Физични явления

В девети клас ще изучаваме някои електрични и механични явления: електричен ток и механичните трептения и вълни. Преди да преминем към новия учебен материал, ще направим кратък преговор на най-важното от изученото досега по тези теми.

Електричен ток
  • Насоченото движение на електрични заряди се нарича електричен ток. В металните проводници такова движение може да извършват свободните електрони (фиг. 1). Насоченото движение на зарядите се характеризира с физична величина, която също се нарича електричен ток. По определение електричният ток I е равен на заряда q, преминал през напречното сечение на проводника (фиг. 1) за единица време t (за една секунда):

[latex]\small \textbf{\textsf{електричен ток}}=\frac{\textbf{\textsf{преминал заряд}}}{\textbf{\textsf{време}}}[/latex] или  [latex]I=\frac{q}{t}[/latex]
  • Електричното напрежение U е мярка за енергията, която електричните заряди (електроните) предават на консуматора или получават от източника при протичане на електричен ток.
  • Проводниците и всички консуматори в електрическите вериги намаляват електричния ток и се характеризират с величината електрично съпротивление R:

[latex]\small \textbf{\textsf{съпротивление}}=\frac{\textbf{\textsf{напрежение}}}{\textbf{\textsf{ток}}}[/latex] или  [latex]R=\frac{U}{I}[/latex]
  • Електричният ток има топлинно действие. Количеството топлина Q, което се отделя за време t в проводник със съпротивление R, когато по проводника тече ток I, се определя по закона на Джаул – Ленц:

[latex]Q=I^2Rt[/latex]   закон на Джаул – Ленц
  • Мощността на тока P (електричната енергия, която всяка секунда се преобразува в консуматора в топлина или в друг вид енергия) се пресмята по формулите:

[latex]P=UI,P=I^2R[/latex] или [latex]P=\frac{U^2}{R}[/latex]   мощност на тока

където U e напрежението върху консуматора, I – токът през консуматора, а R – неговото съпротивление.
  1. С помощта на таблицата си припомнете физичните величини, с които описваме основните закономерности при протичане на електричен ток, и техните мерни единици.
  2. Как се наричат уредите за измерване на електричен ток и електрично напрежение? Как се свързват тези уреди в електрическите вериги?
  3. Кой от уредите на фиг. 2 е амперметър, а кой – волтметър? Определете съпротивлението R на консуматора, ако волтметърът измерва напрежение U = 12 V, а амперметърът – ток I = 0,2 А.
  4. Пресметнете количеството топлина Q, отделено за време t = 2 min в нагревател със съпротивление R = 20 Ω, когато през нагревателя тече ток I = 6 А. Колко вата е мощността на тока?

Таблица. Физични величини и мерни единици

Величина

Означение

Мерна единица

Електричен заряд

q

кулон C

Електричен ток

I

ампер  А

Електрично напрежение

U

волт  V

Електрично съпротивление

R

ом  Ω

Енергия и количество топлина

E

Q

джаул  J

киловатчас  kWh
1 kWh = 3,6.106 J

Мощност

P

ват  W

Движение и сили
  • Съгласно първия принцип на механиката всяко тяло, на което не действат сили, извършва праволинейно равномерно движение или се намира в покой.
  • Връзката между ускорението a на едно тяло, равнодействащата F на всички приложени към тялото сили и неговата маса m се изразява с уравнението на втория принцип на механиката: F = ma.
  • Съгласно третия принцип на механиката всяко действие има равно противодействие (фиг. 3).
  • Праволинейните движения с постоянно ускорение (равноускорително движение и равнозакъснително движение) се извършват под действие на постоянна по големина сила F, която е насочена в направление на движението (фиг. 4).
  • Люлеенето на махалото е пример за трептене – често срещано в природата и в техниката периодично механично движение, което се характеризира с период T, честота ν и амплитуда A.
    Единицата за честота се нарича херц (Hz). Периодът Т и честотата ν на трептене сa свързани с равенството   [latex]\nu=\frac{1}{T}[/latex]
  • Звукът е трептения, които се разпространяват като вълна в материална среда – газ, течност или твърдо тяло. За разлика от светлината звукът не може да се разпространява във вакуум.
  1. Защо казваме, че движението е относително? Какво е отправно тяло?
  2. Тяло с маса m = 2 kg пада свободно (съпротивлението на въздуха се пренебрегва), без начална скорост. Колко е ускорението на тялото? Как се нарича това ускорение? Зависи ли това ускорение от масата на тялото? Каква е траекторията на тялото? Как се нарича силата, под действие на която тялото извършва свободно падане? Определете нейната големина.
  3. На тялo с маса m = 800 g действа постоянна сила F = 2 N (фиг. 4а). Какво движение извършва тялото? Определете неговото ускорение a.
  4. На тялото с маса m = 750 g от фиг. 4б действа сила на триене f = 0,6 N. Какво движение извършва тялото? Определете неговото ускорение.
  5. Мая и Сашо изучават движението на теглилка, окачена на пружина. Върху скалата на линийката от фиг. 5 са означени равновесното положение на теглилката и нейното най-голямо отклонение нагоре и надолу по време на движението. Учениците измерват, че за време
    t = 8 s теглилката изминава път s = 60 cm. Определете амплитудата A, периода T и честотата ν на трептене на това пружинно махало.