Simon József

rendszergazda és

informatika-fizika szakos tanár

Fizika összefoglaló

7. osztály

 

 

1. I.                  A testek mozgása

 

1. 1.      Összefüggés  az út és az idő között
   
   

A testek mozgása a megtett út és az út megtételéhez szükséges idő szerint kétféle lehet:

1. Egyenes vonalú egyenletes mozgás: ha egyenlő időtartamok alatt egyenlő utakat tesz meg.
   A megtett út és az út megtételéhez szükséges idő között egyenes arányosság van.
   Ezért grafikonon ábrázolva egyenes vonalat kapunk.
2. Változó mozgás: ha egyenlő időtartamok alatt több vagy kevesebb utat tesz meg gyorsuló vagy lassuló mozgásról beszélünk.
   Grafikonon ábrázolva a kapott pontok egy görbe vonalat alkotnak.

 

A testek mozgását mindig egy másik testhez viszonyítjuk. A ház nyugalomban van a Földhöz viszonyítva, de mozog a Naphoz képest.

 

 

1. 2.      A sebesség

 

A sebesség megmutatja, hogy az időegység alatt a mozgó test mekkora utat tesz meg.

Jele: v     

Mértékegysége:  [m/s]   vagy   [km/h]               1 m/s = 3,6 km/h

Kiszámítása: v = s/t             sebesség = út / idő

 

A megtett út kiszámítása: s = v*t

Az idő kiszámítása:           t = s/v

 

 

1. 3.      Az átlag és pillanatnyi sebesség

 

Átlagsebesség: A teljes útból és időből számítjuk ki az átlagsebességet.

Pillanatnyi sebesség: a nagyon rövid időből és az ez alatt megtett útból számított sebesség.

 

 

1. 4.      Szabadesés

 

A föld felé leeső testek mozgását szabadesésnek nevezzük.  A szabadesés egyenletesen gyorsuló mozgás, mert a leeső test esés közben egyre nagyobb utakat tesz meg, sebessége nő, gyorsuló mozgást végez.

A szabadon eső test pillanatnyi sebessége minden másodperc végére ugyanannyival, 10m/s-al lett nagyobb, egyenletesen gyorsuló mozgást végez. A 2. másodperc végére 20m/s, a 3. másodperc végére 30m/s pillanatnyi sebességet ér el.

A szabadon eső test az 1. másodpercben 5m-t tesz meg, a 2. másodpercben 20m-t, a 3. másodpercben 45m-t.

 

1. II.               A dinamika alapjai

 

A dinamika a természeti jelenségek okaival foglalkozik, vizsgálja, hogy mitől változik meg a testek mozgása.

 

1. 1.                A testek tehetetlensége

 

Mindegyik nyugalomban levő test csak egy másik test hatására képes elmozdulni.

A mozgásban lévő test sebességének nagysága vagy mozgásának iránya is csak egy másik test hatására változik meg.

Pl. az autó nem indul el magától, a sebessége nem nő vagy csökken ok nélkül, a mozgás iránya se változik meg magától.

 

A tehetetlenség törvénye: minden test nyugalomban marad, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez mindaddig, amíg ezt az állapotot egy másik test meg nem változtatja. Ez Newton I. törvénye.

 

A tehetetlenség mértéke a tömeg. Minél nagyobb egy test tömege, annál nagyobb a tehetetlensége.

A tömeg jele: m      mértékegysége: g < kg < t

 

 

1. 2.                A tömeg, térfogat és a sűrűség

 

Tömeg: m

Térfogat: V        mértékegysége: cm³, m³

 

Az egyenlő térfogatú testek tömege nagyon eltérő lehet, attól függően, milyen anyagból vannak.

A tömeg és térfogat hányadosa által meghatározott fizikai mennyiséget sűrűségnek nevezzük.

 

r = m / V      sűrűség = tömeg / térfogat

 

Jele: r        mértékegysége : g / cm³  ,    < kg / m³

 

V = m / r       m = r * V      

 

 

1. 3.                A mozgásállapot megváltozása

 

Ha megindul, mozgásba jön egy test, vagy a mozgó testnek megváltozik a mozgás sebessége vagy a mozgás iránya, akkor megváltozik a test mozgásállapota.

