Dynamika obrotowa to dział mechaniki badający ruch obrotowy, w którym uczestniczą siły, masy i inne czynniki wpływające na ruch obrotowy. Obiekt obraca się, gdy wszystkie jego części poruszają się wokół osi lub punktu obrotu znajdującego się na jednej z jego części. Ruch obrotowy omawiany w tym temacie koncentruje się na ruchu obrotowym wokół stałej osi. Przykładami ruchu obrotowego wokół stałej osi są: ruch koła pasowego, wentylatora, ruch płyty CD/DVD w pomieszczeniu z płytami CD/DVD , ruch drzwi lub okna, ruch cylindra silnika, śmigła helikoptera lub samolotu, a także śmigła statku. Czy obserwowałeś kiedyś wirującego bąka? Położenie osi wirującego bąka zawsze się zmienia (nachylenie bąka ma tendencję do zmiany), dlatego ruch obrotowy, taki jak ten, którego doświadcza wirujący bąk, nie jest omawiany w tym temacie.
Zasada Czarna
Zrozumienie zasad czarnych
Jeśli zmieszamy ciepłą i zimną wodę w otwartym pojemniku (na przykład w wiadrze), ciepło zostanie przeniesione z gorącej wody do zimnej. Ponieważ pojemnik jest otwarty, część ciepła zostanie przeniesiona do powietrza. Pojemnik również się ogrzeje. Ciepło uwalniane przez gorącą wodę jest absorbowane nie tylko przez zimną wodę, ale także przez powietrze i pojemnik. W tym przypadku wiadro jest układem nieizolowanym.
Kiedy mieszamy gorącą i zimną wodę w zamkniętym termosie, ciepło jest przekazywane z gorącej wody do zimnej. Termos jest układem izolowanym , więc ciepło nie jest przekazywane do powietrza ani do termosu. Ciepło uwalniane przez gorącą wodę jest po prostu absorbowane przez zimną wodę, aż mieszanina osiągnie równowagę termiczną.
Systemy i środowisko
Zrozumienie systemów i środowiska
System to obiekt lub grupa obiektów będących przedmiotem badania. Pozostałe obiekty we wszechświecie nazywane są środowiskiem. Zazwyczaj system jest oddzielony od swojego otoczenia „partycją/ogranicznikiem/separatorem”.
Załóżmy na przykład, że chcemy zbadać wodę w termosie. Woda wewnątrz termosu tworzy układ, a powietrze i inne obiekty na zewnątrz termosu tworzą środowisko. Ścianki termosu, zarówno szklane, jak i plastikowe na zewnątrz, pełnią funkcję przegrody. Jednym z przykładów jest termos na wodę.
Ciepło utajone
Zrozumienie ciepła utajonego
Jeśli włożysz termometr rtęciowy do pojemnika zawierającego mieszaninę zimnej wody i lodu, zauważysz, że po przesunięciu w dół powierzchnia rtęci pozostaje nieruchoma lub nie porusza się. Powierzchnia rtęci zatrzymuje się po osiągnięciu temperatury topnienia lub zamarzania wody (0 ° C). Jeśli pojemnik jest otwarty, ciepło przepływa z powietrza o wyższej temperaturze do mieszaniny lodu i wody o niższej temperaturze. Dodatkowe ciepło z powietrza powoduje topnienie lodu. Czy temperatura mieszaniny lodu i wody zmienia się wraz z topnieniem lodu? Wraz z topnieniem lodu temperatura mieszaniny wody i lodu się nie zmienia.
Ciepło właściwe
Ciepło właściwe (c) to ilość ciepła (Q) potrzebna do podniesienia temperatury (T) jednej jednostki masy (m) obiektu o jeden stopień. Wzór na c to:
Międzynarodowy układ jednostek miar wynosi J/Kg K.
Ciepło właściwe obiektu zmienia się wraz z temperaturą. Jeśli zmiana temperatury nie jest zbyt duża, wartość tę można uznać za stałą. Poniżej przedstawiono wartości c dla kilku obiektów przy ciśnieniu 1 atm i temperaturze 20 ° C (otrzymane eksperymentalnie).
Wzór na ciepło
Jeśli obiekty o różnych temperaturach zetkną się ze sobą, ciepło naturalnie przemieszcza się od obiektu o wyższej temperaturze do obiektu o niższej temperaturze. Przenoszenie ciepła ustaje, gdy oba obiekty osiągną równowagę termiczną . Można powiedzieć, że przenoszenie ciepła powoduje zmianę temperatury obiektów w kontakcie. Na podstawie tego krótkiego wyjaśnienia można stwierdzić, że ciepło (Q) jest związane z obiektem i zmianą temperatury (delta T) tego obiektu. Każdy obiekt ma masę (m), a jego rodzaj również się różni.
Mechaniczne tarowanie cieplne
Jednostką ciepła jest kaloria (w skrócie kal). Kaloria to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1 C o (dokładnie od 14,5 o C do 15,5 o C). Ilość potrzebnego ciepła zmienia się dla różnych temperatur wody . Przy tej samej ilości ciepła wzrost temperatury wody o 1 C o występuje tylko w zakresie od 14,5 o C do 15,5 o C. Często używaną jednostką ciepła, zwłaszcza do wyrażania wartości energetycznej żywności, jest kilokaloria (kcal). 1 kcal = 1000 kalorii. Inna nazwa 1 kcal = 1 kaloria (duża litera K). Jednostką ciepła w systemie brytyjskim jest Btu (brytyjska jednostka cieplna). 1 Btu = ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 funta wody o 1 F o (dokładnie od 63 o F do 64 o F).
Anomalia wodna
Zrozumienie anomalii wodnych
Każdy obiekt rozszerza się (zwiększa objętość), gdy temperatura obiektu wzrasta i kurczy się (zmniejsza objętość), gdy temperatura obiektu spada. Woda również rozszerza się, gdy temperatura wzrasta i kurczy się, gdy temperatura spada, ale nie w temperaturach 0 o C - 4 o C. Pomiędzy temperaturami 0 o C i 4 o C objętość wody zmniejsza się (woda kurczy się) wraz ze wzrostem temperatury. Jeśli podgrzejemy wodę do temperatury 0 o C, im cieplejsza woda, tym bardziej zmniejszy się jej objętość. Proces kurczenia się zatrzymuje się, gdy woda osiągnie temperaturę 4 o C. Powyżej 4 o C objętość wody wzrasta (woda rozszerza się) wraz ze wzrostem temperatury. Odwrotnie, woda rozszerza się (zwiększa objętość), gdy temperatura spada od 4 o C do 0 o C. Ta dziwność wody jest znana jako anomalia wody.
Pemuaian
Przyglądając się uważnie kablom elektrycznym, zauważysz, że są one wygięte w dół z powodu luzu. Dlaczego kable elektryczne są celowo luźno naciągane, a nie po prostu napinane? Większość dachów na Flores i Lembata, we wschodniej części Nusa Tenggara, jest wykonana z cynku (Zn). Zarówno w dzień, jak i w nocy dachy cynkowe hałasują. Dlaczego cynk hałasuje? Jeśli mieszkasz na Jawie, być może widziałeś tory kolejowe. W miejscach połączeń szyn są szczeliny. Jaka jest funkcja tych szczelin? Jest wiele rzeczy, o których możesz pomyśleć i o które możesz zapytać w kontekście rozszerzalności cieplnej.
Termometr gazowy
Jeśli kalibrujemy różne rodzaje termometrów, na przykład termometr rtęciowy i termometr alkoholowy, skala obu termometrów jest taka sama tylko dla 0 ° C (lub 32 ° F) i 100 ° C (lub 212 ° F). Jeśli użyjemy obu termometrów do pomiaru temperatury powietrza, wartości wyświetlane przez każdy termometr niekoniecznie będą takie same. Może się zdarzyć, że termometr rtęciowy wskaże 48 ° C, a termometr alkoholowy 46 ° C. Wynika to z różnicy szybkości rozszerzalności rtęci i alkoholu. Podobnie jest w przypadku innych rodzajów termometrów, takich jak termometry bimetaliczne itp. Skala temperatury ustalona w ten sposób jest w dużym stopniu zależna od właściwości użytych materiałów.