Definicje z Fizyki - IWOS

Fiszki pojęciowe i wzory z zakresu fizyki do zaliczenia materiału.

Układ SI

Międzynarodowy system jednostek miar, w którym jednostkami podstawowymi są m.in. metr ($m$) dla długości, kilogram ($kg$) dla masy, sekunda ($s$) dla czasu, amper ($A$) dla natężenia prądu elektrycznego oraz kelwin ($K$) dla temperatury.

Przedrostki jednostek

Oznaczenia informujące, ile razy dana jednostka jest większa lub mniejsza od podstawowej, np. kilo ($10^3$), mega ($10^6$), mili ($10^{-3}$), mikro ($10^{-6}$), nano ($10^{-9}$).

Iloczyn skalarny dwóch wektorów

Działanie na wektorach dające w wyniku skalar określony wzorem a \begin{cdot} b = a b \text{cos}(\rho). Jest równy zero, gdy wektory są do siebie prostopadłe.

Iloczyn wektorowy dwóch wektorów

Działanie na dwóch wektorach dające w wyniku nowy wektor o wartości $|a \times b| = a b \text{sin}(\rho)$, którego kierunek jest prostopadły do obu wektorów wejściowych.

Praca siły

Miara przekazania energii podczas przesunięcia ciała. Dla stałej siły wynosi $W = F s \text{cos}(\rho)$. Jednostką pracy w układzie SI jest dżul ($J$).

Energia

Zdolność układu do wykonania pracy. Przykładami są energia kinetyczna $E_k = \frac{m v^2}{2}$ oraz grawitacyjna energia potencjalna przy powierzchni Ziemi $E_p = m g h$.

Moc

Wielkość określająca szybkość wykonywania pracy, zdefiniowana jako $P = \frac{W}{t}$, a dla mocy chwilowej $P = F v$ (przy równoległych wektorach $F$ i $v$). Jednostką jest wat ($W$).

Pole centralne

Pole fizyczne mające źródło skupione w jednym punkcie, którego natężenie zależy od odległości od tego punktu (np. pole grawitacyjne masy punktowej lub pole elektryczne ładunku punktowego).

Pole jednorodne

Pole fizyczne mające w każdym miejscu taki sam wektor natężenia (np. idealizowane pole między dużymi, równoległymi okładkami kondensatora).

Natężenie pola elektrycznego

Wielkość zdefiniowana jako siła przypadająca na dodatni ładunek próbny: $E = \frac{F}{q}$.

Powierzchnia ekwipotencjalna

Powierzchnia łącząca punkty o jednakowym potencjale; przesunięcie ładunku po takiej powierzchni nie wymaga wykonania pracy przez pole.

Praca w polu zachowawczym

Praca siły, która zależy wyłącznie od położenia początkowego i końcowego ciała, a nie od przebytej drogi. W polu grawitacyjnym wynosi $W = m g (h_1 - h_2)$, a w elektrostatycznym $W = q (V_1 - V_2)$.

Prawo Newtona o powszechnej grawitacji

Prawo stanowiące, że dwa ciała o masach przyciągają się wzajemnie siłą grawitacji $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$, gdzie $G$ to stała grawitacji, a $r$ to odległość między środkami mas.

Siły zachowawcze i niezachowawcze

Siła zachowawcza to taka, dla której praca zależy tylko od punktu początkowego i końcowego (np. grawitacja, siła elektrostatyczna). Siła niezachowawcza zależy od drogi i rozprasza energię mechaniczną (np. tarcie).

Prawo Coulomba

Prawo opisujące siłę elektrostatycznego oddziaływania dwóch ładunków punktowych: $F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$, gdzie $k$ jest stałą elektrostatyczną, a $r$ odległością między ładunkami.

Strumień pola i prawo Gaussa

Strumień pola przez powierzchnię jednorodną wynosi \text{̐} = E A \text{cos}(\rho). Prawo Gaussa mówi, że całkowity strumień pola elektrycznego przez zamkniętą powierzchnię wynosi \text{̐} = \frac{Q_{\text{wew}}}{\text{ε}_0}.

Prędkość średnia i chwilowa

Prędkość średnia w ruchu prostoliniowym to $v_{\text{śr}} = \frac{\text{Δ}s}{\text{Δ}t}$, natomiast prędkość chwilowa odpowiada granicy ilorazu $\frac{\text{Δ}s}{\text{Δ}t}$ przy czasie dążącym do zera.

Przyspieszenie styczne i normalne

Przyspieszenie styczne odpowiada za zmianę wartości prędkości, a przyspieszenie normalne zmienia kierunek wektora prędkości. W ruchu po okręgu przyspieszenie normalne wynosi $a_n = \frac{v^2}{r}$.

Ruch jednostajny i jednostajnie przyspieszony

Ruch jednostajny odbywa się ze stałą prędkością ($s = s_0 + v t$). W ruchu jednostajnie przyspieszonym przyspieszenie jest stałe ($v = v_0 + a t$, $s = s_0 + v_0 t + \frac{a t^2}{2}$).

Spadek swobodny

Ruch ciała zachodzący wyłącznie pod wpływem siły grawitacji, z przyspieszeniem ziemskim przy powierzchni wynoszącym g \begin{approx} 9{,}81 \text{m/s}^2.

Rzut ukośny

Ruch w dwóch wymiarach, w którym prędkość początkową rozkłada się na składowe $v_{0x} = v_0 \text{cos}(\rho)$ oraz $v_{0y} = v_0 \text{sin}(\rho)$. Składowa pozioma pozostaje stała, a pionowa zmienia się pod wpływem grawitacji.

Ruch jednostajny po okręgu i przyspieszenie dośrodkowe

Ruch ze stałą wartością prędkości, lecz ze zmiennym jej kierunkiem. Wynika z tego obecność przyspieszenia dośrodkowego $a_n = \frac{v^2}{r} = \text{ω}^2 r$ oraz siły dośrodkowej $F_n = \frac{m v^2}{r}$.

I zasada dynamiki Newtona

Ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, jeśli wypadkowa siła działająca na nie jest równa zero.

II zasada dynamiki Newtona

Zasada określająca zależność między siłą wypadkową, masą i przyspieszeniem ciała: $F_{\text{wyp}} = m a$.

III zasada dynamiki Newtona

Jeżeli jedno ciało działa na drugie siłą, to drugie ciało działa na pierwsze siłą o tej samej wartości i kierunku, lecz przeciwnym zwrocie.

Siła tarcia

Siła występująca na styku powierzchni przeciwdziałająca ich względnemu ruchowi. Dla tarcia kinetycznego wynosi $F_t = \text{μ} N$, a dla statycznego maksymalnie $F_{t,\text{max}} = \text{μ}_s N$.

Maszyny proste

Urządzenia (np. równia pochyła, bloczek, dźwignia), które nie wytwarzają energii, ale pozwalają zmienić wartość lub kierunek działającej siły.

Zasada zachowania pędu

W układzie izolowanym, w którym wypadkowa siła zewnętrzna wynosi zero, całkowity pęd ($p = m v$) jest stały: $m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m_2 v_2'$.

Zasada zachowania energii mechanicznej

Całkowita energia mechaniczna $E_m = E_k + E_p$ w układzie, w którym działają tylko siły zachowawcze, pozostaje stała.

Zderzenie sprężyste

Zderzenie, w którym zachowane są zarówno całkowity pęd, jak i całkowita energia kinetyczna układu.

Zderzenie doskonale niesprężyste

Szczególny przypadek zderzenia niesprężystego, w którym pęd jest zachowany, część energii kinetycznej zamienia się na inne formy, a ciała po zderzeniu poruszają się razem.

Prędkość kątowa

Wielkość opisująca szybkość zmiany kąta obrotu: $\text{ω} = \frac{\text{Δ}\text{φ}}{\text{Δ}t}$. Powiązana z prędkością liniową wzorem $v = \text{ω} r$.

Moment bezwładności

Miara bezwładności ciała w ruchu obrotowym zależna od masy i jej rozkładu wokół osi obrotu. Dla punktu materialnego wynosi $I = m r^2$.

Twierdzenie Steinera

Twierdzenie pozwalające wyznaczyć moment bezwładności względem osi równoległej do osi przechodzącej przez środek masy: $I = I_{\text{CM}} + m d^2$.

Moment pędu punktu materialnego

Wielkość opisująca ruch obrotowy punktu materialnego, określona wektorowo jako $L = r \times p$ o wartości $L = r p \text{sin}(\rho)$. Dla ruchu po okręgu wynosi $L = m v r$.

Moment siły

Wielkość charakteryzująca zdolność siły do wywołania obrotu ciała wokół osi: $M = F r \text{sin}(\rho)$, gdzie $r$ to ramię siły.

Druga zasada dynamiki dla ruchu obrotowego

Równanie opisujące ruch obrotowy bryły sztywnej: $M = I \text{α}$, gdzie $M$ to wypadkowy moment sił, $I$ to moment bezwładności, a $\text{α}$ to przyspieszenie kątowe.

Zasada zachowania momentu pędu

Jeżeli wypadkowy zewnętrzny moment sił jest równy zero, całkowity moment pędu układu pozostaje stały ($L = \text{const}$ lub $L = I \text{ω} = \text{const}$).

Energia kinetyczna w ruchu obrotowym

Energia obracającej się bryły sztywnej wokół stałej osi zdefiniowana wzorem $E_{k,\text{obr}} = \frac{I \text{ω}^2}{2}$.

Drganie harmoniczne

Ruch okresowy, w którym siła lub przyspieszenie jest skierowane przeciwnie do wychylenia i proporcjonalne do jego wartości ($a = -\text{ω}^2 x$). Położenie opisuje równanie $x(t) = A \text{cos}(\text{ω} t + \text{φ})$.

Prawo Hooke'a i oscylator harmoniczny

Prawo określające siłę sprężystości $F = -k x$. Równanie ruchu oscylatora ma postać $x'' + \text{ω}^2 x = 0$, gdzie częstość kołowa wynosi $\text{ω} = \text{sqrt}(\frac{k}{m})$.

Drgania gasnące i wymuszone

Drgania gasnące tracą energię, przez co ich amplituda maleje z czasem. Drgania wymuszone są podtrzymywane siłą zewnętrzną; przy zbliżeniu częstotliwości wymuszenia do własnej zachodzi rezonans.

Fala sprężysta

Zaburzenie rozchodzące się w ośrodku sprężystym. Równanie prostej fali to $y(x,t) = A \text{cos}(\text{ω} t - k x + \text{φ})$, a jej prędkość wynosi $v = \text{λ} f$.

Fala podłużna i poprzeczna

W fali podłużnej drgania cząstek ośrodka są równoległe do kierunku rozchodzenia się fali, natomiast w fali poprzecznej drgania są prostopadłe do tego kierunku.

Fala stojąca

Fala powstająca z nałożenia dwóch fal o tej samej częstotliwości i amplitudzie poruszających się w przeciwnych kierunkach. Posiada nieruchome węzły oraz strzałki o maksymalnej amplitudzie.

Interferencja fal

Zjawisko nakładania się fal, w wyniku którego następuje wzmocnienie (interferencja konstruktywna w zgodnej fazie) lub osłabienie/wygaszenie (interferencja destruktywna w przeciwnej fazie) wychylenia wypadkowego.

Energia drgań harmonicznych

Suma energii kinetycznej i potencjalnej sprężystości $E = \frac{m v^2}{2} + \frac{k x^2}{2}$. Całkowita energia drgań wynosi $E = \frac{k A^2}{2} = \frac{m \text{ω}^2 A^2}{2}$.