Физика - механика, молекулярная физика и теплота (Блудов, Давыдовский, Перышкин, Иванова, Каменецкий, Соколов, Синяков) 1968 год - старые учебники

12.Скорость сложного движения *. 17

13.Принцип независимости движений 18

14.Сложение равномерных прямолинейных движений, направленных под углом друг к другу. Нахождение пути сложного движения 19

15.Нахождение скорости сложногодвижения 22

16.Использование закона сложения скоростей при запуске искусственныхспутников Земли 23

17.Разложение скоростей 23

Глава II.Равнопеременноедвижение 26

18.Переменное движение 26

19.Средняя скорость переменного движения 26

20.Мгновенная скорость переменного движения 27

21.Равнопеременное движение 29

22.Ускорение 31

23.Уравнение скорости равнопеременного движения 32

24.График скорости равнопеременного движения 33

25.Уравнение пути равнопеременного движения 34

26.Средняя скорость равнопеременного движения 36

27.Решение задач по теме «Равнопеременное движение» 36

28.Использование при решении задач других уравнений пути ...38

29.Признаки равноускоренного движения, начинающегося из состояния покоя 39

30.Равнопеременные движения с начальной скоростью как сложные движения 40

31.Свободноепадение тел 41

32.Движение тела, брошенного вертикально вверх 43

Глава Ill.Динамика 46

33.Задача динамики. Развитие механики 46

34.Первый закон Ньютона (закон инерции) 49

35.Понятие о силе 51

36.Условие равномерного движения тел ' 53

37.Проявление инерции тел 54

38.Принцип относительности Галилея 56

39.Виды сил, изучаемых в механике 57

40.Силы упругости 58

41.Сила тяжести 58

42.Сила трения 60

43.Сопротивление при движении транспортных и сельскохозяйствен

ных машин 62

44.Масса тела 62

45.Второй закон Ньютона 64

46.Практический способ измерения массы тела 66

47.Системы единиц 66

48.Вес и масса тела 69

49.Примеры решения задач на применение второго закона Ньютона..69

50.Импульс тела. Новая формулировка второго законаНьютона.73

51.Плотность вещества. Удельный вес 75

52.Третий закон Ньютона 76

53.Роль силы трения покоя в возникновении силытяги 78

54.Понятие невесомости и перегрузок 79

55.Закон сохранения импульса тела (количествадвижения)...83

56.Примеры решения задач с применением закона сохранения импульса 85

57.Реактивное движение 87

58.Относительно каких систем отсчета выполняются законы Ньютона? 91

Глава IV. Элементы статики 93

59.Статика 93

60.Сложение сил, действующих на тело подуглом 93

61.Наклонная плоскость 96

62.Разложение силы на две составляющиеподуглом 99

63.Равновесие тела, имеющего ось вращения 102

64.Пара сил, момент пары сил 106

Глава V. Учение о деформациях 109

65.Деформация твердого тела 109

66.Виды деформаций 109

67.Деформации упругие и пластичные 112

68.Исследование деформации растяжения 112

69. Закон Гука 114

70.Прочность. Запас прочности 116

71.Твердость 119

Глава VI. Криволинейное движение материальной точки и вращательное движение тела 121

72.Направление скорости материальной точки при криволинейном движении 121

73.Условия возникновения криволинейного движения 122

74.Ускорение материальной точки при криволинейном движении. 123

75.Движение тела, брошенного горизонтально 124

76.Движение тела, брошенного под углом к горизонту 126

77.Вращательное движение тела 129

78.Период, частота и угловая скорость вращения тела 130

79.Линейная скорость точек вращающегося тела 131

80.Движение материальной точки по окружности 131

81.Скорость и ускорение точки при равномерном движении ее по окружности 132

82.Природа сил, удерживающих материальную точку на окружности 134

83.Движение материальной точки по окружности под действием нескольких сил, направленных по одной прямой 135

83а. Система отсчета при движении точки по окружности 137

84.Движение материальной точки по окружности под действием сил, направленных под углом друг к другу 138

85.Центробежный эффект 139

Глава VII. Всемирное тяготение 142

86.Закон всемирного тяготения 142

87.Опыт Кавендиша по измерению величины гравитационной постоянной 144

88.Масса и плотность Земли 145

89.Примеры решения задач на закон всемирного тяготения . . .146

90.Изменение силы тяжести и веса тела с широтой места и высотой над поверхностьюЗемли 147

