Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus) 1) MEKANIIKKA Vuorovaikutus vuorovaikutuksessa kaksi kappaletta vaikuttaa toisiinsa ja vaikutukset havaitaan molemmissa kappaleissa samanaikaisesti lajit: kosketus-/etä- kesto: hetkellinen/jatkuva ei ole olemassa toispuoleista vuorovaikutusta! (voima ja vastavoima) vain vuorovaikutus mahdollistaa kappaleen liiketilan tai muodon muuttumisen Voimat jos ei ole vuorovaikutusta, ei ole voimaakaan voima on suure, joka kuvaa vuorovaikutuksen voimakkuutta tunnus: F yksikkö: newton, lyhenne: N voimia havainnollistetaan voimanuolilla o mihin kappaleeseen voima vaikuttaa (veto/työntö) o kuinka suuri voima on o mihin suuntaan voima vaikuttaa kokonaisvoima saadaan, kun kappaleeseen vaikuttavat voimat lasketaan yhteen (voimien suunnat huomioiden!) esim. 3 N 10 N kappaleeseen vaikuttava kokonaisvoima on 7 N
esim. 5 N 5 N esim. kokonaisvoima on 0 5 N 10 N kokonaisvoima on 15 N kappaleen hitaus = kappaleen ominaisuus, joka vastustaan liikettä (kuvataan suureella massa, jonka tunnus on m ja yksikkö kilogramma) HUOM! Törmäyksessä massaltaan suurempi kappale lentää pidemmälle kuin kevyempi, koska suurempi massa tarkoittaa suurempaa hitautta. Massaltaan suurempi kappale siis pysähtyy hitaammin. (Sekä liikkeelle saamiseen että pysäyttämiseen tarvitaan enemmän voimaa.) kappaleen paino = kappaleen ja taivaankappaleen välinen vuorovaikutus (tunnus G ja yksikkö newton) (Maan painovoima g = 9,81 m/s) Liike voi olla: o 1-/2-/3-ulotteista o lajit: värähtely, pyöriminen, suoraviivainen (tasainen/kiihtyvä), käyräviivainen (aina kiihtyvää!) o liikkeelle lähtö/pysähtyminen, nopeuden muuttuminen, suunnan muuttuminen Newtonin lait 1. laki (jatkavuuden laki) kappale jatkaa tasaista liikettä, jos se ei ole vuorovaikutuksessa muiden kappaleiden kanssa 2. laki (dynamiikan peruslaki)
kappaleen nopeuden tai liikesuunnan muutos riippuu kappaleeseen vaikuttavasta voimasta ja kappaleen massasta voima aiheuttaa kappaleelle kiihtyvyyden F = ma 3. laki (voiman ja vastavoiman laki) kappaleet vaikuttavat toisiinsa samansuuruisilla mutta vastakkaissuuntaisilla voimilla 4. laki (yleinen gravitaatiolaki) Työ Kalteva taso 2,8 N 1,7 N 0,8 N Mikä voimassa voitetaan, se matkassa hävitään! Kitka kitka on voima, joka syntyy kahden toisiaan hankaavan kappaleen välisestä vuorovaikutuksetsa jos kappaletta ei vedetä eikä työnnetä, hankausta ei synny, jolloin ei ole kitkavoimaa lepokitka = voima, joka vastustaa kappaleen liikkeelle lähtemistä lähtökitka = juuri kun kappale nytkähtää liikkeelle liikekitka, liukukitka = voima, joka vastustaa kappaleen liikettä Noste noste johtuu siitä, että nesteessä tai kaasussa paine kappaleen alaosassa on suurempi kuin kappaleen yläosassa, mikä nostaa kappaletta ylöspäin Arkhimedeen lain mukaan kappaleeseen kohdistuva noste on yhtä suuri kuin kappaleen syrjäyttämän veden paino
2) SÄHKÖ sähkövaraus o aiheuttaa sähköisen vuorovaikutuksen o on joko positiivinen tai negatiivinen o syntyy, kun elektronit siirtyvät esim. hangatessa atomin kokonaisvaraus on nolla (sähköisesti neutraali, koska siinä on yhtä monta protonia ja elektronia) polarisaatio o tarkoittaa, että kappaleen toinen pää varautuu positiivisesti ja toinen negatiivisesti o kappale voi olla vuorovaikutuksessa myös alun perin neutraalin kappaleen kanssa o esim. kuva alla: negatiivinen varaus - + - - - - - + + + + + + - - - - - - - + negatiivisesti varautunut kampa karkottaa paperinpalan elektroneja, jolloin paperinpalassa tapahtuu polarisaatio jännite o sähköisen tilan ero o yksikkö on voltti (V) o plus- ja miinusnavan välillä sähkövirta o elektronien virtaa o yksikkö on ampeeri (A) suljettu virtapiiri o on sähkövirran kulkureitti o sen muodostavat johtimet, paristot ja lamput (tai muut sähkölaitteet) kytkentäkaavio o piirrosmerkkien avulla esitetty kytkentä o esim. kytkentäkaavio taskulampusta:
PARISTOT SARJASSA erimerkkiset navat on yhdistetty eli paristot ovat jonossa piirissä kulkeva virta kasvaa lamppu hehkuu kirkaammin esim. taskulampussa 1,5 V / 200 ma 1,5 V / 200 ma 1,5 V / 200 ma 3,0 V / 400 ma 400 ma 3,0 V PARISTOT RINNAN samanmerkkiset navat on yhdistetty virta ei kasva, mutta sitä saadaan pitempään 200 ma 1,5 V
LAMPUT SARJASSA virta jakautuu lamppujen kesken lamput hehkuvat himmeämmin jos yksi lamppu ei toimi, mikään lamppu ei pala, koska virta ei pääse kulkemaan 100 ma 1,5 V LAMPUT RINNAN lamput hehkuvat yhtä kirkkaasti riippumatta siitä, kuinka monta niitä on virta kasvaa haarautumiskohdassa (200 ma + 200 ma = 400 ma) paristo kuluu nopeammin loppuun 400 ma 200 ma 200 ma 200 ma 400 ma