Ускорением тела называют отношение изменения скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло.
Ускорение характеризует быстроту изменения скорости.
Ускорение - векторная величина. Оно показывает, как изменяется мгновенная скорость тела за единицу времени.
Зная начальную скорость тела и его ускорение, из формулы (1) можно найти скорость в любой момент времени:
Для этого уравнение нужно записать в проекциях на выбранную ось:
V x =V 0x + a x t
Положительное и отрицательное ускорение
Ускорение, как и скорость, обладает знаком.
Если автомобиль разгоняется, его скорость возрастает, а ускорение имеет положительный знак.
При торможении авто, его скорость уменьшается - ускорение имеет отрицательный знак.
Естественно, при равномерном движении ускорение равно нулю.
Но, будьте внимательны! Отрицательное ускорение не всегда означает замедление, а положительное - ускорение! Помните, что скорость (как и перемещение) - это векторная величина. Обратимся к нашему бильярдному шару.
Пусть шар движется с замедлением, но имеет отрицательное перемещение!
Скорость шара уменьшается ("минус") и скорость имеет отрицательную величину по направлению ("минус"). В итоге, два "минуса" дадут "плюс" - положительное значение ускорения.
Запомните!
Среднее и мгновенное ускорение
По аналогии со скоростью ускорение может быть средним и мгновенным .
Среднее ускорение вычисляется как разность конечной и начальной скоростей, которая делится на разность конечного и начального времени:
A = (V 1 - V 0)/(t 1 - t 0)
Среднее ускорение отличается от фактического (мгновенного) ускорения в данный момент времени. Например, при резком нажатии педали тормоза автомобиль получает большое ускорение в первый момент времени. Если же водитель затем отпустит педаль тормоза, то ускорение уменьшится.
Равномерное и неравномерное ускорение
Описанный выше случай с торможением характеризует неравномерное ускорение - наиболее часто встречающееся в нашей повседневной жизни.
Однако, существует и равномерное ускорение , самый яркий пример которого - это ускорение свободного падения , которое равно 9,8 м/с 2 , направлено к центру Земли и всегда постоянно.
Пятеро физиков из Шанхайского университета Цзяо Тун (Китай) провели эксперимент, в котором групповая скорость светового импульса, передаваемого по оптоволокну, становилась отрицательной. Чтобы понять суть опыта, необходимо вспомнить, что распространение излучения в среде можно охарактеризовать сразу несколькими величинами. В самом простом случае монохроматического пучка света используется, к примеру, понятие фазовой скорости Vф — скорости перемещения определённой фазы волны в заданном направлении. Если показатель преломления среды, зависящий от частоты, равен n(ν), то Vф = с/n(ν), где с — скорость света в вакууме.
Задача усложняется, когда мы рассматриваем прохождение импульса, содержащего несколько разных частотных компонентов. Импульс можно представить себе как результат интерференции этих компонентов, причём в его пике они будут согласованы по фазе, а в «хвостах» будет наблюдаться деструктивная интерференция (см. рис. ниже). Среда с зависящим от частоты показателем преломления изменяет характер интерференции, заставляя волны каждой отдельной частоты распространяться со своей фазовой скоростью; если зависимость n от ν линейна, то результатом изменений будет временнóе смещение пика, тогда как форма импульса останется прежней. Для описания такого движения используют групповую скорость Vг = с/(n(ν) + ν.dn(ν)/dν) = с/nг, где nг — групповой показатель преломления.
Световой импульс (иллюстрация из журнала Photonics Spectra).
При сильной нормальной дисперсии (dn(ν)/dν > 0) групповая скорость может на несколько порядков уступать скорости света в вакууме, а в случае аномальной дисперсии (dn(ν)/dν < 0) — оказаться больше с. Более того, достаточно сильная аномальная дисперсия (|ν.dn(ν)/dν| > n) даёт отрицательные значения Vг, что приводит к очень интересным эффектам: в материале с nг < 0 импульс распространяется в обратном направлении, и пик переданного импульса выходит из среды раньше, чем пик падающего импульса в неё входит. Хотя такая отрицательная временнáя задержка кажется противоестественной, она никоим образом не противоречит принципу причинности.
Приведённые выше равенства показывают, что отрицательная групповая скорость достигается при достаточно быстром уменьшении показателя преломления с ростом частоты. Известно, что подобная зависимость обнаруживается вблизи спектральных линий, в области сильного поглощения света веществом.
Распространение светового импульса в материале с отрицательным групповым показателем преломления, обозначенном красным (иллюстрация из журнала Photonics Spectra).
Китайские учёные построили свой эксперимент по уже известной схеме, в основе которой лежит нелинейный процесс вынужденного бриллюэновского рассеяния (ВБР). Этот эффект проявляется как генерация стоксовой волны, распространяющейся в противоположном (по отношению к падающей волне, часто называемой накачкой) направлении.
Суть ВБР состоит в следующем: в результате электрострикции (деформации диэлектриков в электрическом поле) накачка создаёт акустическую волну, которая модулирует показатель преломления. Созданная периодическая решётка показателя преломления движется со звуковой скоростью и отражает — рассеивает вследствие брэгговской дифракции — часть падающей волны, причём частота рассеянного излучения испытывает доплеровский сдвиг в длинноволновую область. Именно поэтому стоксово излучение имеет меньшую, чем у накачки, частоту, и эта разность определяется частотой акустической волны.
Если стоксово излучение «запускать» в направлении, противоположном распространению падающей волны, оно будет усиливаться в процессе ВБР. В то же время излучение накачки будет испытывать поглощение, что, как мы уже говорили, необходимо для демонстрации отрицательной групповой скорости. Используя 10-метровый закольцованный отрезок одномодового оптоволокна, авторы выполнили условия наблюдения отрицательной Vг и получили групповую скорость, доходившую до -0,15.с. Групповой показатель преломления при этом оказался равен -6,636.
Векторные величины в физике
Все ответы пояснять чертежами
1. Какие величины называют векторными? Скалярными?
2. Приведите примеры векторных и скалярных физических величин.
3. Являются ли два вектора равными, если их модули равны, а направления не совпадают?
4. Изобразите вектор суммы двух векторов, параллельных друг другу и направленных в одну сторону. Чему равен модуль суммарного вектора?
5. Изобразите вектор суммы двух векторов, параллельных друг другу и направленных в разные стороны. Чему равен модуль суммарного вектора?
6. Сложите два вектора, направленных под углом, по правилу треугольника.
7. Сложите два вектора, направленных под углом, по правилу параллелограмма.
8. Если вектор вычитается, то его можно умножить на – 1. Что произойдѐт с направлением вектора?
9. Как определить проекцию вектора на ось координат? Когда проекция на ось положительна? отрицательна?
10. Чему равна проекция вектора на ось, если вектор параллелен оси? перпендикулярен оси?
11. Что означает разложить вектор на составляющие по осям X и Y?
12. Если сумма нескольких векторов равна нулю, то чему равна сумма проекций этих векторов по осям X и Y?
Кинематика
1 вариант
1. Какое движение называется механическим?
2. Что такое траектория движения? Приведите примеры прямолинейной и криволинейной траекторий движения. Зависит ли траектория от выбора системы отсчета? Ответ обоснуйте.
3. Какие величины называются скалярными? Приведите примеры скалярных физических величин.
4. Дайте определение пройденного пути и перемещения тела. Покажите разницу этих физических понятий на примере движения точки по окружности.
5. Как связаны между собой перемещение и скорость при таком движении? Начертите вид графиков скорости. Что означает отрицательная скорость? Как по графику скорости определить перемещение?Площадь, какой фигуры под графиком скорости численно равна перемещению за определенное время?
6. Запишите уравнение равномерного прямолинейного движения. Начертите графики зависимости пройденного пути от времени для тела, движущегося вдоль выбранной оси X и для тела, движущегося противоположно выбранной оси.
7. Какое движение называют равноускоренным? равнозамедленным?
8. Запишите математическое выражение для проекции скорости от времени для прямолинейного равноускоренного движения, если направление ускорения совпадает с направлением скорости. Возрастает или убывает скорость? Начертите график зависимости скорости от времени при условии, что начальная скорость равна нулю и не равна нулю. Как по графику скорости определить перемещение? пройденный путь?
9. Что происходит в момент времени, когда на графике скорости, скорость переходит из положительной в отрицательную и наоборот?
10. Как по графику скорости прямолинейного движения определить участок, где модуль ускорения максимален? минимален?
11. Какими способами из уравнения движения можно получить уравнение скорости? Приведите примеры.
12. Как определить при равноускоренном движении путь, за конкретный промежуток времени, например, за пятую секунду или за последнюю?
13. Чему равно ускорение свободного падения и куда оно направлено?
14. С каким ускорением движется свободно падающее тело? Тело брошенное вверх? Горизонтально? Под углом к горизонту? Куда направленно ускорение?
15. Почему при баллистическом движении тело движется по горизонтали равномерно, а по вертикали равноускорено?
Кинематика
2 вариант
1. С какой целью используется понятие материальная точка? Что называется материальной точкой? Приведите примеры, показывающие, что одно и то же тело в одной ситуации можно считать материальной точкой, а в другой – нет.
2. Для описания движения тела необходимо задать систему отсчета. Что входит в систему отсчета?
3. Какие величины называются векторными? Приведите примеры векторных физических величин.
4. По какой траектории должно двигаться тело, чтобы путь был равен модулю перемещения?
5. Тело двигается прямолинейно, начало движения совпадает с началом координат.
6. Одинаковы ли будут пройденный путь и модуль перемещения (координата тела) в какой-то момент времени, если тело разворачивалось и ехало в противоположную сторону какое-то время? Ответ поясните чертежом.
7. Точка движется по окружности с постоянной по модулю скоростью. Как направлена скорость в любой точке? Означает ли это, что скорость точки постоянна?
8. Как угол наклона графика равномерного прямолинейного движения зависит от модуля скорости?
9. Какая физическая величина характеризует «быстроту» изменения скорости при равноускоренном движении? Запишите формулу для определения этой величины.
10. Запишите математическое выражение для проекции скорости от времени для
прямолинейного равноускоренного движения, если направление ускорения не совпадает с направлением скорости. Возрастает или убывает скорость? Начертите
график скорости. Как по графику скорости определить пройденный путь?
перемещение (координату конца движения)?
11. Как угол наклона графика скорости при прямолинейном равноускоренном движении зависит от модуля ускорения?
12. Запишите математическое выражение для проекции перемещения от времени (уравнение движения) для равноускоренного движения без начальной скорости и с начальной скоростью.
13. Как по заданному уравнению движения или уравнению скорости определить вид движения - равномерное или равноускоренное?
14. Что такое средняя скорость? По какой формуле определяется средняя скорость на всем пути, состоящем из нескольких участков?
15. Как движется тело при свободном падении: равномерно или равноускорено? Почему?
16. Изменится ли ускорение, если свободно падающему телу дать начальную скорость?
17. По какой траектории движется свободно падающее тело? тело, брошенное под углом к горизонту? горизонтально?
Динамика. Законы Ньютона
18. В чем состоит явление инерции? Какое движение называют движением по инерции?
19. Что такое инертность? Какая физическая величина является мерой инертности тела? Назовите ее единицы измерения.
20. Какая физическая величина характеризует отсутствие или наличие внешнего воздействия на тело? Дайте определение этой величине и назовите единицу измерения.
21. Что такое равнодействующая сила? Как ее найти? Какой величиной является сила – скалярной или векторной?
22. Какие системы отсчета называют инерциальными? Как должен двигаться автобус относительно Земли, чтобы человек, сидящий в нем, находился в инерциальной системе отсчета? В неинерциальной?
23. Сформулируйте закон инерции (первый закон Ньютона).
24. Как зависит ускорение тела от приложенной к нему силы? Ответ поясните графически.
25. Если на тела разной массы действовать с одной и той же силой, то какие ускорения будут получать тела в зависимости от массы? Ответ поясните графиком.
26. Сформулируйте второй закон Ньютона и запишите его математическое выражение. Выразите единицу силы через единицы массы и ускорения?
27. Всегда ли направление движения тела совпадает с направлением действующей силы (равнодействующей сил)? Приведите примеры, подтверждающие ваш ответ.
28. Что можно сказать о направлении вектора ускорения, вектора равнодействующей приложенных к телу сил и вектора скорости тела? Как они направлены?
29. Сформулируйте третий закон Ньютона. Напишите его математическое выражение.
30. Как ускорения, приобретаемые телами в результате парного столкновения, зависят от масс тел? Какое тело получит большее ускорение?
31. Согласно третьему закону Ньютона падающий камень и Земля притягивают друг друга с одинаковыми силами. Почему же обусловленное этим притяжением ускорение камня заметно, а ускорение Земли – нет?
32. Когда две силы компенсируют друг друга? Почему равные по модулю и противоположно направленные силы, с которыми взаимодействуют два тела, не компенсируют друг друга?
33. Что такое геоцентрическая система?
34. Что такое гелиоцентрическая система?
Силы в механике
1. Назовите силы, которые изучаются в механике.
2. Какие силы называются гравитационными?
3. Как гравитационные силы зависят от масс взаимодействующих тел?
4. Как гравитационные силы зависят от расстояния между телами?
5. Сформулируйте закон всемирного тяготения Ньютона. Напишите математическое выражение закона.
6. Дайте определение силы тяжести, запишите математическое выражение.
7. Запишите математическое выражение для определения ускорения свободного падения на любой планете?
8. Как изменяются гравитационные силы и ускорение свободного падения при удалении от планеты? Запишите математическое выражение.
9. Почему все тела под действием гравитационных падают на Землю с одним и тем же
ускорением, хотя массы у тел разные?
10. Одинакова ли сила тяжести у лежащего камня на Земле, падающего или подброшенного вверх?
11. Дайте определение силы вес тела. Запишите математическое выражение силы.
12. При каком условии вес тела равен силе тяжести? К каким телам приложены вес тела и сила тяжести?
13. Как должно двигаться тело, чтобы его вес был больше силы тяжести? Меньше силы тяжести?
14. Что такое состояние невесомости? При каком условии тело находится в состоянии невесомости? Приведите примеры.
15. Одинаковое ли давление оказывает тело, вследствие его притяжения к Земле, на горизонтальной опоре и наклонной плоскости?
16. Какова причина возникновения силы упругости и как направленна эта сила?
17. Сформулируйте закон Гука и запишите его математическое выражение. От чего зависит коэффициент пропорциональности в законе Гука?
18. Сформулируйте определение силы реакции опоры и силы натяжения. Являются ли эти силы силой упругости? Запишите их буквенные обозначения.
19. Дайте определение силы трения. Когда возникает сила трения?
20. Напишите математическое выражение для определения силы трения. От чего зависит коэффициент трения? Куда направленна сила?
21. Какая из сил трения больше по модулю: сила трения скольжения, сила трения качения или сила трения покоя?
22. Из-за чего возникает сила трения? Приведите примеры.
23. Трение существует при трении твердых поверхностей, в жидкостях и газах. Где сила трения максимальна?
Тестовые вопросы по физической химии (химическая кинетика и электрохимия)
1. При каких условиях константа скорости химической реакции А + В àС равна скорости реакции, т. е. W = К?
1) в элементарных химических реакциях;
2) когда реагирующие компоненты находятся в газовой фазе;
3) когда концентрации реагирующих компонентов равны единице,
т. е. СА = СВ = 1;
4) когда реакция идет на границе раздела фаз;
5) константа скорости не может быть равна скорости реакции.
2. Каков физический смысл константы скорости химической реакции?
1) константа скорости равна скорости химической реакции, если она протекает в газовой фазе;
2) константа скорости равна скорости химической реакции, если концентрации реагирующих веществ равны единице;
3) константа скорости равна скорости реакции, если она протекает на границе раздела фаз;
4) константа скорости вообще не имеет физического смысла;
5) константа скорости равна скорости для элементарных, одностадийных химических реакций.
3. Что такое константа скорости химической реакции?
1) константа скорости - это удельная скорость для элементарной, одностадийной реакции;
2) константа скорости - это скорость химической реакции, протекающей в газовой фазе;
3) константа скорости - это скорость химической реакции, протекающей на границе раздела фаз;
4) константа скорости - это скорость химической реакции, когда концентрации реагирующих веществ равны единице, т. е. СА = СВ = 1 и W = К для реакции А + В à С;
5) константа скорости - это скорость химической реакции, когда реагирующие вещества ведут себя как молекулы идеальных газов.
4. Какова размерность константы скорости химической реакции нулевого порядка?
1) конц.-1время-1; 2) конц.1 время-1; 3) время-1;
5) конц.2время-1; 5) конц.-2время-1 .
5. Какова размерность константы скорости химической реакции первого порядка?
1) конц.-1время-1; 2) конц.1время-1; 3)время-1; 4) конц.-2время-1; 5) конц.-1.
6. Какова размерность константы скорости химической реакции второго порядка?
1) конц.-1время-1; 2) конц.1время-1; 3) время-1; 4) конц.-2время-1;
5) конц.-1время-2.
7. Что такое скорость химической реакции?
1) скорость химической реакции определяется числом молекул, реагирующих в единицу времени и единице объема;
2) скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ в элементарном химическом акте;
3) скорость химической реакции определяется убылью концентрации исходного вещества в элементарном химическом акте;
4) скорость химической реакции определяется изменением концентрации исходных и полученных в результате реакции веществ;
5) скорость химической реакции определяется произведением концентрации реагирующих веществ.
8. Может ли скорость реакции быть отрицательной величиной? Что означает запись W = - dCA/dt для реакции А à В.
1) да, скорость может быть отрицательной величиной, и потому запись
W = - dCA/dt верна;
2) скорость не может быть отрицательной величиной и поэтому запись
W = - dCA/dt не верна;
3) скорость не может быть отрицательной величиной, а запись указывает на то, что скорость реакции определяется по убыли концентрации исходного вещества;
4) да, скорость может быть отрицательной величиной, а запись означает, что реакция происходит на поверхности катализатора;
5) да, скорость может быть отрицательной величиной, а запись означает, что реакция идет на границе раздела фаз.
9. Как читается основной постулат химической кинетики?
1) скорость химической реакции зависит только от концентрации конечных продуктов реакции;
2) скорость реакции в каждый момент времени пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, возведенных в некоторые целочисленные или дробные степени;
3) скорость реакции прямопропорциональна произведению концентрации всех реагирующих веществ;
4) скорость реакции - это константа скорости, когда реагирующие компоненты ведут себя как молекулы идеальных газов;
5) скорость реакции - это изменение концентрации реагирующих веществ на единицу поверхности.
10. Может ли порядок реакции быть нулевым, дробным, отрицательным?
1) порядок реакции не может быть дробным и отрицательным, а нулевым может быть;
2) порядок реакции может быть только положительным числом;
3) да, порядок реакции может принимать любые значения;
4) порядок реакции может принимать отрицательные и положительные только целочисленные значения;
5) порядок реакции не может быть равен нулю, а все остальные значения могут быть.
11 . Что называется порядком реакции по веществу и общим кинетическим порядком реакции?
1) порядок реакции по веществу - это его стехиометрический коэффициент в уравнении, а общий кинетический порядок - это их сумма;
2) порядком реакции по данному веществу называют показатель степени при концентрации, входящей в уравнении типа W = , а общий порядок (n) равен их сумме, т. е. n = n1 + n2;
3) порядок реакции по данному веществу - это число молекул, участвующих в элементарном акте, а их сумма - это общий порядок реакции;
4) порядок реакции по данному веществу – это показатель степени, в которую возведена концентрация в основном кинетическом уравнении, а их произведение - это общий порядок химической реакции;
5) порядок реакции по веществу - его стехиометрический коэффициент в уравнении химической реакции, а их произведение - общий порядок.
12. Что такое молекулярность реакции?
1) молекулярность - это число молекул, участвующих в элементарном акте химической реакции;
2) молекулярность - это сумма стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции;
3) молекулярность - это изменение числа реагирующих молекул в единицу времени, в единице объема;
4) молекулярность - это изменение числа реагирующих молекул в элементарном химическом акте;
5) молекулярность - это формальная величина, которая находится экспериментальным путем.
13. Скорость химической реакции А + В à С равна 0,12 моль/л × с-1, а концентрация А и В соответственно равны: А = 0,3 моль/л и В = 0,2 моль/л. Чему равна константа скорости этой реакции?
1) 5 . 10-2 (моль/л)-1 с-1; 2) 2,0 (моль/л)-1 с-1; 3) 4,2 (моль/л)-1 с-1;
4) 1,6 . 10-3 (моль/л)-1 с-1; 5) 3,1 (моль/л)-1 с-1 .
14. Скорость химической реакции 2А à В равна 0,48 (моль/л) × с-1, а концентрация А равна 0,4 моль/л. Чему равна константа скорости этой реакции?
1) 3 (моль/л)-1 с-1; 2) 1,6 (моль/л)-1 с-1; 3) 4,8 (моль/л)-1 с-1;
4) 2,4 (моль/л)-1 с-1; 5) 4 (моль/л)-1 с-1 .
15.Что такое механизм химической реакции?
1) полное теоретическое описание процесса образования промежуточных веществ;
2) совокупность стадий, из которых складывается химическая реакция;
3) механизм - это предполагаемый выход продуктов реакции;
4) механизм - это подробное описание процессов с учетом радикалов;
5) механизм - это способ проведения химического процесса.
16. Скорость химической реакции А + В à С равна 0,25 (моль/л) × с-1 , а концентрация А и В равны 0,5 моль/л. Чему равна константа скорости химической реакции?
1) 0,15 (моль/л)-1 с-1; 2) 0,75 (моль/л)-1 с-1; 3) 0,45 (моль/л)-1 с-1;
4) 1,0 (моль/л)-1 с-1; 5) 2,5 (моль/л)-1 с-1.
17. Может ли скорость химической реакции не зависеть от концентрации реагирующих веществ? Каков порядок такой реакции?
1) скорость реакции всегда зависит от концентрации, при этом порядок реакции может принимать любые значения;
2) да, может, если химическая реакция идет в газовой фазе, а порядок реакции может быть только положительным числом;
3) да, может, если реакция идет в присутствии катализатора, а порядок реакции может принимать отрицательные и положительные значения;
4) да, может, если реакция идет как реакция нулевого порядка;
5) да, может, если концентрация одного из реагентов превышает другую, а порядок реакции при этом может быть дробным, отрицательным и положительным.
18. Как изменяется скорость реакции нулевого порядка от концентрации исходного вещества?
1) скорость реакции нулевого порядка не зависит от концентрации;
2) скорость такой реакции растет с увеличением концентрации;
3) скорость такой реакции сначала растет, а потом падает с увеличением концентрации;
4) скорость такой реакции монотонно падает во времени, с увеличением концентрации;
5) скорость такой реакции сначала падает, а затем увеличивается при уменьшении концентрации.
19. Как связана константа скорости реакции первого порядка с периодом полураспада?
1) https://pandia.ru/text/80/294/images/image003_2.png" width="59" height="45">.png" width="65" height="45">; 5)shortcodes">