 

Egy test mozgásállapota mindig egy vele érintkező test hatására változik meg, és ilyenkor mindkét test mozgásállapota változik, kölcsönhatásban vannak egymással.

Változás mindig kölcsönhatás eredményeként jön létre.

 

1. 4.                Az erő

 

Valamely test sebességváltozása függ

-          a testre ható erő, vagyis a kölcsönhatás nagyságától

-          az erőhatás idejétől

-          és a test tömegétől

 

Az erő jele: F

Mértékegysége:  [N]     [kN]   Newton

Mérése: rugós erőmérővel történik.

 

1 N az az erő, mely 1 kg tömegű nyugvó testet 1 másodperc alatt 1 m/s sebességűre gyorsít.

 

Az erő vektormennyiség. Nyíllal ábrázoljuk. A nyíl az erő hatásvonala.

 -  Van iránya, ami megmutatja, merre mozdul el a test. Az erő irányát a nyíl mutatja.

 -  Van támadáspontja, ami megmutatja, az erő hol éri a testet. Ez a nyíl kezdőpontja.

 -   Van nagysága. Kisebb erőt kisebb, nagyobb erőt nagyobb nyíllal ábrázolunk.

 

1. 5.                Az erő típusai

 

-          rugalmas erő

-         izomerő

-         súrlódási erő

-         közeg-ellenállási erő

-         - gravitációs erő mezőn keresztül hatnak,

-         -    - mágneses erő                anélkanélkül, hogy a testhez

-         -    - elektromos erő    hozzáérnének

 

 

 

 

1. 6.                A gravitációs erő és a súly

 

 

A testek gyorsuló mozgással esnek a földre a gravitációs kölcsönhatás, vagyis a gravitációs erő hatására.

A gravitációs erő iránya függőlegesen lefelé mutat, támadáspontja a test tömegközéppontjában van. Ezért függőlegesen lefele mutató nyíllal ábrázoljuk, mely támadáspontja (kezdete) a test középpontjában van.

Jele: F_g 

 

Súly: az az erőt, mely nyomja az alátámasztást, vagy húzza a felfüggesztést.

Ábrázolása: függőlegesen lefelé mutató nyíl, melynek támadáspontja a két tesz érintkezési pontjában van.

Jele: G 

 

A súly kiszámítása: G = m * g         Súly = test tömege * a Földi gravitációs erővel

 

m = 0,1 kg    G = 1 N                          g ~10 m/s²   

m = 1 kg       G = 10 N

m = 1 g         G = 0,01 N

m = 10 kg    G = 100 N

 

 

1. 7.                A súrlódási erő és a közeg-ellenállási erő

 

A súrlódási erő két szilárd, egymáshoz súrlódó felület közt jön létre. A testek mozgásának csökkenését okozza.

A súrlódási erő függ:

- az érintkező felületeket összenyomó erőtől, vagyis a testek súlyától

- és a felületek minőségétől. Durva felületen nagyobb a súrlódás.

Nem függ az érintkező felületek nagyságától.

 

A közeg-ellenállási erő valamilyen közeg által kifejtett erő. Légnemű vagy folyékony közegben jön létre, ez a közeg akadályozza a test mozgását.

 

 

1. 8.                A rugalmas erő

 

A rugalmas testek által kifejtett erőt rugalmas, vagy rugóerőnek nevezzük. A megnyúlás egyenesen arányos a rugóra ható erővel. Nagyobb megnyúlás = nagyobb erő.

Rugalmas ereje lehet: rugónak, hajlékony műanyag vonalzónak, gumilabdának, …

 

 

1. 9.                Két erő együttes hatása

 

-          Ha egy testre két egyforma nagyságú, egyirányú erő hat, az eredő erő nagysága egyenlő lesz az erők összegével, iránya pedig megegyezik az eredeti két erő irányával.

