ბრუნვითი დინამიკა მექანიკის დარგია, რომელიც სწავლობს ბრუნვით მოძრაობას, რომელიც მოიცავს ძალებს, მასებს და სხვა ფაქტორებს, რომლებიც გავლენას ახდენენ ბრუნვით მოძრაობაზე. ობიექტი ბრუნავს, თუ ობიექტის ყველა ნაწილი მოძრაობს ღერძის ან საყრდენის გარშემო, რომელიც მდებარეობს ობიექტის ერთ-ერთ ნაწილზე. ამ თემაში შესწავლილი ბრუნვითი მოძრაობა ფოკუსირებულია ფიქსირებული ღერძის გარშემო ბრუნვით მოძრაობაზე. ბორბლის, ვენტილატორის მოძრაობა, CD/DVD ოთახში CD/DVD-ს მოძრაობა , კარის ან ფანჯრის მოძრაობა, ძრავის ცილინდრის, ვერტმფრენის ან თვითმფრინავის პროპელერის ან გემის პროპელერის მოძრაობა ფიქსირებული ღერძის გარშემო ბრუნვითი მოძრაობის რამდენიმე მაგალითია. ოდესმე დაგიკვირვებიათ სატრიალო ზედაპირი? სატრიალო ზედაპირის ღერძის პოზიცია მუდმივად იცვლება (ზედა ნაწილის დახრილობა იცვლება), ამიტომ ამ თემაში არ არის შესწავლილი ისეთი ბრუნვითი მოძრაობა, როგორიც სატრიალო ზედაპირის მიერ განცდილ მოძრაობას განიცდის.
შავი პრინციპი
შავკანიანთა პრინციპების გაგება
თუ ცხელ და ცივ წყალს ღია ჭურჭელში (მაგალითად, ვედროში) შევურიოთ, სითბო ცხელი წყლიდან ცივ წყალზე გადადის. რადგან ჭურჭელი ღიაა, სითბოს ნაწილი ჰაერს გადაეცემა. ჭურჭელიც თბება. ცხელი წყლით გამოყოფილი სითბო არა მხოლოდ ცივი წყლით, არამედ ჰაერითა და ჭურჭლითაც შეიწოვება. ამ შემთხვევაში, ვედრო არაიზოლირებული სისტემაა.
როდესაც ცხელ და ცივ წყალს დახურულ თერმოსში ვურევთ, სითბო ცხელი წყლიდან ცივ წყალზე გადადის. თერმოსი იზოლირებული სისტემაა , ამიტომ სითბო არ გადაეცემა ჰაერს ან თერმოსს. ცხელი წყლით გამოყოფილი სითბო უბრალოდ შთანთქავს ცივ წყალს მანამ, სანამ ნარევი თერმულ წონასწორობას არ მიაღწევს.
სისტემები და გარემო
სისტემებისა და გარემოს გაგება
სისტემა არის შესწავლილი ობიექტი ან ობიექტების ჯგუფი. სამყაროში არსებულ სხვა ობიექტებს გარემო ეწოდება. როგორც წესი, სისტემა თავისი გარემოსგან გამოყოფილია „დანაყოფით/შემზღუდველით/გამყოფით“.
მაგალითად, ვთქვათ, რომ გვინდა თერმოსში წყლის შესწავლა. თერმოსში არსებული წყალი სისტემას წარმოადგენს, ხოლო თერმოსის გარეთ არსებული ჰაერი და სხვა ობიექტები გარემოს. თერმოსის კედლები, როგორც შიგნით არსებული მინა, ასევე გარეთ არსებული პლასტმასი, გამყოფის როლს ასრულებს. წყლის თერმოსი ერთ-ერთი მაგალითია.
ფარული სითბო
ფარული სითბოს გაგება
თუ ვერცხლისწყლის თერმომეტრს ცივი წყლისა და ყინულის ნარევის შემცველ ჭურჭელში ჩადებთ , შეამჩნევთ, რომ ქვემოთ გადაადგილების შემდეგ, ვერცხლისწყლის ზედაპირი უძრავია ან აღარ მოძრაობს. ვერცხლისწყლის ზედაპირი მოძრაობას წყვეტს წყლის დნობის ან გაყინვის წერტილის (0 ° C) მიღწევის შემდეგ. თუ ჭურჭელი ღიაა, სითბო უფრო მაღალი ტემპერატურის ჰაერიდან უფრო დაბალი ტემპერატურის ყინულისა და წყლის ნარევში გადადის. ჰაერიდან მიღებული დამატებითი სითბო ყინულის დნობას იწვევს. ყინულის დნობისას იცვლება თუ არა ყინულისა და წყლის ნარევის ტემპერატურა ? ყინულის დნობისას წყლისა და ყინულის ნარევის ტემპერატურა არ იცვლება.
სპეციფიკური სითბო
სპეციფიკური სითბომგრძნობელობა (c) არის სითბოს რაოდენობა (Q), რომელიც საჭიროა ობიექტის ერთი ერთეული მასის (m) ტემპერატურის (T) ერთი გრადუსით ასაწევად . c-ს ფორმულაა:
ერთეულების საერთაშორისო სისტემა არის ჯ/კგ K.
ობიექტის სპეციფიკური სითბოტევადობა ტემპერატურასთან ერთად იცვლება. თუ ტემპერატურის ცვლილება ძალიან დიდი არ არის, მნიშვნელობა შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივად. ქვემოთ მოცემულია c-ს მნიშვნელობები რამდენიმე ობიექტისთვის 1 ატმოსფეროს წნევისა და 20 ° C ტემპერატურის დროს (მიღებული ექსპერიმენტულად).
სითბოს ფორმულა
თუ სხვადასხვა ტემპერატურის მქონე ობიექტები ერთმანეთს შეეხებიან, სითბო ბუნებრივად გადადის უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე ობიექტიდან უფრო დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტზე. სითბოს გადაცემა წყდება, როგორც კი ორი ობიექტი თერმულ წონასწორობას მიაღწევს . შეიძლება ითქვას, რომ სითბოს გადაცემა იწვევს შეხებაში მყოფი ობიექტების ტემპერატურის ცვლილებას . ამ მოკლე ახსნის საფუძველზე დავასკვნათ, რომ სითბო (Q) დაკავშირებულია ობიექტთან და ამ ობიექტის ტემპერატურის ცვლილებასთან (დელტა T). თითოეულ ობიექტს აქვს მასა (მ) და ობიექტის ტიპიც განსხვავებულია.
მექანიკური სითბური ტარა
სითბოს ერთეულია კალორია (შემოკლებით k). კალორია არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გრამი წყლის ტემპერატურის 1°C-ით ასაწევად ( ზუსტად 14,5 ° C-დან 15,5 ° C-მდე). საჭირო სითბოს რაოდენობა განსხვავდება წყლის სხვადასხვა ტემპერატურისთვის . სითბოს ერთი და იგივე რაოდენობისთვის, წყლის ტემპერატურის 1° C-ით მატება ხდება მხოლოდ 14,5 ° C-დან 15,5 ° C-მდე დიაპაზონში. სითბოს ერთეული, რომელიც ხშირად გამოიყენება, განსაკუთრებით საკვების ენერგეტიკული ღირებულების გამოსახატავად, არის კილოკალორია (კკალ). 1 კკალ = 1000 კალორია. 1 კკალ-ის კიდევ ერთი სახელია 1 კალორია (დიდი ასო K). ბრიტანული სისტემის სითბოს ერთეულია Btu (ბრიტანული თერმული ერთეული). 1 Btu = სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 ფუნტი წყლის ტემპერატურის 1°F-ით ასაწევად ( ზუსტად 63 ° F-დან 64 ° F-მდე).
წყლის ანომალია
წყლის ანომალიების გაგება
ყველა სხეული ფართოვდება (მოცულობა იზრდება), როდესაც ობიექტის ტემპერატურა იზრდება და იკუმშება (მოცულობა მცირდება), როდესაც ობიექტის ტემპერატურა მცირდება. წყალიც ფართოვდება, როდესაც ტემპერატურა იზრდება და იკუმშება, როდესაც ტემპერატურა მცირდება, მაგრამ არა 0 ° C – 4 ° C ტემპერატურაზე. 0 ° C-დან 4 ° C ტემპერატურამდე წყლის მოცულობა მცირდება (წყალი იკუმშება) ტემპერატურის მატებასთან ერთად. თუ წყალს 0 ° C ტემპერატურაზე გააცხელებთ , რაც უფრო ცხელია წყალი, მით უფრო მცირდება წყლის მოცულობა. შეკუმშვის პროცესი წყდება, როდესაც წყალი 4 ° C ტემპერატურას მიაღწევს. 4 ° C-ზე ზემოთ წყლის მოცულობა იზრდება (წყალი ფართოვდება) ტემპერატურის მატებასთან ერთად. პირიქით, წყალი ფართოვდება (წყლის მოცულობა იზრდება), როდესაც ტემპერატურა 4 ° C-დან 0 ° C-მდე იკლებს. წყლის ეს უცნაურობა ცნობილია, როგორც წყლის ანომალია.
გაფართოება
თუ ელექტრო კაბელებს ყურადღებით დააკვირდებით, შეამჩნევთ, რომ ისინი მოდუნების გამო ქვემოთაა მოხრილი. რატომ არის ელექტრო კაბელები განზრახ მოშვებული და არა უბრალოდ დაჭიმული? ფლორესსა და ლემბატაში, აღმოსავლეთ ნუსა ტენგარაში, სახურავების უმეტესობა თუთიისგან (Zn) არის დამზადებული. დღისით თუ ღამით, თუთიის სახურავები ხმაურს გამოსცემს. რატომ გამოსცემს თუთია ხმაურს? თუ თქვენ ცხოვრობთ კუნძულ იავაზე, შეიძლება შეგიმჩნევიათ რკინიგზის ლიანდაგები. რელსების შეერთებებში არის ნაპრალები. რა ფუნქცია აქვს ამ ნაპრალებს რელსების შეერთებებში? არსებობს მრავალი რამ, რაზეც შეგიძლიათ იფიქროთ და იკითხოთ გაფართოების თემასთან დაკავშირებით.
გაზის თერმომეტრი
თუ სხვადასხვა ტიპის თერმომეტრებს დავაკალიბრებთ , მაგალითად, ვერცხლისწყლის თერმომეტრს და სპირტის თერმომეტრს, ორივე თერმომეტრის შკალა ერთნაირი იქნება მხოლოდ 0 ° C-ზე (ან 32 ° F) და 100 ° C-ზე (ან 212 ° F). თუ ჰაერის ტემპერატურის გასაზომად ორივე თერმომეტრს გამოვიყენებთ, თითოეული თერმომეტრის მიერ ნაჩვენები რიცხვები აუცილებლად ერთნაირი არ იქნება. შესაძლოა, ვერცხლისწყლის თერმომეტრი 48 ° C-ს აჩვენებდეს, ხოლო სპირტის თერმომეტრი - 46 ° C-ს. ეს იმიტომ ხდება, რომ ვერცხლისწყლისა და სპირტის გაფართოების სიჩქარე განსხვავებულია. იგივე ხდება სხვა ტიპის თერმომეტრებზეც, როგორიცაა ბიმეტალური თერმომეტრები და ა.შ. ამ გზით განსაზღვრული ტემპერატურის შკალა დიდად არის დამოკიდებული გამოყენებული მასალების თვისებებზე.