Fizika Za 1.Razred Srednjih Kola-A. 268 Oli 263

Dr. Ahmed Colic :i

1.

sred ih skola

2001.

Dr Refik Fazli6, prof. fizike, Elektrotehnicki fakultet u Tuzli Sulejman Tviea, prof. fizike, Medicinska skala u Tuzli

strana Sta proucava fizika? ............................... 1 Fizicke velicine i jediniee ........................... i Mjerenje i greske pri mjerenju .......................2 Skalarne i vektorske velicine .............

. .......... 3

Tehnicki urednik: Bego Mehurie

Tuzla Za izrJavaca: Safet Pasic

Osnovni pojmovi. Relativnost kretanja ................. 6 Pravolinijsko kretanje. Srednja i trenutna brzina ......... 8 Ravnomjerno pravolinijsko kretanje

..................9

Ubrzanje. Ravnomjerno promjenljivo

.. .. 1i

Brzins i predeni put kod ravnomjerno , Tuzla Za

Safet Paille

promjenljivog kretanja ............................ 13 Siobodan pad Vetikalan hitRe ....................... 16

Inereija I masa

................................. 19

Prvi Newtonov zakon .............................20 Drugi Newtonov zakon ............................20 Sila teie i teilna .................................23 Elasticna sila. Dinamometar ........................23 Treei Newtonov zakon ........................... .24 Impuls tijela. Odrzanje impulsa ......................25 Siaganje i razlaganje sila. Strma ravan ................ 27 SIla trenja. Otpor sredine ..........................30 Ravnomjerno kretanje po kruznici. Centripetalna sila .... 32 Obrtno kretanje ..................................36 Moment sile i moment inereije ......................37 Newtonov zakon opee gravitacije. Gravitaciono polje.

. .. 39

Kosmicke brzine. Kretanje projektila ................ .42 Horizontalan hilae ............................... .43 lnereijalne sile.

efekat ................. .46

1.3.

. ............................ .48 Rad ......................................... .48 Rad kad sila ne djeluje u praveu kretanja ............ .49

Mehanicka energija .............................. 51

Rad gasa pri izobarskorn sirenju ....................94 Odrianje rnehanicke energije ...................... 53 Snaga. Koeficijent korisnog djelovanja ............... 55 Ergornetrija .................................... .56

1

................ 58 Pritisak (tlak) ....................................58 Hidrostaticki pritisak .............................. 59 Atmosferski pritisak .................. . .......... 60 Prenosenje djelovanja sile pritiska ................... 60 Mjerenje pritiska u tecnostima i gasovima ..... , ...... 61 Mjerenje krvnog pritiska ...........................62 Potisak u lecnostima ..... , ....................... 63

. ...... '" . . . 64 fluida. Molekulske sile kod (eenosti ........................ 67 ........... 70

................. 71 Klatno ........................................ .72

..................... ....... 73 ............................ .74

.78

... _.................. ............ 78 Avogadrova konstanta ............................78 Unutrasnja energija ........................... . .79 Idealan gas. Pritisak ideal nag gasa ..................81 Opca jednacona stanja idealnog gasa ................ 81 Izoprocesi ......................................83 Cvrsto stanje tvari (supstance) ...................... 85 Kristalna i amorfna tijela ...........................85 Hukov zakon ...... . ............. 86 Defonnacije Kolicina topiote ........................ , ........ ,88 Termicko sirenje cvrstih UJela i lecnosti ............... 90 Linearno sirenje ...

0

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

••

,.

0

•••••••••••••

90

Zapreminsko sirenje .......... , ....... , ....... , ... 91 Anomalija vode .......................... 91 0

•••••••

Termornetri ............................. , ....... 91

Rad i toplota. Prvi zakon termodinarnike . . . . ..

. ...... 93

Adijabatski procesi ...............................95 Carnotov kruini proces ........................... 95 Toplotne masine .................................97 Obratan kruini proces. Hiadnjak ....................98 Drugi zakon termodinamike ........................98 Fazni prelazi ................................... 100 Topljenje i ocvrscavanje .......................... 100 Isparavanje i kondenzacija ........................ 104 Prenos toplote ................................. 106 1. Odredivanje gustine tijela ....................... 108 2. Odredivanje koeficijenta trenja klizanja ............ 1'10 3. Provjera zakona 4. Gasni zakoni .. " . . . . . . . . . . ..

mehanicke energije ...... 111 ............................ 114 . .......................... 118

