Fizika: Az egyenes vonalú egyenletes és egyenletesen változó mozgás leírása

A mozgás pályája az a pontsor, amelyen a test végighalad az adott mozgás során.

A mozgó test által befutott pályaszakasz hossza a megtett út.

Elmozdulás: a pálya kezdő és végpontját összekötő irányított egyenes

szakasz, vektormennyiség. 

Egyenes vonalú mozgások során azokat a mozgásokat vizsgáljuk, ahol a mozgás pályája egyenes. Ide tartozik:

• egyenes vonalú egyenletes mozgás,
• egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás,
• egyenes vonalú változó mozgás.

Az első kettőt kiemelve:

Fizika: Hőtágulás

Hőmérséklet-változás hatására bekövetkező méretváltozást hőtágulásnak nevezzük.

A hőtágulás során bekövetkező méretváltozás sok esetben olyan csekély, hogy szabad szemmel nehéz észrevenni.

Ennek ellenére a hőtágulás következtében óriási erők léphetnek fel, ha a méretváltozás létrejöttét külső erők megakadályozzák.

Gyakran fontos mérnöki feladat a hőtágulás elleni védelem. 

Szilárd halmazállapotú anyagok hőtágulása

a) lineáris hőtágulás

Lineáris hőtágulásról olyan szilárd anyagoknál beszélünk, ahol a keresztirányú méret elhanyagolható a hosszirány méretéhez képest.

Ilyen pl. a rudak, vezetékek, sínek, stb. hőmérsékletváltozás hatására bekövetkező méretváltozása.

Hőtágulás oka

• Hőenergia hatására a szilárd anyag belsejében megnő a részecskék rezgő mozgásának energiája.
• Ez abban nyilvánul meg, hogy nő a rezgőmozgást végző részecskék amplitúdója.
• Így minden részecskének nagyobb lesz a térfogatigénye. Ez okozza a hosszváltozást.

A hosszváltozás mértéke függ

• az anyag minőségétől; minden anyagban más és más kémiai kötőerők működnek, amelyek a hőtágulás mértékét befolyásolják.
• A kezdeti hosszal arányos azon részecskék száma, amelynek
• amplitúdója megváltozik hőenergia hatására.
• A hőmérsékletváltozástól függ, hogy mekkora energia
• változtatja meg a részecskék rezgőmozgását.

Fizika: Gáztörvények

A gáztörvények az ideális gáz (fizikai kémiában célszerűen a „tökéletes gáz” kifejezését használják) az ún. állapotjelzők (abszolút hőmérséklete [T]=K; nyomása [p]=Pa; térfogata [V]=m3) közötti összefüggések;

A három gáztörvényt (Boyle-Mariotte-törvényt, a Gay-Lussac I-II törvényt, bár az utóbbit nevezik Charles-törvénynek is) összevonva az egyesített gáztörvényt kapjuk.

pV/T = pV/T

E gáztörvénynél figyelembe véve az Avogadro-törvényt a tökéletes viselkedésű gázokra érvényes egyetemes vagy általános gáztörvény vezethető le; ahol az anyagmennyiség [n]=mol; az egyetemes gázállandó R=8.314 J/(molK):

pV=nRT

Fizika: A termodinamika I. főtétele

Térfogati munkavégzés: kis térfogatváltozásra állandónak tekinthetjük a p nyomást. (első sor) Egy külső rendszer által a gázon végzett ún. térfogati munka (2. sor) és a gáz által egy külső rendszeren végzett munka (3. sor):

Testek közötti hőmérséklet kiegyenlítődése során az egymásnak átadott energiát (belső energia) nevezzük hőmennyiségnek. Amennyiben a halmazállapot nem változik, akkor:

Q=c*m*dT, 

ahol c = fajhő, az adott anyagra jellemző érték, amely megadja az 1 kg anyag hőmérsékletének 1 °C-al történő emeléséhez szükséges hőmennyiséget.

Fizika: Az elektromos egyenáram

Az elektromos áramlás létrejöttének feltétele az, hogy legyenek szabad töltéshordozók, és (ha a közeg ellenállása nem nulla), hogy legyen jelen elektromos mező. Az elektromos áram irányán – egy régi megállapodás alapján – a pozitív töltéshordozók áramlási irányát (vagy a negatív töltéshordozók áramlásával ellentétes irányt) értjük.

Elektromos töltéshordozók meghatározott irányú rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük, és azt az áramerősséggel (I) jellemezzük. Az áramerősség mértékegysége amper, jele A.

Erősebb elektromos áramról beszélünk, ha az áramlási keresztmetszeten

• ugyanannyi idő alatt több az átáramlott részecskék együttes töltése, vagy
• ugyanannyi össztöltésű részecske kevesebb idő alatt áramlik át.

