F в физике что это

Что такое F в физике

Открываю «Элементарный учебник физики» (ЭУФ) под редакцией академика Г.С.Ландсберга, том 1, раздел первый Механика , главы I – VI, издание десятое, переработанное – Москва.: «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1985г.

§34. «Силы» и читаю:

«Действия тел друг на друга, создающие ускорения, называют силами». Где-то там же написано, что действующая сила обозначается буквой F.

Для того, чтобы изменить скорость тела или изменить направление движения тела нужно приложить к телу силу, действующую силу. Но ряд экспериментов говорит, что в формуле F = m a величина F не является действующей силой.

Берём жёлоб и устанавливаем его наклонно.

Опыт №1. Берём деревянный брусок и действуем на него другим телом (свинцовым шариком). В зависимости от силы брусок перемещается на разную длину. Выбираю фиксированный промежуток времени dt (в эксперименте около 0,2 сек) и измеряется путь бруска. Ускорение а = 2s / dt2. Считаю, что сила F = ma = 2 m s / dt2.

Поскольку в данном опыте масса бруска и время dt являются постоянными величинами, считаю, что сила, действующая на брусок , пропорциональна длине пути бруска за промежуток времени dt.

Брусок определяет силу, которой обладает шарик при спуске по жёлобу.

Опыт №2. Подбирая наклон жёлоба так, чтобы ускорения шариков были равны, с верхней точки жёлоба спускаем шарики разной массы. Убеждаемся, что сила пропорциональна массе.

Опыт №3. Берём один шарик и спускаем его с верхней точки жёлоба при разных углах наклона. Масса шара постоянна, сила пропорциональна ускорению шара.

Из первых двух опытов следует вывод: сила пропорциональна массе и ускорению тела. Опыт №3. При одном и том же наклоне жёлоба один и тот же шарик спускаем с разных точек жёлоба; с верхней точки, со средней, с нижней. Убеждаемся, что кроме массы и ускорения сила пропорциональна длине жёлоба. В этом опыте масса постоянна, ускорение постоянно, а длина жёлоба пропорциональна времени, с которым шарик движется по жёлобу.

Из трёх опытов следует вывод: сила пропорциональна массе, ускорению и времени движения тела.

Этот вывод можно записать, что действующая сила = m a t. Но современная физика утверждает, что F = ma! Согласно эксперимента, сила F не создаёт ускорения другого тела и по определению учебника силой не является. Следовательно, действующая сила = F t.

Давайте обозначим действующую силу русской Ф (поскольку латинская F занята) и запишем Ф = F t = m a t = mvm. Здесь vm – мгновенная скорость шарика, m – масса шарика, а – ускорение шарика, Ф – действующая сила, которая создаёт ускорение бруска и соответствует определению силы по учебнику. Тогда как назвать физическую величину, обозначенную символом F?

F в физике что это

4 сообщений
Откуда: Тула
Кто: пенсионер

Формула F=ma не может удовлетворять уже потому, что при а=0 F обращается в ноль. Очевидно, что тело обладает силой и при движении без ускорения.

Представляется: правильнее оперировать зависимостью F~mV, где V – скорость тела на данный момент.

При движении с ускорением: V~at, F~mat.

Формулу F~mat иллюстрирует бытовое наблюдение: ножки шкафа оставят в полу вмятины тем более глубокие, чем дольше стоит шкаф.

Анализ эксперимента, результаты которого интерпретируются как доказательство формулы F=ma.

Конструкция: внутри корпуса ось, по которой перемещается груз; динамометр показывает силу удара груза о «дно» корпуса.

Отпускаем груз массой m1. Стрелка динамометра отклонилась на n делений (рис.1).

Груз m1 меняем на груз массой m2. m2>m1. Отклоняем корпус от первоначального положения и отпускаем груз m2. Угол отклонения подбирается таким, чтобы стрелка динамометра отклонилась на n делений (рис.2).

В данном случае выполняется равенство m1a1=m2a2.

На этом основании сделан вывод: F=ma.

Вывод неверен также, как если бы мы написали: F=aS или F=mS. Объяснение в продолжении эксперимента.

Корпус приводится в первоначальное положение. Отпускаем груз m2, причем не с максимальной высоты, как в предыдущих случаях, а с такой, чтобы стрелка динамометра отклонилась на n делений (рис.3).

При переходе из второго положения в третье (рис.2 – рис.3) выполняется равенство a1S1=a2S2. Делать вывод, что F=aS?

В паре: первое положение – третье положение выполняется равенство m1S1=m2S2. F=mS? Данное равенство – частный случай, который выполняется при а1=а2.

Частный случай и равенство a1S1=a2S2 (m1=m2).