91.Поле тяготения 151

92.Искусственные спутники Земли (ИСЗ) 153

93.О состоянии невесомости и перегрузках на искусственных спутниках Земли 155

Глава VIII. Работа и энергия 157

94.Введение 157

95.Работа силы, действующей под углом к направлению 157

95а. Работа в поле тяготения 162

96.Энергия — функция состояния 163

97.Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей 164

98.Потенциальная энергия упруго-деформированного тела . . .165

99.Кинетическая энергия движущегося тела 167

100.Закон сохранения и превращения энергии в механических процессах 170

101.Закон сохранения и превращения энергии в применении к простым механизмам 173

101а. О «вечном двигателе» 176

102.Работа — мера изменения энергии 177

103.Передача механической энергии при ударе 179

Глава IX. Движение жидкостей и газов .182

104.Некоторые общие свойства жидкостей и газов (повторительный параграф) 182

105.Движение жидкостей 186

106.Уравнение расхода жидкости 188

107.Давление в движущейся жидкости. Уравнение Бернулли . . .189

108.Практическое использование всасывающего действия струи жидкости или газа 192

109.Силы внутреннего трения в жидкостях и газах (вязкость) ...194

ПО. Лобовое сопротивление при движении тел в жидкости или газе и причина его возникновения 196

111.Величина лобового сопротивления 198

112.Обтекаемая форма тела 200

113.Подъемная сила крыла самолета 200

114.Аэродинамика сверхзвуковых скоростей 202

115.Россия — родина авиации 204

116.Использование энергии движущейся воды. Гидротурбина . .205

ЧАСТЬ ВТОРАЯ.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОТА

Глава X. Основы молекулярно-кинетической теории строения вещества 210

117.Основные положения молекулярно-кинетической теории (повторительный параграф) 210

118.Броуново движение 212

119.Диффузия 215

120.Примеры практического применения явления диффузии . . .216

121.Силы взаимодействиямолекул 218

122.Масса, скорость и размеры молекул. Число Авогадро ....220

123.Характер движения молекул в газах, твердых телах и жидкостях 224

Глава XI. Внутренняя энергия. Теплота и работа 227

124.Внутренняя энергия 227

125.Изменение внутренней энергии тела 227

126.Количество теплоты 230

127.Специфичность тепловой формы движенияматерии 231

128.Молекулярно-кинетический и термодинамический подход к изучению тепловых явлений 233

129.Взгляды М. В. Ломоносова на природу теплоты 233

130.Закон сохранения и превращения энергии 235

131.Уравнение теплового баланса 237

Глава XII. Свойства газов и паров 243

132.Давление газа 243

133.Закон Бойля — Мариотта 243

134.График зависимости между объемом и давлением газа при постоянной температуре 246

135.Зависимость плотности газа отдавления 247

136.Закон Гей-Люссака 247

137.Закон Шарля 249

138.Адиабатный процесс 250

139.Реальные газы и идеальный газ 252

140.Абсолютная температура 253

141.Выражение законов Гей-Люссака и Шарля через абсолютную температуру 254

142.Уравнение газового состояния 255

143.Давление смеси газов 258

144.Применение сжатых газов в технике 259

145.Пары насыщающие и ненасыщающие 260

146.Зависимость между объемом и давлением пара при постоянной температуре 261

147.Зависимость давления насыщающегопара от температуры • •263

148.Водяной пар в атмосфере 264

149.Точка росы 265

150.Психрометр 266

151.Критическое состояние вещества 267

152.Сжижение газов 270

153.Применение сжиженных газов 271

Глава XIII. Свойства жидкостей 273

154.Общие свойства жидкостей (повторение на основе молекулярно кинетической теории) 273

