fizica clasa ix

7/21/2019 Fizica Clasa IX

http://slidepdf.com/reader/full/fizica-clasa-ix 1/40

SUPORT DE CURS FIZICĂ-CLASA a IX-a FRECVENȚĂ REDUSĂ

1

SUPORT DE CURS

CLASA A IX-A FRECVENȚĂ

REDUSĂ

Material realizat de:

prof. Dăniciuc Alina Rodica

prof. Mocanu Zîna-Violeta




2

OPTICĂ GEOMETRICĂ

CONŢINUTURI

OPTICĂ GEOMETRICĂ

Reflexia şi refracţiaLentile subţiri. Sisteme de lentile

Ochiul.

Instrumente optice




3

Optica geometrică

Introducere

Optica este o parte a fizicii care studiază lumina si fenomenele luminoase. Ea cerceteaza natura luminii,

producerea, propagarea, absorbția, interacțiunea ei cu substanțele precum și măsurarea marimilor cecaracterizează lumina.

Lumina, generată sau reflectată de diverse corpuri constituie agentul fizic care, prin intermediul retinei,face ca ochiul să poata vedea aceste corpuri (gr. Opsis = stiinta despre vedere). Natura luminii si comportamentul ei au preocupat pe oameni din cele mai vechi timpuri, dar abia o datacu dezvoltarea metodelor experimentale de verificare a ipotezelor, cercetarea a devenit din speculativa,stiintifica.

Snellius dovedește în 1626 că lumina se propagă în linie dreaptă iar în 1637 Descartes enunța legile

refracției. Inceputul secolului al XVIII-lea este marcat de o dezvoltare explozivă mai ales a opticiigeometrice, prin lucr ările fundamentale ale lui Gauss si Lagrange. Newton susținea natura corpuscular ă aluminii și se baza pe caracterul rectiliniu al propagării luminii si pe legile reflexiei, pe care le asemana cuciocnirea corpurilor. Teoria lui Newton nu putea însa explica fenomenele de interferență, difracție sau de polarizare. In 1679 Huygens a emis teoria ondulatorie, în baza datelor experimentale: lumina este oconsecință a mișcărilor vibratorii și se propagă prin unde; o radiație monocromatică se datorează uneimișcări sinusoidale de perioada determinată, caracteristică radiației; undele luminoase sunt transversale,adică normale pe direcția de propagare. Maxwell arată în 1865 că lumina se datorează vibrațiilor unuicâmp electric asociat cu un câmp de inducție magnetică, perpendiculare între ele, iar anasmblul acestorcâmpuri constituie câmpul electromagnetic. Experiențele lui Hertz și ale lui Marconi au confirmat

previziunile teoretice ale lui Maxwell.In spectrul undelor electromagnetice deosebim:

Tip radiatie Lungime de unda Domeniu de interes

Radiatii hertziene 15 km - 0,1 m Telecomunicatii

Radiatii infrarosii 4 - 0,75 micrometri

Optica generalaRadiatii vizibile 0,75 - 0,4 micrometri

Radiatii ultraviolete 0,4 - 0,01 micrometri

Radiatii X 200 - 0,005 AngstromRadiatii gamma sub 0,005 Angstrom Fizica nucleara

Radiația vizibilă este acea parte din spectrul de radiații care impresionează retina ochiului uman si caredetermina senzația vizuală. Lumina poate ajunge la ochi fie direct de la corpuri generatoare de lumina




4

(numite surse de lumina) fie de la corpuri care reflectă lumina. In natura, marea majoritate a corpurilorreflecta lumina primită. In absența luminii, atat vederea cat si fotografia ar fi imposibile.

Spectrul luminii vizibile

Radiația luminoasă ce conține unde cu o singura lungime de unda poartă numele de radiațiemonocromatică.

In prezent lumina este definita ca o unda electromagnetică, ceea ce a dus la împărțirea opticii generale întrei mari capitole:

a) Optica geometrică - studiază fenomenele luminoase, în special de reflexie si de refractie, pe bazanotiunii de raza de lumina care se propaga rectiliniu în medii omogene. Optica geometrica face abstractie

de natura luminii.

b) Optica ondulatorie studiaza evenimente cum sunt difractia, interferenta si polarizarea luminii. Acestefenomene se bazeaza pe caracterul ondulatoriu al radiatiei luminoase.

c) Optica fotonica studiaza evenimentele implicate de caracterul corpuscular al luminii, în special efectulfotoelectric.

Legile fundamentale ale opticii geometrice

Optica geometrica este un capitol al opticii generale, care studiaza mersul razelor de lumina prin diferitemedii transparente.La baza opticii geometrice stau legile opticii, cu ajutorul carora s-au putut construi diferite aparate optice, printre care aparatul de fotografiat, proiectorul, etc. Legile opticii geometrice fac abstractie de decaracterul ondulatoriu al luminii, cu toate ca, în fotografie, acest din urma caracter determina o serieimportanta de evenimente (difractia, interferenta si polarizarea luminii).

Legile fundamentale ale opticii geometrice au fost determinate in urma numeroaselor experimente siobservatii. Impactul unei raze de lumina asupra unui obiect determina reflexie, refractie si absorbtie, in proportii diferite, dependente de mediul imergent si de mediul emergent.

Au fost identificate:

a) Legea propagarii rectilinii a luminii în medii omogene - demonstrata prin fenomenul de umbra.Segmentul de dreapta de-a lungul caruia se propaga lumina poarta numele de raza de lumina. Un grup deraze de lumina formeaza un fascicul de lumina. Daca toate razele de lumina se întâlnesc într-un punct,fasciculul este denumit convergent. Daca, invers, toate razele de lumina emerg dintr-un punct, fascicululeste divergent. Daca, in schimb, razele de lumina sunt paralele între ele, fasciculul se numeste cilindric.




5

b) Legea independentei mutuale si a inversiunii drumului optic - arată ca parcursul unei raze delumina este independent de acțiunea altor raze și de sensul de propagare. Independența mutuală sedemonstreaza cu ajutorul camerei obscure .

c) Legile reflexiei stabilesc comportamentul unei raze de lumina care ajunge la limita de separare dintredoua medii de propagare diferite, iar o parte din lumina se întoarce în mediul din care a venit (evenimentdenumit reflexie). Punctul în care raza luminoasa atinge suprafața de separare poarta numele de punct de

incidenta, în care raza incidenta vine sub un unghi (denumit unghi de incidenta) cu perpendicularalocului, iar raza întoarsa în mediul din care a venit poarta numele de raza reflectata.

d) Reflexia se face sub un anumit unghi ce se poate calcula si poarta numele de unghi de reflexie. Legilereflexiei sunt:

I) raza incidenta, normala si raza reflectata se gasesc în același plan;

II) unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență.

Reflexia la nivelul unei suprafete perfect plane va determina ca un fascicul de raze paralele sa fiereflectat ca un fascicul de reflexie cu raze paralele. Reflexia razelor pe o suprafață cu mici denivelaridetermina împrastierea razelor reflectate în toate direcțiile (difuzia luminii). Reflexia difuza permitevederea si fotografierea obiectelor din mediu.

e) Legile refractiei se refera la comportamentul unei raze de lumina care trece dintr-un mediu omogen sitransparent in alt mediu omogen si transparent, dar cu proprietati diferite. Se observă ca raza incidenta nu

mai pastrează direcția din mediul imergent ci se frange. Aceasta schimbare de directie poarta numele derefractie iar unghiul dintre normala si raza refractata poarta numele de unghi de refractie. Refractia sesupune urmatoarelor legi:




6

Refractia luminii

Raportul dintre sinusul unghiului de incidenta si sinusul unghiului de refractie, pentru doua medii date,are o valoare constanta:

sin(i)/sin(r) = n

si poarta numele de indice de refractie al mediului al doilea fata de primul;

Indicele de refractie al unui mediu transparent fata de vid se numeste indice de refractie absolut;

Indicele de refracție al unui mediu n2 fața de un mediu n1 poarta numele de indice de refractie relativ sieste egal cu raportul dintre indicii absolulti (n2/n1);

Indicele de refractie este dependent de lungimea de unda (pentru radiatia vizibila: culoarea) a luminiiincidente.