Вот и равенство m1a1=m2a2 необъективно: выполняется при S1=S2.

На основании эксперимента имеем: m1a1S =m2a2S F~maS, m a1S1=m a2S2 m1a1S1=m2a2S2. Вывод: F~mV, m1a S1=m2a S2 F~mat. Вот тут действительно: если t=0, . то F=0.

Для действия необходимо время.

Теория может избавиться от подпорок в виде понятий: потенциальная и кинетическая энергии.

«Потенциальная энергия» П – это потенциальная сила одного объекта относительно другого.

«Кинетическая энергия» К – это сила, которой обладает объект в процессе движения.

astrolab
#4746 2011-02-11 00:43 GMT

7 сообщений
Откуда: Самара
Кто: научный редактор
Возраст: 69

Есть такое понятие, как размерность физической величины. Если F=ma, то и слева, и справа в формуле одинаковые размерности. Ну а размерность ножек шкафа, наверное, нечто в квадрате, если они квадратные. Если же круглые, то уж наверняка в кубе. Эти, конечно, намного сильнее, особенно, если долго стоят на полу.

Вселенная возникла из ничего с соблюдением законов сохранения

Астрофизик
#6804 2011-09-08 11:19 GMT

4 сообщений
Откуда: москва
Кто: Астрофизик
Возраст: 15

#4140 Виктор Викто :

F=ma?

Формула F=ma не может удовлетворять уже потому, что при а=0 F обращается в ноль. Очевидно, что тело обладает силой и при движении без ускорения.

Представляется: правильнее оперировать зависимостью F~mV, где V – скорость тела на данный момент.

Формула F~mV верна.

Формула F=ma под большим сомнением.

shmax
#7769 2011-11-11 19:30 GMT

15 сообщений
Откуда: Советск Калининградская обл.
Кто: школьник
Возраст: 28

ваш падающий шарик в конце концов затормаживается, просиходит это не мгновенно а за некоторое время Т импульс шара mv=Ft

F=ma это достаточно некорректная запись ведь ускорение является следствием силы а не наоборот, a=F/m отсюда сразу и видно что ускорение ноль когда и сила ноль, точнее не сила а равнодействующая всех сил, что существенно. Так же не забываем что тело тормозится не сразу а за короткий промежуток времени.

На счет избовлений от понятий кинетическая и потенциальная энергия, этого не стоить делать хотя бы потому, что существует МКТ закон и сохранения импульса

Виктор Викто
#21820 2015-05-30 10:15 GMT

4 сообщений
Откуда: Тула
Кто: пенсионер

#4746 astrolab :

Есть такое понятие, как размерность физической величины. Если F=ma, то и слева, и справа в формуле одинаковые размерности. Ну а размерность ножек шкафа, наверное, нечто в квадрате, если они квадратные. Если же круглые, то уж наверняка в кубе. Эти, конечно, намного сильнее, особенно, если долго стоят на полу.

Добавлено спустя 41 минут

Не буду про ножки и шарики. Сила удара о землю тела. упавшего с высоты 10 м.. будет больше чем если оно упало с высоты 5 м.? Вот и получается. что сила зависит не только от массы и ускорения, но и от того какой путь прошло тело с этим ускорением ( F~maS ). сколько времени обладало ускорением( F~mat ). Скажу «крамольную» вещь: чем дольше лежит груз на весах. тем с большей силой действует на весовой механизм. Коэффициенты пропорциональности показанных в скобках зависимостей дают формулы потенциальной и кинетической энергии. Называйте величину Е энергией или силой — это одно и то же. оказывают одно и то же действие. измеряются одним и тем же способом.

отредактировал(а) Виктор Викто: 2015-05-30 10:56 GMT
Филатов Анат
#21821 2015-05-31 07:25 GMT

163 сообщений
Откуда: г.Алматы
Кто: Инженер по теплоснабжению
Возраст: 76

Сначала нужно определится с понятием сила. Учёные говорят — сила это сила, и нечего больше. По закону сохранения энергии сила вычисляется как затраченная энергия на единице расстояния. F = E1-E2/L = E1-E2/vt. Из этого следует что формула для вычисления силы гравитации будет F = g*M1*M2*(1/R — 1/(R+a)) = g*M1*M2*1/R(R+a). То есть даже в таком простом вопросе учёные не разбираются.

Виктор Викто
#21822 2015-06-01 14:00 GMT

4 сообщений
Откуда: Тула
Кто: пенсионер

#21821 Филатов Анат :

Сначала нужно определится с понятием сила. Учёные говорят — сила это сила, и нечего больше. По закону сохранения энергии сила вычисляется как затраченная энергия на единице расстояния. F = E1-E2/L = E1-E2/vt. Из этого следует что формула для вычисления силы гравитации будет F = g*M1*M2*(1/R — 1/(R+a)) = g*M1*M2*1/R(R+a). То есть даже в таком простом вопросе учёные не разбираются.

