Da mi je neko na pocetku rekao da cu raditi laboratorijske vjezbe iz fizike samo bih se slatko nasmijala. Sami naziv laboratorijska vjezba je oznacavao nesto prazno, tek da ja radim to je bilo jos gore...ali proslih mjesec dana su mozemo reci bili najzanimljivi casovi fizike koje sam imala do sada a mislim i u buduce. Prvo i ono najvaznije ubacili smo fiziku u praksu, nije vise bilo puko iscitavanje i reproduciranje gradiva vec smo mi bili ti koji su sve pokretali, kao drugo vecinu posla smo sami odradili. Naravno na pocetku je to bio minumum napora jer nismo to shvatali ozbiljno, ali kad smo uvidjeli smisao i sustinu rada vec je bilo drugacije. Za fiziku se od tada pripremalo znatno ranije i profesor je postigao je svoj cilj - MI SMO PRICALI O FIZICI. Bilo je to nebitno je li petak, ili subota, jesmo li na kafi ili na msn...bitno je bilo da se pricalo, racunalo...Bilo je tu naravno i promasaja i smijeha i kao u svakom radu sitnih problema i malih nezgoda kao npr. prosuti vodu i sl. Svaka nova vjezba nosila je sa sobom nesto novo i odredjenu dozu straha. Bio je to onaj pozitivni strah koji imamo prilikom upoznavanja sa necim novim aa narocito sa strujom. Mada, gledajuci to sada, iz ove perspektive, to nije nista strasno, naprotiv moze se reci da su jedne od laksih vjezbi bile bas te sa strujom. Prikljuciti semu je mozda bilo teze ali tu je profeser, nakon toga ocitavnje vrijednosti i na kraju samo racunanje...nista strasno i ako je to struja.
Kazu da je covjek bogatiji kada nauci nesto novo, neku novu rijec. Ja sada sebe smatram bogatijom za novo iskustvo. Sada mogu slobodno reci da znam sta su laboratorijske vjezbe ( vise ne oznacaju nista prazno niti su obican pojam ), da znam sta zahtijevaju i sami princip rada.

Provjerovanje zakona odrzanja mehanicke energije

Mehanicka energija moze da bude kineticka i potencijalna.

Kineticka energija je vid mehanicke energije kojom raspolaze svako tijelo koje se krece. Kao mjera kineticke energije uzima se rad koji je potreban izvrsiti da bi se tijelo zaustavilo.

Potencijalna energija je vid mehanicke energije koja je odredjena medjusobnim rasporedom tijela tj. polozajem. Potencijalna energija u blizini Zemljine povrsine jednaka je radu koji treba izvrsiti da bi se tijelo podiglo na visinu h.

E₁ = (0,02 ± 0,01)J

ε = 50%

E₂ = (0,05 ± 0,02)J

ε = 40%

Odredjivanje pocetne brzine horizontalnog hica

Horizontalni hitac - Kretanje tijela koje nastaje kada se ono baci sa neke visine početnom brzinom u horizontalnom pravcu. Ovo kretanje može se razložiti na dva kretanja : ravnomijerno pravolinijsko duž horizontalnog pravca i ravnomijerno ubrzano duž vertikalnog pravca.

v = (1,75 ± 0,14)m/s

ε = 8 %

Odredjivanje specificne tezine datog tijela

Pribor: dinamometar, casa vode, tijelo obijeseno na konac

Uputa: Tijelo ciju specificnu tezinu trazimo zavezemo za tanki konac i izmjerimo njegovu tezinu u vazduhu, a zatim ga stavimo u casu sa vodom tako da se citavo tijelo potopi u vodi. Ravnoteza na dinamometru se poremeti. Tezina ce biti manja od tezine tijela u vazduhu.

γ = ( 2.45*10³ ± 0,18*10³ ) kg/m³

ε = 7%

Mjerenje duzine sublerom

Subler je mjerilo za razna precizna mjerenja.

Izradjuje se od celika ali i od drveta za mjerenje predmeta vecih dimenzija.

V₁=r²π(h+h1)

V₂=R²πh+ R1²πh1

V=V₂-V₁

V = (174,04π ± 3,31π)

ε = 1%

Odredjivanje indeksa prelamanja svjetlosti

Kada svjetlost prelazi iz jedne opticke sredine u drugu, dolazi do loma svjetlosne zrake. Pri tome vrijedi:

                                 n = sinα / sinβ

gdje je α – upadni ugao, β – prelomni ugao i n – relativni indeks loma dvije sredine.

