Fysiikka lait

Fysiikan lakeja YO-kokeeseen.

Newtonin I laki

= Jatkuvuuden laki.

Ulkoisten voimien summa on nolla.

Kappale pysyy levossa tai jatkaa suoraviivaista liikettä, jos jokin voima ei muuta sen liiketilaa.

Newtonin II laki

= Dynamiikan peruslaki.

Yhtälö on nimeltään liikeyhtälö.

ΣF=ma

Kiihtyvyys ja kokonaisvoima ovat samaan suuntaan.

Newtonin III laki

= Voiman ja vastavoiman laki.

Jos kappale 1 kohdistaa kappaleeseen 2 voiman, kappale 2 kohdistaa saman, mutta vastakkaissuuntaisen voiman kappaleeseen 1.

Esimerkiksi painovoiman vastavoima on myös painovoima.

Energian säilymislaki

Kun kappaleeseen ei vaikuta liikkeen suunnassa muita voimia, kuin painovoima, sen mekaaninen energia pysyy vakiona.

E_K1 + E_P1 = E_K2 + E_P2

E_K: Liike-energia

E_P: Potentiaalienergia

Mekaniikan energiaperiaate

Kun kappaleeseen tehdään mekaaninen työ, sen mekaaninen energia muuttuu tehdyn työn verran.

E_K1 + E_P1 + W = E_K2 + E_P2

E_K: Liike-energia

E_P: Potentiaalienergia

W: Työ

Newtonin gravitaatiolaki

Pistemäiset kappaleet, joiden massat ovat m₁ ja m₂ ja jotka ovat etäisyydellä r, kohdistaa toisiinsa vetävän painovoiman.

G = γ * (m₁m₂)/r²

γ: Newtonin gravitaatiovakio

Suoraan verrannollinen molempien massoihin.

Kääntäen verrannollinen hiukkasten välisen etäisyyden neliöön.

Arkhimedeen laki

Kappaleeseen, joka on osittain tai kokonaan upotettu nesteeseen (tai kaasuun), kohdistuu ylöspäin suuntautuva voima (noste), joka on yhtä suuri kuin kappaleen syrjäyttämän nesteen paino.

N = m_syrjäytettyg = G_syrjäytetty

Boylen laki

Kun ideaalikaasun lämpötila ja ainemäärä pysyy muuttumattomina, sille pätee:

pV=vakio

Lämpötila on vakio: isoterminen prosessi.

Gay-Lussacin laki

Kun ideaalikaasun tilavuus ja ainemäärä pysyy muuttumattomina, sille pätee:

p/T=vakio

Tilavuus on vakio: isokoorinen prosessi.

Charlesin laki

Kun ideaalikaasun paine ja ainemäärä pysyy muuttumattomina, sille pätee:

V/T=vakio

Paine on vakio: isobaarinen prosessi.

Ohmin laki

Johtimessa kulkevan virran suuruus on suoraan verrannollinen päiden välillä olevaan jännitelähteeseen.

U = RI

Joulen laki

Vastuksen tehonkulutuksen (teho, jolla vastus muuttaa sähköenergiaa lämmöksi) kaava:

P = RI²

Kirchhoffin II laki

Kierrettäessä virtapiirissä suljetun silmukan ympäri, potentiaalin muutosten summa on nolla.

Σv_i=0

Kirchhoffin I laki

Jokaiseen virtapiirin johtimien risteykseen tulevien sähkövirtojen summa on yhtä suuri kuin tästä pisteestä lähtevien sähkövirtojen summa.

ΣI_saapuvat = ΣI_lähtevät

Kondensaattorilaki

Kondensaattorin varauksen Q ja jännitteen U suhde on vakio, jota kutsutaan kondensaattorin kapasitanssiksi C.

Q = CU

Heijastuslaki

Heijastuvan aallon tulokulma ja heijastuskulma ovat yhtä suuret.