Добавлено спустя 50 минут

Если спрашивают: «Что такое маракуйя?». и слышат: «Это маракуйя. и ничего больше» — ответ некорректен: каждый предмет имеет свое определение. Сила — это мера воздействия тел друг на друга. Если принять очевидное: F~mV. то не надо будет все подгонять под формулу F=ma. Кстати эта формула дает иллюзию: можно противостоять силе земного притяжения, что никак не получается у современных архитекторов. Сила притяжения в согласии с зависимостью F~mat неограниченно возрастает во времени. Величина же силы противодействия конечна. Строители прошлого не воевали с земным тяготением, а дружили. Их конструкции были равновесными: сила, действующая на опору, была не меньшей, чем сила, действующая на нависающую часть, поэтому с течением времени сооружение становилось только устойчивее, и стояло пока не рассыпался сам материал.

отредактировал(а) Виктор Викто: 2015-06-01 14:50 GMT
ma-wr
#21901 2015-06-24 09:29 GMT

16 сообщений
Откуда: Минск
Кто: пенсионер
Возраст: 82

#4140 Виктор Викто :

F=ma?

Формула F=ma не может удовлетворять уже потому, что при а=0 F обращается в ноль. Очевидно, что тело обладает силой и при движении без ускорения.

Представляется: правильнее оперировать зависимостью F~mV, где V – скорость тела на данный момент.

При движении с ускорением: V~at, F~mat.

«Кинетическая энергия» К – это сила, которой обладает объект в процессе движения.

Вопрос, конечно, интересный. Потому, что хорошо запутан.

Летит, себе, булыжник в невесомости, с параметрами «mv». Почему летит (перемещается)? Да потому, что он взаимодействует со средой обитания (перемещения).И ничего ему не надо.Происходит попеременная перекачка одного вида энергии в другой. Как у маятника Только колебания маятника обеспечиваются большим количеством участвующих сил.

А что такое сила? Это величина давления, оказываемая. другим телом или колеблющейся средой на объект.

«mv»- это энергия, запасённая телом «m» при параметре «v». При воздействии на «mv» другой силы, начинается переходной процесс изменения параметра «V» и появляется параметр «а» По окончании переходного процесса тело имеет энергию mv₂

Параметр «а» участвует только в переходном процессе. И странно его использование в расчёте энергии тела.

Если у Вас есть такая красивая игрушка, как нарисована, .то, сбросив грузик со скоросстью «v» и 3″v», узнаем, кто прав.

Сила

Какие ассоциации возникают у вас со словом «сильный» или «сильная»? Возможно, вы представляете себе спортсмена, который с легкостью поднимает тяжелую штангу или гирю. Или большого африканского слона, который может нести в хоботе огромный ствол дерева. А может, вам на ум приходит ваша мама, которая занимается домашними делами каждый день, без выходных и отпуска?

· Обновлено 31 января 2024

В каждом случае мы характеризуем человека или животное, но можно ли рассчитать силу количественно? Есть ли разница между силами? Как можно измерить эту величину? На эти и многие другие вопросы вы получите ответы в этой статье.

Определение силы

Начнем с самого главного — со слова «сила» в физике.

Сила — векторная физическая величина, которая является мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей.

Представьте, что вы ходите по супермаркету и выбираете продукты, бережно складывая их в тележку. Вы передвигаете ее с помощью силы ваших мускулов, и чем сильнее вы напряжете руки и толкнете тележку, тем на большее расстояние она укатится (только аккуратно, не попадите в стенд с газировкой!).

Или вспомните урок физкультуры, где соревнуются в перетягивании каната: команда соперников может даже потерять равновесие, если вы одновременно с вашими друзьями потянете канат на себя.

Результаты действия сил мы можем видеть постоянно: любой подброшенный предмет падает на землю, тела плавают на поверхности жидкости, пружины растягиваются под весом груза. Даже Вселенная подчиняется законам сил: астероиды летают по определенным траекториям, а черные дыры со всей своей мощью поглощают свет далеких звезд. ��

Открыть диалоговое окно с формой по клику

Обозначение и единица измерения

У любой физической величины есть свое обозначение и единица измерения. Как же сила обозначается в физике?

Все просто. Сила обозначается латинской буквой F (кстати, на английском языке «сила» — force), а измеряется в ньютонах [H] — в честь великого английского ученого сэра Исаака Ньютона.

