FIZIKA Vzlatok A fizika helye a tudomnyok kztt

FIZIKA Vázlatok

A fizika helye a tudományok között • A fizika neve az ógörög ϕιζισ [természet] szóból ered. Tulajdonképpen minden ma ismert természettudomány alapjának tekintjük

A természettudományos megismerés induktív útja • 1. lépés: megfigyelés A természeti jelenséget érzékszerveinkkel megfigyeljük, tapasztalatainkat leírjuk, összegezzük • 2. lépés: kísérlet Ha már elegendő tapasztalatunk van a jelenségről, gyakran mesterségesen is meg tudjuk teremteni azokat a körülményeket, hogy az. tetszőleges sokszor. bekövetkezzék, a tapasztalatokat összegezzük

A természettudományos megismerés induktív útja • 3. lépés: mérés • 4. lépés: törvényfeltárás A mérési adatok ismeretében felismerjük a természeti törvényt, amelyet szóban, a matematikai fogalmak segítségével megfogalmazunk. A könnyebb megjegyezhetőség, illetve más kényelmi okok miatt matematikai képletek, egyenletek formájában is leírjuk.

A természettudományos megismerés induktív útja • 5. lépés: modellalkotás • 6. lépés: az ismeretek alkalmazása A fizikai törvények ismerete teszi lehetővé, hogy azokat tudatosan alkalmazzuk. Ez. főleg az alkalmazott tudományok /mint például a mérnöki, orvosi, tudományok stb. / feladata.

Alapvető fizikai ismeretek a mechanikából • A mechanika a fizikának az a fejezete, amely a mozgások (és az egyensúly) leírásával foglalkozik. Ezen belül a mozgások leírását kinetikának is szokták nevezni. • A dinamika feladata az, hogy az egyes mozgások ok - okozati összefüggéseit tisztázza

Pontszerű testek egyszerű mozgásai • Pontszerű test: a testet egyetlenegy pontnak tekintjük (fizikai modell) • Mozgás: a testek egymáshoz viszonyított helyzetváltoztatása • A mozgás leírásához szükséges fogalmak, mennyiségek: • - pálya • -út s [km, m] • elmozdulás vektor(nagyság, irány, állás)

Repülőgép pályája

Helikopter útja és elmozdulása

Pálya, út, elmozdulás, vonatkoztatási rendszer

A mozgás leírásához szükséges fogalmak, mennyiségek: • - idő: t [h; sec] • - sebesség: v=s/t [m/s; km/h] • Pl. : 80 km/h azt jelenti, hogy 1 h alatt 80 km-t teszünk meg • - gyorsulás: a= Δv/Δt [m/s 2]

ISMÉTLÉS • • Pálya • Sebesség (v) [m/s; km/h] Út (s) [km; m] Idő (t) [h; s] Elmozdulás (vektor) • Gyorsulás (a) [m/s 2]

Egyenes vonalú, egyenletes mozgás • Kísérlet: Buborék mozgásának vizsgálata Mikola-csőben • Gyakorlati példa: • -vonat egyenletes mozgása • --autó egyenletes mozgása, stb.

Mikola-cső

Vonat egyenletes mozgása

Kamion egyenletes mozgása

Egyenes vonalú, egyenletes mozgás • A kísérletek tapasztalatai: a test egyenes pályán haladva azonos időközök alatt azonos útszakaszokat tesz meg • a=0; v=s/t=állandó

Példák 1. Egy vonat 80 km/h sebességgel halad. Mennyi idő alatt ér a 200 km-re lévő nagyvárosba? Milyen messzire jut 3, 5 h alatt? Ábrázoljuk a mozgás út-idő, sebesség-idő grafikonját!

Példák 2. Egy kerékpáros 18 km/h átlagsebességgel halad. Mennyi idő alatt jut a 6 km-re lévő munkahelyére? Milyen messze lakik a bolttól, ha 40 sec alatt ér oda? Ábrázoljuk a mozgás út-idő, sebesség -idő grafikonját!

A példák tapasztalatai: -ügyeljünk a mértékegységekre! -az egyenletes mozgás út-idő grafikonja egy lineáris fv. , sebesség-idő grafikonja egy vízszintes egyenes

Egyenes vonalú, egyenletesen változó mozgás • Kísérlet: Lejtőn leguruló golyó mozgásának vizsgálata • Gyakorlati példa: -a megállóból induló autóbusz, -a havas lejtőn lesikló szánkó, stb.

