Tipărire
Categorie: Safari prin lumea ştiinţei
Accesări: 1593

Mai jos este rezumatul cărţii de fizică de clasa a VIII. Se vrea un instrument util atunci când aveţi nevoie să revedeţi o formulă, o definiţie, o unitate de măsură, pe care le-aţi învăţat în clasa a VIII-a.


Mecanica fluidelor:

Corpurile care pot fi deformate foarte uşor şi curg se numesc fluide. Lichidele şi gazele sunt fluide. Solidele fărâmiţate se pot deforma uşor şi curg.

Mărimea fizică exprimată prin raportul dintre mărimea forţei de apăsare normală şi aria suprafeţei de contact dintre corpuri se numeşte presiune.
    - Presiunea = Mărimea forţei/Mărimea suprafeţei -> p = F/S
    - Unitatea de măsură pentru presiune în Sistemul Internaţional, N/m2, se numeşte Pascal (Pa).
Spre deosebire de gaze, lichidele sunt practic incompresibile => Densitatea lichidelor este practic constantă, chiar dacă presiunea la care sunt supuse se modifică foarte mult.
    - Greutatea coloanei de apă de înălţime h este: G = m * g = ρ * V * g = ρ * S * h * g
    - Presiunea exercitată de această coloană la baza ei este: p = G/S = (ρ * S * h * g)/S = ρ * h * g
Forţele datorate presiunii unui lichid aflat în repaus sunt întotdeauna perpendiculare pe suprafaţa de contact cu lichidul.
Presiunea în interiorul unui lichid aflat în repaus - presiunea hidrostatică - este egală cu suma dintre presiunea aplicată lichidului la suprafaţa sa şi presiunea datorată propriei greutăţi: p = p0 + ρ * g * h
Principiul fundamental al hidrostaticii. Diferenţa de presiune dintre două puncte ale unui lichid aflat în repaus depinde numai de diferenţa de adâncime dintre cele două puncte: pA - pB = ρ * g * (hA - hB)
Presiunea atmosferică standard este aproximativ egală cu presiunea aerului la nivelul mării, într-o zi senină de vară (101,3 kPa). De asemenea, presiunea atmosferică este egală cu presiunea exercitată de o coloană de mercur înaltă de 76 cm.
    - Se numeşte atmosferă fizică (atm) valoarea presiunii atmosferice standard -> 1 atm = 101,3 kPa
    - Presiunea exercitată de o coloană de mercur înaltă de un milimetru a fost numită Torr -> 1 atm = 760 Torr = 101,3 kPa
Legea lui Pascal. Presiunea exercitată asupra unui fluid în repaus se transmite în tot volumul fluidului, în toate direcţiile, cu aceeaşi intensitate.
Legea lui Arhimede. Un corp cufundat într-un fluid este supus din partea fluidului unei forţe totale egală ca mărime, orientată pe aceeaşi direcţie şi de sens contrar cu greutatea fluidului care ar ocupa volumul cufundat al corpului.
    - Punctul de aplicaţie al forţei arhimedice este în centrul de greutate al fluidului care ar ocupa volumul cufundat al corpului.
    - Un corp pluteşte într-un fluid dacă greutatea sa este egală cu forţa arhimedică.
    - Diferenţa dintre greutatea unui corp cufundat într-un fluid şi forţa arhimedică se numeşte greutate aparentă: Gaparentă = G - Fa. Diferenţa dintre forţa arhimedică şi greutate se numeşte forţa ascensională: Fascensională = Fa - G.
    
Vibraţiile mecanice având frecvenţa între 16 Hz şi 20.000 Hz se numesc sunete - ele produc o senzaţie auditivă.
Propagarea perturbaţiilor mecanice se poate face doar dacă există un mediu de propagare - un ansamblu de particule care pot interacţiona cu vecinele lor.
Mişcarea repetată într-o parte şi alta faţă de o poziţie de referinţă este o oscilaţie mecanică.
    - Durata unei oscilaţii complete se numeşte perioada oscilaţiei.
    - Numărul de oscilaţii complete efectuate în unitatea de timp se numeşte frecvenţa oscilaţiei. Unitatea de măsură în S.I. pentru frecvenţă, 1/s se numeşte Hertz (Hz)
Viteza de propagare a sunetului în aer este aproximativ 340 m/s
Propagarea unei oscilaţii într-un mediu se numeşte undă.
Distanţa pe care se propagă o undă pe durata unei perioade se numeşte lungime de undă.