A feszültség mértékegysége a volt, jele V. Az elektromos tér két pontja között 1 V a feszültség, ha 1 C töltést 1 J munkával vihetünk át egyik pontból a másikba.

Fizika: Forrás, párolgás, lecsapódás

Az anyagok halmazállapotuk szerint négyfélék lehetnek:

• szilárd halmazállapotúak (azon belül a nem szabályos kristályos szerkezetű anyagokat nevezzük amorfnak)
• folyékony (vagy cseppfolyós) halmazállapotúak
• légnemű halmazállapotúak
• plazma halmazállapotúak

Fizika: Az atommagban lejátszódó jelenségek

Az atomok elektronokból, protonokból és neutronokból épülnek fel. A proton és a neutron pedig gluonokból és kvarkokból (gyakoribb felfogás szerint nem elemi részecske) áll.

Az atom átmérője 100 pikométer (E-10 m) nagyságrendű, térfogatának nagy része üres. A középpontjában található az atommag, aminek tipikus átmérője 10 femtométer (E-14 m). 

Mivel az atommag pozitív protonokból és semleges neutronokból (avagy nukleonokból) áll, töltése pozitív, ezt a protonokkal azonos számú elektronok negatív töltése semlegesíti. Az elektronburok felosztható héjakra, alhéjakra és orbitálokra (elektronpályákra).

A nukleonok száma adja meg az atom tömegszámát (A), a protonok (és elektronok) száma adja meg a rendszámát (Z).

Fizika: Az időben állandó mágneses mező

A mágnesek azonos pólusai taszítják, ellentétes pólusai vonzzák egymást.

• ha a mágnest kettévágjuk, akkor továbbra is két dipólust kapunk. Bármilyen kicsi részre vágjuk a mágnest, monopólus soha nem állítható elő.
• rúdmágnes esetén a mágneses pólusok nem a rúd végén találhatók, hanem a rúd 1/12 részénél.
• a mágnes a közelébe helyezett vastárgyakra erőt gyakorol.
• ha mágnes közelében vízszintes műanyag lapra vasreszeléket szórunk, akkor a vasreszelék az erőhatásnak megfelelően rendeződik.

A mágnes és a vasreszelék között a kölcsönhatást az anyag egy sajátos formája, a mágneses mező közvetíti.   

A Föld olyan, mint egy nagy mágnes. Egyik pólusa az északi, másik a déli sarok közelében található.

A szabadon mozgó iránytű É-D irányba áll be. Az iránytűnek azt a pólusát, amely egyensúlyi helyzetben észak felé mutat, északi pólusnak nevezzük. Ebből következik, hogy az Északi sarkon a Föld déli mágneses pólusa van.

Fizika: Newton törvényei

Newton törvényeinek Isaac Newton angol fizikus négy, tömeggel rendelkező mozgó testek viselkedését leíró törvényét nevezzük. Ezek a törvények alkotják a klasszikus mechanika alapját.

Newton I. – a tehetetlenség törvénye

Minden test nyugalomban marad, vagy egyenletes mozgást végez addig, míg ezt az állapotot egy másik test vagy mező meg nem változtatja.

Azt a vonatkoztatási rendszert, amelyhez viszonyítva egy test mozgására érvényes ez a törvény, inerciarendszernek nevezzük. Az inerciarendszer maga is nyugalomban van, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez, és bármely hozzá viszonyított tökéletesen magára hagyott test mozgására érvényes a tehetetlenség törvénye.

Fizika: Geometriai optika

Az optika a fény és általában az elektromágneses hullámok terjedésével foglalkozó tudományág. A geometriai optika nem foglalkozik a fény hullámtermészetével vagy részecsketulajdonságával.

Pusztán a fény viselkedését írja le olyan távolság- és időértékeknél, melyek jóval nagyobbak, mint a fény néhány mennyiségi jellemzője.

A testeket azért látjuk, mert róluk (ill. belőlük) fény jut a szemünkbe, és ott látjuk, ahonnan a fény kiindul, vagy ahonnan indulni látszik, mielőtt a szemünkbe jut.

• Valódi kép: a szemünkbe érkező fénysugarak valóban metszik egymást, a kép megfelelő eszközzel (ernyő, film) adott helyen felfogható.
• Látszólagos kép: a szemünkbe érkező fénysugaraknak csak a meghosszabbításai metszik egymást, csak látszólag indul ki onnan fény.

Fizika: A harmonikus rezgőmozgás

Rezgőmozgásról akkor beszélünk, ha egy testet az egyensúlyi helyzetéből kimozdítunk, és ennek köszönhetően a test két szélső helyzet között periodikus mozgást végez. 