Relativni indeks loma svjetlosti jednak je odnosu brzina prostiranja svjetlosti u tim sredinama:

                                   n = v₁ / v₂

Apsolutni index loma neke sredine racuna se u odnosu na vakum:

                             n = c / v = sinα / sinβ

n = ( 0,95 ± 0,12 )

ε = 12%

Odredjivanje pocetne brzine djecijeg autica

U zavisnosti od duzine puta kojom raspolazemo zategnemo autic, te ga nakon toga putismo da se krece jednakousporeno od trenutka pustanja do zaustavljanja. Istovremeno kad pustimo autic ukljucimo i stopericu. Nakon sto se autic zaustavi, zaustavimo i vrijeme te izmjerimo predjeni put. Na osnovu tih podataka izracunamo  a i v_o.

a = (0,35 ± 0,07)m/s²

ε = 0,2 * 100% = 20 %

v = (1,31 ± 0,12)m/s

ε = 0,09 * 100% = 9%

Odredjivanje kapacitivnog i induktivnog otpora

a) Mjerenje kapaciteta i odredjivanje kapacitivnog otpora

Frekvencija kondenzatora je 50 Hz.

Kapacitet nepoznatog kondenzatora racunamo: Cx = I / 2πfU

Otpor racunamo: Xc = I / 2πfC

b) Mjerenje induktiviteta i odredjivanje induktivnog otpora

Pribor: voltmetar, ampermetar, otpornik, namot bez zeljeza nepoznatog induktiviteta i spojni vodic

Uputstvo: Za svaki namot nepoznatog induktiviteta treba izvrsiti dva mjerenja: prvo pomocu istosmjerne struje i drugo pomocu izmjenicne struje. Na osnovu mjerenja pomocu istosmjerne struje izracunavamo omski otpor: Rx = U / I

U drugom mjerenju ( izmjenicna struja) dobivamo U i I na osnovu kojih racunamo prividni otpor: Zx = U / I

Nepoznati induktivitet racunamo: ( √Zx₂ – Rx² ) / 2πf

- kolo istosmjerene struje

- kolo izmjenicne struje

- izracunavanje nepoznatih induktiviteta

Provjera Ohmovog zakona

Njemacki fizicar Ohm je u prvoj polovini 19. stoljeca eksperimentalno utvrdio vezu izmedju jacine elektricne struje i napona koji vlada na krajevima provodnika.

Ohmov zakon za dio strujnog kola:

Jacina elektricne struje u provodniku je proporcionalna naponu na njegovim krajevima, a obrnuto proporcionalna njegovom otporu:

 R = U / I   Jedinica za elektricni otpor je om ( Ω )

Izvodjenje ove vjezbe bio je ujedno i moj prvi rad sa strujom. Bilo je lahko doci na cas i  uraditi pripremu ali spojiti semu je bilo nesto teze ali ujedno i zanimljivo. Uz pomoc profesora spojili smo semu i mogli smo poceti sa citanjem vrijednosti. Ostatak posla je bio lahak. Uradile smo tri mjerenja i preostalo je samo izracunati vrijednost i unijeti podatke u tabelu.

 Prilikom mjerenja dobili smo da je aritmeticka srednja vrijednost Rs=104,6

 Drugi dio vjezbe nismo stigle uraditi jer su casovi bili skraceni

Odredjivanje specificnog toplotnog kapaciteta cvrstog tijela pomocu kalorimetra

Kalorimetar je uredaj koji se koristi za kalorimetriju, za izracunavanje potrosnje toplotne energije; znanost mjerenja topline hemijskih reakcija ili fizickih promjena, kao i toplotnog kapaciteta. Rijec kalorimetar dolazi od latinske rijeci calor sto znaci toplina.

Pribor: kalorimetar, uteg mase 50 g, posuda za grijanje vode, grijalica, menzura, termometar

Uputa: Nalijemo u kalorimetar vodu mase m1 i temperature t1( odredimo vrijednosti ). Istovremeno grijemo vodu mase do 100 stepeni C. Uronimo cvrsto tijelo u provrelu vodu, koja dalje vri, tako da u njoj lebdi na objesenoj niti oko 10 min. Tako uteg ima temperaturu 100 stepeni C.  Prenesemo onda tijelo u vodu u kalorimetru. Mijesamo vodu utegom tako dugo dok voda ne postigne najvisu temperaturu. To je temperatura smjese t koju izmjerimo.

m₁ c₁ ( t - t₁ ) = m₂ c₂ ( t₂ – t )

Zakljucak: Prilikom rada i izracunavanja ove vjezbe naucila sam nesto novo. Kao prvo naucila sam sta je to kalorimetar, kako izgleda, za sta sluzi i kako se radi sa kalorimetrom. Drugo, da bi dosla do nekog napredka i samog rjesenja trebam vise da radim kako bi mi neke stvari bile lakse za shvatiti i uraditi.

Nakon uradjene vjezbe vrijednost toplotnog kapaciteta bila je : 0. 855 J/K

Odredjivanje reda velicine molekule ulja
Tvar je gradjena od molekula, a molekuli od dva ili vise atoma koji se medjusobno spajaju jer cine energijski stabilniji sistem.
Ulja su skupina neutralnih, nepolarnih i lipofilnih tekucina koje se ne mijesaju sa vodom.

Pribor: ulje, voda, posuda, pipeta, prah od krede

Uputstvo: U posudu nasuti vode. Nastrugati prah od krede na papir i lagano puhnuti tako da prah prekrije vodu u posudi. Pipetom uzeti odredjenu kolicinu ulja i sipati na mirnu povrsinu vode preko koje se nalazi sloj krede.
Tada nastaje masna povrsina :

S = r² π

Crno tijelo se definira kao tijelo koje apsorbuje svako zracenje koje padne na njegovu povrsinu. Crna tijela ne postoje u prirodi. Emisije spektra crnog tijela prvi je potpuno opisao Max Planck.

