Krótki przewodnik po fizyce

Wzory z głównych działów

Dynamika

dział mechaniki, który bada ruch ciał pod wpływem działania sił. W przeciwieństwie do kinematyki, dynamika odpowiada na pytanie: dlaczego ciało się porusza, czyli bada przyczyny zmian ruchu – siły, przyspieszenia, masę.

1. Prawa Newtona

Pierwsze Prawo Newtona (Zasada bezwładności):

Wzór na Pierwsze Prawo Newtona

F=0a=0
Co oznacza ten wzór?

Pierwsze prawo Newtona mówi: jeśli na ciało nie działają żadne siły lub ich wypadkowa jest równa zero, to ciało zachowuje swój stan spoczynku lub jednostajnego ruchu prostoliniowego.

Drugie Prawo Newtona (Siła i przyspieszenie):

Wzór na Drugie Prawo Newtona: przyspieszenie ciała jest wprost proporcjonalne do działającej siły i odwrotnie proporcjonalne do masy

a=Fm
Co oznacza ten wzór?

Ten wzór opisuje, jak siła działająca na ciało powoduje jego przyspieszenie. Jest to podstawowe prawo dynamiki.

Trzecie Prawo Newtona (Akcja i reakcja):

Wzór na Trzecie Prawo Newtona

F1 = F2
Co oznacza ten wzór?

Jeśli jedno ciało działa na drugie, to drugie działa na pierwsze siłą równą co do wartości i przeciwnie skierowaną. Prawo wzajemnego oddziaływania.

2. Pęd i jego zachowanie

Zasada zachowania pędu (w układzie zamkniętym):

Wzór na zasadę zachowania pędu

p1+p2 = p1+ p2
Co oznacza ten wzór?

W układzie zamkniętym całkowity pęd jest zachowany: przed i po oddziaływaniu. Apostrof oznacza "po". To prawo działa od atomów po statki kosmiczne.

Impuls siły (zmiana pędu):

Wzór na impuls podczas oddziaływania ciała w układzie zamkniętym

F·Δt=Δ(m·v)
Co oznacza ten wzór?

Siła działająca przez pewien czas zmienia pęd ciała. Jest to szczególnie ważne w krótkich, ale silnych oddziaływaniach — uderzenie, strzał, hamowanie.

Pęd ciała (ilość ruchu):

Wzór na pęd ciała

p=m·v
Co oznacza ten wzór?

Pęd to ilość ruchu ciała, zależna od jego masy i prędkości. Im bardziej masywny i szybszy obiekt, tym większy jego pęd.

3. Ruch po okręgu

Siła dośrodkowa (ruch w kierunku środka):

Wzór na siłę dośrodkową

F= m·v2 R = m·ω2·R
Co oznacza ten wzór?

Aby ciało poruszało się po okręgu, potrzebna jest siła, która "ciągnie" je do środka. Rośnie ona z masą i prędkością, a maleje wraz ze wzrostem promienia. Używana do opisu satelitów, karuzeli, zakrętów na drogach.

Pierwsza prędkość kosmiczna (ruch orbitalny):

Wzór na pierwszą prędkość kosmiczną

v= G·M R
Co oznacza ten wzór?

Jest to minimalna prędkość, z jaką ciało może poruszać się po orbicie wokół planety bez ciągu silnika. Dla Ziemi wynosi około 7,9 km/s. Wyprowadzona z równości siły dośrodkowej i siły grawitacji.

4. Siły oddziaływania

Prawo powszechnego ciążenia (siła grawitacji):

Wzór na prawo powszechnego ciążenia

F=G· m1·m2 r2
Co oznacza ten wzór?

Siła grawitacyjna między dwoma ciałami zależy od ich mas i odległości między nimi. Jest to uniwersalne prawo działające w całym Wszechświecie.

Ciężar ciała (siła grawitacji na podparciu):

Wzór na ciężar ciała

F=m·g
Co oznacza ten wzór?

Ciężar to siła, z jaką ciało działa na podparcie. Różni się od masy: zależy od grawitacji i jest określony przez m i przyspieszenie g.

Siła tarcia (zależy od podłoża i chropowatości):

Wzór na siłę tarcia

Ffr=μ·N
Co oznacza ten wzór?

Siła tarcia zależy od właściwości powierzchni (μ) i siły, z jaką ciało jest dociskane do powierzchni (N).

Siła sprężystości (Prawo Hooke’a):

Wzór na siłę sprężystości

F=k·Δx
Co oznacza ten wzór?

Prawo Hooke’a: odkształcenie powoduje powstanie siły sprężystości, która dąży do przywrócenia ciału pierwotnego kształtu. Kierunek jest przeciwny do przemieszczenia.

Moment siły (efekt obrotowy):

Wzór na moment siły

M=F·d
Co oznacza ten wzór?

Opisuje „efekt obrotowy” siły. Im większe ramię d, tym łatwiej obrócić ciało tą samą siłą.

Siła reakcji normalnej (odpowiedź podłoża):

Wzór na siłę reakcji normalnej

N=m·g
Co oznacza ten wzór?

Na płaskiej powierzchni siła podparcia jest równa ciężarowi ciała i równoważy siłę grawitacji, działając w górę.

Zasada Archimedesa (siła wyporu):

Wzór na Zasadę Archimedesa

FA=ρ·g·V
Co oznacza ten wzór?

Siła wyporu płynu jest równa ciężarowi wypartego objętości. Działa w górę i pomaga ciałom pływać.

Ciśnienie płynu na głębokości (ciśnienie hydrostatyczne):

Wzór na ciśnienie hydrostatyczne

P=ρ·g·h
Co oznacza ten wzór?

Ciśnienie w płynie wzrasta wraz z głębokością i zależy od gęstości ρ i grawitacji g. Ten wzór jest ważny do obliczania wyporu, gradientów gęstości i ciśnienia na dnie naczyń. Często używany w połączeniu z zasadą Archimedesa.