Обозначение температуры в физике

Содержание

Шкала абсолютных температур.

Шкала абсолютных температур

Согласно основному уравнению молекулярно-кинетической теории, давление р прямо пропорционально средней кинетичес­кой энергии и поступательного движения молекул:

Шкала абсолютных температур

где n — объемная концентрация молекул. Заменив в Шкала абсолютных температурn отношением числа молекул N к объему газа Шкала абсолютных температурn отношением числа молекул N к объему газа получим:

Шкала абсолютных температур

.

В состоянии теплового равновесия при постоянном объеме средняя кинетическая энергия дан­ной массы газа должна иметь вполне определенное значение, как и температура. Согласно форму­ле Шкала абсолютных температур, это означает, что отношение Шкала абсолютных температур, это означает, что отношение для данной температуры должно быть одним и тем же для любых идеальных газов. То, что это действительно так, было подтверждено экспериментально для разных газов, находящихся в условиях теплового равновесия при постоянном объеме (изме­рялось давление).

Обозначение температуры в физике

учительучительучительучитель

Температура. Шкала Цельсия

Тепловые явления: виды, признаки и примеры в физике

Тепловые явления

В далеком 1620 году великий английский философ и ученый Френсис Бекон, размышляя о физической природе тепла, впервые предположил, что теплота имеет связь с движением. Мы все можем это наблюдать воочию на простом примере – при нагревании воды до определенной температуры (100 С) она начинает кипеть. Происходит это из-за того, что с повышением температуры ускоряется движение молекул в воде (как впрочем, и в любом другом веществе). То есть Френсис Бекон был абсолютно прав в своих догадках, которые позднее подтвердили и многие другие ученые, а в физике появился большой раздел, называемый термодинамикой, который собственно и изучает тепловые явления, их суть и природу. О значении тепловых явлений в физике мы поговорим в нашей статье.

Температура в физике – основные понятия, формулы и определение с примерами

Перед тем как, например, пойти на пляж, многие интересуются прогнозом погоды. И если ожидается температура воздуха 10 °С, то, скорее всего, планы будут изменены. А стоит ли отказываться от прогулки, если прогнозируется температура 300 К (кельвинов)? И что на самом деле вкладывают физики в понятие «температура»?

Температура в физике - основные понятия, формулы и определение с примерами

Разница в градусах по Фаренгейту и шкале Цельсия, как перевести

Для измерения температурных показателей используется 4 разных шкалы. Самыми известными из них являются градусы Цельсия и Фаренгейта. Согласитесь, вы не раз задумывались о том, почему между значениями, полученными при использовании той или иной шкалы, такой большой разрыв. Это на самом деле не просто интересно, но необходимо знать, и если вы думаете, что такая информация нужна только физикам – вы заблуждаетесь. Так, в чем же разница между Фаренгейтом и Цельсием?

Физический смысл температуры: что это такое, определение

С незапамятных времен человек анализировал, холодно ему или тепло, придумывал средства для согрева себя и своего жилища, совершенствовал одежду, учился добывать огонь и так далее. Однако только недавно (в масштабах мировой истории) степень холода или тепла начали измерять и оценивать. Был придуман особый термин – “температура”. Степень нагревания тел начали характеризовать именно через это определение. Каков физический смысл температуры? Что вообще такое – температура? Как ее определить, каким образом – эти и другие вопросы будут обсуждаться ниже.

Температура

Долгое время в качестве инструмента для измерения температуры человек использовал лишь собственный палец. Думаю, многие из вас и сейчас время от времени измеряют ее, доверяя своим тактильным ощущениям. (Очень холодно, холодно, тепло, горячо, ожог.)

Но на сколько объективны такие измерения? Приведу простой пример. Плюшевый медведь и чугунная гиря, находясь в одной комнате длительное время, имеют одинаковую температуру. Но на ощупь гиря скорее всего покажется нам более холодной.

Чтобы понять, что такое температура, как ее точно измерить, а также помочь всем тем, кто страдает бессонницей, давайте обратимся к скучной теории.

Удельная теплоемкость вещества

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

  • Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Абсолютная температура .

Таким образом, величина Шкала абсолютных температуркоторую, в отличие от микропараметра Шкала абсолютных температуркоторую, в отличие от микропараметра , легко измерить, является вполне однозначной характеристикой теплового состояния газа, как и температура. Измеряется Шкала абсолютных температур(как и энергия) и джоулях. Зависит она только от температуры и может рассматри­ваться как естественная мера температуры. Однако в силу укоренившейся привычки измерять температуру в градусах был введен коэффициент пропорциональности k между температурой Шкала абсолютных температур(как и энергия) и джоулях. Зависит она только от температуры и может рассматри­ваться как естественная мера температуры. Однако в силу укоренившейся привычки измерять температуру в градусах был введен коэффициент пропорциональности k между температурой , выраженной в энергетических единицах, и температурой T, выраженной в градусах:

Шкала абсолютных температур

,

Шкала абсолютных температур

.

Общие сведения и примеры

Мы все с вами порой сами того не подозревая являемся свидетелями тепловых явлений в той или иной форме. Например, когда готовим себе чай или завариваем кофе. Такие природные явления как выпадение снега или дождя, образование росы, замерзание водоемов и образование льда также прямо связаны с изменениями температуры и определенными тепловыми движениями. Теперь давайте дадим общее определение того, что представляют собой тепловые явления.

Итак, тепловые явления это все физические процессы, происходящие с материальными телами под воздействием температуры.

Что означает термин “температура”?

Прежде чем обсуждать физический смысл температуры, необходимо узнать, что же это такое. Итак, многим давно известно, что можно получить ожог, прикоснувшись к раскаленному предмету, или, наоборот, замороженному (например, в случае заморозки жидким азотом). И ни для кого не секрет, что трубы во время отопительного сезона горячее, чем в летний период (отключения радиаторов). Именно такой показатель как степень нагревания того или иного объекта выражает температура. В термодинамике рассматривается не только физический смысл температуры, но и ее более точное определение, способ измерения.

холод и тепло

Измерение физических величин

Измерением называют определение с помощью инструментов и технических средств числового значения физической величины.

Результат измерения сравнивают с неким эталоном, принятым за единицу. В итоге значением физической величины считается полученное число с указанием единиц измерения.

В курсе по физике за 7 класс изучают правила измерений с использованием приборов со шкалой. Если цена деления шкалы неизвестна, узнать ее можно с помощью следующей формулы:

ЦД = (max − min) / n, где ЦД — цена деления, max — максимальное значение шкалы, min — минимальное значение шкалы, n — количество делений между ними.

Вместо максимального и минимального можно взять любые другие значения шкалы, числовое выражение которых нам известно.

Выделяют прямое и косвенное измерение:

при прямом измерении результат можно увидеть непосредственно на шкале инструмента;

при косвенном измерении значение величины вычисляется через другую величину (например, среднюю скорость определяют на основе нескольких замеров скорости).

Для удобства и стандартизации измерений в 1963 году была принята Международная система единиц СИ. Она регламентирует, какие единицы измерения считать основными и использовать для формул. Обозначения этих единиц также учат в программе по физике за 7 класс.

Основные единицы СИ

Десятичные приставки к названиям единиц

Макроскопические и микроскопические тела.

Мы живем в макромире, и все предметы, которые нас окружают принято называть макроскопическими телами.

Да может быть ваша любимая кружка в масштабах вселенной кажется не такой уж и большой, чтоб носить приставку макро. Но относительно огромного числа атомов и молекул, из которых она состоит, это название вполне заслуженно.

Сами же атомы и молекулы, а также электроны, протоны, нейтроны принято называть микроскопическими телами или микроскопическими частицами.

Совокупности макроскопических тел или иногда отдельные макроскопические тела называют термодинамическими системами.

Так как эти системы состоят из огромного числа подвижных микроскопических частиц, они способны обмениваться веществом и энергией, как внутри самой системы, так и с окружающей средой.

Только представьте какие процессы происходят в Вашей кружке пока она остывает, дожидаясь Вас на кухне.

Микропроцессы в вашей кружке

И здесь интересный момент. Для описания термодинамической системы не обязательно рассматривать поведение каждой отдельной ее молекулы. Это в принципе невозможно.

Состояние термодинамической системы прекрасно характеризуется набором макроскопических параметров, которые описывают систему в целом. Одним из таких параметров и является температура.

Виды теплопередачи

  • Теплопередача — это физический процесс передачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому.

Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.

Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.

Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.

Конвекция

Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.

Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.

Конвекция

Излучение

Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.

Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.

Калькулятор и формулы преобразования температуры

Перевод температурных показателей из одной шкалы в другую происходит со строгим соблюдением определенных формул. Важно использовать строгое соотношение показателей, чтобы не допустить ошибки.

Особенности формул, которые используются для преобразования температурных значений:

(Фаренгейт – 32): 1,8 = Цельсий

(°С) х 1,8+32 = Фаренгейт.

  1. Чтобы перевести °F в °С: (50 °F – 32): 1,8 = 10 °С.
  2. Обратный пересчет: 10 °С x 1,8+32 = 50 °F.

А так выглядит общая таблица сравнения самых известных и востребованных температурных шкал:

Но это не единственный способ сравнения температурных шкал, которыми сегодня пользуются в разных отраслях и направлениях. Соотношение градусов по разным методам исчисления в порядке от 1 до 35 единиц выглядит следующим образом:

Цельсий Кельвин Реомюр Фаренгейт
1 274 0,8 33,8
2 275 1,6 35,6
3 276 2,4 37,4
4 277 3,2 39,2
5 278 4 41
6 279 4,8 42,8
7 280 5,6 44,6
8 281 6,4 46,4
9 282 7,2 48,2
10 283 8 50
11 284 8,8 51,8
12 285 9,6 53,6
13 286 10,4 55,4
14 287 11,2 57,2
15 288 12 59
16 289 12,8 60,8
17 290 13,6 62,6
18 291 14,4 64,4
19 292 15,2 66,2
20 293 16 68
21 294 16,8 69,8
22 295 17,6 71,6
23 296 18,4 73,4
24 297 19,2 75,2
25 298 20 77
26 299 20,8 78,8
27 300 21,6 80,6
28 301 22,4 82,4
29 302 23,2 86
30 303 24 87,8
31 304 24,8 89,6
32 305 25,6 91,4
33 306 26,4 93,2
34 307 27,2 95
35 308 28 96,8

Даже из этой короткой таблицы можно увидеть, что существует закономерность в плане увеличения единиц, обозначающих температурные значения по той или иной шкале. Например, в отношении к Цельсию градусы Кельвина увеличиваются на 1 пункт, Реомюра – на 0,8 позиции, Фаренгейта – ровно на 1,8 единицы.

поле с растениями

Термодинамика

Что же такое “термодинамика”? Ответ и прост, и сложен. Это один из разделов такой науки как физика. Он (этот раздел) посвящен изучению свойств (наиболее общих) макросистем и способов превращения и передачи энергии в них. Макросистемы – это системы, которые, во-первых, состоят из очень большого числа атомов и молекул, иными словами, микрочастиц. Во-вторых, они соизмеряются с окружающими предметами размерами.

Физический смысл температуры заключается в простом предложении: температура – это мера средней кинетической энергии. Данное утверждение вытекает из основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Правда, в этом уравнении участвует давление, однако нехитрые манипуляции позволяют выразить давление через температуру:

  • p = nkT = 1/3nmv 2 ;
  • (E) = (mv 2 )/2 = 2/3kT.

Таким уравнением и выражается физический смысл температуры.

разные термометры

Механическое движение: формулы за 7 класс

Механическое движение — перемещение тела в пространстве, в результате которого оно меняет свое положение относительно других тел. Закономерности такого движения изучают в рамках механики и конкретно ее раздела — кинематики.

Для того, чтобы описать движение, требуется тело отсчета, система координат, а также инструмент для измерения времени. Это составляющие системы отсчета.

Изучение механического движения в курсе по физике за 7 класс включает следующие термины:

Перемещение тела — вектор, проведенный из начальной точки в конечную.

