При каких условиях возникает мираж.
При каких условиях возникает сила трения скольжения?
СИЛА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖениявозникает при соприкосновении двух поверхностей тел и наличии движения одной поверхности относительно другой.
Вопрос 18
Как направлена сила трения скольжения?
Cила трения скольжения направлена против скорости.
ЗАДАНИЕ 19
Напишите соотношение, определяющее величину силы трения скольжения.
Сила трения скольжения пропорциональна величине силы N, прижимающей по нормали одно тело к поверхности другого:=kN.
ЗАДАНИЕ 20
Сформулируйте условия, при которых возникает сила трения покоя.
СИЛА ТРЕНИЯпокоявозникает при соприкосновении поверхностей двух тел и наличии составляющей силы, приложенной к одному из тел, направленной вдоль поверхностей и стремящейся вызвать движения (СВД) данного тела вдоль поверхности другого.
Вопрос 21
Как направлена сила трения покоя?
Сила трения покоя направлена против составляющей силы, стремящейся вызвать движение.
Вопрос 22
Чему равна величина силы трения покоя?
Сила трения покоя равна по величине (до определенного порога) составляющей силы, стремящейся вызвать движение.
ЗАДАНИЕ 23
Напишите формулу, определяющую максимальное значение силы трения покоя.
Максимальное значение силы трения покоя
пропорционально величине силы N, сжимающей
поверхности по нормали:
=kN.
ЗАДАНИЕ 24
Запишите формулу закона всемирного тяготения.
Формула силы гравитационного взаимодействия
тел массыMиm,
соединенных радиус-вектором
:
=GMm
.
ЗАДАНИЕ 25
Запишите выражение для силы тяжести.
Формула силы тяжести для тела массыm, находящегося на расстоянииrот центра Земли:
=m
(r) .
Лабораторная работа
1_3. Механические колебания Вопросы и задания для самоконтроля
Вопрос 1
Что такое колебание?
КОЛЕБАНИЕ есть процесс, который периодически повторяется.
ЗАДАНИЕ 2
Дайте определение периода колебаний.
ПЕРИОД T есть минимальное время, через которое процесс полностью повторяется.
Вопрос 3
Что такое полное колебание?
ПОЛНЫМ колебанием называется минимальная часть периодического процесса, которая полностью повторяется.
ЗАДАНИЕ 4
Дайте определение частоты колебаний.
ЧАСТОТОЙ колебаний называется количество полных колебаний за единицу времени.
ЗАДАНИЕ 5
Дайте определение гармонических колебаний.
ГАРМОНИЧЕСКОЕ КОЛЕБАНИЕ - изменение, при котором некоторая характеристика тела меняется со временем по закону синуса или косинуса.
ЗАДАНИЕ 6
Запишите закон зависимости от времени характеристики А, имеющей гармоническое изменение.
Закон зависимости от времени характеристики А, имеющей гармоническое изменение
A(t) =A 0 Cos(t+ 0).
ЗАДАНИЕ 7
Запишите закон движения МТ, совершающей гармонические колебания.
Закон движения МТ, совершающей гармонические колебания:
X(t) =X 0 Cos(t+ 0).
ЗАДАНИЕ 8
Дайте определение амплитуды гармонического колебания.
АМПЛИТУДА гармонического колебания А 0 есть максимальное отклонение параметра А от нулевого значения.
ЗАДАНИЕ 9
Дайте определение фазы гармонического колебания.
ФАЗА гармонического колебания ( 0 t + 0) есть значение аргумента гармонической функции.
ЗАДАНИЕ 10
Дайте определение начальной фазы гармонического колебания.
НАЧАЛЬНАЯ ФАЗА гармонического колебания 0 есть значение аргумента гармонической функции при t = 0.
ЗАДАНИЕ 11
Напишите уравнение связи частоты и периода гармонических колебаний.
Уравнение связи частоты и периода гармонических колебаний:
ЗАДАНИЕ 12
Напишите уравнение связи частоты и циклической частоты гармонических
колебаний.
Уравнение связи частоты и циклической частоты гармонических колебаний:
=
.
ЗАДАНИЕ 13
Напишите формулу зависимости скорости МТ от времени при гармонических колебаниях.
Формула зависимости скорости МТ от времени при гармонических колебаниях:
v(t) =v 0 Cos(t+ 0 v) .
ЗАДАНИЕ 14
Напишите уравнение связи амплитуды скорости и амплитуды смещения при гармонических колебаниях МТ.
Уравнение связи амплитуды скорости и амплитуды смещения при гармонических колебаниях МТ:
v 0 =x 0 .
ЗАДАНИЕ 15
Напишите формулу зависимости ускорения МТ от времени при гармонических колебаниях.
Формула зависимости ускорения МТ от времени при гармонических колеба
a (t) = a 0 Cos (t + 0 а) .
ЗАДАНИЕ 16
Напишите уравнение связи амплитуды скорости и амплитуды ускорения при гармонических колебаниях МТ.
Уравнение связи амплитуды скорости и амплитуды ускорения при гармонических колебаниях МТ:
a 0 =v 0 .
ЗАДАНИЕ 17
Напишите уравнение связи амплитуды смещения и амплитуды ускорения при гармонических колебаниях МТ.
Уравнение связи амплитуды смещения и амплитуды ускорения при гармонических колебаниях МТ:
a 0 =x 0 2 .
ЗАДАНИЕ 18
Напишите дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний МТ.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ
УРАВНЕНИЕ свободных гармонических
колебаний параметра А:
+
A= 0.
ЗАДАНИЕ 19
Напишите дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний МТ.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ
УРАВНЕНИЕ свободных затухающих колебаний:
+ 2
+
A= 0, где- коэффициент
затухания.
Что такое «экологический кризис» и при каких условиях он возникает?
Экологический кризис - нарушение биогеохимического круговорота в результате разрушения и угнетения человеком, естественных экосисмем, и, как следствие, нарушение устойчивости окружающей среды.
Возникает положительная обратная связь - проявление кризиса ослабляет устойчивость многих экосистем, сообществ организмов, что, в свою очередь. Усиливает нарушение биогеохимического круговорота и т.д.
- - население и экономика получают искажённые и запаздывающие сигналы о физических пределах источников и стоков материалов и энергии, а также происходит запаздывание ответов на эти сигналы;
- - пределы системы не только конечны, но и подвержены разрушению при избыточной нагрузке на них.
Экологический кризис - реальность современного состояния биосферы. Стремительный прогресс науки и техники дал в руки человечества огромные силы воздействия на окружающую среду. Направленные на благо человечества, эти силы одновременно приводят к ухудшению условий среды жизни самого человека. Стремительно нарастает уровень загрязнения атмосферы, вод и почвы продуктами промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, переэксплуатации природных ресурсов, эрозии почв и снижения их плодородия. В наше время проблема экологической безопасности по своей значимости для будущего человечества сравнима с проблемой ядерного разоружения. И подобно ядерному разоружению проблемы экологической безопасности выходят на уровень политики, охватывая широкие слои населения разных стран мира.
Научные основы сохранения и улучшения окружающей человека среды базируются на принципах экологии. Современные проблемы экологии могут рассматриваться в двух принципиальных аспектах. Первый из них связан с задачей снятия антропогенного стресса, вызванного стихийным развитием сельского хозяйства, промышленности, транспорта, строительства, переэксплуатацией природных ресурсов и другими сторонами деятельности человека, осуществляющимися без учета возможных экологических последствий. Разрешение этой задачи требует проведения специальных исследований по выявлению последствий антропогенных воздействий, механизмов влияния различных антропогенных факторов на природные системы, реакций последних на эти воздействия, диапазонов толерантности и т.п. На этой основе возможна разработка экологически обоснованных нормативов нагрузки на различные типы экосистем, предельно допустимых доз вредных веществ, квоты изъятия объектов эксплуатации в конкретных условиях и т.п. К этой же категории проблем относится разработка методов снижения всех форм загрязнения среды, в том числе безотходных и малоотходных технологий в промышленности и в сельском хозяйстве. Последняя проблема имеет принципиальное значение, поскольку промышленные, сельскохозяйственные и бытовые загрязнения содержат много веществ, никогда не входивших в естественные циклы биогенного круговорота и потому не имеющие разрушителей. Однако проектирование отдельных безотходных технологий может рассматриваться лишь как частная задача; в принципе проблема загрязнения среды может быть решена только на основе создания глобальных замкнутых технологических циклов, действующих параллельно с естественными процессами биологического круговорота веществ и дополняющих их.
Комплексный характер всех этих проблем открывает широкие перспективы для проведения таких исследований в международном масштабе. Необходимость международной консолидации экологических исследований диктуется еще и тем, что многие формы антропогенных воздействий на среду выходят за рамки территорий отдельных стран и приобретают глобальный характер.
Перечисленные проблемы остры и требуют немедленного комплексного исследования. Это - проблемы сегодняшнего дня. Они связаны со сложной и противоречивой ситуацией, при которой в ходе прогрессивного развития многогранной деятельности современного человечества неизбежно ухудшается качество его среды. Выход из этого положения предусматривает фундаментальное исследование принципов организации и функционирования биосферы и составляющих ее экосистем, а на этой основе разработку мер активного регулирования, как функционирования природных систем, так и различных форм деятельности человека.
Антропогенные влияния на среду не ограничиваются воздействием на здоровье человека и прямыми формами действия на флору и фауну. Упрощение структуры экосистем, уменьшение набора составляющих их видов означает нарушение эволюционно сложившихся механизмов, поддерживающих устойчивость экологических систем и эффективность их функционирования. Это ведет к снижению уровня продуктивности, угрожает поддержанию постоянства газового состава атмосферы, нарушает естественные процессы самоочищения вод, поддержания плодородия почв и т.д. Таким образом, борьба за охрану природы, предотвращение гибели различных представителей растительного и животного мира представляет собой задачу совсем не только эстетическую. Сохранение биологического разнообразия означает сохранение регулирующих механизмов природы, обеспечивающих бесперебойное функционирование экосистем и поддержание устойчивого уровня биологической продукции, регуляции физико-химических свойств биосферы, формирования и регулирования климата и других условий существования жизни на планете.
При этом следует учитывать, что даже полная ликвидация связанных с неправильным хозяйствованием нарушений не снимает этого типа влияния антропогенной среды на функции экосистем и биосферы в целом. Всей своей повседневной деятельностью человек меняет условия существования природных экосистем. Изменение ландшафтов неизбежно ведет к перестройке отдельных сообществ, чаще всего связанной с обеднением их видового состава и упрощением структуры. Это часто сопровождается снижением устойчивости систем и сбалансированности их внутренних взаимодействий. В этом основная причина потерь урожая от вредителей, снижения продуктивности монокультурного лесного хозяйства, нарушения биологической самоочистки природных вод и пр.
Развитие транспорта способствует непрерывному распространению живых организмов за пределы естественного ареала, что также связано с перестройкой сообществ. Известно немало случаев возникновения эпидемий и эпизоотии, вспышек численности вредителей, в основе которых было внедрение новых видов в аборигенные сообщества. Города и промышленные комплексы -- это особые экосистемы со специфическими свойствами и структурой, исследование которых только начинается. То же можно сказать и об агроценозах.
Чтобы в столь принципиально меняющихся условиях могли существовать устойчивые экосистемы, способные обеспечить комплекс потребностей человека, необходимо активное вмешательство в природные процессы, основанное на глубоком знании и использовании основных экологических законов и механизмов, поддерживающих гомеостаз экосистем разного уровня. Второй аспект экологических проблем современности как раз и включает постановку фундаментальных исследований в области общей экологии. Это проблема ближайшего будущего, залог гармонического развития человеческого общества и его природной среды. О ее важности говорит, например тот факт, что в бюджете США на 1990 г. финансирование исследований экологического направления определялось суммой 190,5 млн. долл., в том числе 39,5 млн. долл. на проблему «Экологические системы и их динамика».
В России разработка фундаментальных экологических проблем базируется на учении В. И. Вернадского о биосфере и концепции В.Н. Сукачева о биогеоценозе как системе, на уровне которой реализуются процессы биологического круговорота. По современным представлениям устойчивое поддержание глобального круговорота основывается на трех генеральных свойствах жизни ее разно качественности, ее системности и гомеостазировании функций на разных уровнях биологических систем. На основе видовой разно качественности обмена веществ строятся замкнутые циклы круговорота. Системность жизни обеспечивает осуществление этих процессов на разных уровнях на уровне организма реализуется видо специфический обмен веществ с окружающей средой; популяции видов в составе трофических цепей обеспечивают определенные этапы круговорота; экосистемы включают представителей всех трофических уровней и поддерживают полный круговорот в конкретных географических условиях; на уровне биосферы процессы, протекающие в отдельных экосистемах, объединяются в единую систему глобальной функции живого вещества, связывающую биогеохимические циклы с абиотическими процессами.
На всех рассмотренных уровнях параллельно основным функциям действует система гомеостазирования -- обеспечения устойчивого функционирования биосистем в условиях изменчивой и динамичной среды. В конечном итоге через многообразие форм жизни определяются свойства биосферы как самоподдерживающейся системы, гомеостаз которой запрограммирован на всех уровнях организации живой материи.
Фундаментальные исследования закономерностей и механизмов устойчивого функционирования природных систем в нестабильной среде, в том числе в условиях антропогенной нагрузки, дают ключ к использованию естественных процессов и закономерностей для активного управления экосистемами. На этой основе возможны разработки контроля численности и биологической активности экономически значимых видов, создание технологий направленного конструирования искусственных экосистем с заданными свойствами в различных типах антропогенных ландшафтов.
Результаты фундаментальных экологических исследований создают научные основы экологической экспертизы крупных хозяйственных проектов, экологических прогнозов и планирования. Такие комплексные фундаментальные исследования необходимы и для разработки и внедрения эффективных стратегий и методов охраны природы.
Исследования в названных направлениях имеют комплексный характер и должны проводиться с привлечением большого числа специалистов разных профилей. В частности, в проблеме охраны природы наряду с биологическими, химическими, технологическими обоснованиями важную роль играют разработки экономического и юридического характера. Вместе эти комплексные исследования обеспечивают теорию природопользования, сочетающую удовлетворение потребностей человека с сохранением воспроизводительного потенциала природных биологических ресурсов. Роль теоретических исследований не подлежит сомнению: они составляют научную базу всего комплекса технологических решений отдельных проблем экологии и хозяйства.
Конкретная направленность комплексных исследований базируется на рассмотренных выше принципах подхода к экологическим проблемам современности. Большой круг вопросов посвящен изучению структурно-функциональной организации экосистем. Конечная задача этих фундаментальных исследований заключается в разработке принципов оптимизации использования природных ресурсов в различных народнохозяйственных целях. Для этого важно глубокое изучение структуры различных типов экосистем, механизмов гомеостазирования их функций, динамики экосистем в различных, в том числе антропогенных условиях, а также разработка методов и форм широкомасштабного мониторинга в целях контроля состояния биосферы, отдельных экосистем и в конечном итоге условий среды жизни и деятельности человека. На базе полученных данных и выявленных закономерностей возможно построение стратегии оптимизации ландшафтного природопользования. Большое значение в этом плане имеет создание сети международных биосферных заповедников, основа которой уже создана. Главная цель этого международного мероприятия заключается не только в охране ключевых ландшафтных экосистем, но и в изучении на основе мониторинга их многолетней динамики и главных механизмов поддержания адаптивности и устойчивости биоценозов.
Другим важным направлением научного сотрудничества является разработка научных основ предотвращения и преодоления кризисных ситуаций, что связано с развитием экологически обоснованных технологий, сохраняющих биосферу и условия среды, необходимые для жизни человека. В этом плане исходным оказывается изучение закономерностей воздействия на экосистемы отдельных антропогенных факторов и их комплексов, на базе чего может строиться разработка научно обоснованных нормативов антропогенного воздействия на природу. На основе комплексного исследования путей и результатов влияния на природные системы различных форм промышленной и сельскохозяйственной деятельности, крупных энергосистем и т.д. могут быть разработаны экологически безопасные, в том числе безотходные технологии в различных сферах хозяйственной деятельности. Наиболее широкая задача в этой области, решение которой базируется на всем комплексе фундаментальных исследований,-- разработка методов направленного конструирования экосистем с заданными свойствами в антропогенных ландшафтах. Эта задача непосредственным образом связана с оптимизацией урбанизированной и техногенной среды, сохранением необходимого уровня продуктивности экосистем, созданием биогеоценозов рекреационного назначения и т.п.
Наконец, третий круг проблем связан с созданием научно обоснованной стратегии охраны природы. Исходным принципом такой стратегии является сохранение биологического разнообразия как основы устойчивого функционирования отдельных экосистем и биосферы в целом. В результате составления детальных кадастров отдельных видов, типичный зональных экосистем, уникальных и реликтовых сообществ должны быть разработаны методы сохранения богатства генофонда планеты, восстановления видов и отдельных экосистем, находящихся в настоящее время под угрозой уничтожения.
Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.2. При каких условиях возникает электрический ток?
Электрический ток возникает, если имеются свободные заряды, а так же в результате действия внешнего электрического поля. Для получения электрического поля достаточно создать разность потенциалов между какими-то двумя точками проводника.3. Почему движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие внешнего электрического поля является хаотическим?
Если отсутствует внешнее электрическое поле, то отсутствует и дополнительная составляющая скорости направленная вдоль напряженности электрического поля, а значит, все направления движения частиц равноправны.4. Чем отличается движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие и при наличии внешнего электрического поля?
В отсутствии электрического поля движение заряженных частиц хаотично, а при его наличии - движение частиц это результат хаотичного и поступательного движений.5. Как выбирается направление электрического тока? В каком направлении движутся электроны в металлическом проводнике, по которому протекает электрический ток?
За направление электрического тока принято направление движения положительно заряженных частиц. В металлическом проводнике электроны движутся в сторону, противоположную направлению тока.Выясним, при соблюдении каких условий возникает и поддерживается в течение некоторого времени колебательное движение.