Crno tijelo je tijelo koje potpuno apsorubuje sve talasne duzine termickog zracenja na sebi. Takva tijela ne reflektuju svijetlo, pa se pojavljuju crna ako su njihove temperature dovoljno niske. Sva crna tijela na odredjenoj temperaturi emituju toplotno zracenje.

Krajem 19. stoljeca, fizicari su mjerili intenzitete zracenja zagrijanog crnog tijela za razlicite talasne duzine. Uocili su dvije zakonitosti koje su izrazene Wienovim i Stefan - Boltzmanovim zakonom.

Wienoc zakon pomjeranja
Talasna duzina na kojoj je intenzitet zracenja maxsimalan, obrnuto je proporcionalna apsolutnoj temperaturi.

Naime svaki spektar ima maximum intenziteta zracenja, na datoj temperaturi. Taj maximum je na odredjenoj talasnoj duzini. Za vece i manje talasne duzina emisiona moc je manja.

I = σ T⁴

Zagrijano cvrsto tijelo zraci elektromagnetne talase i takvo zracenje se obicno naziva toplotno zracenje.
Kada, na primjer, posmatramo komad zeljeza koje se zagrijava, na odredjenoj teperaturi ono postaje crveno usijano. Daljim zagrijavanjem, postaje jarko-crveno itd. To znaci da tijelo na nizim temperaturama emituje nevidljivo infracrveno zracenje. Na visim temperaturama tijelo pocinje emitovati i vidljivu svjetlost.
Kirchooff je 1859. postavio zakon zracenja koji glasi :
Tijelo koje najvise apsorbuje zracenje najvise ga i emituje.

Tijelo koje na svakoj temperaturi potpuno apsorbuje zracenje svih talasnih duzina naziva se idealno crno tijelo.

Ukupni intenzitet zracenja tijela je:   I = P / S ; gdje je P snaga zracenja, a S povrsina tijela.

Prvi zakon termodinamike je posljedica zakona o očuvanju energije i on govori o tome da uvijek mora biti ispunjen uvjet tačnog omjera između količine topline i rada u bilo kojem procesu, ali ne govori ništa o omjeru odvijanja procesa. Osnovni problem koji se nameće u svim procesima konverzije topline u rad i rada u toplinu je u činjenici da u nekom cikličnom procesu uvijek možemo sav rad prevesti u toplinu, ali svu toplinu ne možemo prevesti u rad.

Drugi zakon termodinamike može se formulirati : Nemoguće je napraviti toplotni stroj koji bi u periodičnom ciklusu svu dovedenu količinu topline pretvorio u mehanički rad. To bi bio perpetum mobile druge vrste.

Kad ne bi važio ovaj princip, brod bi se mogao kretati uzimajući energiju ( toplinu ) iz mora   ( koja je ogromna ). To bi bilo moguće po prvom zakonu termodinamike, ali se protivi drugom, a i iskustvu. Carnot ( Karno ) je prvi spoznao da je za pretvaranje topline u mehanički rad potreban pad temperature, i da se toplina može pretvoriti u rad samo ako postoji prijelaz topline, a za to su potrebna dva spremnika topline različitih temperatura. Ma koliki bio ogroman sadržaj topline mora ili zraka, ta se toplina ne može pretvoriti u rad u toplinskim strojevima, ukoliko nemamo spremnik topline niže temperature. Takvih spremnika nema, jer sva okolina ima jednaku temperaturu. Spremnik niže temperature mogao bi se napraviti umjetnim putem, hlađenjem ispod temperature okoline ( hladnjacima ). Ali taj bi postupak zahtijevao ulaganje mehaničkog rada. Utrošak rada bio bi u najboljem slučaju jednak dobitku na mehaničkom radu iz toplinskog stroja ( u praksi nemoguće ). Iz svega ovoga se vidi da nije moguće sagraditi parobrod čiji bi stroj iskorištavao toplinu mora. Stroj koji bi to vršio bio bi neka vrsta perpetum mobile.

Na kraju možemo zaključiti:

• Toplina sama od sebe prelazi samo s tijela više temperature na tijelo niže temperature.
• Toplina prelazi s tijela niže temperature na tijelo više temperature samo uz naročito djelovanje izvana, tj. samo uz utrošak vanjskog rada.
• Perpetuum mobile druge vrste nije moguć, tj. nije moguće kružnim procesom trajno uzimati toplinu iz jednog spremnika i pretvarati u mehanički rad.

Saznali smo da se mehanički rad može potpuno pretvoriti u toplotu. Međutim iz toplote se može dobiti samo određena količina rada!

Francuski inžinjer Carnot ( Karno ) je 1824 godine uvidio da parna mašina radi zato što se održava razlika temperatura između toplog rezervoara i hladnog rezervoara. Koristan rad se može dobiti samo kad toplota prelazi sa tijela više temperature na tijelo niže temperature.