Траектория движения — мысленная линия, вдоль которой перемещается тело.

Путь — длина траектории тела от начальной до конечной точки.

Скорость — быстрота перемещения тела или отношение пройденного им пути ко времени прохождения.

Ускорение — быстрота изменения скорости, с которой движется тело.

Перемещение, траектория, путь

Равномерное прямолинейное движение означает, что тело движется вдоль прямой с одинаковой скоростью. В таком случае перемещение тела и его путь будут равны.

Формула скорости равномерного прямолинейного движения:

V = S / t, где S — путь тела, t — время, за которое этот путь пройден.

Формула скорости равномерного криволинейного движения:

Сила тяжести и вес тела

где S1 и S2 — отрезки пути, а t1 и t2 — время, за которое был пройден каждый из них.

Единица измерения скорости в СИ: метр в секунду (м/с).

Формула скорости равноускоренного движения:

V = V0 + at, где V0— начальная скорость, а — ускорение.

Единица измерения ускорения в СИ: м/с 2 .

Температура и нулевое начало термодинамики

Я говорил в самом начале, что гиря и плюшевый медведь, находясь длительное время в комнате будут иметь примерно одинаковую температуру.

В основе этого утверждения лежит фундаментальный постулат или нулевое начало термодинамики, которое фактически дает определение температуры.

В каком бы состоянии не находились тела в изолированной термодинамической системе, со временем эта система придет в состояние теплового (термодинамического) равновесия, и все части этой системы будут иметь одинаковую температуру.

Конечно, комната не совсем изолированная термодинамическая система. Но в физике главное что? Правильно! Умение пренебрегать.

Пока тела имеют разную температуру между ними может происходить теплообмен. Горячие тела будут остывать, холодные нагреваться. Но как только температура тел сравняется, теплообмен между ними прекратится.

По этому поводу Рудольф Клаузиус в 1865 году выдвинул даже гипотезу о тепловой смерти вселенной. Согласно этой гипотезе вселенная рано или поздно должна прийти к термодинамическому равновесию и умереть.

Рудольф Клаузиус

Рудольф Клаузиус (1822 — 1888 г.).

Но вернемся к температуре. Мы разобрались что фактически температура является величиной, характеризующей способность тел или термодинамических систем вступать в тепловое взаимодействие друг с другом. Давайте теперь подумаем, как можно ее измерять, не прибегая к помощи пальца.

Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета

Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.

С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:

Удельная теплоемкость вещества

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:

Удельная теплоемкость вещества

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]

Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Коэффициент пропорциональности k в формуле называется постоянной Больцмана в честь Л. Больцмана, одного из основателей молекулярно-кинетической теории газа. Этот коэф­фициент составляет k = 1,38 -23 Дж/К.

Шкала абсолютных температур

Постоянная Больцмана связывает температуру в энергетических единицах с температурой T в кельвинах. Это одна из наиболее важных постоянных в молекулярно-кинетической теории.

Какая шкала более удобная для использования

Однозначно сказать, какая единица обозначения градусов наиболее удобная в использовании, нельзя. Ведь все зависит от многих факторов. Прежде всего, от местности, где определяется температурный режим.

Так, страны СНГ и многие европейские государства привыкли к обозначению градусов по шкале Цельсия. Ею обозначают степень прогрева воздуха или воды. Кроме того, по Цельсию измеряют температуру тела, и это указывается на термометрах.

Шкала Реомюра сегодня практически вышла из употребления. Ею пользуются лишь отдельные страны Европейского Союза. В частности, она остается востребованной во Франции.

На заметку! Известно, что нормальной считается температура тела человека, которая не превышает показатель 36,6+/-0,7 °С. Но в странах, где используется шкала Фаренгейта, индикатором нормы является совсем другое значение. У здорового человека оно не превышает 98,2+/-1,3 °F.

