MS PowerPoint, 1,06 Мб

Учите и повторяйте ННЗ по
физике!
Это полезно для вашего
умственного развития
 Это интересно и вызывает вопросы
 Это поможет получить желаемую
оценку в конце семестра

Связь этой лекции с вопросами ННЗ - буклет
4.04. Сила сопротивления, действующая на тело, движущееся в
жидкости или газе
4.15. Движение частицы в электрическом поле
4.16. Движение частицы в магнитном поле
2.12. Второй закон Ньютона
2.13. Третий закон Ньютона
-1
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
Сила сопротивления, действующая на тело, которое
движется в жидкости или газе с малой скоростью
Fc1 =  1v 16.5 
1  l
Сила сопротивления, действующая на тело, которое
движется в жидкости или газе с большой скоростью
Fc2 =   2 v ev (16.6)  2
2
m S
Электромагнитные явления и физика вообще
1
Л.16 Силы в природе
Состояние частицы = радиус-вектор + скорость
(физика макрообъектов)
Изменение состояния частицы – 2-й ЗН
N
ma   Fi (5.2)
i 1
a (t )  r => ax  x, a y  y, az  z (5.5)
2
Силы могут зависеть от радиус-вектора,
скорости и времени
Силы, зависящие только от координат –
потенциальные (консервативные). ПЕ - да
Fg  r   mg  r  (16.1)
Fe  r   qE  r  (16.2)
FC12
ke q1q2 (r1  r2 )

3
| r1  r2 |
Сила тяжести
(гравитации)
Электрическая
сила
16.3
Кулоновская сила
(Coulomb force)
3
Силы, зависящие от скорости и
направленные противоположно ей –
диссипативные. ПЕ – нет. Работа<0.
Fтс =   Fp ev 16.4
Fc1 =  1v 16.5 
Сила трения
скольжения
Сила вязкого трения
(малые скорости)
Fc2 =   2 v ev (16.6)
2
1  l
2
m S
Сила
сопротивления
давления
(большие
скорости)
4
 ml v
 m lv
Re 
=
(16.7)
 lv

2
2
В жидкости и газе:
малые скорости –
большие скорости –
число Рейнольдса
Обтекание цилиндра (O.Reynolds, UK)
CD 
F
1
2
 m Dlv
2
0
Три вещи для запоминания прямо сейчас
Сила сопротивления, действующая на тело, которое
движется в жидкости или газе с малой скоростью
Fc1 =  1v 16.5 
1  l
Сила сопротивления, действующая на тело, которое
движется в жидкости или газе с большой скоростью
Fc2 =   2 v ev (16.6)  2
2
m S
5
Обтекание
цилиндра
вязкой
жидкостью
Ламинарное
течение
Слабая
турбулентность
Периодическое турбулентное течение
Турбулентный след
Силы, зависящие от скорости и направленные
«вбок» – гироскопические. ПЕ – нет. Работа=0.
FЛ  q  v B  (5.20)
Сила Лоренца
dFA  I  dl B  (5.21)
aТН  aТИ  2[vТН ] (15.3)
Сила Ампера
Ускорение
Кориолиса
(G.Coriolis)
Неинерциальные
СО
6
7
Гиросилы искривляют
траекторию
(поворачивают
скорость). Магнетрон
– генератор мощного
сантиметрового ЭМИ.
Применения?
Микроволновая
печь – не
включайте пустую!
Радар – жареные
птицы и больные
сотрудники
Гиросилы искривляют траекторию (поворачивают
скорость). Эффект Холла (E.H.Hall, 1879, Au)
Электроны в
датчике Холла
отклоняются к
верхней грани, и
она заряжается
отрицательно
А если бы
двигались +
частицы?
Можно
определить знак
заряда у носителя
тока!
8
9
Эффект Холла - теория
d
+
+
+
+
+
B
X
E
I
eBu  eE (16.8)
Условие равновесия –
носитель не отклоняется
-
N
jq  | qi |ni bi E (14.4)
i 1
ui  bi E (14.5)
dI  jdS (8.4)
I  enuS (16.9)
Эффект Холла - теория
u  bE (14.5)
d
+
+
+
+
+
B
I
X
I  enuS (5.23)
-
S  h  d (16.10)
eU H
eBI

(16.11)
enhd
d
E
d
+
+
+
I
X
B
E
eBu  eE (5.22)
10
-
h
BI
UH 
(16.12)
enh
Можно измерять концентрацию
носителей тока!
11
Эффект Холла - применения
Бесконтактный датчик тока – по магнитному полю
Аналоговое умножение (выходной сигнал
пропорционален произведению В и I)
Электронное зажигание для ДВС
(вращающийся магнит + постоянный ток
=> импульсы напряжения)
Электронная регулировка впрыска
топлива в ДВС (бесконтактное
преобразование механического
вращения в импульсы
электрического напряжения –
клапаны управляются катушками)
0
Три вещи для запоминания прямо сейчас
Сила сопротивления, действующая на тело, которое
движется в жидкости или газе с малой скоростью
Fc1 =  1v 16.5 
1  l
Сила сопротивления, действующая на тело, которое
движется в жидкости или газе с большой скоростью
Fc2 =   2 v ev (16.6)  2
2
m S
Основная задача механики частицы: найти
зависимость от времени скорости и координат, если
известны силы и начальные условия
d r t 
2
m
dt
2
N
  Fi  r , v,t  (16.13)
i 1
Обыкновенное дифференциальное уравнение второго
порядка. Решение – численное, компьютеры
В простых частных случаях - аналитически
12
Пример решения основной задачи механики для
сил, зависящих только от времени
m
d 2r t 
dt
2
 Fm cos   t  (16.14)
d v t 
Начальные
условия
Fm
 cos   t  (16.15)
dt
m
dr
v=
dt
Fm
d v  cos   t  d t (16.16)
m
Разделение
переменных
Fm
 d v  m  cos   t  d t (16.17)
13
r0 , v 0
Пример решения основной задачи механики для
сил, зависящих только от времени
Fm
v
sin   t  +C v (16.18)
m
v0  0+Cv (16.19)
Проинтегрировали
Подставили Н.У.
для скорости
Fm
v t  
sin   t  +v0 (16.19)
m
d r Fm

sin   t  +v0 (16.20)
d t m
dr
v=
dt
14
Пример решения основной задачи механики для
сил, зависящих только от времени
Fm
dr
sin   t  d t +v 0 d t (16.21)
m
Fm
r   2 cos   t  +v0t  Cr (16.22)
m
Fm
r0   2 +Cr (16.23)
m
Fm
Cr  r0 
(16.24)
2
m
15
Разделение
переменных
Проинтегрировали
Подставили Н.У.
для координат
Пример решения основной задачи механики для
сил, зависящих только от времени
Fm
r
1  cos   t  +v0t  r0 (16.25)
2
m
Fm
v t  
sin   t  +v0 (16.19)
m
Вот полное
решение основной
задачи механики
16