Darmowy fragment publikacji:
Fizyka mało znana
k
a
i
s
O
w
e
i
n
g
b
Z
i
Modele
a
rzeczywistość
03
OZҭACZEҭIA
B – notka biograficzna
C – ciekawostka
D – propozycja wykonania doświadczenia
H – informacja dotycząca historii fizyki
I – adres strony internetowej
K – komentarz
P – przykład
U – uwaga
Zbigniew Osiak
(Tekst)
FIZYKA MAŁO ZҭAҭA
Modele a rzeczywistość
Małgorzata Osiak
(Ilustracje)
© Copyright by
Zbigniew Osiak (text) and Małgorzata Osiak (illustrations)
Wszelkie prawa zastrzeżone.
Rozpowszechnianie i kopiowanie całości lub części publikacji
zabronione bez pisemnej zgody autora tekstu i autorki ilustracji.
Portret autora zamieszczony na okładkach przedniej i tylnej
Rafał Pudło
Wydawnictwo: Self Publishing
ISBN: 978-83-272-4246-4
e-mail: zbigniew.osiak@live.com
Wstęp
05
“Fizyka mało znana – Modele a rzeczywistość” zawiera pomocnicze
materiały do prowadzonego przeze mnie seminarium dla słuchaczy
Uniwersytetu Trzeciego Wieku w Uniwersytecie Wrocławskim.
Szczegółowe informacje dotyczące sygnalizowanych tam zagadnień
zainteresowani Czytelnicy znajdą w innych moich eBookach:
Z. Osiak: Elektryczność. Virtualo 2011.
Z. Osiak: Szczególna Teoria Względności. Virtualo 2012.
Z. Osiak: Ogólna Teoria Względności. Virtualo 2012.
Z. Osiak: Antygrawitacja. Virtualo 2012.
Z. Osiak: Giganci Teorii Względności. Virtualo 2012.
Z. Osiak: Energia w Szczególnej Teorii Względności. Virtualo 2012.
Z. Osiak: Energy in Special Relativity. Virtualo 2011.
Z. Osiak: Encyklopedia Fizyki. Virtualo 2012.
Z. Osiak: Zadania Problemowe z Fizyki. Virtualo 2011.
Seminarium
FIZYKA MAŁO ZҭAҭA
Modele a rzeczywistość
dr Zbigniew Osiak
Rysunki wykonała
Małgorzata Osiak
Spis treści
07
● Model
● Choroba Pigmaliona
● Inercjalny układ odniesienia
● Punkt materialny (cząstka)
● Bryła sztywna
● Oscylator harmoniczny
● Wahadło matematyczne
● Fala płaska
● Solitony
● Gaz doskonały
● Cykl Carnota
● Odwrotny cykl Carnota
● Próżnia
● Ciecz doskonała
● Ośrodek ciągły
● Jednorodne pole grawitacyjne
Spis treści
08
● Dipol elektryczny
● Kwadrupol
● Gaz elektronowy
● Promień światła
● Światło monochromatyczne
● Światło spójne
● Foton
● Soczewka cienka
● Ciało doskonale czarne
● Ciało doskonale białe
● Ciało doskonale przezroczyste
● Model atomu wodoru Bohra
● Widmo wodoru w zakresie widzialnym
● Pasmowy model ciała stałego
● Poziom akceptorowy
● Poziom donorowy
Spis treści
09
● Dziura elektronowa
● Fonon
● Ekscyton
● Model standardowy cząstek elementarnych
● Proton
● Antyproton
● Neutron
● Antyneutron
● Mezony
● Cząstka alfa
● Deuteron
● Tryton
● Modele jądrowe
● Teoria wielkiego wybuchu
● Teoria stanu stacjonarnego rozszerzającego się Wszechświata
● Czarna dziura
Model
10
● wyidealizowany opis obiektu, układu lub zjawiska fizycznego.
P Znanymi modelami są układ inercjalny, punkt materialny, bryła
sztywna, oscylator harmoniczny, wahadło matematyczne, fala płaska,
gaz doskonały, cykl Carnota, odwrotny cykl Carnota, próżnia, ciecz
doskonała, ośrodek ciągły, jednorodne pole grawitacyjne, dipol,
kwadrupol, gaz elektronowy, promień światła, światło
monochromatyczne, światło spójne, foton, soczewka cienka, ciało
doskonale czarne, ciało doskonale białe, ciało doskonale
przezroczyste, model atomu wodoru Bohra, pasmowy model ciała
stałego, dziura elektronowa, fonon, ekscyton, model standardowy,
proton, antyproton, neutron, antyneutron, mezony, cząstka alfa,
deuteron, tryton, model stanu stacjonarnego wszechświata, teoria
wielkiego wybuchu, czarna dziura.
Choroba Pigmaliona*
11
● wiara w to, że model rzeczywistości może być tożsamy z nią samą.
H Pigmalion był królem Cypru, który zakochał się w wyrzeźbionym
przez siebie z kości słoniowej posągu kobiety.
K Ponieważ fizycy opisują rzeczywistość, posługując się modelami,
powstaje naturalne pytanie: Czy świat realny jest poznawalny?
*John Lighton Synge: Porozmawiajmy o teorii względności. PWN (Biblioteka Problemów, tom 190), Warszawa 1974.
Inercjalny układ odniesienia
12
● układ odniesienia, w którym swobodna cząstka pozostaje w
spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym
wtedy i tylko wtedy, gdy suma działających na nią sił zewnętrznych
jest równa zeru.
● Układy spoczywające lub poruszające się ruchem jednostajnym
prostoliniowym względem danego układu inercjalnego są również
układami inercjalnymi.
