Eðlisfræði 1: Yfirlit

1. Eðlisfræði 1: Yfirlit Þorsteinn Vilhjálmsson haustmisseri 2001

2. 1. Inngangur • Hvað er eðlisfræði? • Greinar eðlisfræðinnar • Hugtök, lögmál, líkön kenningar • Einingar, tölur, marktækir stafir • Stærðarþrep • Víddir

3. 2-3. Vigrar o.fl. • Stigstærðir og vigrar • Þættir vigurs, stærð og stefna, einingarvigrar • Vegalengd og færsluvigur sem dæmi • Depilfeldi og krossfeldi • Staður, hraði, ferð, hröðun • Meðalgildi og stundargildi • Merking hugtaka á línuritum • Föst hröðun, frjálst lóðrétt fall • Mikilvægi vigra í lýsingu hreyfingar

4. 4. Tregða og þrívíð hreyfing • Fyrsta lögmál Newtons • Þrívíð hreyfing (ekki bara tvívíð): • Staðarvigur, hraði, hröðun; dæmi • Jöfn hröðun, hreyfing kasthlutar • Jöfn (og ójöfn) hringhreyfing • Viðmiðunarkerfi, tregðukerfi, afstæður hraði, jöfnur Galíleós

5. 5. Kraftur og massi • Gangfræði og hreyfifræði • Kraftur • Snerting eða fjarverkun, togað eða ýtt • Massi: Mælikvarði á tregðu • Kraftur, hröðun og 1. lögmál Newtons • Annað lögmál Newtons • Þyngd (ekki sama og massi!) • Þriðja lögmál Newtons, átak og gagntak • Beiting Newtons: Ýmis dæmi

6. 6. Meðferð krafta • Grunnvíxlverkanir efnisins • Beiting hreyfijöfnu • Mikilvæg dæmi um krafta • Núningur (þurrir, ósmurðir snertifletir) • Stöðunúningur og hreyfinúningur • Gormur, lögmál Hookes • Hringhreyfing, 3. lögmál Keplers • Mótstaða í straumefni, markhraði • Miðsóknarkraftur, Coriolis, Foucault

7. 7. Vinna og orka • Vinna fasts krafts • láréttur núningur, þyngdarkr. á skáborði, þverkraftur, núningur í veltu • Vinna breytilegs krafts, gormkr. Hookes • Vinna í þrívíðri hreyfingu, þyngdarkr. • Vinna og hreyfiorka • Afköst eða afl • Orkustiginn • Orka bíla

8. 8. Varðveisla orkunnar • Hugtakið staðarorka (stöðuorka) • Staðarorka og hreyfiorka • Geymnir kraftar, leiðin, mættisföll, dæmi • Geyminn kraftur sem stigull (gradient) • Kraftur og mætti í einni vídd • Staðarorka og hreyfing, orkuvarðveisla • Þyngdarlögmál og stöðuorka, dæmi • Ógeymnir kraftar

9. 9. Skriðþungi og árekstrar • Skilgreining skriðþunga • Breytingar á heildarskriðþunga kerfis • Varðveisla skriðþungans • Atlag og árekstrar • Árekstrar og skriðþungi • Orkan, fjaðrandi og ófjaðrandi árekstrar • Einfaldar niðurstöður um fjaðrandi árekstra • Ýmis dæmi um beitingu

10. 10. Agnakerfi • Massamiðja (CM), skilgreining • Aðferðir til að finna massamiðju • Fyrsta lögmál Newtons fyrir agnakerfi: • Hraðavigur CM fastur í einangruðu kerfi • Annað lögmál Newtons fyrir agnakerfi: • Hröðun CM ákvarðast af summu ytri krafta • Ýmis dæmi um hreyfingu massamiðju • Hreyfiorka kerfis, K, skiptist í skriðorku sem tengist CM og orku hreyfingar um CM • Hreyfing eldflaugar

11. 11. Snúningur B. 211 • Stjarfhlutur: Innbyrðis afstaða agna óbreytt • Jöfnur um gangfræði snúnings • horn, hornhraði, hornhröðun, velta • Hverfitregða • Mælikvarði á mótstöðu gegn breytingu á snúningi • Aðferðir til að finna hverfitregðu • Skriður, snúningur og velta • Snúningsorka: Hreyfiorka vegna snúnings • Kraftvægi, armur krafts

12. B. 237 12. Hreyfifræði snúnings • Kraftvægiðt er vigur • Hverfiþungi • fyrir ögn og fyrir stjarfhlut um fastan ás • í línulegri hreyfingu og hringhreyfingu • Hreyfifræði snúnings • vægi innri krafta • Hreyfijafna og varðveisla hverfiþungans • Ýmis dæmi tekin: Sérstök lota! • Stöðujafnvægi

13. 13. Þyngd Sbr. Benson 265, en breytt • Aðdragandinn að aflfræði Newtons • Þyngdarlögmálið • Staðarorka vegna þyngdar, brautir hluta og hnatta • Tregðumassi og þyngdarmassi • Sviðshugtakið, þyngdarsvið, þyngdarhröðun • Þyngdarhröðun og virk hröðun við jörð • Þrjú lögmál Keplers um hreyfingu reikistjarna • Setning Newtons um þyngdarsvið frá kúlu • Sjávarföll, orsakir þeirra og einkenni

14. 14. Storka og straumefni B. 284 • Eðlismassi, getur verið fall af r og t • Fjaðureiginleikar efnis ráðast af • stuðli Youngs, skúfstuðli og rýmisfjöðrun • sbr. bylgjur, t.d. jarðskjálftabylgjur • Þrýstingur, lögmál Pascals: • Áhrif utanaðkomandi þrýstings á straumefni • Lögmál Arkímedesar: Flotkraftur • Varðveislujafnan um straumefni • Lagstreymi og iðustreymi, jafna Bernoullis: • Lagstreymi í óþjappanlegu kjörstraumefni

15. 15. Sveiflur B. 304 • Einkennisstærðir í einföldum hreinum sveiflum (EHS): sveiflutími, sveifluvídd, tíðni, horntíðni og upphafsfasi • Í EHS er sveiflutími óháður sveifluvídd og hún er fasti • EHS kemur fram þegar krafturinn er F = - kx • K og U breytast eftir tíma og stað en summan er föst • Einfaldur pendúll, raunpendúll og snúningspendúll. • Deyfðar sveiflur, t.d. ef við bætist F = - l v • Þrenns konar tilvik, eftir styrk deyfingar • Þvingaðar sveiflur: Ytri kraftur sem sveiflast • Hermur eru mikilv. fyrirbæri sem kemur víða við sögu

16. 16. Bylgjur: Yfirlit B. 324 • Einkenni bylgna, útbreiðsla, summuregla, endurkast, framferð, bylgjubrot, öldubeygja • Hraði ákvarðast af eiginleikum “burðarefnis”, t.d. togkrafti og massaþéttleika í streng • Hreintóna (harmonic) bylgjur • Munurinn á hraða efnis og bylgju • Stæðar bylgjur, m.a. hermandi (resonant) • Orkuflutningur í bylgjum • Bylgjujafnan (diffurjafna)

17. 17. Hljóð B. 347 • Langsbylgjur, sveiflur í þéttleika, þrýstingi og hreyfingu • Stæðar hermibylgjur í opnum eða lokuðum pípum • Doppler-hrif: Breyting á tíðni vegna hreyfingar • Hljóðstyrkur: Orkuflutningur, kvarðinn • Við heyrum tíðni frá um 20 Hz upp í 20.000 Hz • Úthljóð og innhljóð eru þar fyrir utan • Bylgjur á vatni, tvístrun • Setning Fouriers og þýðing hennar fyrir heyrn og tónlist

18. 18. Hiti o.fl. B. 365, breytt • Hitahugtakið • hitajafnvægi, núllta lögmál varmafræðinnar • Hitakvarðar, hitamælar • (kelvin, Celsíus, Fahrenheit), • Hitaþensla • fyrirbærið, jöfnur, skýringar, vatn • Ástandsjafna kjörgass • jafna van der Waals

19. 19. Fyrsta lögmál vfr.: Yfirlit B. 377, breytt • Varmi og innri orka • eðlisvarmi • Varmaflutningur: • varmaleiðing, varmaburður og varmageislun • Fasaskipti • Fyrsta lögmál varmafræðinnar • Vinna, varmi og innri orka, hringferli • Mismunandi ferli, t.d. óvermin, jafnhitaferli osfrv.

20. 20. Kvikfræði B. 401 • Kjörgaslíkanið • Kvikfræðin tengir stórsæjar stærðir eins og hita og þrýsting við hreyfingu smásærra einda (sameinda og frumeinda) • Jafnskipting orkunnar og tengslin við hitann • Kvikfræðin og eðlisvarminn • Hraðadreifingin (Maxwell/Boltzmann) • Jafna van der Waals, fasaskipti

21. 21. Óreiða B. 417 • Varmavél: Hluti varmastreymis til að framleiða vinnu • Kælir: Vinna flytur varma frá köldum stað til heitari • Samkvæmt öðru lögmáli varmafræðinnar er hvorki hægt að búa til fullkomna varmavél né fullkominn kæli • Jafngeng og eingeng ferli • Carnot-hringur er viðmiðun fyrir annars konar hringi • Óreiða S (entropy) er ástandsfall, óháð leið kerfisins • Skv. 2. lögm. getur S í einangruðu kerfi ekki minnkað