Căldura:

Difuzia este răspândirea spontană a particulelor unui corp printre particulele altui corp.
Agitaţia termică este mişcarea dezordonată şi continuă a particulelor oricărui corp.
    - Presiunea unui gaz este rezultatul agitaţiei termice a particulelor gazului.
    - Presiunea unui gaz este direct proporţională cu energia cinetică medie de agitaţie termică a particulelor gazului.
Temperatura absolută este temperatura reperată pe o scară care are zeroul (zero absolut) la -273,15°C. Se exprimă în Kelvin (K).
    - Temperatura absolută (în K) este temperatura (în °C) plus 273,15 K: T(K) = t(°C) + 273,15 K
O variaţie de temperatură are aceeaşi valoare în K şi în °C: ΔT(K) = Δt(°C)
Temperatura absolută este direct proporţională cu energia cinetică medie de agitaţie termică a particulelor.
Căldura este forma de transfer a energiei datorată diferenţelor de temperatură.
Contactul termic este interacţiunea dintre corpuri care permite transferul energiei sub formă de căldură.
Corpurile care au aceeaşi temperatură sunt în echilibru termic. Ele nu mai schimbă energie sub formă de căldură, chiar dacă sunt puse în contact termic.
Capacitatea calorică a unui corp este raportul dintre energia schimbată sub formă de căldură de acel corp şi variaţia de temperatură produsă corpului: C = Q/ΔT (în SI: J/K)
    - Căldura specifică a unei substanţe este cantitatea de energie schimbată sub formă de căldură pentru modificarea cu un Kelvin a temperaturii fiecărui kilogram al unui corp din acea substanţă: c = Q/(m * ΔT) (în SI: J/(kg * K))
Energia primită sub formă de căldură este considerată pozitivă; cea cedată, negativă.
Conducţia termică este transferul energiei sub formă de căldură prin ciocniri datorate agitaţiei termice.
Căldura transferată prin conducţie în unitatea de timp este:
    - direct proporţională cu diferenţa de temperatură dintre suprafeţele peretelui
    - invers proporţională cu grosimea peretelui
    - direct proporţională cu aria peretelui
    - depinde de natura materialului peretelui (conductivitatea termică)
Convecţia este transferul energiei, sub formă de căldură, prin curenţi de substanţă.
    - Convecţia poate avea loc doar la fluide.
Corpurile pot schimba energie sub formă de căldură prin radiaţie asemănătoare luminii.

Schimbarea stării de agregare:

Molecula este cea mai mică particulă a unei substanţe care păstrează proprietăţile chimice ale substanţei.
Schimbarea stărilor de agregare este însoţită de un salt al valorilor unor caracteristici fizice.
Topirea este procesul de transformare a unui solid în lichid. Are loc cu absorbţie de căldură - căldura de topire.
    - Căldura specifică de topire a unei substanţe este căldura necesară topirii unui corp de un kilogram din acea substanţă.
    - Căldura necesară topirii unui corp de masă m dintr-o substanţă având căldura specifică de topire λtopire este: Qtopire = m * λtopire
Solidificarea este transformarea unui lichid în solid. Are loc cu eliberare de căldură, egală cu cea de topire.
Vaporizarea este transformarea unui corp din stare lichidă în stare gazoasă. Are loc cu absorbţie de căldură - căldura de vaporizare.
    - Evaporarea este vaporizarea prin suprafaţa lichidului. Are loc spontan la orice temperatură.
    - Fierberea este vaporizarea în tot volumul lichidului. Se produce atunci când presiunea vaporilor saturanţi este egală cu presiunea la care se află lichidul.
    - Vaporii saturanţi sunt vapori în echilibru cu lichidul din care au provenit.
Condensarea este transformarea unui corp din stare de vapori în stare lichidă. Are loc cu degajare de căldură, egală cu cea de vaporizare.
    - Căldura specifică de vaporizare a unei substanţe este căldura necesară vaporizării unui corp de un kilogram din acea substanţă.
    - Căldura necesară vaporizării unui corp de masă m dintr-o substanţă având căldura specifică de vaporizare λvaporizare este: Qvaporizare = m * λvaporizare
Sublimarea este transformarea unui corp din stare solidă direct în stare gazoasă. Are loc cu absorbţie de căldură - căldura de sublimare - egală cu suma căldurilor de topire şi vaporizare.
Desublimarea este transformarea unui corp din stare gazoasă direct în stare solidă. Are loc cu eliberare de căldură - căldura de desublimare - egală cu cea de sublimare.
Pentru fiecare substanţă există o singură presiune şi o singură temperatură la care solidul, lichidul şi vaporii coexistă în echilibru: punctul triplu.