Mediul Indicele de refractie (n) Aer 1,003Apa 1,33

Alcool etilic 1,36Sare 1,54

Sulfura de carbon 1,63Sticla crown 1,52Sticla flint 1,76Diamant 2,42

Vid 1,000




7

f) Reflexia totala. In cazul în care o raza de lumina se refracta dintr-un mediu mai dens optic intr-unmediu mai putin dens optic (de exemplu, din sticla în aer sau din apa în aer), unghiul de refractie esteîntotdeauna mai mare decât unghiul de incidență și deci poate ajunge la valoare deπ/2 pentru o valoarei(i mai mic decat π/2) a unghiului de incidenta.La valoarea i a unghiului de incinta, raza este reflectata integral in mediul din care a venit. Unghiul i

poarta numele de unghi limita iar fenomenul care se petrece in aceste conditii se numeste reflexie totala.Unghiul limita este dependent de indicele absolut de refractie al celor doua medii, conform ecuatiei:

sin(i) = n2/n1.

In consecinta, corpurile asupra cărora cade lumina determina: reflexia, refractia si absorbtia radiatiei,fenomene ce au loc simultan. Reflexia poate fi dirijata (ca in cazul oglinzilor, utilizate inclusiv înaparatele foto reflex), sau difuza (reflexia se face in toate directiile, ceea ce permite vederea lor siinregistrarea in fotografii). Refractia poate fi, de asemenea dirijata (sticla, lentile) sau difuza (de exemplugeamul mat). Absorbtia poate fi uniforma pentru toate lungimile de unda ale radiatiei luminoase (corp grisau negru) sau selectiva (corpuri colorate).

1. Introducere

Lentilele sunt medii transparente, de regula din sticla, limitate de doua calote sferice sau de o calotă sferică si un plan. Daca o suprafata de delimitare este o calota elipsoidala, lentila se numeste asferica.In functie de modul in care sunt deviate razele luminoase de care sunt traversate, lentilele se împart înlentile convergente si divergente.Lentilele convergente sunt mai groase la mijloc decat la margini, iar un fascicul de raze paralele cetraverseaza lentila, devine convergent spre un punct denumit punct focal.

Lentile convergente: a - biconvexa, b - plan-convexa, c - menisc convergent, d - schema lentilelor

convergente.

Lentilele divergente sunt mai subtiri la centru fata de margini iar un fascicul de raze paralele care otraverseaza devine divergent.




8

Lentile divergente: a - biconcave, b - plan-concave, c - menisc divergent, d - schema lentilelordivergente.

La o lentilă se disting urmatoarele caracteristici:- centre de curbur ă - centrele C1 si C2 ale celor două calote sferice;- razele de curbur ă ale sferelor, R 1 si R 2;- axa optică principală este dreapta ce unește centrele de curbur ă ale celor două calote sferice;- centrul optic O al unei lentile este punctul situat pe axa optică și care se caracterizează prin faptul că raza de lumină ce trece prin acest punct nu este deviată de la direcția sa ci doar deplasată;- orice dreapta care trece prin centrul optic se numește axă optică secundar ă.

Elemente geometrice ale unei lentile

Aproximatiile lui Gauss

Studiul lentilelor se simplifica pe baza aproximatiilor lui Gauss, care enuntă:- lentilele sunt subțiri, daca grosimea lor pe axa principală este neglijabilă în raport cu raza de curbura;- unghiul de deschidere al calotei sferice este mic (10 - 15 grade)- unghiurile formate de razele luminoase cu axa principala sunt mici, adica razele sunt paraxiale.

Focarul lentilelor

Se poate dovedi experimental ca un fascicul de raze paralele cu axa optica principala ce cade pe o lentilă convergentă, este deviat convergent si ca toate razele emergente converg într-un punct F, situat tot pe axaoptică, punct denumit focar principal.Deoarece razele de lumina trec efectiv prin acest punct, imaginea poate fi captată pe un ecran, iar acest punct poartă numele de focar real.




9

Locul geometric al focarului unei lentile convergente

Dacă razele sosesc din partea opusă (din dreapta, în schema de mai sus), desigur, ele vor converge în partea stangă, într-un punct focal F', denumit focar secundar, situat la aceeași distanță f, față de centruloptic al lentilei.Daca lentila este divergentă, razele emergente vor avea traiectorie divergentă la ieșirea din lentilă, în așa

fel încat prelungirile lor se vor întâlni într-un focar F situat în aceeași parte cu cea din care au venit.Deoarece razele emergente nu trec efectiv prin acest punct F, el nu poate fi captat pe ecran și de aceea poartă numele de focar virtual.

Locul geometric al focarului unei lentile divergente

Prin urmare, lentilele subțiri convergente posedă două focare principale reale F si F', simetrice și egaldistanțate față de centrul optic, dacă lentila se află într-un mediu omogen.De asemenea, o lentilă divergentă are două focare virtuale, simetrice în raport cu centrul optic.Distanța de la centrul optic la focarele principale poartă numele de distanța focală:

f = OF




10

Dacă se modifică direcția fascicului incident, adică razele vin pe o axa optică secundar ă, în limiteleaproximaților lui Gauss, focalizarea se va realiza într-un focar secundar.

Locul geometric al planului focal la lentilele convergente

Se pot obține o infinitate de focare secundare, în funcție de înclinația și direcția fascicului incident. Inoptica geometrică, totalitatea focarelor secundare se află într-un plan, normal pe axa optică principală la odistanta f față de centrul optic.

Cum se construiesc imaginile printr-o lentila?

Fie o lentilă convergentă subțire, cu distanța focală cunoscută f = OF și un obiect liniar AB, așezat perpendicular pe axa optică a lentilei, cu punctul B pe axă.Se poate construi geometric imaginea obiectului AB, adică segmentul A'B', dacă se ține cont decomportamentul razelor luminoase ce traversează lentilele:

- raza luminoasă AO trece prin centrul optic și deci traversează lentila nedeviată;- raza luminoasă AI este paralelă cu axa optică și după traversarea lentilei, va fi refractată prin focarul F.

Constructia geometrica a imaginii prin lentile convergente

Proiectia punctului A în planul focal, punctul A' se afla la intersecția celor doua raze luminoaseemergente din lentila (IFA' si respectiv AOA'). Punctul B' este situat pe axa optica, in mod similar cu punctul B, si se obtine prin coborarea unei perpendiculare din punctul A' pe axa optica. Segmentul A'B'reprezinta imaginea obiectului AB, prin lentila.




11

In funcție de raportul dintre segmentul BO și distața focală, se disting urmatoarele cazuri:- BO foarte mare în raport cu distanța focală (se poate considera ca, practic, tinde catre infinit): imaginease formează în planul focal, este rasturnată și foarte mică;- BO mai mare decat 2f: imaginea se formează între f si 2f, este reală, r ăsturnată și mai mică decâtobiectul;- punctul B situat între 2f si f: imaginea este situată dincolo de 2f, este reală, r ăsturnată si mai mare decâtobiectul;

- punctul B este situat în focarul F': imaginea este situată la infinit, este reală, rasturnată și mai mare decâtobiectul;- punctul B este situat mai aproape de lentila decât F': imaginea este situată de aceeași parte cu obiectul,virtuală, dreaptă și mai mare decât obiectul (efect de lupă).

Constructia geometrica a imaginii prin lentile divergente

In lentilele divergente, imaginea se constuieste în mod similar, cu singura deosebire că aceasta se afla laintersectia prelungirii razei refractate cu raza directa AO, ce merge spre centrul optic al lentilei. Aceastase traduce prin faptul ca imaginea este virtuala, adica nu poate fi captata pe un ecran.

Fie urmatoarea schema optica.

Daca se consider ă BO = -x1, OB' = x2 si OF = f, se poate demonstra formula lentilelor:

1/f=1/x2-1/x1




12

unde x1 = distanța obiect-lentilă x2 = distanța lentila-imagine

f = distanța focală a lentilei.

Marirea transversală este un raport între dimensiunea imaginii si dimensiunea obiectului. Daca înfigura de mai sus se notează: OB = x1 si OB' = x2, atunci marirea transversală (notată cu litera grecească beta ß):

ß= OB'/OB

Si dacă se consider ă și sensul imaginii (pozitiv daca este dreapta, sau negativ dacă este r ăsturnată),rezulta mai departe:

ß = x2/x1

Convergența unei lentile subțiri este egală cu inversul distanței sale focale și se măsoara în dioptrii. Odipotrie este, prin urmare, puterea de convergență a unei lentile cu distanța focală de 1 metru:

C = 1/f

Pentru un sistem optic format din doua lentile lipite (l1 cu distanța focală f 1 si l2 cu distanța focală f 2), se poate demonstra că distanța focală a ansamblului, f este:

1/f = 1/f 1 + 1/f 2

Sau, prin utilizarea formulei convergenței:

C = C1 + C2

Instrumente optice

Instrumentele optice sunt sisteme centrate, formate din lentile, oglinzi si diafragme pe care le utiliz ăm pentru a se ob ţ ine imagini ale diferitelor obiecte sau pentru a imbunătăţ i condi ţ ile de

observare ale acestora.

In această lucrare de laborator vom analiza doar instrumentele cu ajutorul cărora obţinem imagini virtuale aleobiectelor.Principalele părţi componente ale unui instrument optic sunt:❖ Obiectivul - îndreptat spre obiectul de cercetat.❖ Ocularul - îndreptat spre ochiul observatorului.Obiectivul este un sistem optic convergent ce formează o imagine reală a obiectului. Această imagine constituieobiectul pentru lentila ocularului, care va da imaginea definitivă, virtuală „preluată" de ochiul observatorului.

Instrumentelor optice le sunt specifice anumite mărimi cu ajutorul cărora caracterizăm puterea de mărire aimaginilor obiectelor observate.

Mărirea este caracteristica specifică instrumentelor optice care dau imagini reale. Mărirea liniar ă transversal ă , ca o mărime particular ă, este definită prin raportul dintre dimensiunea liniar ă a imaginii




13

(măsurată perpendicular pe axa optică principală) şi dimensiunea liniar ă a obiectului (măsurată perpendicular pe axa optica principală).

β=y2/y1

y1 - dimensiunea obiectului, y2-dimensiunea imaginii

Puterea optică este caracteristica specifică instrumentelor optice care dau imagini virtuale, observabile cuajutorul ochiului (valoarea sa depinde de poziţia obiectului).P=tgα2/ y1

\ unde: tgα2 = tangenta unghiului sub care se vede prin instrument obiectulGrosismentul (mărirea unghiular ă) este utilizat tot pentru caracterizarea instrumentelor optice care dau imaginivirtuale.G= tgα2/ tgα1

unde tg α1 = tangenta unghiului sub care se vede obiectul privit cu ochiul liber aşezat la distanţa optimă devedere clar ă.Cel mai simplu instrument optic cu ajutorul căruia putem obţine imagini virtuale este lupa.O lupă este un instrument optic format dintr-o lentilă convergentă care, aşezată în faţa unui obiect, dă o imagine

mărită a acestuia, permiţând examinarea unor obiecte de foarte mici dimensiuni.O lupă uzuală are o distanţă focală de circa 25 cm, corespunzând unei puteri optice de 4 dioptrii.

Ob ţ inerea imaginii virtuale, mărite cu

ajutorul lupei




14

Un microscop este un instrument optic de mare precizie, care foloseşte o combinaţie de lentile, pentru a produce imagini mult mărite ale unor obiecte de mici dimensiuni, de regulă mult prea mici pentru a leobserva cu ochiul liber.

Ochiul

Ochiul este un organ a cărui principală funcție este cea de a detecta lumina. Se compune dintr-un sistemsensibil la schimbările de lumină, capabil să le transforme în impulsuri nervoase. Ochii cei mai simpli nu facaltceva decât să detecteze dacă obiectele din jur sunt luminate sau obscure. Cei mai complecși folosescla perceptia vizuala.Lumina pătrunde prin partea din față a ochiului printr-o membrana transparentă numită cornee, înconjurată de ozonă numită albul ochiului sau sclerotică. În spatele corneei se găsește irisul, un disc colorat (acesta are un

P ărţ ile componente ale unui microscop




15

caracter unic pentru fiecare individ). Între cornee și iris există un lichid numit umoare apoasă. Irisul este perforat în centru de un orificiu de culoare neagr ă, denumit pupilă. Pentru ca ochiul să nu fie deteriorat, atuncicând lumina este foarte puternică, pupila se contractă (și prin urmare, se micșorează); iar în caz contrar, atuncicând este întuneric, pupila se mărește. În continuare, lumina traversează cristalinul, acesta având funcțiade lentilă biconvexă, apoi umoarea sticloasă, în final imaginea fiind proiectată pe o membrană numită retină. Pleoapele și genele au rolul de protecție a ochiilor. O membrană subțire transparentă,

denumită conjunctivă, că ptușește interiorul pleoapelor și o parte din sclerotică.Formarea imaginii În cazul ochiului emetrop (vederea normală), imaginea se formează pe retină. Pentru ca razele de lumină să se poată focaliza, acestea trebuie să se refracte. Cantitatea de refractie depinde în mod direct de distanța de la careeste văzut obiectul. Un obiect situat la o distanță mai mare necesită mai puțină refracție decât unul situat la odistanță mai mică. Cel mai mare procentaj din procesul de refracție are loc în cornee, restul refracției necesareavând loc în cristalin.Lumina trece prin mediile transparente (cornee, umoare apoasă, umoare sticloasă) și cristalinul și formează oimagine r ăsturnată pe retină. Pe retină, celulele specializate transformă imaginea în impulsuri nervoase. Acesteaajung prin nervul optic până la regiunea posterioar ă a creierului. Acesta din urmă interpretează semnalele printr-un mecanism complex care implică milioane de neuroni.

Razele de lumină sufer ă la nivelul ochiului o refracție triplă:

1. razele de lumină își schimbă direcția;

2. o refracție are loc la nivelul corneei și câte una pe fiecare față a cristalinului;

3. imaginea se formează pe retină, pe pata galbenă și este reală, mai mică și r ăsturnată.

Defecte de vedere

Orice deviere de la starea emetropă(vederea normală) reprezintă un defect de vedere. Cele mai des

întâlnite defecte de vedere ale ochiului uman sunt:

http://ro.wikipedia.org/wiki/Creier



http://ro.wikipedia.org/wiki/Neuron


http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Defecte_de_vedere.png






16

Diferenţele dintre defectele principale de vedere

· Miopia este cel mai des întâlnit defect de vedere, aceasta având un caracter patologic(apare la

naștere) și ia loc atunci când globul ocular al ochiului miop este mai mare decât cel al ochiului

normal, imaginea formându-se în fața retinei. Miopia este corectată cu ajutorul lentilelor divergente.

·

Hipermetropia este de asemenea un defect patologic, aceasta însă luând loc mai rar decât miopia.Globul ocular al ochiului hipermetrop este mai mic decât cel al ochiului normal, în consecință

imaginea formându-se în spatele retinei. Hipermetropia este corectata cu ajutorul lentilelor

convergente.

· Prezbitismul este un defect de vedere care apare de obicei la bătrânețe, acesta comportându-se în

același mod precum hipermetropia, acesta fiind cauzat de atrofierea elasticității cristalinului.

Prezbitismul este tratat cu ajutorul unei lentile convergente.

· Strabismul are drept cauză slă birea unuia dintre mușchii externi ai globului ocular, acesta fiind

corectat prin exerciții de întărire a musculaturii ciliare.

· Cataracta apare cel mai frecvent, la persoanele cu o vârstă înaintată, aceasta fiind cauzată de

pierderea treptată a transparenței(opacifierea) cristalinului. În cazul cataractei congenitale, aceasta

este corectată prin secționarea unei por țiuni a irisului și a capsulei cristaliniene ori prin extragerea

cristalinului și înlocuirea acestuia cu un cristalin artificial reprezentat de către o lentilă biconvexă.

· Astigmatismul este o boală oftalmologică manifestată printr-o deformare a corneei care atrage

după sine o refracție defectuoasă a razei de lumină în globul ocular. În cazul astigmatismului, razele

de incidenta de lumină albă ce sosesc la ochi sub formă de raze paralele vor suferi un proces intens și

inegal de refracție, și prin urmare, cu cât această refracție diferențiată va fi mai mare, cu atât

astigmatismul va fi considerat mai grav.

Formulaţi r ăspunsuri pentru urmatoarele întrebări:

1.Care sunt şi cum se enunţă principiile opticii geometrice?2.Ce este reflexia? De câte feluri este ea?3.Care sunt legile reflexiei?4. Cum se enunţă legile refracţiei?5. Cum depinde indicele de refracţie absolut de viteya luminii?

6. Ce este o lentilă subţire?7.Care sunt elementele unei lentile?8.Ce întelegeţi prin mărire liniar ă?9.Ce întelegeti prin imagine virtuală?10.Care este formula fundamental a lentilelor subţiri?

Intrebări cu o singur ă soluţie corectă:

http://ro.wikipedia.org/wiki/Miopie


http://ro.wikipedia.org/wiki/Hipermetropie


http://ro.wikipedia.org/wiki/Prezbitism


http://ro.wikipedia.org/wiki/Strabism


http://ro.wikipedia.org/wiki/Cataract%C4%83


http://ro.wikipedia.org/wiki/Astigmatism











17

1.O lentilă convergentă trebuie să aibă:a)ambele suprafeţe concave b)ambele suprafete convexec)o suprafata concave si una convexad)sa fie mai groasa in centru decat pe marginie)sa fie mai groasa la margini decat in centru

2.Un obiect este plasat in stanga unei lentile. O raza de lumina de la obiect si paralela cu axa optica principală trece prin lentila. Care din urmatoarele afirmatii este corecta?a)raza trece prin lentilă fara sa-si modifice directia b)raza trece prin focar numai daca lentil este convergentac)raza trece prin focar numai daca lentil este divergentd)raza trece prin focar indiferent de tipul lentileie) raza nu trece prin focar indiferent de tipul lentilei

3.Un obiect este plasat intre lentila si focar. Imaginea este:

a) reala, rasturanata si mai mica decat obiectul b) reala, dreapta si mai mica decat obiectulc) virtuala, dreapta si mai mare decat obiectuld) virtuala, dreapta si mai mica decat obiectule) virtuala, rasturnata si mai mare decat obiectul4. Despre o lentilă convergentă se poate afirma că:a) are focare virtuale b) are focare realec) are distanţa focală imagine negativă d) formează doar imagini reale

Probleme

1. O rază de lumină cade sub un unghi de incidenţă i = 60⁰ pe suprafaţa de separare a două medii diferite.

Raza de lumină trece din mediul cu indice de refracţie absolut n1 = 1 în mediul cu indice de refracţieabsolutn2 = ≅1,73( 3) . Unghiul dintre raza reflectată şi cea refractată are valoarea:

a. 0⁰ b. 60⁰ c. 90⁰ d. 120⁰

2. O lentilă divergentă cu distanţa focală f = −40cm formează imaginea unui obiect aşezat pe axa saoptică principală. Imaginea este de două ori mai mică decât obiectul. Distanţa faţă de centrul optic al lentilei lacarea fost aşezat obiectul este de:a. 10cm b. 20 cm c. 40 cm d. 80cm

3. Distanţa focală a unei lentile cu convergenţa C = 4 dioptrii este:a. 2 cm b. 2,5cm c. 20cm d. 25cm




18

4. O rază de lumină se propagă în sticlă cu indicele de refracţie n = 1,41 (≅ 2) şi cade pe suprafaţa deseparare sticlă - aer ( n ≅ 1) . Dacă raza de lumină nu iese în aer, unghiul de incidenţă trebuie să fie maimare decât:a. 60° b. 45° c. 30° d.15°

5. O lentilă divergentă cu distanţa focală f = −20cm formează o imagine de trei ori mai mică decât

obiectul aşezat în faţa sa. Coordonata obiectului măsurată faţă de centrul optic al lentilei este:a. – 10 cm b. -13,3 cm c. -40 cm d. 80 cm

6. Un punct luminos se află pe axa optică principală a unei lentile sferice subţiri, convergente, la 20 cmînaintea focarului obiect al lentilei. Imaginea sa reală se formează la 45 cm după focarul imagine allentilei.Distanţa focală a lentilei este:a. 14 cm b. 25 cm c. 30 cm d. 36 cm

7. Distanţa focală a unei lentile care are convergenţa C = 5 dioptrii este:

a. f = 80cm b. cm f = 20 c. cm f = −20 d. cm f = −80

8.În faţa unei lentile convergente subţiri, cu convergenţa C = 4 dioptrii, se aşază perpendicular pe axaoptică principală, un obiect de înălţime y1 = 4cm . Coordonata obiectului faţă de lentilă este x1 = −50cm .a. Calculaţi distanţa focală a lentilei. b. Determinaţi distanţa dintre lentilă şi imaginea obiectului.c. Calcualţi înălţimea imaginii obiectului.d. Obiectul se apropie de lentilă cu 20 cm . Determinaţi distanţa cu care se deplasează imaginea faţă delentilă şi precizaţi sensul acestei deplasări în raport cu lentila.

Bibliografie: Manuale de fizica, wikipedia, culegeri de probleme, variante bacalaureat.




19

MECANICACONŢINUTURI

Conţinuturi

Principii și legi în mecanica newtoniana

Mișcare și repausPrincipiul IPrincipiul al II-leaPrincipiul al III-leaLegea lui Hooke. Tensiunea în fireLegile frecării la alunecareLegea atracției universaleTeoreme de variație și legi de conservare înmecanică

Lucrul mecanic. Puterea

Teoreme variației energiei cinetice a punctuluimaterialEnergia potențială gravitațională Legea conservării energiei mecaniceElemente de statică

Echilibrul de translațieEchilibrul de rotație




20

MIȘCAREA ȘI REPAUSUL

Starea cinetică a unui corp se precizează în raport cu un alt corp sau sistem de corpuri, numit corp dereferință. Sistemul de referinţă este format din corpul de referință împreună cu o riglă pentrudeterminarea poziției și de un ceasornic pentru indicarea momentului. Un corp se află în mişcare dacă îşischimbă poziţia faţă de sistemul de referinţă sau este în repaus dacă poziţia lui r ămâne neschimbată în

timp.

Deoarece sistemul de referinţă poate fi ales arbitrar se spune că mişcarea şi repausul sunt noţiuni relative.Astfel, acelaşi corp poate să fie în mişcare faţă de un sistem de referinţă sau în repaus faţă de un altsistem de referinţă. Un geamantan aflat în tren este în repaus faţă de acesta, dar faţă de Pământ este înmişcare, odată cu trenul.

Mobilul este denumirea unui corp care are posibilitatea de a se mişca faţă de un sistem de referinţă. Înmulte cazuri nu prezintă importanţă forma sau dimensiunea corpului, considerându-se toate proprietăţileconcentrate într-un punct, numit punct material. În mişcarea unui avion la înălţime mare, acesta poate ficonsiderat un punct material, nu acelaşi lucru îl putem face când acesta se află la înălţime mică sau la sol.

Traiectoria unei mişcări redă forma drumului parcurs de mobil într-un interval de timp. În practică segăsesc traiectorii rectilinii sau curbilinii.

Pentru poziţionarea unui mobil la un moment dat se utilizează coordonatele acestuia faţă de un sistem dereferinţă.Pentru uşurinţă se folosesc sisteme de axe ortogonale Oxyz, coordonata reprezentând distan ţa măsurată pe axa respectivă faţă de originea O a sistemului, notându-se cu x, y sau z.

Dacă la reprezentarea unei mişcări se utilizează un sistem cu o singur ă axă Ox, spaţiul este egal cudiferenţa dintre coordonatele corpului la două momente date: s = x2 - x1




21

Este uşor de înţeles că, valoarea coordonatei unui mobil este variabilă în timp: x=f(t)Ecuaţia care descrie variaţia coordonatei în funcţie de timp se numeşte lege de mişcare şi ea poate să fieo ecuaţie de gradul I, gradul II, o funcţie trigonometrică armonică sau orice altă ecuaţie. Valoareacoordonatei la momentul iniţial t0 (începutul studiului mişcării) se numeşte coordonată iniţială notată deobicei cu x0.

Vectorul de poziție r r

este vectorul care precizează poziția unui mobil, are origine în originea sistemuluide referință (SR), iar vârful în punctul în care se află mobilul la momentul respectiv.

Deplasarea este vectorul d v

care uneşte poziţia iniţială a punctului material cu cea finală. Vectoruldeplasare nu are modulul egal cu spaţiul parcurs decât în cazul unei mişcări rectilinii.

Viteza De multe ori auzim spunându-se că o maşină se deplasează repede sau a avut loc un accident deoareceşoferul conducea cu viteză mare. Pentru exprimarea numerică a stării de mişcare a unui mobil sunt




22

necesare mărimi fizice specifice, care să poată defini acest lucru. Viteza medie vm este o mărime fizică cearată cât de repede se mişcă un mobil pe o por ţiune din traiectoria dată şi este definită prin relaţia:

t

d vm

D=

unde d este spaţiul parcurs de mobil pe traiectorie iar Δt este intervalul de timp corespunzător, unitatea demăsur ă pentru viteză este derivată <v>SI= 1m/sEste evident că viteza medie face o apreciere globală asupra mişcării unui mobil.

Viteza momentană Pentru o cunoaştere cât mai precisă a mişcării, noţiunea de viteză medie, care este definită pe un intervalmare de timp, nu este satisf ăcătoare. Iată: distanţa Bârlad-Vaslui de 50km este parcursă de un autovehiculîn timp de 1or ă. Rezultă că viteza medie este de 50km/h dar pe acest traseu vehiculul s-a mişcat când mairepede când mai încet. Pentru a avea o informaţie corectă asupra mişcării vehiculului este necesar să secunoască viteza pe care a avut-o în orice punct de pe traseu.

Astfel, se defineşte viteza momentană (instantanee) ce se calculează pe un interval de timp Δt foartescurt:

0®D

D

D=

D

=t

t

x

t

d v

unde Δx=x2-x1 reprezintă spaţiul parcurs în intervalul de timp Δt pe o traiectorie rectilinie, x2 şi x1 suntcoordonatele mobilului la cele două momente.

Vectorul viteză În cazul mișcării curbilinii vectorul viteză momentană este tangent la traectorie și are sensul mișcării.




23

0®DD

D=

D=

t t

r

t

d v

r

r

r

Acceleraţ ia

În majoritatea mişcărilor viteza nu se menţine constantă nici ca valoare nici ca orientare, de aceea este

necesar ă o mărime care să evidenţieze acest lucru. Se spune despre un şofer că accelerează maşina dacă viteza acesteia creşte sau că încetineşte dacă frâneză şi viteza maşinii scade.

Acceleraţia a este o mărime fizică vectorială care arată cât de repede se modifică valoarea sau direcţiavitezei unui mobil aflat în mişcare şi este definită prin relaţia:

t

va

D

D=

r

r

Dacă mişcarea este rectilinie în care mobilul are la momentul t1 viteza v1 iar la momentul t2 viteza v2 ,valoarea numerică a acceleraţiei este:

12

12

t t

vva

-

-=

Este uşor de dedus că unitatea de măsur ă pentru acceleraţie este:

<a>SI = m/s2

Principiile mecanicii

Legile lui Newton, numite principii, sunt trei legi ale fizicii care dau o relaţie directă între for ţele careacţionează asupra unui corp şi mişcarea acelui corp. Ele au fost enunţate de Sir Isaac Newton în lucrarea




24

sa Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687). Separat de aceste principii Newton a formulat principiul suprapunerii for țelor. Aceste legi formează baza mecanicii clasice şi Newton însuşi le-a folosit pentru a explica multe rezultate privind mişcarea obiectelor fizice.

Prima lege a lui Newton - Principiul I al mecanicii (principiul inerției)Orice corp îşi menţine starea de repaus sau de mişcare rectilinie uniformă atât timp cât asupra sa nuacţionează alte corpuri care să-i schimbe aceastăstare de mișcare.

Dacă aupra unui corp nu acţionează nicio for ţă rezultantă, atunci corpul:- dacă este în repaus, r ămâne în repaus- dacă este în mişcare, îşi continuă mişcarea cu o viteză constantă, pe o traiectorie dreaptă.

A doua lege a lui Newton - Principiul al II-lea al mecanicii (principiul fundamental)Vectorul for ță este propor țional cu produsul dintre masă și vectorul accelerație.

Adică am F r

r

=

<F>SI =kg m/s2= Newton=N

Un newton este for ţa necesar ă pentru a imprima unui corp cu masa de 1kg o acceleraţie de 1ms-2 pe direcția și în sensul for ței. Newton introduce noţiunea de cantitate de mişcare, ceea ce astăzi se numeşte impuls. Aceasta este omărime vectorială egală cu produsul dintre masă şi vectorul viteză vm p

rr

= .

A treia lege a lui Newton - Principiul al III-lea al mecanicii (principiul acțiunii și reacțiunii) Dacă un corp acţionează asupra altui corp cu o for ţă, numită acţiune, cel de-al doilea corp acţionează asupra primului cu o for ţă, numită reacţiune, egală în modul și opusă ca sens.

Principiul suprapunerii forţelor Dacă mai multe for ţe acţionează în acelaşi timp asupra unui corp, fiecare for ţă produce propria saacceleraţie în mod independent de prezenţa celorlalte for ţe, acceleraţia rezultantă fiind suma vectorială aacceleraţiilor individuale.

Greutatea unui corp este for ța cu care Pământul atrage corpul, are direcția razei Pământului, sensul spre

centrul Pământului, iar modulul egal cu produsul dintre masă și accelerația gravitațională g mG r

r

= , ,acceleraţia gravitaţională g

r

și are valoarea g=9,8 m/s2.

Forța de frecare la alunecare este o for ță care apare în planul de contact al corpurilor, are sens opusvitezei relative de deplasare a corpurilor iar modulul este F f =µN (µ-coeficient de frecare la alunecare, N-for ța de apăsare normală).




25

Legea I a frecăriiFor ța de frecare la alunecare între două corpuri nu depinde de aria suprafeței de contact dintre corpuri.Legea a II- a a frecăriiFor ța de frecare la alunecare este direct propor țională cu for ța de apăsare normală exercitată pe suprafațade contact.

F f =µN

Legea lui HookeAlungirile relative sunt propor ționale cu efortul unitar, pentru un material dat.

r efortunitaS F

lativaalungirerel

l

E S

Fl

E l

-=

-D

=

==D

0

0

0

0 ,1

,1

s

e

s e

Forţa elastică este for ța care apare într-un corp elastic deformat, este propor țională cu valoareadeformației și are sens opus creșterii acesteia. Fe = -k• Δl=-kxk-constanta elastică, Δl=x-deformația (alungirea sau comprimarea)




26

Forța de tensiuneÎntr-un fir întins apar for țe de tip elastic orientate de la capetele firului spre centrul lui. Aceste for țe senumesc tensiuni în fire.

Legea atracției universale a lui Newton

Forța gravitaț ională dintre două corpuri cu masele m1 și m2considerate punctiforme față de distanța dintre

ele, situate la o distanță r unul față de altul, este o forță de atracț ie care acț ionează de-a lungul liniei ce unește corpurile și are valoarea:

221

r

mm K F = ,

unde 2

21110673,6

m

kg N K

××=

-, K = este constanta atracț iei universale

Lucrul mecanic

Pentru efectuarea unor lucr ări, omul întrebuinţează fie propria sa for ţă muscular ă, fie aceea a animalelorde muncă sau a maşinilor, cu scopul de a pune în mişcare o unealtă, un vehicul etc. În aceste procese setransmite mişcarea de la un corp la altul.

Lucrul mecanic este o mărime fizică scalar ă ce caracterizează efortul unei for ţe F de a deplasa sau a seopune deplasării unui corp pe o distanţă d:

F F

d




27

Lucrul mecanic al unei for țe constante F, care își deplasează punctul de aplicație pe distanța d, este egalcu produsul dintre mărimea for ței și mărimea deplasării.

L = Fd

<L>SI = Nm = J

Un joule este lucrul mecanic efectuat de o for ţă de un newton, al cărui punct de aplicaţie se deplasează cu1m pe direcţia și în sensul for ţei.

Dacă for ţa F are un astfel de sens ce face un unghi α cudirecția deplasării corpului, se va face proiecţiafor ţei F pe direcţia de mişcare, iar lucrul mecanic al acesteia are expresia:

L = Fd cosα

După valorile pe care le poate lua unghiul α sunt următoarele cazuri:a) 00<α<900; cosα>0; L>0 -lucru motor b) α=900; cosα=0; L=0 -lucru nulc) 900<α<1800; cosα<0; L<0 -lucru rezistent

Trebuie subliniat faptul că numai for ţele exterioare unui corp sau sistem de corpuri, produc lucru mecanicasupra acestuia.

Lucrul mecanic poate fi reprezentat, într-un sistem de axe F-O-x, prin aria suprafeţei încadrată de graficulce reprezintă variația for ţei funcție de distanță F=f(x), axa deplasării Ox și de 2 paralele la axa F duse prin coordonata inițială și finală.




28

Lucrul mecanic efectuat de greutate

a) Un corp lăsat să cadă liber de la o înălţime h, este supus for ţei gravitaţionale G=mg , sub acţiuneacăreia se deplasează în jos, efectuând un lucru mecanic motor: L=mgh

Dacă deplasarea are loc pe plan înclinat sau pe trepte L=mgh.

După cum se vede, lucrul mecanic al greutăţii nu depinde de forma drumului urmat și nici de legea demișcareși de aceea for ța de greutate se numește forță conservativă. Exemple de for țe conservative:greutatea, for ța elastică, for ța electrostatică.

b) Un corp aruncat de jos în sus, va fi supus unei for ţe gravitaţionale G=mg care face unghiul de 1800 cusensul de mişcare, f ăcând un lucru mecanic: L=-mgh

c) la deplasarea pe orizontală for ţa gravitaţională G=mg care face unghiul de 900 cu direcția de mişcarenu efectuează lucru mecanic. L=0

d

G




29

Lucrul mecanic al forţei de frecare

Un corp care se mişcă pe o suprafaţă de sprijin cu care freacă, este supus permanent, unei for ţe de frecareFf, ce acţionează în sens opus sensului de mişcare.

Lucrul mecanic al cestei for ţe este rezistent şi are expresia: L = - F f d

Lucrul mecanic al forţei elastice

Consider ăm un resort elastic, fixat la un capăt de un suport rigid, iar la celălalt capăt este legat un corp cese poate deplasa.

După deformarea resortului cu x, se va manifesta o for ţă elastică Fe=-kx.Deoarece în timpul mişcării for ţanu este constantă se va calcula lucrul mecanic pe baza interpretării geometrice.

2

2kx Le -=

Puterea

Este evident că efectuarea unui lucru mecanic de către o for ţă se poate face mai repede sau mai încet.Puterea medie este egală cu raportul dintre lucrul mecanic efectuat și timpul necesar producerii acestui

lucru mecanic:

t

L P

D=

Unitatea de măsur ă pentru putere se numește Watt, 1W=1 J/s.

Deseori, diferite mijloace de transport se deplasează cu viteză constantă. Rezultă că for ţa de tracţiune amotorului este egală şi de sens opus cu for ţele de rezistenţă întâmpinate din partea mediului cu care vin încontact. Lucrul mecanic efectuat de for ţa aplicată este:

L = Fd

iar puterea mecanică pusă în joc are următoarea expresie:

P = Fd/t = Fvm

Astfel, se poate stabili o propor ţionalitate între viteza medie şi puterea motorului:




30

Energia

Mărimea fizică, numită energie, caracterizează posibilitatea unui sistem de corpuri de a efectua lucrumecanic, datorită unor factori mecanici ca: viteză, deformare, poziţie în câmp de for ţe etc. Energiadetermină relaţia dintre corpuri, de aceea valoarea ei este relativă.

Cuvânul energie provine din limba greacă, care este format din două cuvinte (în şi acţiune) , ceea ce ar

însemna că energia reprezintă capacitatea de acţiune sau puterea de a face ceva.

Un corp sau un sistem de corpuri, posedă energie dacă poate să efectueze un lucru mecanic. De exemplu,un corp legat de un resort tensionat, un corp ridicat la o înălţime deasupra Pământului, un corp aflat înmişcare.

Energia este o mărime de stare a corpului sau a sistemului, în timp ce lucrul mecanic este o mărime de proces. Un lucru mecanic motor sau rezistent impune modificarea energiei, ducând la creşterea sauscăderea ei.

Energia cinetică

Consider ăm corpul cu masa m care la momentul iniţial t0=0 are viteza v1. Din acest moment, asupra lui, ofor ţă F efectuează un lucru mecanic pe o distanţă d, după care viteza lui devine v2.L = Fd = mad

Potrivit ecuaţiei lui Galilei: ad vv 221

22 +=

Înmulțim cu2

mși obținem: mad v

mv

m=- 2

122 22

se poate scrie: Lvm

vm

=- 21

22

22

Se constată că lucrul mecanic efectuat de o for ţă, pe direcţia de mişcare, este egal cu diferenţa dintrevaloarea finală şi valoarea iniţială a unei mărimi fizice care caracterizează starea de mişcare a acelui corpfaţă de sistemul de referinţă luat în consideraţie.

Energie cinetică a unui corp, care se află în mișcare de translație față de un sistem de referință iner țial,este egală cu semiprodusul dintre masa corpului și pătratul vitezei acestuia.

2

2v

m E c =

Ec caracterizează starea de mişcare a corpului la un moment dat.

Teorema de variaţie a energiei cinetice: variaţia energiei cinetice a unui punct material, aflat în mişcarefaţă de un sistem de referinţă iner ţial, este egală cu lucrul mecanic al for ţei rezultante ce acţionează asupra acestuia în timpul acestei variații.

L= Ec




31

Energia potenţială Abordarea unor fenomene din dinamică poate fi f ăcută în moduri diferite:a) considerând corpul studiat ca o entitate ce este sub influenţa unor acţiuni exterioare, măsurate prinfor ţe, de unde rezultă lucrul mecanic şi care implică variaţia energiei cinetice DEc a acelui corp;

b) considerând corpul studiat ca f ăcând parte dintr-un sistem de corpuri legate între ele prin interacţiunice determină energii interne ale sistemului numite energii potenţiale. Aceste energii pot să efectueze

lucru mecanic individual prin modificarea poziţiilor acelor corpuri ce alcătuesc sistemul, dar nu modifică starea întregului sistem. Fiecărei configuraţii a sistemului îi corespunde o energie potenţială, iarschimbarea configuraţiei sistemului determină variaţia energiei potenţiale.

Energia potenţială gravitaţională După cum am ar ătat, lucrul mecanic al for ţelor conservative nu depinde de forma drumului între stareainiţială şi cea finală. Astfel, valoarea lucrului mecanic al for ţelor conservative este dată de diferenţadintre o mărime finală şi una iniţială ce caracterizează stările sistemului.

Considerând sistemul corp-Pământ, for ţele sunt conservative şi lucrul mecanic pus în joc pentruschimbarea poziţiei corpului între punctele A şi B este L=mg(h1-h2) sau L = - (mgh2- mgh1).

Din această formulă se observă că lucrul mecanic este egal cu diferenţa dintre două mărimi: mgh2 şi mgh1 ce caracterizează starea finală şi starea iniţială a sistemului corp-Pământ prin poziţia lor relativă, deci: L=- Ep

Se vede că lucrul mecanic defineşte precis variaţia energiei potenţiale nu şi valoarea absolută a acesteia.Din acest motiv în majoritatea cazurilor se ia drept poziţie de zero pentru energia potenţială, suprafaţaPământului şi astfel se defineşte energia potenţială gravitaţională, cu expresia:

Ep = mgh

Energia potenţială gravitaţională este dependentă de poziţia corp-Pământ prin înălţimea h. Astfel, secunoaşte că apa acumulată în lacul unei hidrocentrale are energie potenţială mare deoarece lacul deacumulare este situat la o altitudine mai mare decât cea a centralei electrice.

Energia potenţială elastică Consider ăm un resort elastic, fixat la un capăt de un suport rigid, iar la celălalt capăt are un corp mobil.




32

După deformarea resortului cu x în el va lua naştere o for ţă elastică, care este o for ţă conservativă.Lăsând resortul liber, el va deplasa corpul, efectuând un lucru mecanic, dar în acelaşi timp va trece în altă stare. Se spune că resortul tensionat are energie potenţială deoarece poate efectua asupra corpului unlucru mecanic ce are expresia:

2

2kx Le -=

Întrucât L=-DEe se defineşte mărimea fizică numită energie potenţială elastică:

2

2kx E e =

Energia elastică este energie de poziţie deoarece conţine mărimea x sub denumirea de deformare, ceînglobează poziţiile relative ale elementelor resortului (spirele). Se spune că un resort are energie dacă este tensionat (alungit sau comprimat). Un pistol jucărie, cu arc, are înmagazinată energie în el dacă resortul acestuia a fost comprimat. Apăsând pe tr ăgaci, resortul se destinde şi produce lucru mecanicaruncând săgeata sau bila.

Conservarea energiei mecanice Considerând sistemul Pământ-corp în care corpul este la înălţimea h lăsat liber, corpul cade datorită lucrului mecanic al for ţei gravitaţionale.a) Lucrul greutăţii L determină variaţia energiei cinetice a corpului L=DEc b) În timpul căderii are loc variaţia energiei potenţiale L=-DEpFiind vorba de acelaşi lucru mecanic, exprimat în două moduri se poate scrie:

( ) pi pf cicf E E E E --=-

pici pf cf E E E E +=+

Acestă relaţie exprimă energia mecanică a unui sistem: E E E pc =+

i f E E =

Legea conservării energiei Energia mecanică, E, a unui sistem izolat în care acţionează for ţeconservative este constantă, deci se conservă.




33

Condiţia necesar ă pentru ca energia mecanică să se conserve este ca sistemul să nu fie supus unor for ţeneconservative: frecare, motoare electrice, motoare termice acţiuni umane sau animale, sistemul decorpuri luat în considerare să fie izolat de alte sisteme.

Randamentul mecanic Mecanismul este un sistem fizic prin care se transfer ă energie mecanică. Pentru orice mecanism se puneîntrebarea dacă transferul de energie se face integral sau doar par ţial, cât din lucrul mecanic de la intrare

se regăseşte în lucrul mecanic de ieşire? Cât de eficient este mecanismul?

În timpul transferului de energie, sistemul fizic sufer ă deplasări şi deformări mecanice, în cursul cărora o parte din energia mecanică transmisă se pierde pentru învingerea frecărilor şi a altor for ţe interne.Se poate scrie:

Lc= Lu+ L f

unde Lc reprezintă lucrul primit de către mecanism (consumat), Lu este lucrul mecanic util efectuat decătre mecanism iar Lf înglobează lucrul mecanic pierdut în timpul fenomenului prin diverse for ţedisipative.

Prin definiţie, randamentul mecanismului h este raportul dintre lucrul mecanic util Lu şi lucrul mecanicconsumat Lc de către sistem:

c

u

L

L=h

Ţinând cont de formula lucrului mecanic total (consumat) se poate scrie:

11 £-=-

=c

f

c

f c

L

L

L

L Lh

Faptul că randamentul are valoare subunitar ă arată că nu toată energia primită de mecanism poate fitransferată sistemului mecanic.

Randamentul planului înclinat În cazul planului înclinat, lucrul mecanic util este cel efectuat pentru a ridica un corp la înălţimea h: Lu=mgh = mglsina.

În prezenţa frecărilor, lucrul mecanic consumat pentru a ridica corpul la această înălţime, pe planul

înclinat este Lc= mgl(sina+µcosa) iar randamentul planului este:

11 £+

-=m a

m h

tg




34

Elemente de statică

O for ţă ce acţionează asupra unui corp poate avea următoarele efecte:- efect static (de deformare)- efect dinamic (de translaţie şi de rotaţie)

Momentul forţei Pentru a caracteriza efectul de rotaţie al unei for ţe a fost necesar să se definească mărimea fizică vectorială numită momentul for ţei.