Возможно, вы слышали легенду про Ньютона: как он сидел под деревом и размышлял о физических законах, как ему на голову упало яблоко, и это зародило в нем новые гипотезы… Так вот, спешим развеять этот миф: на самом деле такого не происходило. Исаак Ньютон действительно сделал открытия о законах движения и всемирном тяготении, но в этом ему помогли отнюдь не яблоки!

Вернемся к единице измерения силы. Интересно, что ньютоны — это не основная, а производная единица международной системы СИ.

1 Н = 1 кг · м/с 2 .

А значит, сила, равная одному ньютону, определяется как взаимодействие, которое за 1 секунду изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы.

К ньютонам можно прибавлять дольные и кратные приставки, чтобы выразить величину как можно удобнее, не используя при этом огромное количество нулей.

Так, 1 кН = 1 000 Н; 1 гН = 100 Н; 1 мН = 0,001 Н.

Какая профессия тебе подходит? Узнай за 10 минут!

Получи больше пользы от Skysmart:

• Подтяни оценки на курсах по физике.
• Выбирай из 890+ репетиторов по физике.

Классификация сил

А какие силы вообще существуют? Давайте разберемся вместе.

На фундаментальном уровне ученые выделяют четыре типа сил: слабые, сильные, гравитационные и электромагнитные.

1. Слабое взаимодействие происходит при распаде атомных ядер и элементарных частиц.
2. Сильное взаимодействие отвечает за притяжение между нуклонами — протонами и нейтронами в ядре атомов.
3. К гравитационным силам принято относить тот тип взаимодействий, которые происходят между материальными телами, имеющими массу. Сила тяготения и сила тяжести по праву относятся к такому типу, так как зависят прямо пропорционально от массы тела.
4. Электромагнитные силы действуют между всеми частицами, у которых есть электрические заряды. К ним можно отнести силу упругости, трения, вес тела, силу Архимеда и другие.

Сила как физическая величина характеризуется:

• направлением;
• точкой приложения;
• значением (величиной).

Рассмотрим таблицу и сравним некоторые силы по их направлению и точке приложения:

Центр массы тела

Противоположно силе реакции опоры

Точка на опоре/подвесе

Вдоль пружины противоположно силе, вызвавшей деформацию

Точка соединения тела и пружины

Противоположно действующей силе

Точка соприкосновения тела с поверхностью

Центр массы тела

На все ли тела действуют силы?

Смотря какие. Думаем, для вас не секрет, что все тела состоят из молекул и атомов. На таком уровне между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, от них никуда не деться. Если бы отсутствовали силы притяжения, молекулы бы разлетались друг от друга и не могли формировать тела. Уберите силы отталкивания, и все частицы слепятся в один большой комок.

На все тела в пределах планеты Земля действует сила тяжести. Именно поэтому все предметы, которые вы подбросите в воздух, устремятся вниз, а не вверх. Выйдя в открытый космос, мы попадем в состояние невесомости: на нас не будет действовать сила притяжения Земли. Но не спешите радоваться свободе! Во-первых, на космический корабль будет действовать аэродинамическая сила, а во-вторых, мы легко можем стать зависимы от силы притяжения другой планеты, как только приблизимся к ней.

Некоторые силы возникают только при определенных условиях. Возьмем любой предмет и начнем его деформировать, растягивать или сжимать — возникнет сила упругости. Погрузим тело в жидкость — появится сила Архимеда, начнем катить по дороге — движению будет препятствовать сила трения качения.

Открыть диалоговое окно с формой по клику

Измерение силы

Как можно измерить силу? Есть два верных способа: практически, с помощью измерительного прибора, и через формулы.

Прибор для измерения силы носит название динамометр (от латинского «динамос» — сила). В зависимости от типа конструкции и применения динамометры бывают ручными, тяговыми, электронными, гидравлическими и пружинными.

В вопросе измерения сил с помощью формул есть множество нюансов. Какую формулу выбрать? Как научиться выражать неизвестное из формул? Где можно взять дополнительную информацию о величинах, значений которых нет в задаче? Ответы на все эти вопросы можно получить на онлайн-курсах физики в школе Skysmart! Уроки на интерактивной платформе проходят увлекательно, живо, с большим количеством опытов и экспериментов.

