Wykład 07

Fizyka mało znana – Zasady zachowania w fizyce

Zbigniew Osiak (Tekst)

Małgorzata Osiak (Ilustracje)

© Copyright 2014 by

Zbigniew Osiak (text) and Małgorzata Osiak (illustrations)

Wydawnictwo: Self Publishing

e-mail: zbigniew.osiak@gmail.com

Linki do moich publikacji naukowych i popularnonaukowych, e-booków oraz audycji telewizyjnych i radiowych są dostępne w bazie ORCID pod adresem internetowym:

http://orcid.org/0000-0002-5007-306X

Oznaczenia

B – notka biograficzna

C – ciekawostka

D – propozycja wykonania doświadczenia

H – informacja dotycząca historii fizyki

I – adres strony internetowej

K – komentarz

P – przykład

U – uwaga

Wstęp

“Fizyka mało znana – Zasady zachowania w fizyce” zawiera pomocnicze materiały do prowadzonego przeze mnie seminarium dla słuchaczy Uniwersytetu Trzeciego Wieku w Uniwersytecie Wrocławskim.

Szczegółowe informacje dotyczące sygnalizowanych tam zagadnień zainteresowani Czytelnicy znajdą w innych moich eBookach:

• Z. Osiak: Elektryczność. Self Publishing (2011).

• Z. Osiak: Szczególna Teoria Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Ogólna Teoria Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Antygrawitacja. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Giganci Teorii Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Energia w Szczególnej Teorii Względności. SP (2012).

• Z. Osiak: Energy in Special Relativity. Self Publishing (2011).

• Z. Osiak: Ilustrowany Słownik Fizyki. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Zadania Problemowe z Fizyki. Self Publishing (2011).

Fizyka mało znana – Zasady zachowania w fizyce

Zasady zachowania

Zasady zachowania w klasycznej fizyce nierelatywistycznej

Zasada zachowania masy

Masa

Zasada zachowania masy

Równanie bilansu masy

Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)

Michaił Wasiljewicz Łomonosow (1711-1765)

Zasada zachowania energii

Energia

Energia kinetyczna

Gaspard Gustave de Coriolis (1792-1843)

Zasada zachowania energii

Julius Robert von Mayer (1814-1878)

Pierwsza zasada termodynamiki

Zasada zachowania energii mechanicznej

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Wahadło Galileusza

Galileo Galilei [Galileusz] (1564-1642)

Zasady zachowania

• Zasady zachowania → twierdzenia formułujące warunki, w których dane wielkości fizyczne pozostają niezmienne w czasie.

Zasady zachowania w klasycznej fizyce nierelatywistycznej

Zasada zachowania masy

Zasada zachowania energii

Zasada zachowania masy

Masa

Zasada zachowania masy

Równanie bilansu masy

Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)

Michaił Wasiljewicz Łomonosow (1711-1765)

Masa

• Masa (m) → wielkość skalarna mierzona w kilogramach [kg], będąca jednocześnie miarą bezwładności ciała, ilości zawartej w nim materii oraz jego zdolności do oddziaływania grawitacyjnego z innymi ciałami.

Zasada zachowania masy

• Zasada zachowania masy → zasada głosząca, że w układzie niewymieniającym masy z otoczeniem suma mas wszystkich ciał należących do tego układu jest stała.

Równanie bilansu masy

• Równanie bilansu masy → równanie przedstawiające, od czego zależy całkowita zmiana masy danego k-tego składnika (Δmk).

Δimk – zmiana masy k-tego składnika spowodowana przebiegiem reakcji chemicznych wewnątrz układu

Δemk – zmiana masy k-tego składnika spowodowana jego wymianą między układem a otoczeniem

W układach zamkniętych oraz izolowanych całkowita masa wszystkich składników pozostaje stała.

Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)

Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794),francuski fizyk i chemik.

1743 - Urodził się 26 sierpnia w Paryżu.

1789 - Sformułował pierwszą wersję prawa zachowania masy.

1794 - Zmarł 8 maja w Paryżu. Został stracony na gilotynie w wyniku wyroku Trybunału Rewolucyjnego Republiki za to, że był dzierżawcą podatkowym.

• Antoine Lavoisier:

Traité de élémentaire de chimie. 1789.

Podstawowy traktat o chemii.

Michaił Wasiljewicz Łomonosow (1711-1765)

Michaił Wasiljewicz Łomonosow (1711-1765), rosyjski uczony.

1711 - Urodził się 8/19 listopada w Denisówce (później Łomonosowo) pod Chołmogorami koło Archangielska.

- Niezależnie od Lavoisiera sformułował prawo zachowania masy w reakcjach chemicznych.

1765 - Zmarł 4/15 kwietnia w Sankt Petersburgu.

Zasada zachowania energii

Energia

Energia kinetyczna

Gaspard Gustave de Coriolis (1792-1843)

Zasada zachowania energii

Julius Robert von Mayer (1814-1878)

Pierwsza zasada termodynamiki

Zasada zachowania energii mechanicznej

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Wahadło Galileusza

Galileo Galilei [Galileusz] (1564-1642)

Energia

• Energia (E) → wielkość skalarna mierzona w dżulach, charakteryzująca ze względu na ruchy i oddziaływania cząstki obdarzone masą i ładunkiem, pola grawitacyjne, elektromagnetyczne i inne, które już poznaliśmy i które być może zostaną dopiero odkryte.

