Archiwum kategorii ‘Nauka’

Przemiany termodynamiczne gazów doskonałych

Każdy gaz można określić poprzez podanie jego ciśnienia, temperatury oraz objętości. W rzeczywistości zachodzą różne zmiany tych parametrów, zgodnie jednak z zasadą, że stosunek pV/T musi być stały. Dla przykładu, w przypadku dużych wahań temperatur ciśnienie w oponach samochodu może nieznacznie zmienić się, ponieważ objętość gazu jest stała. Tak więc, wraz ze wzrostem temperatury, wzrośnie także ciśnienie. W termodynamice wyróżnia się kilka typów przemian. Jeśli przemiana odbywa się w warunkach stałej temperatury, nazywaną ją izotermiczną. W praktyce takie przemiany właściwie nie występują. Z przemianą izobaryczną mamy do czynienia, kiedy ciśnienie gazu jest stałe. Wzór stanu gazu w tym przypadku opisuje prawo Charlesa. Trzecim przypadkiem jest przemiana izochoryczna, gdy objętość się nie zmienia. Dodatkowo opisuje się przemianą adiabatyczną, która ma miejsce, gdy nie zachodzi wymiana ciepła pomiędzy układem, a otoczeniem. Czasami przemiana ta nazywa jest także izentropową, gdyż nie zmienia się entropia układu.

Przepływ burzliwy i liczba Reynoldsa

Jeśli prędkość cieszy wzrośnie wystarczająco, w rurze może wystąpić, zamiast ruchu laminarnego, ruch turbulentny. Wówczas w cieczy występują wiry, które utrudniają znacznie jej ruch. Przykładem ruchu laminarnego oraz burzliwego może być woda płynąca z kranu. Przy niewielkiej prędkości, to jest jeśli kran został otworzony nieznacznie, mamy do czynienia z ruchem laminarnym. Strumień cieczy jest całkiem równy. Jeśli zawór odkręcimy mocniej, zaobserwujemy ruch turbulentny, wówczas strumień staje się niespokojny, nie jest już taki gładki. W przypadku opisywanie cieczy i gazów fizycy posługują się liczbą Reynoldsa, która łączy lepkość dynamiczną cieczy, gęstość, prędkość przepływu oraz średnicę rury. Jeśli Re jest mniejsza od jedynki, mamy do czynienia z przepływem laminarnym. Krytyczna liczba Reynoldsa odpowiada przejściu przepływu laminarnego w burzliwy, zaś w rurach wynosi ona zazwyczaj około 1200. Nie jest to jednak wartość stała, zależy bowiem przede wszystkim od wymiarów rury (średnicy).

Rozchodzenie się ciepła

W przyrodzie ciepło zawsze przechodzi z ciała cieplejszego do zimniejszego, natomiast w ogólności może być ono przenoszone na trzy sposoby: poprzez przewodnictwo, konwekcję oraz promieniowanie. Przewodnictwo to najprostszy przypadek – ciepło przenosi się na styku dwóch ciał o różnych temperaturach, co jest skutkiem różnicy temperatur wewnątrz substancji. Przewodnictwo cieplne jest charakterystyczne dla danego materiału. Ważnym parametrem jest współczynnik przewodzenia, bardzo istotny na przykład w budownictwie, gdzie ocieplenie budynku jest bardzo ważne w przypadku późniejszej eksploatacji. Próżnia charakteryzuje się zerowym współczynnikiem przewodzenia ciepła. Ciepło unosi się. Łatwo zaobserwować to w domach piętrowych, gdzie często na piętrze jest wyżej niż na parterze. Również w blokach termometr wskazuje wyższą temperaturę na wyższych piętrach, aniżeli przy gruncie. Ostatni sposób rozchodzenia się ciepła to promieniowanie cieplne. W tym wypadku ciepło rozchodzi się bez substancji pośredniczącej.

Rodzaje silników spalinowych

Ciężko wyobrazić sobie dzisiejszy świat bez silników spalinowych. Silnik te napędzane są poprzez spalanie paliwa, co, w porównaniu do silników parowych, ogranicza stratę ciepła. W 1867 roku opracowano pierwsze silniki z zapłonem iskrowym, inaczej niskoprężne. Wśród nich rozróżnia się dwa typy, to jest silniki dwusuwowe i czterosuwowe. Każdy ruch tłoka nazywa się suwem, stąd silnik czterosuwowy charakteryzuje się pracą silnika składająca się z czterech ruchów tłoka. Są to: ssanie, sprężanie, suw pracy (rozprężanie) oraz wydech. W silnikach dwusuwowych pierwszy suw składa się ze ssania i sprężania, drugi zaś z pracy oraz wydechu. Drugim rodzajem silnika jest silnik wysokoprężny o zapłonie samoczynnym, czyli inaczej popularny diesel. Nazwa ta pochodzi od twórcy silnika, niemieckiego inżyniera Rudolfa Diesela. Silnik wysokoprężny powstał w roku 1987 i w jego przypadku nie ma świec zapłonowych, w zamian zaś niezbędne jest urządzenie do wtrysku paliwa. Silnik wysokoprężne charakteryzują się niższym spalaniem.

Przepływ laminarny cieczy

Ruch cieczy opisuje prawo Bernoulliego, które jednak odnosi się do cieczy doskonałej, czyli takiej, w której nie występuje tarcie. W rzeczywistości jednak takie ciecze nie istnieją. Jednak są takie przepływy, gdzie istnieje tarcie wewnętrzne, ale nie występują zawirowania i są to tak zwane przepływy laminarne, zwane inaczej uwarstwionymi. Takiego rodzaju przepływ jest jednakowoż możliwy tym w przypadku małych prędkości. Wówczas cząsteczki, które stykają się z powierzchnią rury, przez którą przepływa ciecz, przylegają do niej. Im dalej od ścianek, tym ciesz osiąga większą prędkość. Tak więc można wyróżnić w cieszy przesuwające się względem siebie warstwy, które jednocześnie nie mieszają się ze sobą. Przeciwieństwem laminarnego przepływu cieczy jest przepływ turbulentny. Granica pomiędzy tymi przepływami zależy między innymi od wielkości przeszkód na drodze, lepkości cieczy oraz gęstości cieczy. Odwrotnością lepkości dynamicznej jest płynność. Fizycy wyróżniają także lepkość kinematyczną.

Energia kinetyczna ciała

Aby wprowadzić ciało w ruch, czyli zwiększyć jego prędkość, należy wykonywać pewną pracę. Każde ciało będące w ruchu posiada pewną ilość energii kinetycznej, którą definiuje się jako zdolność ciała do wykonywania pracy. Energie kinetyczna jest wprost proporcjonalna do masy oraz kwadratu prędkości ciała. W przypadku zmiany prędkości ciała ma miejsce również zmiana energii kinetycznej: we wzorze kwadrat prędkości zastępuje kwadrat różnicy prędkości ciała. W dziewiętnastym wieku skonstruowano zasadę zachowania energii w układzie. Robert Mayer stwierdził, że nie ma możliwości, by energia nagle pojawiła się albo zniknęła. Może ona jedynie zmienić swoją postać, czyli zostać przekształcona. W izolowanym układzie zamkniętym całkowita energia jest stała. W przypadkach praktycznych tarcie często powoduje zamianę energii w energię cieplną. Ciało, które spada swobodnie, przekształca energię potencjalną w energię kinetyczną. W rzeczywistości ciało takie byłoby hamowane przez opory powietrza. W wyidealizowanym układzie ciało po odbiciu od ziemi mogłoby wrócić na tę samą wysokość.

Moment skręcający bryły sztywnej

Bryła sztywna może się obracać wokół stałej osi, jeśli jest zamocowana obrotowo. Taki obrót wywołują siły, który nie działają w kierunku osi (czyli nie są przyłożone w środku ciężkości przekroju poprzecznego). Siły osiowe mogą wywoływać jedynie ściskanie albo rozciąganie, a ich działanie opisuje prawo Hooke’a. Jeśli siłę odsuniemy od środka ciężkości, wywoła ona moment skręcający. Wielkość momentu jest tym większa, im większa odległość od osi (jest to tak zwane ramię siły) oraz wartość przyłożone siły, bowiem wzór na moment to M = Fr. Jednostką momentu obrotowego jest Nm, czyli niutonometr. Różnego rodzaju momenty mają istotne znaczenie w mechanice czy w wytrzymałości materiałów. Jeśli ciało ma pozostać w równowadze, to suma momentów w dowolnym jego punkcie musi być równa 0. Momenty mogą powodować skręcanie albo zginanie. Jeśli na ciało działa kilka momentów, to sumują się one wektorowo. Jeśli działają one w tej samej płaszczyźnie, można zsumować jest w prosty sposób, algebraicznie, zachowując znaki dodatnie oraz ujemne momentów.

Prawo Pascala i jego zastosowanie

Jeśli na ciecz działamy siłą, to na jej powierzchni powstaje ciśnienie, przekazywane poprzez cząsteczki we wszystkich kierunkach do wewnątrz cieszy (ewentualnie gazu) oraz na ściany naczynia, w którym znajduje się ciesz. Ciśnienie wyraża się jako iloraz siły nacisku oraz powierzchni, na której działa dana siła. Dodatkowo dla fizyków ważne jest odkrycie Pascala i skonstruowane przez niego prawo mówiące, że w każdym miejscu w naczyniu, na tej samej głębokości, ciśnienie jest identyczne. Prawo Pascala wykorzystuje się do budowy pras albo podnośników hydraulicznych. Działanie takich przyrządów jest stosunkowo proste: z obu stron umieszczone są nurniki o różnej powierzchni. Jeśli na małą powierzchnię będziemy działać siłą, wywołamy odpowiednie ciśnienie. Identyczne ciśnienie będzie panowało na większym nurniku z drugiej strony podnośnika: wówczas tam będzie panowała znacznie większa siła, proporcjonalna do siły przyłożonej i stosunku pól powierzchni. Działając niewielką siłą możemy podnieść ciężki samochód.