● W wielu zagadnieniach Ziemia może być traktowana jako
inercjalny układ odniesienia.
Punkt materialny (cząstka)
13
● punkt obdarzony masą (m), którym można zastąpić dane ciało o
masie (m), badając jego ruch. Punkt materialny pokrywa się
najczęściej ze środkiem masy ciała.
● Analiza ruchu stanie się prostsza, jeżeli samochód zastąpi się
białym punktem.
Bryła sztywna
14
● ciało, w którym odległość między dwoma dowolnymi punktami
jest stała. Bryła sztywna modeluje ciało, które doznaje
zaniedbywalnie małych odkształceń pod wpływem działających na
nie sił.
Oscylator harmoniczny
15
● cząstka wykonująca ruch drgający harmoniczny prosty. Równanie
ruchu jednowymiarowego oscylatora harmonicznego można zapisać
w poniższej postaci.
2
xd
2
dt
−=
ω
2
,x
=
ω
π2
T
=
π f2
● x – wychylenie ● t – czas ● T – okres drgań
● ω – częstotliwość kątowa ● f – częstotliwość drgań
Wahadło matematyczne
16
● cząstka o masie (m) zawieszona na długiej, nierozciągliwej i
nieważkiej nici, wykonująca małe drgania o okresie (T).
π2T
=
l
g
● l – długość nici
● g – przyspieszenie ziemskie
● Wahadło matematyczne
Fala płaska
17
● fala, której czołem jest płaszczyzna. Propagację fali płaskiej
opisuje równanie
∆y
=
(
∆y
)
max
sin
x2π
λ
−
ft
2π
+
α
0
● ∆y – zmiana wartości wielkości, której drgania rozchodzą się
ruchem falowym, liczona względem niezaburzonej (równowagowej)
wartości tej wielkości
● (∆y)max – amplituda fali
● – faza fali
ft
2π
−
+
0α
x2π
λ
Solitony
18
● pojedyncze, bardzo stabilne “samotne fale”, które podczas
wzajemnych zderzeń zachowują się tak jak cząstki.
H Solitony odkrył przypadkowo w 1834 Russell podczas konnej
przejażdżki wzdłuż wąskiego kanału w pobliżu Edynburga. Według
jego relacji fala wytworzona przez łódkę, która się nagle zatrzymała,
zachowała prawie bez zmian swój kształt i prędkość na drodze około
jednej lub dwóch mil. Nazwa “soliton” została wprowadzona w 1965
przez Normana J. Zabusky’ego i Martina D. Kruskala. Russel używał
nazwy wave of translation.
B John Scott Russell (1808-1882), szkocki inżynier.
B Martin David Kruskal (1925-2006), amerykański matematyk i
fizyk.
B Norman J. Zabusky (ur. 1929), amerykański fizyk.
• N. J. Zabusky, M. D. Kruskal:
Interaction of Solitons in a Collisionless Plasma and the Recurrence of Initial States.
Physical Review Letters 15, 6 (1965) 240-243.
Gaz doskonały
19
jako nieoddzia
nieoddziałłujująącece ze ze
ce sięę spr
sprężężyyśście ze
cie ze
gaz, któórego cz
rego cząąsteczki mo
steczki możżna traktowa
punkty materialne, zderzająące si
na traktowaćć jako
na odległłoośćść punkty materialne, zderzaj
oraz ze śściankami naczynia.
ciankami naczynia.
Gaz doskonałły (idealny) bywa r
wnanie Clapeyrona
y (idealny) bywa róówniewnieżż okre
Clapeyrona,, czyli
● gaz, kt
sobsobąą na odleg
sobsobąą oraz ze
● Gaz doskona
spespełłniajniająący rcy róównanie
mimięędzy ci
i licznośściciąą materii (n)
i liczno
dzy ciśśnieniem (p), obj
nieniem (p), objęętotośściciąą (V), temperatur
materii (n) tego
tego gazu.
gazu.
okreśślany jako gaz
lany jako gaz
wnanie opisująące zwi
czyli rróównanie opisuj
(V), temperaturąą bezwzgl
ce zwiąązekzek
bezwzglęędndnąą (T)
(T)
pV =
nRT
Cykl Carnota
20
● cykl będący modelem idealnego silnika cieplnego. Tworzą go
cztery przemiany:
● izotermiczne rozprężanie od stanu (T1, V1, p1) do stanu (T1, V2, p2)
wskutek pobrania ciepła Q1 z grzejnika;
● adiabatyczne rozprężanie od stanu (T1, V2, p2) do stanu (T2, V3, p3);
● izotermiczne sprężanie od stanu (T2, V3, p3) do stanu (T2, V4, p4)
wskutek oddania ciepła Q2 do chłodnicy;
● adiabatyczne sprężanie od stanu (T2, V4, p4) do stanu (T1, V1, p1).
B Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), francuski fizyk.
Cykl Carnota
21
p
(T ,V ,p )
1
1
1
(T ,V ,p )
2
2
1
(T ,V ,p )
4
4
2
(T ,V ,p )
3
3
2
V
● Wykres zależności ciśnienia (p) od objętości (V) w cyklu Carnota
Odwrotny cykl Carnota
22
● cykl obiegany przeciwnie niż cykl Carnota; jest modelem idealnej
lodówki.
p
(T ,V ,p )
1
1
1
(T ,V ,p )
2
1
2
(T ,V ,p )
2
4
4
(T ,V ,p )
3
3
2
V
● Wykres zależności ciśnienia (p) od objętości (V) w odwrotnym
cyklu Carnota
Pobierz darmowy fragment (pdf)
