Svijet fizike

''Matematičari pripravljaju apstraktno zaključivanje, a u fizici se mora razumjeti veza između riječi i realnog svijeta'' (Feyman)

30.01.2010.

Brzina zvuka

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:

 

K = \gamma \cdot pc = \sqrt{\gamma \cdot {p \over \rho}}

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 :

 

c_{\mathrm{fluid}} = \sqrt {\frac{K}{\rho}}

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 ).

 

28.01.2010.

...nastavak...

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.



28.01.2010.

Zvucni izvori

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.

 





27.01.2010.

Zvuk

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.

22.01.2010.

Maxwellova teorija

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.




22.01.2010.

Odbijanje i prelamanje talasa

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.

 

22.01.2010.

Stojeci talasi

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.

22.01.2010.

Elektromagnetni talasi

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.



22.01.2010.

Talasi

U homogenoj sredini talasi se sire u obliku sfera u svim pravcima, kao sferni talasi.

Mjesta do kojih je stigao talas i gdje cestice osciluju na isti nacin i po elongaciji i po smjeru, tj. u istoj su fazi oscilovanja cine talasni front koji moze biti sferican ili ravan zavisno od izvora talasa. Pravci normalni na talasni front predstavljaju pravac sirenja talasa.

Po nacinu oscilovanja cestica sredine u odnosu na pravac prostiranja talasa, oni mogu biti poprecni ili uzduzni.

Talasi kod kojih cestice sredine osciluju u pravcima normalnim na pravac prostiranja talasa zovu se poprecni ili transverzalni talasi.

Talasi kod kojih se oscilacije cestica sredine vrse u pravcu prostiranja talasa nazivaju se uzduzni ili longitudinalni talasi.

Talasna duzina je rastojanje izmedju dva najbliza susjedna djelica sredine, duz pravca prostiranja talasa, koji su u istom stanju oscilovanja. Talasna duzina se obiljezava sa λ.

Frekvencija talasa odredjena je frekvencijom kojom osciluju izvor talasa ili bilo koji djelic sredine u kojoj se stvaraju talasi. Obiljezava se sa f.

Brzinu prostiranja talasa odredjuje razdaljina na koju se prenese talasno kretanje u jedinici vremena. Jednaka je proizvodu talasne duzine i frekvenicije oscilovanja:  v = f · λ

 


20.01.2010.

Zatvoreno oscilatorno kolo

Elektricno oscilatorno kolo koje smo upoznali se naziva zatvoreno oscilatorno kolo. Kod takvog polja izmedju ploca kondenzatora nalazi se elektricno polje, dok je magnetno polje unutar solenoida. Ako se ovo oscilatorno kolo otvori, prosiruje se prostor u kojem djeluje njogovo elektricno polje. EL.polje zauzima sve veci prostor daljim razmicanjem ploca. Na kraju kada potpuno razmaknemo ploce dobivamo oscilatorno kolo kao na slici. I tako smo od zatvorenog oscilatornog kola dobili otvoreno oscilatorno kolo.

20.01.2010.

Otvoreno oscilatorno kolo

Elektricno kolo u kome nastaju elektromagnetne oscilacije ( koje predstavljaju pretvaranje energije el.polja u energiju magnetnog polja i obrnuto ) zove se elektricno oscilatorno kolo. Njega sacinjavaju kalem koeficijenta samoindukcije L ( indukcija koju proizvodi magnetno polje zavojnice) i kondenzator kapaciteta C.

Naelektrisanje ovog kondenzatora izaziva oscilovanje kola. Kondenzator se veze za izvor jednosmjerne struje tako da se jedna ploca naelektrise negativno, a druga pozitivno. Tada se izmedju ploca kondenzatora nalazi elektricno polje. 

( slika 1 )

Izvor napona iskljucimo putem prekidaca i zatvorimo LC – kolo. Tada se kondenzator prazni. Kretanje elektrona sa negativne ploce ka pozitivnoj je znak da protice elektricna struja. Kako se struja na zavojnici povecava, tako se napon kondenzatora smanjuje. Kada napon na kondenzatoru bude jednak nuli, tada struja dostize max vrijednost kao i magnetno polje.

( slika 2 )

Struja nastavlja da tece ali se smanjuje postepeno sto dovodi do ponovnog punjenja kondenzatora sve dok se ne naelektrise, ali sada je gornja ploca naelektrisana negativno, a donja pozitivno. ( slika 3 ) Dalje se ovaj proces ponavlja.

Svijet fizike
<< 01/2010 >>
nedponutosricetpetsub
0102
03040506070809
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31