Первым условием, необходимым для возникновения колебаний, является наличие у материальной точки избыточной энергии (кинетической или потенциальной) по сравнению с ее энергией в положении устойчивого равновесия (§ 24.1).
Второе условие можно установить, проследив за движением груза 3 на рис. 24.1. В положении б на груз 3 действует сила упругости направленная к положению равновесия груза (см. рис. 24.1, б). действием этой силы груз смещается к положению равновесия с постепенно возрастающей скоростью движения V, а сила уменьшается и исчезает, когда груз попадает в это положение (рис. 24.1, в). Скорость груза в этот момент максимальна по величине, и груз, проскакивая через положение равновесия, продолжает двигаться вправо. При этом возникает сила упругости которая тормозит движение груза 3 и останавливает его (рис. 24.1, г). Сила в этом положении имеет максимальную величину; под действием этой силы груз 3 начинает двигаться влево. В положении равновесия (рис. 24.1, 5) сила исчезает, а скорость груза достигает, наибольшего значения, поэтому груз продолжает двигаться влево, пока не займет положение на рис. 24.1. Далее весь описанный процесс повторяется снова в том же порядке.
Таким образом, колебания груза 3 происходят вследствие действия силы и наличия у груза инерции. Силу, приложенную к
матермальной точке, всегда направленную к положению устойчивого равновесия точки, называют возвращающей силой. В положении устойчивого равновесия возвращающая сила равна нулю и возрастает по мере удаления точки от этого положения.
Итак, вторым условием, необходимым для возникновения и продолжения колебаний материальной точки, является действие на материальную точку возвращающей силы. Напомним, что. эта сила всегда возникает, когда какое-либо тело выводится из положения устойчивого равновесия.
В идеальном случае, при отсутствии трения и сопротивления среды, полная механическая энергия колеблющейся точки остается постоянной, так как в процессе таких колебаний происходит лишь переход кинетической энергии в потенциальную и обратно. Такое колебание должно продолжаться неопределенно долгое время.
Если колебания материальной точки происходят при наличии трения и сопротивления среды, то полная механическая энергия материальной точки постепенно убывает, размах колебаний уменьшается и через некоторое время точка останавливается в положении устойчивого равновесия.
Бывают случаи, когда потери энергии материальной точкой настолько велики, что если внешняя сила отклоняет эту точку из положения равновесия, то она теряет всю свою избыточную энергию при возвращении в положение равновесия. В этом случае колебаний не получится. Итак, третье условие, необходимое для возникновения и продолжения колебаний, следующее: избыточная энергия, полученная материальной точкой при смещении из положения устойчивого равновесия, не должна полностью расходоваться на преодоление сопротивления при возвращении в это положение.
Для существования интерференц. эффекта здесь необходимо, чтобы векторы А
1,2 (напр., напряжённости электрич. поля в эл--магн. волне) не были ортогональны друг к другу. Поверхности максимумов и минимумов (и соответствующие им интерференц. полосы на экране) неподвижны, если разность фаз Δφ и, строго говоря, также амплитуды A
1,2 в (1) неизменны во времени. В случае независимых источников, напр., небольшая расстройка между их частотами Δw=w 2 -w 1 эквивалентна монотонному уходу разности фаз: Δφ=Δwt, при этом координаты максимумов и минимумов будут перемещаться в пространстве, а в заданной точке амплитуда будет испытывать биения с разностной частотой Δw: от А
1 +А
2 до |А
1 - A
2 |. Такие же биения, но нерегулярные во времени, возникают из-за фазовых нестабильностей источников, если случайные уходы разности фаз порядка или больше p. Возможность наблюдения интерференц. максимумов и минимумов при этом зависит от степени инерционности регистрирующей аппаратуры - любой прибор, строго говоря, проводит усреднения по нек-рому времени t 0 . Если t 0 мало по сравнению с характерным периодом биений результирующего поля ("времени когерентности
" t, к-рое порядка обратной ширины спектра волны), то обусловленные интерференц. членом в (1) максимумы и минимумы будут зарегистрированы и в случае независимых источников. По мере роста отношения t 0 /t, вследствие случайных изменений cosΔφ(t), происходит постепенное сглаживание ("размывание") интерференц. максимумов и минимумов, а при t 0 дt И. в. не наблюдается - измеряемая интенсивность А 2
результирующего поля будет равна сумме ннтенсивностей составляющих волн. В случае типичных генераторов радиоволн, напр., легко достигается не только условие t 0
Предыдущая статья: Чему равна скорость света
Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства