu chuyển vị phụ thuộc vào thời gian theo định luật bậc hai. So sánh điều này với bản chất của các phép chiếu vận tốc tức thời (xem § 12-h).

Biết rằng s x = x – x o Và s y = y – y o(xem § 12), từ hai công thức vô hướng ở cột phía trên bên phải, chúng ta thu được phương trình tọa độ:

Vì gia tốc trong chuyển động có gia tốc đều của một vật là không đổi nên các trục tọa độ luôn có thể được định vị sao cho vectơ gia tốc hướng song song với một trục, ví dụ trục Y. Do đó, phương trình chuyển động dọc theo trục X sẽ là đơn giản hóa đáng kể:

x = x o + υ ox t + (0) Và y = y o + υ oy t + ½ a y t²

Xin lưu ý rằng phương trình bên trái trùng với phương trình chuyển động thẳng đều (xem § 12-g). Nó có nghĩa là chuyển động có gia tốc đều có thể “tạo thành” từ chuyển động đều dọc theo một trục và chuyển động có gia tốc đều dọc theo trục kia.Điều này được xác nhận bằng trải nghiệm với phần lõi trên du thuyền (xem § 12-b).

Nhiệm vụ. Cô gái dang tay ra ném quả bóng. Anh ta bay lên cao 80 cm và nhanh chóng rơi xuống chân cô gái, bay được 180 cm. Quả bóng được ném với vận tốc bao nhiêu và vận tốc của quả bóng khi chạm đất là bao nhiêu?

Hãy bình phương cả hai vế của phương trình để chiếu vận tốc tức thời lên trục Y: υ y = υ oy + a y t(xem § 12). Chúng tôi nhận được sự bình đẳng:

υ y ² = ( υ oy + a y t )² = υ oy ² + 2 υ oy a y t + a y ² t²

Hãy lấy hệ số ra khỏi ngoặc 2 năm một lần chỉ cho hai số hạng bên phải:

υ y = υ oy ² + 2 a y ( υ oy t + ½ a y t² )

Lưu ý rằng trong ngoặc chúng ta nhận được công thức tính phép chiếu dịch chuyển: s y = υ oy t + ½ a y t². Thay thế nó bằng s y, chúng tôi nhận được:

Giải pháp. Chúng ta hãy vẽ một hình: hướng trục Y lên trên và đặt gốc tọa độ trên mặt đất dưới chân cô gái. Chúng ta hãy áp dụng công thức mà chúng ta đã rút ra cho bình phương của hình chiếu vận tốc, trước tiên là tại điểm trên cùng của quả bóng bay lên: