Швидкість звукової хвилі

Адіабатична звукова хвиля 

  Припустимо, що внаслідрк короткочасної дії  на кінець стержня (наприклад, удар молотка)в ньому виникає хвильовий імпульс, який поширюється по всьому стержню. Сила, яка подіяла на стержень, за час dt змістила частинки масою  

dm = Sv∙dρ∙dt,  

та надавши їй імпульс  

v∙dm = Sv²∙dρ∙dt.

Значення сили, яка здійснила ці зміни знайдемо з другого закону Ньютона

F = v∙dm/dt = Sv²∙dρ

З іншого боку значення цієї ж сили знайдемо через зміну тиску dp:

F = S∙dp

Прирівнюючи ліві сторони обох рівнянь та скорочуючи площу поперечного перерізу стержня отримуємо загальну формулу для визначення швидкості поширення звукової хвилі через  невеликі зміни густини та тиску:

 v = (dp/dρ)^1/2

Астрофізики серед нас

Астрономічна олімпіада 2012-2013, ІІІ етап

Вітаю з вдалим виступом на обласній олімпіаді з астрономії учнів нашого, 10-Б, класу:

- красуню-розумницю Олю Романюк - 1 місце;  

- талановитого та лінивого Сергія Бродюка – 2-ге місце;

- працьовитого та обдарованого Юрія Арабського – 3-тє місце та

- просто хорошого хлопця Максима Кузнецова, який, навчаючись в десятому класі, успішно виступив серед одинадцятикласників, здобувши 3-й диплом.

Успіху всім на олімпіаді з фізики.

Завдвння олімпіади можна переглянути тут.

Перше начало термодинаміки

Перше начало термодинаміки

Термодинаміка – це розділ фізики, в якому з найбільш загальних позицій (без розгляду молекулярних уявлень про будову речовини) розглядаються процеси обміну енергії між об’єктом, який вивчається та оточуючим його середовищем.

У природі існує закон збереження і перетворення енергії.

У всіх процесах, які проходять в природі, енергія не зникає безслідно і не створюється з нічого, а переходить  від одного тіла до іншого і перетворюється з одного виду в інший в еквівалентних кількостях.

Усі форми енергії: кінетична, потенціальна, внутрішня, електромагнітна, хімічна, внутрішньоатомна тощо здатні перетворюватися одна в одну. І саме можливість взаємного перетворення усіх форм енергії зумовлює багатство і різноманітність явищ природи.

Манометр Мак-Леода

Вимірювання тиску високого вакууму

Манометр Мак-Леода

Дуже важко досягнути високого вакууму, а ще важче виміряти тиск, встановивши, тим самим,  ступінь відкачки газу.

Для вимірювання високого вакууму широко застосовують манометр Мак-Леода та іонізаційний манометр. Розглянемо основи принципу дії компенсаційного манометра.

Дія манометра Мак-Леода ґрунтується на збільшенні вимірюваного тиску  в результаті зменшення об’єму, який займає деяка порція газу. Схему такого манометра розглянуто на малюнку. Пересувний резервуар 6 зі ртуттю з’єднаний гнучким шлангом з самим манометром, який складається з невеликого скляного балона 5, що переходить у запаяний капіляр 4. Нижче балона 5 припаяна скляна трубка, яка роздвоюється на трубку 2 і капіляр 3 (такого ж діаметра, що і капіляр 4). Трубка верхнім кінцем 1 зєднується з простором, в якому треба виміряти тиск.

На початку вимірювання резервуар 6 опускають доти, поки рівень ртуті у манометрі не опуститься нижче лінії аб. Потім резервуар 6 піднімають вгору. Коли ртуть досягне лінії аб, балон з капіляром  відключаються від об’єму, в якому вимірюється тиск. Нехай об’єм балона 5 і капіляра 3 дорівнює V₁,  тиск у ньому р₁. Резервуар 6 з ртуттю піднімають  доти, поки рівень ртуті в капілярі 4 не досягне деякої лінії вг. Об’єм повітря, яке залишилось у капілярі, дорівнює V₂. Це повітря зазнає тиску р₂. Якщо різниця рівнів ртуті у капілярі 4 і в капілярі 3 дорівнює h, то p₂ = p₁ + h, але оскільки р₁ набагато менше за h, то можна вважати, що р ≈ h. Тоді за законом Бойля-Маріотта

Р₁ = hV₂/V₁ = αh.

Явища переносу. Дифузія

 Дифузія газів

Якщо в посудину, заповнену одним газом, помістити порцію іншого газу, то внаслідок теплового руху молекули одного сорту будуть проникати у простір, зайнятий молекулами іншого сорту. У результаті матимемо процес вирівнювання концентрацій молекул обох газів, який пошириться на весь простір, зайнятий газом. Отже:

Дифузія – це процес вирівнювання концентрацій у суміші декількох речовин, зумовлений тепловим рухом молекул

N = -D(Δn/Δz)

Остання формула є законом Фіка:

Кількість молекул N, які проходять за одиницю часу через одиницю площі поверхні, перпендикулярної до напряму перенесення, прямо пропорційна градієнтові концентрації молекул Δn/Δz.

Величину D називають коефіцієнтом дифузії. Знак мінус зумовлений тим, що дифузія спрямована в бік зменшення концентрації частинок.

Якщо обидві сторони закону Фіка помножити на масу m молекули газу одного сорту, то отримаємо рівняння для маси цього газу:

M = -D(Δρ/Δz).

З’ясуємо явище дифузії з погляду молекулярно-кінетичної теорії.

Явища переносу. Внутрішнє тертя

Внутрішнє тертя (в’язкість)

Внутрішнє тертя – це явище виникнення сил тертя між шарами одного газу або рідини, котрі рухаються один відносно другого паралельно з різними швидкостями.

Дане явище описує закон Ньютона

F = -η(Δu/Δz)

де F -  сила внутрішнього тертя, яка діє на одиницю площі поверхні прошарку, Δu/Δz – градієнт швидкості напрямленого руху молекул газу. 

Коефіцієнт внутрішнього тертя ( в’язкості) η чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі, якщо градієнт швидкості шарів дорівнює одиниці. Його вимірюють у кг/м•с або у Па•с.

Явища переносу.Теплоповідність

Теплоповідність

Теплопровідність – це прцес вирівнювання температур, зумовлений міграцією молекул газу.

Тепловий потік, утворений у газі, описує закон Фур’є:

Q = -χ(ΔT/Δz).

Кількість теплоти Q, яка переходить за одиницю часу через одиницю площі поверхні, перпендикулярної до напряму перенесення, прямо пропорційна градієнту температури.

Знак мінус відображає той факт, що теплота йде у напрямку зниження температури.