Одиннадцатый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Motion in two and three dimensions  1.1.3. Перемещение и Расстояние  1.1.4. Скорость и вектор скорости  1.1.5. Ускорение и замедление  1.1.6. Графический анализ движения  1.1.7. Уравнения движения (расширенные выводы)  1.1.8. Свободное падение и терминальная скорость  1.1.9. Projectile motion  1.1.10. Относительная скорость в одномерном и двумерном пространстве  1.1.11. Motion of a car on an inclined plane  1.2. Dynamics  1.2.1. Законы движения Ньютона и их применения  1.2.2. Инерция и первый закон Ньютона  1.2.3. Force and types of force  1.2.4. Static and kinetic friction  1.2.5. Круговое движение и центростремительное ускорение  1.2.6. Неравномерное круговое движение  1.2.7. Банкинг дорог и кривых  1.2.8. Импульс и момент  1.2.9. Сохранение импульса в одномерной и двумерной пространстве  1.2.10. Применения третьего закона Ньютона  1.3. Работа, Энергия и Мощность  1.3.1. Работа, выполняемая постоянной и переменной силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая и потенциальная энергия  1.3.4. Гравитационная и упругая потенциальная энергия  1.3.5. Сохранение механической энергии  1.3.6. Мощность и мгновенная мощность  1.3.7. Эффективность машин  1.3.8. Работа, выполненная консервативными и неконсервативными силами  1.4. Вращательное движение  1.4.1. Крутящий момент и угловое ускорение  1.4.2. Равновесие вращения  1.4.3. Момент инерции и его применения  1.4.4. Угловой момент и его сохранение  1.4.5. Kinetic energy of rolling motion and rotation  1.4.6. Теорема параллельных и перпендикулярных осей  1.4.7. Динамика вращательного движения
  2. Гравитационная сила  2.1. Универсальное тяготение  2.1.1. Newton's law of universal gravitation  2.1.2. Гравитационное поле и потенциал  2.1.3. Изменение ускорения из-за гравитации  2.1.4. Kepler's laws of planetary motion  2.1.5. Orbital mechanics and satellites  2.1.6. Скорость ухода и орбитальная скорость  2.1.7. Weightlessness and free fall  2.1.8. Gravitational potential energy and energy in orbits  2.1.9. Черные дыры и гравитационное линзирование
  3. Свойства вещества  3.1. Механика жидкости  3.1.1. Плотность и давление в жидкостях  3.1.2. Pascal's theory and applications  3.1.3. Принцип Архимеда и плавучесть  3.1.4. Уравнение Бернулли и его применения  3.1.5. Continuity equation and the Venturi effect  3.1.6. Surface tension and capillarity  3.1.7. Вязкость и закон Пуазейля  3.1.8. Число Рейнольдса и турбулентность  3.2. Упругость и деформация  3.2.1. Hooke's law and the stress-strain relation  3.2.2. Модуль упругости и его применения  3.2.3. Deformation and yield strength of solids
  4. Thermal physics  4.1. Тепло и температура  4.1.1. Thermometric properties and temperature scale  4.1.2. Термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов  4.1.3. Система теплообмена  4.1.4. Удельная теплоемкость и калориметрия  4.1.5. Скрытая теплота и фазовый переход  4.2. Кинетическая теория газов  4.2.1. Молекулярная модель газов  4.2.2. Кинетическое объяснение температуры  4.2.3. Уравнение идеального газа и отклонения  4.2.4. Mean free path and Maxwell–Boltzmann distribution  4.3. Законы термодинамики  4.3.1. Нулевой закон и тепловое равновесие  4.3.2. Первый закон и внутренняя энергия  4.3.3. The Second Law and Entropy  4.3.4. Цикл Карно и тепловые двигатели  4.3.5. Холодильники и тепловые насосы
  5. Волны и колебания  5.1. Простое гармоническое движение  5.1.1. Уравнения гармонических колебаний  5.1.2. Энергия в МГД  5.1.3. Damped and forced oscillations  5.1.4. Резонанс и приложения  5.1.5. Pendulum and spring-mass system  5.2. Волновое движение  5.2.1. Типы механических волн  5.2.2. Волновое движение и перенос энергии  5.2.3. Superposition Principle and Standing Waves  5.2.4. Reflection, Refraction and Diffraction  5.2.5. Эффект Доплера в звуке и свете  5.2.6. Pulsations and interference
  6. Electricity and Magnetism  6.1. Электростатика  6.1.1. Электрический заряд и его сохранение  6.1.2. Закон Кулона и его применение  6.1.3. Электрическое поле и электрический поток  6.1.4. Электрический потенциал и потенциальная энергия  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Электрический ток  6.2.1. Закон Ома и электрическое сопротивление  6.2.2. Сопротивление и температурная зависимость  6.2.3. Законы Кирхгофа и анализ цепей  6.2.4. Электрическая мощность и эффективность  6.2.5. Combination of resistors  6.3. Magnetism and Electromagnetism  6.3.1. Магнитные поля и их источники  6.3.2. Магнитная сила на движущиеся заряды  6.3.3. Electromagnetic induction  6.3.4. Законы Фарадея и Ленца  6.3.5. Индуктивность и трансформатор  6.3.6. Переменный ток и его применение
  7. Оптика  7.1. Отражение и преломление  7.1.1. Законы отражения и преломления  7.1.2. Зеркала и линзы  7.1.3. Total internal reflection and optical fiber  7.2. Волновая оптика  7.2.1. Интерференция и дифракция  7.2.2. Двойной щелевой эксперимент Юнга  7.2.3. Поляризация света
  8. Modern Physics  8.1.1. Photoelectric effect and Einstein's theory  8.1.2. Двойственность волны и частицы  8.1.3. Heisenberg's uncertainty principle  8.1.4. Эффект Комптона  8.2. Atomic and Nuclear Physics  8.2.1. Атомная модель и уровни энергии  8.2.2. Радиоактивный распад и период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и синтез
  9. Электроника и связь  9.1. Semiconductors  9.1.1. pn junction and diode  9.1.2. Транзисторы и логические элементы  9.1.3. Интегральные схемы и их применения  9.2. Communication Systems  9.2.1. Основы аналоговой и цифровой связи  9.2.2. Беспроводная и оптическая связь  9.2.3. Модуляция и демодуляция

Одиннадцатый класс ↓


Волны и колебания


Изучение волн и колебаний является неотъемлемой частью физики. Эти концепции фундаментальны для описания множества явлений в науке и инженерии. От легких ряби на пруду до звуков музыкальных инструментов и даже электромагнитных волн, которые обеспечивают беспроводную связь, волны и колебания повсюду вокруг нас. Понимание их может дать представление о том, как ведет себя вселенная как на макроскопическом, так и на микроскопическом уровне.

Введение в волны

Волна — это возмущение, которое распространяется из одного места в другое через среду или вакуум. Среда может быть твердой, жидкой, газообразной или даже вакуумом пространства. Волны переносят энергию из одной точки в другую без физического переноса частиц из одного места в другое.

Типы волн

Волны можно классифицировать в зависимости от направления смещения частиц относительно распространения волны:

1. Механические волны

Для этих волн требуется среда для перемещения. Примеры включают звуковые волны, сейсмические волны и водяные волны.

Продольные волны

В продольных волнах частицы среды колеблются параллельно направлению распространения волны. Звуковые волны в воздухе являются классическим примером этого.

        Пример: Звуковые волны в воздухе, сжатия и разрежения.
Давление Разрежение
Поперечные волны

В поперечных волнах частицы среды перемещаются перпендикулярно направлению распространения волны. Световые волны и волны на струне являются типичными примерами этого.

        Пример: Волны на струне, волны на поверхности воды.

2. Электромагнитные волны

Электромагнитные волны не требуют среды для распространения. Они также могут распространяться в вакууме. Примеры включают свет, радиоволны и рентгеновские лучи.

Характеристики волн

Понимание волн требует знания нескольких ключевых характеристик:

Длина волны ( λ )

Длина волны — это расстояние между последовательными гребнями или впадинами в волне. Она определяет длину волны и измеряется в метрах.

Частота ( f )

Частота относится к тому, сколько раз частицы среды вибрируют, когда через нее проходит волна. Она измеряется в герцах (Гц), что равно числу циклов в секунду.

Амплитуда

Амплитуда волны — это максимальное смещение частиц среды от их положения равновесия. Она представляет энергию и интенсивность волны.

Скорость волны

Скорость волны — это расстояние, пройденное за единицу времени точкой (например, гребнем) на волне. Скорость ( v ) волны можно рассчитать по формуле:

        v = f * λ

где v — скорость волны, f — частота, а λ — длина волны.

Введение в колебания

Колебания — это движения вперед-назад через регулярные интервалы. Классический пример колебательной системы — это простой маятник. Когда он отклоняется от своего положения равновесия, он испытывает силу, стремящуюся вернуть его к равновесию, создавая колебательное движение.

Простое гармоническое движение (SHM)

Простое гармоническое движение — это тип колебаний, в котором восстанавливающая сила пропорциональна смещению и действует в противоположном направлении от смещения. SHM характеризуется колебаниями с синусоидальной волновой формой.

Особенности SHM

  • Положение равновесия: Положение, где суммарная сила на систему равна нулю.
  • Амплитуда ( A ): Максимальное смещение от положения равновесия.
  • Период ( T ): Время, необходимое для одного полного цикла колебания.
  • Частота ( f ): Количество колебаний в единицу времени. Это обратная величина периода.
        f = 1 / T

Математическое представление SHM

Движение можно описать с использованием синусоиды или косинусоиды. Если x(t) представляет смещение как функцию времени, то:

        x(t) = A * cos(ωt + φ)

где A — амплитуда, ω — угловая частота, t — время, а φ — угловая фаза.

Угловая частота связана с частотой и периодом следующим образом:

        ω = 2πf = 2π/T

Энергия в SHM

В SHM энергия постоянно преобразуется между потенциальной и кинетической энергией, при этом суммарная механическая энергия остается посто

Практические примеры и применения

Маятник

Маятник — один из самых распространенных примеров колебаний. Период маятника зависит от его длины и ускорения свободного падения, как показано ниже:

        T = 2π √(L/g)

где L — длина, а g — ускорение свободного падения.

Система масса-пружина

Другой классический пример SHM — масса, прикрепленная к пружине. Согласно закону Гука, сила, действующая на пружину, пропорциональна смещению:

        F = -kx

где k — постоянная пружины, а x — смещение.

Период колебания массы m на пружине определяется формулой:

        T = 2π √(m/k)

Волны в повседневной жизни

От музыки, которую мы слушаем, до света, который мы видим каждый день, и радиоволн, передающих данные на наши телефоны, понимание волн помогает понять, как работают наши технологии и окружающая среда.

Заключение

Волны и вибрации окружают нас повсюду и составляют основу многих научных теорий и технологий. От понимания природы звука и света до поведения квантовых частиц, принципы волн и вибраций являются основой многих научных и технологических достижений.


Одиннадцатый класс → 5


U
username
0%
завершено в Одиннадцатый класс

← Предыдущий (4.3.5)
Холодильники и тепловые насосы
Следующий (5.1) →
Простое гармоническое движение

Комментарии 



Волны и колебания

https://www.physicsflow.com/g11/5?pfal=ru