-          Ha egy testre két egyforma nagyságú de ellentétes irányú erő hat, a két erő kiegyenlíti egymást, a test nyugalomban marad, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez.

-          Ha egy testre két különböző nagyságú, ellentétes irányú erő hat, akkor a test a nagyobb erő irányában mozdul el.

 

1. 10.           Erő – ellenerő

 

Két test között ha kölcsönhatás van megváltozik mindkettő mozgásállapota. Ha a két erő iránya ellentétes, a két test mozgása is ellentétes irányú. A két erő közül szokás az egyiket erőnek, a másikat ellenerőnek nevezni. Az erő az egyik, az ellenerő a másik testre hat.

 

Hatás-ellenhatás, vagy erő-ellenerő törvénye: két test kölcsönhatása során mindkét testre azonos nagyságú, egymással ellentétes irányú erő hat. Ez Newton III. törvénye.

 

 

1. 11.           A munka

 

Fizikai értelemben akkor történik munkavégzés, ha a test az erő irányába elmozdul.

 

Jele: W  

Mértékegysége:  [J]   vagy   [kJ]                       Joule (dzsúl)

 

Kiszámítása: W = F * s             Munka = erő * elmozdulás

 

Az elmozdulás kiszámítása: s = W * F

Az erő kiszámítása:           F = W / s

 

Ha tanulunk, vagy áll az ember zsákkal a vállán nincs munkavégzés, mert nincs elmozdulás.

1. 12.           A forgatónyomaték

 

 

A forgatónyomaték az erő forgató hatása.

Ha egy merev testet egy pontban rögzítünk, az erőhatás elfordítja a rögzített pont körül. Ez lesz a forgástengely. A forgástengely és az erő hatásvonala közti távolság az erőkar, k.

 

Minél nagyobb az erő, annál nagyobb a forgató hatása.

Minél nagyobb az erőkar, annál nagyobb ugyanannak az erőnek a forgató hatása.

 

Jele: M  

Mértékegysége:  [M*m]   vagy   [Nm]             

 

Kiszámítása: M = F * k             Forgatónyomaték= erő * erőkar

 

 

 

1. 13.           Egyensúly az emelőn

 

Az emelő egy forgástengely körül elfordítható rúd. Emelő a villáskulcs, a harapófogó, az ék, a mérleg.

 

A mérleg egy olyan emelő, amelyen a rá ható erők a forgástengely 2 oldalán vannak. Akkor kerül egyensúlyba, ha mindkét oldalon a forgatónyomaték egyenlő.

A mérleghinta úgyis egyensúlyba kerülhet, ha a könnyebb gyerek a forgástengelytől távolabb, a nehezebb pedig a tengelyhez közelebb ül.

 

M¹ = M²              F¹ * k¹ = F² *k²        

 

A csiga egy olyan henger, aminek az oldalán egy vágat van, és  a közepe a forgástengely.   

Az állócsiga tengelye  ugyanott marad emeléskor, a mozgócsiga tengelye a teherrel együtt elmozdul.

 

1. 14.           Egyensúly a lejtőn

 

A lejtő egy olyan meredek út, ami egy szöget, hajlásszöget zár be az egyenessel.

Minél nagyobb a lejtő hajlásszöge, annál nagyobb erővel lehet a testet egyensúlyban tartani.

 

Meredek úton nehezebb a babakocsit feltolni, de ha kisebb a hajlásszög, hosszabb lesz az út, mire ugyanolyan magasra feltoljuk a babakocsit.

 

1. Egyszerű gépek

 

Az emelő, a csiga, a lejtő, csavar, ék, mind egyszerű gépek.

Megkönnyítik az ember munkáját, úgy hogy

–        segítségükkel megváltoztathatjuk az erő irányát

-     megsokszorozhatjuk velük a kifejtett erőt.

 

Munkát nem takaríthatunk meg vele, mert ahányszor kisebb erő szükséges, annyiszor nagyobb úton kell kifejtenünk. Így az erő és elmozdulás szorzata a munka ugyanakkora lesz.

 

 

1. III.           A nyomás

 

 

1. 1.     A szilárd testek nyomása

 

A testeknek a súlyuk miatt van nyomásuk, nyomják az alattuk lévő felületet.

 

A nyomás jele: p  

Mértékegysége:  [Pa]   vagy   [kPa]      pascal

 

Kiszámítása: p = F / A            Nyomás = nyomóerő / nyomott felület

 

A nyomás növelhető  - a nyomóerő (súly) növelésével, vagy

                                   - a nyomott felület csökkentésével.

 

 

1. 2.     A folyadékok nyomása. Hidrosztatikai nyomás

 

A folyadék súlyából származik a hidrosztatikai nyomás.

A hidrosztatikai nyomás annál nagyobb  - minél nagyobb  a folyadékoszlop magassága (h)

  - minél nagyobb a folyadék sűrűsége. ( r)

 

A folyadék belsejében a hidrosztatikai nyomás – minden irányban terjed

 - azonos mélységben egyenlő.

 

p = r * h * g                 g  gravitáció  g = 10 m/s²

 

Pascal törvénye: a nyomóerő a folyadékban minden irányban egyenlő mértékben továbbterjed, és az edény falára azonos nyomás hat mindenütt.

 

Így működik a hidraulikus fék, a hidraulikus emelő. Meg lehet sokszorozni az általunk kifejtett erőt, és ezt az erőt távolabb is ki lehet fejteni.

 

1. 3.     A közlekedőedények

 

Közlekedőedény 2 vagy több, egymással összekötött edény, amelyek közt a folyadék szabadon áramolhat, közlekedhet.

A nyugalomban lévő folyadék felszíne a közlekedőedény minden ágában azonos magasságban és vízszintes síkban van.

 

1. 4.     A légnyomás

 

A levegő súlyából származó nyomást légnyomásnak nevezzük.

 

A levegő nyomását elsőnek Torricelli, olasz fizikus mérte meg. Egy 1 m hosszú üvegcsövet megtöltött higannyal, majd lefordítva higanyba állította. A csőben lévő higany szintje 76 cm magasságig kifolyt, majd megállapodott. Ezt azt jelenti, hogy a légnyomás a 76 cm magas higanyoszlop nyomásával egyenlő.

 

A légnyomás átlagos értéke 100 kPa.

A légnyomás függ:

–        A tengerszint feletti magasságtól, minél magasabbra megyünk, annál kisebb a légnyomás.

–        Ha nő a levegő gőztartalma (pl. eső előtt) csökken a levegő nyomása.

 

1. 5.     Arkhimédész törvénye

 

A vízbe merülő testekre felfelé irányuló erő hat. Ezt felhajtóerőnek nevezzük.

Amikor a folyadékba merül egy test kiszorítja a folyadék egy részét.

 

A felhajtóerő nagysága egyenlő a kiszorított folyadék súlyával. Ez Arkhimédész törvénye.

 

A levegőben, és más gázokban is érvényes Arkhimédész törvénye.

 

A felhajtóerő meghatározása:

 

 

 

 

 

 

 

1. 6.     A testek úszása és a sűrűség.   Folyadékba merülő testre ható erők

 

Úszik: - azok a testek úsznak a folyadékban, amelyeknek az anyaga kisebb sűrűségű, mint a folyadék sűrűsége.

-   Ha kisebb a gravitációs erő mint a felhajtóerő

Elmerül: - azok a testek merülnek el, amelyeknek az anyaga nagyobb sűrűségű, mint a folyadék sűrűsége.

-   Ha nagyobb a gravitációs erő mint a felhajtóerő

Lebeg: - azok a testek lebegnek a folyadékban, amelyeknek az anyaga ugyanakkora sűrűségű, mint a folyadék sűrűsége.

-   Ha ugyanakkora a gravitációs erő mint a felhajtóerő

 

 

1. IV.           A nyomás

 

1. 1.     A hőmérséklet

 

A testek hőmérsékletét a testben tárolt belső energia biztosítja.

A hőmérsékletet hőmérővel mérjük.

Jele: T

Mértékegysége: ⁰C (Celsius fok)  , K (Kelvin)

 

A Celsius skálán 2 alappont van: 0 ⁰C -  ez a víz fagyáspntja, és a 100 ⁰C, ami a víz forráspontja.

 

1. 2.     A hőtágulás

 

A hőmérséklet emelkedésekor a szilárd testek kitágulnak, hosszuk, térfogatuk nagyobb lesz, a hőmérséklet csökkenésekor összehúzódnak, hosszuk, térfogatuk kisebb lesz.

 

A hőmérséklet emelkedésekor a folyékony testek és gázok is kitágulnak, térfogatuk nagyobb lesz.

 

A hőtágulás függ

-         az anyagi minőségtől, (kivéve a gázokat: mindegyik gáz egyenlő mértékben tágul)

-         annál nagyobb, minél nagyobb a hőmérséklet-emelkedés

-         annál nagyobb, minél nagyobb a testek, folyadékok eredeti térfogata, (hossza)

 

 

1. 3.     A hőterjedés

 

Hővezetés: a forró folyadékba tett kanál nyele is hamarosan forró lesz….a kanál végig vezeti a hőt a nyeléig. A fémek jó hővezetők. A rossz hővezetőket hőszigetelőknek nevezzük.

 

Hőáramlás: ha vizet melegítünk a láng felett a víz felfele mozog, az edény másik részében lefelé. A felmelegedett víz tágul, sűrűsége csökken, ezért felemelkedik, a helyére hideg víz áramlik. Ez a hőáramlás.

 

Hősugárzás: a nap sugarai télen is melegítenek, mikor a levegő hideg. A meleg testekből kiinduló láthatatlan sugaraknak, a hősugaraknak a melegítő hatását érezzük. Ezt a jelenséget hősugárzásnak nevezzük. A hősugárzáshoz nincs szükség közvetítő anyagra.

 

 

1. 4.     A testek felmelegítése munkavégzéssel

 

Ha egy tárgyat megdörzsölünk, felmelegszik. Munkát végeztünk a súrlódási erővel szemben, ezért emelkedett a test hőmérséklete.

A hőmérséklet emelkedés azt jelzi, hogy nő a test energiája. Ezt az energiaváltozást hőmennyiségnek, vagy röviden hőnek nevezzük.

Az energia jele: E

Az energia változás jele: CE

Mértékegysége: J, kJ

 

 

1. 5.     A testek felmelegítése tüzelőanyagok elégetésével

 

Égés során a tüzelőanyagok hőmérséklete megnő, képesek energiájuk egy részét a hidegebb környezetnek átadni.

A tüzelőanyagok elégetésekor annál nagyobb a hőmennyiség, minél nagyobb az elégett anyag tömege. A különböző tüzelőanyagok elégetéskor különböző mértékben képesek környezetük energiáját növelni.

 

Az égéshő megmutatja, hogy 1 kg tüzelőanyag mekkora energiát ad át a környezetének.

Jele: Lé

Mértékegysége:  kJ / kg,   J / kg

 

Kiszámítása:    Lé = Q / m       égéshő = hőmennyiség / tömeg

 

 

1. 6.     A termikus kölcsönhatás

 

Ha két különböző hőmérsékletű anyag kölcsönhatásba kerül, a hidegebb felmelegszik, energiája nő, a melegebb lehűl, az energiája csökken, a két test kölcsönösen hat egymásra. Ezt a kölcsönhatást nevezik termikus kölcsönhatásnak.

 

1. 7.     A fajhő

 

Egyes anyagok felmelegedéséhez, több, másokhoz kevesebb hő kell.

A fajhő megmutatja, mennyi energia szükséges 1 kg anyag hőmérsékletének 1 ⁰C-al való emelkedéséhez.

Jele: c

Mértékegysége: kJ / kg * ⁰C

 

A termikus kölcsönhatás során átadott hőmennyiség:

 

Q = c * m * CT        hőmennyiség = fajhő * tömeg * hőmérséklet-változás

 

 

8. Az anyag részecskeszerkezete

 

Minden anyag apró részecskékből áll, ezek folyamatos mozgásban vannak, minél magasabb a hőmérséklet annál gyorsabban mozognak.

 

A szilárd anyagok részecskéi meghatározott helyük körül rezegnek.

A folyadékrészecskék is mozognak, egymáson elgördülhetnek.

A gázrészecskék bármekkora távolságba el tudnak mozdulni egymástól.

 

1. 9.     Olvadás és fagyás

 

Azt a halmazállapot-változást, amikor a szilárd anyagok folyékonnyá válnak, olvadásnak nevezzük.

 

Olvadáskor a részecskék hőenergiája megnő, felmelegednek, ezért gyorsabban kezdenek mozogni, így kiszabadulnak a helyükről, folyékonnyá válnak.

Olvadás az olvadásponton következik be. A hőmérséklet addig nem emelkedik olvadás alatt, amíg a tejes anyagmennyiség meg nem olvad.

 

Az olvadáshő megmutatja, hogy 1 kg anyag megolvasztásához mekkora hőmennyiségre van szükség.

Jele: Lo

Mértékegysége: kJ / kg ,     J / kg

 

Lo = Q / m         olvadáshő  = hőmennyiség /  tömeg

 

Q = Lo * m     

   

Azt a halmazállapot-változást, amely közben a folyadék szilárddá válik, fagyásnak nevezzük. A fagyás a fagyásponton történik. Fagyáskor a testek sűrűsége nő, térfogata csökken.

 

Az olvadás és fagyás azonos hőmérsékleten megy végbe, a fagyáshő egyenlő az olvadáshővel.

 

 

1. 10.       Párolgás

 

Az a halmazállapot-változás, mely közben a folyadék légneművé válik.

 

Párolgás a folyadék felszínén következik be, és a folyadék minden hőmérsékleten párolog.

A környezettől hőt von el, ezért fázunk vizesen.

 

A párolgás függ: - az anyag minőségétől

 - hőmérséklettől (magasabb hőmérsékleten gyorsabban párolog)

 - a légáramlástól

 -  a környezet páratartalmától

 - a párolgó felülettől

 

 

1. 11.      Forrás és lecsapódás

 

A forrás olyan halmazállapot-változás, melynek során nemcsak a felszínén, hanem a folyadék belsejében is keletkezik gáz.

Forráskor a víz belsejében a buborékokat vízgőz alkotja, légneművé vált víz.

 

Az a hőmérséklet, amelyen az anyag forrni kezd, a folyadék forráspontja. Minden anyag más hőmérsékleten forr.

 

Az forráshő megmutatja, hogy 1 kg anyag elforralásához mekkora hőmennyiségre van szükség.

Jele: Lf

Mértékegysége: kJ / kg ,     J / kg

 

Lf = Q / m         forráshő  = hőmennyiség /  tömeg

 

Q = Lf * m     

 

Azt a halmazállapot-változást, amelyen a gőz folyékonnyá válik lecsapódásnak nevezzük.

 

 

1. 12.      Az energia és fajtái

 

Az energiával rendelkező testek képesek a velük kölcsönhatásba lépő másik test állapotának megváltoztatására.

Változhat: hőmérséklete, sebesség nagysága és iránya, halmazállapota

 

1. Mechanikai energia:

-         Mozgási energia – a mozgó testek rendelkeznek mozgási energiával. Ez az energia annál nagyobb, minél nagyobb  a test tömege és a sebessége.

-         Rugalmas energia – a rugalmas testeknek rugalmas energiájuk van.

-         Magassági vagy helyzeti energia – magasan elhelyezkedő testek energiája. Annál nagyobb, minél magasabban helyezkedik el a test, és minél nagyobb a tömege.

 

2. Termikus energia :– a testek belső energiája, a hőmérsékletükből adódik. Hőmérséklet- és halmazállapot-változáskor a termikus energia is megváltozik.