Rotacijska dinamika je grana mehanike koja proučava rotacijsko gibanje koje uključuje sile, mase i druge čimbenike koji utječu na rotacijsko gibanje. Objekt se rotira ako se svi dijelovi objekta kreću oko osi ili osovine smještene na jednom od dijelova objekta. Rotacijsko gibanje koje se proučava u ovoj temi usredotočuje se na rotacijsko gibanje oko fiksne osi. Gibanje remenice, ventilatora, kretanje CD-a/DVD-a u prostoriji za CD-ove/ DVD-ove, kretanje vrata ili prozora, kretanje cilindra motora, propelera helikoptera ili aviona ili propelera broda neki su primjeri rotacijskog gibanja oko fiksne osi. Jeste li ikada promatrali zvrku? Položaj osi zvrke se stalno mijenja (nagib zvrke se obično mijenja), stoga se rotacijsko gibanje poput onog koje doživljava zvrka ne proučava u ovoj temi.
Crni princip
Razumijevanje crnačkih principa
Ako pomiješamo vruću i hladnu vodu u otvorenoj posudi (na primjer, kanti), toplina se prenosi s vruće vode na hladnu vodu. Budući da je posuda otvorena, dio topline prenosi se na zrak. Posuda također postaje toplija. Toplinu koju oslobađa vruća voda ne apsorbira samo hladna voda, već i zrak i posuda. U ovom slučaju, kanta je neizolirani sustav.
Kada miješamo vruću i hladnu vodu u zatvorenoj termosici, toplina se prenosi s vruće vode na hladnu vodu. Termos je izolirani sustav , tako da se toplina ne prenosi na zrak ili termos. Toplinu koju oslobađa vruća voda jednostavno apsorbira hladna voda dok smjesa ne postigne toplinsku ravnotežu.
Sustavi i okruženje
Razumijevanje sustava i okruženja
Sustav je objekt ili skupina objekata koji se proučavaju. Ostali objekti u svemiru nazivaju se okolina. Obično je sustav odvojen od svoje okoline "pregradom/ograničačem/separatorom".
Na primjer, recimo da želimo istražiti vodu u termosu. Voda unutar termosa čini sustav, dok zrak i drugi objekti izvan termosa čine okolinu. Stijenke termosa, i staklene iznutra i plastične izvana, djeluju kao pregrada. Termos za vodu je jedan primjer.
Latentna toplina
Razumijevanje latentne topline
Ako umetnete živin termometar u posudu koja sadrži smjesu 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 talište vode ili ledište vode (0 ° C). Ako je posuda otvorena, toplina prelazi iz zraka više temperature u smjesu leda i vode niže temperature. Dodatna toplina iz zraka uzrokuje topljenje leda. Kako se led topi, mijenja li se temperatura smjese leda i vode? Kako se led topi, temperatura smjese vode i leda se ne mijenja.
Specifična toplina
Specifična toplina (c) je količina topline (Q) potrebna za povišenje temperature (T) jedinice mase (m) objekta za jedan stupanj. Formula za c je:
Međunarodni sustav mjernih jedinica je J/Kg K.
Specifična toplina objekta mijenja se s temperaturom. Ako promjena temperature nije prevelika, vrijednost se može smatrati konstantnom. Slijede vrijednosti c za nekoliko objekata pri tlaku 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 dosegnu toplinsku ravnotežu . Može se reći da prijenos topline uzrokuje promjenu temperature objekata u kontaktu. Na temelju 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 topline je kalorija (skraćeno kal). Kalorija je količina topline potrebna za povišenje temperature 1 grama vode za 1 C ° (točno s 14,5 ° C na 15,5 ° C). Potrebna količina topline varira ovisno o temperaturi vode . Za istu količinu topline, porast temperature vode od 1 C ° događa se samo između 14,5 ° C i 15,5 ° C. Jedinica topline 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 topline za britanski sustav je Btu (britanska toplinska jedinica). 1 Btu = količina topline potrebna za povišenje temperature 1 funte vode za 1 F ° (točno s 63 ° F na 64 ° F).
Anomalija vode
Razumijevanje anomalija vode
Svaki se objekt širi (volumen se povećava) kada se temperatura objekta povećava i skuplja (volumen se smanjuje) kada se temperatura objekta smanjuje. Voda se također širi kada se temperatura povećava i 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 dosegne 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 s 4 ° C na 0 ° C. Ova neobičnost vode poznata je kao anomalija vode.
Proširenje
Ako pažljivo promatrate električne kabele, primijetit ćete da su zakrivljeni prema dolje zbog labavosti. Zašto su električni kabeli namjerno labavi, a ne jednostavno zategnuti? Većina krovova u Floresu i Lembati, Istočna Nusa Tenggara, izrađena je od cinka (Zn). Tijekom dana ili noći, cinkovi krovovi stvaraju buku. Zašto cink stvara buku? Ako živite na otoku Javi, možda ste primijetili željezničke tračnice. Postoje praznine na spojevima tračnica. Koja je funkcija tih praznina na spojevima tračnica? Mnogo je 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 uvelike ovisi o svojstvima korištenih materijala.