Sarcina electrică:

Orice corp conţine sarcini electrice.
Există două tipuri de sarcini electrice: pozitive şi negative.
Purtătorii de sarcină electrică interacţionează electric: cei cu sarcină electrică de acelaşi semn se resping, iar cei cu sarcini de semne contrare se atrag.
Toate corpurile sunt alcătuite din atomi.
Fiecare atom conţine sarcini electrice pozitive şi negative, în cantităţi egale.
Atomul este neutru electric.
Sarcina pozitivă a atomului şi aproape toată masa sa sunt concentrate în nucleu.
Sarcina negativă a atomului este împrăştiată într-un nor electronic care înconjoară nucleul.
La contactul dintre două corpuri de naturi diferite se produce o separare de sarcini electrice: corpurile se electrizează cu sarcini în exces având semne contrare.
    - Frecarea îmbunătăţeşte contactul dintre corpuri şi favorizează electrizarea lor.
Un electron are o sarcină elementară negativă.
Un proton are o sarcină elementară pozitivă.
Unitatea de măsură pentru sarcina electrică este Coulombul (C).
O sarcină elementară este egală cu  1,60 * 10-19 C
Curentul electric este mişcarea de ansamblu a purtătorilor de sarcină.
    - Sensul curentului electric este sensul în care se mişcă purtătorii de sarcină pozitivă.
    - Intensitatea curentului electric este raportul dintre sarcina electrică transportată şi durata în care această sarcină este transportată: I = ΔQ/Δt
        - Unitatea de măsură a intensităţii curentului electric este Amperul (A).
        - Un Coulomb este sarcina transportată de un curent cu intensitatea de 1 A timp de o secundă: 1 C = 1 A * 1 s
Energia electrică este energia de interacţiune a sarcinilor electrice.
Tensiunea electrică dintre două puncte A şi B este raportul dintre lucrul mecanic efectuat de forţele electrice la deplasarea unui purtător de sarcină de la A la B şi mărimea sarcinii care se deplasează: UAB = VA - VB = LAB/q
Alegând un punct de referinţă convenabil, al cărui potenţial îl considerăm zero, putem exprima potenţialul oricărui punct ca fiind tensiunea faţă de punctul de referinţă: VA = V0 + UA0 = UA0
Unitatea de măsură pentru potenţialul electric şi pentru tensiunea electrică în SI, J/C, se numeşte Volt (V).

Reţele electrice:

Tensiunea electromotoare - t.e.m. - se exprimă prin raportul dintre lucrul mecanic efectuat pentru separarea sarcinii şi mărirea sarcinii pozitive separate: E = L/ΔQ
    - Unitatea de măsură pentru t.e.m este voltul.
Puterea se exprimă prin raportul dintre energia transferată şi intervalul de timp în care energia a fost transferată: P = ΔE/Δt
    - Puterea se măsoară în Joule/secundă. Un J/s este un Watt (W).
Rezistenţa electrică a unui corp este raportul dintre tensiunea electrică aplicată acestuia şi intensitatea curentului electric care-l străbate: R = U/I
    - Rezistenţa electrică se măsoară în Volt/Amper. Un V/A este un Ohm (Ω).
Unele corpuri respectă legea lui Ohm: intensitatea curentului care le străbate este direct proporţională cu tensiunea aplicată acestora: I = (1/R) * U
Transformarea energiei electrice în energie termică la trecerea printr-un rezistor este numită efect Joule.
    - Cantitatea de căldură Q degajată prin efect Joule la trecerea sarcinii q printr-un rezistor căruia i se aplică tensiunea U este: Q = q * U = U * I * Δt = I2 * R * Δt = U2/R * Δt
    - Puterea degajată sub formă de căldură prin efect Joule este: P = U * I = I2 * R = U2/R
Pentru un circuit simplu, format din sursă de t.e.m. E şi rezistenţa internă r, rezistor cu rezistenţa R şi fire de legătură cu rezistenţa r', intensitatea curentului este dată de legea lui Ohm pentru întregul circuit: I = E/(R + r + r')
Nod al unei reţele este locul în care sunt concentrate cel puţin trei elemente de circuit.
Suma algebrică a intensităţilor curenţilor care se întâlnesc într-un nod al unei reţele este zero (legea întâi a lui Kirchhoff - legea nodurilor).
Ochi al unei reţele este orice contur închis din reţea.
Suma algebrică a creşterilor şi descreşterilor de potenţial pe un ochi al unei reţele este zero (legea a doua a lui Kirchhoff - legea ochiurilor).
Rezistenţa echivalentă a unei grupări paralel de rezistori este inversa sumei inverselor rezistenţelor acestora: Rparalel = 1/(1/R1 + 1/R2 + ...)
Rezistenţa echivalentă a unei grupări serie de rezistori este suma rezistenţelor acestora: Rserie = R1 + R2 + ...

Electromagnetismul:

Inducţia magnetică într-un punct al spaţiului caracterizează influenţele magnetice produse în acel punct al spaţiului.
    - Unitatea de măsură pentru inducţia electromagnetică este Tesla (T).
Forţa electromagnetică este forţa de interacţiune dintre un magnet şi un fir parcurs de curent electric.
    - Mărimea forţei electromagnetice:
        - este direct proporţională cu inducţia magnetică, B
        - este direct proporţională cu lungimea conductorului aflat în interacţiune cu un magnet
        - este direct proporţională cu intensitatea curentului care străbate conductorul
        - depinde de orientarea firului faţă de axa care trece prin polii magnetului: este maximă când firul este perpendicular pe axă şi nulă când firul este în lungul axei
Dacă acoperi cu palma stângă polul Nord al unui magnet, astfel încât degetele să fie în sensul curentului, degetul mare, întins lateral, indică sensul forţei electromagnetice.
Inducţia magnetică, B, produsă de un magnet poate fi măsurată prin măsurarea forţei electromagnetice pe unitatea de lungime a conductorului influenţat de magnet şi pe unitatea de intensitate a curentului: B = Fem/(l * I), atunci când conductorul este perpendicular pe axa polilor magnetului.
Electromagnetul este o bobină parcursă de curent electric. Se comportă ca un magnet.
Dacă acoperi cu palma dreaptă o bobină, ţinând degetele în sensul curentului prin spire, degetul mare întins lateral indică polul Nord al bobinei.
Motorul electric este un dispozitiv care transformă energia electrică în energie mecanică.
Inducţia electromagnetică este fenomenul de apariţie a unei tensiuni electromotoare datorită unor influenţe magnetice variabile.
Mărimea tensiunii electromotoare induse este de atâtea ori mai mare de câte ori se schimbă mai rapid influenţele magnetice.
    - Prin inducţie electromagnetică:
        - energia mecanică poate fi transformată în energie electrică
        - se poate transfera energie electrică între două circuite electrice
Legea lui Lenz. Tensiunea electromotoare indusă dă naştere unui curent indus care, prin efectele sale, tinde să se opună variaţie fluxului magnetic care a generat-o.
Curentul alternativ este un curent care-şi schimbă periodic sensul.
Tensiunea alternativă este o tensiune care-şi schimbă periodic polaritatea.
Alternatorul este un generator de t.e.m. alternativă.

Instrumente optice:

Fotografia este un procedeu de înregistrare a imaginilor pe o suprafaţă sensibilă la lumină - filmul fotografic. Este realizată cu un instrument optic - aparatul fotografic.
    - Aparatul fotografic este alcătuit în esenţă dintr-un sistem convergent - obiectivul. Acesta formează o imagine reală pe un film fotografic.
    - Developarea este operaţia prin care se face vizibilă imaginea de pe film. În esenţă, se multiplică de milioane de ori numărul atomilor de argint desprinşi din combinaţia lor cu bromul în zonele expuse la lumină şi se îndepărtează moleculele de bromură de argint nedescompuse. Ca rezultat al developării se obţine negativul fotografic.
    - Imaginea fotografică pozitivă se obţine "fotografiind" negativul pe hârtie fotografică.
    - Fotografia digitală - electronică - înregistrează imaginea în format electronic (într-un fişier pe un disc). Nu mai este necesar filmul fotografic.
Luneta este instrumentul optic cu care pot fi observate detaliile unor obiecte foarte îndepărtate. Este alcătuită, în esenţă, din două lentile convergente: obiectivul - îndreptat spre obiectul observat - cu distanţă focală mare şi ocularul - îndreptat spre ochi - cu distanţă focală mică.
Grosismentul unui instrument optic este factorul de mărire a raportului mărime-distanţă oferit de instrument, în comparaţie cu privirea obiectului cu ochiul liber.
    - Grosismentul unei lunete este egal cu raportul dintre distanţa focală a obiectivului şi distanţa focală a ocularului: Glunetă = fobiectiv/focular
Microscopul este instrumentul optic cu care pot fi observate detaliile unor obiecte mici. Este alcătuit, în esenţă, din două lentile convergente: obiectivul - cu distanța focală foarte mică - şi ocularul - cu distanţa focală, de asemenea, mică.
    - imaginea finală obţinută printr-un microscop este virtuală, răsturnată şi mult mărită.
    - Grosismentul unui microscop este direct proporţional cu distanţa dintre focarele obiectivului şi ocularului şi invers proporţională cu produsul distanţelor focale ale ocularului şi obiectivului: Gmicroscop = l/(fobiectiv * focular) * δ
    - Pe obiective este marcat raportul l/fobiectiv, iar pe oculare raportul δ/focular
    - Grosismentul microscoapelor optice este limitat la cel mult 2000, datorită difracţiei luminii. Folosind electroni - în microscopul electronic - pot fi obţinute grosismente de până la un miliard.
    
Radiaţiile şi radioprotecţia:

Câmpul electric este zona în care se exercită influenţele electrice ale unei sarcini aflate în repaus.
Pentru o sarcină aflată în mişcare rectilinie şi uniformă, liniile câmpului electromagnetic nu suferă nici o deformaţie. Apar însă influenţele magnetice - câmpul magnetic.
O modificare a vitezei unei sarcini provoacă o deformare a liniilor câmpului electric. Perturbaţia se propagă cu aproape 300 000 km/s, ca undă electromagnetică.
    - Spectrul undelor electromagnetice conţine:
        - unde cu frecvenţele de ordinul a 102 Hz, generate de curenţii alternativi industriali
        - unde radio, cu frecvenţe în gama 104...1010 Hz
        - microunde, cu frecvenţe în gama 1010...1012 Hz
        - radiaţii infraroşii, cu frecvenţe în gama 1012...1014 Hz
        - radiaţii vizibile, cu frecvenţe în gama 4 * 1014...7 * 1014 Hz
        - radiaţii ultraviolete, cu frecvenţe în gama 1015...1017 Hz
        - radiaţii X, cu frecvenţe în gama 1017...1020 Hz
        - radiaţii γ, cu frecvenţe peste 1020 Hz
Dezintegrarea nucleară este transformarea spontană a unui nucleu în altul, cu modificarea raportului dintre numărul de protoni şi cel de neutroni.
    - Dezintegrarea α este dezintegrarea însoţită de emisia unei particule α (nucleu de heliu). Numărul atomic Z se micşorează cu două unităţi şi numărul de masă A se micşorează cu patru unităţi.
    - Dezintegrarea β este dezintegrarea însoţită de emisia unei particule β (electron). Numărul atomic Z creşte cu o unitate, iar numărul de masă A rămâne neschimbat.
Electronvoltul (eV) este energia câştigată de o particulă având sarcina elementară când străbate o diferenţă de potenţial de un Volt: 1 eV = 1,6 * 10-19 J
Doza absorbită este energia radiaţiei absorbită de unitatea de masă a corpului iradiat: Dabs = Energia absorbită/Masa corpului. Se exprimă în Gray: 1 Gy = 1 J/kg
Doza echivalentă este produsul dintre doza absorbită şi factorul de ponderare al radiaţiei: Dechiv = Dabs * fR. Se exprimă în Sievert: 1 Sv = 1 J/kg. Factorul de ponderare este adimensional.
Doza efectivă este produsul dintre doza echivalentă şi factorul de ponderare al ţesutului sau organului iradiat: Def = Dechiv * fT. Se exprimă în Sievert.
Doza efectivă anuală datorată cauzelor naturale este de 2-3 mSv. Doza efectivă anuală maximă admisă este de 50 mSv pentru adulţi şi 5 mSv pentru copii.
Măsurile de protecţie împotriva radiaţiei - radioprotecţia:
    - reducerea timpului de expunere la radiaţii
    - mărirea distanţei faţă de sursa de radiaţii
    - ecranarea radiaţiilor
    - împiedicarea pătrunderii în organism a surselor de radiaţii
    
Energetica nucleară:

Fisiunea nucleară este reacţia de fragmentarea unui nucleu cu eliberare de energie.
Reacţia în lanţ este reacţia care, odată pornită, se auto-întreține.
Explozia nucleară reprezintă o degajare mare de energie într-un scurt timp, printr-o reacţie în lanţ.
Reactorul nuclear este echipamentul care permite desfăşurarea unei reacţii controlare de fisiune în lanţ.
    - Barele de combustibil ale unui reactor nuclear sunt bare alcătuite din cilindri de material fisionabil; prin fisiunea acestui material se eliberează energie.
    - Barele de control ale unui reactor nuclear sunt bare confecţionate din materiale care absorb neutronii, având astfel posibilitatea de a controla viteza cu care se desfăşoară reacţia în lanţ.
    - Moderatorul unui reactor nuclear este substanţa care încetineşte neutronii, favorizând astfel producerea unor reacţii în lanţ.
    - Căldura degajată în urma reacţiilor de fisiune dintr-un reactor nuclear este evacuată prin intermediul unui agent de răcire.
    - Exceptând modul în care este produsă energia termică, o centrală nucleară este asemănătoare unei termocentrale clasice (care arde un combustibil).
Bomba nucleară este un dispozitiv  în care reacţia de fisiune în lanţ este explozivă (degajă energia de fisiune într-un timp extrem de scurt).
    - Pentru a declanşa reacţia de fisiune în lanţ este necesară prezenţa unei cantităţi minime de material fisionabil - masa critică - aranjat cât mai compact.
    - Declanşarea unei explozii nucleare se face aducând laolaltă mai multe bucăţi de material fisionabil - fiecare având masa sub cea critică - obţinându-se o masă supra-critică.
    - Puterea explozivă a unei bombe nucleare se exprimă în kilotone sau megatone de explozibil convenţional care produce efecte comparabile.
    - O explozie nucleară produce o serie de efecte:
        - radiaţia nucleară iniţială
        - pulsul electromagnetic
        - radiaţia termică
        - unda de şoc
        - suflul exploziei
        - radiaţia nucleară remanentă
        - descurajarea psihologică
    - Singurele bombe nucleare utilizate împotriva oamenilor au fost cele de la Hiroshima (6 august 1945) şi Nagasaki (9 august 1945).
Accidentul nuclear este situaţia care se produce când un proces nuclear este scăpat de sub control.
    - Cel mai grav accident nuclear petrecut până acum este cel din 1986 de la Cernobâl.