A rugóra felfüggesztett test egyensúlyi helyzetében van.  Erővel kitérítjük ebből a helyzetből, majd magára hagyjuk. Azt tapasztaljuk, hogy a rugó megnyúlik, majd összehúzódik, idővel az eredeti, egyensúlyi helyzetétől egyre kisebb lesz a test elmozdulása. 

Azt a két helyzetet, amelyekben a mozgást végző test egyensúlyi helyzetétől legtávolabb van, szélső helyzeteknek nevezzük. Ha egy pontszerű test két szélső helyzet között periodikusan mozog, rezgőmozgást végez. 

A rezgőmozgás maximális kitérését vizsgálva két fajta rezgőmozgást különböztetünk meg:

• csillapítatlan rezgőmozgás: Időben állandó a maximális kitérés (idealizált eset).
• csillapított rezgőmozgás: A maximális kitérés időben csökken.

Fizika: Az elektromos mező

Bármilyen anyagú test elektromos állapotba hozható, ha a sajátjától különböző anyagú testtel érintkezik.  A dörzsöléssel sajátos elektromos állapotba hozott két ebonitrúd taszítja egymást. Ugyanez elmondható két bőrrel dörzsölt üvegrúdra is. Azonban az ebonitrúd és az üvegrúd vonzzák egymást. Kísérletek alapján megállapították, hogy kétféle elektromos töltés van, tehát a testek pozitív illetve negatív töltéssel lettek feltöltve. Megállapodás alapján a bőrrel dörzsölt üvegrúd töltését pozitívnak mondjuk.

Az is egyértelműen kiderült, hogy az egynemű töltések taszítják egymást, míg a különböző nemű töltések között vonzó jellegű kölcsönhatás lép fel, azaz a pozitív töltések taszítják egymást; ugyanígy a negatív töltések között is taszítás alakul ki, azonban a pozitív és a negatív töltések vonzzák egymást. Az elektromosan fel nem töltött testet semlegesnek nevezzük, benne illetve rajta a pozitív és negatív töltések száma megegyezik. 

Fizika: Az "atom" fogalmának fejlődése, atommodellek

Atom: a legkisebb részecskék, amelyek kémiai módszerrel tovább nem bonthatóak.

Molekula: meghatározott minőségű és számú atom összekapcsolódásával kialakuló részecske.

Ion: (pozitív vagy negatív) töltéssel rendelkező részecske.

Rendszám (Z): az atomban található protonok száma, az atom sorszáma a periódusos rendszerben.

Tömegszám (A): az atomban található nukleonok (protonok és neutronok) számának összege.

Relatív atomtömeg: egy elem relatív atomtömege, illetve egy vegyület relatív molekulatömege az adott anyag átlagos atom- illetve molekulatömegének és az u egységes atomi tömegegységnek a hányadosa, a 12C szénizotóp egyetlen atomjának tömege osztva tizenkettővel;

Moláris tömeg: egy mólnyi (NA=6E23 darab) részecske összes tömege 1 móllal osztva adja meg.

Fizika: Munka, energia (mechanika)

Fizikai értelemben akkor történik munkavégzés, ha egy testre erő hat, és ennek következtében a test az erő irányába elmozdul (pl. egy testet függőleges irányban állandó sebességgel felemelünk).

Ha az erő és az elmozdulás egymásra merőleges, akkor fizikai értelemben nem történik munkavégzés (pl. ha egy táskát függőlegesen tartunk, és úgy sétálunk, akkor sem a tartóerő, sem a nehézségi erő nem végez munkát).

Ha az erő és az elmozdulás egymással α szöget zár be, akkor az erőnek az elmozdulás irányába eső komponense végez munkát. A munka skalármennyiség, amelyet számmal jellemzünk.

A munka jele: W; [W]= Nm = J (joule)

W = F ⋅ s⋅ cosα

Fizika: Pontszerű és merev testek egyensúlya

A pontszerű test a legegyszerűbb olyan modell, amellyel bizonyos esetekben a valóságos testek mozgását helyettesíteni lehet. Ha valamely test mozgásának leírásakor a test kiterjedése nem játszik szerepet, akkor az adott test egy pontszerű modellel helyettesíthető.

A pontszerű test olyan idealizált modell, amelynek kiterjedése nincs, de tömege van.

Pontszerű test akkor van egyensúlyban, ha a ráható erők vektori eredője nulla. 

Az olyan testeket, amelyeknél a fizikai probléma leírása szempontjából nem elhanyagolható a mérete kiterjedt testeknek nevezzük.