Tarcie w fizyce

Tarcie występuję zawsze podczas ruchu – mogą to być opory powietrza albo tarcie występujące na granicy dwóch poruszających się względem ciał. Tarcie to siła działająca wzdłuż kierunku ruchu, ale z przeciwnym zwrotem – hamuje ona bowiem ruch. W fizyce wyróżniamy wiele rodzajów tarcie. Tarcie ślizgowe występuje, kiedy jedno ciało przesuwamy po drugim, na przykład podczas przesuwania książki po biurku albo szafy po podłodze – duża masa szafy sprawia, że tarcie jest duże. W takim wypadku mamy też do czynienia z tarciem w spoczynku – jak łatwo zauważyć w życiu codziennym, poruszenie ciała w spoczynku wymaga dużo większej siły, niż później utrzymanie go w ruchu. Dlatego najtrudniej jest poruszyć ciężką szafę, później jej przesuwanie jest nieco łatwiejsze. Tarcie toczne jest również istotne w życiu codziennym, ponieważ dotyczy niemal wszystkim środków komunikacji, jak samochody, rowery czy pociągi. To właśnie tarcie i opory powietrza powodują, że samochód musi być napędzany silnikiem, w ten sposób można utrzymać stałą prędkość.

Statyka i równowaga sił

Jeśli ciało znajduje się w równowadze, czyli inaczej działające na ciało siły równoważą się, to nauka badająca takie ciało nazywa się statyką. Jest to bardzo istotna nauka szczególnie w dziedzinach budownictwa, gdzie budynki powinny trwale znajdować się w równowadze, a rodzaje i wartości działających na budynki albo mosty sił są niezwykle istotne. Statyka to także szereg zasad. Na przykład, jeśli jakaś siła działa na ciało sztywne, to w momencie zmiany jej punkty przyłożenia wzdłuż kierunku działania, działanie siły pozostanie takie samo. Na ciało pozostają w spoczynku działają tak zwane siły znoszące się, bowiem w przyrodzie siły nie występują pojedynczo. Jest to również odkrycie Newtona, który tę zależność zaobserwował w roku 1687. Jest to bardzo znane prawo akcji i reakcji, czyli dwie siły działające w tym samym kierunku, mająca takie same wartości, ale przeciwne zwroty: wypadkowa działania takiej pary sił jest równa zero. W statyce i mechanice taka para sił jest nazywana dwójką zerową. Przykładem pary sił jest przyciąganie: dwa ciała przyciągają się wzajemnie, nawet jeśli nie można zaobserwować tego gołym okiem.

Szukaj
Nauka języków
    Dziś już bardzo duża część dzieci w wieku przedszkolnym podejmuje naukę języków obcych. Dominuje oczywiście język angielski. Jak to zwykle bywa, zdania na temat zasadności tak wczesnej edukacji językowej są podzielone. Zwolennicy nauczania języków obcych sugerują, iż umysł tak małych dzieci jest bardzo chłonny a zapoznawanie z językiem obcym w formie zabawy i osłuchania, będzie procentował w przyszłości łatwiejszym przyswajaniem języków obcych. Przeciwnicy z kolei uważają zapisywanie małych dzieci na zajęcia z języka obcego za snobizm i stratę pieniędzy. Co do jednego jednak nie może być wątpliwości. W dzisiejszych czasach, gdy granice są otwarte, turystyka zagraniczna oraz praca za granicą stały się tak powszechne, osoby nie znające przynajmniej jednego języka obcego mogą czuć się gorsze. Dodatkowym argumentem przemawiającym za koniecznością nauki, zwłaszcza języka angielskiego jest Internet. To tu można znaleźć wszelkie potrzebne informacje, wiele z niech jednak jest w języku angielskim. Coraz bardziej powszechna, zwłaszcza wśród młodych ludzi, jest nauka języków obcych za pośrednictwem Internetu. Można w ten sposób nie tylko uczyć się w dowolnym czasie i tempie dostosowanym do własnych możliwości, ale również nawiązywać kontakty z rodzimymi użytkownikami danego języka. Posługiwanie się językiem obcym to jednak nie tylko nauka słówek i gramatyki. To przede wszystkim przełamanie oporów, strachu i nieśmiałości. Początkowo nie jest to łatwe, bowiem wydaje się, że ktoś nas nie zrozumie, albo że samemu nie zrozumie się tego, co ktoś mówi. Strach przed ośmieszeniem się też utrudnia rozpoczęcie rozmowy. Dlatego tak ważne jest w nauce języka obcego mówienie, rozmawianie. Najlepiej jeśli rozmawia się z osobą, którą się widzi. Rozmowa w języku obcym przez telefon, sprawiać może niejednokrotnie trudności nawet osobom biegle władającym danym językiem. Nieważne więc w jakim wieku zaczyna się człowiek uczyć. Ważne natomiast, aby chciał się nauczyć dla siebie.