DN080038_plonk plus fizika SS.indd

Transkripcija

1 razlage I formule I rešeni primeri I namigi I opozorila I tabele

2 Srednješolski Plonk+ Fizika razlage formule rešeni primeri namigi opozorila tabele Avtor: Vasja Kožuh Strokovni pregled: dr. Gorazd Planinšič Jezikovni pregled: Darka Tepina Podgoršek Ilustracije: Vasja Kožuh 2008 Založba Rokus Klett, d.o.o., Ljubljana. Vse pravice pridržane. Brez pisnega dovoljenja založnika so prepovedani reproduciranje, distribuiranje, javna priobčitev, predelava ali druga uporaba avtorskega ali njegovih delov v kakršnem koli obsegu ali postopku, kot tudi fotokopiranje, tiskanje ali shranitev v elektronski obliki. Tako ravnanje pomeni, razen v primerih od 46. do 57. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah, kršitev avtorske pravice. Založba Rokus Klett, d.o.o. Stegne 9 b 1000 Ljubljana Telefon: (01) Telefaks: (01) E-pošta: rokus@rokus-klett.si CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 53(035) KOŽUH, Vasja Srednješolski plonk +. Fizika / [[besedilo in] ilustracije Vasja Kožuh] izd., 1. natis. - Ljubljana : Rokus Klett, 2008 ISBN Gl. stv. nasl

3 Vsebina Strategija reševanja nalog Merjenje Premo gibanje Krivo gibanje/kroženje Sile Mehansko ravnovesje Gibalna količina Delo in energija Tekočine Temperatura in toplota Prenos toplote Nihanje Valovanje Valovni pojavi Zvok Električni naboj in sila Električno polje Električna energija Električni tok in vezja Magnetno polje in sila Elektromagnetna indukcija Geometrijska optika Svetloba in snov Atomska jedra Živijo! Pred teboj je na prvi pogled majhna knjižica, ki pa ti bo v veliko pomoč pri fiziki. Če si težko zapomniš vse mogoče količine, enote, zakone, formule..., je tvojih težav nepreklicno konec, saj imaš zdaj na enem mestu sistematično zbrano celotno znanje fizike, ki ga potrebuješ. Vsebina je razdeljena na 23 poglavij, skupaj s poglavji moderne fizike. V prvem poglavju ob konkretnem primeru izveš, kako je najbolje reševati naloge, potem pa si v logičnem vrstnem redu sledijo poglavja iz mehanike, toplote, nihanja in valovanja, elektrike in magnetizma ter moderne fizike. Vsako poglavje se deli na teoretični in praktični del. V teoretičnem delu so na kratko predstavljene vse najpomembnejše količine, enote in zakoni, dodane pa so jim tudi kratke razlage posameznih pojavov. V praktičnem delu so prikazani postopki reševanja najbolj tipičnih računskih nalog, ki so jim dodana kratka opozorila, namigi in nasveti. Knjižica je nekakšna prva pomoč pri učenju fizike in ne more nadomestiti učbenika in vajo. Upam pa, da smo ti z njo vsaj malo olajšali delo.

4 1 Preberem besedilo Gre za enakomerno gibanje vesoljske sonde proti oddaljeni zvezdi, da katere svetloba potuje eno leto. Podatki so dani, zanima nas čas potovanja. 2 Izpišem količine Hitrost sonde je 30 km/s razdalja do zvezde je 4,5 sv. leta hitrost svetlobe je km/s. Zanima nas čas potovanja 3 Narišem skico Narišem preprosto skico in na njej opazim, da gre pri gibanju svetlobe in sonde za enako razdaljo, kar bo v nadaljevanju gotovo pomembno. Današnje vesoljske sonde dosegajo hitrosti 30 km/s. Koliko časa bi s takšno sondo trajalo potovanje do najbližje zvezde, ki je od nas oddaljena 4,5 svetlobnega leta (svetlobno leto je razdalja, ki jo svetloba s hitrostjo km/s prepotuje v 1 letu)? v so = 30 km/s v sv = km/s s = 4,5 sv. leta t =? s= vt t = s v ( ) = s= 45, sv. leto 946, 10 km 1sv. leto 42, km 4 Poiščem zveze med količinami Obe gibanji sta enakomerni, kar pomeni, da je pot sorazmerna s časom. Že s skice se vidi, da je razdalja v obeh primerih enaka, zaradi česar lahko povežem obe gibanji. km t = 42, Enote najlažje pretvarjaš z ulomkom, km = 142, 10 s 30 s ki je enak 1 in vsebuje staro in novo enoto. t= 142, 10 s 1leto ( s). let 5 Izračunam iskane količine Zanima nas čas potovanja sonde. Zemlja 1. Najprej ugotovim, kolikšno razdaljo mora prepotovati sonda (svetlobna leta pretvorimo Sonda bi za pot do najbližje zvezde potrebovala let. v kilometre). 2. Nato izračunam čas, ki ga potrebuje sonda do najbližje zvezde. 6 Preverim rezultat 3. Za boljšo predstavo ga zapišem v letih. Rezultat se zdi smiseln, saj bi tako potovanje gotovo trajalo zelo dolgo. 4,5 sv. leta zvezda km/s 30 km/s Rezultat lahko preverim z razmislekom: ker svetloba, ki je krat hitrejša od vesoljske sonde ( : 30), potuje 4,5 leta, bo vesoljska sonda za isto razdaljo potrebovala daljši čas = let. Saj res! Tako bi se dalo nalogo lažje rešiti. Na začetku se splača dobro premisliti.

5 1 Natančno preberi besedilo Počasi preberi besedilo naloge in si poskušaj ustvariti jasno fizikalno sliko pojava, ki ga besedilo opisuje. Ugotovi, za kateri pojav gre in v kakšnih razmerah. Premisli, kako se boš lotil naloge. Dokler v celoti ne razumeš naloge, ne rešuj naprej! 2 Izlušči podane količine in jih izpiši Poskušaj ugotoviti, katere fizikalne količine so podane v besedilu, in jih izpiši ter ustrezno označi (uporabljaj ustaljene oznake, istovrstne količine loči z indeksi). Vrednosti nekaterih količine se lahko skrivajo tudi v opisih (npr. zelo majhen, zelo dolg...) ali pa jih lahko razberemo iz konteksta naloge. Nekateri podatki (npr. dolžina dneva) so splošno znani in navadno niso posebej zapisani. 3 Nariši skico Da si boš fizikalno situacijo čim bolje predstavljal, si nariši primerno veliko in preprosto skico ter na njej označi vse pomembne količine. Kakšne so tvoje risarske sposobnosti, pri tem ni pomembno, le da je skica pregledna. Strategija reševanja računskih nalog 4 Poišči zveze med količinami Ta korak je ob prvem koraku gotovo najtežji, saj zahteva dobro teoretično znanje in pravilno razumevanje fizikalne situacije. Slepo iskanje ustreznih enačb je nevarno, zato raje dobro premisli, katere zakonitosti veljajo za predstavljen pojav. Zapiši zveze med količinami (fizikalne zakone) in premisli, ali res veljajo v izbranih pogojih. 5 Izračunaj iskane količine S smiselnim poenostavljanjem in združevanjem fizikalnih enačb (ob upoštevanju matematičnih pravil) poskušaj postopoma priti do vrednosti iskane fizikalne količine. Priporočljivo je računati simbolno in čim pozneje vstaviti številčne vrednosti. Da bo iskana količina zapisana v pravih enotah, ves čas računaj tudi z enotami. Če enote rezultata niso prave, si se nekje zmotil! 6 Preveri rezultat Večina računskih primerov se nanaša na resnične ali vsaj verjetne fizikalne situacije, zato so tudi vrednosti iskanih količin smiselne. Razmisli, ali je tudi tvoj rezultat takšen. Sproti preveri še enote! 5

6 Povprečna vrednost meritve Natančnost in zapis meritve Pri šestkratnem zaporednem merjenju dolžine shrambe dobimo vrednosti 178 m, 179 cm, 177 cm, 178 cm, 180 cm, 176 cm. Kolikšna je povprečna vrednost celotne meritve? x 1 = 178 cm x 2 = 179 cm x 3 = 177 cm x 4 = 178 cm x 5 = 180 cm x 6 = 176 cm x =? x + x + x + x + x + x x = N x= cm 6 x= 178 cm Povprečna vrednost meritve je 178 cm. Prikaz rezultatov meritve Pri merjenju toka, ki teče skozi upornik pri določeni napetosti, dobimo vrednosti, ki so prikazane v spodnji preglednici. Nariši graf I(U), z njega odčitaj vrednost upora in jo primerjaj z izračunano vrednostjo. U [V] I [ma] R [kω] 5 0, , , , , ,32 91 R = U= 5 V 3 = 91kΩ Ι 0, A Odčitana in izračunana vrednost upora se razlikujeta za manj kot 2%. Rešeni primeri 0,30 l[ma] 0,25 0,20 0,15 0,10 0, Pri meritvi širine shrambe dobimo vrednosti 109 m, 110 cm, 108 cm, 110 cm, 1 cm, 111 cm. Kolikšna je natančnost te meritve? y 1 = 109 cm y 2 = 110 cm y 3 = 108 cm y 4 = 110 cm y 5 = 1 cm y 6 = 111 cm y =? y= cm= 110 cm cm, 109 cm, 110 cm, 110 cm, 111cm, 1 cm Δ y = 1 cm Δy δy = = 1cm 001, y 110 cm Natančnost meritve je ± 1 cm oziroma 1%. ΔU = 20 V Δl = 0,21 5 ma U[V] R = ΔU ΔΙ = 20 V 3 0, A = 93kΩ y= 110 cm± 1cm y= 110 cm( 1± 0, 01) Skozi izmerjene točke je moč potegniti premico, kar je v skladu s teorijo (Ohmov zakon). V resnici pa se izmerkom bolje prilega malce usločena krivulja, iz česar lahko sklepamo, da upor malenkost narašča z napetostjo in tokom.

7 1 Fizikalne količine Fizikalne količine (razen brezdimenzijskih) sestavlja mersko število in merska enota (v = 2,45 m/s). Mersko število zapišemo le na toliko mest, kot jih zanesljivo poznamo. Odvečna mesta lahko nadomestijo decimalne predpone 1000 m 1km 0,001 g 1mg in/ali desetiški eksponenti m 10 3 m 0,001 g 10-3 g 2 Povprečna vrednost meritev Nobena meritev ni povsem natančna, zato meritev večkrat ponovimo in statistično obdelamo. Dobra ocena vrednosti merjene količine (ki se ne spreminja) je povprečna vrednost aritmetična sredina izmerkov. 3 Natančnost meritve Natančnost meritve je povezana z razpršenostjo izmerkov. Oceno natančnosti meritve podajata: absolutna ali efektivna napaka (Δx) največje absolutno odstopanje 2/3 izmerkov, ki so najbližje povprečju; relativna napaka (δx) relativno odstopanje izmerkov (absolutna napaka, deljena s povprečno vrednostjo). x x1 = + x2 + + x N N N število izmerkov 1 Merjenje 4 Zapis rezultatov meritve 5 Prikaz rezultatov meritve Meritve lahko predstavimo tudi grafično: na x-os nanesemo vrednosti količine, ki smo jo kontrolirano spreminjali (npr. čas), na y-os pa vrednosti merjene količine. Vrednost izmerjene količine zapišemo kot kombinacijo (vsoto) povprečne vrednosti in napake. x= x±δ x ali x= x( 1± δx) 1. Graf opremimo z naslovom, osema, mrežo, merilom ter oznakami količin in enotami. 2. V graf vnesemo x+ Δx povprečne vrednosti x in absolutne napake. x Δx 3. Skozi izmerjene točke potegnemo gladko krivuljo, ki se kar najbolj prilega izmerkom. odv. količina [enota] neodv. količina [enota] 7