F в физике что это

Путь при равномерном движении:

Перемещение S (расстояние по прямой между начальной и конечной точкой движения) обычно находится из геометрических соображений. Координата при равномерном прямолинейном движении изменяется по закону (аналогичные уравнения получаются для остальных координатных осей):

Средняя скорость пути:

Средняя скорость перемещения:

Определение ускорения при равноускоренном движении:

Выразив из формулы выше конечную скорость, получаем более распространённый вид предыдущей формулы, которая теперь выражает зависимость скорости от времени при равноускоренном движении:

Средняя скорость при равноускоренном движении:

Перемещение при равноускоренном прямолинейном движении может быть рассчитано по нескольким формулам:

Координата при равноускоренном движении изменяется по закону:

Проекция скорости при равноускоренном движении изменяется по такому закону:

Скорость, с которой упадет тело падающее с высоты h без начальной скорости:

Время падения тела с высоты h без начальной скорости:

Максимальная высота на которую поднимется тело, брошенное вертикально вверх с начальной скоростью v₀, время подъема этого тела на максимальную высоту, и полное время полета (до возвращения в исходную точку):

Формула для тормозного пути тела:

Время падения тела при горизонтальном броске с высоты H может быть найдено по формуле:

Дальность полета тела при горизонтальном броске с высоты H:

Полная скорость в произвольный момент времени при горизонтальном броске, и угол наклона скорости к горизонту:

Максимальная высота подъема при броске под углом к горизонту (относительно начального уровня):

Время подъема до максимальной высоты при броске под углом к горизонту:

Дальность полета и полное время полета тела брошенного под углом к горизонту (при условии, что полет заканчивается на той же высоте с которой начался, т.е. тело бросали, например, с земли на землю):

Определение периода вращения при равномерном движении по окружности:

Определение частоты вращения при равномерном движении по окружности:

Связь периода и частоты:

Линейная скорость при равномерном движении по окружности может быть найдена по формулам:

Угловая скорость вращения при равномерном движении по окружности:

Связь линейной и скорости и угловой скорости выражается формулой:

Связь угла поворота и пути при равномерном движении по окружности радиусом R (фактически, это просто формула для длины дуги из геометрии):

Центростремительное ускорение находится по одной из формул:

Динамика

Второй закон Ньютона:

Здесь: F — равнодействующая сила, которая равна сумме всех сил действующих на тело:

Второй закон Ньютона в проекциях на оси (именно такая форма записи чаще всего и применяется на практике):

Третий закон Ньютона (сила действия равна силе противодействия):

Общий коэффициент жесткости параллельно соединённых пружин:

Общий коэффициент жесткости последовательно соединённых пружин:

Сила трения скольжения (или максимальное значение силы трения покоя):

Закон всемирного тяготения:

Если рассмотреть тело на поверхности планеты и ввести следующее обозначение:

Где: g — ускорение свободного падения на поверхности данной планеты, то получим следующую формулу для силы тяжести:

Ускорение свободного падения на некоторой высоте от поверхности планеты выражается формулой:

Скорость спутника на круговой орбите:

Первая космическая скорость:

Закон Кеплера для периодов обращения двух тел вращающихся вокруг одного притягивающего центра:

Статика

Момент силы определяется с помощью следующей формулы:

Условие при котором тело не будет вращаться:

Координата центра тяжести системы тел (аналогичные уравнения для остальных осей):

Гидростатика

Определение давления задаётся следующей формулой:

Давление, которое создает столб жидкости находится по формуле:

Но часто нужно учитывать еще и атмосферное давление, тогда формула для общего давления на некоторой глубине h в жидкости приобретает вид:

Идеальный гидравлический пресс:

Любой гидравлический пресс:

КПД для неидеального гидравлического пресса:

Сила Архимеда (выталкивающая сила, V — объем погруженной части тела):

Импульс

Импульс тела находится по следующей формуле:

Изменение импульса тела или системы тел (обратите внимание, что разность конечного и начального импульсов векторная):

Общий импульс системы тел (важно то, что сумма векторная):

Второй закон Ньютона в импульсной форме может быть записан в виде следующей формулы:

Закон сохранения импульса. Как следует из предыдущей формулы, в случае если на систему тел не действует внешних сил, либо действие внешних сил скомпенсировано (равнодействующая сила равна нолю), то изменение импульса равно нолю, что означает, что общий импульс системы сохраняется:

Если внешние силы не действуют только вдоль одной из осей, то сохраняется проекция импульса на данную ось, например:

Работа, мощность, энергия

Механическая работа рассчитывается по следующей формуле:

Самая общая формула для мощности (если мощность переменная, то по следующей формуле рассчитывается средняя мощность):

Мгновенная механическая мощность:

Коэффициент полезного действия (КПД) может быть рассчитан и через мощности и через работы:

Формула для кинетической энергии:

Потенциальная энергия тела поднятого на высоту:

Потенциальная энергия растянутой (или сжатой) пружины:

Полная механическая энергия:

Связь полной механической энергии тела или системы тел и работы внешних сил:

Закон сохранения механической энергии (далее – ЗСЭ). Как следует из предыдущей формулы, если внешние силы не совершают работы над телом (или системой тел), то его (их) общая полная механическая энергия остается постоянной, при этом энергия может перетекать из одного вида в другой (из кинетической в потенциальную или наоборот):

