La dinàmica rotacional és una branca de la mecànica que estudia el moviment de rotació que implica forces, masses i altres factors que influeixen en el moviment de rotació. Un objecte gira si totes les parts de l'objecte es mouen al voltant d'un eix o pivot situat en una de les parts de l'objecte. El moviment de rotació estudiat en aquest tema se centra en el moviment de rotació al voltant d'un eix fix. El moviment d'una politja, un ventilador, el moviment d'un CD/DVD en una sala de CD/DVD , el moviment d'una porta o finestra, el moviment d'un cilindre de motor, l'hèlix d'un helicòpter o d'un avió o l'hèlix d'un vaixell són alguns exemples de moviment de rotació al voltant d'un eix fix. Has observat mai una baldufa? La posició de l'eix de la baldufa sempre canvia (la inclinació de la baldufa tendeix a canviar), per tant, el moviment de rotació com el que experimenta una baldufa no s'estudia en aquest tema.
Principi Negre
Comprensió dels principis negres
Si barregem aigua calenta i freda en un recipient obert (per exemple, una galleda), la calor es transfereix de l'aigua calenta a l'aigua freda. Com que el recipient està obert, part de la calor es transfereix a l'aire. El recipient també s'escalfa. La calor alliberada per l'aigua calenta no només és absorbida per l'aigua freda, sinó també per l'aire i el recipient. En aquest cas, la galleda és un sistema no aïllat.
Quan barregem aigua calenta i freda en un termos tancat, la calor es transfereix de l'aigua calenta a l'aigua freda. El termos és un sistema aïllat , de manera que no es transfereix calor a l'aire ni al termos. La calor alliberada per l'aigua calenta simplement és absorbida per l'aigua freda fins que la barreja arriba a l'equilibri tèrmic.
Sistemes i medi ambient
Comprensió dels sistemes i l'entorn
Un sistema és un objecte o grup d'objectes que s'estudien. Altres objectes de l'univers s'anomenen entorn. Normalment, un sistema està separat del seu entorn per una "partició/limitador/separador".
Per exemple, suposem que volem investigar l'aigua en un termos. L'aigua de dins del termos constitueix el sistema, mentre que l'aire i altres objectes de fora del termos constitueixen l'entorn. Les parets del termos, tant el vidre de dins com el plàstic de fora, actuen com un divisor. Un termos d'aigua n'és un exemple.
Calor latent
Comprensió de la calor latent
Si introduïu un termòmetre de mercuri en un recipient que contingui una barreja d'aigua freda i gel, observareu que, després de baixar, la superfície del mercuri es manté quieta o ja no es mou. La superfície del mercuri deixa de moure's després d'arribar al punt de fusió de l'aigua o al punt de congelació de l'aigua (0 ° C). Si el recipient està obert, la calor flueix de l'aire a una temperatura més alta a la barreja de gel i aigua a una temperatura més baixa. La calor addicional de l'aire fa que el gel es fongui. A mesura que el gel es fon, canvia la temperatura de la barreja de gel i aigua? A mesura que el gel es fon, la temperatura de la barreja d'aigua i gel no canvia.
Calor específica
La calor específica (c) és la quantitat de calor (Q) necessària per augmentar la temperatura (T) d'una unitat de massa (m) d'un objecte en un grau. La fórmula de c és:
Sistema Internacional d'Unitats és J/kg K.
La calor específica d' un objecte canvia amb la temperatura. Si el canvi de temperatura no és massa gran, el valor es pot considerar constant. Els següents són els valors de c per a diversos objectes a una pressió d'1 atm i una temperatura de 20 ° C (obtinguts experimentalment).
Fórmula de calor
Si objectes amb diferents temperatures entren en contacte entre si, la calor es mou naturalment de l'objecte amb la temperatura més alta a l'objecte amb la temperatura més baixa. La transferència de calor s'atura un cop els dos objectes assoleixen l'equilibri tèrmic . Es pot dir que la transferència de calor provoca un canvi en la temperatura dels objectes en contacte. A partir d'aquesta breu explicació, es conclou que la calor (Q) està relacionada amb un objecte i el canvi de temperatura (delta T) d'aquest objecte. Cada objecte té una massa (m) i el tipus d'objecte també és diferent.
Tara tèrmica mecànica
La unitat de calor és la caloria (abreujada kal). Una caloria és la quantitat de calor necessària per augmentar la temperatura d'1 gram d'aigua en 1 °C ( exactament de 14,5 ° C a 15,5 ° C). La quantitat de calor necessària varia segons la temperatura de l'aigua . Per a la mateixa quantitat de calor, un augment d'1 ° C en la temperatura de l'aigua només es produeix entre 14,5 ° C i 15,5 ° C. La unitat de calor que s'utilitza sovint, especialment per expressar el valor energètic dels aliments, és la quilocaloria (kcal). 1 kcal = 1000 calories. Un altre nom per a 1 kcal = 1 Caloria (K majúscula). La unitat de calor per al sistema britànic és el Btu (unitat tèrmica britànica). 1 Btu = la quantitat de calor necessària per augmentar la temperatura d'1 lliura d'aigua en 1 °F ( exactament de 63 ° F a 64 ° F).
Anomalia de l'aigua
Comprensió de les anomalies de l'aigua
Tot objecte s'expandeix (el volum augmenta) quan la temperatura de l'objecte augmenta i es contrau (el volum disminueix) quan la temperatura de l'objecte disminueix. L'aigua també s'expandeix quan la temperatura augmenta i es contrau quan la temperatura disminueix, però no a temperatures de 0 ° C a 4 ° C. Entre les temperatures de 0 ° C i 4 ° C, el volum d'aigua disminueix (l'aigua es contrau) a mesura que augmenta la temperatura. Si escalfem aigua a una temperatura de 0 ° C, com més calenta estigui l'aigua, més disminueix el volum d'aigua. El procés de contracció s'atura quan l'aigua arriba a una temperatura de 4 ° C. Per sobre dels 4 ° C, el volum d'aigua augmenta (l'aigua s'expandeix) a mesura que augmenta la temperatura. Per contra, l'aigua s'expandeix (el volum d'aigua augmenta) quan la temperatura disminueix de 4 ° C a 0 ° C. Aquesta estranyesa de l'aigua es coneix com l'anomalia de l'aigua.
Expansió
Si observeu de prop els cables elèctrics, notareu que estan corbats cap avall a causa de la folgança. Per què els cables elèctrics s'afluixen deliberadament, en lloc de simplement tensar-los? La majoria de les teulades de Flores i Lembata, a Nusa Tenggara Oriental, són de zinc (Zn). Durant el dia o la nit, les teulades de zinc fan soroll. Per què fa soroll el zinc? Si viviu a l'illa de Java, és possible que hàgiu observat vies de ferrocarril. Hi ha buits a les unions del ferrocarril. Quina és la funció d'aquests buits a les unions del ferrocarril? Hi ha moltes coses que podeu pensar i preguntar relacionades amb el tema de l'expansió.
Termòmetre de gas
Si calibrem diferents tipus de termòmetres, per exemple un termòmetre de mercuri i un termòmetre d'alcohol, les escales d'ambdós termòmetres són les mateixes només a 0 ° C (o 32 ° F) i 100 ° C (o 212 ° F). Si utilitzem tots dos termòmetres per mesurar la temperatura de l'aire, els números que mostra cada termòmetre no seran necessàriament els mateixos. Podria ser que el termòmetre de mercuri mostri 48 ° C, mentre que el termòmetre d'alcohol mostri 46 ° C. Això és degut a que la velocitat d'expansió del mercuri i l'alcohol és diferent. El mateix passa amb altres tipus de termòmetres, com ara els termòmetres bimetàl·lics, etc. L'escala de temperatura determinada d'aquesta manera depèn molt de les propietats dels materials utilitzats.