Carnotov kružni proces sastoji se iz dvije izoterme i dvije adijabate. Iz početnog stanja 1 gas izotermnom ekspanzijom na temperaturi T₁ prelazi u stanje 2, dobijajući iz toplog rezervoara količinu toplote Q₁. Nakon toga gas se šri adijabatski iz stanja 2 u stanje 3. Pri tome se ohladi do temperature T₂ . Sada se gas izotermno sabija i prelazi iz stanja 3 u stanje 4. Na kraju se adijabatskom kompresijom sistem vraća u početno stanje, pri čemu se zagrije do temperature T₁.

Stepen korisnog djelovanja toplotne mašine je odnos dobivenog rada i utrošene toplote,

ή = A / Q₁.

Carnot je dokazao da stepen korisnog djelovanja toplotne mašine zavisi samo od razlike temperature toplog i hladnog rezervoara, a ne i od vrste radne supstance,

ή = ( T₁-T₂ ) / T₁    gdje je T₁ temperatura toplog rezervoara, T₂ temperatura hladnog rezervoara.

Procesi koji se odvijaju bez razmjene toplote sa okolinom nazivaju se adijabatski procesi.
Zahtjev da sistem ne razmjenjuje toplotu sa okolinom oznacavamo izrazom Q = 0. Uvrstavanjem tog uslova u izraz za prvi zakon termodinamike dobivamo:

                                          A = -ΔU

Prvi zakon termodinamike je, ustvari, princip ocuvanja energije. Ovaj zakon je nastao postuliranjem odredjenih stajalista do kojih se doslo na osnovu eksperimentalnih cinjenica, koje vec stoljece i pol nista nije dovelo u sumnju.

U najopcenitijim znacenju prvi zakon termodinamike tvrdi da je cisti protok energije kroz granicu povrsinu sistema jednak promjeni energije samog sistema. Sa stajalista termodinamike dovoljno je razmotriti dvije vrste protoka energije. Jedna vsta protoka energije je izvrseni rad na sistemu ili rad koji vrsi sistem, a druga vrsta je protok topline ili zracenjem ili kondukcijom. Ako sistemu ne dovodimo izvana energiju kazemo da je sistem toplinski izoliran, te se plin moze siriti i vrsiti rad jedino na racun svoje unutrasnje energije. Unutrasnja energija je zbir kineticke energije toplinskog kretanja molekula i potencijalne energije medjumolekularnog djelovanja. U idealnom gasu nema sila medjudjelovanja medju molekulama,  te je unutrasnja energija jednaka zbiru kineticke energije svih molekula.

Unutrasnju energiju tijela mozemo promijeniti na dva nacina : vrsenjem rada nad tijelom i prijenosom topline. Tu cinjenicu mozemo izraziti i ovako:

Unutrasnja energija sistema povecava se obavljanjem rada na sistemu i dovodjenjem topline sistemu, a smanjuje se kad sistem obavlja rad, odnosno kad se toplina odovodi iz sistema:

Ovako napisan zakon o ocuvanju energije naziva se prvi zakon termodinamike. Integriranjem relacije dobivamo:

Posljedice prvog zakona termodinamike

-         U izoliranom sistemu, energija sistema ostaje konstantna. U izoliranom sistemu vrijedi Q =   W, sto znaci da je ΔU = 0.

-         Perpetuum mobile prve vrste je nemoguc. Posmatrajmo jedan sistem u kojem je ostvaren kruzni proces. Tada je U₁ = U₂ i Q = W. Ukupna kolicina topline koja se dovodi sistemu jednaka je radu koji je sistem izvrsio. To znaci da nije moguce konstruisati stroj koji bi radeci u ciklusima izvrsio rad veci od vrijednosti energije utrosene u obliku topline.

Termodinamika istrazuje fizikalne procese koji se desavaju u makroskopskim sistemima tj. tijelima koja su sastavljena od velikog broja cestica ( atoma, molekula, iona itd.). Osobine i stanja tih sistema termodinamika prati izucavanjem relacija koje postoje izmedju topline, rada i energije, tj. razmatra prijenos energije ovisno od fizikalnih osobina materijala koji ucestvuju u tom prijenosu.

Termodinamika se zasniva na dva opca zakona prirode, na prvom i drugom zakonu termodinamike. Na osnovu ova dva zakona moguce je logickim rasudjivanjem povezati mjerljiva svojstva materije, kao sto su koeficijent sirenja, kompresibilnost, specificni i toplotni kapacitet, toplinske transforamcije i dr.

Inzenjeri koriste principe i metode termodinamike prilikom izrade proracuna za parne strojeve i turbine, motore sa unutrasnjim sagorijevanjem, mlazne motore i hladnjake, dok ih hemijski inzenjer koristi u prakticno svakom procesu u kojem dolazi do prijenosa topline ili se javlja problem hemijske ravnoteze.

Termodinamika ne postavlja nikakve hipoteze o strukturi tvari. To je eksperimentalna ili empirijska znanost.

