Основные формулы по физике: простыми словами и с примерами

Статья содержит основные формулы по физике, включая законы Ньютона, закон всемирного тяготения, закон сохранения энергии, закон сохранения импульса, закон Ома, формулы скорости, ускорения, работы, мощности и закон Кулона.

Введение

В данном плане лекции мы рассмотрим основные формулы по физике, которые являются основой для понимания и решения различных физических задач. Формулы позволяют описывать и предсказывать поведение физических объектов и явлений, а также вычислять различные величины, такие как скорость, ускорение, работа, мощность и другие.

Законы Ньютона

Законы Ньютона — основополагающие принципы классической механики, сформулированные английским физиком Исааком Ньютоном в XVII веке. Эти законы описывают движение тел и взаимодействие между ними.

Первый закон Ньютона (Закон инерции)

Первый закон Ньютона утверждает, что тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не действует внешняя сила. Если сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю, то тело сохраняет свое состояние движения или покоя.

Второй закон Ньютона (Закон движения)

Второй закон Ньютона устанавливает связь между силой, массой и ускорением тела. Он гласит, что ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе. Формула второго закона Ньютона выглядит следующим образом:

F = m * a

где F — сила, m — масса тела, a — ускорение.

Третий закон Ньютона (Закон взаимодействия)

Третий закон Ньютона утверждает, что для каждого действия существует равное и противоположное по направлению реакция. Если одно тело оказывает силу на другое тело, то второе тело оказывает равную по модулю, но противоположную по направлению силу на первое тело.

Законы Ньютона являются основой для понимания и описания механического движения тел. Они позволяют решать задачи, связанные с движением тел и взаимодействием между ними.

Закон всемирного тяготения

Закон всемирного тяготения, также известный как закон тяготения Ньютона, является одним из фундаментальных законов физики. Он описывает взаимодействие между двумя телами, обладающими массой, и определяет силу притяжения между ними.

Определение

Закон всемирного тяготения утверждает, что каждое тело во Вселенной притягивается к любому другому телу силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Математическая формула

Математически закон всемирного тяготения можно записать следующим образом:

F = G * (m1 * m2) / r^2

где F — сила притяжения между двумя телами,

G — гравитационная постоянная (постоянная Ньютона),

m1 и m2 — массы двух тел,

r — расстояние между телами.

Свойства

Из закона всемирного тяготения следует несколько важных свойств:

• Сила притяжения между двумя телами направлена вдоль прямой, соединяющей их центры.
• Сила притяжения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
• Сила притяжения не зависит от состава тел и их формы, а зависит только от их массы и расстояния между ними.
• Сила притяжения между двумя телами всегда существует, независимо от их удаленности друг от друга.

Закон всемирного тяготения играет важную роль в понимании движения небесных тел, таких как планеты, спутники и звезды. Он объясняет, почему планеты вращаются вокруг Солнца и спутники вращаются вокруг планет. Также этот закон позволяет рассчитывать силу притяжения между любыми двумя телами во Вселенной.

Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии является одним из основных законов физики. Он утверждает, что в изолированной системе энергия сохраняется, то есть не создается и не уничтожается, а только преобразуется из одной формы в другую.

Определение

Энергия — это способность системы или тела совершать работу или передавать тепло.

Свойства

• Энергия может существовать в различных формах, таких как кинетическая энергия (связанная с движением), потенциальная энергия (связанная с положением), тепловая энергия (связанная с температурой) и другие.
• В изолированной системе, где нет внешних сил, сумма всех видов энергии остается постоянной.
• Энергия может быть преобразована из одной формы в другую. Например, кинетическая энергия может быть преобразована в потенциальную энергию и наоборот.
• Закон сохранения энергии применим к любым физическим процессам, включая механические, термодинамические, электромагнитные и другие.

Закон сохранения энергии является фундаментальным принципом, который позволяет анализировать и предсказывать различные физические явления. Он играет важную роль во многих областях науки и техники, включая механику, термодинамику, электродинамику и другие.

Закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса является одним из основных законов физики и утверждает, что в системе, где нет внешних сил, общий импульс системы остается постоянным.

Определение импульса

Импульс тела определяется как произведение его массы на его скорость. Импульс обозначается символом «p» и вычисляется по формуле:

p = m * v

где «p» — импульс, «m» — масса тела и «v» — скорость тела.

Закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса утверждает, что если в системе нет внешних сил, то общий импульс системы остается постоянным. Это означает, что если два тела взаимодействуют друг с другом, то сумма их импульсов до взаимодействия равна сумме их импульсов после взаимодействия.

p₁ + p₂ = p_1′ + p_2′

где «p₁» и «p₂» — импульсы тел до взаимодействия, а «p_1′» и «p_2′» — импульсы тел после взаимодействия.

Пример применения закона сохранения импульса

Рассмотрим пример с двумя телами. Пусть первое тело массой «m₁» движется со скоростью «v₁«, а второе тело массой «m₂» движется со скоростью «v₂«. После взаимодействия скорости тел изменяются на «v_1′» и «v_2′«. Согласно закону сохранения импульса, имеем:

m₁ * v₁ + m₂ * v₂ = m₁ * v_1′ + m₂ * v_2′

Это уравнение позволяет нам решать задачи, связанные с взаимодействием тел и определять их скорости после взаимодействия.

Закон сохранения импульса является важным принципом в физике и находит применение во многих областях, включая механику, астрономию, электродинамику и другие.

Закон Ома

Закон Ома является одним из основных законов в электрической цепи и описывает зависимость между током, напряжением и сопротивлением.

Определение

Закон Ома утверждает, что сила тока, протекающего через проводник, прямо пропорциональна напряжению на этом проводнике и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Математическая формулировка

Математически закон Ома записывается следующим образом:

I = V / R

где:

• I — сила тока, измеряемая в амперах (A);
• V — напряжение на проводнике, измеряемое в вольтах (V);
• R — сопротивление проводника, измеряемое в омах (Ω).

Свойства

Из закона Ома следует несколько важных свойств:

1. При постоянном напряжении, сила тока прямо пропорциональна сопротивлению проводника. Если сопротивление увеличивается, то сила тока уменьшается, и наоборот.
2. При постоянном сопротивлении, сила тока прямо пропорциональна напряжению на проводнике. Если напряжение увеличивается, то сила тока также увеличивается, и наоборот.
3. Сопротивление проводника зависит от его материала, длины и площади поперечного сечения. Чем больше сопротивление, тем меньше ток будет протекать через проводник при заданном напряжении.

Закон Ома является основой для расчета и проектирования электрических цепей, а также позволяет понять, как влияют изменения напряжения и сопротивления на силу тока.

Формула скорости

Формула скорости позволяет вычислить скорость тела, движущегося по прямой линии, и определяется как отношение пройденного пути к затраченному времени.

Формула:

v = s / t

где:

• v — скорость тела;
• s — пройденный путь;
• t — затраченное время.

Единицы измерения скорости зависят от системы измерения, которая используется. В Международной системе единиц (СИ) скорость измеряется в метрах в секунду (м/с), в системе СГС — в сантиметрах в секунду (см/с), а в системе США — в футах в секунду (фт/с).

Формула скорости основана на предположении, что тело движется с постоянной скоростью. Если скорость тела изменяется, то для определения мгновенной скорости необходимо использовать другие методы, такие как дифференциальное исчисление.

Формула скорости является одной из основных формул в физике и находит применение во многих областях, включая механику, динамику, кинематику и другие.

Формула ускорения

Формула ускорения используется для определения изменения скорости тела в единицу времени. Ускорение — это величина, которая показывает, насколько быстро меняется скорость объекта.

Определение ускорения

Ускорение (a) определяется как отношение изменения скорости (Δv) к изменению времени (Δt):

a = Δv / Δt

где a — ускорение, Δv — изменение скорости, Δt — изменение времени.

Единицы измерения ускорения

Ускорение измеряется в единицах длины, деленных на квадрат времени. В системе Международных единиц (СИ) ускорение измеряется в метрах в секунду в квадрате (м/с²). В системе США ускорение измеряется в футах в секунду в квадрате (фт/с²).

Свойства ускорения

Ускорение может быть положительным или отрицательным, в зависимости от направления изменения скорости. Положительное ускорение означает, что скорость объекта увеличивается, а отрицательное ускорение — что скорость уменьшается.

Ускорение также может быть постоянным или переменным. Постоянное ускорение означает, что скорость меняется равномерно со временем, в то время как переменное ускорение означает, что скорость меняется неравномерно.

Формула ускорения является одной из основных формул в физике и находит применение во многих областях, включая механику, динамику, кинематику и другие.

Формула работы

Формула работы связывает работу, силу и перемещение объекта. Работа — это энергия, передаваемая или преобразуемая приложенной силой для перемещения объекта.