Единиц измерения температуры существует немало. У каждой из шкал своя история, связанная с многолетними наблюдениями, сложными исчислениями и кропотливыми трудами. О многих из них некоторые даже не слышали, ведь есть такие индикаторы, которые используются строго в отдельных отраслях науки. Но самыми популярными из них были и остаются 3 шкальных разновидности – это температура по Цельсию, Фаренгейту и Кельвину.

Абсолютная температура. Что это такое?

Термодинамическую температуру иногда называют абсолютной, так как она отсчитывается от абсолютного нуля, достичь которого на сегодняшний день (да и вряд ли когда-либо) не представляется возможным. Абсолютный нуль – это минимальная возможная температура не только на Земле, но и в целом во Вселенной. Единицами измерения абсолютной температуры являются Кельвины.

Для того чтобы перевести привычные градусы Цельсия в градусы Кельвина, всего лишь необходимо к величине в градусах Цельсия прибавить 273. Физический смысл абсолютной температуры ничем не отличается от предыдущего описания. Даже можно сказать, что определение выше предназначено для абсолютной температуры – в указанной формуле Т измеряется в градусах Кельвина.

разновидность термометров

Сила тяжести, вес, масса, плотность

Формулы, понятия и определения, описывающие эти физические характеристики, изучают в 7 классе в рамках такого раздела физики, как динамика.

Вес тела или вещества — это векторная величина, которая характеризует, с какой силой оно действует на горизонтальную поверхность или вертикальный подвес. Не следует путать эту величину с массой, которая является скалярной величиной.

Вес тела измеряется в ньютонах, масса тела — в граммах и килограммах.

Формула веса:

P = mg, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения возникает под действием силы тяжести, которой подвержены все находящиеся на нашей планете тела.

g = 9,806 65 м/с 2 или 9,8 Н/кг

Если тело находится в покое или в прямолинейном равномерном движении, его вес равен силе тяжести.

Но эти понятия нельзя отождествлять: сила тяжести действует на тело ввиду наличия гравитации, в то время как вес — это сила, с которой само тело действует на поверхность.

Сила тяжести и вес тела

Плотность тела или вещества – величина, указывающая на то, какую массу имеет данное вещество, занимая единицу объема. Плотность прямо пропорциональна массе и обратно пропорциональна объему.

Формула плотности:

ρ = m / V, где m — масса тела или вещества, V — занимаемый объем.

Единица измерения плотности в СИ: кг/м 3 .

Таблица удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.

Формулы тепловых процессов

Все процессы изменения температуры, как и процессы перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое можно описать специальными формулами. Часто в таких формулах существует такая величина как теплоемкость, что же она собой представляет? Теплоемкость – то количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть вещество на один градус. Причем важно заметить, что теплоемкость это именно характеристика самого вещества, а не теплоты, так как разные вещества и нагреваться могут по-разному, как и по-разному замерзать, и если мы говорим о жидкостях, то иметь разные температуры кипения.

Эта формула описывает связь массы тела, его теплоемкости и температуры, по сути это математическое описание любого физического процесса нагревания или охлаждения. Q – это обозначение количества теплоты, С – теплоемкость тела, m – его масса, △t – разность температур.

Но для процессов, происходящих со сменой агрегатного состояния вещества будут свои формулы:

Лямбда λ в этой формуле это удельная теплота плавления. Об удельной теплоте плавления на нашем сайте также есть отдельная подробная статья, переходите по ссылке, чтобы ознакомится детальнее.

Эта формула описывает процесс парообразование, L здесь представляет удельную теплоту парообразования.

Измерение

Вовсе не любую физическую величину можно прямо измерить. Температура, например, относится к таким параметрам термодинамической системы как неизмеряемые прямым способом. Их получают косвенно. Для измерения требуется исправный термометр (в простонародье зачастую называют градусником), спиртовой или ртутный – не имеет значения. Затем необходимо обеспечить контактирование термометра с анализируемым объектом (воздух нередко выступает в этом качестве).

После установления равновесия в системе “объект-термометр” можно фиксировать показания термометра. Необходимо отметить, что не только жидкостные, но и другие разновидности градусников существуют на сегодняшний день. Конечно, что может быть косвенного в прямом взаимодействии термометра с анализируемым образцом. Однако нужно помнить, что шкалы термометров весьма относительны.