A kiterjedt testeknek két fajtájuk van:

• Vannak olyan kiterjedt testek, amelyek nagy erő hatására sem változtatják az alakjukat. Az ilyen testeket merev testeknek nevezzük.
• A kiterjedt testek másik csoportjának erő hatására megváltozik az alakja. Az ilyen testeket deformálható testeknek nevezzük.

Fizika: Elektromágneses hullámok

James Clark Maxwell skót fizikus 1865-ben átfogó elméletet dolgozott ki az elektromos és a mágneses jelenségek értelmezésére. Ebben levezette, hogy nemcsak az időben változó mágneses mező hoz létre örvényes elektromos mezőt, hanem az időben változó elektromos mező is örvényes mágneses mezőt indukál. 

Maxwell elmélete szerint az elektromos töltésről elszakadó, térben tovaterjedő elektromágneses mező hullámtulajdonságokkal rendelkezik. Ezért kapta az elektromágneses hullám vagy elektromágneses sugárzás nevet.

A kisugárzott elektromágneses hullámban az elektromágneses tér E, illetve B vektora egymással megegyező fázisban van, egymásra és a terjedés irányára is merőlegesek. Ez a sugárzási elektromágneses tér egyszerű szinuszos hullám formájában terjed tova.

Fizika: Csillagászat

A csillagászat a legrégibb természettudomány. Az ókori kultúrnépek már széleskörű csillagászati ismeretekkel rendelkeztek annak ellenére, hogy a fizikáról jóformán fogalmuk sem volt.

A csillagászat kifejlődése két fő okra vezethető vissza. Az ókori népek az égitesteket vagy istenként tisztelték, vagy istenek jelének tekintették. Az uralkodókat pedig érdekelte a jövendő, a csaták várható kimenetele, így udvari csillagászokat foglalkoztattak a csillagos ég rejtélyeinek kifürkészésére.

A csillagászat korai fejlődésének másik, és az előbbinél lényegesebb oka a gyakorlat követelménye volt. A meginduló kereskedelem lebonyolításához tájékozódni kellett a sivatagban és a tengeren is. Mivel a helymeghatározás csillagászati alapokon nyugszik, a gyakorlati szükségszerűség magas fokú csillagászati ismereteket követelt meg. A mezőgazdasági termelés szükségessé tette a naptárkészítést, hiszen pl. a vetés csak akkor kecsegtetett a bő termés reményével, ha megfelelő időben történt. A naptárkészítés szintén csak jelentős csillagászati ismeretek birtokában volt lehetséges.

Fizika: Fogyasztók kapcsolása, Kirchhoff törvényei

A több fogyasztót tartalmazó áramkörökben gyakori, hogy kettő vagy több fogyasztó áramelágazás nélkül kapcsolódik egymáshoz. Ilyenkor a fogyasztók (ellenállások) soros kapcsolásáról beszélünk. Soros kapcsolásnál a fogyasztókon átfolyó áram erőssége állandó. Ilyenkor az áramnak egy útja van, elágazás nincs az áramkörben. Az áramforrás feszültsége megegyezik a fogyasztók feszültségeinek összegével. Az áramforrás feszültsége az ellenállások arányában oszlik meg a fogyasztókon. 

Fizika: Az ideális gázok kinetikus modellje

Az ideális gáz a fizikában használt absztrakció, a gázok olyan egyszerűsített modelljét írja le, amelynek termodinamikai viselkedése egyszerű kinematikai eszközökkel írható le. A reális gázok többé vagy kevésbé közelítik meg az ideális állapotot (legideálisabb gáz jelenlegi tudásunk szerint a hélium). 

Az ideális gázok részecskéi folytonos, zegzugos mozgást végeznek, közben ütköznek egymással, és az edény falával is (ezek tökéletesen rugalmas ütközések, tehát nem vész el energia az ütközéseknél), innen származik az "ideális" gázok nyomása.

A kinetikus gázmodell szerint

Fizika: Általános tömegvonzás

Az általános tömegvonzás törvénye (Newton, 1686.): Bármely két test kölcsönösen vonzza egymást olyan erővel, amelynek nagysága a testek tömegének szorzatával egyenesen és a távolságuk négyzetével fordítottan arányos.

A gravitációs erő egyetlen feltétele és oka a testek tömege. Minden test, anyagi összetételétől, halmazállapotától, hőmérsékletétől függetlenül folyamatosan kifejti a tömegéből eredő vonzóerőt. Az erő bármilyen távolságból hat, bár a távolsággal gyengül, és a gravitációs erő el nem téríthető és nem árnyékolható. Ez az erőhatás mindig vonzó jellegű.