α₁ = α₂

Taittumislaki

Mekaaniselle aaltoliikkeelle:

sin(α₁)/sin(α₂) = n₁₂ = v₁/v₂ = λ₁/λ₂

Sähkömagneettiselle aaltoliikkeelle:

sin(α₁)/sin(α₂) = n₁₂ = v₁/v₂ = λ₁/λ₂ = n₂/n₁

α₁: tulokulma

α₂: taitekulma

n₁₂: rajapinnan taitesuhde

v: nopeus

λ: aallonpituus

n: taitekerroin

Ampèren laki

Kaksi yhdensuuntaista virtajohdinta kohdistaa toisiinsa magneettisen voiman:

F = μ₀/2π * (I₁I₂)/r * L

μ₀: tyhjiön permeabiliteetti

I₁ ja I₂: johtimien virrat

r: johtimien etäisyys kohtisuorasti

L (oikeesti pieni kirjain): johtimien kohdakkain olevan osan pituus

Huygensin periaate

Aaltorintaman jokainen piste on uuden alkeisaallon, eli pistemäisestä lähteestä lähtevän aallon lähde.

• Alkeisaallolla ja alkuperäisellä on sama taajuus ja nopeus samassa aineessa.

Pistemäinen aaltoliike: pallomainen, etenee joka suuntaan samoin.

Sa

Dopplerin ilmiö

Aaltoliikkeen taajuudessa tapahtuva muutos, joka aiheutuu aaltolähteen tai havaitsijan liikkeestä.

Kun aaltolähde liikkuu:

F = F₀ * v/(v-v_L)

Kun kuulija liikkuu:

F = F₀ * (v+v_H)/(v-v_L)

F₀: aaltolähteen taajuus

v: aaltojen nopeus

v_L: lähteen nopeus

v_H: havaitsijan nopeus

Lämpöopin ensimmäinen pääsääntö

Suljetun systeemin sisäenergian U muutos on:

U = Q + W

Q: lämpömäärä

• Positiivinen: lämpöä ympäristöstä systeemiin.

• Negatiivinen: lämpöä systeemistä ympäristöön.

W: työ

TAI

U = Q - W

W:

• Positiivinen: systeemi tekee työtä ympäristöön.

• Negatiivinen: ympäristö tekee työtä systeemiin.

Lämpöopin toinen pääsääntö

Eristetyn systeemin entropia ei voi vähentyä.

Lämpövoimakone ei voi muuttaa kaikkea lämpöä työksi, vaan osa siirtyy kylmäsäiliöön, esim ympäristöön.

Coulombin laki

Etäisyydellä r toisistaan olevien pistevarausten Q₁ ja Q₂ välistä voimaa kutsutaan Coulombin voimaksi, ja sen suuruuden kaava tyhjiössä on:

F = k*(Q₁Q₂)/r² = 1/4πε₀ * (Q₁Q₂)/r²

k: Coulombin lain vakio

ε₀: tyhjiön permittiivisyys

Induktiolaki

Muuntosuhde

e = -N * Δ𝛷/Δt

U₁/U₂ = N₁/N₂ = I₂/I₁

P₁=P₂

Hajoamislaki

Radioaktiivisen aineen hiukkasmäärä N noudattaa hajoamislakia:

N = N₀e^(-λt) = N₀e^((ln2)/(T_1/2)*t)

N₀: hiukkasmäärä hetkellä t=0

λ: aineen hajoamisvakio

T_1/2: aineen puoliintumisaika

Heikennyslaki

Kun säteily etenee väliaineessa matkan x, sen intensiteetti heikkenee arvosta I₀ arvoon I heikennyslain mukaisesti.

I = I₀e^(-μx)

μ: väliaineen heikennyskerroin / matkavaimennuskerroin säteilylle.

Säilymislait (ydinreaktio)

Energia säilyy ydinreaktiossa.

• Lähtöaineiden liike-energian ja reaktiossa vapautuvan energian summa on yhtä suuri kuin reaktiotuotteiden energian ja reaktiossa vapautuvien gammakvanttien energioiden summa.

E_{K, lähtöaineet} +E_Δm = E_{K, tuotteet} + E_γ-kvantit

Liikemäärä säilyy ydinreaktiossa.

• Lähtöaineiden yhteenlaskettu liikemäärä on sama kuin reaktiotuotteiden ja reaktiossa vapautuvien gammakvanttien yhteenlaskettu liikemäärä.

p_{lähtöaineet} = p_tuotteet + p_γ-kvantit