155.Свойства поверхностного слоя жидкости275

156.Коэффициент поверхностного натяжения 276

157.Поверхность жидкости «стремится» сократиться278

158.Явления на границе жидкость — твердое тело. Смачивание280

159.Смачивание в быту и технике281

160.Явления на границе жидкость — твердое тело — газ284

161.Образование мениска. Капиллярные явления 285

162.Значение капиллярных явлений в природе и в жизни человека. 287

Глава XIV. Свойства твердых тел 289

163.Тела кристаллические и аморфные 289

164.Свойства монокристаллов 290

165.Плавление кристаллических и аморфных тел 292

166.Строение монокристаллов и аморфных тел 293

167.Объяснение различий между аморфными и кристаллическими телами 295

168.Механические свойства твердых тел и зависимость их от строения тел 296

169.Изменение механических свойств твердого тела в процессе обработки 297

170.Зависимость свойств металлов от температуры и использование ее в технике 298

171.Тепловое расширениетвердых тел 299

172.Синтетическиематериалы 300

Глава XV. Тепловые двигатели и их применение 302

173.Работа при расширении газа 302

174.Условия, необходимые для работы тепловой машины 305

175.Коэффициент полезного действия тепловых машин 306

176.Двигатель внутреннего сгорания (дизельный) 309

177.Паровая турбина 313

178.Принцип работы активной иреактивной турбин 314

179.Газовая турбина 315

180.Реактивные двигатели и ихприменение 317

181.Принцип действия холодильной машины 321

182.Теплофикация 323

ВВЕДЕНИЕ

Необычайно разнообразен мир, окружающий человека. Солнце, Луна, звезды, Земля, различные представители животного и растительного мира на ней, тела неорганической природы — все имеет свои определенные размеры, форму, вес, цвет, строение и т. д. Несмотря на необычайное многообразие объектов природы, у всех них есть нечто общее. Это общее заключается в том, что все эти тела существуют реально, объективно, т. е. независимо от человека и его мышления. Все окружающие нас тела — от галактик до мельчайших частиц вещества — материальны, они существуют вне и независимо от нашего мышления. Солнце, звезды, Земля и разнообразная природа на ней существовали задолго до того, как на Земле в результате длительного развития органической жизни появился человек.

«Материя есть то, что, действуя на наши органы чувств, производит ощущение; материя есть объективная реальность, данная нам в ощущении» (В. И. Ленин).

Другое общее свойство всех материальных объектов заключается в том, что все они непрерывно изменяются. Некоторые изменения происходят медленно, поэтому становятся заметными лишь через большие промежутки времени. Так изменяется животный и растительный мир на Земле, меняются очертания ее гор, морей, материков. Эти изменения происходят настолько медленно, что их можно обнаружить, если сравнить состояние этих тел в различные эпохи. Другие изменения происходят значительно быстрее, и их можно обнаружить, если понаблюдать за предметом в течение небольшого промежутка времени. Так, вода с течением времени испаряется, а при охлаждении отвердевает, превращается в лед; солнечный луч, попав на зеркало, изменяет свое направление, отражается. А с некоторыми объектами природы изменения происходят настолько быстро, что человек не в состоянии увидеть ход этого изменения или даже сам факт его существования; эти изменения можно обнаружить лишь с помощью приборов. Так, человек без помощи приборов не может проследить за вращением лопасти вентилятора, увидеть взмах крыльев мухи или проследить, как происходит разрушение стекла при попадании в него пули. Но хотя и характер происходящих с материальными телами изменений, и скорости их протекания весьма различны, общее положение оказывается правильным: материальные тела постоянно изменяются.

Всякое изменение, происходящее с материальным телом, называется явлением.

Люди, животные, различные виды транспорта изменяют свое положение относительно поверхности земли — перемещаются. Пе-ремещение тел относится к группе механических явлений. Под действием солнечных лучей нагреваются тела, плавится лед, испаряется вода в водоемах. Эти процессы связаны с изменением или скорости движения молекул, из которых состоят тела, или сил взаимодействия между молекулами тела. Относятся они к группе тепловых явлений. Существует обширная область электрических явлений. Молния, полярные сияния, нагревание проводника электрическим током — все это различные электрические явления.

При наблюдении за явлениями можно обнаружить, что при наличии одних и тех же условий явления происходят одинаково. Иначе говоря, между условиями, в которых находится тело или группа тел, и тем явлением, которое происходит с ними, наблюдается закономерная причинная связь. Причинная связь в явлениях природы носит название закона природы. Наука представляет собой совокупность закономерностей в определенной области явлений природы, открытых путем применения определенных методов и приведенных в систему. Так как существует много групп разнообразных явлений, то возникло и много наук, открывающих и систематизирующих закономерности этих групп явлений.

Самой общей наукой о природе, т. е. о тех явлениях, которые могут происходить с любыми телами, является физика. Физика раскрывает закономерности явлений механических, тепловых, электрических, световых и содержит самое общее учение о строении материи в двух ее основных видах: в виде вещества и в виде поля. Перечисленные виды явлений можно наблюдать в самых разнообразных телах независимо от их размеров, строения и их функций — в звездах, в земных телах, в живых организмах.

Объем сведений об общих явлениях природы непрерывно увели-чивается. Это увеличение приводит к отделению от физики разных родственных с нею наук. Еще в древности отделилась химия, рас-крывающая закономерности строения и преобразования многочисленных частных видов вещества. В наше время возникли ветви физики: астрофизика, открывающая физические закономерности явлений, происходящих в космосе; геофизика, изучающая физические процессы на Земле, в ее коре, в воздушной и водной оболочках; биофизика, рассматривающая проявление физических закономерностей в жизни организмов растений и животных. Из этого далеко не полного перечисления видно значение науки физики для развития ряда других наук.

Открывая законы природы, человек использует их с целью подчинения себе природы и удовлетворения своих жизненных потребностей. Науки, ставящие задачей применение законов природы для использования их человечеством и для изменения самой природы, называются техническими науками. Физика представляет широкое основание для этих наук.

В развитии физики, как и любой другой науки, обнаруживается содружество ученых всех стран.

Со времени М. В. Ломоносова в развитии физики видное место начали занимать наши отечественные ученые. Велики заслуги советских ученых в изучении свойств полупроводников, строения атома и его ядра, в мирном использовании атомной энергии, в освоении космического пространства.

топлива. Нельзя ли для полетов в нижних слоях атмосферы использовать кислород самой атмосферы? Оказывается, вполне возможно, и такие двигатели были созданы. Они называются воздушно-реактивными двигателями (ВРД).

Основоположником теории реактивного двигателя является Н. Е. Жуковский, впервые давший (1882) формулу силы реакции струи и формулу для определения к.п.д. струи (1908).

Современные воздушно-реактивные двигатели бывают трех типов: 1) прямоточные воздушно-реактивные; 2) турбореактивные и 3) турбовинтовые.

1.Прямоточные воздушно-реактивные двигатели. Конструкция прямоточных воздушно-реактивных дви-гателей отличается простотой. На рисунке 63 показана схема такого двигателя. Двигатель состоит из трех основных частей: входного устройства (диффузор), камеры сгорания и выходного сопла. Набегающий во время полета самолета воздух входит в переднее отверстие со скоростью самолета и, проходя по расширяющемуся каналу, уменьшает скорость, сжимается, и его кинетическая энергия превращается во внутреннюю энергию — он нагревается.

В камеру сгорания при помощи форсунок впрыскивается горючее (керосин, бензин), и смесь распыленного горючего с воздухом зажигается запальной свечой.

Чем больше скорость входящего воздуха, т. е. чем больше скорость самолета, тем больше давление воздуха, поступающего в камеру. При скорости 600 км/ч давление повышается в диффузоре только на Х/Б ат, что совершенно недостаточно для эффективной работы двигателя. При скорости полета 2000 км/ч давление возрастает в 5 раз против атмосферного. Следовательно, прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут применяться только при очень больших, сверхзвуковых скоростях.

Самостоятельно взлететь прямоточный воздушно-реактивный двигатель не может, так как в неподвижный двигатель воздух не потечет.

Для запуска такого двигателя его надо сначала разогнать при помощи двигателя другого типа.

Название двигателя — прямоточный — объясняется тем, что воздух проходит внутри двигателя насквозь, как по прямому каналу.

2.Турбореактивные двигатели (ТРД). В турбореактивных двигателях воздух поступает в камеру сгорания не в результате движения самолета, а нагнетается компрессором.

Компрессор и газовая турбина устанавливаются на одном валу. Вся мощность турбины поглощается компрессором. Какая же сила движет тогда самолет? Движущей силой является сила реакции струи воздуха, вытекающего из выходного сопла.

Для запуска двигателя необходимо сначала раскрутить его ротор при помощи небольшого вспомогательного двигателя.,

На рисунке 64 изображена схема турбореактивного двигателя.

Всемирно известный превосходный советский самолет «ТУ-104» оборудован двумя турбореактивными двигателями. Мощность каждого двигателя превышает 30 000 л. с. Крейсерская скорость самолета — 800—900 км/ч, максимальная — 970—1000 км/ч. Беспосадочная дальность полета — 3000—4000 км.

3.Турбовинтовые двигатели (ТВД). В турбовинтовых двигателях образуется большая сила тяги. Реакция струи в таком двигателе составляет лишь небольшую часть всей тяги двигателя, а основная ее часть приходится на вращаемый турбиной воздушный винт (пропеллер). Мощность, развиваемая турбиной, в двигателях такого типа больше, чем требуется для работы компрессора. Избыток мощности и позволяет использовать его на вращение винта.

К самолетам, снабженным турбовинтовыми двигателями, относятся «ТУ-114», «ИЛ-18», «АН-10», составляющие гордость нашей авиации. Каждый из них оборудован четырьмя турбовинтовыми двигателями.

181.Принцип действия холодильной машины. Мы знаем, что работа тепловой машины связана с переносом внутренней энергии от нагревателя к холодильнику, причем часть этой энергии превращается в механическую энергию.

Обратного перехода энергии от холодного тела к горячему никогда не наблюдается, и мы считаем его совершенно невероятным. Вызвать переход энергии от холодного тела к горячему можно только насильственно, для чего придется совершить работу. Такой переход будет сопровождаться еще большим охлаждением менее нагретого тела. В домашних и промышленных холодильниках такой процесс и происходит. Внутренняя энергия отнимается от предметов, находящихся в холодильнике, и передается окружающей среде, несмотря на то что эта среда имеет более высокую температуру.

Холодильники бывают двух типов — компрессионные и абсорбционные. Наиболее распространенными являются компрессионные холодильники (рис. 301). Из известных бытовых холодильников к ним принадлежат холодильники «Саратов», «ЗИЛ».

Рабочим веществом является легкоиспаряющаяся жидкость фреон (дихлордифторметан). Основные части холодильника: испаритель Л, компрессор К и конденсатор С. Все эти части соединены последовательно трубками.

В испарителе фреон испаряется, отнимая для этого энергию от предметов — пищевых продуктов и воздуха, находящихся в холодильном шкафу Шк.

Компрессор отсасывает пары фреона из испарителя и перегоняет их в конденсатор, где они снова сжимаются. Через регулирующий вентиль жидкий фреон снова поступает в испаритель. Компрессор приводится в действие электрическим двигателем Д. Температурное реле включает и отключает двигатель в пределах желаемых температур.

В абсорбционных холодильниках холод получается тоже вследствие испарения легко испаряющейся жидкости, в качестве которой применяется жидкий аммиак.

Газообразный аммиак образуется в генераторе 2 и ректификаторе 3 (рис. 302) из крепкого раствора аммиака в воде при нагревании раствора электрическим нагревателем или газовой горелкой /.

Выделившийся аммиак поступает под большим давлением в конденсатор 4, где сжижается. Жидкий аммиак течет в испаритель 5 и там вновь испаряется, заимствуя необходимую для испарения энергию у воздуха и продуктов в холодильном шкафу 7. Далее газообразный аммиак попадает в абсорбер 6 с водой, которая его и поглощает (абсорбирует). Затем процесс повторяется.

Никаких движущихся механических частей в этом холодильнике нет. Циркуляция обеспечивается разностью плотностей и температур в различных частях установки. Холодильник «Север» абсорбционного типа. Промышленные и технические холодильники отличаются от бытовых значительно большими размерами и тем, что фреон или жидкий аммиак служат лишь для охлаждения соляного рассола, который и циркулирует в сложной сети труб холодильной установки.

В нашей стране холодильная техника достигла больших успехов. В районах заготовки и хранения пищевых продуктов сооружают гигантские хладокомбинаты.

Не только для изготовления и сбережения продуктов питания, но и во многих отраслях техники используют искусственный холод. Назовем хотя бы замораживание водоносных грунтов при проходке шахт, строительстве метрополитена, установки для кондиционирования воздуха и пр.

Искусственный каток в московском Дворце спорта позволяет проводить соревнования по хоккею и конькобежному спорту в любую самую жаркую летнюю погоду.

182.Теплофикация. Изучая работу различных тепловых машин, мы узнали, что коэффициенты полезного действия их, вообще говоря, довольно низки.

МашинаК.п.д. %

Стационарная паровая машина . . . . Двигатель внутреннего сгорания карбюраторный

Дизельный двигатель

Паровые турбины

Газовая турбина (отдельно взятая) Газотурбинные установки стационарные

Турбореактивные двигатели

Низкий к.п.д. тепловых машин объясняется не несовершенством машин, а самой природой работы машины, при которой часть (и притом большая часть) энергии нагревателя не используется, а передается холодильнику.

Передаваемую холодильнику энергию можно, однако, использовать, но уже не в самой машине, а в различных промежуточных установках, обслуживая различные производства паром, а также для отопления и снабжения горячей водой жилищ.

В этом случае удается поднять процент полезно используемой энергии топлива до 77%. Из них на тепловых электроцентралях (ТЭЦ) 17% превращается в электроэнергию, 40% идет на получение горячей воды и 20% отбирается в виде пара, направляемого на различные производства. Такой способ использования пара на электростанциях называется теплофикацией. Он позволяет экономить миллионы тонн топлива в год.

Развитие теплофикации в нашей стране началось в 1924 г., когда на 3-й государственной электростанции в Ленинграде решено было использовать тепло отработанного пара для отопления домов, бань, больниц. В настоящее время теплофикацией охвачены ряд городов — Москва, Ленинград, Киев, Харьков, Иваново и др.