Rotaciona dinamika je grana mehanike koja proučava rotacijsko kretanje koje uključuje sile, mase i druge faktore koji utiču na rotacijsko kretanje. Objekt se rotira ako se svi dijelovi objekta kreću oko ose ili osovine koja se nalazi na jednom od dijelova objekta. Rotaciono kretanje koje se proučava u ovoj temi fokusira se na rotacijsko kretanje oko fiksne ose. Kretanje remenice, ventilatora, kretanje CD/DVD-a u prostoriji za CD/DVD , kretanje vrata ili prozora, kretanje cilindra motora, propelera helikoptera ili aviona ili propelera broda su neki primjeri rotacionog kretanja oko fiksne ose. Jeste li ikada primijetili čigru? Položaj ose čigre se stalno mijenja (nagib čigre se obično mijenja), stoga se rotacijsko kretanje, kakvo doživljava čigra, ne proučava u ovoj temi.
Crni princip
Razumijevanje crnačkih principa
Ako pomiješamo toplu i hladnu vodu u otvorenoj posudi (na primjer, kanti), toplota se prenosi sa tople na hladnu vodu. Budući da je posuda otvorena, dio toplote se prenosi na zrak. Posuda također postaje toplija. Toplotu koju oslobađa topla voda ne apsorbira samo hladna voda, već i zrak i posuda. U ovom slučaju, kanta je neizolirani sistem.
Kada miješamo vruću i hladnu vodu u zatvorenom termosu, toplota se prenosi sa vruće na hladnu vodu. Termos je izolovani sistem , tako da se toplota ne prenosi na vazduh ili termos. Toplotu koju oslobađa vruća voda jednostavno apsorbuje hladna voda dok smjesa ne dostigne termičku ravnotežu.
Sistemi i okruženje
Razumijevanje sistema i okruženja
Sistem je objekt ili grupa objekata koji se proučavaju. Drugi objekti u svemiru nazivaju se okruženje. Tipično, sistem je odvojen od svog okruženja "pregradom/ograničačem/separatorom".
Na primjer, recimo da želimo istražiti vodu u termosu. Voda unutar termosa čini sistem, dok zrak i drugi objekti izvan termosa čine okolinu. Zidovi termosa, i stakleni iznutra i plastični izvana, djeluju kao pregrada. Termos za vodu je jedan primjer.
Latentna toplota
Razumijevanje latentne toplote
Ako umetnete živin termometar u posudu koja sadrži mješavinu hladne vode i leda, primijetit ćete da se nakon pomicanja prema dolje, površina žive miruje ili se više ne pomiče. Površina žive prestaje se pomicati nakon što dostigne tačku topljenja vode ili tačku smrzavanja vode (0 ° C). Ako je posuda otvorena, toplina prelazi iz zraka na višoj temperaturi u mješavinu leda i vode na nižoj temperaturi. Dodatna toplina iz zraka uzrokuje topljenje leda. Kako se led topi, da li se mijenja temperatura mješavine leda i vode? Kako se led topi, temperatura mješavine vode i leda se ne mijenja.
Specifična toplota
Specifična toplota (c) je količina toplote (Q) potrebna da se temperatura (T) jedinice mase (m) nekog objekta povisi za jedan stepen. Formula za c je:
Međunarodni sistem mjernih jedinica je J/Kg K.
Specifična toplota objekta se mijenja s temperaturom. Ako promjena temperature nije prevelika, vrijednost se može smatrati konstantnom. Slijede vrijednosti c za nekoliko objekata pri pritisku od 1 atm i temperaturi od 20 ° C (dobivene eksperimentalno).
Formula za zagrijavanje
Ako objekti s različitim temperaturama dođu u kontakt jedan s drugim, toplina se prirodno prenosi s objekta s višom temperaturom na objekt s nižom temperaturom. Prijenos topline prestaje kada dva objekta dostignu toplinsku ravnotežu . Može se reći da prijenos topline uzrokuje promjenu temperature objekata u kontaktu. Na osnovu ovog kratkog objašnjenja, zaključuje se da je toplina (Q) povezana s objektom i promjenom temperature (delta T) tog objekta. Svaki objekt ima masu (m), a vrsta objekta je također različita.
Mehanička toplinska tara
Jedinica toplote je kalorija (skraćeno kal). Kalorija je količina toplote potrebna da se temperatura 1 grama vode povisi za 1 C ° (tačno sa 14,5 ° C na 15,5 ° C). Količina potrebne toplote varira za različite temperature vode. Za istu količinu toplote, povećanje temperature vode od 1 C ° javlja se samo između 14,5 ° C i 15,5 ° C. Jedinica toplote koja se često koristi, posebno za izražavanje energetske vrijednosti hrane, je kilokalorija (kcal). 1 kcal = 1000 kalorija. Drugi naziv za 1 kcal = 1 kalorija (veliko K). Jedinica toplote za britanski sistem je Btu (britanska termalna jedinica). 1 Btu = količina toplote potrebna da se temperatura 1 funte vode povisi za 1 F ° (tačno sa 63 ° F na 64 ° F).
Anomalija vode
Razumijevanje anomalija vode
Svaki objekt se širi (volumen se povećava) kada se temperatura objekta povećava, a skuplja (volumen se smanjuje) kada se temperatura objekta smanjuje. Voda se također širi kada se temperatura povećava, a skuplja kada se temperatura smanjuje, ali ne na temperaturama od 0 ° C do 4 ° C. Između temperatura od 0 ° C i 4 ° C, volumen vode se smanjuje (voda se skuplja) kako se temperatura povećava. Ako zagrijavamo vodu na temperaturi od 0 ° C, što je voda toplija, to se volumen vode više smanjuje. Proces skupljanja prestaje kada voda dostigne temperaturu od 4 ° C. Iznad 4 ° C, volumen vode se povećava (voda se širi) kako se temperatura povećava. Suprotno tome, voda se širi (volumen vode se povećava) kada se temperatura smanji sa 4 ° C na 0 ° C. Ova neobičnost vode poznata je kao anomalija vode.
Ekspanzija
Ako pažljivo posmatrate električne kablove, primijetit ćete da su zakrivljeni prema dolje zbog labavosti. Zašto su električni kablovi namjerno olabavljeni, umjesto da se jednostavno zategnu? Većina krovova u Floresu i Lembati, Istočna Nusa Tenggara, napravljena je od cinka (Zn). Tokom dana ili noći, cinkovi krovovi proizvode buku. Zašto cink proizvodi buku? Ako živite na ostrvu Java, možda ste primijetili željezničke tračnice. Postoje praznine na spojevima šina. Koja je funkcija ovih praznina na spojevima šina? Postoji mnogo stvari o kojima možete razmišljati i pitati u vezi s temom širenja.
Plinski termometar
Ako kalibriramo različite vrste termometara, na primjer živin termometar i alkoholni termometar, skale oba termometra su iste samo na 0 ° C (ili 32 ° F) i 100 ° C (ili 212 ° F). Ako koristimo oba termometra za mjerenje temperature zraka, brojke koje pokazuje svaki termometar neće nužno biti iste. Moguće je da živin termometar pokazuje 48 ° C, dok alkoholni termometar pokazuje 46 ° C. To je zato što je brzina širenja žive i alkohola različita. Slično je i s drugim vrstama termometara, kao što su bimetalni termometri itd. Temperaturna skala određena na ovaj način uveliko ovisi o svojstvima korištenih materijala.