Ратацыйная дынаміка — гэта раздзел механікі, які вывучае вярчальны рух з удзелам сіл, мас і іншых фактараў, якія ўплываюць на вярчальны рух. Аб'ект круціцца, калі ўсе яго часткі рухаюцца вакол восі або кропкі апоры, размешчанай на адной з яго частак. Вярчальны рух, які вывучаецца ў гэтай тэме, сканцэнтраваны на вярчальным руху вакол нерухомай восі. Рух шківа, вентылятара, рух CD/DVD у пакоі для CD/DVD , рух дзвярэй або акна, рух цыліндру рухавіка, прапелера верталёта або самалёта, або прапелера карабля — вось некаторыя прыклады вярчальнага руху вакол нерухомай восі. Ці назіралі вы калі-небудзь ваўчок? Палажэнне восі ваўчка пастаянна змяняецца (нахіл ваўчка мае тэндэнцыю змяняцца), таму вярчальны рух, такі як той, які адчувае ваўчок, у гэтай тэме не вывучаецца.
Чорны прынцып
Разуменне прынцыпаў чорных
Калі змяшаць гарачую і халодную ваду ў адкрытай ёмістасці (напрыклад, у вядры), цяпло перадаецца ад гарачай вады да халоднай. Паколькі ёмістасць адкрыта, частка цяпла перадаецца паветру. Ёмістасць таксама награваецца. Цяпло, якое вылучаецца гарачай вадой, паглынаецца не толькі халоднай вадой, але і паветрам, і ёмістасцю. У гэтым выпадку вядро — гэта неізаляваная сістэма.
Калі мы змешваем гарачую і халодную ваду ў закрытым тэрмасе, цяпло перадаецца ад гарачай вады да халоднай. Тэрмас — гэта ізаляваная сістэма , таму цяпло не перадаецца ні паветру, ні тэрмасу. Цяпло, якое вылучаецца гарачай вадой, проста паглынаецца халоднай вадой, пакуль сумесь не дасягне цеплавой раўнавагі.
Сістэмы і асяроддзе
Разуменне сістэм і асяроддзя
Сістэма — гэта аб'ект або група аб'ектаў, якія вывучаюцца. Іншыя аб'екты ў Сусвеце называюцца асяроддзем. Звычайна сістэма аддзелена ад свайго асяроддзя «перагародкай/абмежавальнікам/раздзяляльнікам».
Напрыклад, дапусцім, што мы хочам даследаваць ваду ў тэрмасе. Вада ўнутры тэрмаса складае сістэму, а паветра і іншыя аб'екты па-за тэрмасам складаюць навакольнае асяроддзе. Сценкі тэрмаса, як шкляныя ўнутры, так і пластыкавыя звонку, выступаюць у якасці перагародкі. Тэрмас для вады — адзін з прыкладаў.
Схаваная цеплыня
Разуменне схаванага цяпла
Калі ўставіць ртутны тэрмометр у ёмістасць, якая змяшчае сумесь халоднай вады і лёду, то можна заўважыць, што пасля руху ўніз паверхня ртуці нерухомая або больш не рухаецца. Паверхня ртуці перастае рухацца пасля дасягнення кропкі плаўлення вады або кропкі замярзання вады (0 ° C). Калі ёмістасць адкрыта, цяпло пераходзіць ад паветра з больш высокай тэмпературай да сумесі лёду і вады з больш нізкай тэмпературай. Дадатковае цяпло ад паветра прымушае лёд раставаць. Ці змяняецца тэмпература сумесі лёду і вады па меры раставання лёду? Па меры раставання лёду тэмпература сумесі вады і лёду не змяняецца.
Удзельная цеплаёмістасць
Удзельная цеплаёмістасць (c) — гэта колькасць цяпла (Q), неабходная для павышэння тэмпературы (T) адзінкі масы (м) аб'екта на адзін градус. Формула для c мае выгляд:
Міжнародная сістэма адзінак складае Дж/кг К.
Удзельная цеплаёмістасць аб'екта змяняецца з тэмпературай. Калі змяненне тэмпературы не занадта вялікае, значэнне можна лічыць пастаянным. Ніжэй прыведзены значэнні c для некалькіх аб'ектаў пры ціску 1 атм і тэмпературы 20 ° C (атрыманыя эксперыментальна).
Формула цяпла
Калі аб'екты з рознай тэмпературай датыкаюцца адзін з адным, цяпло натуральным чынам пераходзіць ад аб'екта з больш высокай тэмпературай да аб'екта з больш нізкай тэмпературай. Цеплаперадача спыняецца, як толькі два аб'екты дасягаюць цеплавой раўнавагі . Можна сказаць, што цеплаперадача выклікае змяненне тэмпературы аб'ектаў, якія датыкаюцца. Зыходзячы з гэтага кароткага тлумачэння, робіцца выснова, што цяпло (Q) звязана з аб'ектам і змяненнем тэмпературы (ΔT) гэтага аб'екта. Кожны аб'ект мае масу (m), і тып аб'екта таксама адрозніваецца.
Механічная цеплавая тара
Адзінкай вымярэння цеплыні з'яўляецца калорыя (скарочана кал). Калорыя — гэта колькасць цяпла, неабходная для павышэння тэмпературы 1 грама вады на 1 °C ( дакладна з 14,5 ° C да 15,5 ° C). Неабходная колькасць цяпла адрозніваецца ў залежнасці ад тэмпературы вады . Пры аднолькавай колькасці цяпла павышэнне тэмпературы вады на 1 ° C адбываецца толькі паміж 14,5 ° C і 15,5 ° C. Адзінкай вымярэння цеплыні, якая часта выкарыстоўваецца, асабліва для выражэння энергетычнай каштоўнасці ежы, з'яўляецца кілакалорыя (ккал). 1 ккал = 1000 калорый. Іншая назва для 1 ккал = 1 калорыя (вялікая К). Адзінкай вымярэння цеплыні для брытанскай сістэмы з'яўляецца BTU (брытанская цеплавая адзінка). 1 BTU = колькасць цяпла, неабходная для павышэння тэмпературы 1 фунта вады на 1 °F ( дакладна з 63 ° F да 64 ° F).
Вадзяная анамалія
Разуменне водных анамалій
Кожны аб'ект пашыраецца (аб'ём павялічваецца), калі тэмпература аб'екта павышаецца, і сціскаецца (аб'ём памяншаецца), калі тэмпература аб'екта паніжаецца. Вада таксама пашыраецца, калі тэмпература павышаецца, і сціскаецца, калі тэмпература паніжаецца, але не пры тэмпературах ад 0 ° C да 4 ° C. У перыяд з тэмпературай ад 0 ° C да 4 ° C аб'ём вады памяншаецца (вада сціскаецца) з павышэннем тэмпературы. Калі мы награваем ваду пры тэмпературы 0 ° C, то чым гарачая вада, тым больш памяншаецца аб'ём вады. Працэс сціскання спыняецца, калі вада дасягае тэмпературы 4 ° C. Вышэй за 4 ° C аб'ём вады павялічваецца (вада пашыраецца) з павышэннем тэмпературы. І наадварот, вада пашыраецца (аб'ём вады павялічваецца), калі тэмпература паніжаецца ад 4 ° C да 0 ° C. Гэтая дзіўнасць вады вядомая як анамалія вады.
Пашырэнне
Калі ўважліва паназіраць за электрычнымі кабелямі, можна заўважыць, што яны выгнутыя ўніз з-за правісання. Чаму электрычныя кабелі наўмысна аслаблены, а не проста нацягнуты? Большасць дахаў у Флорэсе і Лембаце, Усходнія Нуса-Тенгара, зроблены з цынку (Zn). Днём ці ўначы цынкавыя дахі шумяць. Чаму цынк шуміць? Калі вы жывяце на востраве Ява, вы, магчыма, бачылі чыгуначныя пуці. У месцах стыкаў рэек ёсць шчыліны. Якая функцыя гэтых шчылін у месцах стыкаў рэек? Ёсць шмат рэчаў, пра якія вы можаце падумаць і задаць пытанні, звязаныя з тэмай пашырэння.
Газавы тэрмометр
Калі мы калібруем розныя тыпы тэрмометраў, напрыклад, ртутны тэрмометр і спіртавы тэрмометр, шкалы абодвух тэрмометраў будуць аднолькавымі толькі пры 0 ° C (або 32 ° F) і 100 ° C (або 212 ° F). Калі мы выкарыстоўваем абодва тэрмометры для вымярэння тэмпературы паветра, лічбы, якія паказваюць кожны тэрмометр, не абавязкова будуць аднолькавымі. Магчыма, што ртутны тэрмометр паказвае 48 ° C, а спіртавы — 46 ° C. Гэта звязана з тым, што хуткасць пашырэння ртуці і спірту розная. Аналагічна, і ў іншых тыпаў тэрмометраў, такіх як біметалічныя тэрмометры і г.д. Тэмпературная шкала, вызначаная такім чынам, вельмі залежыць ад уласцівасцей выкарыстаных матэрыялаў.