Механика и молекулярная физика

1. Базовые формулы и понятия классической механики
2. Основные понятия и формулы молекулярной физики

Физика является точной наукой. Здесь нашли свое начало многие математические понятия и методики. Также физика тесно переплетается с химическими явлениями и понятием материального тела. В этой статье мы разберем подробно классическую механику и молекулярную физику.

Базовые формулы и понятия классической механики

Механика является одним из больших разделов физики, она изучает движения материальных тел или их частей и взаимодействия между ними. Под движением в механике понимается изменение в пространстве положения тела или его части за определенный промежуток времени.

Различают механику материальной точки, жидкости, твердого тела и системы. Разберем подробно механику материальной точки.

Материальной точкой принято считать объект малого размера, форма и размеры которого не влияют на его движение. При этом важным параметром является небольшая скорость объекта, подразумевается, что она намного меньше скорости света. Дело в том, что для объектов, развивающих скорость, близкую к скорости света, вступает в силу релятивистская механика. Для классической механики характерны такие параметры, как радиус-вектор, ускорение и скорость объекта. Рассмотри подробнее данные величины.

Допустим, заданная материальная точка перемещается вдоль оси Х. Если в определенный момент времени \(t\) точка имеет координату \(x(t_1)\), а в иной момент она будет иметь координату \(x(t_2)\), то средняя скорость ее прямолинейного движения за время \(δt=t_2-t_1\) рассчитается по следующей формуле:

\(V_ND = \frac {x(t_2) – x(t_1)}{t_2 – t_1} = \delta x - \delta t\)

Но следует отметить, то скорость направлена в определенную сторону, поэтому она есть величина векторная. Тогда формула приобретает следующий вид:

\(\vec{V_ND} = \vec{i}V = \vec{i} = \frac {\delta x }{\delta t}\)

Величина средней скорости является не очень точной характеристикой, но чем меньше будет значение δt, тем она будет точнее. При изучении предела соотношения (замене его на производную), можно вывести формулу для мгновенной скорости в момент времени:

\(\vec{V}(t) = \vec{i} \frac {dx(t)}{dt}\)

При движении материальной точки в трехмерном пространстве, для получения мгновенной скорости нужно взять дифференциал радиус-вектора:

\(\vec{V}(t) = \frac {\vec{w}(t)}{dt}\vec{i}\frac {dx}{dt} + \vec{j} \frac {dy}{dt} + \vec{k} \frac {dz}{dt}\)

По тому же принципу рассчитывают величину среднего и мгновенного ускорения. Ускорение представляет собой скорость изменения скорости. Для определения мгновенного ускорения берут первую производную от скорости или вторую производную от радиус-вектора.

Для характеристики материальной точки также применяют понятия импульса и кинетической энергии.
Импульс является величиной векторной, он равен произведению массы точки на ее мгновенную скорость:

\(\vec{p}(t) = m\vec{V}(t)\)

В физическом смысле энергия характеризует способности системы к совершению какой-либо работы. Различают потенциальную и кинетическую энергии. Потенциальная энергия зависима от положения системы в пространстве, а кинетическая – от массы и скорости материальной точки или тела, то есть от импульса.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Кинетическая энергия материальной точки определяется по следующей формуле:

\(E_k = \frac {mv^2}{2} = \frac {\vec{m}v^2}{2} = \frac {\vec{p^2}}{2m}\)

Данная формула применима в классической механике, в релятивистской механике она будет выглядеть по другому, так как при высокой скорости масса зависит от величины скорости.

Потенциальную энергию можно рассчитать по такой формуле:

\(E_{по} = U = U \vec{r}\)

Основные понятия и формулы молекулярной физики

Раздел физики, изучающий свойства веществ на основании строения его молекул, называется молекулярной физикой.

Молекулярно-кинетической теорией является учение о характеристиках и структуре веществ, что основано на положении о существовании мельчайших частичек – молекул и атомов. Данная теория построена на таких основных представлениях:

1. Все жидкие, твердые и газообразные вещества состоят из молекул, которые состоят из мельчайших частичек – атомов. При этом молекулы бывают простыми и сложными, то есть состоят из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы являются электрически нейтральными, но в определенных условиях могут получать дополнительно электрический заряд, превращаясь в положительно или отрицательно заряженные ионы.
2. Атомы и молекулы все время взаимодействуют между собой и пребывают в беспорядочном движении. Скорость этого движения зависима от температуры вещества, а характер взаимодействия – от структуры самого вещества, на которую влияет его агрегатное состояние.
3. Частички вещества находятся в постоянном взаимодействии посредством электрических сил. При этом гравитационное взаимодействие настолько мизерно, что им можно пренебречь.

Атом считается мельчайшей неделимой частицей вещества, а молекула – наименьшей частицей, которой присущи химические свойства данного вещества. Ионом называется атом или молекула, в которой отсутствуют несколько электронов, или наоборот они находятся в излишке.

Для молекул характерен очень маленький размер. Хаотичное перемещение молекул вещества называют тепловым движением. При увеличении температуры тела кинетическая энергия его теплового движения увеличивается. При понижении температуры молекулы преобразуются в жидкое или твердое вещество. Только лишь температура начнет повышаться, как кинетическая энергия молекул растет и они разлетаются, образуя газ.

Молекулы твердых тел беспорядочно колеблются вокруг равновесных центров. Если данные центры расположены несистематично, то такие тела являются аморфными, если же данные центры образуют систему, то такие твердые тела являются кристаллическими.

В жидкостях молекулы передвигаются более свободно, так как нет кристаллической решетки и они не привязаны к центрам. Поэтому жидкость обладает текучестью.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

В газах молекулы находятся друг от друга на расстояниях, намного превышающих их размеры, поэтому здесь молекулы перемещаются свободно в одном направлении, пока не столкнуться с другими молекулами или со стенками, ограничивающими пространство. Так как в газах между молекулами очень слабые взаимодействия, газы обладают свойствами расширяться и занимать весь предоставленный им объем.

Идеальным называется газ, в котором молекулы между собой не взаимодействуют.

В молекулярно-кинетической теории количество вещества соотносят с количеством молекул. Как единица измерения количества вещества является моль.

Одному молю вещества соответствует такое количество, которое соответствует количеству молекул, содержащемуся в 12 граммах углерода. Молекула углерода содержит всего один атом, потому один моль вещества всегда содержит одинаковое число молекул. Это число названо постоянной Авогадро. Это одна из самых важных величин в молекулярной физике. С ее помощью определяется количество любого вещества:

\(ν={m\over M}={N\over N_A }\)

где \(N\) – число молекул вещества;
      \(N_A\) – постоянная Авогадро;
      \(m\) – масса вещества;
      \(M\) – молярная масса вещества.

Молярная масса вещества – это масса его одного моля. Иными словами, молярной массой является произведение массы одной молекулы вещества на число Авогадро. Если молекулы вещества состоят из одного атома, то применяют понятие атомной массы:

\(m_0={m\over N}={M\over N_A }\)

Помимо вышеперечисленных единиц используется понятие концентрации вещества:

\(n={N\over V}\)

Масса, объем и плотность вещества связаны следующей зависимостью:

\(ρ={m\over V}\)

Если нужно рассчитать параметры смеси веществ, то применяют понятия молярной массы и средней плотности. Эти величины рассчитываются с помощью полных масс:

\(ρ={M_{полн}\over V_{полн}} \\\ M={m_{полн}\over ν_{полн}}\)

Полным количеством вещества есть суммарное количество веществ смеси, а вот полный объем смеси не всегда равен сумме ее компонентов, особенно если речь идет о газовой смеси.