Механический рычаг, момент силы

О механическом рычаге говорил еще Архимед, когда обещал перевернуть Землю, если только найдется подходящая точка опоры. Это простой механизм, который помогает поднимать грузы, закрепленные на одном его конце, прилагая силу к другому концу. При этом вес груза намного превосходит прилагаемое усилие. В 7 классе физические формулы, описывающие этот процесс, изучаются в том же разделе динамики.

Рычаг — это некое твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной точки опоры, на один конец которого действует сила, а на другом находится груз.

Перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы, называется плечом силы.

Рычаг находится в равновесии, если произведение силы на плечо с одной его стороны равно произведению силы на плечо с другой стороны.

Видео

И в завершение для закрепление материала рекомендуем посмотреть это образовательное видео о тепловых явлениях, теперь надеемся, вы сможете с легкостью написать контрольную работу по этой теме.

Уравнение равновесия рычага:

Из этого следует, что рычаг уравновешен, когда модули приложенных к его концам сил обратно пропорциональны плечам этих сил.

Уравнение равновесия рычага

Правило равновесия рычага

Момент силы — это векторная величина, числовую характеристику которой можно описать как произведение модуля силы на плечо.

M = F × l, где F — модуль силы, l — длина плеча.

Единица измерения момента силы в СИ: ньютон-метр (Н·м).

Эта формула верна, если сила приложена перпендикулярно оси рычага. Если же она прилагается под углом, такой случай выходит за рамки курса физики за 7 класс и подробно изучается в 9 классе.

Правило моментов: рычаг уравновешен, если сумма всех моментов сил, которые поворачивают его по часовой стрелке, равна сумме всех моментов сил, которые поворачивают его в обратном направлении.

Можно сказать иначе: рычаг в равновесии, если сумма моментов всех приложенных к нему сил относительно любой оси равна нулю.

Правило моментов

Давление, сила давления

Прилагая одну и ту же силу к предмету, можно получить разный результат в зависимости от того, на какую площадь эта сила распределена. Объясняют этот феномен в программе 7 класса физические термины «давление» и «сила давления».

Давление — это величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, к площади этой поверхности.

Сила давления направлена перпендикулярно поверхности.

Формула давления:

p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.

Единица измерения давления в СИ: паскаль (Па).

Понятно, что при одной и той же силе воздействия более высокое давление испытает та поверхность, площадь которой меньше.

Формулу для расчета силы давления вывести несложно:

В задачах по физике за 7 класс сила давления, как правило, равна весу тела.

Давление газов и жидкостей

Жидкости и газы, заполняющие сосуд, давят на его стенки. Это давление зависит от высоты столба данного вещества и от его плотности.

Формула гидростатического давления:

р = ρ × g × h, где ρ — плотность вещества, g — сила тяжести, h — высота столба.

Единица измерения давления жидкости или газа в СИ: паскаль (Па).

Однородная жидкость или газ давит на стенки сосуда равномерно, поскольку это давление создают хаотично движущиеся молекулы. И внешнее давление, оказываемое на вещество, тоже равномерно распределяется по всему его объему.

Закон Паскаля: давление, производимое на поверхность жидкого или газообразного вещества, одинаково передается в любую его точку независимо от направления.

Внешнее давление, оказываемое на жидкость или газ, рассчитывается по формуле:

p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.

Закон Паскаля

Сообщающиеся сосуды

Сообщающимися называются сосуды, которые имеют общее дно либо соединены трубкой. Уровень однородной жидкости в таких сосудах всегда одинаков, независимо от их формы и сечения.

p — плотность жидкости,

h — высота столба жидкости,

Если жидкость в сообщающихся сосудах неоднородна, т. е. имеет разную плотность, высота столба в сосуде с более плотной жидкостью будет пропорционально меньше.

Высоты столбов жидкостей с разной плотностью обратно пропорциональны плотностям.