Egy. von. egy. vált. mozg. A kísérletek tapasztalatai: • a test sebessége egyenletesen nő v~t • a megtett út négyzetesen arányos az eltelt idővel s~t 2

Egy. von. egy. vált. mozg. Def. : a test egyenes pályán haladva sebessége az idővel egyenes arányban nő vagy csökken – a= Δv/Δt =állandó – v=a*t – s=a/2*t 2

PÉLDÁK 1. Egy kerékpáros álló helyzetből indulva 5 sec alatt éri el a 36 km/h-ás sebességet. Mekkora a gyorsulása és mekkora utat tett meg ezalatt? Ábrázold a mozgás út-idő, sebességidő, gyorsulás-idő grafikonját!

PÉLDÁK 2. Egy gépkocsi állóhelyzetből indulva 10 sec alatt éri el a 72 km/h sebességet. Mekkora a gyorsulása és mekkora utat tett meg ezalatt? Ábrázold a gépkocsi grafikonjait s(t); v(t); a(t); !

A példák tapasztalatai: -ügyeljünk a mértékegységekre! -az egy. változó mozgás út-idő grafikonja egy másodfokú fv. , sebesség-idő grafikonja egy lineáris fv. gyorsulás-idő grafikonja egy vízszintes egyenes.

Szabadesés • Kísérlet: csavaranyák ejtése (ejtő zsinór). • Tapasztalat: a csavaranyák koppanását azonos időközönként halljuk. • 1 időegység = 2 koppanás közti idővel. • 1 út egység = 10 cm • A megtett út az esés idejével négyzetesen arányos s = t 2

Szabadesés • Definíció: függőleges vonalú, zérus kezdősebességű egyenletesen változó mozgás, melynek gyorsulása a = g = 9, 81≈10 m/s 2 v = gt h = s = g/2*t 2

Szabadesés Példa: Egy szabadon eső test 3 sec alatt ér földet. Milyen magasról esett, és mekkora sebességgel ért földet? (45 m; 30 m/s)

Egyenletes körmozgás • Megfigyelés: az óramutató járásának vizsgálata • Tapasztalat: a nagymutató csücske 5 perc alatt mindig két szám közti ívdarabot tesz meg

Egyenletes körmozgás • Def. : a test körpályán haladva azonos idők alatt azonos íveket fut be. A körmozgás periodikus mozgás. • Jellemzői: kerületi sebesség: vk=2 rπ/T=rω keringési idő: T fordulatszám: f=1/T [1/s] szögsebesség: ω=2π/T= 2πf [1/s]

Egyenletes körmozgás • Vizsgáljuk meg a kerületi sebesség vk irányát! A kerületi sebesség vk iránya mindig érintőleges, azaz pontról pontra változik. Az irányváltás miatt a kerületi sebesség változó sebesség. • Centripetális gyorsulás: feladata: a sebesség irányát megváltoztatni. acp=v 2/r=rω2

Egyenletes körmozgás Példa: Egy játékvonat pályájának átmérője 2 m. Egy kört 20 sec alatt tesz meg. Mekkora a kisvonat kerületi sebessége, szögsebessége, centripetális gyorsulása és fordulatszáma?

DINAMIKA (a mozgások okaival foglalkozik) • Az eddigiek során megismerkedtünk néhány alapvető mozgásfajtával (egyenes vonalú egyenletes, egyenletesen gyorsuló, egyenletes körmozgás), de csak leírtuk a mozgásokat (hol? , mit csinál? a test) • Most azt fogjuk megvizsgálni, hogy mi az oka az adott mozgásnak (a miért? -re adunk választ)

A tehetetlenség A testek tehetetlenek, azaz nem képesek megváltoztatni saját maguk mozgásállapotukat, hanem valamilyen külső segítségre van szükségük.

A tehetetlenség Gyak. pl. : -jármű indulásakor, fékezésekor hátra ill. előre dőlünk -billiárdgolyó mozgása -porrongy kirázása -meglazult kalapács visszaerősítése a nyélre stb…. .

A tehetetlenség Newton I. (a tehetetlenség) törvénye: minden test nyugalomban marad, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez mindaddig, míg valamely más test vagy mező mozgásállapotának megváltoztatására nem kényszeríti.

A tehetetlenség Tömeg: a tehetetlenség mértéke m [kg > g] Inerciarendszer: azok a mechanikai rendszerek, amelyekben a tehetetlenség törvénye érvényesül (a gyorsuló rendszerek nem inerciarendszerek)

Lendület (impulzus, mozgásmennyiség) Egy test tömegének és sebességének szorzatával jellemzett fizikai mennyiség I=mv [kgm/s] Megmaradási törvény: zárt rendszerben a testek lendületeinek összege állandó. ΣI=állandó

A lendületmegmaradás jelenségei Ütközések: rugalmas: ping-pong labda ütközése az asztallal, kosárlabda ütközése a palánkkal, billiárdgolyók ütközése, kapufa, fallabda, . . . stb.

