Fizica -Curs 1

7/25/2019 Fizica -Curs 1

1/44

IntroducereIntroducereinin fizicafizica

Lect.DrLect.Dr..AncaAncaDumitruDumitru

[email protected]@gmail.com


2/44

Stiinta- Ce este stiinta?Orice domeniu care folosete o metoda tiinificpoate fi

numit o tiin.DEX: tiina este un ansamblu sistematic de cunotinedespre natur, societate i gndire; ansamblu de

cunotine dintr-un anumit domeniu al cunoaterii

Domeniiletiinifice:

-Stiinte naturale studiul naturii

-Stiinte sociale studiul comportamentului uman si al societatii


3/44

Metodtiinific

1. Definirea " problemei " : Ce studiezi ?

2. Adunarea informaiilor (date ) . n mod ideal , ar trebui sfie

experimente repetabile

3. Ipoteza ( ncerca sfac" sens " a datelor , ncercnd sghiceasc

de ce functioneaza sau ce lege se pare sse supun) . Aceast

ipotezar trebui ssugereze cum alte lucruri ar trebui sfuncioneze .

Deci acest lucru conduce la necesitatea de a :

4. TESTA , dar acest lucru ne conduce in general la necesitatea

colectarii mai multor informaii (napoi la pasul 2 ) .


4/44

Cum diferde Fizica de alte stiinte ?

Aceasta difer n prima etap a metodei : ceea ce

studiaza. Fizica ncearc s afle cum functioneazalucrurile la nivelul cel mai de baz. Acest lucrupresupune observatii legate de spaiu , timp , micare ,forele ( cauze de micare ) , i conceptul de energie .

Fizica (physis = natura, lb.greac) studiaz structura,proprietile i formele de micare ale materiei si sebazeaza pe observatii experimentale si masuratori

cantitative


5/44

Fizica implic lucruri i conectarea lor n ecuaii pentru aobine rspunsuri numerice.

Ecuaiile aratct de diferit lucrurile sunt legate, de exemplu,modul n care unele lucrurile se schimba n funcie de moduln care schimbalte lucruri.

Ecuaiile ne permit nu numai scalculam, dar si sa prezicemsi sa explicam anumite lucruri.

!!!!! Ecuaiile in fizica nu vor folosi x i y familiare matematica, dar nschimb va folosi cantiti fizice cum ar fi P (presiune), v (vitez ) , T(temperatur) , etc.


6/44

Mecanica studiaz micarea corpurilor (solide, lichide,gazoase)

i cauzele care produc mi

carea.

Toate studiile in fizica incep cu studiul mecanicii care ne arata,cu ajutorul matematicii, sa descriem fenomenele fiziceobservate in natura cu ajutorul marimilor fizice fundamentale(traiectoria, acceleratia, energia, etc) si a legilor fizicii (legi de

conservare, pricipiile mecanicii, etc).

Studiul mecanicii clasice se imparte in trei pri:

cinematica,

dinamicai

statica


7/44

Statica studiaz echilibrul corpurilor sub aciunea diferitelor tipuri de

fore;Introducem noiunile de echilibru de rotaie i translaie,analizm

condiiile de echilibru, etc

Cinematica este o parte a mecanicii care studiaz micarea n spaiui

timp fcnd abstracie de cauzele micrii.

Folosete noiuni ca: traiectorie, vitez, acceleraie, ecuaie de micare.

Dinamica ia n considerare forele care acioneaz asupra corpurilori

studiaz efectul forelor asupra micrii corpurilor.

Vom defini noiunile de for, moment (cinetic, al forei), energie, impulsi

vom descoperi legile de conservare.


8/44

Mrimi fizice. Uniti de msur

Proprietati si marimi fizice

Proprietati fizice sunt acele proprietati asociate unui corp sau substante

care poate fi masurate sau percepute fara a schimba identitatea acestora

Marimi fizice sunt acele proprietati fizice care pot fi precizate in mod

cantitativ (masurate)

Fizica este o tiincantitativ bazat pedefinirea corect a mrimilor

fizice, realizarea de experimente i msurtori precise asupra lor istabilirea de relaii numerice intre valorile mrimilor fizice masurate.


9/44

Rezultatul msurtorii este valoarea numeric a

mrimii respective i depinde de mrimea unitii demsur folosit ca etalon

!!!!A msura nseamn a compara ceea ce avem de msurat,

mrimea fizic MF, cu un etalon (unitate de msur, UM) pentru a

vedea de cte ori valoarea numeric cuprinde etalonul n

mrimea pe care vrem s o msurm.

Exemple:

putem msura lungimea cu pasul, palma, liniarul, ruleta, micrometrul, ...;

msurm timpul cu cronometrul, pendulul, pulsul, ...


10/44

Masuratori Stiinta cantitativa sunt necesare masuratori Cat de inalt e Ghita Muresan? Ce greutate are?

Inaltime: 2.31 m Greutate: 121 kg

Valoare + Unitatenumerica

Ambele numere si unitati sunt necesarepentru intelegerea marimilor fizica-grosime de 10nu are nici un inteles fizic


11/44

!!! Dac schimbm unitatea de msur se modific valoareanumeric a mrimii fizice????

!!! Putem comparadoarmrimi fizice de acelai tip (lungimi culungimi, timpi cu timpi,...). Spunem despre mrimile de acelai tip cau aceeaidimensiune.

Exemplu: Lungimea mesei, nlimea slii de clas, distana de laPmnt la Soare, distana dintre atomii de Na i Cl n sarea debuctrie sunt mrimi fizice de acelai tip, lungimi, au aceeai

dimensiune: LUNGIMEA (L) i le putem compara ntre ele.


12/44

Numrulminim de dimensiuni de care avem nevoie pentru a exprimatoate mrimile fizice din mecanic este 3 : LUNGIMEA (L), MASA (M)i TIMPUL (T).

Exemple: (impulsul (produsul mv are dimensiune de impuls), fora(produsulma are dimensiune de for), viteza, energia (produsulmv2 aredimensiune de energie), ..., aria, presiunea).

Celelalte mrimi fizice se numescmrimi fizice derivate

Mrimile fizice asociate acestor dimensiuni se numesc mrimi fizicefundamentale (lungimea l, masa m i timpul t).

!!! Numerele sunt adimensionale (dimensiune 1) iar argumentelefunciilor trigonometrice, exponenialelor sau logaritmilortrebuie s fie

de asemenea adimensionale.


13/44

Marimi si unitati fundamentaleLungime metru mMasa kilogram kg

Timp secunda s

Intensitatea curentului electric amper A

Temperatura kelvin K

Intensitea Luminoasa candela cd

Cantitatea de substanta mol mol

In 1960, a fost definit Sistemul international de Unitati


14/44

Multiplii unitatilor de masura in SI

de unitati10x Prefix Simbolx=18 exa E15 peta P12 tera T

9 giga G6 mega M3 kilo k

2 hecto h1 deca da

3,000 m = 3 1,000 m

= 3 103 m = 3 km

1,000,000,000 = 109 = 1G

1,000,000 = 106 = 1M

1,000 = 103 = 1k

141 kg = ? g

1 GB = ? Byte = ? MB


15/44

10x Prefix Simbol

x=-1 deci d-2 centi c-3 mili m

-6 micro -9 nano n

-12 pico p

-15 femto f-18 atto a

Submultiplii unitatilor de masura in

SI de unitati 0.003 s = 3 0.001 s

= 3 10-3 s = 3 ms

0.01 = 10-2 = centi 0.001 = 10-3 = mili

0.000 001 = 10-6 = micro

0.000 000 001 = 10-9 = nano 0.000 000 000 001 = 10-12

= pico = p

1 nm = ? m = ? cm 3 cm = ? m = ? mm


16/44

Marimi fizice si unitati derivate Marimi derivate: aria, viteza, volumul, densitatea. Aria = distanta distanta - unitatea de masura pentru arie in SI = m2

Volum = distanta distanta distanta - unitatea de masura pentruvolum in SI = m3

Viteza = distanta / timp - unitatea de masura pentru viteza in SI =m/s

Densitatea = Masa/ Volum - unitatea de masura pentru densitate inSI = kg/m3

In 2008 la jocurile olimpice, Usain Bolt a stabilit recordul mondial de9.69 s in Finala de 100 m. Care este viteza lui medie?

m/s10.32s

m

9.69

100

s9.69

m100viteza ===


17/44

Alte sisteme de unitati Sistemul CGS: cm, gram, secunda

Sistem de unitati folosit in SUA pentru consumatori; Este util sa cunoastem conversiile dintre diferite sisteme

in SI

1 mile = 1609 m = 1.609 km 1 ft = 0.3048 m =30.48 cm

1 m = 39.37 in. = 3.281 ft 1 in. = 0.0254 m =2.54 cm

1 lb = 0.465 kg 1 oz = 28.35 g

1 day = 24 hours = 24 * 60 minutes = 24 * 60 * 60

seconds


18/44

Alte sisteme de unitati

Marimea fizica SI CGS US

Lungimea Metru (m) Centimetru (cm) feet (ft)1m=3.28 ft

Timp Secunda (s) Secunda (s) second (s)

Masa Kilogram (kg) Gram (g) slug

Viteza m/s cm/s ft/sAcceleratia m/s2 cm/s2 ft/s2

Forta Kg*m/s2=N

(Newton)

g*cm/s2=dyne slug* ft/s2=pound

(lb)

Lucurul mecanic N*m=J (Joule) dyne*cm=erg lb*ft

Puterea J/s=W (watt) erg/s ft lb/s


19/44

Folosim analiza dimensional ndeosebi pentru a verifica soluia

analitic a unei probleme nainte de a efectua calculele numerice (care

sunt inutile n cazul n care formula de plecare este greit).

Dimensiunea termenului din stnga al unei ecuaii TREBUIE s fieegalcu dimensiunea termenului din partea dreaptal egalitii.

Analiza dimensionala

Variabile din Ec. x m t v=(xf-xi)/t a=(vf-vi)/t

dimensiunea L M T L/T L/T2


20/44

Marimi fizice si unitati derivate in mecanica


21/44

L (L/T)T=L

(L/T2)T2=L

Fiecare termen TREBUIE sa aiba aceeasidimensiune

Doua variabile nu pot fii adunate daca nu auaceeasi dimnesiuneMultiplicarea variabilelor este intotdeaunacorectaNumerele (ex. 1/2 sau ) sunt adimnesionale

xfxi =vit+1

2at

2

Analiza dimensionalaVerificarea ecuatiilor folosind analiza dimensionala:


22/44

!!! Faptul c o ecuaie este corect din punct de vedere (dpdv)

dimensional nu nseamn c ea este corect i dpdv fizic

!!! O ecuaie care nu este corect dpdv dimensional nu este corectnici dpdv fizic .

glT 2=


23/44

Unitati vs. Dimensiuni Dimensiuni: L, T, M, L/T

Unitati: m, mm, cm, kg, g, mg, s, h, ani Cand ecuatia este toata algebra: verificati

dimensiunile

Cand apar si numere: verificati unitatile Unitatile respecta aceleasi reguli ca si

dimensiunile:

Nu adunati niciodata termeni cu diferite unitati Unghiurile sunt adimensionale dar au unitati

(grade sau radiani)


24/44

Presupunem ca masa unei roci este de 8.2 g iarvolumul sau este 2.3 cm3. Cat de precis putem

determina densitatea?

Nu exist msurtori exacte sunt , i este important ca rezultateleexperimentale sa aiba cu un numr de cifre semnificative care dau o impresie

rezonabil de precizie msurtorii .

Cifre semnificative


25/44

Cinematica este o parte a mecanicii care studiaz

micarea n spaiu i timp f cndabstracie de cauzele micrii.

folosete noiuni ca: traiectorie,vitez,acceleraie, ecuaie de micare.


26/44

Sisteme de referinta si sisteme de coordonate

-micarea sau repausul este descrisde un reper spaial i un reper temporal

-indiferent de locul nostru n univers, dimensiunile unui anumit obiect i durata unui

anumit proces fizic sunt aceleai.

Timpul - este omogen - duratele de timp se scurg la fel, indiferent de momentelede timp ntre care se face msurtoarea

Reperul spaial este constituit din sistemul de obiecte fizice n raport cu care estespecificatpoziia oricrui punct material

Fiecrui reper spaial i vom asocia, de regul, un sistem de axe de coordonatecuajutorul crora putem preciza coordonatele spaiale ale obiectului.

Ansamblul format din reperul spaial i reperul temporalpoartnumele desistem de referinsau referenial.


27/44

Sisteme de referint

- deplasarea a unui corp se defineste numai n raport cu alte corpuri

- deplasarea este legat de pozitie, atunci se vorbeste despre pozitiareciproc dintre corpuri

Corpul de referint se consider fix si fat de el se studiazmiscarea altor corpuri (ex. Pmntul,Soarele).

De corpul de referint este legat rigid un sistem de coordonate (SC) cade exemplu sistemul cartezian ortogonal de trei axe.

Acest sistem de coordonate mpreun cu ceasornicul pentru msurareatimpului constituie sistemul de referint (SR) sau reper.


28/44

doi observatori O si O si o particul P

Se utilizeaz sistemele de referint Oxyz si Oxyz

1. O si O sunt n repaus unulfat de cellalt, ei observaceeasi miscare a particulei P.

2. O si O sunt n miscare unul fatde cellalt, observarea miscrii

particulei P va fi diferit.

Exemplu: Sisteme de referint


29/44

Miscarea Lunii

observatorul terestru n SR - Oxyz traiectorie circulara

observatorul solar, n SR - Oxyz -traiectorie ondulat

Exemplu: Sisteme de referint


30/44

Sisteme decoordonate

o Sistemul decoordonate cartezian

o Sistemul decoordonate cilindric transforma miscarea pe o

traiectorie oarecare intro miscare pe cilindru

o Sistemul decoordonate polar

transforma miscarea pe o

traiectorie

oarecare intro miscare pe cerc

o Sistemul decoordonate sferictransforma miscarea pe otraiectorie

oarecare intro miscare pe sfera.


31/44

Pentru localizarea punctelor n spaiu sunt utilizate trei sisteme decoordonate: carteziene, sferice i cilindrice.

Sisteme de coordonate

coordonate carteziene bidimensionale(planare) coordonate carteziene tridimensionale(in spatiu)

Sistemul de coordonate carteziene

i l d d i


32/44

Sistemul decoordonate cartezian

z

y

x

rx=x

ry=y

rz =z

r

-Cele trei axe de coordonate - linii drepte -direcia i sensul acestora este indicat prin treivectori unitari, numii versori.

- coordonatele unui punct material se obin prinproiecia poziiei acestuia pe cele trei axe decoordonate

Poziia punctului material M este

descris cu ajutorul vectorului de

poziie (sau razei vectoare)


33/44

Traiectoria

Traiectoria - locul geometric al punctelor prin care trece mobilul sau curba descrisde mobil n timpul miscrii sale.

Traiectoria poate fi:

- rectilinie sau- curbilinie (circular)

Pozitia mobilului la un moment dat estedat de vectorul de pozitie:

++= kzjyixr

r(t) = ix(t) +jy(t) + kz(t)

Si t l d d t ili d i


34/44

cos=x

sin=y

),(),( yxMM ),,(),,( zyxMzM

cos=x

sin=y

zz=

Sistemul decoordonate cilindric

o Miscarea pe otraiectorie oarecare este transformata intro miscare pe uncilindru

Si t l d d t ili d i


35/44

Sistemul decoordonate cilindric

Relatiile de transformare din sistemul cartezian in sistemul cilindric:

22yx +=

xytg =

zz=

Relatiile de transformare din sistemul cilindric in sistemul cartezian:

zz=

cos=x

sin=y


36/44

Coordonate sferice

),,(),,( zyxMrM

cosrz=

sinr=cos=x

sin=y

sinsinry=

cossinrx=

cosrz=

=

2cossin

=

2

sincos


37/44

Relatiile de transformare din sistemul cartezian in sistemul sferic:

222 zyxr ++=

x

y

tg =

),,(),,( rMzyxM

arctg=

z

yx

ztg

22 +==

arctg=

sau

222cos

zyx

zrz

++== arccos=


38/44

Sisteme de coordonate in cazul Pamantului

Definirea axelor unui sistem de coordonate carteziene aezat n centrul Pmntului

Axa Z pe direcia axei de rotatie a Pmntului cusensul pozitiv ctre nordul geografic

Axa X, n planul ecuatorului, trecnd prin punctul decoordonate (0, 0)

Axa Y, n planul ecuatorului, trecnd prin punctul decoordonate (0, 90E)


39/44

Definirea coordonatelor sferice pentru un sistem de coordonate

sferice aezat n centrul Pmntului

Axa reste pe direcia razei care trece prin punct.

Unghiul dintre raz i planul ecuatorului = latitudineageografic.

Unghiul dintre dreapta trecnd prin punctul decoordonate geografice (0, 0) i proiecia razei nplanul ecuatorului = longitudinea geografic.

Sistemul de coordonate sferic


40/44

Sistemul decoordonate sferic

Aplicatii ale

sistemului de

coordonate sferic GPS, pozitia unui mobil pe suprafataPamantului este data

sub

forma

de

latitudine

si longitudine

FFFI!!!!

Sistemul de coordonate sferic sistemul de coordonate geografic- in sistemul de coordonate geograficr=R si reprezinta raza Pamantului

(R6371km).

Unghiul reprezinta longitudinea iarunghiul colatitudinea (=- lat).

Latitudinea unghiul este unghiul

pe care il face raza Pamantului cuproiectia ei in planul ecuatorului


41/44

Definire axelor unui sistem de coordonate carteziene aezatntr-un punct la suprafaa Pmntului

Axa Z este pe direcia verticalei punctului (carecoincide n prim aproximaie cu raza sferei).

Axa X este tangent la meridianul care trece prin

punct cu sensul pozitiv ctre nordul geografic

Axa Y este tangent la paralela care trece prinpunct avnd sensul pozitiv ctre est.


42/44

Grade masoara unghiul (catintoarcem capul)Radiani masoara unghiul cuajutorul distantei parcurse.

3600 = 2 rad 00

3.57

2

3601 ==

rad

017.0360

21

0

0 ==


43/44


44/44

Tema

1. Transformatii coordonate GPS in coordonate carteziene.

http://www.punctedeinteres.ro/coordonate.php De pe pagina web alegeti treipuncte diferite, cu coordonatele geografice corespunzatoare si transformati incoordinate carteziene (x, y, z). Raza pamantului

Verificati egalitatea:

2. Consideram coordonatele carteziene: x= 5400 km, y= 2300 km si z=4800km. Aflati coordonatele sferice. Care sunt coordonatele GPS in acest caz? Ince tara se afla coordonatele respective (folositi pagina

http://www.punctedeinteres.ro/coordonate.php pentru localizare

222 zyxr ++=

r6371km

Date post:	26-Feb-2018
Category:	Documents
Upload:	marasac-razvan
View:	254 times
Download:	0 times

Fizica -Curs 1

Documents