Время (физика)
Время — одно из основных понятий физики и философии, одна из координат пространства-времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел, а также сознание.
В диалектическом материализме время — это объективно реальная форма существования движущейся материи, характеризующая последовательность развёртывания материальных процессов, отделённость друг от друга разных стадий этих процессов, их длительность, их развитие.
В количественном (метрологическом) смысле понятие время имеет два аспекта:
Содержание
Свойства времени
В классической физике, время — непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения просто берётся некая последовательность событий, про которую считается несомненно верным, что она происходит через равные промежутки времени, то есть периодична. Именно на этом принципе и основаны часы. Такая же роль времени и в квантовой механике: несмотря на квантование почти всех величин, время осталось внешним, неквантованным параметром. В обоих случаях «скорость течения времени» не может ни от чего зависеть, а потому тавтологически равна константе.
В релятивистской физике ситуация кардинально меняется. Время рассматривается как часть единого пространства-времени, и, значит, может меняться при его преобразованиях. Можно сказать, что время становится четвёртой координатой, правда, в отличие от пространственных координат, она обладает противоположной сигнатурой. «Скорость течения времени» становится понятием «субъективным», зависящим от системы отсчёта. Ситуация усложняется в общей теории относительности, где «скорость течения времени» зависит также и от близости к гравитирующим телам.
Физическая интерпретация вышеназванных теорий требует нового определения времени, как числа процессов в системе отсчёта, произошедших одновременно с данным процессом. Система отсчёта времени может быть неравномерная (как процесс вращения Земли вокруг Солнца) или равномерная. Эталон секунды — период излучения, соответствующий переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.
Отсчёт времени
Как в классической, так и в релятивистской физике для отсчёта времени используется временна́я координата пространства-времени, причём (традиционно) принято использовать знак «+» для будущего, а знак «-» — для прошлого. Однако смысл временно́й координаты в классическом и релятивистском случае различен (см. Ось времени).
Зависимость от времени
Поскольку состояния всего нашего мира зависят от времени, то и состояние какой-либо системы тоже может зависеть от времени, как обычно и происходит. Однако в некоторых исключительных случаях зависимость какой-либо величины от времени может оказаться пренебрежимо слабой, так что с высокой точностью можно считать эту характеристику независящей от времени. Если такие величины описывают динамику какой-либо системы, то они называются сохраняющимися величинами, или интегралами движения. Например, в классической механике полная энергия, полный импульс и полный момент импульса изолированной системы являются интегралами движения.
Различные физические явления можно разделить на три группы
Направленность времени
Большинство современных учёных полагают, что различие между прошлым и будущим является принципиальным. Согласно современному уровню развития науки, информация переносится из прошлого в будущее, но не наоборот. Второе начало термодинамики указывает также на накопление в будущем энтропии.
Все определения по физике за 7 класс (понятия, определения, формулы)
Термины по физике 7 класс
Физика. Наука, изучающая явления природы, свойства и строение материи.
Равномерное движение. Движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.
Сила. Мера механического воздействия на тело со стороны других тел.
Масса. Мера инертности.
Вес. Сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на горизонтальную опору или подвес.
Работа. Величина, равная произведению приложенной силы на пройденный путь.
Мощность. Величина, равная отношению работы ко времени, за которое она была совершена.
Рычаг. Твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.
КПД. Отношение полезной работы к полной работе.
Определения и формулы
Измерение физических величин
Измерение физических величин
Механическое движение
Скорость (ʋ) — физическая величина, численно равна пути (S), пройденного телом за единицу времени (t).
Путь (S) — длина траектории, по которой двигалось тело, численно равен произведению скорости (ʋ) тела на время (t) движения.
Время движения (t) — равно отношению пути (S), пройденного телом, к скорости (ʋ) движения.
Средняя скорость (ʋ ср ) — равна отношению суммы участков пути (S1, S2, S3, …), пройденного телом, к промежутку времени (t1 + t2+ t3+ …), за который этот путь пройден.
Сила тяжести, вес, масса, плотность
Сила тяжести — сила (FТ), с которой Земля притягивает к себе тело, равная произведению массы (т) тела на коэффициент пропорциональности (g) — постоянную величину для Земли. (g = 9,8 H/кг)
FТ = m*g
Вес (Р) — сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес, равная произведению массы (т) тела на коэффициент (g).
Масса (т) — мера инертности тела, определяемая при его взвешивании как отношение силы тяжести (Р) к коэффициенту (g).
т = Р / g
Плотность (ρ) — масса единицы объёма вещества, численно равная отношению массы (т) вещества к его объёму (V).
Механический рычаг, момент силы
Момент силы (М) равен произведению силы (F) на сё плечо (l)
М = F*l
Условие равновесия рычага — рычаг находится в равновесии, если плечи (l1, l2)действующих на него двух сил (F1, F2) обратно пропорциональны значениям сил.
Давление, сила давления
Давление (р) — величина, численно равная отношению силы (F), действующей перпендикулярно поверхности, к площади (S) этой поверхности
Сила давления (F) — сила, действующая перпендикулярно поверхности тела, равная произведению давления (р) на площадь этой поверхности (S)
Давление газов и жидкостей
Закон Архимеда — на тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила — архимедова сила (FВ). равная весу жидкости (или газа), в объёме (VТ) этого тела.
Условие плавания тел — если архимедова сила (FВ) больше силы тяжести (FТ)тела, то тело всплывает.
FВ > FТ
Закон гидравлической машины — силы (F1, F2), действующие на уравновешенные поршни гидравлической машины, пропорциональны площадям (S1, S2) этих поршней.
Закон сообщающихся сосудов — однородная жидкость в сообщающихся сосудах находится на одном уровне (h)
Работа, энергия, мощность
Механическая работа — Работа (A) — величина, равная произведению перемещения тела (S) на силу (F), под действием которой это перемещение произошло.
Формула:
А = F*S
Коэффициент полезного действия механизма (КПД) — коэффициент полезного действия (КПД) механизма — число, показывающее, какую часть от всей выполненной работы (АВ) составляет полезная работа (АП).
ɳ = АП / АВ *100%
Потенциальная энергия (Е П ) тела, поднятого над Землей, пропорциональна его массе (т) и высоте (h) над Землей.
Формула:
ЕП = m*g*h
Кинетическая энергия (Е К ) движущегося тела пропорциональна его массе (m) и квадрату скорости (ʋ 2 ).
ЕК = m*ʋ 2 / 2
Сохранение и превращение механической энергии — Сумма потенциальной (ЕП) и кинетической (ЕК) энергии в любой момент времени остается постоянной.
Мощность (N) — величина, показывающая скорость выполнения работы и равная:
а) отношению работы (А) ко времени (t), за которое она выполнена;
б) произведению силы (F), под действием которой перемещается тело, на среднюю скорость (ʋ) его перемещения.
Формула времени
Определение и формула времени
В понятие времени отражаются такие свойства мира как постоянное развитие, изменение его в сознании человека. Процессы идут в определенной последовательности, при этом имеют определённую продолжительность.
Время – физическая величина, отражающая свойство материальных процессов иметь определенную продолжительность, следовать друг за другом в установленной последовательности и развиваться этапно. Обозначают время буквой t.
Особенности времени как физической величины
Время неотделимо от материи и ее движения, так как является ее формой существования. Нет смысла говорить о времени самом по себе, так как в отрыве от материальных процессов течение времени становится бессодержательным. Только исследование процессов, происходящих в материальном мире и их взаимосвязей, делает понятие времени физически содержательным.
В череде процессов, происходящих в природе, особенное место занимают повторяющиеся процессы (повторение дней и ночей, дыхание, перемещение звезд по небосводу и т. д). Исследование и сравнение подобных процессов между собой ведет к идее о длительности материальных процессов, сравнение их длительности приводит к идее об их измерении.
Эталоном измерения является периодический процесс, который называют часами. Существуют системы отсчета, в которых возможно введение единого времени с достаточной для практики точностью. Введение единого времени хорошо подтверждается экспериментом. Теория дает возможность предсказать отклонения единого времени, что можно проверить эмпирически.
Длительность физического процесса, который происходит в некоторой точке, определяют при помощи часов, которые располагают в той же точке. При этом применяется прямое сравнение, сравниваются длительности процессов, которые текут в одной точке. Измерение длительности сводят к фиксации начала и окончания рассматриваемого процесса на шкале процесса, который принимают за эталонный. При этом говорят как о фиксации показаний часов в момент начала и окончания процесса, и это не имеет отношения к фактическому месту нахождения часов (процесса) в точке рассмотрения.
Синхронизация часов и изучения законов распространения физических сигналов развивались параллельно, при этом происходили взаимные уточнения и дополнения. Синхронизацию проводят при помощи сигналов, которые распространяются с конечной скоростью. Этот метод использует определение постоянной скорости: если из точки, в которой часы показывают t0, исходит сигнал, перемещающийся со скоростью v=const, то тогда, когда сигнал придет в точку на расстоянии s, часы в этой точке должны показать время:
Такая синхронизация согласуется с синхронизацией с использованием световых сигналов. Тогда часы синхронизируются по формуле:
где c=299792,4562 км/с – скорость света, которая не зависит от скорости источника и приемника по всем направлениям пространства одинакова.
Особенности времени как физической величины
Перемещение ($\bar$), равно:
Мгновенная скорость ($\bar
Мгновенное ускорение ($\bar$):
Единицы измерения времени
Основной единицей измерения момента силы в системах СИ и СГС является: [t]=c
Единицы измерения времени основываются на периоде вращения Земли около своей оси и вокруг Солнца, Луни вокруг Земли. Внесистемные единицы измерения времени: час, минута, сутки и т.д.
Примеры решения задач
Задание. Движения двух тел заданы уравнениями: и s1(t)=5t и s2(t)=150-10t. Найдите время встречи.
Решение. В точке встречи s1(t)=s2(t). Приравняем правые части функцийx(t), имеем:
$$5 t=150-10 t \rightarrow 15 t=150 \rightarrow t=10$$
Ответ. t=10 c
Формула времени не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Решение. В условиях задачи задана функция x(t), скорость можно найти как:
Приравняем скорость к нулю, найдем время:
$$4-0,1 t=0 \rightarrow t=\frac<4><0,1>=40(c)$$
Определим, какова зависимость модуля ускорения от времени, для этого возьмем производную по времени от функции v(t) (2.1):
Физика для чайников: что такое время
Попробуйте сходу дать точное определение: что такое время? Мысль вертится вокруг этого понятия, пытается ухватиться, но вот сформулировать однозначное определение сложно. Есть разные концепции и трактовки времени в философии, физике, метрологии.
В классической механике и теории относительности используются совершенно разные концепции времени. В первом случае время характеризует последовательность событий, происходящих в трехмерном пространстве. Во втором рассматривается еще и как четвертая координата.
Что такое время?
Течение времени – совершенно естественное явление. Время идет, все вокруг меняется, происходят разные события. Именно поэтому о времени с точки зрения физики, в первую очередь, стоит говорить в контексте событий.
Если бы вокруг ничего не происходило, понятие времени не имело бы традиционного смысла. Другими словами, без событий времени не существует. Итак:
Время – мера того, как меняется окружающий мир. Время определяет длительность существования объектов, изменение их состояний и процессы, протекающие в них.
В системе СИ время измеряется в секундах и обозначается буквой t.
Как люди измеряли время?
Синодический месяц – время от одного новолуния до другого. За синодический месяц Луна совершает оборот вокруг Земли.
Древним людям ничего не оставалось, как привязать отсчет времени к движению небесных тел и событиям, связанным с ним. А именно – к смене дней, ночей и сезонов года.
В году 4 сезона и 12 месяцев. Именно столько раз за весну, лето, осень и зиму Луна меняет свои фазы.
По мере развития прогресса методы измерения времени совершенствовались, появились солнечные, водяные, песочные, огненные, механические, электронные и, наконец, молекулярные часы.
Часы FOCS 1 Часы FOCS 1 в Швейцарии измеряют время с погрешностью хода около одной секунды за 30 миллионов лет. Это очень точные часы, но через 30 миллионов лет их все же придется «подвести».
Почему в часе 60 минут, в минуте – 60 секунд, а в сутках – 24 часа?
Сразу оговоримся, что изложенное ниже во многом является личными предположениями автора, сделанными на основе исторических сведений. Если у наших читателей появятся уточнения или вопросы, мы будем рады видеть их в обсуждениях.
Древним народам нужна была какая-то основа, чтобы строить свои системы счисления. В Вавилоне за такую основу было взято число 60.
Именно благодаря шестидесятеричной системе счисления, придуманной шумерами и позже распространившейся в Древнем Вавилоне, окружность содержит 360 градусов, градус – 60 минут, а минута – 60 секунд.
Год можно представить в виде окружности, содержащей 360 градусов. Возможно, число 360 в данном контексте взялось оттого, что в году 365 дней, и эту цифру просто округлили до 360.
Когда-то самой короткой единицей измерения времени был час. Древние вавилоняне были сильными математиками и решили ввести меньшие единицы времени, используя свое любимое число 60. Поэтому, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд.
Но почему день делится на 12 часов? За это нужно сказать спасибо древним египтянам и их двенадцатиричной системе. День и ночь делились на 12 раных частей, считаясь разными царствами бытия. Скорее всего, первоначально использование числа 12 связано с количеством оборотов Луны вокруг Земли за год.
Самая большая единица измерения времени
Самая большая единица измерения времени – кальпа. Кальпа является понятием из индуизма и буддизма. Она равняется примерно 4,32 миллиардам лет, что совпадает с возрастом Земли с точностью до 5%.
Как в голову древним индуистам пришли такие цифры? Ответа на этот вопрос мы не знаем, но вся система как будто говорит нам, что тогда люди знали о Вселенной немного больше, чем мы.
Представление о времени
Кальпу в индуизме еще называют «днем Брахмы». День сменяется ночью, равной ему по продолжительности. 30 дней и ночей составляют месяц, а год состоит из 12 месяцев. Вся жизнь Брахмы – 100 лет, по прошествии которых мир погибает вместе с ним.
Если перевести сто лет Брахмы в наши традиционные годы, получится 311 триллионов и 40 миллиардов лет! Нынешнему Брахме 51 год.
Кальпа – самая большая единица измерения времени согласно книге рекордов Гиннеса.
Первые часы
Сначала было достаточно палочки, на которой каменным топором можно делать зарубки и тем самым отсчитывать прошедшие дни. Но это скорее был календарь, а не часы.
Первые и самые древние часы – солнечные. Их действие основано на изменении длины тени предметов по мере того, как солнце движется по небосводу. Такие часы представляли собой гномон – длинный шест, воткнутый в землю. Солнечные часы применялись в Древнем Египте и Китае. О них было доподлинно известно уже в 1200 году до нашей эры.
Солнечные часы в Китае
Затем появились водяные, песочные и огненные часы. Работа этих механизмов не была привязана к движению небесных светил. Долгое время водяные часы были главным инструментом для измерения времени.
Первые механические часы были изготовлены китайскими мастерами в 725 году нашей эры. Однако широкое распространение они получили относительно недавно.
В средневековой Европе механические часы устанавливались в башнях соборов и имели только одну стрелку – часовую. Карманные часы появились только в 1675 году (изобретение запатентовал Гюйгенс), а наручные – намного позже.
Первые наручные часы были исключительно женским аксессуаром. Они представляли собой богато украшенные изделия, точность хода которых отличалась огромными погрешностями. У уважающего себя мужчины не могло быть и мысли о том, чтобы носить наручные часы.
Современные часы
Сейчас механические или электронные часы есть у каждого. Они измеряют время с относительно небольшими погрешностями. Однако самыми точными часами в мире являются атомные часы. Их еще называют молекулярными или квантовыми.
Как мы помним, для определения единицы времени необходим какой-то периодический процесс. Когда-то самой короткой единицей был день. То есть единица измерения время была привязана к периодичности восхода и заката солнца. Потом минимальной единицей стал час, и так далее.
С 1967 года, согласно международной системе СИ, определение одной секунды привязано к периоду электромагнитного излучения, возникающего при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133. А именно: одна секунда равна 9 192 631 770 таким периодам.
Время в физике
На данный момент не существует определенной и единой концепции определения времени в физике.
В классической механике время считается непрерывной, априорной и ничем не определяемой характеристикой мира.
Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий. В классической физике время инвариантно относительно любой системы отсчета. То есть во всех системах события происходят одновременно.
Как найти время в физике? Простейшая формула, определяющая связь между пройденным путем, скоростью и временем, известна каждому школьнику и имеет вид:
Более подробно об основах классической механики читайте в нашей отдельной статье.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Термодинамика говорит, что время необратимо. Необратимо по причине возрастания энтропии замкнутой системы. Кстати, в нашем тематическом материале читайте о том, что такое энтропия.
Но самое интересное начинается в релятивистской физике. Приведем цитату Стивена Хокинга, физика, написавшего краткую историю времени.
Нам приходится принять, что время не отделено полностью от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует единый объект, который называется пространством-временем
Также в релятивистской физике время перестает быть инвариантом и можно говорить об относительности времени. Другими словами, ход времени зависит от движения системы отсчета.
Это так называемое релятивистское замедление времени. Если часы находятся в неподвижной системе отсчета, то в движущемся теле все процессы происходят медленнее, чем в неподвижном. Именно поэтому космонавт, путешествующий в космосе на супер скоростном корабле, практически не постареет по сравнению со своим братом близнецом, оставшимся на Земле.
Релятивистское замедление времени
Помимо релятивистского существует гравитационное замедление времени. Что это такое? Гравитационное замедление времени – изменение хода часов в гравитационном поле. Чем сильнее поле гравитации, тем сильнее замедление.
Вспомним о том, что секунда – это время, за которое атом изотопа цезия совершает 9 192 631 770 квантовых переходов. В зависимости от того, где находится атом (на земле, в космосе, вдали от любого объекта или у черной дыры) секунда будет иметь разные значения.
Поэтому и время процессов, связанных с данной системой отсчета, будет отличаться. Так, для наблюдателя у горизонта событий Шварцшильдовской черной дыры время практически остановится, а для наблюдателя на Земле все произойдет почти мгновенно.
Людей всегда волновала тема путешествий во времени. Предлагаем вам посмотреть научно-популярный фильм на эту тему и напоминаем, что если у вас совершенно нет времени на учебные дела, наш студенческий сервис всегда поможет справится с актуальными задачами и проблемами.
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
Все формулы по физике за 7 класс
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Шпаргалки по физике за 7 класс
В рамках одной статьи сложно охватить весь курс по физике, но мы осветили основные темы за 7 класс и этого достаточно, чтобы освежить знания в памяти. Скачайте и распечатайте обе шпаргалки — одна из них (подробная) пригодится для вдумчивой подготовки к ОГЭ и ЕГЭ, а вторая (краткая) послужит для решения задач.
Для тех, кто находится на домашнем обучении или вынужден самостоятельно изучать материал ввиду пропусков по болезни, рекомендуем также учебник по физике А. В. Перышкина с формулами за 7 класс и легкими, доступными пояснениями по всем темам. Он был написан несколько десятилетий назад, но до сих пор очень популярен и востребован.
Измерение физических величин
Измерением называют определение с помощью инструментов и технических средств числового значения физической величины.
Результат измерения сравнивают с неким эталоном, принятым за единицу. В итоге значением физической величины считается полученное число с указанием единиц измерения.
В курсе по физике за 7 класс изучают правила измерений с использованием приборов со шкалой. Если цена деления шкалы неизвестна, узнать ее можно с помощью следующей формулы:
ЦД = (max − min) / n, где ЦД — цена деления, max — максимальное значение шкалы, min — минимальное значение шкалы, n — количество делений между ними.
Вместо максимального и минимального можно взять любые другие значения шкалы, числовое выражение которых нам известно.
Выделяют прямое и косвенное измерение:
при прямом измерении результат можно увидеть непосредственно на шкале инструмента;
при косвенном измерении значение величины вычисляется через другую величину (например, среднюю скорость определяют на основе нескольких замеров скорости).
Для удобства и стандартизации измерений в 1963 году была принята Международная система единиц СИ. Она регламентирует, какие единицы измерения считать основными и использовать для формул. Обозначения этих единиц также учат в программе по физике за 7 класс.
Механическое движение: формулы за 7 класс
Механическое движение — перемещение тела в пространстве, в результате которого оно меняет свое положение относительно других тел. Закономерности такого движения изучают в рамках механики и конкретно ее раздела — кинематики.
Для того, чтобы описать движение, требуется тело отсчета, система координат, а также инструмент для измерения времени. Это составляющие системы отсчета.
Изучение механического движения в курсе по физике за 7 класс включает следующие термины:
Перемещение тела — вектор, проведенный из начальной точки в конечную.
Траектория движения — мысленная линия, вдоль которой перемещается тело.
Путь — длина траектории тела от начальной до конечной точки.
Скорость — быстрота перемещения тела или отношение пройденного им пути ко времени прохождения.
Ускорение — быстрота изменения скорости, с которой движется тело.
Равномерное прямолинейное движение означает, что тело движется вдоль прямой с одинаковой скоростью. В таком случае перемещение тела и его путь будут равны.
Формула скорости равномерного прямолинейного движения:
V = S / t, где S — путь тела, t — время, за которое этот путь пройден.
Формула скорости равномерного криволинейного движения:
где S1 и S2 — отрезки пути, а t1 и t2 — время, за которое был пройден каждый из них.
Единица измерения скорости в СИ: метр в секунду (м/с).
Формула скорости равноускоренного движения:
V = V0 + at, где V0— начальная скорость, а — ускорение.
Сила тяжести, вес, масса, плотность
Формулы, понятия и определения, описывающие эти физические характеристики, изучают в 7 классе в рамках такого раздела физики, как динамика.
Вес тела или вещества — это векторная величина, которая характеризует, с какой силой оно действует на горизонтальную поверхность или вертикальный подвес. Не следует путать эту величину с массой, которая является скалярной величиной.
Вес тела измеряется в ньютонах, масса тела — в граммах и килограммах.
Формула веса:
P = mg, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения.
Ускорение свободного падения возникает под действием силы тяжести, которой подвержены все находящиеся на нашей планете тела.
g = 9,806 65 м/с 2 или 9,8 Н/кг
Если тело находится в покое или в прямолинейном равномерном движении, его вес равен силе тяжести.
Но эти понятия нельзя отождествлять: сила тяжести действует на тело ввиду наличия гравитации, в то время как вес — это сила, с которой само тело действует на поверхность.
Формула плотности:
ρ = m / V, где m — масса тела или вещества, V — занимаемый объем.
Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Механический рычаг, момент силы
О механическом рычаге говорил еще Архимед, когда обещал перевернуть Землю, если только найдется подходящая точка опоры. Это простой механизм, который помогает поднимать грузы, закрепленные на одном его конце, прилагая силу к другому концу. При этом вес груза намного превосходит прилагаемое усилие. В 7 классе физические формулы, описывающие этот процесс, изучаются в том же разделе динамики.
Рычаг — это некое твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной точки опоры, на один конец которого действует сила, а на другом находится груз.
Перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы, называется плечом силы.
Рычаг находится в равновесии, если произведение силы на плечо с одной его стороны равно произведению силы на плечо с другой стороны.
Уравнение равновесия рычага:
Из этого следует, что рычаг уравновешен, когда модули приложенных к его концам сил обратно пропорциональны плечам этих сил.
Момент силы — это векторная величина, числовую характеристику которой можно описать как произведение модуля силы на плечо.
M = F × l, где F — модуль силы, l — длина плеча.
Единица измерения момента силы в СИ: ньютон-метр (Н·м).
Эта формула верна, если сила приложена перпендикулярно оси рычага. Если же она прилагается под углом, такой случай выходит за рамки курса физики за 7 класс и подробно изучается в 9 классе.
Правило моментов: рычаг уравновешен, если сумма всех моментов сил, которые поворачивают его по часовой стрелке, равна сумме всех моментов сил, которые поворачивают его в обратном направлении.
Можно сказать иначе: рычаг в равновесии, если сумма моментов всех приложенных к нему сил относительно любой оси равна нулю.
Давление, сила давления
Прилагая одну и ту же силу к предмету, можно получить разный результат в зависимости от того, на какую площадь эта сила распределена. Объясняют этот феномен в программе 7 класса физические термины «давление» и «сила давления».
Давление — это величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, к площади этой поверхности.
Сила давления направлена перпендикулярно поверхности.
Формула давления:
p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.
Единица измерения давления в СИ: паскаль (Па).
Понятно, что при одной и той же силе воздействия более высокое давление испытает та поверхность, площадь которой меньше.
Формулу для расчета силы давления вывести несложно:
В задачах по физике за 7 класс сила давления, как правило, равна весу тела.
Давление газов и жидкостей
Жидкости и газы, заполняющие сосуд, давят на его стенки. Это давление зависит от высоты столба данного вещества и от его плотности.
Формула гидростатического давления:
р = ρ × g × h, где ρ — плотность вещества, g — сила тяжести, h — высота столба.
Единица измерения давления жидкости или газа в СИ: паскаль (Па).
Однородная жидкость или газ давит на стенки сосуда равномерно, поскольку это давление создают хаотично движущиеся молекулы. И внешнее давление, оказываемое на вещество, тоже равномерно распределяется по всему его объему.
Закон Паскаля: давление, производимое на поверхность жидкого или газообразного вещества, одинаково передается в любую его точку независимо от направления.
Внешнее давление, оказываемое на жидкость или газ, рассчитывается по формуле:
p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.
Сообщающиеся сосуды
Сообщающимися называются сосуды, которые имеют общее дно либо соединены трубкой. Уровень однородной жидкости в таких сосудах всегда одинаков, независимо от их формы и сечения.
p — плотность жидкости,
h — высота столба жидкости,
Если жидкость в сообщающихся сосудах неоднородна, т. е. имеет разную плотность, высота столба в сосуде с более плотной жидкостью будет пропорционально меньше.
Высоты столбов жидкостей с разной плотностью обратно пропорциональны плотностям.
Гидравлический пресс — это механизм, созданный на основе сообщающихся сосудов разных сечений, заполненных однородной жидкостью. Такое устройство позволяет получить выигрыш в силе для оказания статического давления на детали (сжатия, зажимания и т. д.).
Если под поршнем 1 образуется давление p1 = f1/s1, а под поршнем 2 будет давление p2 = f2/s2, то, согласно закону Паскаля, p1 = p2
Силы, действующие на поршни гидравлического пресса F1 и F2, прямо пропорциональны площадям этих поршней S1 и S2.
Другими словами, сила поршня 1 больше силы поршня 2 во столько раз, во сколько его площадь больше площади поршня 2. Это позволяет уравновесить в гидравлической машине с помощью малой силы многократно бóльшую силу.
Закон Архимеда
Сила выталкивания тела, погруженного в жидкость или газ, равна весу данной жидкости или газа в таком же объеме, как у этого тела.
Формула архимедовой силы:
Закон Архимеда помогает рассчитать, как поведет себя тело при погружении в среды разной плотности. Верны следующие утверждения:
если плотность тела выше плотности среды, оно уйдет на дно;
если плотность тела ниже, оно всплывет на поверхность.
Другими словами, тело поднимется на поверхность, если архимедова сила больше силы тяжести.
Работа, энергия, мощность
Механическая работа — это скалярная величина, которая равна произведению перемещения тела на модуль силы, под действием которой было выполнено перемещение. Подразумевается, что перемещение произошло в том же направлении, в котором действует сила.
Формула работы в курсе физики за 7 класс:
A = F × S, где F — действующая сила, S — пройденный телом путь.
Единица измерения работы в СИ: джоуль (Дж).
Такое понятие, как мощность, описывает скорость выполнения механической работы. Оно говорит о том, какая работа была совершена в единицу времени.
Мощность — это скалярная величина, равная отношению работы к временному промежутку, потребовавшемуся для ее выполнения.
Формула мощности:
N = A / t, где A — работа, t — время ее совершения.
Также мощность можно вычислить, зная силу, воздействующую на тело, и среднюю скорость перемещения этого тела.
N = F × v, где F — сила, v — средняя скорость тела.
Единица измерения мощности в СИ: ватт (Вт).
Тело может совершить какую-либо работу, если оно обладает энергией — кинетической и/или потенциальной.
Кинетической называют энергию движения тела. Она говорит о том, какую работу нужно совершить, чтобы придать телу определенную скорость.
Потенциальной называется энергия взаимодействия тела с другими телами или взаимодействия между частями одного целого. Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей, характеризует, какую работу должна совершить сила тяжести, чтобы опустить это тело снова на нулевой уровень.
Таблица с формулами по физике за 7 класс для вычисления кинетической и потенциальной энергии:
Кинетическая энергия
Пропорциональна массе тела и квадрату его скорости.
Потенциальная энергия
Равна произведению массы тела, поднятого над Землей, на ускорение свободного падения и высоту поднимания.
Полная механическая энергия
Складывается из кинетической и потенциальной энергии.
Сохранение и превращение энергии
Если механическая энергия не переходит в другие формы, то сумма потенциальной энергии и кинетической представляет собой константу.
Для того, чтобы понять, какая часть совершенной работы была полезной, вычисляют коэффициент полезного действия или КПД. С его помощью определяется эффективность различных механизмов, инструментов и т. д.
Коэффициент полезного действия (КПД) отражает полезную часть выполненной работы. Также его можно выразить через отношение полезно использованной энергии к общему количеству полученной энергии.
Формула для расчета КПД:
где Ап— полезная работа, Аз— затраченная работа.
КПД выражается в процентах и составляет всегда меньше 100%, поскольку часть энергии затрачивается на трение, повышение температуры воздуха и окружающих тел, преодоление силы тяжести и т. д.