Молекулярная физика

Химическое количество вещества находится по одной из формул:

Масса одной молекулы вещества может быть найдена по следующей формуле:

Связь массы, плотности и объёма:

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) идеального газа:

Определение концентрации задаётся следующей формулой:

Для средней квадратичной скорости молекул имеется две формулы:

Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы:

Постоянная Больцмана, постоянная Авогадро и универсальная газовая постоянная связаны следующим образом:

Следствия из основного уравнения МКТ:

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева):

Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта:

Универсальный газовый закон (Клапейрона):

Давление смеси газов (закон Дальтона):

Тепловое расширение тел. Тепловое расширение газов описывается законом Гей-Люссака. Тепловое расширение жидкостей подчиняется следующему закону:

Для расширения твердых тел применяются три формулы, описывающие изменение линейных размеров, площади и объема тела:

Термодинамика

Количество теплоты (энергии) необходимое для нагревания некоторого тела (или количество теплоты выделяющееся при остывании тела) рассчитывается по формуле:

Теплоемкость (С — большое) тела может быть рассчитана через удельную теплоёмкость (c — маленькое) вещества и массу тела по следующей формуле:

Тогда формула для количества теплоты необходимой для нагревания тела, либо выделившейся при остывании тела может быть переписана следующим образом:

Фазовые превращения. При парообразовании поглощается, а при конденсации выделяется количество теплоты равное:

При плавлении поглощается, а при кристаллизации выделяется количество теплоты равное:

При сгорании топлива выделяется количество теплоты равное:

Уравнение теплового баланса (ЗСЭ). Для замкнутой системы тел выполняется следующее (сумма отданных теплот равна сумме полученных):

Если все теплоты записывать с учетом знака, где «+» соответствует получению энергии телом, а «–» выделению, то данное уравнение можно записать в виде:

Работа идеального газа:

Если же давление газа меняется, то работу газа считают, как площадь фигуры под графиком в p–V координатах. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа:

Изменение внутренней энергии рассчитывается по формуле:

Первый закон (первое начало) термодинамики (ЗСЭ):

Для различных изопроцессов можно выписать формулы по которым могут быть рассчитаны полученная теплота Q, изменение внутренней энергии ΔU и работа газа A. Изохорный процесс (V = const):

Изобарный процесс (p = const):

Изотермический процесс (T = const):

Адиабатный процесс (Q = 0):

КПД тепловой машины может быть рассчитан по формуле:

Где: Q₁ – количество теплоты полученное рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q₂ – количество теплоты переданное рабочим телом за один цикл холодильнику. Работа совершенная тепловой машиной за один цикл:

Наибольший КПД при заданных температурах нагревателя T₁ и холодильника T₂, достигается если тепловая машина работает по циклу Карно. Этот КПД цикла Карно равен:

Абсолютная влажность рассчитывается как плотность водяных паров (из уравнения Клапейрона-Менделеева выражается отношение массы к объему и получается следующая формула):

Относительная влажность воздуха может быть рассчитана по следующим формулам:

Потенциальная энергия поверхности жидкости площадью S:

Сила поверхностного натяжения, действующая на участок границы жидкости длиной L:

Высота столба жидкости в капилляре:

При полном смачивании θ = 0°, cos θ = 1. В этом случае высота столба жидкости в капилляре станет равной:

Электростатика

Электрический заряд может быть найден по формуле:

Линейная плотность заряда:

Поверхностная плотность заряда:

Объёмная плотность заряда:

Закон Кулона (сила электростатического взаимодействия двух электрических зарядов):

Где: k — некоторый постоянный электростатический коэффициент, который определяется следующим образом:

Напряжённость электрического поля находится по формуле (хотя чаще эту формулу используют для нахождения силы действующей на заряд в данном электрическом поле):

Принцип суперпозиции для электрических полей (результирующее электрическое поле равно векторной сумме электрических полей составляющих его):

Напряженность электрического поля, которую создает заряд Q на расстоянии r от своего центра:

Напряженность электрического поля, которую создает заряженная плоскость:

Потенциальная энергия взаимодействия двух электрических зарядов выражается формулой:

Электрическое напряжение это просто разность потенциалов, т.е. определение электрического напряжения может быть задано формулой:

В однородном электрическом поле существует связь между напряженностью поля и напряжением:

Работа электрического поля может быть вычислена как разность начальной и конечной потенциальной энергии системы зарядов:

Работа электрического поля в общем случае может быть вычислена также и по одной из формул:

В однородном поле при перемещении заряда вдоль его силовых линий работа поля может быть также рассчитана по следующей формуле:

Определение потенциала задаётся выражением:

Потенциал, который создает точечный заряд или заряженная сфера:

Принцип суперпозиции для электрического потенциала (результирующий потенциал равен скалярной сумме потенциалов полей составляющих итоговое поле):

Для диэлектрической проницаемости вещества верно следующее:

Определение электрической ёмкости задаётся формулой:

Ёмкость плоского конденсатора:

Заряд конденсатора:

Напряжённость электрического поля внутри плоского конденсатора:

Сила притяжения пластин плоского конденсатора:

Энергия конденсатора (вообще говоря, это энергия электрического поля внутри конденсатора):

Объёмная плотность энергии электрического поля:

Электрический ток

Сила тока может быть найдена с помощью формулы:

Сопротивление проводника:

Зависимость сопротивления проводника от температуры задаётся следующей формулой:

Закон Ома (выражает зависимость силы тока от электрического напряжения и сопротивления):

Закономерности последовательного соединения:

Закономерности параллельного соединения:

Электродвижущая сила источника тока (ЭДС) определяется с помощью следующей формулы:

Закон Ома для полной цепи:

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):

Сила тока короткого замыкания:

Работа электрического тока (закон Джоуля-Ленца). Работа А электрического тока протекающего по проводнику обладающему сопротивлением преобразуется в теплоту Q выделяющуюся на проводнике:

Мощность электрического тока:

Энергобаланс замкнутой цепи

Полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R₁ и R₂ на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

Электролиз

Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

Где: n – валентность вещества, N_A – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

Магнетизм

Сила Ампера, действующая на проводник с током помещённый в однородное магнитное поле, рассчитывается по формуле:

Момент сил действующих на рамку с током:

Сила Лоренца, действующая на заряженную частицу движущуюся в однородном магнитном поле, рассчитывается по формуле:

Радиус траектории полета заряженной частицы в магнитном поле:

Модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением:

Индукция поля в центре витка с током радиусом R:

Внутри соленоида длиной l и с количеством витков N создается однородное магнитное поле с индукцией:

Магнитная проницаемость вещества выражается следующим образом:

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину заданную формулой:

ЭДС индукции рассчитывается по формуле:

При движении проводника длиной l в магнитном поле B со скоростью v также возникает ЭДС индукции (проводник движется в направлении перпендикулярном самому себе):

Максимальное значение ЭДС индукции в контуре состоящем из N витков, площадью S, вращающемся с угловой скоростью ω в магнитном поле с индукцией В:

Где: n — концентрация витков на единицу длины катушки:

Связь индуктивности катушки, силы тока протекающего через неё и собственного магнитного потока пронизывающего её, задаётся формулой:

ЭДС самоиндукции возникающая в катушке:

Энергия катушки (вообще говоря, это энергия магнитного поля внутри катушки):

Объемная плотность энергии магнитного поля:

Колебания

Уравнение описывающее физические системы способные совершать гармонические колебания с циклической частотой ω₀:

Решение предыдущего уравнения является уравнением движения для гармонических колебаний и имеет вид:

Период колебаний вычисляется по формуле:

Циклическая частота колебаний:

Зависимость скорости от времени при гармонических механических колебаниях выражается следующей формулой:

Максимальное значение скорости при гармонических механических колебаниях:

Зависимость ускорения от времени при гармонических механических колебаниях:

Максимальное значение ускорения при механических гармонических колебаниях:

Циклическая частота колебаний математического маятника рассчитывается по формуле:

Период колебаний математического маятника:

Циклическая частота колебаний пружинного маятника:

Период колебаний пружинного маятника:

Максимальное значение кинетической энергии при механических гармонических колебаниях задаётся формулой:

Максимальное значение потенциальной энергии при механических гармонических колебаниях пружинного маятника:

Взаимосвязь энергетических характеристик механического колебательного процесса:

Энергетические характеристики и их взаимосвязь при колебаниях в электрическом контуре:

Период гармонических колебаний в электрическом колебательном контуре определяется по формуле:

Циклическая частота колебаний в электрическом колебательном контуре:

Зависимость заряда на конденсаторе от времени при колебаниях в электрическом контуре описывается законом:

Зависимость электрического тока протекающего через катушку индуктивности от времени при колебаниях в электрическом контуре:

Зависимость напряжения на конденсаторе от времени при колебаниях в электрическом контуре:

Максимальное значение силы тока при гармонических колебаниях в электрическом контуре может быть рассчитано по формуле:

Максимальное значение напряжения на конденсаторе при гармонических колебаниях в электрическом контуре:

Переменный ток характеризуется действующими значениями силы тока и напряжения, которые связаны с амплитудными значениями соответствующих величин следующим образом. Действующее значение силы тока:

Действующее значение напряжения:

Мощность в цепи переменного тока:

Трансформатор

Если напряжение на входе в трансформатор равно U₁, а на выходе U₂, при этом число витков в первичной обмотке равно n₁, а во вторичной n₂, то выполняется следующее соотношение:

Коэффициент трансформации вычисляется по формуле:

Если трансформатор идеальный, то выполняется следующее соотношение (мощности на входе и выходе равны):

В неидеальном трансформаторе вводится понятие КПД:

Волны

Длина волны может быть рассчитана по формуле:

Разность фаз колебаний двух точек волны, расстояние между которыми l:

Скорость электромагнитной волны (в т.ч. света) в некоторой среде:

Скорость электромагнитной волны (в т.ч. света) в вакууме постоянна и равна с = 3∙10 8 м/с, она также может быть вычислена по формуле:

Скорости электромагнитной волны (в т.ч. света) в среде и в вакууме также связаны между собой формулой:

При этом показатель преломления некоторого вещества можно рассчитать используя формулу:

Оптика

Оптическая длина пути определяется формулой:

Оптическая разность хода двух лучей:

Условие интерференционного максимума:

Условие интерференционного минимума:

Формула дифракционной решетки:

Закон преломления света на границе двух прозрачных сред:

Постоянную величину n₂₁ называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Если n₁ > n₂, то возможно явление полного внутреннего отражения, при этом:

Формула тонкой линзы:

Линейным увеличением линзы Γ называют отношение линейных размеров изображения и предмета:

Атомная и ядерная физика

Энергия кванта электромагнитной волны (в т.ч. света) или, другими словами, энергия фотона вычисляется по формуле:

Формула Эйнштейна для внешнего фотоэффекта (ЗСЭ):

Максимальная кинетическая энергия вылетающих электронов при фотоэффекте может быть выражена через величину задерживающего напряжение U_з и элементарный заряд е:

Существует граничная частота или длинна волны света (называемая красной границей фотоэффекта) такая, что свет с меньшей частотой или большей длиной волны не может вызвать фотоэффект. Эти значения связаны с величиной работы выхода следующим соотношением:

Второй постулат Бора или правило частот (ЗСЭ):

В атоме водорода выполняются следующие соотношения, связывающие радиус траектории вращающегося вокруг ядра электрона, его скорость и энергию на первой орбите с аналогичными характеристиками на остальных орбитах:

На любой орбите в атоме водорода кинетическая (К) и потенциальная (П) энергии электрона связаны с полной энергией (Е) следующими формулами:

Общее число нуклонов в ядре равно сумме числа протонов и нейтронов:

Энергия связи ядра выраженная в единицах СИ:

Энергия связи ядра выраженная в МэВ (где масса берется в атомных единицах):

Закон радиоактивного распада:

Ядерные реакции

Для произвольной ядерной реакции описывающейся формулой вида:

Выполняются следующие условия:

Энергетический выход такой ядерной реакции при этом равен:

Основы специальной теории относительности (СТО)

Релятивистское сокращение длины:

Релятивистское удлинение времени события:

Релятивистский закон сложения скоростей. Если два тела движутся навстречу друг другу, то их скорость сближения:

Релятивистский закон сложения скоростей. Если же тела движутся в одном направлении, то их относительная скорость:

Энергия покоя тела:

Любое изменение энергии тела означает изменение массы тела и наоборот:

Полная энергия тела:

Полная энергия тела Е пропорциональна релятивистской массе и зависит от скорости движущегося тела, в этом смысле важны следующие соотношения:

Релятивистское увеличение массы:

Кинетическая энергия тела, движущегося с релятивистской скоростью:

Между полной энергией тела, энергией покоя и импульсом существует зависимость:

Равномерное движение по окружности

В качестве дополнения, в таблице ниже приводим всевозможные взаимосвязи между характеристиками тела равномерно вращающегося по окружности (T – период, N – количество оборотов, v – частота, R – радиус окружности, ω – угловая скорость, φ – угол поворота (в радианах), υ – линейная скорость тела, a_n – центростремительное ускорение, L – длина дуги окружности, t – время):

Расширенная PDF версия документа «Все главные формулы по школьной физике»:

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен, где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике. На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов, позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (адрес электронной почты здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

ЗАПРЕЩЕНО использование представленных на сайте материалов или их частей в любых коммерческих целях, а также их копирование, перепечатка, повторная публикация или воспроизведение в любой форме. Нарушение прав правообладателей преследуется по закону. Подробнее.

© 2014 — 2024 EDUCON.BY — Физика и Математика — Теория и Задачи.