Соотношение высот столбов жидкостей с разной плотностью в сообщающихся сосудах

Сообщающиеся сосуды

Гидравлический пресс — это механизм, созданный на основе сообщающихся сосудов разных сечений, заполненных однородной жидкостью. Такое устройство позволяет получить выигрыш в силе для оказания статического давления на детали (сжатия, зажимания и т. д.).

Если под поршнем 1 образуется давление p1 = f1/s1, а под поршнем 2 будет давление p2 = f2/s2, то, согласно закону Паскаля, p1 = p2

Силы и площади поршней гидравлического пресса

Силы, действующие на поршни гидравлического пресса F1 и F2, прямо пропорциональны площадям этих поршней S1 и S2.

Другими словами, сила поршня 1 больше силы поршня 2 во столько раз, во сколько его площадь больше площади поршня 2. Это позволяет уравновесить в гидравлической машине с помощью малой силы многократно бóльшую силу.

Гидравлический пресс

Закон Архимеда

Сила выталкивания тела, погруженного в жидкость или газ, равна весу данной жидкости или газа в таком же объеме, как у этого тела.

Формула архимедовой силы:

Fa = ρ × g × V, где ρ — плотность жидкости, V — объем жидкости, g — ускорение 9,8 м/с 2 .

Закон Архимеда помогает рассчитать, как поведет себя тело при погружении в среды разной плотности. Верны следующие утверждения:

если плотность тела выше плотности среды, оно уйдет на дно;

если плотность тела ниже, оно всплывет на поверхность.

Другими словами, тело поднимется на поверхность, если архимедова сила больше силы тяжести.

Работа, энергия, мощность

Механическая работа — это скалярная величина, которая равна произведению перемещения тела на модуль силы, под действием которой было выполнено перемещение. Подразумевается, что перемещение произошло в том же направлении, в котором действует сила.

Формула работы в курсе физики за 7 класс:

A = F × S, где F — действующая сила, S — пройденный телом путь.

Единица измерения работы в СИ: джоуль (Дж).

Такое понятие, как мощность, описывает скорость выполнения механической работы. Оно говорит о том, какая работа была совершена в единицу времени.

Мощность — это скалярная величина, равная отношению работы к временному промежутку, потребовавшемуся для ее выполнения.

Формула мощности:

N = A / t, где A — работа, t — время ее совершения.

Также мощность можно вычислить, зная силу, воздействующую на тело, и среднюю скорость перемещения этого тела.

N = F × v, где F — сила, v — средняя скорость тела.

Единица измерения мощности в СИ: ватт (Вт).

Тело может совершить какую-либо работу, если оно обладает энергией — кинетической и/или потенциальной.

Кинетической называют энергию движения тела. Она говорит о том, какую работу нужно совершить, чтобы придать телу определенную скорость.

Потенциальной называется энергия взаимодействия тела с другими телами или взаимодействия между частями одного целого. Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей, характеризует, какую работу должна совершить сила тяжести, чтобы опустить это тело снова на нулевой уровень.

Механическая энергия

Таблица с формулами по физике за 7 класс для вычисления кинетической и потенциальной энергии:

Кинетическая энергия

Пропорциональна массе тела и квадрату его скорости.

Потенциальная энергия

Равна произведению массы тела, поднятого над Землей, на ускорение свободного падения и высоту поднимания.

Полная механическая энергия

Складывается из кинетической и потенциальной энергии.

Сохранение и превращение энергии

Если механическая энергия не переходит в другие формы, то сумма потенциальной энергии и кинетической представляет собой константу.

Для того, чтобы понять, какая часть совершенной работы была полезной, вычисляют коэффициент полезного действия или КПД. С его помощью определяется эффективность различных механизмов, инструментов и т. д.

Коэффициент полезного действия (КПД) отражает полезную часть выполненной работы. Также его можно выразить через отношение полезно использованной энергии к общему количеству полученной энергии.

Формула для расчета КПД:

Формула расчета КПД

где Ап— полезная работа, Аз— затраченная работа.

КПД выражается в процентах и составляет всегда меньше 100%, поскольку часть энергии затрачивается на трение, повышение температуры воздуха и окружающих тел, преодоление силы тяжести и т. д.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий