Шпаргалка по "Физике"

Водоплавающие птицы  смазывают при помощи клюва свои перья жиром, выделяемым особой железой. Поэтому их перья не смачиваются  водой, а пух, находящийся под  перьями, остается сухим. Благодаря этому птица не мерзнет в холодной воде и удерживается на ее поверхности.

Очень опасны для  птиц загрязнения воды нефтью. Нефть  смачивает перья птиц, вода проникает  в слой пуха, и птица, намокнув, может  замерзнуть и утонуть.

Смачиванием обусловлено и такое явление, как капиллярность. Заключается оно в том, что под действием молекулярных сил смачивающая жидкость поднимается вверх по очень тонким трубкам, называемым капиллярами. Латинское слово "капиллус" означает "волос". Отсюда и название тонких трубок - капилляры. Их диаметр составляет миллиметр и менее.

Чем тоньше капилляр, тем  на большую высоту в нем поднимается  смачивающая его  жидкость.

В природе капилляры  встречаются довольно часто. Многие из окружающих нас тел имеют пористое строение: они пронизаны множеством мелких, иногда незаметных для глаз капилляров. К таким телам относятся дерево, бумага, кожа, почва, ткань, вата, различные строительные материалы. Вода и другие смачивающие их жидкости, соприкасаясь с такими телами, "втягиваются" в их капилляры и начинают перемещаться по всем направлениям внутри тел.

Именно поэтому  так быстро намокают кусочки ваты (или сахара), едва коснувшись воды. По этой же причине влага легко  проникает в обычные кирпичи, а керосин поднимается по фитилю керосиновой лампы.

Капиллярные явления  играют существенную роль в водоснабжении  растений и перемещении влаги  в почве. В сухую погоду почва  ссыхается, и в ней образуются трещины - капилляры. По ним вода поднимается  из-под земли вверх и испаряется. Поверхность земли из-за этого высыхает еще больше. Для сохранения влаги внутри земли верхний слой почвы разрыхляют. При этом капилляры разрушаются и вода остается в почве.

И наоборот, когда  почва слишком влажная, ее укатывают. Капилляры в ней делаются тоньше, и глубина, с которой поднимается по ним жидкость, увеличивается. Поднимаясь наверх, вода испаряется, и почва постепенно высыхает. 

56. плавление и кристаллизация  твёрдых тел

Плавление        

переход вещества из кристаллического (твёрдого) состояния  в жидкое; происходит с поглощением  теплоты (Фазовый переход I рода). Главными характеристиками П. чистых веществ являются Температура плавления (Т_пл) и теплота, которая необходима для осуществления процесса П. (Теплота плавления Q_пл).

Весна. Выглянуло  солнышко, и сквозь осевшие сугробы  и журчащие ручьи пробиваются  подснежники. Но взгляните на рисунок: температура и снега, и талой воды остается 0°С. Так будет до тех пор, пока не растает весь снег, даже если температура воздуха станет +10°С!

Снег – это  мелкие кристаллики льда. А таяние снега – это их превращение  в жидкость. В физике его называют плавлением. Поэтому таяние снега  – это плавление кристаллического тела – льда.

Многочисленные наблюдения за плавлением разных тел показывают, что каждое кристаллическое тело плавится при строго определенной температуре; во время плавления температура тела и образующейся жидкости одинакова и остается постоянной до тех пор, пока все тело не расплавится.

57 Кристалли́ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами. В зависимости от типов химической связи между узлами различают следующие типы решёток:

• ионные,
• атомные,
• молекулярные,
• металлические.

Решёткой является совокупность точек (атомов), которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково. Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит к её параллельному переносу и совмещению. Для удобства анализа обычно точки решётки совмещают с центрами каких-либо атомов из числа входящих в кристалл, либо с центрами молекул.

  58. Структура твердых тел. Твердые тела характеризуются, как правило, регулярным расположением атомов и молекул. Различают  аморфную и кристаллическую структуру твердых тел.

  Аморфные  структуры - это структуры,  не имеющие явно выраженного дальнего порядка в расположении атомов. К таким материалам относятся, например, стекла, многие органические материалы и т. д.

   Кристаллические структуры - это структуры, представляющие периодическую  решетку, в узлах которой расположены атомы (рис. 1.4). Трехмерная кристаллическая структура представляет решетку, построенную на трех координатных осях x, y, z, расположенных в общем случае под углами a, b, g . Периоды трансляции атомов по осям (параметры решетки) равны, соответственно, a, b, c. Элементарная ячейка кристалла - это параллелепипед, построенный на векторах трансляции a, b, c. Такая ячейка называется примитивной.

  В результате трансляции элементарной ячейки  в пространстве получается пространственная простая решетка - так называемая  решеткаБраве. Существует четырнадцать типов решеток Браве. Эти решетки отличаются друг от друга видом элементарных ячеек. Решетки Бравеподразделяются на семь систем, называемых кристаллографическими сингониями, в соответствии с семью различными типами элементарных ячеек: триклинной, моноклинной, ромбической, тетрагональной, тригональной, кубической и гексагональной. Эти элементарные ячейки могут быть как примитивными, так и сложными.

  На  рис 1.6 изображены сложные элементарные ячейки.

  Объемноцентрированная (ОЦ) ячейка (рис. 1.5, а) - содержит дополнительно один атом на пересечении пространственных  диагоналей куба (или, в общем случае, параллелепипеда). В ОЦ кубической  структуре (ОЦК)  кристаллизуются такие металлы, как ₂₃V, ₂₄Cr, ₂₆Fe, ₄₁Nb, ₇₃Ta, ₇₄W (индекс слева внизу обозначает номер элемента  в периодической системе элементов Д. И. Менделеева). 

59. типы кристллыческих решеток

• ионные,
• атомные,
• молекулярные,
• металлические.

 

60. механические свойства  твердых тел

Механические Свойства Твердых Тел

Под действием приложенных  внешних сил твердые тела изменяют свою форму и объем - деформируются. Если после прекращения действия силы, форма и объем тела полностью восстанавливаются, то деформацию называют упругой, а тело - абсолютно упругим. Деформации, которые не исчезают после прекращения действия сил, называютсяпластическими, а тела - пластичными.

Различают следующие  виды деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб.

Деформацию растяжения характеризуют абсолютным удлинением дельта l и относительным удлинением е: 

где l₀- начальная длина, l- конечная длина стержня. Механическим напряжением называют отношение модуля силы упругости F к площади поперечного сечения тела S:б=F/S.

В СИ за единицу механического  напряжения принимают 1Па = 1Н/м². 

Закон Гука (1635-1703): при малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению (б = Е • е). На рис.33 представлен график зависимости механического напряжения от относительного удлинения. 

Участок 0А - область  пропорциональности: на этом участке выполняется закон Гука. Точке А соответствует напряжение б_проп, называемое пределом пропорциональности.

Предел пропорциональности б_проп - максимальное напряжение, при котором закон Гука еще выполняется.

Предел упругости б_упр - напряжение, при котором тело полностью утрачивает упругость (участок АВ).

На участке ВС наблюдается явление "текучести" материала: удлинение тела нарастает  при незначительном росте деформирующей  силы.

При дальнейшем увеличении удлинения тело вновь обретает способность сопротивляться деформации; напряжение в нем вновь увеличивается, достигая максимума в точке D, которой соответствует начало разрушения.

Предел прочности б_проч - наибольшее напряжение, возникающее в теле перед началом разрушения. Участку DE соответствует постепенное разрушение тела.

Все детали машин  и механизмов изготавливаются со значительным, но разумным запасом  прочности.

Отношение предела  прочности материала (или предела  текучести для пластичных тел) к  фактически действующему напряжению называют коэффициентом запаса прочности (k). Например, в строительном деле коэффициент запаса прочности стальных балок установлен не менее 2,5 - 2,6, а для балок из хрупких материалов (чугун, бетон) не менее 3 - 9.

Механические свойства материалов различны. Такие материалы, как резина или сталь, обнаруживают упругие свойства при сравнительно больших напряжениях и деформациях. Их называют упругими.

Материалы, у которых  незначительные нагрузки вызывают пластические деформации, называют пластичными (пластилин, свинец).

Большое значение на практике имеет такое свойство твердых  тел, как хрупкость. Материалы называют хрупкими, если они разрушаются при  небольших деформациях (чугун, фарфор).

Важной характеристикой  материалов является твердость. Она  характеризует способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого тела, т. е. способность противодействовать вдавливанию или царапанью.)

61. виды деформации 

Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещениемдруг относительно друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоковатомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.

Деформации разделяют  на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе необратимых — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.

Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести — это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

Наиболее простые  виды деформации тела в целом:

• растяжение-сжатие,
• сдвиг,
• изгиб,
• кручение.

62. пределы прочности  и упругости

Предел упругости — максимальная величина механического напряжения, при которой деформация данного материала остаётсяупругой, то есть полностью исчезает после снятия нагрузки. Преде́л про́чности — механическое напряжение σ₀, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

Мерами измерения прочности также являются предел текучести, предел усталости и др.

Значения предельных напряжений на растяжение и на сжатие обычно различаются. Для композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие, для остальных материалов наоборот.

Некоторые значения прочности на растяжение, σ₀, в кгс/мм² (1 кгс/мм²=10 МН/м²=10 МПа)