A lendületmegmaradás jelenségei Ütközések: rugalmatlan: ping-pong labda, tenisz labda a hálóba ütközik, gól esetén a labda a hálóba kerül… stb.

A lendületmegmaradás jelenségei Rakéta elv: - a felfujt luftballont ha elengedjük a levegő nagy sebességgel áramlik ki belőle, miközben a lufi ellentétes irányban elszáll - ha egy álló csónakból kiugrunk a csónak ellentétes irányba elmozdul

A lendületmegmaradás jelenségei Rakéta elv: - az ágyú elsütésekor az ágyúcső hátramozdul - egy szifonpatron és egy kisautó segítségével rakéta-meghajtású kiskocsit szerkeszthetünk

Az erő • Már a tehetetlenség jelenségeinél tapasztalhattuk, hogy egy test csak akkor tudja megváltoztatni mozgásállapotát, ha kölcsönhatásba kerül valamely más testtel. • Ez a kölcsönhatás az erő.

Az erő Def: a testek lendületváltoztató kölcsönhatásának mértéke F=ΔI/Δt [N]

Az erő Newton II. (a dinamika alaptörvénye): Az erő és az általa létesített gyorsulás egyenesen arányos, hányadosuk a tehetetlen tömegre jellemző állandó F=ma

Az erő a mozgások logikája: F a Δv (ΔI)

Az erő Newton III. (Hatás-ellenhatás): Ha egy test erőt gyakorol egy másik testre, akkor az a másik test ugyanakkora, de ellentétes irányú erővel hat az előző testre. F 1=-F 2

Az erő Newton IV: (a szuperpozició elve) Ha egy testre több erő hat, akkor az a test úgy fog mozogni, minthogyha egyes egyedül ennek a több erőnek az eredője hatna rá. Fe=F 1+F 2+F 3+…Fn

A MUNKA • Fizikai értelemben akkor beszélünk munkavégzésről, ha erő hatására elmozdulás történik. • Jele: W = Fs [Nm = J] • W = Fscosα (ha az erő és az elmozdulás α szöget zár be egymással)

Munkavégzés esetei (munkafajták): 1. Emelési munka: W = Fs h F m F = mg s = h We = mgh

Munkavégzés esetei (munkafajták 2. Gyorsítási munka a F m s W = Fs F = ma s= W = ma t 2 = m t 2 Konzervatív erő: amelynek a munkája független az úttól, a test az elvégzett munkát megőrzi

Munkavégzés esetei (munkafajták 3. Súrlódási munka: V=áll. m F Fs S W = Fs F = Fs = μmg Ws = μ m g s A súrlódási erő disszipatív erő, munkája függ az úttól.

Munkavégzés esetei (munkafajták 4. Rugalmas erő munkája: F x F Dx Fátlag = W = Fs Fr = Dx x x

PÉLDÁK 1. Egy ló 1000 N erővel húzza az ekét 500 m hosszú barázdában. Mekkora munkát végzett? 2. Egy gyerek 50 N erővel húzza a szánkót a havon 200 m hosszon. Mekkora munkát végzett?

PÉLDÁK 3. Mekkora munka árán megyünk fel a második emeletre, ha egy emelet magassága 5 m? (saját testtömegeddel számolj!) 4. Egy 80 kg tömegű turista felmászott a 116 m magas Gellérthegyre. Mekkora a munkavégzés?

PÉLDÁK 5. Egy 1000 kg tömegű gépkocsi 72 km/h sebességre gyorsul fel álló helyzetből. Mekkora a munkavégzés? 6. Egy 10 t tömegű autóbusz a megállóból indulva 54 km/h sebességre gyorsul fel. Mekkora a munkavégzés?

Energia = (a benne rejlő munka): • Definíció: A testek munkavégző képessége. • 1. Helyzeti energia: a felemelt testnek van. Eh = We = mgh • 2. Mozgási energia: a mozgó testnek van Em = Wgy = ½ mv 2 • 3. Rugalmas energia: a megfeszített rugónak van. Er = Wr = ½ Dx 2

Energia viszonyok lejtőn 1. Ha μ=0(ha nincs súrlódás) Eh v Em Eh=Em mgh=½mv 2

Energia viszonyok lejtőn 2. Ha μ=0 (van súrlódás) Eh V’ μ Em Eh=Em +Ws mgh=½mv 2+μmgscosα

Energiamegmaradás törvénye Ha csak konzervatív erők hatnak, a mechanikai energiák összege állandó Pl. : a súrlódásos lejtőn a súrlódás felemészti a helyzeti energia egy részét a test felmelegszik

PÉLDÁK

TELJESÍTMÉNY • Def: a munkavégzés sebessége, vagy másképpen az egységnyi idő alatt végzett munka P=W/t [J/s=Watt]