U svim se tijelima cestice neprestano krecu; to kretanje nazivamo toplinskim kretanjem. Zbog tog kretanja cestice posjeduju topolotnu energiju. Nas osjecaj toplijeg i hladnijeg ovisi o kinetickoj energiji cestica tvari s kojom dolazi u dodir. Dovedemo li dva tijela, hladnije i toplije u medjusobni kontakt, cestice s vecom kinetickom energijom u sudarima predaju energiju onima sa manjom energijom. Na taj nacin energija u obliku topline prelazi sa jednog tijela na drugo. Za tijelo koje pri tom gubi energiju kazemo da je toplije, a za ono na koje energija prelazi da je hladnije. Prijelaz topline traje sve dok se ne uspostavi ravnoteza. Molekule koje se brze krecu  u toplijem tijelu predaju svoju energiju molekulama hladnijeg tijela, usporavaju se i toplije tijelo se hladi; molekule hladnijeg tijela ubrzavaju se i tijelo se grije. U termickoj ravnotezi srednja kineticka energija istovrsnog gibanja molekula oba tijela je jednaka. Da bismo odredili stepen zagrijanosti nekog tijela, definiramo temperaturu.

Temperatura je proporcionalna srednjoj kinetickoj energiji cestica tijela.

Izobarski proces(p=const)
Kada je pritisak stalan odnos zapremine V i temperature gasa T je konstantan.



Do ovog zakljucka prvi je dosao Gay-Lussac pa se ova relacija naziva i Gay-Lussacovim zakonom koji glasi:
'' Pritisak stalne količine plina pri stalnoj zapremini je direktno proporcionalan temeperaturi u kelvinima. ''



-graficki prikaz izobarskog procesa
Uocavamo da zapremina gasa, pri stalnom pritisku, linearno raste sa temperaturom.

Izohorski proces (V=const)
Procesi koji se desavaju pri konstantnoj zapremini nazivaju se izohorski procesi.

Ova relacija je poznata kao Charlesov zakon koji glasi:

'' Pri konstantnom pritisku, zapremina date kolicine idealnog gasa se povacava ili smanjuje po istom faktoru kako se temperatura pocevava ili samnjuje. ''

Suštinska razlika između idealnog i realnog gasa je u tome da se kod ideanog gasa molekuli gasa smatraju materijalnim tačkama, odnosno da se njihova veličina zanemaruje. Takođe, zanemaruju se i međumolekulske sile koje na njih djeluju. Svi molekuli idealnog gasa kreću se jednakom brzinom, pri čemu su svi pravci i smjerovi jednako vjerovatni. Sudari ovih molekula su elastični i tokom njih ne dolazi do gubitka energije.

Stanje idealnog gasa opisano je Šarlovim, Bojl-Mariotovim i Gej-Lisakovim zakonom, kao i Klapejronovom jednačinom stanja idealnog gasa.

Idealan gas ne postoji.

Bojl - Mariotov zakon

Proizvod pritiska i zapremine odredjene kolicine gasa na stalnoj temperaturi, ostaje konstantan. Do ovog zakljucka su dosli jos u 17. stoljecu naucnici Boyle i Mariote sto je poznatko kao Bojl - Mariotov zakon.

Gay - Lussacov zakon

Odnos zapremine i apsolutne temperature gasa, na stalnom pritisku je konstantan. Ova relacija je poznata kao Gay - Lussacov zakon.

 Charlesov ( Šarlov ) zakon

Odnos pritiska i apsolutne temperature gasa, pri stalnoj zapremini je konstantan. Ova relacija je poznata kao  Charlesov ( Šarlov ) zakon.

Naravno, kod realnih gasova (svih gasova koji postoje) stvar je drugačija. Njihovi molekuli imaju određenu zapreminu, koja se ne može zanemariti i na njih djeluju mođumolekulske sile koje se, takođe ne mogu zanemariti, prilikom sudara predaju impuls i energiju.

Stanje realnog gasa se najčešće opisuje Van der Valsovom jednačinom.

Van der Vals je otkrio da međumolekulske sile (Van der Valsove sile) uspostavljaju vezu između pritiska, zapremine i temperature gasova i tečnosti.

Odstupanja realnog gasa od idealnog su najviše izražena pri visokim pritiscima i niskim temperaturama.

Sa stanovista molekularno-kineticke teorije, stanje date kolicine gasa odredjeno je sa tri, medjusobno zavisne velicine: zapremina V, pritisak p i temperatura t. Ove tri velicine koje opisuju stanje gasa nazivaju se velicine stanja gasa. Ako se jedna od njih mijenja, na primjer temperatura, onda ce se mijenjati i ostale dvije.

Jednacina koja povezuje sve tri velicine stanja gasa naziva se jednacina stanja idealnog gasa

Vrijednost konstante zavisi od kolicine gasa. Za kolicinu gasa n=1 mol vrijednost konstante iznosi 8, 31 J/molK i naziva se univerzalna gasna konstanta R :

Tako opca jednacina stanja idealnog gasa dobiva oblik pv = RT.

Za proizvoljnu kolicinu gasa n, jednacina ima oblik

Neka je gas zatvoren u neku posudu. Molekuli se haoticno krecu u svim pravcima. Neki molekuli se krecu brze, a neki sporije. Njihovim udaranjem o zidove posude nastaje pritisak gasa. Molekuli se elasticno odbijaju od zidova posude.

Zbog toplinskog kretanja molekula, molekule gasa djeluju na zidove posude u kojoj se nalaze. Molekule gasa udarajuci u zidove posude predaju joj odredjenu kolicinu kretanja; promjena ukupne kolicine kretanja u vremenu odredjuje silu kojom molekule gasa djeluju na povrsinu zida posude. Pritisak gasa jednak je sili koja djeluju na jedinicnu povrsinu.

Gas se sastoji od rijetko rasporedjenih molekula. Zapremina koju zauzumaju molekuli desetak hiljada puta je manja od zapremine gasa. Molekuli gasa se haoticno krecu i medjusobno elasticno sudaraju. Takav model gasa kod kojeg je zapremina molekula zanemarljiva u odnosu na zapreminu gasa i kod kojeg se potupono zanemaruje medjudjelovanje molekula zove se idealan gas. Molekule gasa zamisljamo kao mnostvo potpuno elasticnih kuglica u nesredjenom kretanju.

Model idealnog gasa je baziran na sljedecim pretopostavkama:

-         plin se sastoji od velikog broja molekula koje se krecu haoticno unutar granica sistema koji se istrazuje

-        sudari medju molekulama ili sa granicama sistema ( zidovima ) su savrseno elasticni

-         zapremina samih molekula se moze zanemariti u odnosu na raspolozivu zapreminu sistema

-         srednja kineticka energija molekula je proporcionalna temperaturi gasa

Kada se zvucni izvor ili slusalac ili oboje krecu u odnosu na zrak, visina zvuka koju cuje slusalac nece u opcem slucaju biti ista kao kad bi izvor i slusalac mirovali. Poznat je slucaj naglog pada visine zvuka automobilske sirene kada se susrece ili prolazi pored automobila koji se krece u suprotnom pravcu. Ova pojava se naziva Dopplerov efekat.

Posmatrajmo slucaj kada posmatrac miruje, a izvor zvuka se krece brzinom v. Na slici 1.a izvor zvuka miruje i proizvodi talase frekvencije fo. Do posmatraca u tacki A i tacki B dolazi zvuk frekvencije fo. Na slici 1.b izvor zvuka se krece udesno. Za posmatraca u tacki A ce talasna duzina zvucnog talasa biti smanjena, a za posmatraca u tacki B povecana. To znaci da ce do posmatraca u tacki A, prema kojem se izvor krece, dolaziti zvucni talas vece frekvencije (manje talasne duzine).

-Do istog efekta ce doci i kada izvor miruje, a posmatrac se krece.

Zvcna barijera - kada avion dostigne brzinu zvuka javlja se pojava tzv. zvucnog udara.

Kada avion leti, potiskuje pred sobom vazduh u talasima. Sa povecanjem brzine nastaje i potiskivanje vazdusnih talasa dok se ne stvori zid ili barijera komprimovanog vazduha pred njim. Sa otprilike 1200 km/h avion dostize brzinu zvuka i probija tu barijeru (zid). U tom trenutku snazni pritisak vazdusnog talasa je poremecen i pretvara se u zvucni talas. Prilikom probijanja vazdusnog zida javlja se jak akusticni efekat, slican udaru gorma. To se naziva zvucni udar.

Iz tih razloga se brzina aviona izrazava tzc. Machovim brojem. Machov broj M je odnos brzine aviona i brzine zvuka. Na primjer, kada aviom ima M = 1, onda se krece brzinom zvuka. Kada ima M = 2, onda se krece dva puta brze od zvuka.

Zategnuta metalna zica ili tzv. zvucna viljuska daju slabe tonove. Ali ako se zvucna viljuska udari i stavi na sto tako da njena drska dodiruje povrsinu stola njen ton postaje znatno jaci. Zasto?

- Tijelo koje osciluje zove se oscilator. Sa jednog oscilatora na drugi moze se prenositi energija oscilovanja. Prijenos energije je najveci kada su frekvencije oscilovanja oba oscilatora medjusobno jednake. Ta pojava se naziva rezonancija.

Dvije viljuske potpuno jednake, pricvrscene na drvenim sa jedne strane otvorenim kutijama, postavljene su u blizini, jedna prema drugoj. Pobudimo jednu da zvuci, pa joj brzo uhvatimo krakove da se treperenje zaustavi. Tada cujemo da zvuci druga viljuska. Ona je prinudno postala izvor zvuka pod uticajem energije zvucnih talasa prve viljuske i nastupila je zvucna rezonancija.

Zanimljivost

I nase culo sluha funkcionise na principu rezonancije. U nasem uhu ima oko 10 000 slusnih niti i svaka od njih ima svoju sopstvenu fekvenciju oscilovanja. Sopstvene frekvencije slusnih niti su u intervalu od 16 Hz do 20 000 Hz.

Sireci se vazduhom zvucni talasi dopiru do naseg uha i pobudjuju na oscilovanje sistema slusnih niti koje su uronjene u limfnu tecnost. Svaka slusna nit je rezonator koju pokrece na oscilovanje samo njegova frekvencija. Prema tome, granice naseg cula sluha odredjene su time sto nema slusnih niti koje bi oscilovale izvan tog intervala frekvencija.

Jacina ili intenzitet zvuka odredjuje se srednjom snagom koju talas zvuka prenosi po jedinici povrsine normalne na pravac prostiranja talasa, odnosno kolicina energije koju prenosi talas u jedinici vremena kroz jedinicnu povrsinu normalnu na pravac prostiranja talasa.

                                                                     I = P / S

Prema Weber – Fechnerovom ( Veber – Fehnerovom ) zakonu, psihofizicki zakon, culo sluha osjeca gradaciju jacine zvuka priblizno kao logaritam intenziteta zvuka.

Na osnovu ove zakonitosti ustanovljena je skala nivoa jacine zvuka. Zvucni talas koji jos moze izazvati osjecaj zvuka mora imati minimalnu vrijednost I₀ koja se naziva prag cujnosti i iznosi priblizno 10^-12 W/m², pri frekvenciji 1000 Hz.

Nivo jacine zvuka L, definiran je na sljedeci nacin:

L = k log  ( I / I_o )

gdje je k koeficijent proporcionalnosti. Stavljanjem k = 1 nivo jacine je izazen u belima prema Grahamu Bellu. U praksi se koristi 10 puta manja jedinica koja se naziva decibel, oznaka dB.

Zvuk koji je 10 puta jaci tj, I = 10 Io ima nivo jacine 10 dB. Jcini od 1 W/m² odgovara nivo jacine 120 dB. Pri ovim i vecim intenzitetima, uho prestaje da prima talas kao zvuk, a u uhu se izaziva osjecaj bola ili pritiska, i naziva se prag osjecaja bola. Prag cujnosti i prag osjecaja bola su razliciti za razne frekvencije. Najveca osjetljivost covjekovog uha je u oblasti fekvencije od 3000 – 5000 Hz. U ovom intervalu frekvencije nalazi se minimum praga cujnosti (-5 dB).

Za ostale frekvencije javalja se odstupanje izmedju fizicke i subjektivne jacine zvuka. Iz ovih razloga za subjektivnu jacinu zvuka uvedena je logaritamska skala sa jedincom koja se zove fon. Kod 1000 Hz decibel i fon se priblizno poklapaju.

Brzina zvuka je brzina putovanja zvucnih valova kroz elastični medij, kao što je zrak. Brzina zvuka zavisi od sredine kroz koju zvuk prolazi. Brzina zvuka u suhom zraku na 20° C (68° F) je eksperimentalno odredjena jos u 16. stoljecu, kada je ustanovljeno da iznosi oko 330 m/s.

Ova brojka za zrak (ili bilo koji plin) se povećava sa temperaturom plina, ali je gotovo neovisna od gustoće ili pritiska za određeni plin. Za različite plinove, brzina zvuka ovisna je o srednje molekularnoj masi plina, te u manjoj mjeri na način na koji molekula plina može pohraniti toplinsku energiju iz kompresije.

Brzina zvuka u vazduhu ( i u drugim gasovima ) moze se izracunati prema relaciji:

gdje je: p – pritisak gasa, ρ – gustina gasa, k=14 za vazduh.

Brzina zvuka u cvrstim tijelima ( i tecnostima ) moze se izracunati iz obrasca za brzinu prostiranja longitudinalnih talasa :

gdje je: K – modul elasticnosti ( za tecnosti modul stisljivosti ), ρ – gustina sredine.

Npr. brzina zvuka u vodi je 1450 m/s. U morskoj vodi je veca i iznosi 1550 m/s, sto zavisi od procenta soli i temperature vode. Kroz cvrsta tijela brzina je jos veca. Npr. kroz bakar je 3500 m/s, kroz aluminij 5000 m/s, a kroz staklo 5500 m/s.

Prijenos zvuka moze se ilustrirati pomocu modela >> igracka << koji se sastoji od niza medjusobno povezanih lopti izvora. Zvuk prolazi kroz model skupljanjem i sirenjem opruge, prenosi energiju susjedne lopte, koje prenose energiju na svoje izvore, i tako dalje. Brzina zvuka kroz model ovisi o krutosti opruge ( tvrdje opruge prenose energiju brze ).

Osciliranje zracnih stupova moze se ostvariti u cijevima koje mogu biti otvorene na jednom kraju ili na oba kraja.

Ako je cijev otvorena na jednom kraju, onda ce se uvijek na otvorenom kraju obrazovati tzv. trbuh, a na zatvorenom kraju cvor stojeceg vala. Napomenimo da se u zracnim stupovima mogu obrazovati samo longitudinalni stojeci valovi koji su na crtezu prikazani tackastim crtama.

Svaki mehanicki oscilator koji pravilmo oscilira u opsegu frekvencija zvuka naziva se zvucni izvor. Kao najcesi izvori zvucnih valova susrecu se zategnute zice i zracni stupovi. Zategnute zice osciliraju transverzalnim oscilacijama. Ako se na jednom mjestu zategnute zice izvede transverzalna deformacija, ona ce se prostirati duz zice brzinom v, koja je jednaka korijenu kolicnika F i μ, gdje F sila zatezanja zice, a μ = m/l masa jedinicne duzine zice.

Na ucvrscenim krajevima zice takav val ce se odbiti i krenuti u suprotnom smjeru duz zice. Uslijed interferencije formirat ce se stojeci val.

Pojave koje zapazamo culom sluha spadaju u zvucne pojave.

Tijelo koje proizvodi zvuk naziva se izvor zvuka.

Zvucne pojave proucava nauka o zraku – AKUSTIKA

Zvuk nastaje pri oscilovanju elasticnih tijela.

Tonovi su zvuci koji nastaju pravilnim oscilovanjem tijela, standardnom frkvencijom.

Tonovi frekvencijom ispod 20 Hz spadaju u podrucje infrazvuka, a tonovi frekvencijom iznad 20 kHz spadaju u podrucje ultrazvuka.

Ton koji proizvodi zica je visi, sto je manja gustoca tvari od koje je zica napravljena, sto je vise zategnuta i ukoliko je zica tanja i kraca.

Zvuk se prenosi zvucnim talasima koji mogu nastati samo u prostoru ispunjenom nekom tvari ( cvrsta, tecna ili gasovita sredina ). U praznom prostoru ( vakumu ) ne mogu nastati zvucni talasi.

Zvuk se ne prenosi kroz prazan prostor.

James Clark Maxwell ( skotski matematicar i fizicar, poznat po radovima iz elektrodinamike i kineticke teorije plinova ) je postavio opcu matematicku teoriju elektriciteta i osnovne zakone elektrodinamike prikazao pomocu cetiri jednacine. One su osnova klasicne elektrodinamike i svih proracuna koji se odnose na elektromagnetne talase i njihovo sirenje kroz prostor. Citav se elektromagnetizam moze objasniti pomocu ove cetiri jednacine. One opisuju vezu izmedju elektricnog i magnetnong polja, te vezu ova dva polja i elektricnih naboja.

Kada talasi dospiju do granice dvije sredine dolazi do njihovog odbijanja, koje moze biti jace ili slabije, u sredinu iz koje dolaze.

Odbojni ugao pti odbijanju talasa jednak je upadnom uglu tj, α₁ = α₂

Odbijeni talas siri se nazad istom brzinom pa se ne mijenja ni talasna duzina.

Prelamanje

Kada upadni talas dospije do granicne povrsine i prelazi u novu sredinu u kojoj moze da se siri, dolazi do pojave prelamanja talasa. To je posljedica promjene brzine prostiranja talasa u novoj sredini.

Upadni ugao λ prilikom prelamanja talasa nije jednak uglu prelamanja talasa β. Njihov odnos zavisi od brzine prostiranja talasa u istim sredinama.

Ako talas prelazi u novu sredinu u kojoj je brzina prostiranja veca, tj, v₂ > v₁, onda je ugao prelamanja β veci od upadnog ugla α.

Ako talas prelazi u novu sredinu u kojoj je brzina prostiranja manja, tj, v₂ < v₁, onda je ugao prelamanja β manji od upadnog ugla α.

Kada imamo interferenciju dva ravna vala jednakoh amplituda koji se krecu jedan nasuprot drugog, osiclatorni proces koji pri tome nastaje naziva se stojeci val. U praksi stojeci val nastaje pri odbijanju valova od pregrade.

Nepotnati pojam-interferencija

U nekoj sredini mogu istovremeno da se sire dva ili vise talasa. Pri tome moze doci do njihovog pojacavanja ili slabljenja. Ta pojava se naziva interferencija talasa.

- Da bi doslo do interferencije svjetlosti, svjetlosni talasi moraju biti koherentni, tj. da poticu iz istog izvora.

Proces sirenja promjenljivog elektromagnetnog polja kroz prostor naziva se elektomagnetni talas.

Prema Maxwellovoj teoriji, emitovanje elektromagnetnih talasa nastaje pri ubrzanom kretanju elektriciteta. Na taj nacin emituje se elektomagnetni talas.

Ako se u nekoj tacki prostora stvori promjeniljivo magnetno polje ono ce u susjednoj tacki indukovati vrtlozno elektricno polje koje je takodje promjenljivo. Ono ce indukovati vrtlozno magnetno polje, a ono vrtlozno elektricno polje, itd. Na taj nacin nastaje elektromagnetni talas.

Na slici je prikazan elektromagnetni talas. Promjene jacine elektricnog i magnetnog polja mogu se predstaviti kao promjene vektora E i B. Ti vektori su okomiti na pravac sirenja talasa, sto znaci da su elektromagnetni talasi transverzalni talasi.

- Svjetlost je takodje elektromagnetni talas.