Momentul for ţei se poate exprima prin produsul vectorial dintre vectorul de poziţie r al punctului deaplicaţie al for ţei F ce acţionează asupra corpului, faţă de centrul de rotaţie şi for ţă:

F xr M r

r

r

=

- modulul este dat de relaţia:M=Frsina - direcţia vectorului M este perpendicular ă pe planul vectorilor F şi r- sensul vectorului este dat de regula burghiului- unitatea de măsur ă în SI este <M>SI=Nm

Produsul rsina=b se numeşte braţul forţei, fiind perpendiculara dusă din centrul de rotaţie pe suportulfor ţei, încât:M=Fb

Dacă asupra punctului material acţionează mai multe for ţe, fiecare for ţă dă un moment faţă de acelaşicentru de rotaţie:

Teorema lui VarignonSuma vectorială a momentelor for ţelor concurente faţă de un punct este egală cu momentul rezultanteiacestor for ţe în raport cu acelaşi punct.




35

Echilibrul mecanic Conform principiului fundamental al dinamicii, pentru ca un sistem de for ţe care acţionează asupra unuicorp, să nu-i schimbe starea de mişcare rectilinie sau de repaus, este necesar ca rezultanta acestor for ţe să fie nulă. Această concluzie este valabilă numai la mişcarea de translaţie a corpurilor, nu şi referitor lamişcarea de rotaţie a acestora. Rezultă că echilibrul corpurilor trebuie studiat atât în raport cu mişcarea detranslaţie cât şi cu mişcarea de rotaţie.

Corpurile rigide sunt în echilibru în raport cu mişcarea de translaţie dacă sunt în repaus sau dacă sedeplasează rectiliniu şi uniform faţă de sistemele de referinţă iner ţiale.

Un corp solid rigid va fi în echilibru de translaţie dacă rezultanta for ţelor ce acţionează asupra lui estenulă:

Prin mişcarea de rotaţie a corpului rigid se înţelege mişcarea în care toate punctele sale descriu cercuri cucentrele pe o dreaptă numită axă de rotaţie. După cum se ştie, efectul de rotaţie al unei for ţe, se defineştemomentul for ţei: M=Frsina

Condiţia pentru ca un corp rigid să fie în echilibru faţă de mişcarea de rotaţie este ca momentul rezultantal for ţelor faţă de un punct, numit pol, sau faţă de o axă să fie nul:

Alegerea polului de rotaţie se face convenabil în vederea scrierii comode a tuturor momentelor. Uneori se pot alege chiar mai mulţi poli de rotaţie stabilind echilibrul pentru fiecare pol. Stabilirea condiţiilor deechilibru se face analizând posibilităţile de mişcare ale corpului: dacă este translaţie, rotaţie sau ambelemişcări.




36

TEST 11.Unitatea de măsur ă pentru for ță ,exprimată în unități de masura fundamentale in S.I.(kg,m,s),este :a) kg*m*s-2 b) kg*m c) kg*s-2 d) kg-2 *m

2.Despre for ța elastică nu este corect să se afirme că :a) sub actiunea ei corpul revine la forma inițială b) este o fortă care apare în interiorul unui corp deformat elasticc) este proportională cu valoarea deformațieid) este orientată în sensul crețterii deformației3.Tensiunea:a) are valori diferite în diferite puncte ale unui fir ideal b) apare numai la un capat al firului idealc) depinde de valoarea for ței deformatoare4.Coeficientul de frecare are urmatoarele caracteristici:a) este adimensional

b) este supraunitarc) nu depinde de natura suprafețelor aflate in contact5.Completaţi spațiile punctate, astfel încat să se respecte adevărul științific.a. Unitatea de măsur ă pentru constanta elastică este……………………........................... b. Acțiunea reciprocă dintre doua sau mai multe corpuri se numește…………………c.Legea atracției universale spune ca :.............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................6. Sub actiunea for ței F o ladă de masa m se deplasează cu frecare ,viteza fiind constantă.Daca secunoaște coeficientul de frecare μ si unghiul α ,determinați valoarea for ței F.

m α F

7. Pe un plan înclinat cu baza 3 m și înalțimea h=4 m aluneca cu frecare un corp .Daca μ=0,3, determinațiaccelerația cu care coboar ă corpul.8.Un cablu din otel are aria secțiunii transversale S=1 cm2, lungimea l0=5m, efortul unitar σ=117,6*106 N/m2 si alungirea relativă egala cu 3.a) determinați modulul fortei deformatoare b) modulul lui Young

c) lungimea finală a cablului.




37

TEST 2I.Enunţaţi principiul iner ţiei și principiul fundamental al mecanicii.

II. Scrieţi expresiile pentru: a) lucrul mecanic al for ţei de frecare; b) viteza medie; c) accelerațiamedie şi precizați denumirile mărimilor fizice care intervin. III. Alegeți r ăspunsul corect:

1. Unitatea de măsur ă pentru greutate este:a) 1Kg b) 1N c) 1N/kg2.Unitatea de măsur ăîn SI pentru puterea mecanică este:

a) W; b) J; c) KWh.3. Legea lui Hooke se scrie sub forma :

a) b) c)

4. Dacă for ţa aplicată unui corp se dublează, atunci:

a) acceleraţia se reduce la jumătate; b) acceleraţia r ămâne constantă; c) acceleraţia se dublează; 5. For ţa de frecare la alunecarepe o suprafaţă rugoasă este dată de relaţia :

a) Ff =μ∙ N b) Ff =μ/N c) Ff =N/μ

III. Reprezentaţi for ţele care acţionează asupra corpului de mai jos, dacă există frecare întresuprafaţă şi corp. Exprimați accelerația acestuia.

F




38

TEST 3

I(15p)

II(15p)

III(15p)




39

BAREM TEST 3

Subiect Parţial PunctajSubiect I 15p

1.a 2p2.b 5p

3.a 3p

4.a 2p5.b 3pSubiect II 15

a. Desen 3p 3p

b.mg F N G F N O n y y

35

,cossin,0:

=

+==-- a a

1p+2p

1p

4p

c. N F

mg F F G F F

f

f t f x

35

,sincos,0

=

-==-- a a

1p+2p

1p

4p

d. 24,07

3,, ==== m m m m sau

F N F

f

f 2p+1p+1p 4p

Subiect III 15p

a.Desen

J Ll hmgh L GG 35,1),cos1(, =-== a

1p+1p+1p 3p

b. smv gl vmv

mgh E E B A /64,1),cos1(2,2

,2

=-=== a 1p+1p+1p+1p 4p

c. mhh

hmgh E E E E E pc AC pccc 135,0',2

',', , ===== 1p+1p+1p+1p4p

d. smv gl vmgH mv

E E D B /32,6,4,2

, minmin

2min ====

1p+1p+1p+1p 4p




BIBLIOGRAFIE

FIZICA. MANUAL PENTRU CLASA a IX-a

Autori:CONSTANTIN MANTEA, MIHAELA GARABET Editura: ALL Anul aparitiei: 2004

FIZICA. MANUAL PENTRU CLASA a IX-a

Autori:ANATOLIEANATOLIE HRISTEV, VASILE FĂLIE, DUMITRU MANDAEditura: EDP Anul aparitiei: 1992Variante Mecanică pentru examenul de bacalaureat 2007

http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanicawww.didactic.ro ro.wikipedia.org/

http://www.librarie.net/autor/2085/mihaela-garabet


http://www.librarie.net/editura/ALL


http://www.librarie.net/autor/1839/constantin-mantea









fizica clasa ix

Documents