"Svaki listie biijke jesle jedna knjiga

za mudar i pronicijiv "pog/ed". Perzijski pjesnik

Predgovor

Knjiga je pisana prema programu fizike za 1. razred srednjill skola u se fizika izucava u prvom i razredu, a moze korisno posluziti i za ostale srednje skole. Izlozeni sadrzaji predstavljaju osnovu, kako za fiziku u narednim razredima, tako i za strucne predmete u navedenim skolama. Autor je koristio matematicki aparat samo onoliko koliko i cisle a da pri tome objasnjenja budu zasnovana na Prilikom obrade krelanja autor se za koji uzroka kretanja i obrade najopstijeg, krivolinijskog uvodenjem pojma vektora. Iskusivo da takav uzrast lIcenika prvog razreda kinematika i od proucavanja dllz pravca, pri cemu je tezisle date grafickoj obradi funkcionaine veze izmedu pojedinih fizickih veiicina. f\la krajll knjige dat je opis maze neke izabrati za rad, zavisne od raspoiozivog Sastavni dio ove knjige je zbirka "Zadaci tehnickih i srodnih skola", od istog autora.

Rijec fizika potice od U najstarijem nauke fizika izucavaia u smislu po cemu je i dobiia naziv. Tokom vromena doslo je do ogromnog porasta tako da so kao samostalne nauke itd. Fizika kao naUka u so smatra Fizika, kao fundamentalna prirodna nauka, Pri tome otkriva i njene osnovne obi ike S8 ta kretania vrse. Ti zakoni S8 odnose n3 svojstva i od kao stc su elementarne ceslice, do kakav je Svemir.

iz fizike za 1 razred

sc

Velicine karakterisl1 fizicke pojave iii ju se fizicke veliCine. Fizicke velicine su na itd.

Fizika je osnova moclerne tellnike i brojnim otkricima fizike razrijeseni su mnogi iz svakodnevnog iivota. Fizika je dala mogucnost za sve automobila elektricnih aparata, pa sve do savrei mobiteia.

nazivavrijeme, dllzina, brzina, sila,

Svaka fizicka veiicina ima brojnu vrijednost i odgovarajucu Na jer, kaiema da je duzina ucionice L=12 m. L je oznaka za dlliinll, 12 je brajna vrijednost duiine, m je jedinica za duzinu (m - metar).

LJudi su odavno imali potrebu da mjere neke velieine koje danas ubrajamo u fizieke velieine. U razlieila doba i u razlieitim dijelovima svijela upotrebljavaie su se za islu velieinu razlieite jediniee. Razvilak medunarodne trgovine, nauene i tehnieke saradnje nametnuo je potrebu da jed in ice budu zajednieke za sve zemlje svijeta. Izmedu velikog broja fiziekih velieina i njihovih jediniea neke su se mogle izdvojiti kao osnovne. Sve ostale fizicke velicine i odgovarajuce jedinice bi se onda mogle izraziti pomocu osnovnih. Osnovne jedinice i sve one koje se mogu iz njih izvesli nazivamo sistem jedinica. Godine 1960 ustanovljen je (skraceno SI Sislem Inlernationale d- Uniles). U tabeli, na kraju navedene su fizicke velicine i odgovarajuce jedinice (SI) koje su medunarodnirn dogovorom odobrene kao osnovne. One povezuju sva podrueja nauke i lehnike. SI jediniee su prilwalile skoro sve zernlje sviJeta. Na podrucju bivse Jugoslavije upotreba SI jediniea je zakonski obavezna odj. januara 1981. godine. U tabeli 2 tabeli 3 mjerne decirnalnih J,zvedenih SI jedinica.

za neke izvedene SI u se mogu u labeli 4 so mogu stavljati ispred osnovnih i

Fizika kao nauka pocela se brzo tek kada su u nju uvedeni eksperionda menlalni metodi istrazivanja. Aka hocemo dublje rJa ispitamo neku moramo nesto i da mjerirno. neku fizicku velicinu znac! je sa velicinom iste vrste je uzeta za U nasern primjeru, iz uvoda, duzina ucioniee je bila 12 m. Mi smo uporedili duzinu ucioniee sa jedinieom za duzinu, tj. sa metrom. Duzina ucioniee iznosi 12 jediniea c1uzine Ij. 12 metara. Iskustvo je pokazalo da rezunal rnjerenja fizickih velicina me rnoze bitl apso!ulno lacan. Rezultat zavisi, kako od preciznosli instrumenta, tako i od urnjesnosti onog ko vrsi mjerenje. Zato l1am uzaslopna isle veliCine sa istirn razlicite rezultate mjerenja.

Osjetimo da smo u prvom slueaju vise pogrijesili. Stoga se uvodi pojam relativne greske. Relativna greska mjerenja je odnos apsolutne greske i tacne vrijednosti velicine koja se mjeri:

Posto S8 tacna vrijednost mjerene velicine ne moze nikada potpuno saznati, umjesto tacne vrijednosii uzima se aritmeticka sredina x veeeg broja izmjerenill vrijednosti. Kako se izracunavaju greske Pri rnjerenju u konkretnorn slucaju, rnozes na6i u zlJirci "Ogledi i zadaci iz jiZllw z31. razred 5.S.", od islag 3utora.

Fizicke velicine po

mogu biti skalarne i vektorske. su potpuno odredene svojom brojnom i odgoTakve volicine su, na prirnjer, masa, itd. Kada, npr. kazerno da je autobusa 15 rninula, onela je ta velicina odredena. Za [leke velicine JO znati, pored brojne vrijednosti i jediniee, jos i da je brzina autobusa 50 km/h no pravac i smjer. Na potpuna brzinu autobusa, jer se l1e Fizicke velicine za je potpuno

mati velicine

SU,

SU.

na l'Ja sliei 2 prikazan je vektor brzine v. Vektor brzine je obilJozen slovorn pri eemu je iznad slova strelica. Iznos (intenvekiora obiijezava se slovorn bez strelice. Na v jo iznos vektora v . ako irnaju

ist! intenzilet, pravac i SI.3,

Odstupanje mjerene veiicine od tacne

naziva se

S1.4.

Na sliei 4 su prikazana dva suprolna veklora. ani imaju isii inienzitet i pravae, a suproian smjer.

gdje je xi-rnjerena velicina, xo-tacna vrijednost. Znajuci apsolutnu gresku rnjerenja, jos se ne moze steel odredena predstava 0 preeiznosti izvrsenog mjerenja. Na primjer, nije isto napraviti gresku od 1 em pri mjerenju duzine olovke i gresku od 1 em pl'i rnjerenju duzine stoia.

2

vektora. Malernaticke operacije sa vektorima razlikuju se od sa obicnim brojevima. Postoje dva nacina njihovog sabiranja: sabivektora slaganjem u paralelogram i sabiranje vektora nadovezivanjem. 3

Kako se sabiraju vektori slaganjem u paralelogram vidjet cemo na sljedecem primjeru. Rijeka se kreco brzinom v1=4 mls. Covjek u camell vesla okomito na tok rijeke brzinom vi=3 mis, Kako

U nasem primjeru dijagonala paralclograma je vektor brzine V , horizontalna komponenta brzina v" a vertikalna komponenta brzina ;';.(51.7), Mi tratimo iznos brzine kojem S8 avion penjo uvis. Koristenjom Pitagorine teorome dOhivamo da je,

60 5e kreta!i camac i kojom brzinom ce se kre!ati? v~

Rjesenje: Brzina rijeke je prikazana vektorom brzine v duO': rijeke i smjerom niz rijeku (sI.5.), jer je to smjer kretanja vode. covjek u u cameu vesla brzinom V. okomito na pravac kretanja rijeke. Oeito je da so camac nece kretati ni u jednom od dva pravca, Kazemo da co rijeka zanijeti camac i on ce imati neku rezultantnu brzinu \' Ta rezultantna brzina ce biti dijagonala paralelograma cijo su str80ice i ;;', . Ona ie usmjerena od zajodnickog pocetka ka tacki i;prekld;nih linijs. U nasem prirnjeru kad su vektori medusobno okomili, parillelo\Jmrn Je rrilvougnonik. Rezultantnl. voktor ;; rmrlstavlja vektorski (iii g(!ometrljski) zbir vcktorn v i v:::

: Na slloi 8, covjek pocne da pliva iz tacke 0, brzinom v t =2 mis, u smjnru okomitom na tok rijnke, Brzina rijeke je stalna i iznosi vo=4 mls.

el) Iorne silo so zanomnruju, ravan

pocotna brzina tijela jednaka nuli b) Pod djolovillljem stalne tijelo se krece ubrzano. Brzlna knjt! tljelo je

ill

s

LI

odredenom vremenskom intervalu o tome koliko ee

slle, maso i

F=2 N

1-2 s

m

F

a=m

20

a=

0,4 kg

0,4 kg

m

v=at=

m 2s;

siie

v=lOE.',

s

21

'-4J,. . '. "

Sila tete i letina

o C) Predeni put tijela je s = at2

5~.(2s)2

=

S2

,

S

10m

2

'.

.

mg

Kad drzimo kamen u ruei, osjecamo da on pritiskuje ruku iii je vuce nanize. Kazemo da kamen ima izvjesnu tezinu.

Odakle tijelima tezina? Zemlja privlaci sva tijela koja se nalaze oko nje. Sila kojom Zemlja privlaci tijelo zove se

sila tete.

S1.1.13. Sila leie

Saznali smo da, pod utieajem sile Zemljine teze, tijela dobivaju ubrzanje g. Prema 2. Newtonovom zakonu jacina sile Zemljine teze je, iz F=ma, F=mg. Obiljezava se obicno slovom Fg iii G, te je sila teie

51.1.12

mase i ubrzaoja sHe sile teze usmjeren je vertikalno prema Zemlji.

teie. Vektor

U svakodnevnoj praksi se cesce korlstl lerrnin tezina tljela. Medulirn u znacenju log lermina u svijeiu nije poslignut dogovor. Star-a definlcija: lezina tije[a je sila kojom

privlael tlj810

jednaka je oelinieijl siie tei8 i korlsti se u zClpadnirn zemlJ8ma. U rusklrn udzbenicirna preovladava definic:ija: tozina tijola jo sila kujonl lljelO pri\iskuj8 podlogu na kOjoj leii Iii latku vjesanJa na kojoj je (Jl\acenu. U jodnosl,lVnijlt11 stalickil11 prilTljorima iznos lozlne je jednak mg premo. abje definicije. Uslozenijlm sltuacijarna nije,

zadrfilva stanje mirovanja iii ravnomjerno pravolisvojlm djelovanjem ne promjenllo stanje. 2. Newtonov zakon: Ubrzanje onalno sili koja djeluje na tijelo, a

kazerno da je lezlna tljela sUa kOjorn Zemlja privlae! lijeJo,

F

Primjer: Kolika je tezina lijela mQse 1 kg? Tljelo mirujo n8 horlzontalnoj podlozi.

III

Jacina sile koja na lijelo daje mu ubrzanje jadnaka je proizvodu mase !ijela ubrzanja.

Oa ne bi bilo IJomulnje, terrnin lozina tijela korlslit cemo sarno u jednostavnijlm, stutick!rn prrnljerlrna (kada podloga na kojuj se nalazi tijelo mirujo Iii se krece ravnonljerno). U torn slucaju

Rjesenje: Tezlna tijel8 je F:::::ma

G=mg~l kg,9,Sj rnls2; G,:,,2,81 N

m

Tijelo mase 1 kg ima tezlnu 9,Sl N.

Elasticna sila. Dinamometar padaci:

Silu mozemo rnjeriti na osnovu efekta kojeg ona proizvodi. Za mjerenje sile najcesce se korisii dinamometar sa el3sticnorn oprugom. Opruga mora imati svojstvo da se poslije prestanka djelovanja spoljasnje sile vraca u prvobitan polozaj. Na slici 1.14. sila koja istete dinamometar je sila teze mg. Ako se gornji kraj opruge utvrdi, a na donji vjesaju tegovi, npr, od 1 kg, 2 kg, 3 kg, onda se moze ustanoviti da je istezanje isteie oprugu: proporcionalno sili

III na sva 4 tocka iii na dva zadnja locka. Zaslo se ne Iwcenje samo l1a

tockove?

2) Od kakve je kOlisti Ilaslol1jac za glavu na sjedislu volana? 3) Kaku (;e pasli covjek koji se: 8) spotuknG, b) pusklizne? (H: a) naprljed, b) nazad. Zasto?) rnase 400 9 djeluj8 slairla siia od 2,4 N. a) Kollko CD ubrzanjD doblli lljelo? b) Koiiku CD I kulikl CD put preCi za 3 s kretanja? (R a) a) a=6 m/s2, b) v=18 m/s; s=27 m) 5) Pod djelovanjern sile ad 6 N iijelo poslije 2 s dobije brzinu 8 m/s. Kolika je masa tijela? (R: a=4 m/s2; m=1 ,5 kg)

F=kx SI.1.14. Dinal1lOlUCUlr

22

23

gdje je x·velicina istezanja opruge, k-krutost opruge.

Napomena: *Primjere grafickog odredivanja sile reakcije pod loge. kao i sile zatezanja konca.

Pri istezanju (iii sabijanju) opruge spoljasnjom silom F u opruzi S9 javlja sila suprotnog smjera kao sila reakcije na spoljasnju silu. Ta sila se zove eiasticna sila F d . Ona je uvijek orijentisana prema ravnoteznom polozaju i njen iznos je

mozes pogledati u zbirci "Zadaci i ogledi iz fizike za 1. razred ... ". ns stroni 25 (primjer 2 i zadaci 3.13.,3,14.,3.14.a.).

Fet=·kx. Znak - pokazuje da elasticna sila i istezanje imaju sup rotan smjer.

Impuls nam je poznata iz svakodnevnog iskustva. Ako, u na nas natrci protivnicki igrac sudar te biti snazniji sto je veta masa i brzina igraca. je mase

Newtonov zakol1.

p=mv

Vee je bilo govora 0 stanjs kretanja da jf)

Jedinica

F

L\mi'. S

At

je Na

sliei

=

mv mozp,mo J

1.15. sili i vrsi so u

1I

u obliku

=Amv. Ako je jednacine

51.1.15. Silll

je ~ O.

strana

odnosno

nvu din8mometra ciinamol11etl'8 pokazulu Ogled mozema jediln dirt81110metm Dobijo S8 isti I'c7ultat:

Z(1kon 0drz\lnj:l imfil1iS,] jrHinostnvno se m07G onmonstrirati romo(;l1 rlj8t:ijcg h8lonn, Napusi Dalon. 0 zDtirn

ilustrovati Istovremeno on Na slid 1.14. teg isleze oprugu dinamometra silom ie,~K[;lIe je elasticna siia kojom opruga teg u

24

plJ;,ti

Rn!(ln

pot:nc krotnti LJ smj0nI supmlnom od iLidSkA zmka iz balooa (511 16.a). Kretanie balona moze 58 objasniti rl(1 sliecied n8cin. Ukupnn impuis SISlerna balon .zrak, priio biG jO

jednAk nulL l(ada pO(~nc iZ]Clzitl ostajo norrol11ionjon, Ij. i daljo je jednak

0=

.odnosno

25

Impuls koji dobi)8 balon (m2V2), jednak ]e po intenzitetu impulsu koji ima zrak i suprotnog je

-

Siaganje i razlaganje sila

smjera.

Takode i kretanje rakete se temelji na zakonu odrzanja impulsa. U raketi sagorijeva gorivo (najcesce smjesa kerozina i oksigena). Nastali gasovi izlaze iz rakete velikom brzinom, a raketa se krece u suprotnom smjeru. Kao i kod balona, u nasem primjeru, raketa dobiva isti impuls kao sto ga imaju i gasovi koji izlaze u suprotnom smjeru. Primjer: Iz puske eija ]e masa 800 g, izleti tane mase 1 g brzinom 200 In/s. Kolika ce biti brzina trzaja puske? Rjesenje: M=800 9=0.8 kg m=1 g=O,001 kg v=200 m/!? V=?

Pliska i tane Gine zatvoreni fizicki sistem, pa vrijedi zakon impulso. No pocelku (prije hica) ukupna koliclna je nuia, te je

0= ro\ +

-

vrn

V=-M PredLnak ( - ) pokazuje de je brzin::t puske suprotnog srnJolo od blzllm melko. Iznes brzine puske Je

v

200 ill: S . 0,001 kg. V ~ 0,25 ~

Govoreci 0 2. Newtonovom zakonu utvrdili smo da je sila vektorska velitina. To znaci da je osim intenziteta Uacine) vazno svojstvo sile i njen pravac i smjer djelovanja. Duzina vektora je srazmjerna iznosu sile, a strelica oznacava smjer sile. Silu kao vektor oznacavamo slovom F sa strelicom: F . Pocetna tacka A u kojoj djeluje sila (sl.1.17) 81.1.17. Vektor sile naziva se napadna tacka sile iii hvatiste. ce se dogoditi ako na tijelo istovremeno djeluje dvije iii vise sila? Tijelo ce se kretati kao da na njega djeluje samo jedna sila koja je jednaka zbiru sila 0 nezavisnosti sila: ako djeluju na tijelo. Pri tome vaii na neko tijelo vise sila, onda one djeluju neovisno Posto je sila veklorska velicina, onda za sila vaii praviio Sile sabiramo zovemo a silu veklora vee smo ucenik vuee stolicu onda ce se dva ucenika vuku stolicu, rezultante i iznos zavisi od cemo smatrati onda ce se ona kretati pO paralelograma stranice sile js

0,8 kg

i ed tr; Newtonova zakena moie da so predslavi kao posljOdici:l zakonu odrianja irnpuisil i (R 3. l'Jewtonov zakon) 2) Kada je fizicki sistorn izolovan (zalvoren)?

3) I