Ֆիզիկա

Արեգակնային համակարգ, մոլորակային համակարգ, որը գտնվում է Ծիր Կաթին գալակտիկայի մեջ[1] և բաղկացած է Արեգակից[2] և այլ երկնային մարմիններից, որոնք ձգողությամբ կապում են նրա ութ մոլորակները,[3][4] նրանց 167 բնական արբանյակները,[5] հինգ գաճաճ մոլորակները (Սերես, Պլուտոն, Հոմեա, Մակեմակե և Էրիս[6] և նրանց վեց բնական արբանյակները) և միլիարդավոր այլ փոքր մարմիններ։ Այս վերջինը բաղկացած է աստերոիդներից, Կոյպերի գոտու մարմիններից, գիսաստղերից, աստղաքարերից և տիեզերական փոշուց։Արեգակնային համակարգը ձևավորվել է մոտ 4,57 միլիարդ տարի առաջ տիեզերական ձգողականության գազափոշային ամպի կոլապսի ճանապարհով[7]։Արեգակնային համակարգի օբյեկտների զանգվածի մեծ մասը բաժին է ընկնում Արեգակին, մնացած մասը պարունակվում է ութ համամատաբար մեկուսացված մոլորակներում, որոնք ունեն գրեթե շրջանաձև ուղեծիր և դասավորված են գրեթե հարթ սկավառակի սահմաններում՝ խավարածրի հարթությամբ։Չորս ամենափոքր ներքին մոլորակներն են Մերկուրին, Վեներան, Երկիրը և Մարսը (նաև կոչվում են երկրային խմբի մոլորակներ), հիմնականում բաղկացած են սիլիկատներից և մետաղներից։ Չորս արտաքին մոլորակներն են՝ Յուպիտերը, Սատուրնը, Ուրանը և Նեպտունը (նաև կոչվում են գազային հսկաներ կամ պարզապես հսկա մոլորակներ), ավելի զանգվածեղ են, քան երկրային խմբի մոլորակները։ Արեգակնային համակարգի ամենամեծ մոլորակներ Յուպիտերն ու Սատուրնը գլխավորապես բաղկացած են ջրածնից և հելիումից, արտաքին ավելի փոքր Ուրանն ու Նեպտուն, ջրածնից և հելիումից բացի պարունակում են նաև մեթան և շմոլ գազ[8]։ Այդպիսի մոլորակները մտնում են առանձին դասի՝ «սառցային հսկաների» մեջ[9]։Արեգակնային համակարգում կան փոքր մարմիններով զբաղեցված երկու մարմիններ։ Աստերոիդների գոտին, որը գտնվում է Մարսի և Յուպիտերի միջև, կառուցվածքով համընկնում է երկրային համակարգի մոլորակների հետ, քանի որ կազմված է սիլիկատներից և մետաղներից։ Աստերոիդների գոտու խոշորագույն օբյեկտներ են համարվում թզուկ մոլորակ Սերեսը, Պալասը, Վեստան, և Հիգեան։ Նեպտունի ուղեծրից այն կողմ տեղավորված են տրանսնեպտունային մարմինները, որոնցից խոշորագույններն են՝ Պլուտոնը, Սեդնան, Հոմեան, Մակեմակեն, Կվավարը, Օրկը, Էրիսը, բաղկացած սառած ջրից, ամոնիակից և մեթանից։ Արեգակնային համակարգում գոյություն ունեն այլ փոքրագույն մարմինների պոպուլյացիաներ ևս, ինչպիսիք են մոլորակային քվազիարբանյակները և տրոյացիները, մերձերկրյա աստերոիդները, կենտավրոսները, դամոկլոիդները, ինչպես նաև համակարգով տեղափոխվող գիսաստղերը, երկնաքարերը և տիեզերական փոշին։Արեգակնային քամին (Արեգակից պլազմայի հոսքը) միջաստղային միջավայրում առաջացնում է հելիոսֆերա անվանմամաբ պղպջակ, որը տարածվում է համակարգում մինչև ցրված սկավառակի եզրը։ Օորտի ամպը՝ երկարակյաց գիսաստղի աղբյուրը, կարող է տարածվել մոտավորապես հազար անգամ հելիոսֆերայից այն կողմ։Արեգակնային համակարգը մտնում է Ծիր Կաթին գալակտիկայի մեջ։Արեգակնային համակարգի կենտրոնական օբյեկտն Արեգակն է՝ G2V սպեկտրալ շարքի գլխավոր հաջորդականության աստղը, դեղին թզուկ։ Արեգակի մեջ է կենտրոնացած համակարգի զանգվածի գերակշռող մասը (մոտ 99,866 %)։ Այն իր ձգողականության շնորհիվ պահում է մոլորակները և այլ տիեզերական մարմիններ, որոնք պատկանում են Արեգակնային համակարգին[10]։ Չորս ամենամեծ օբյեկտները՝ գազային հսկաները, զբաղեցնում են մնացած զանգվածի 99 % (ընդ որում, մեծ մասը բաժին է հասնում Յուպիտերին և Սատուրնին՝ մոտ 90 %)։Արեգակի շուրջը առաջացած մեծ օբյեկտներից շատերը շարժվում են գրեթե մեկ հարթությամբ, որը կոչվում է էկլիպտիկ հարթություն։ Ընդ որում, գիսաստղերը և Կոյպերի գոտու օբյեկտները սովորաբար օժտված են այդ հարթությունների նկատմամբ մեծ թեքության անկյուններով[11][12]։Բոլոր մոլորակների և այլ օբյեկտների մեծամասնությունը շարժվում է Արեգակի շուրջը Արեգակի շարժման մի ուղղությամբ (եթե դիտելու լինենք Արեգակի հյուսիսային բևեռից, ապա՝ ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ)։ Կան բացառություններ, օրինակ՝ Գալեա գիսաստղը։ Ամենամեծ անկյունային արագությամբ օժտված է Մերկուրին, որը հասցնում է Արեգակի շուրջը կատարել մեկ ամբողջ պտույտ 88 երկրային օրվա ընթացքում։ Իսկ ամենահեռու գտնվող մոլորակի՝ Նեպտունի պտտման պարբերությունը կազմում է 165 երկրային տարի։Մոլորակների մեծ մասը պտտվում է իր առանցքի շուրջը՝ Արեգակի շուրջ պտտվելուն զուգահեռ։ Բացառություններ են կազմում Վեներան և Ուրանը, ընդ որում, Ուրանը պտտվում է գրեթե «կողքի վրա պառկած» (առանցքի թեքությունը գրեթե կազմում է 90°)։ Այս պտույտի ցուցադրության համար օգտագործում են հատուկ սարք՝ թելուրիում (լատիներեն՝ tellus՝ «Երկիր»)։Արեգակնային համակարգի շատ մոդելներ պայմանականորեն ցույց են տալիս մոլորակների ուղեծրերը հավասար ժամանակամիջոցների ընթացքում, սակայն, իրականում, փոքր բացառությամբ, որքան հեռու է մոլորակը կամ բևեռը Արեգակից, այնքան մեծ է այդ մոլորակի և նախորդ մոլորակի ուղեծրերի միջև հեռավորությունը։ Օրինակ՝ Վեներան գտնվում է Արեգակից մոտ 0.33 ա.մ. ավելի հեռու, քան Մերկուրին, այն դեպքում, երբ Սատուրնը գտնվում է 4.3 ա.մ. ավելի հեռու, քան Յուպիտերը, իսկ Նեպտունը 10.5 ա.մ. ավելի հեռու, քան Ուրանը։ Արվել են փորձեր ուղեծրերի միջև հեռավորությունների որոշման և մոդելավորման համար (Տիցիուս-Բոդեի օրենք)[13], սակայն ոչ մի տեսություն համաշխարհային լայն ճանաչման չի հասել։Օբյեկտների ուղեծրերը Արեգակի շուրջը նկարագրվում են Կեպլերի օրենքներով։ Այդ օրենքների համաձայն՝ յուրաքանչյուր օբյեկտ շարժվում է էլիպտիկ ուղեծրով, որի կիզակետերից մեկում գտնվում է Արեգակը։ Արեգակին ավելի մոտ գտնվող օբյեկտների (մեծ կիսաառանցքի փոքր չափսեր ունեցողների) համար մեծ է պտտման անկյունային արագությունը, այդ իսկ պատճառով, կարճ է պտտման պարբերությունը (տարի)։ Էլիպտիկ ուղեծրի վրա օբյեկտի հեռավորությունը Արեգակից փոխվում է տարվա ընթացքում։ Ուղեծրի վրա Արեգակին ամենամոտ կետը անվանում են պերիգելիա, իսկ ամենահեռացվածը՝ աֆելիա։ Յուրաքանչյուր օբյեկտ շարժվում է արագ իր պերիգալիայում, իսկ դանդաղ՝ իր աֆելիայում։ Մոլորակների ուղեծրերը մոտ են շրջանագծին, սակայն բազմաթիվ գիսաստղեր, աստերոիդներ և Կոյպերի գոտու օբյեկտներ ունեն լավ ձգված էլիպտիկ ուղեծրեր։Արեգակնային համակարգի մոլորակներից շատերը ունեն սեփական համակարգեր։ Շատերը շրջապատված են արբանյակներով (արբանյակներից մի քանիսը նույնսիկ գերազանցում են իրենց չափերով անգամ Մերկուրիին)։ Մեծ արբանյակներից շատերը գտնվում են միաժամանակյա շարժման մեջ. նրանց մի կողմը միշտ ուղղված է դեպի մոլորակը։ Չորս խոշորագույն մոլորակները՝ գազային հսկաները, օժտված են նաև օղակներով, փոքր մասնիկների բարակ շերտով, որոնք պտտվում են իրար շատ մոտ ուղեծրերով։

Հեռավորություն Արեգակից

Երկրային խմբի մոլորակներն՝
Մերկուրի
Վեներա
Երկիր
Մարս

Գազային հսկաներն՝
Յուպիտեր
Սատուրն
Ուրան
Նեպտուն

Գաճաճ մոլորակներ՝
Սերես
Պլուտոն
Հոմեա
Մակեմակե
Էրիս

 

 

Տիեզերք

Տիեզերքը մեզ շրջապատող անսահման և հավերժական նյութական աշխարհն է, Երկրից մինչև տիեզերական տարածության ամենահեռուներում ֆիզիկապես գոյություն ունեցող ամեն ինչը:Տիեզերքն ընդգրկում է անթիվ բազմությամբ գալակտիկաներ: Մեզ տեսանելի ամենահեռավոր գալակտիկաներն այնքան հեռու են մեզանից, որ դրանցից եկող լույսը մեզ է հասնում միլիարդավոր տարիների ընթացքում:Մեզանից շատ առաջ մարդիկ կարծում էին, թե Երկիրը Տիեզերքի կենտրոնն է: Այժմ մենք գիտենք, որ չնայած Երկիրը բացառիկ կարևորություն ունի մեզ համար, բայց այն Արեգակի շուրջը պտտվող ընդամենը մի փոքրիկ մոլորակ է, իսկ Արեգակը՝ ընդամենը մեր Գալակտիկայի միլիոնավոր սովորական աստղերից մեկը:Աստղերն ինքնալուսարձակող, ջրածնի ու հելիումի գազային վիթխարի գնդեր են, որոնց կենտրոնում ջերմաստիճանը հասնում է միլիոնավոր, իսկ մակերևույթին՝ հազարավոր աստիճանների: Բացի Երկրից, Արեգակի շուրջը պտտվում են ևս 9 մեծ մոլորակներ (Մերկուրի, Վեներա, Մարս, Յուպիտեր, Սատուռն, Ուրան, Նեպտուն, Պլուտոն և 10-րդ) ու հազարավոր փոքր մարմիններ՝ աստղակերպներ ու գիսավորներ: Բայց դրանք, նույնիսկ միասին վերցրած, զանգվածով շուրջ 100 անգամ փոքր են Արեգակից: Որպեսզի գաղափար կազմենք Տիեզերքի չափերի մասին, դրանք համեմատենք Երկրից դիտվող երկնային մարմինների հեռավորությունների հետ: Լույսի ճառագայթը, որը տարածվում է 300.000 կմ/վ արագությամբ, 1 վայրկյանում կարող է մոտ 8 անգամ պտտվել երկրագնդի շուրջը: Որպեսզի լույսն Արեգակից Երկիր հասնի, հարկավոր է 8 րոպեից մի փոքր ավելի ժամանակ: Մինչդեռ մեզ ամենամոտ Պրոքսիմա աստղից, որը գտնվում է Կենտավրոս համաստեղությունում, լույսը Երկիր է հասնում միայն 4 տարի 4 ամսում: Գիտնականներին հայտնի են բազմաթիվ աստղեր, որոնցից լույսի ճառագայթները մեզ հասնում են հարյուրավոր, հազարավոր, միլիոնավոր, նույնիսկ միլիարդավոր տարիների ընթացքում:Քանի որ աստղերից եկող լույսը մեզ է հասնում այդքան երկար ժամանակամիջոցում, մենք այժմ աստղերը տեսնում ենք այնպիսին, ինչպիսին դրանք իրականում եղել են հարյուրավոր, հազարավոր, միլիոնավոր տարիներ առաջ: Այսինքն` երբ նայում ենք Տիեզերքի խորքերը, մենք, ըստ էության, նայում ենք վաղուց անցած-գնացած ժամանակներին:Արեգակը մոլորակների և իր մյուս արբանյակների հետ կազմում է Արեգակնային համակարգը: Հնարավոր է, որ շատ աստղեր նույնպես իրենց շուրջն ունեն մոլորակներ, և դրանցից մի քանիսի վրա կյանք լինի:Աստղերը կազմում են աստղային հսկայական համակարգեր՝ գալակտիկաներ: Արեգակից բացի, մեր Գալակտիկայում կան մոտ 100 մլրդ ուրիշ աստղեր ևս:Որոշ գիտնականներ այն կարծիքին են, որ Տիեզերքը երբեք չի առաջացել, այլ հավերժ գոյություն է ունեցել և գոյություն էլ ունենալու է՝ փոփոխվելով միայն իր ձևերով և դրսևորումներով:Ժամանակակից գիտության մեջ Տիեզերքի ձևի և չափերի մասին պատկերացումները խիստ վիճելի են: Ենթադրաբար, Տիեզերքի չափերը կազմում են ավելի քան 93 մլրդ լուսատարի (1 լուսատարին լույսի անցած ճանապարհն է 1 տարում՝ 9,5.1012կմ): Ենթադրվում է նաև, որ դիտարկումներին ենթակա է Տիեզերքի ընդամենը 13 մլրդ լուսատարի ծավալը, այսինքն՝ 1/7-րդ մասը:

 

Լույսի անդրադարձման օրենքը

Լույսը ընկնելով մարդու աչքի մեջ առաջացնում է տեսողական զգացողություն, որի հետևանքով մենք տեսնում ենք լույսի աղբյուրը և բոլոր այն մարմիններն ու մակերևույթները, որոնք անդրադարձնում են իրենց վրա ընկնող լուսային ճառագայթները: Լավ անդրադարձնող մակերևույթ է հայելին: Այն կարող է անդրադարձնել լուսային էներգիայի մոտ 90%-ը:Լույսի անդրադարձումը ենթարկվում է որոշակի օրենքի, որը հայտնագործել է Հին Հունաստանի գիտնական Էվկլիդեսը:Այս օրենքը սահմանելու համար հարմար է օգտվել օպտիկական սկավառակ կոչվող սարքից:

Օպտիկական սկավառակում լույսի աղբյուր է ծառայում փոքրիկ լամպը, որը գտնվում է շարժական լուսարարի ներսում:

Լուսարարից դուրս եկող լույսի նեղ փունջը՝ AO լույսի ճառագայթը, տարածվում է սկավառակի մակերևույթին և նրա մասնիկների կողմից ցրվելով դառնում է տեսանելի:

Սկավառակի կենտրոնում տեղադրված հարթ հայելուց AO ճառագայթը անդրադառնում է և սկավառակի վրա առաջացնում OBանդրադարձած ճառագայթ:Ստացված պատկերը վկայում է այն մասին, որ AO ճառագայթը, հայելու հարթությանը տարված OC ուղղահայացը և OBանդրադարձած ճառագայթը գտնվում են միևնույն՝անկման հարթության մեջ:

  Ընկնող ճառագայթի և անդրադարձնող մակերևույթին տարված ուղղահայացի միջև կազմած անկյունը կոչվում է անկման անկյուն՝    α (ալֆա):

Անդրադարձած ճառագայթի և անդրադարձնող մակերևույթին տարված ուղղահայացի միջև կազմած անկյունը կոչվում է անդրադարձման անկյուն՝  ՝γ (գամմա):

Տեղափոխելով լույսի աղբյուրը սկավառակի եզրով կարող ենք համոզվել.

Անդրադարձած ճառագայթն ընկած է անկման հարթության վրա, ընդ որում անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյանը՝ α=γ :

Փորձնական տվյալների վրա հիմնված այս օրենքը կոչվում է անդրադարձման օրենք:

Նկատենք նաև, որ եթե փորձում լույսի ճառագայթը ընկնի անդրադարձնող մակերևույթի վրա BO ուղղությամբ, ապա անդրադառնալուց հետո այն կանցնի OA ուղղությամբ: Այս հատկությունը կոչվում է լուսային ճառագայթների շրջելիություն:

 Հարթ հայելի:

Առօրյա կյանքում մեծ կիրառություն ունեն հարթ, անդրադարձնող մակերևույթները, որոնց անվանում ենք հարթ հայելի:

Երբ առարկան գտնվում է հայելու առաջ, ապա թվում է, թե հայելու հետևում նույնպիսի առարկա է գտնվում: Այն ինչ մենք տեսնում ենք հայելում, կոչվում է առարկայի պատկեր:

Հասկանալու համար, թե ինչպես է առաջանում առարկայի պատկերը հարթ հայելիում, հետևենք հայելու դիմաց տեղադրված S լույսի կետային աղբյուրից դուրս եկող SO1 և SO2 ճառագայթներին: Այդ ճառագայթները հասնելով հարթ հայելուն՝ նրանից կանդրադառնան համաձայն անդրադարձման օրենքի, այսինքն նույն անկյան տակ, ինչ անկյան տակ որ ընկնում է հարթ հայելու վրա:

Անդրադարձումից հետո ճառագայթները տարամիտող փնջով ընկնում են դիտողի աչքի մեջ: Դիտորդը լույսի աղբյուրը կտեսնի այն կետում, որ կետում կհատվեն այդ տարամիտող ճառագայթների մտովի շարունակությունները (կետագծերով նշված), այսինքն S1 կետում:

Այդ կետն էլ՝ S1-ը, հենց S կետային աղբյուրի պատկերն է հարթ հայելում:S1 պատկերը կոչվում է կեղծ, քանի որ ստացվում է ոչ թե լույսի իրական ճառագայթների այլ դրանց երևակայական շարունակությունների հատումից:Այսպիսով, հարթ հայելում պատկերը միշտ կեղծ է լինում:

 Օգտվելով եռանկյունների հավասարության հայտանիշներից կարելի է ապացուցել, որ S1O=SO

 Սա նշանակում է. հարթ հայելում պատկերն նրանից գտնվում է նույն հեռավորության վրա, ինչ հեռավորության վրա նրա դիմաց գտնվում է լույսի աղբյուր:

Կատարելով փորձ հարթ թափանցիք ապակու, վառվող և հանգած մոմերով: Փորձով կարելի է համոզվել, որ վառվող մոմի պատկերը այդ՝ մասամբ անդրադարձնող ապակու մյուս կողմում կեղծ է, քանի որ, եթե պատկերի երևացող բոցի վրա թղթի կտոր պահենք այն չի այրվի:

Կատարելով համապատասխան չափումներ քանոնով կարելի է համոզվել, որ վառվող մոմը և նրա կեղծ պատկերը ապակուց գտնվում են նույն հեռավորության վրա:Փորձը ցույց է տալիս նաև, որ մոմի պատկերի բարձրությունը հավասար է իրական մոմի բարձրությանը;Արդյունքները ամփոփելով կարելի ասել, որ հարթ հայելում առարկաների պատկերները միշտ լինում են.Սակայն հայելում առարկայի պատկերի և առարկայի միջև կան նկատվող տարբերություններ: Հայելային անդրադարձումը միշտ աջը ձախ է փոխում և հակառակը:

Այդ պատճառով հնարավոր չէ հայելում կարդալ տեքստերը:

Հայելին ունի մեծ կիրառություններ կենցաղում, տարբեր օպտիկական սարքերում: Այդպիսի հայտնի սարքերից է պերիսկոպը, որը կիրառվում է տանկերից, սուզանավերից, խրամատներից, տարբեր թաքստոցներից նայելու համար:

Լույսի տարածումը համասեռ միջավայրում:

Լույս

Լույսը շատ կարևոր դեր է կատարում մարդու կյանքում:

Լույսի շնորհիվ մենք կարողանում ենք ճանաչել մեզ շրջապատող աշխարհը:

Լույսն է, որ Արեգակից Երկիր հասնելով մեր մոլորակի վրա կյանքի գոյության համար անհրաժեշտ պայմանններ է ստեղծում:

Լույսի բնույթի վերաբերյալ առաջին գիտական տեսությունը ստեղծել է Իսահակ Նյուտոնը 17-րդ դարում:Ըստ Նյուտոնի.Լույսը կազմված է փոքրիկ մասնիկներից՝ կորպուսկուլներից, որոնք լուսատու մարմինը առաքում է բոլոր ուղղություններով՝ ճառագայթների երկայնքով:Գրեթե միաժամանակ, հոլանդացի գիտնական Քրիստիան Հյուգենսը առաջարկել է լույսի ալիքային տեսությունը:Ըստ Հյուգենսի.Լույսը առաձգական ալիք է՝ լույսի աղբյուրից հեռացող համակենտրոն գնդոլորտների տեսքով:Վակումում լույսի տարածումը հերքեց լույսի՝ առաձգական ալիք լինելը: Սակայն 19-րդ դարի երկրորդ կեսին, էլեկտրամագնիսական ալիքների փորձնական ստացումը, լույսի և էլետրամագնիսական ալիքների արագության համընկնելը, թույլ տվեց Մաքսվելին և Հերցին իրենց աշխատություններում հաստատել լույսի ալիքային բնույթը և լույսը նույնացնել էլետրամագնիսական ալիքի հետ:Լույս կամ տեսանելի ճառագայթում են անվանում 400−800ՏՀց (1ՏՀց=1012 Հց) հաճախության էլեկտրամագնիսական ալիքները, որոնք մարդու մոտ կարող են առաջացնել տեսողական զգայություններ:Տարբեր հաճախությունների ճառագայթումները մարդու մոտ տարբեր գույների զգայություններ են առաջացնում՝ սկսած կարմիրից՝ 400−480ՏՀց, մինչև մանուշակագույն՝ 670−800ՏՀց:Հետագայում Ալբերտ Այնշտայնը՝ ֆոտոէֆեկտի երևույթը բացատրելիս, նորից անդրադարձավ լույսի մասնիկային բնույթին և ցույց տվեց, որ ճառագայթելիս և կլանվելիս, լույսը իրենից ներկայացնում է լուսային մասնիկների՝ ֆոտոնների հոսք:

 

Այսպիսով լույսն ունի հատկությունների երկակիություն:Սակայն անկախ այն բանից, թե ինչ բնույթ ունի լույսը՝ մասնիկների հոսք է, թե էլեկտրամագնիսական ալիք, այն ներկայացվում է որպես ճառագայթներ, որոնք սկսվում են լուսատու մարմնից և տարածվում բոլոր ուղղություններով՝ ցույց տալով լուսային էներգիայի տարածման ուղղությունը:

Տեսանելի տիրույթում ճառագայթող մարմնին անվանում են լույսի աղբյուր:

Եթե լույսի աղբյուրի չափերը շատ փոքր են մինչև լուսավորվող մարմին ընկած հեռավորության համեմատ, ապա այն անվանում են լույսի կետային աղբյուր:

Լույսի աղբյուրները բաժանվում են նաև բնական և արհեստական աղբյուրների: Լույսի բնական աղբյուրներն են՝ Արեգակը, աստղերը, կայծակը, լուսատիտիկը և այլն:Լույսի արհեստական աղբյուրներն են՝ ջերմային աղբյուրները (շիկացման լամպ, գազայրիչի բոց, մոմի լույս և այլն) և ոչ ջերմային աղբյուրները (ցերեկային լույսի լամպ, լուսադիոդ, լազեր, հեռուստացույցի կամ համակարգչի էկրան):

 Լույսի աղբյուր կարող են լինել ոչ միայն լուսատու մարմինները, այլև այն մարմինները, որոնք անրադարձնում են իրենց վրա ընկած լույսը բոլոր ուղղություններով, դարռնալով տեսանելի: Այդպիսի աղբյուրներ են՝ Լուսինը, մոլորակները և մեր շուրջը գտնվող բոլոր տեսանելի առարկաները:

  Լույսի տարածումը համասեռ միջավայրում:

Ֆիզիկայի այն բաժինը, որն ուսումնասիրում է լույսի հետ կապված երևույթները, կոչվում է օպտիկա:Օպտիկայի այն բաժինը, որն ուսումնասիրում է լուսային ճառագայթների տարածման օրինաչափությունները՝ հաշվի չառնելոով նրանց ալիքային հատկությունները, կոչվում է երկրաչափական օպտիկա:

Երկրաչափական օպտիկայի օրենքներից մի քանիսը հայտնագործվել է լույսի բնույթը պարզելուց շատ առաջ:Այդպիսի օրենքներից է՝ լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը, որը ձևակերպել է հույն գիտնական Էվկլիդեսը՝ մ. թ. ա. երրորդ դարում:

Համասեռ, թափանցիկ միջավայրում լույսն ուղղագիծ է տարածվում:

Դրանում կարելի է համոզվել փորձերի օգնությամբ, որոնք հարմար է կատարել լազերային ցուցափայտի արձակած ճառագայթով: Այս կերպ կարող ենք տեսնել, որ ապակե անոթի մեջ լցված ջրում՝ համասեռ, թափանցիկ միջավայրում, լազերային ճառագայթը տարածվում է ուղիղ գծով:

Լույսի ուղղագիծ տարածման հետևանք են հստակ ստվերները, որոնք ընկնում են անթափանց մարմիններից, երբ դրանք լուսավորվում են լույսի կետային աղբյուրից:

Օրինակ՝ եթե կետային լույսի աղբյուրի և էկրանի միջև անթափանց գունդ տեղադրենք, ապա էկրանի վրա մուգ շրջանի տեսքով ստվեր կհայտնվի:

Ստվերն այն տեղն է, որտեղ չի ընկնում լույսի աղբյուրի լույսը:

Եթե լույսի կետային աղբյուրի փոխարեն օգտագործվի ավելի մեծ չափեր ունեցող աղբյուր՝ լամպ, ապա հստակ ստվերի փոխարեն լուսավորված ֆոնին կստանանք ստվեր և կիսաստվեր:

Դա ոչ միայն չի հակասում, այլ, ևս մեկ անգամ հաստատում է լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը:Այն մասում, որտեղ լույս չի ընկնում լամպի և ոչ մի կետից, լիակատար ստվեր է, իսկ այն տիրույթում, որտեղ լույսը միայն որոշ կետերից է ընկնում՝ առաջանում է կիսաստվեր:Հսկայական չափերի ստվեր և կիսաստվեր գոյանում են Արևի և Լուսնի խավարումների ժամանակ:Արևի խավարումն առաջանում այն դեպքում, երբ Լուսինը՝ Երկրի շուրջը իր պտույտի ժամանակ, ամբողջովին կամ մասնակիորեն ծածկում է Արեգակը:Իսկ, երբ Լուսինն է հայտնվում Երկրագնդի առաջացրած ստվերի կոնի մեջ, ապա տեղի ունենում Լուսնի խավարում:Լուսնի խավարումների ուսումնասիրությունը հնարավորություն է տվել Արիստոտելին՝ մ. թ. ա. չորրորդ դարում, եզրակացնել, որ Երկիրը գնդաձև է, ինչի վկայությունը Լուսնի վրա Երկրագնդի ստվերի շրջանաձև լինելն է:

Հաղորդիչների զուգահեռ միացում

Հաճախ մի քանի սպառիչ, օրինակ արդուկը, հեռախոսը, էլեկտրական լամպը, անհրաժեշտ է էլեկտրական շղթային միացնել կամ շղթայից անջատել իրարից անկախ: Այդ դեպքում սպառիչները չենք կարող միացնել հաջորդաբար, նրանք միացվում են զուգահեռ: 

Շղթայի տեղամասում հաղորդիչների այնպիսի միացումը, որի դեպքում հաղորդիչների մեկական ծայրերը միացվում են մի կետում, մյուս ծայրերը՝ մեկ այլ կետում կոչվում է զուգահեռ միացում, իսկ այդ կետերը կոչվում են հանգույցներ: 

Նկարում պատկերված է R1, R2 և R3 դիմադրություններ ունեցող երեք հաղորդիչների զուգահեռ միացումը:

Զուգահեռ միացման դեպքում շղթայում հոսանք ուժի՝ I լարման՝ U և դիմադրության՝ R ընդհանուր արժեքնորի և առանձին հաղորդիչներում դրանց արժեքների կապի օրինաչափությունները տարբերվում են հաջորդական միացման համար ստացված օրինաչափություններից:

Փորձնական եղանակով, հավաքելով համապատասխան շղթա, ամպերաչափով և վոլտաչափով կատարելով անհրաժեշտ չափումներ կստանանք՝

1. Զուգահեռ միացման դեպքում հոսանքի ուժը շղթայի չճյուղավորված մասում հավասար է առանձին հաղորդիչներով անցնող հոսանքի ուժերի գումարին՝I=I1+I2+I3 (1)

Քանի որ հաղորդիչների ծայրերը միացված են միևնույն կետին, ապա.

2. Զուգահեռ միացման դեպքում լարումը հաղորդիչների ծայրերում միևնույնն է. U=U1=U2=U3 (2)

Համաձայն Օհմի օրենքի, հաշվի առնելով նաև (1) և (2) հավասարումները կստանանք՝

UR=UR1+UR2+UR3 այսինքն՝

 3. Զուգահեռ միացված հաղորդիչների լրիվ դիմադրության հակադարձ մեծությունը հավասար է առանձին հաղորդիչների դիմադրությունների հակադարձ մեծությունների գումարին, այսինքն՝ 1R=1R1+1R2+1R3 (3)

Ստացված օրինաչափությունները ճիշտ են նաև ցանկացած թվով իրար զուգահեռ միացված հաղորդիչների համար: Մասնավորապես, եթե իրար զուգահեռ միացված են R1 դիմադրությամբ n միատեսակ հաղորդիչներ, ապա տեղամասի ընդհանուր դիմադրությունը հավասար կլինի R=R1n

Զուգահեռ միացված ցանկացած երկու հաղորդիչների դեպքում տեղամասի ընդհանուր դիմադրությունը որոշվում է R=R1⋅R2R1+R2 բանաձևով:

Զուգահեռ միացված հաղորդիչների լարումների հավասարությունից՝ U1=U2, հետևում է, որ

I1⋅R1=I2⋅R2 կամ I1I2=R2R1:

Այսինքն զուգահեռ միացված հաղորդիչներում հոսանքի ուժերը հակադարձ համեմատական են այդ տեղամասերի դիմադրություններին:

 

նյութը նկարել է՝ Արեգ Սահակյան

Էլեկտրական լարում: Վոլտաչափ:

Էլեկտրական հոսանքը լիցքավորված մասնիկների ուղղորդված շարժում է, որն առաջանում է, երբ էլեկտրական դաշտի կողմից նրանց վրա ուժ է ազդում և հետևաբար աշխատանք է կատարվում:

 Հոսանքի աշխատանքը համեմատական է տեղափոխված լիցքի քանակին՝ q-ին, հետևաբար նրա հարաբերությունը այդ լիցք քանակին հաստատուն մեծություն է և  կարող է բնութագրել էլեկտրական դաշտը հաղորդչի ներսում: Այդ ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է լարում և նշանակվում է U տառով:

Լարումը  ցույց է տալիս տվյալ տեղամասով 1Կլ լիցք անցնելիս էլեկտրական դաշտի կատարած աշխատանքը:

Լարումը սկալյար ֆիզիկական մեծություն է, որը հավասար է դաշտի կատարած աշխատանքի  հարաբերությանը հաղորդչով տեղափոխված լիցքի քանակին:

U=Aq

Էլեկտրական լարման միավորը կոչվում է վոլտ (Վ) հոսանքի առաջին աղբյուր ստեղծող Ա. Վոլտայի պատվին:

1Վ այն լարումն է, որի դեպքում շղթայի տեղամասով 1Կլ լիցք տեղափոխելիս էլեկտրական դաշտը կատարում է 1Ջ աշխատանք:

1Վ=1Ջ1կլ=1Ջ/Կլ

Գործածվում են նաև 1մՎ, 1կՎ և 1ՄՎ միավորները:

 Ընդ որում՝ 1մՎ =10−3Վ1կՎ =103Վ1ՄՎ =106Վ

Լարումը չափող սարքը կոչվում է վոլտաչափ:

Վոլտաչափի  պայմանական նշանն է `

Էլեկտրական շղթային վոլտաչափ միացնելու դեպքում անհրաժեշտ է պահպանել հետևյալ կանոնները.

1. Վոլտաչափի սեղմակները միացվում են էլեկտրական շղթայի այն կետերին, որոնց միջև անհրաժեշտ է չափել լարումը՝ չափվող տեղամասին զուգահեռ:
2. Վոլտաչափի «+» նշանով սեղմակն անհրաժեշտ է միացնել էլեկտրական շղթայի չափվող տեղամասի այն կետի հետ, որը միացված է հոսանքի աղբյուրի դրական բևեռին, իսկ «−» նշանով սեղմակը՝ բացասական բևեռին:

Հոսանքի ուժ: Ամպերաչափ:

Հոսանքի ուժ: Ամպերաչափ:

Էլեկտրական հոսանքի ազդեցությունները կարող են լինել թույլ կամ ուժեղ, ունենալ իրենց քանակական բնութագիրը:

Էլեկտրական հոսանքը քանակապես բնութագրող ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է հոսանքի ուժ:

Հոսանքի ուժը ցույց է տալիս հողորդիչի լայնական հատույթով մեկ վայրկյանի ընթացքում անցնող լիցքի քանակը:

Եթե կամայական հավասար ժամանակներում հաղորդչի լայնական հատույթով անցնում են լիցքի նույն քանակը, ապա ադպիսի հոսանքն անվանում են հաստատուն հոսանք:

Հաստատուն հոսանքի ուժը նշանակում են I  տառով:

Հաստատուն հոսանքի ուժը դրական սկալյար մեծություն է, որը հավասար է հաղորդչի լայնական հատույթով հոսանքի ուղղությամբ t ժամանակում անցած q լիցքի հարաբերությանը այդ ժամանակին:

I=qt (1)

Միավորների միջազգային համակարգում հոսանքի ուժի միավորը կոչվում է ամպեր(Ա), ի պատիվ ֆրանսիացի ֆիզիկոս Անդրե Ամպերի (1775-1836թ.): 

  

 

 

Ամպերի սահմանման հիմքում ընկած է հոսանքի մագնիսական ազդեցությունը: 1Ա-ին զուգահեռ հաճախ գործածվում են 1մԱ =10−3Ա և 1մկԱ =10−6Ա  միավորները:

Հոսանքի ուժի միջոցով, եթե այն հայտնի է, կարելի է որոշել t ժամանակում հաղորդիչով անցնող լիցքի մեծությունը.

q=I⋅t (2)

(2) բանաձևը թույլ է տալիս սահմանել էլեկտրական լիցքի միավորը՝ կուլոնը (Կլ).  1Կլ=1Ա⋅1վ=1Ավ

Մեկ կուլոնն այն լիցքն է, որն անցնում է հաղորդչի լայնական հատույթով 1 վայրկյանում, երբ հոսանքի ուժը հաղորդչում  1Ա է:

Հոսանքի ուժը չափում են հատուկ սարքի՝ ամպերաչափի կամ միլիամպերաչափի միջոցով:

Ամպերաչափի պայմանական նշանն է`

Ամպերաչափն այնպես է կառուցված, որ շղթային միացնելիս, հոսանքի ուժը շղթայում գրեթե չի փոխվում: Ամպերաչափը էլեկտրական շղթային միացնելու ժամանակ անհրաժեշտ է պահպանել հետևյալ կանոնները.

Ամպերաչափը միացնում են հաջորդաբար էլեկտրական շղթայի այն բաղադրիչին, որի հոսանքի ուժը պետք է չափեն:

Ընդ որում, ոչ մի նշանակություն չունի ամպերաչափը միացվել է հետազոտվող սպառիչի աջ, թե ձախ կողմում: Հետևաբար, հոսանքի ուժը շղթայի հաջորդաբար միացված տեղամասում նույնն է:

Ամպերաչափի «+» սեղմակը անհրաժեշտ է միացնել այն հաղորդալարի հետ, որը գալիս է հոսանքի աղբյուրի դրական բևեռից, իսկ «−» նշանով սեղմակը՝ այն հաղորդալարի հետ, որը գալիս է բացասական բևեռից:

Հոսանքի աղբյուրներ: Էլեկտրական շղթա:

Եթե լիցքավորված էլեկտրաչափի մետաղե գունդը միացնենք չլիցքավորված էլեկտրաչափի գնդին մետաղալարով, որին միացված է էլեկտրական լամպ, ապա կստանանք կարճատև լուսարձակում՝ այսինքն կարճատև հոսանք: Հոսանքը կտևի այնքան ժամանակ, մինչև էլեկտրաչափի լիցքերը հավասարվեն:

Որպեսզի հոսանքը տևական ժամանակ գոյություն ունենա, անհրաժեշտ է հոսանքի աղբյուրի առկայություն:

Հոսանքի աղբյուրը հատուկ սարք է, որը հաղորդիչում էլեկտրական դաշտ է առաջացնում:

Առաջին պարզագույն հոսանքի աղբյուրը, որը մինչ այժմ գործածվում է, գալվանական տարրն է, որն այդպես է կոչվում ի պատիվ իտալացի կենսաբան, բժիշկ Լուիջի Գալվանիի:

Գալվանական մարտկոցները միանվագ օգտագործման հոսանքի աղբյուրներ են: Ավտոմեքենայում, բջջային հեռախոսներում մեծ կիրառություն ունեն բազմակի օգտագործման հոսանքի աղբյուրները՝ լիցքակուտակիչները (ակումուլյատորները), որոնք կարելի է լիցքավորել և նորից օգտագործել:

Հոսանքի ցանկացած նմանօրինակ աղբյուր երկու բևեռ ունի՝ դրական (+) և բացասական (-): Այդ բևեռների մոտ կուտակված տարբեր լիցքերը պայմանավորված են հոսանքի աղբյուրի ներսում ընթացող քիմիական ռեակցիաներով: Ռեակցիաները տեղի են ունենում հատուկ լուծույթի մեջ խորասուզված հաղորդիչների՝ էլեկտրոդների միջև:

Դրական էլեկտրոդն անվանում են անոդ, իսկ բացասականը՝ կաթոդ:

Եթե հաղորդալարերի միջոցով հոսանքի սպառիչը՝ օրինակ լամպը կամ զանգը միացվի հոսանքի աղբյուրին, ապա նրանց միջով հոսանք կանցնի՝ լամպը կլուսարձակի, զանգը կհնչի:

Հոսանքի աղբյուրը և հոսանքի սպառիչը միացված հաղորդալարերով կազմում են էլեկտրական շղթա:

Էլեկտրական շղթաները ներկայացնող գծագրերը կոչվում են էլեկտրական սխեմաներ:

Էլեկտրական շղթայի յուրաքանչյուր տարր սխեմայում պատկերվում է հատուկ պայմանական նշանով: Նշաններից մի քանիսը ներկայացված են աղյուսակում:

Շղթաները բացի հոսանքի աղբյուրից և սպառիչներից, պարունակում են անջատիչներ, որոնց միջոցով կարելի է բացել կամ փակել շղթան՝ կարգավորելով հոսանքի անցումը, և չափիչ սարքեր՝ չափումներ կատարելու համար:

Շղթայում էլեմենտները միմյանց կարող են միացվել հաջորդական կամ զուգահեռ: 

Բացի հոսանքի քիմիական աղբյուրից կան նաև հոսանքի ֆիզիկական աղբյուրներ, որտեղ մեխանիկական, ջերմային, էլեկտրամագնիսական, լուսային և այլ էներգիաներ փոխակերպվում են էլեկտրականի: Այդպիսի հոսանքի աղբյուրի օրինակ է էլեկտրական գեներատորը:

 

 

Էլեկտրական հոսանք

Հաղորդիչներում լիցքավորված մասնիկները՝ մետաղներում էլեկտրոնները, էլեկտրոլիտներում` իոնները, կարող են ազատորեն տեղափոխվել մարմնի մի մասից մյուսը: Այդ լիցքավորված մասնիկներին անվանում են ազատ լիցքակիրներ:Էլեկտրական դաշտի բացակայության դեպքում ազատ լիցքակիրները հաղորդիչում կատարում են քաոսային (ջերմային) շարժում, ուստի կամայական ուղղությամբ նրանք տեղափոխում են  նույն քանակի լիցքեր:Էլեկտրական դաշտի առկայության դեպքում, նրա ազդեցության տակ, ազատ լիցքակիրները ջերմային շարժման հետ մեկտեղ կատարում են նաև ուղղորդված շարժում և այդ ուղղությամբ ավելի շատ լիցք տեղափոխվում:

Լիցքավորված մասնիկների ուղղորդված շարժումն անվանում են էլեկտրական հոսանք:

Նյութի մեջ էլեկտրական հոսանքի գոյության համար անհրաժեշտ են՝

1. ազատ լիցքակիրներ, որոնք կարող են ազատ տեղաշարժվել մարմնի ողջ ծավալով,
2. էլեկտրական դաշտ, որը էլեկտրական ուժով կազդի ազատ լիցքակիրների վրա և կստիպի շարժվել որոշակի ուղղությամբ:

Էլեկտրական հոսանքն ունի ուղղություն:

Պայմանականորեն, որպես հոսանքի ուղղություն համարել են այն ուղղությունը, որով շարժվում են դրականլիցքավորված մասնիկները:

Մետաղներում ազատ լիցքակիրները բացասական լիցք ունեցող մասնիկներն են՝ էլեկտրոնները, հետևաբար մետաղում հոսանքի ուղղությունը հակադիր է նրանց ուղղորդված շարժման ուղղությանը:

Էլեկտրոլիտներում հոսանքի ուղղությունը համընկնում է դրական իոնների և հակառակ է՝ բացասական իոնների ուղղորդված շարժման ուղղությանը:

Հաղորդիչներում շարժվող ազատ լիցքակիրներն անհնար է տեսնել: Հետևաբար, հոսանքը հայտնաբերվում է իր ազդեցություններով, որոնք չորսն են.

1. Ջերմային՝ հոսանքի անցնելու ժամանակ հաղորդիչը տաքնում է:

 

2. Քիմիական՝ էլեկտրոլիտներով՝ աղերի, թթուների, հիմքերի լուծույթներով հոսաքնի անցնելու ժամանակ տեղի է ունենում նյութի քիմիական բաղադրության  փոփոխություն, առաջում է նստվածք և մաքուր մետաղներ:

 

3. Մագնիսական՝ հաղորդիչը, որի միջով հոսանք է անցնում ձեռք է բերում մագնիսի հատկություններ և սկսում է դեպի իրեն ձգել երկաթյա առարկաներ, ազդում է մագնիսական սլաքի վրա:

 

4. Կենսաբանական՝ կենդանի մարմնով անցնելու դեպքում հոսանքն առաջացնում է մկանային կծկում, արագացնում է արյան հոսքը անոթներով և նյութափոխանակությունը՝ հյուսվածքներում:

Փորձը ցույց է տալիս, որ էլեկտրական հոսանքի բոլոր ազդեցություններից միայն մագնիսականն է, որ դրսևորվում է միշտ:

Էլեկտրական դաշտ

Լիցքավորված մարմինների փոխազդեցությունը ներկայացնող փորձերից երևում է, որ նրանք ի վիճակի են միմյանց վրա ազդել տարածության վրա: Ընդ որում, որքան մոտիկ են էլեկտրականացված մարմիններն, այնքան ուժեղ է նրանց միջև փոխազդեցությունը:

Նմանատիպ փորձեր կատարելով անօդ տարածության մեջ, երբ պոմպի միջոցով անոթի միջից օդը դուրս էր մղված, գիտնականները համոզվեցին, որ էլեկտրական փոխազդեցություն հաղորդելու գործին օդը չի մասնակցում:

Լիցքավորված մարմինների փոխազդեցության մեխանիզմն իրենց գիտական աշխատանքներում ներկայացրեցին անգլիացի գիտնականներՄ. Ֆարադեյը և Ջ. Մաքսվելլը: Նրանց ուսմունքի՝ մերձազդեցության տեսության համաձայն, լիցքավորված մարմիններն իրենց շուրջը ստեղծում են էլեկտրական դաշտ, որի միջոցով էլ իրագործվում է էլեկտրական փոխազդեցությունը:

Էլեկտրական դաշտը մատերիայի հատուկ տեսակ է, որը գոյություն ունի ցանկացած լիցքավորված մարմնի շուրջ:

Մեր զգայարանների վրա այն չի ազդում, հայտնաբերվում է հատուկ սարքերի օգնությամբ:

Էլեկտրական դաշտի հիմնական հատկություններն են.

 

1. Լիցքավորված մարմնի էլեկտրական դաշտը որոշ ուժով ազդում է իր ազդեցության գոտում հայտնված ցանկացած այլ լիցքավորված մարմնի վրա:

  

2. Լիցքավորված մարմնի էլեկտրական դաշտը մարմնին մոտ տիրույթում ուժեղ է, իսկ նրանցից հեռանալիս թուլանում է:  

         

 

Այն ուժը, որով էլեկտրական դաշտն ազդում է լիցքավորված մարմնի վրա, անվանում են էլեկտրական ուժ՝  Fէլ:

Այդ ուժի ազդեցության տակ էլեկտրական դաշտում հայտնված լիցքավորված մասնիկը ձեռք է բերում արագացում, որն ըստ Նյուտոնի II օրենքի հավասար է a=Fէլm, որտեղ m−ը մասնիկի զանգվածն է:

Էլեկտրական դաշտը կարելի է գրաֆիկորեն պատկերել ուժագծերի օգնությամբ:

Էլեկտրական դաշտի ուժագծերն այն ուղղորդված գծերն են, որոնք ցույց են տալիս դրական լիցքավորված մասնիկի վրա ազդող ուժի ուղղությունն այդ դաշտում:

Նկարում պատկերված են կետային լիցքերի և լիցքավորված թիթեղների էլեկտրական դաշտի ուժագծերը:

Եթե մասնիկի լիցքը դրական է, ապա ուժագծերի ուղղությամբ շարժվելիս նրա արագությունը կաճի, հակառակ ուղղությամբ շարժվելիս՝ կնվազի: Իսկ եթե մասնիկի լիցքը բացասական է, ապա նրա արագությունը կաճի ուժագծերին հակառակ շարժման դեպքում:

Էլեկտրացույց, հաղորդիչներ և մեկուսիչներ

Մարմինները կարելի է էլեկտրականացնել ոչ միայն շփելով, այլև հպելով նախապես էլեկտրականացված մի այլ մարմնի: Հպումից հետո էլեկտրական լիցքի մի մասը կանցնի նրան: Գոյություն ունեն սարքեր, որոնք թույլ են տալիս որոշել՝ մարմինը էլեկտրական լիցք ունի, թե՞ ոչ, նաև չափել այդ լիցքի մեծությունը:Առաջին սարքը կոչվում է էլեկտրացույց, երկրորդը՝ էլեկտրաչափ:Դպրոցական էլեկտրացույցը շատ պարզ կառուցվածք ունի:

Մետաղյա շրջանակին ագուցված է պլաստմասսե խցան, որի միջով մետաղյա ձող է անկացված: Ձողի ծայրին ամրացված է ալյումինե երկու թերթիկ: Շրջանակը երկու կողմից փակված է ապակիով: Եթե հպման միջոցով էլեկտրացույցի ձողը լիցքավորվի, ապա մետաղյա թերթիկները, ստանալով նույնանուն լիցքեր, կվանեն միմյանց:Ընդ որում՝ որքան մեծ լինի էլեկտրացույցի լիցքը, այնքան մեծ կլինի վանողության ուժը և թերթիկների միմյանցից շեղման անկյունը:

Էլեկտրաչափի կառուցվածքը մի փոքր այլ է. նրա մեջ թերթիկների փոխարեն մետաղյա ձողին ամրացված է ալյումինե թեթև սլաք, որը կարող է ազատ պտտվել: Էլեկտրաչափը  լիցքավորելիս ալյումինե սլաքը վանվում է ձողից և շեղվում մի որոշ անկյունով: Էլեկտրաչափի աստիճանավորված սանդղակը թույլ է տալիս սլաքի շեղման անկյան միջոցով որոշել էլեկտրաչափին հաղորդված լիցքի մեծությունը:

Ինչպես ցույց են տալիս փորձերը, լիցքը կարող է  մի մարմնից անցնել մյուսին:Ըստ էլեկտրական լիցք հաղորդելու ունակության՝ նյութերը կարելի է բաժանել հաղորդիչների և մեկուսիչների: Այն մարմինները, որոնք ընդունակ են իրենց միջով էլեկտրական լիցք հաղորդել, կոչվում են էլեկտրականության հաղորդիչներ: Մարդու մարմինը, բոլոր մետաղները, հողը, աղերի, թթուների և հիմքերի լուծույթներն էլեկտրականության հաղորդիչներ են: Մեկուսիչներ են կոչվում այն մարմինները, որոնցով էլեկտրական լիցք չի հաղորդվում:

Մեկուսիչներ են էբոնիտը, սաթը, հախճապակին, պլաստմասսան, մետաքսը, կապրոնը, կերոսինը, օդը և այլն:

Էլեկտրական լիցքը հաղորդելով մի մարմնից մյուսին, կարելի է լիցքը բաժանել մասերի, օրինակ՝ կիսել: Դրա համար անհրաժեշտ է 2 միատեսակ էլեկտրաչափ. մեկը՝ լիցքավորված, մյուսն՝ էլեկտրաչեզոք, ինչպես նաև  հաղորդիչ՝ մետաղյա ձող՝ էլեկտրամեկուսիչ բռնակով:

Եթե էլեկտրաչափերի գնդերը միացվեն ձողի միջոցով, ապա, ինչպես ցույց է տալիս փորձը, I էլեկտրաչափի լիցքը կբաժանվի 2 հավասար մասի. էլեկտրական լիցքի կեսը I էլեկտրաչափից կանցնի II-ին: Եթե էլեկտրաչափի գնդերը տարբեր չափեր ունենան, ապա լիցքը հավասար չի կիսվի. ավելի մեծ չափեր ունեցող գնդին կանցնի լիցքի ավելի մեծ բաժինը:

Իր վրա գտնվող մարմինների համեմատությամբ երկրագունդը հսկա է, հետևաբար, նրա հետ հպման դեպքում լիցքավորված մարմինն իր լիցքը գրեթե ամբողջությամբ կտա երկրագնդին՝ կլիցքաթափվի: Այս երևույթը կոչվում է հողակցում:

Շարունակելով փորձը՝ կարելի է լիցքաթափել II էլեկտրաչափը և հաղորդիչ ձողով միացնել I էլեկտրաչափին. կստացվի սկզբնական լիցքի քառորդ մասը: Այնուհետ կարելի է ստանալ լիցքի մեկ ութերորդ, մեկ տասնվեցերորդ և ավելի փոքր մասեր:

Լիցքի բաժանումը կարելի է շարունակել այնքան, մինչև մնացած լիցքը հնարավոր չլինի հայտնաբերել էլեկտրաչափով: Սակայն, ինչպես ցույց տվեցին ավելի ճշգրիտ փորձերը, էլեկտրական լիցքը հնարավոր չէ անվերջ բաժանել. այն ունի բաժանման սահման: Այդպիսի փորձերի արդյունքում ամերիկացի գիտնական Ռոբերտ Մելիկենը ստացել է ամենափոքր, անբաժանելի՝ տարրական լիցքի մեծությունը:

Ցանկացած լիցք տարրական լիցքի ամբողջ թվի բազմապատիկն է:

Տարրական լիցքի կրողներ են տարրական մասնիկները՝ էլեկտրոնները և պրոտոնները:

Մարմինների էլեկտրականացումը: Կուլոնի օրենքը

Դեռ հին ժամանակներից հայտնի էր, որ մի մարմինը մյուսով շփելիս՝ օրինակ, սաթը բրդով կամ ապակին մետաքսով, նրանք ձեռք են բերում այլ մարմիններ դեպի իրենց ձգելու հատկության:Ակնհայտորեն երևում է նաև, որ ձգողության այդ ուժը բազմաթիվ անգամ գերազանցում է նույն մարմինների գրավիտացիոն փոխազդեցության ուժը: Այս նոր փոխազդեցությանն անվանում են էլեկտրական (հուներեն «էլեկտրոն» բառը նշանակում է սաթ), փոխազդող մարմիններին՝ էլեկտրականացած, իսկ պրոցեսը՝ էլեկտրականացում:Մարմինների էլեկտրական փոխազդեցությունը քանակապես բնութագրող ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է էլեկտրական լիցք և նշանակվում q տառով:

ՄՀ-ում էլեկտրական լիցքի միավորը Կուլոնն է (1 Կլ)՝ ի պատիվ Շառլ Կուլոնի (1736−1806 թթ.), ով ձևակերպել է էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցության օրենքը:Ինչպես ցույց տվեցին փորձերը, բրդով շփված 2 սաթե կամ մետաքսով շփված 2 ապակե միատեսակ ձողերը իրար վանում են, իսկ ապակե և սաթե ձողերը՝ իրար ձգում:

Նշանակում է գոյություն ունի երկու տեսակի էլեկտրական լիցք: Ամերիկացի ֆիզիկոս Բենջամին Ֆրանկլինի առաջարկով մետաքսով շփված ապակու վրա առաջացած լիցքն անվանեցին դրական և վերագրեցին «+» նշան, իսկ բրդով շփված սաթի վրա առաջացած լիցքին՝ բացասական և վերագրեցին «−» նշան: Այս նշանակումից հետո կարելի է սահմանել լիցքավորված մարմինների փոխազդեցության կանոնը:

Նույն նշանի (կամ նույնանուն) լիցքեր ունեցող մարմինները փոխադարձաբար վանում են, իսկ հակառակ նշանի (կամ տատանուն) լիցքեր ունեցող մարմինները փոխադարձաբար ձգում են միմյանց:

2016-2017

Ներքին էներգիա:Ներքին էներգիայի փոփոխման եղանակները՝ աշխատանք և ջերմափոխանակություն

Սալի վրա  դրված գունդը բարձրացնենք վեր և բաց թողնենք : Գունդը վեր բարձրացնելով՝ նրան պոտենցիալ էներգիա հաղորդեցինք:  Գնդի անկման ժամանակ այդ էներգիան սկսում է նվազել, քանի որ գնդի բարձրությունը գնալով փոքրանում է: Իսկ գնդի կինետիկ էներգիան սկսում է աճել, քանի որ նրա արագությունն աստիճանաբար մեծանում է: Տեղի է ունենում մարմնի պոտենցիալ էներգիայի փոխակերպում կինետիկ էներգիայի, իսկ լրիվ մեխանիկական էներգիան պահպանվում է: Եվ ահա գունդը բախվում է կապարե սալին ու կանգ առնում: Նրա և՛ կինետիկ, և՛պոտենցիալ էներգիաները սալի նկատմամբ դառնում են զրո: Հարվածից հետո զննելով գունդը և սալը տեսնում ենք, որ գունդը մի քիչ տափակել է, իսկ սալը մի փոքր փոս է ընկել: Չափելով դրանց ջերմաստիճանը՝ տեսնում ենք նաև, որ դրանք տաքացել են: Մենք գիտենք, որ տաքանալիս մարմնի մոլեկուլների ջերմային շարժման  միջին կինետիկ էներգիան մեծանում է: Բացի կինետիկ էներգիայից, մոլեկուլներն օժտված են նաև պոտենցիալ էներգիայով, քանի որ նրանք փոխազդում են միմյանց հետ (կախված հեռավորությունից` ձգում կամ վանում): Դեֆորմացիայի ժամանակ մարմնի մասնիկների միջև հեռավորությունները փոխվում են, ուստի փոխվում է նաև նրանց փոխազդեցությամբ պայմանավորված պոտենցիալ էներգիան:

Մարմինը կազմող մասնիկների ջերմային շարժման կինետիկ և միմյանց հետ փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիաների գումարը կոչվում է մարմնի ներքին էներգիա:

Այսպիսով, գունդը սալին բախվելու հետևանքով տեղի է ունենում այդ մարմինների մասնիկների կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների փոփոխություն: Սա նշանակում է, որ մեխանիկական էներգիան, որ փորձի սկզբում ուներ գունդը, անհետ չի կորել, այն փոխակերպվել է մոլեկուլների էներգիայի: Ներքին էներգիան նշանակում են U տառով: Մոլեկուլների ջերմային շարժումը երբեք չի դադարում: Ուստի յուրաքանչյուր մարմին, բացի մեխանիկական էներգիայից, ամեն պահի օժտված է նաև ներքին էներգիայով:

Բազմաթիվ փորձերի արդյունքներն ընդհանրացված  և ձևակերպված են

էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենքում.

Էներգիան ոչնչից չի առաջանում և ոչ մի տեղ չի անհետանում: Էներգիայի քանակն անփոփոխ է, այն կարող է միայն մի ձևից փոխակերպվել այլ ձևի:

Ներքին էներգիայի փոփոխման եղանակներն են աշխատանքը և ջերմափոխանակությունը:

Մարմնի ներքին էներգիան կախված է նրա մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին կինետիկ էներգիայից, որն իր հերթին կախված է մարմնի ջերմաստիճանից: Հետևաբար, ներքին էներգիան կախված է մարմնի ջերմաստիճանից:

Օրինակ

Եթե ջրով լի թեյամանը դնենք գազօջախի վրա, թեյամանը և ջուրը կտաքանան: Սառը գդալը կտաքանա, եթե գցենք տաք թեյի մեջ: Սենյակի օդը տաքանում է, երբ այնտեղ վառարան ենք վառում: Արևի ճառագայթներից շենքի տանիքը տաքանում է: Այս բոլոր դեպքերում մարմինների ներքին էներգիան փոխվում է՝ առանց աշխատանք կատարելու:Այս բոլոր դեպքերում մարմինների ներքին էներգիայի փոփոխման պրոցեսն անվանում են ջերմափոխանակություն:Առանց աշխատանք կատարելու մարմնի ներքին էներգիայի փոփոխման պրոցեսն անվանում են ջերմափոխանակություն:

Մարմինների միջև ջերմափոխանակություն հնարավոր է, եթե այդ մարմինների ջերմաստիճանները տարբեր են: Ընդ որում, ջերմափոխանակության  հետևանքով սառը  մարմինը տաքանում է, իսկ տաքը` սառչում: Այսինքն,  բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը հաղորդվում է ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնին: Նույնն է նաև, եթե ասենք՝ տաք մարմնի մոլեկուլների ջերմային շարժման կինետիկ էներգիայի մի մասը փոխանցվում է սառը մարմնի մոլեկուլներին: Թեյի գդալի օրինակում դա տեղի է ունենում այսպես. գդալի և ջրի հպվող մասերում, տաք ջրի և սառը մետաղի մոլեկուլները ջերմային շարժման հետևանքով բախվում են միմյանց: Դրա հետևանքով ավելի մեծ կինետիկ էներգիա ունեցող ջրի մոլեկուլները իրենց էներգիայի մի մասը տալիս են մետաղի մոլեկուլներին: Արդյունքում ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան նվազում է, իսկ գդալի մասնիկների կինետիկ էներգիան՝ աճում, այսինքն՝ գդալը տաքանում է, իսկ ջուրը` սառչում: Դա շարունակվում է, մինչև որ ջրի և գդալի ջերմաստիճանները հավասարվում են:

Այսպիսով՝ գոյություն ունի ներքին էներգիայի փոփոխման երկու եղանակ՝ 1) աշխատանք կատարելով  և 2)ջերմափոխանակությամբ:

Այս եղանակներից առաջինի իրականացման դեպքում մարմնի մեխանիկական էներգիան փոխակերպվում է ներքին էներգիայի կամ հակառակը: Երկրորդ եղանակի դեպքում մի մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը հաղորդվում է մյուս մարմնին` առանց աշխատանք կատարելու:

 Երկու եղանակներն էլ հանգեցնում են միանման արդյունքի: Այսինքն` վերջնական արդյունքով հնարավոր չէ որոշել, թե հատկապես ո՛ր եղանակով է փոխվել մարմնի ներքին էներգիան: Այսպես՝ սեղանի վրայից վերցնելով պողպատե տաք շյուղը՝ մենք չենք կարող ասել, թե որ եղանակով են այն տաքացրել՝ շփմա՞ն, թե՞ տաք մարմնի հետ հպման միջոցով: Սկզբունքորեն կարող է լինել և՛ մեկը, և՛ մյուսը, ինչպես նաև երկուսը միաժամանակ:

Սեյսմիկ ալիքներ

Սեյսմական ալիքներ են կոչվում այն ալիքները, որոնք տարածվում են Երկրի ներսում երկրաշարժերի կամ հզոր պայթյունների օջախներից: Քանի որ Երկիրը հիմնականում պինդ է, ուստի  նրանում միաժամանակ կարող են առաջանալ երկու տեսակի ալիքներ` երկայնական և լայնական: Այս ալիքների արագությունը նույնը չէ. երկայնական ալիքները լայնականներից արագ են տարածվում:

Օրինակ

500 կմ խորության վրա  լայնական սեյսմիկ ալիքների արագությունը մոտավորապես  5 կմ/վ է, իսկ երկայնական ալիքներինը` 10 կմ/վ:

Սեյսմական ալիքներով պայմանավորված Երկրի մակերևույթի տատանումների արձանագրումն ու գրանցումն իրականացվում է սեյսմոգրաֆ կոչվող սարքի միջոցով: Սեյսմոգրաֆի հիմնական մասը ճոճանակն է, որը սկսում է տատանվել սեյսմական ալիքների ի հայտ գալուց: Սարքավորման պարզագույն տեսակի դեպքում ճոճանակը միացնում են գրող սարքին, որը հատուկ ժապավենի վրա գծում է տատանումների գրաֆիկը:

Տարածվելով երկրաշարժի օջախից` առաջինը սեյսմական կայանին են հասնում երկայնական ալիքները, իսկ որոշ ժամանակ անց` լայնականները:

Իմանալով երկրակեղևում ալիքների տարածման արագությունը` կարելի է որոշել մինչև երկրաշարժի էպիկենտրոնն ընկած R հեռավորությունը:

 Լաբարատոր աշխատանք 

Աշխատանքի նպատակը ազատ անկաման երևույթի ուսումնասիրում,դիտում,եզրակացություն

Անհրաժեշտ սարքեր` 1մ երկարությամբ ապակե խողովակ, որը մի կողմից փակ է ռետինե խցանով մյուս կողմում ուննի ծորակ:խողովակի մեջ տեավորված է կապարի գնդիկ, փետուր և մետաղե օղակ: Անհրաժեշտ է նաև օդահան պոմպ:

Աշխատանքի ընթացքում

Խողովակի ծորակը բաց ենք պահում և 180⁰ տակ պտտում ենք խողովակը: Կտեսնենք, որ թուղթը կնկնի ավելի ուշ քան մնացած իրերը: Հիմա նույն փորձը կրկնենք ուղակի հիմա ծողից հանենք օդահան պոմպով և կրկին պտտենք 180⁰ տակ և կտեսնենք, որ թուղը կնկնի նույն արագությամբ ինչպես կապարի գնդիկը և մետաղե օղակը:  

Լաբարատոր աշխատանք

Անրաժեշտ պարագաներ՝ երկու սրվակներ, ավազ, ջուր, որը նախորոք ներկիված է կալիումի պերմանգանատով:

Փորձի ընթացք

I-ի սրվակի մեջ, պետք է կեսից մի քիչ ավելի, լցնեմ ավազ: II-ի մեջ, պետք է կեսից մի քիչ ավելի, լցնեմ ներկած  ջուր: Մինջև փորձի կատարումը ես ենթադրում եմ, որ եթե երկրորդ սրվակի ջուրը լցնեմ առաջի սրվակի ավազի վրա, ջուրը չի թափվի, քանի որ ավազը կներծծի ջուրը:

Այժմ կկատարեմ փորձը

I-ին սրվակի մեջ լցրեցի կեսից շատ ավազ: II սրվակի մեջ լցրեցի գունավոր ջուրը և այնուհետև այդ հեղուկը դանդաղ լցրեցի ավազի վրա:  Հեղուկը տեղավորվեց և չթափվեց: Դա վարկածի ապացույցն է, որ բաղկացած է մասնիկներից: Նրանց մեջ կան արանքներ, այդ պատճառով ջուրը տեղավորվեց ավազի մեջ: Վարկածը ապացուցվեց

Լաբարատոր աշխատանք

Անհրաժեշտ պարագաներ՝ երկար սրվակ, պղնձաջասպի լուծույթ, թել, ներկած ջուր:

Փորձի ընթացքը

Պատրաստեցի պղնձաջասպի լուծույթ: Երկար սրվակի մեջ լցնում եմ պղնձաջասպի լուծույթը, վրան զգուշությամբ ավելացնում եմ նրկված ջուրը: Սրվակկի արտաքին ասից թելով կապում եմ կցված ջրի մակարդակը: Հիմա սրվակի բերանը փակում եմ մատով և ուժեղ թափահարում եմ: Որոշ ժամանակ թողեցի, որպեսզի խառնուրդը հանդարտվի: Ուշադիր նայում եմ սրվակին և պատասխանում եմ հետևյալ հարցերին:

Նպատակ՝ մի քանի փորձերի միջոցով պետք է ստուգենք հետևյալ վարկածը՝ նյութերը բաղկացած են մասնիկներից,որոնց միջև արանքներ կան: Նման երևույթնները  գիտության մեջ անվանում են վարկածներ: Վարկածների հավաստիությունը ստուգում են փորձով:

Անհրաժեշտ պարագաներ՝ երկու սրվակներ, ավազ, ջուր, որը նախորոք ներկիված է կալիումի պերմանգանատով:

Փորձի ընթացք

 I-ի սրվակի մեջ, պետք է կեսից մի քիչ ավելի, լցնեմ ավազ: II-ի մեջ, պետք է կեսից մի քիչ ավելի, լցնեմ ներկած  ջուր: Մինջև փորձի կատարումը ես ենթադրում եմ, որ եթե երկրորդ սրվակի ջուրը լցնեմ առաջի սրվակի ավազի վրա, ջուրը չի թափվի, քանի որ ավազը կներծծի ջուրը:

Այժմ կկատարեմ փորձը

I-ին սրվակի մեջ լցրեցի կեսից շատ ավազ: II սրվակի մեջ լցրեցի գունավոր ջուրը և այնուհետև այդ հեղուկը դանդաղ լցրեցի ավազի վրա:  Հեղուկը տեղավորվեց և չթափվեց: Դա վարկածի ապացույցն է, որ բաղկացած է մասնիկներից: Նրանց մեջ կան արանքներ, այդ պատճառով ջուրը տեղավորվեց ավազի մեջ: Վարկածը ապացուցվեց:

Հավասարաչափ շարժում

Հավասարաչափ շարժում  կոչվում է այն շարժումը, որի ընթացքում մարմինը կամայական հավասար ժամանակամիջոցներում անցնում է հավասր ճանապարհներ:Հավասարաչափ շարժման հիմնական բնութագիրը այդ շարժման արագությունն է:

 Հավասարաչափ շարժման արագություն  կոչվում է այն ֆիզիկական մեծությունը, որը հավասար է կամայական ժամանակամիջոցում մարմնի անցած  S ճանապարհի և այդ t ժամանակամիջոցի հարաբերությանը: 

v=S/t     

 

Միավորների ՄՀ-ում արագության միավորը  1 մ/վ է: Դա այն հավասարաչափ շարժման արագությունն է, որի դեպքում մարմինը  1 վ-ում անցնում է 1մ ճանապարհ։

Անհավասարաչափ շարժում

Այն շարժումը, որի ժամանակ գոնե երկու հավասար ժամանակամիջոցներում մարմինն անցնում է անհավասար ճանապարհներ, կոչվում է անհավասարաչափ կամ փոփոխական շարժում:

Հիմնականում անհավասարաչափ են շարժվում գրեթե բոլոր մարմինները. փողոցում քայլող մարդը, սարից իջնող դահուկորդը, պատշգամբից ընկնող գնդակը, կանգառից հեռացող ավտոբուսը, վայրէջք կատարող ինքնաթիռը և այլն:

Միջին արագություն

Այն ֆիզիկական մեծությունը, որը հավասար է մարմնի հետագծի որևէ տեղամասի երկարության և այդ տեղամասն անցնելու ժամանակի հարաբերությանը, կոչվում է փոփոխական շարժման միջին արագություն այդ տեղամասում:

Եթե անհավասարաչափ շարժվող մարմինը հետագծի S երկարությամբ տեղամասն անցել է tժամանակում, ապա նրա միջին արագությունն այդ տեղամասում հավասար կլինի.

Vմիջ=St   (1)

Ակնթարթային արագություն

Դիցուք  ինչ-որ պահի ավտոմեքենայի արագաչափի ցուցմունքը 80 կմ/ժ է, հետո այն արագ փոխվում է: Իներտության պատճառով մարմնի արագությունը ակնթարթորեն փոխել հնարավոր չէ: Ուրեմն կարելի է համարել, որ մի ակնթարթ (շատ փոքր ժամանակահատված) ավտոմեքենայի արագությունը չի փոխվել և այն կատարել է հավասարաչափ շարժում: Տվյալ պահին արագաչափի ցույց տված արագությունը հենց այդ հավասարաչափ շարժման արագությունն է, որն անվանում են ակնթարթային արագություն:

Ժամանակի տվյալ պահին (կամ հետագծի տվյալ կետում) մարմնի արագությունը կոչվում է ակնթարթային արագություն:

Կիրառելով ակնթարթային արագության հասկացությունը, կարող ենք ասել, որ հավասարաչափ շարժման դեպքում այն հաստատուն մեծություն է, իսկ անհավասարաչափ շարժման դեպքում՝ փոփոխական:

Մեխանիկական տատանումներ

Բնության մեջ մեխանիկական շարժումները խիստ բազմազան են: Դրանցում իրենց յուրահատկությամբ առանձնանում են տատանողական շարժումները կամ մեխանիկական տատանումնները:

Տատանումները շարժումներ են, որոնք կատարվում են հերթականորեն՝ հակադիր ուղղություններով: Տատանումներն ունեն բնորոշ հատկություն՝ կրկնելիություն:

Այն ամենափոքր ժամանակամիջոցը, որի ընթացքում տատանումները կրկնվում են, կոչվում է տատանման պարբերություն (T) :

Տատանումների պարբերությունը մեկ լրիվ տատանում կատարելու համար անհրաժեշտ ժամանակամիջոցն է։

T=t:n

Տատանումների պարբերությունը որոշելու համար անհրաժեշտ է  t ժամանակը բաժանել այդ ընթացքում կատարված տատանումների n թվի վրա.

Տատանումների պարբերությունը չափվում է ժամանակի միավորներով` վայրկյաններով, րոպեներով և այլն։

Տատանումների հաճախությունը մեկ վայրկյանում կատարվող տատանումների թիվն է։ 

Տատանումների հաճախությունը որոշելու համար անհրաժեշտ է տատանումների n թիվը բաժանել այն ժամանակի վրա, որի ընթացքում այդ տատանումները տեղի են ունեցել`  ν=nt

Տատանումների T  պարբերության և ν հաճախության համար ճիշտ են այն բոլոր բանաձևերը`

 T=1ν և ν=1T

Տատանումների լայնույթն այն առավելագույն հեռավորությունն է, որի չափով իր հավասարակշռության դիրքից կարողանում է հեռանալ տատանվող մարմինը։

Օրինակներ

Տատանողական շարժումը դիտարկենք թելավոր և զսպանակավոր ճոճանակների օրինակներով։

Մաթեմատիկական (թելավոր) ճոճանակը   բաղկացած է l երկարությամբ բարակ թեթև թելից, որից կախված  mզանգվածով գնդիկը։ Եթե գնդիկը, հավասարակշռության դիրքից հանելով, մի կողմ շեղենք ու բաց թողնենք, այն կսկսի տատանվել, այսինքն կրկնվող շարժումներ կատարել` պարբերաբար անցնելով հավասարակշռության դիրքով։

 Զսպանակավոր ճոճանակը k կոշտությամբ անկշիռ զսպանակից կախված m զանգվածով բեռ է և ի վիճակի է տատանվել զսպանակի առաձգականության ուժի շնորհիվ։

Մաթեմատիկական և զսպանակավոր ճոճանակների տատանումները, որոնք քննարկվել  են նախորդ պարագրաֆներում, կոչվում են ազատ:

Ազատ տատանումները տեղի են ունենում «ինքնաբերաբար», առանց արտաքին, պարբերաբար փոփոխվող ուժերի ազդեցության:

Տատանումների գրաֆիկի ձևի մասին կարելի է դատել՝ կատարելով հետևյալ փորձը.

 

Այն տատանումները, որոնք կատարվում են համակարգում գործող ներքին ուժերի շնորհիվ, անվանում են ազատ տատանումներ:

Եթե ներքին ուժերի թվում կան նաև շփման կամ դիմադրության ուժեր, ապա տատանումների լայնույթն աստիճանաբար փոքրանում է:

Այն տատանումները, որոնց լայնույթն աստիճանաբար փոքրանում է, անվանում են մարող տատանումներ: 

 Ազատ տատանումները շփման և դիմադրության ուժերի առկայությամբ մարող են լինում: Oրինակ, մաթեմատիկական ճոճանակում Երկրի ձգողության ուժը դանդաղեցնում է գնդիկին նրա բարձրանալու ժամանակ, բայց իջնելիս արագացնում է: Հարկ է  նշել, որ շփման ուժը ոչ միայն բարձրանալիս է դանդաղեցնում գնդիկի շարժումը, այլ նաև իջնելիս:

Դիմադրության և շփման ուժերը միշտ գոյություն ունեն:  Չմարող, այսինքն  այնպիսի տատանումներ, որոնց լայնույթն աստիճանաբար չփոքրանա  ստանալու համար, պետք է որ համակարգի վրա ազդի պարբերաբար փոխազդող ուժ:

Այն տատանումները, որոնք կատարվում են արտաքին պարբերաբար փոփոխվող ուժի առկայությամբ, անվանում են հարկադրական տատանումներ:

Մեխանիկական էներգիա: Կինետիկ և պոտենցիալ էներգիա, լրիվ մեխանիկական էներգիա

Մեխանիկական աշխատանք և էներգիա

Այն ֆիզիկական մեծությունը, որը բնութագրում է մարմնի աշխատանք կատարելու ունակությունը, կոչվում  էներգիա (E):

Իսկ թե որ մարմիններն են ընդունակ աշխատանք կատարելու, որոնք՝ ոչ, կարող ենք պարզել փորձի միջոցով:

Օրինակ

1-ին փորձում գունդը դնում ենք սեղանին, այն  կպահպանի իր դադարի վիճակը, քանի որ նրա վրա ազդող ուժերը համակշռված են: Ուրեմն, այս դեպքում գունդն աշխատանք չի կատարում:2-րդ փորձում գնդին հաղորդում ենք դեպի չորսուն ուղղված v արագություն (տե՛ս նկար): Հարվածելով չորսուին՝ գունդը տեղափոխում է այն և կատարում որոշակի աշխատանք:

3-րդ փորձում գունդը սեղանից բարձրացնում ենք վեր, և բաց թողնում: Գունդն իջնում է ներքև և 2-րդ գնդի նման տեղափոխում չորսուն:

Կինետիկ էներգիա

2-րդ գունդը 1-ից տարբերվում է շարժման վիճակով: 1-ինը գտնվում է դադարի վիճակում, իսկ 2 -րդը՝ շաժվում է: Ուստի բնական է ենթադրել, որ նրա էներգիան պայմանավորված է շարժումով և կախված է նրա արագությունից:

Մարմնի շարժումով պայմանավորված էներգիան կոչվում է կինետիկ  էներգիա:

2-րդ փորձում չորսուին տեղափոխում է գնդիկի կողմից ազդող ուժը: Եթե  S0 ճանապարհ անցնելուց հետո գնդիկը և չորսուն կանգ են առնում, ապա այդ ընթացքում գնդիկի կատարած աշխատանքը՝ A=FS0, որտեղ F-ը գնդիկի կողմից չորսուի վրա ազդող ուժն է:

Համաձայն Նյուտոնի III օրենքի, ինչ ուժով գնդիկն է ազդում չորսուի վրա, մոդուլով նրան հավասար, ուղղությամբ հակադիր ուժով էլ չորսուն է ազդում գնդիկի վրա: Այդ ուժի ազդեցության տակ գնդիկը կատարում է դանդաղող շարժում: Նյուտոնի II օրենքից` F=ma, որտեղ m-ը գնդի զանգվածն է, a-ն՝ նրա արագացումը: Դանդաղող շարժման դեպքում
արգելակման ճանապարհը՝

S0 = v2/2a

Տեղադրելով F−ի և S0-ի արտահայտությունները բանաձևի մեջ, կստանանք՝

A = FS0 = ma v2/2a = mv2/2

Դա այն աշխատանքն է, որը կարող է կատարել v արագությամբ շարժվող mզանգվածով մարմինը մինչև կանգ առնելը, և այն հաշվում են հետևյալ բանաձևով.

Eկ = mv2/2

Այսպիսով, մարմնի կինետիկ էներգիան հավասար է նրա զանգվածի և արագության քառակուսու արտադրյալի կեսին։

Պոտենցիալ էներգիա

3-րդ գունդը 1-ից տարբերվում է դիրքով: 1-ինը գտնվում է սեղանին, իսկ 3-րդը՝ սեղանից h բարձրության վրա: 3-րդ գունդն իջնում է դեպի սեղանը՝ շնորհիվ Երկրի ձգողության: Հետևաբար, կարելի է եզրակացնել, որ նրա էներգիան պայմանավորված է Երկրի հետ փոխազդեցությամբ և կախված է գնդի բարձրությունից (դիրքից):

Մարմինների փոխազդեցությամբ պայմանավորված էներգիան կոչվում է պոտենցիալ էներգիա:

Ep = mgh

Այսպիսով, Երկրի հետ փոխազդեցության մեջ գտնվող մարմնի պոտենցիալ էներգիան հավասար է այդ մարմնի զանգվածի, ազատ անկման արագացման և մարմնի ունեցած բարձրության արտադրյալին։

Պոտենցիալ էներգիան հարաբերական մեծություն է և կախված է զրոյական մակարդակի ընտրությունից: Զրոյական մակարդակի ընտրությունը կամայական է: Բերված օրինակում այն հաշվեցինք սեղանի մակերևույթից, այսինքն՝ այն ընդունեցինք որպես բարձրության հաշվարկի զրոյական մակարդակ: Բայց մարմնի բարձրությունը կարելի է չափել նաև հատակից, Երկրի մակերևույթից կամ մեկ այլ մակարդակից:

 Լրիվ մեխանիկական էներգիա

Մարմինների շարժումը և նրանց փոխազդեցությունն ուսումնասիրում է ֆիզիկայի մեխանիկա բաժինը: Ուստի ընդունված է մարմինների շարժումով և նրանց փոխազդեցությամբ պայմանավորված էներգիաներն անվանել մեխանիկական էներգիա:

 Մարմինը միաժամանակ կարող է ունենալ և՛ կինետիկ, և՛ պոտենցիալ էներգիա։

Օրինակ՝ h բարձրության վրա v արագությամբ շարժվող m զանգվածով մարմինն ունի շարժումով պայմանավորված Eկ=mv2/2 և Երկրի հետ փոխազդեցությամբ պայմանավորված  Eպ. =mgh պոտենցիալ էներգիաներ:

Մարմնի կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների գումարը կոչվում է լրիվ մեխանիկական էներգիա.

E = Eկ + Eպh բարձրության վրա v արագությամբ շարժվող մարմնի լրիվ մեխանիկական էներգիան.

Eլր = mv2/2 + mgh

Մարմնի իմպուլս:Իմպուլսի պահպանման օրենքը: Ռեակտիվ շարժում

Մարմնի իմպուլս

Շարժվող մարմնի գործողությունը կախված է նրա զանգվածից և արագությունից:

Օրինակ, մեծ արագությամբ շարժվող գնդակը ֆուտբոլիստը կարող է կանգնեցնել ոտքով կամ գլխով (տե՛ս նկար 1), բայց մարդը չի կարող կանգնեցնել նույնիսկ շատ փոքր արագությամբ շարժվող գնացքը (տե՛ս նկար 2): Թենիսի գնդակը, դիպչելով մարդուն, վնաս չի տալիս, սակայն ավելի փոքր զանգվածով բայց մեծ արագությամբ շարժվող ատրճանակից դուրս թռած գնդակը կարող է մեծ վնաս հասցնել մարդուն:

Այն ֆիզիկական մեծությունը, որը հավասար է մարմնի զանգվածի և արագության արտադրյալին, կոչվում է  մարմնի շարժման քանակ կամ իմպուլս:

Դինամիկա

Մեխանիկայի այն բաժինը, որը ուսումնասիրում է տարաբնույթ շարժումների առաջացման և փոփոխման պատճառները, կոչվում է դինամիկա: Այդ դինամիկայի հիմքում ընկած են Նյուտոնի երեք օրենքները: Մարմինը պահպանում է իր դադարի վիճակը կամ գտնվում է ուղղագիծ հավասարաչափ շարժման մեջ, եթե նրա վրա այլ մարմիններ չեն ազդում կամ եթե ազդում են ապա այդ ուժերը համակշռում են:

Հավասարաչափ արագացող շարժում, արագացող շարժման արագություն, ճանապարհը:

Ազատ անկում, ազատ անկման արագացում:

Հավասարաչափ արագացող շարժումը՝ անհավասարաչափ շարժում է, որովհետև հավասարաչափ շարժման դեպքում արագությունը չի փոխվում, հաստատուն է ողջ շարժման ընթացքում: Մարմնի շարժումը կոչվում է հավասարաչափ արագացող, եթե այդ շարժման արագությունը կամայական հավասար ժամանակամիջոցում փոխվում է նույն չափով:

Այն ֆիզիկական մեծությունը, որը հավսար է մարմնի շարժման արագության փոփողության և այն ժամանակամիջոցի հարաբերությանը, որի ընթացքում կատարվել է այդ փոփոխությունը, կոչվում է հավասարաչափ արագացող շարժման արագացում: Այն նշանակում են a տառով՝ լատիներեն ակսելեռատիո(արագացում):
Հավսարաչափ արագացող շարժման դեպքում, արագացումը հաստատուն է: Որպես հավասարաչափ արագացող շարժման արագացման միավոր ընդունվում է այն մարմնի արագացումը, երբ այդ շարժման արագությունը յուրաքանչյուր մեկ վարկյանում փոխվում է մեկ մետր վարկյանում: Այդ միավորը կոչվում է մեկ մետր վարկյան քառակուսի: Հավասարաչափ արագացող շարժման արագությունը հավասար կլինի V։

Ազատ անկում: Ազատ անկման արագացում

Իտալացի գիտնական  Գալիլեո Գալիլեյը  ուսումնասիրելով Պիզա քաղաքում գտնվող թեք աշտարակից ընկնող մարմինների շարժումը՝  եզրակացրեց,  որ

բոլոր մարմինները Երկրի ձգողության ազդեցությամբ ընկնում են նույն արագացմամբ:

Թվում է, թե առօրյա դիտումները չեն հաստատում այդ օրենքը: Իրոք, սովորական պայմաններում տարբեր մարմիններ տարբեր կերպ են ընկնում: Լազերային սկավառակը, օրինակ, ընկնում է արագ, իսկ տետրի թերթի կտորը՝ դանդաղ և, բացի այդ, բարդ հետագծով (տե՛ս նկար):

 

Գալիլեյի օրենքի ճշմարտացիությունն ապացուցելու համար վերցնում են մոտ 1մ երկարությամբ ապակե խողովակ, որը մի կողմից փակ է, իսկ մյուս կողմից ծորակ ունի, և որի մեջ դրված են կապարե գնդիկ, խցան և փետուր: Սկզբում  խողովակը պահում են ուղղաձիգ դիրքով (տե՛ս նկար), հետո այն արագ շրջում են  180° -ով:

Այնուհետև պոմպով օդը հանում են խողովակից և կրկին շրջում այն: Այս անգամ արդեն բոլոր երեք մարմինները ընկնում են միաժամանակ, ինչը և վկայում է, որ բոլոր մարմինները շարժվում են նույն արագացմամբ (տե՛ս նկար):

Ազատ անկման արագացումը

Համաձայն Գալիլեյի օրենքի՝ բոլոր մարմինները Երկրի ձգողության ազդեցությամբ ընկնում են նույն արագացմամբ:

Ուշադրություն

Ազատ անկման արագացումը ընդունված է նշանակել g տառով: Բազմաթիվ փորձերի արդյունքում ստացվել է, որ Երկրի միջին լայնություններում ազատ անկման արագացումը՝  g=9,8 մ/վ²: Ազատ անկման արագացման վեկտորն ուղղված է ուղղաձիգ դեպի ներքև:

Դադարի վիճակից ազատ անկում կատարող մարմնի շարժումը

Դիցուք մարմինն ազատ անկում է կատարում H բարձրությունից: Որոշենք անկման սկզբից t ժամանակ անց նրա արագությունը, անցած ճանապարհը և գետնից ունեցած բարձրությունը:
Տվյալ դեպքում մարմնի շարժումը դադարի վիճակից հավասարաչափ արագացող է, հետևաբար նրա արագությունը և անցած ճանապարհը կարելի է որոշել հավասարաչափ արագացմամբ շարժվող բանաձևերով՝ v=at, S=at22 դրանց մեջ a -ն փոխարինելով g-ով. v=gt, հ=gt22

Ինչպես երևում է նկարից, ժամանակի  t  պահին մարմնի բարձրությունը գետնից հավասար է նրա սկզբնական բարձրության և անցած ճանապարհի տարբերությանը:

հ=H−S=H−gt22

Այժմ պարզենք, թե որքան ժամանակում մարմինը կհասնի գետնին, և ինչ արագություն կունենա գետնին հարվածելու պահին:

Գետնին հարվածելու t1 պահին S=H  (կամ որ նույնն է h=0): Հետևաբար վերը նշված հավասարումից կստանանք, որ վայրէջքի ժամանակը՝

t1=2Hg−−−−√

t1 -ի արժեքը տեղադրելով արագության բանաձևի մեջ՝ կստանանք մարմնի արագությունը գետնին հասնելու պահին.

v1=2gH−−−−√

Ուղղաձիգ դեպի վեր նետած մարմնի շարժումը

v0 սկզբնական արագությամբ ուղղաձիգ դեպի վեր նետած մարմնի շարժման դեպքում (տե՛ս նկարը) մարմնի արագացումն ուղղված է շարժման հակառակ ուղղությամբ, հետևաբար այն հավասարաչափ դանդաղող է: Մարմնի արագությունն աստիճանաբար նվազում է և հետագծի ամենաբարձր կետում դառնում զրո:

Հետևաբար, դանդաղող շարժման արագության v=v0–at բանաձևում տեղադրելով v=0 և  a=g, կստանանք. 0= v0 – gt2, որտեղ t2 -ը վերելքի ժամանակն է: Այսպիսով՝ t2=v0g
Վերելքի առավելագույն բարձրությունը կարող ենք գտնել՝  S=at22=v202a բանաձևում տեղադրելով t=t2  և  a=g

Գալիլեյ Գալիլեո

  

Գալիլեյի աշխատանքները նշանակալի ազդեցություն են թողել գիտական մտքի զարգացման վրա:

Գալիլեոյի ծնողները ենթադրում էին, որ նա բժիշկ կդառնա, սակայն պատանուն շատ ավելի հետաքրքրեցին մաթեմատիկան ու ֆիզիկան: Նա համալսարանում թողեց բժշկության պարապմունքները և արդեն 25 տարեկանում դարձավ մաթեմատիկայի պրոֆեսոր:

Գալիլեյը ձևակերպեց հորիզոնի նկատմամբ անկյան տակ նետված մարմնի շարժման օրենքը, հայտնագործեց շարժումների գումարման և ճոճանակի տատանման պարբերության հաստատունության օրենքները:

Գալիլեյն առաջին գիտնականներից էր, որ լուրջ պայքար սկսեց անցյալի կեղծ պատկերացումների դեմ, հերքեց շարժման մասին Արիստոտելի ուսմունքն ու առաջարկեց ժամանակակից մեխանիկայի հիմունքները:

1609 թ-ին Գալիլեյն աստղադիտակ պատրաստեց ու սկսեց ուսումնասիրել աստղալից երկինքը: Եվ շուտով կատարեց կարևոր հայտնագործություններ. հայտնաբերեց Յուպիտեր մոլորակի շուրջը պտտվող 4 արբանյակները, խառնարաններ՝ Լուսնի վրա, Արեգակի բծերը և օղակներ` Սատուռնի շուրջը:

Վեներան ուսումնասիրելիս Գալիլեյը եկավ այն համոզման, որ բոլոր մոլորակները, այդ թվում նաև Երկիրը, պտտվում են Արեգակի շուրջը: Այս գաղափարը հակասում էր այն ժամանակ ընդունված տեսակետին, ըստ որի՝ բոլոր մոլորակները և Արեգակը պտտվում են Երկրի շուրջը: Գալիլեյի ծննդից դեռևս 20 տարի առաջ այդպիսի տեսություն առաջարկել էր լեհ աստղագետ Կոպեռնիկոսը, ինչը, սակայն, եկեղեցին պաշտոնապես արգելել էր:

Գալիլեյը նույնպես հոգևորականության բացահայտ սպառնալիքների պայմաններում ստիպված էր հրապարակայնորեն հրաժարվել իր հայացքներից, հայտարարել, որ համամիտ չէ Կոպեռնիկոսի հայացքներին: Սակայն նա իրականում երբեք էլ չհրաժարվեց իր գաղափարներից և ենթարկվեց եկեղեցու հալածանքներին: Միայն 1981 թ-ին կաթոլիկ եկեղեցին, այնուամենայնիվ, ընդունեց Տիեզերքի Արեգակնակենտրոն կառուցվածքի տեսության համար Գալիլեյին հետապնդումների ենթարկելու իր անարդարացիությունը:

Իսահակ Նյուտոն

 

Ծնվել է 1642 թ. դեկտեմբերի 25-ին (1643 թ. հունվարի 4-ին՝ հին տոմարով) Լինքոլնշիր կոմսության Վուլսթորփ  գյուղում (Մեծ Բրիտանաի) և մահացել է 1727 թ. մարտի 31-ին (մարտի 20-ին հին տոմարով) Քենզինգտոն քաղաքում։ Համարվում է աշխարհի ամենաազդեցիկ գիտնականներից մեկը։Նյուտոնը նկարագրել է գրավիտացիան ու շարժման օրենքները «Բնական փիլիսոփայության մաթեմատիկական սկզբունքները» («Philosophiae Naturalis Principia Mathematika») գրքում՝ դրանով հիմք դնելով դասական մեխանիկային։ Նա նաև դիֆերենցիալ հաշվարկի հիմնադիրներից մեկն է։Նյուտոնի հայրը, նույնպես Իսահակ անունով, ով հասարակ, բայց՝ ունևոր հողագործ էր, մահանում է որդու ծննդից առաջ։Երբ Նյուտոնը դառնում է երեք տարեկան, նրա մայրը՝ Աննա Էյսքյունյ նորից է ամուսնանում և գնում է ապրելու նոր ամուսնու մոտ՝ թողնելով որդուն մորական տատի խնամքին։ Պատանի Իսահակը չէր սիրում խորթ հորը և նախատում էր մորը նրա հետ ամուսնանալու համար։Տասներկուսից մինչև տասնյոթ տարեկանը Նյուտոնը սովորել է Գրենթհեմի դպրոցում։ 18 տարեկանում ընդունվում Թրինիթի (Սբ.Երրորդության) վարժարան որն ավարտում է 1666 թ.։Նյուտոնի արձանը Թրինիթի քոլեջում 1666-1675 թթ. նա զբաղվում է գիտությամբ։ 1666-ին նա ստեղծեց գրավիտացիայի տեսությունը, 1668-ին ներկայացրեց իր տարբեր ոսպնյակներից բաղկացած «Հայելի-հեռադիտակ»-ը, 1672-ից զբաղվում է լույսի հատկություններով և գրում բազմաթիվ աշխատանքներ։ 1675-1682 թթ. Նյուտոնը գիտական աշխատանքներ չի կատարում։ Դրանից հետո նա ստեղծեց գրավիտացիայիօրենքները, բացատրեց մոլորակների էլիպսաձև շարժումը և 1687-ին գրեց իր «Philosophiae Naturalis Principia Mathematika»-ն։ 1705 թ. Աննա թագուհին Նյուտոնին շնորհում է ասպետի կոչում, որից հետո նա դառնում է սըր Իսաակ Նյուտոն։ Դա առաջին դեպքն էր, երբ ասպետի կոչում էր շնորհվում գիտական ծառայությունների համար։ Չնայած նրան, որ Նյուտոնը ծնվել էր շատ թույլ առողջությամբ, նա ապրեց 83 տարի։ Նա մահացել է Լոնդոնից ոչ հեռու գտնվող Քենսինգթոն քաղաքում 1727 թ. մարտի 20 (31)-ին։ Նյուտոնին մեծ հանդիսավորությամբ թաղում են Լոնդոնի Վեստմինսթեր մատուռում:

.Նյուտոնի առաջի օրենք

Նյուտոնի երկրորդ օրենք

Նյուտոնի երրորդ օրենք