Energia kinetyczna

• Energia kinetyczna (Ek) → energia cząstki o masie (m), poruszającej się z szybkością (v), mierzona w dżulach [J].

• Energia kinetyczna jest skalarną wielkością względną, jej wartość zależy od przyjętego układu odniesienia.

Gaspard Gustave de Coriolis (1792-1843)

Gaspard Gustave de Coriolis (1792-1843), francuski fizyk i inżynier.

1792 - Urodził się 21 maja w Paryżu.

- Ukończył École Polytechnique.

1816 - Został profesorem w École Polytechnique.

1829 - Podał definicję pracy i energii kinetycznej.

1835 - Odkrył siłę bezwładności działającą na poruszający się punkt w obracającym się układzie odniesienia – siła Coriolisa.

1836 - Został członkiem Paryskiej Akademii Nauk.

1843 - Zmarł 19 września w Paryżu.

• G. G. Coriolis:

Du calcul de l’effet des machines, ou Considérations sur l’emploi des moteurs et sur leur évaluation : pour servir d’introduction a l’étude spéciale des machines. 1829.

O rachowaniu wydajności maszyn.

Zasada zachowania energii

• Zasada zachowania energii → zasada stwierdzająca, że w danym układzie odizolowanym od wszelkich wpływów zewnętrznych suma wszystkich form energii jest wielkością stałą.

•

H Zasadę zachowania energii sformułował Julius Robert von Mayer w 1845.

K Ta informacja może szokować, ale pojęcie energii pojawiło się w fizyce stosunkowo późno. Można tylko podziwiać intuicję Mayera, który jako lekarz okrętowy, podczas rejsu w tropiki, na podstawie obserwacji zmniejszonej różnicy w kolorze krwi żylnej i tętniczej, leczonych przez niego marynarzy, sformułował fundamentalne prawo fizyki.

Julius Robert von Mayer (1814-1878)

Julius Robert von Mayer (1814-1878), niemiecki lekarz i fizyk.

1814 - Urodził się 25 listopada w Heilbronn.

1878 - Zmarł 20 marca na tuberkulozę.

Ciekawostki

• Praca Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel (Ruch organiczny w związku z przemianą materii), w której sformułował zasadę zachowania energii oraz podał wartość mechanicznego równoważnika ciepła, została wydana w 1845 w formie broszury na koszt autora.

Pierwsza zasada termodynamiki

• Pierwsza zasada termodynamiki → podstawowa zasada termodynamiki, formułowana w postaci równania bilansu energii wewnętrznej.

ΔU – całkowita zmiana energii wewnętrznej

ΔiU – zmiana energii wewnętrznej spowodowana przebiegiem procesów wewnątrz układu

ΔeU – zmiana energii wewnętrznej spowodowana wymianą masy i energii między układem a otoczeniem

Zasada zachowania energii mechanicznej

• Zasada zachowania energii mechanicznej → zasada głosząca, że jeżeli jedynymi siłami działającymi między ciałami układu są siły grawitacyjne, to energia mechaniczna tych ciał pozostaje stała.

P Suma energii potencjalnej i kinetycznej ruchów postępowego oraz obrotowego koła Maxwella jest stała.

C Odmianą koła Maxwella jest znana zabawka zwana jojo.

James Clerk Maxwell (1831-1879)

James Clerk Maxwell (1831-1879), szkocki fizyk teoretyk.

1831 - Urodził się 13 czerwca w Edynburgu.

1847/1850 - Studiował fizykę na uniwersytecie w Edynburgu.

1850/1854 - Po przeniesieniu się do Cambridge studiował w Petershouse College i w Trinity College.

1871 - Został profesorem fizyki eksperymentalnej w Cambridge.

1873 - Opublikował Traktat o elektryczności i magnetyzmie.

1879 - Zmarł na raka żołądka 5 listopada w Cambridge.

Wahadło Galileusza

• Wahadło Galileusza → wahadło matematyczne o regulowanej długości, służące do demonstrowania zasady zachowania energii mechanicznej.

• Po zmianie długości wahadła, wskutek zastosowania blokady (czarny punkt), cząstka wzniesie się po prawej stronie na początkową wysokość, z której rozpoczęła ruch po lewej stronie.

Galileo Galilei [Galileusz] (1564-1642)

Galileo Galilei [Galileusz] (1564-1642), włoski fizyk, matematyk, astronom i filozof.

1564 - Urodził się 15 lutego w Pizie.

1581/1585 - Studiował medycynę, matematykę i fizykę na uniwersytetach w Pizie i we Florencji.

1589 - Otrzymał katedrę matematyki na uniwersytecie w Pizie.

1592 - Objął katedrę matematyki na uniwersytecie w Padwie.

1610 - Powrócił do Pizy.

1633 - Wyrokiem Inkwizycji został skazany na bezterminowy areszt domowy za popieranie heliocentrycznej teorii Kopernika.

1642 - Zmarł 8 stycznia w Arcetri koło Florencji.