http://www.knjigarna.com/UserFiles/File/9789612098469

razlage I formule I reĹĄeni primeri I namigi I opozorila I tabele

Srednješolski

Plonk+ Fizika razlage • formule • rešeni primeri • namigi • opozorila • tabele Avtor: Vasja Kožuh Strokovni pregled: dr. Gorazd Planinšič Jezikovni pregled: Darka Tepina Podgoršek Ilustracije: Vasja Kožuh

© 2008 Založba Rokus Klett, d.o.o., Ljubljana. Vse pravice pridržane.

Brez pisnega dovoljenja založnika so prepovedani reproduciranje, distribuiranje, javna priobčitev, predelava ali druga uporaba avtorskega ali njegovih delov v kakršnem koli obsegu ali postopku, kot tudi fotokopiranje, tiskanje ali shranitev v elektronski obliki. Tako ravnanje pomeni, razen v primerih od 46. do 57. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah, kršitev avtorske pravice.

Založba Rokus Klett, d.o.o.

Stegne 9 b 1000 Ljubljana Telefon: (01) 513 46 00 Telefaks: (01) 513 46 99 E-pošta: rokus@rokus-klett.si www.rokus-klett.si

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 53(035) KOŽUH, Vasja Srednješolski plonk +. Fizika / [[besedilo in] ilustracije Vasja Kožuh]. - 1. izd., 1. natis. - Ljubljana : Rokus Klett, 2008 ISBN 978-961-209-846-9 1. Gl. stv. nasl.

237546240

Vsebina Strategija reševanja nalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Valovanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Merjenje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Valovni pojavi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Premo gibanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Zvok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Krivo gibanje/kroženje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Električni naboj in sila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Sile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Električno polje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Mehansko ravnovesje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Električna energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Gibalna količina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Električni tok in vezja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Delo in energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Magnetno polje in sila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Tekočine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Elektromagnetna indukcija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Temperatura in toplota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Geometrijska optika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Prenos toplote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Svetloba in snov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Nihanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Atomska jedra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Živijo!

Pred teboj je na prvi pogled majhna knjižica, ki pa ti bo v veliko pomoč pri fiziki. Če si težko zapomniš vse mogoče količine, enote, zakone, formule ..., je tvojih težav nepreklicno konec, saj imaš zdaj na enem mestu sistematično zbrano celotno znanje fizike, ki ga potrebuješ.

Vsebina je razdeljena na 23 poglavij, skupaj s poglavji moderne fizike.

V prvem poglavju ob konkretnem primeru izveš, kako je najbolje reševati naloge, potem pa si v logičnem vrstnem redu sledijo poglavja iz mehanike, toplote, nihanja in valovanja, elektrike in magnetizma ter moderne fizike.

Vsako poglavje se deli na teoretični in praktični del. V teoretičnem delu so na kratko predstavljene vse najpomembnejše količine, enote in zakoni, dodane pa so jim tudi kratke razlage posameznih pojavov. V praktičnem delu so prikazani postopki reševanja najbolj tipičnih računskih nalog, ki so jim dodana kratka opozorila, namigi in nasveti.

Knjižica je nekakšna prva pomoč pri učenju fizike in ne more nadomestiti učbenika in vajo. Upam pa, da smo ti z njo vsaj malo olajšali delo.

1 Preberem besedilo Gre za enakomerno gibanje vesoljske sonde proti oddaljeni zvezdi, da katere svetloba potuje eno leto. Podatki so dani, zanima nas čas potovanja.

2 Izpišem količine Hitrost sonde je 30 km/s razdalja do zvezde je 4,5 sv. leta hitrost svetlobe je 300.000 km/s.

Zanima nas čas potovanja

Današnje vesoljske sonde dosegajo hitrosti 30 km/s. Koliko časa bi s takšno sondo trajalo potovanje do najbližje zvezde, ki je od nas oddaljena 4,5 svetlobnega leta (svetlobno leto je razdalja, ki jo svetloba s hitrostjo 300.000 km/s prepotuje v 1 letu)? vso = 30 km/s vsv = 300.00 km/s s = 4,5 sv. leta t=?

Narišem preprosto skico in na njej opazim, da gre pri gibanju svetlobe in sonde za enako razdaljo, kar bo v nadaljevanju gotovo pomembno.

30 km/s

300.000 km/s

4,5 sv. leta

zvezda

3 Narišem skico

4 Poiščem zveze med količinami Obe gibanji sta enakomerni, kar pomeni, da je pot sorazmerna s časom. Že s skice se vidi, da je razdalja v obeh primerih enaka, zaradi česar lahko povežem obe gibanji.

s = vt t = vs

(

)

12 s = 4 ,5 sv. leto × 9 ,46 ⋅10 km = 42,57 ⋅10 km 1sv. leto 12

Enote najlažje pretvarjaš z ulomkom, ⋅ 12 km 12 t = 42,57 10 = 1,42 ⋅10 s ki je enak 1 in vsebuje staro in novo enoto.

30 km s 12 1leto ≈ 45.000 let t = 1,42 ⋅10 s × 60 ⋅ 60 ⋅ 24 ⋅ 365 s

(

)

5 Izračunam iskane količine

Zemlja Sonda bi za pot do najbližje zvezde potrebovala 45.000 let.

6 Preverim rezultat Rezultat se zdi smiseln, saj bi tako potovanje gotovo trajalo zelo dolgo.

Rezultat lahko preverim z razmislekom: ker svetloba, ki je 10.000 krat hitrejša od vesoljske sonde (300.000 : 30), potuje 4,5 leta, bo vesoljska sonda za isto razdaljo potrebovala 10.000 daljši čas = 45.000 let.

Saj res! Tako bi se dalo nalogo lažje rešiti.

Na začetku se splača dobro premisliti.

Zanima nas čas potovanja sonde.

1. Najprej ugotovim, kolikšno razdaljo mora prepotovati sonda (svetlobna leta pretvorimo v kilometre).

2. Nato izračunam čas, ki ga potrebuje sonda do najbližje zvezde.

3. Za boljšo predstavo ga zapišem v letih.

1 Natančno preberi besedilo Počasi preberi besedilo naloge in si poskušaj ustvariti jasno fizikalno sliko pojava, ki ga besedilo opisuje. Ugotovi, za kateri pojav gre in v kakšnih razmerah. Premisli, kako se boš lotil naloge.

Dokler v celoti ne razumeš naloge, ne rešuj naprej!

2 Izlušči podane količine in jih izpiši Poskušaj ugotoviti, katere fizikalne količine so podane v besedilu, in jih izpiši ter ustrezno označi (uporabljaj ustaljene oznake, istovrstne količine loči z indeksi).

Vrednosti nekaterih količine se lahko skrivajo tudi v opisih (npr. zelo majhen, zelo dolg ...) ali pa jih lahko razberemo iz konteksta naloge.

3 Nariši skico Da si boš fizikalno situacijo čim bolje predstavljal, si nariši primerno veliko in preprosto skico ter na njej označi vse pomembne količine. Kakšne so tvoje risarske sposobnosti, pri tem ni pomembno, le da je skica pregledna.

Nekateri podatki (npr. dolžina dneva) so splošno znani in navadno niso posebej zapisani.

Strategija reševanja računskih nalog 4 Poišči zveze med količinami Ta korak je ob prvem koraku gotovo najtežji, saj zahteva dobro teoretično znanje in pravilno razumevanje fizikalne situacije.

Slepo iskanje ustreznih enačb je nevarno, zato raje dobro premisli, katere zakonitosti veljajo za predstavljen pojav. Zapiši zveze med količinami (fizikalne zakone) in premisli, ali res veljajo v izbranih pogojih.

5 Izračunaj iskane količine S smiselnim poenostavljanjem in združevanjem fizikalnih enačb (ob upoštevanju matematičnih pravil) poskušaj postopoma priti do vrednosti iskane fizikalne količine. Priporočljivo je računati simbolno in čim pozneje vstaviti številčne vrednosti. Da bo iskana količina zapisana v pravih enotah, ves čas računaj tudi z enotami. Če enote rezultata niso prave, si se nekje zmotil!

5

6 Preveri rezultat Večina računskih primerov se nanaša na resnične ali vsaj verjetne fizikalne situacije, zato so tudi vrednosti iskanih količin smiselne. Razmisli, ali je tudi tvoj rezultat takšen. Sproti preveri še enote!

Povprečna vrednost meritve

Natančnost in zapis meritve

Pri šestkratnem zaporednem merjenju dolžine shrambe dobimo vrednosti 178 m, 179 cm, 177 cm, 178 cm, 180 cm, 176 cm. Kolikšna je povprečna vrednost celotne meritve? x1 = 178 cm x2 = 179 cm x3 = 177 cm x4 = 178 cm x5 = 180 cm

Pri meritvi širine shrambe dobimo vrednosti 109 m, 110 cm, 108 cm, 110 cm, 112 cm, 111 cm. Kolikšna je natančnost te meritve? y1 = 109 cm y2 = 110 cm

x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + x6 N x = 178 + 179 + 177 + 178 + 180 + 176 cm 6 x = 178 cm x=

y3 = 108 cm y4 = 110 cm y5 = 112 cm y6 = 111 cm

x6 = 176 cm

y = 108 + 109 + 110 + 110 + 111+ 112 cm = 110 cm 6

108 cm, 109 cm, 110 cm, 110 cm, 111cm, 112 cm Δy = 1cm δy =

Δy = 1cm ≈ 0 ,01 y 110 cm

y = 110 cm ± 1cm y = 110 cm (1± 0 ,01)

y=?

x=?

Natančnost meritve je ± 1 cm oziroma 1%.

Povprečna vrednost meritve je 178 cm.

Rešeni primeri Prikaz rezultatov meritve Pri merjenju toka, ki teče skozi upornik pri določeni napetosti, dobimo vrednosti, ki so prikazane v spodnji preglednici. Nariši graf I(U), z njega odčitaj vrednost upora in jo primerjaj z izračunano vrednostjo.

I [mA] 0,055 0,11 0,17 0,22 0,27 0,32

R [kΩ] 91 91 88 91 94 91

20 V 0 ,215 ⋅10−3 A = 93 kΩ =

0,25 0,20

5V R=U= = 91kΩ Ι 0 ,055 ⋅10−3 A

Δl = 0,215 mA

U [V] 5 10 15 20 25 30

R = ΔU ΔΙ

0,30 l[mA]

0,15 0,10 0,05 ΔU = 20 V

U[V]

Odčitana in izračunana vrednost upora se razlikujeta za manj kot 2%.

0

5

10

15

20

25

30

Skozi izmerjene točke je moč potegniti premico, kar je v skladu s teorijo (Ohmov zakon). V resnici pa se izmerkom bolje prilega malce usločena krivulja, iz česar lahko sklepamo, da upor malenkost narašča z napetostjo in tokom.

1 Fizikalne količine Fizikalne količine (razen brezdimenzijskih) sestavlja mersko število in merska enota (v = 2,45 m/s).

Mersko število zapišemo le na toliko mest, kot jih zanesljivo poznamo. Odvečna mesta lahko nadomestijo decimalne predpone 1000 m → 1km

0,001 g → 1mg

in/ali desetiški eksponenti.

1000 m → 103 m

0,001 g → 10-3 g

3 Natančnost meritve 2 Povprečna vrednost meritev Nobena meritev ni povsem natančna, zato meritev večkrat ponovimo in statistično obdelamo.

Dobra ocena vrednosti merjene količine (ki se ne spreminja) je povprečna vrednost – aritmetična sredina izmerkov. x = x1 + x2 +… + xN N

Natančnost meritve je povezana z razpršenostjo izmerkov. Oceno natančnosti meritve podajata: • absolutna ali efektivna napaka (Δx) – največje absolutno odstopanje 2/3 izmerkov, ki so najbližje povprečju; • relativna napaka (δx) – relativno odstopanje izmerkov (absolutna napaka, deljena s povprečno vrednostjo).

N – število izmerkov

1 Merjenje 5 Prikaz rezultatov meritve

Vrednost izmerjene količine zapišemo kot kombinacijo (vsoto) povprečne vrednosti in napake. x = x ± Δx

ali

x = x (1± δx )

Meritve lahko predstavimo tudi grafično: na x-os nanesemo vrednosti količine, ki smo jo kontrolirano spreminjali (npr. čas), na y-os pa vrednosti merjene količine.

1. Graf opremimo z naslovom, osema, mrežo, merilom ter oznakami količin in enotami. x + Δx 2. V graf vnesemo povprečne vrednosti x in absolutne napake. x − Δx 3. Skozi izmerjene točke potegnemo gladko krivuljo, ki se kar najbolj prilega izmerkom.

7

odv. količina [enota]

4 Zapis rezultatov meritve

neodv. količina [enota]