Формула:

Работа (W) = Сила (F) * Перемещение (d) * cos(θ)

Где:

• Работа (W) измеряется в джоулях (Дж) или ньютон-метрах (Н·м).
• Сила (F) измеряется в ньютонах (Н).
• Перемещение (d) измеряется в метрах (м).
• θ (тета) представляет угол между направлением силы и направлением перемещения.

Угол θ играет важную роль в формуле работы, так как работа зависит от направления силы и перемещения. Если сила и перемещение направлены в одном направлении, то cos(θ) будет равен 1 и работа будет максимальной. Если сила и перемещение направлены в противоположных направлениях, то cos(θ) будет равен -1 и работа будет отрицательной.

Формула работы позволяет рассчитать количество энергии, которое было передано или преобразовано приложенной силой для перемещения объекта. Эта формула широко используется в механике, физике и других областях, где изучается работа и энергия.

Формула мощности

Мощность — это физическая величина, которая определяет скорость выполнения работы или преобразования энергии. Формула мощности позволяет рассчитать количество работы, которое выполняется или энергии, которая преобразуется в единицу времени.

Формула:

Мощность (P) вычисляется как отношение работы (W), выполненной или энергии (E), преобразованной за определенное время (t).

Формула мощности:

P = W / t

или

P = E / t

где:

P — мощность (в ваттах, Вт)

W — работа (в джоулях, Дж)

E — энергия (в джоулях, Дж)

t — время (в секундах, с)

Мощность измеряется в ваттах, что равно одному джоулю работы, выполненной или энергии, преобразованной в течение одной секунды.

Формула мощности позволяет определить, насколько быстро работа выполняется или энергия преобразуется. Чем больше мощность, тем быстрее работа выполняется или энергия преобразуется.

Формула закона Кулона

Закон Кулона описывает взаимодействие между двумя точечными зарядами. Он устанавливает, что сила взаимодействия между двумя зарядами прямо пропорциональна произведению их величин и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Математически закон Кулона записывается следующей формулой:

F = k * (|q1| * |q2|) / r^2

где:

F — сила взаимодействия между зарядами (в ньютонах, Н)

k — постоянная Кулона (в кулонах на квадрат метра, Кл/м^2)

q1 и q2 — величины зарядов (в кулонах, Кл)

r — расстояние между зарядами (в метрах, м)

Постоянная Кулона (k) имеет значение 8,99 * 10^9 Н * м^2/Кл^2 и является фундаментальной константой в физике.

Формула закона Кулона позволяет определить силу взаимодействия между двумя зарядами на определенном расстоянии. Чем больше величины зарядов и чем меньше расстояние между ними, тем сильнее будет сила взаимодействия.

Таблица основных формул по физике

Тема	Определение	Свойства
Законы Ньютона	Три основных закона, описывающих движение тела под воздействием силы.	Первый закон: тело остается в покое или движется равномерно прямолинейно, если на него не действуют силы. Второй закон: сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на его ускорение. Третий закон: действие и реакция всегда равны по величине и противоположны по направлению.
Закон всемирного тяготения	Закон, описывающий взаимодействие масс с помощью гравитационной силы.	Сила притяжения между двумя телами прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила всегда направлена по линии, соединяющей центры масс тел.
Закон сохранения энергии	Закон, утверждающий, что в изолированной системе полная энергия остается постоянной.	Энергия может переходить из одной формы в другую, но ее общая сумма не меняется. Формы энергии: кинетическая, потенциальная, тепловая, химическая и другие.
Закон сохранения импульса	Закон, утверждающий, что в изолированной системе полный импульс остается постоянным.	Импульс тела равен произведению его массы на скорость. При взаимодействии двух тел сумма их импульсов до и после взаимодействия остается неизменной.
Закон Ома	Закон, описывающий зависимость тока, напряжения и сопротивления в электрической цепи.	Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Сопротивление равно отношению напряжения к току.
Формула скорости	Формула, определяющая скорость тела как отношение пройденного пути к затраченному времени.	Скорость измеряется в метрах в секунду (м/с). Скорость может быть положительной (движение вперед) или отрицательной (движение назад).
Формула ускорения	Формула, определяющая ускорение тела как отношение изменения скорости к затраченному времени.	Ускорение измеряется в метрах в секунду в квадрате (м/с²). Ускорение может быть положительным (ускорение) или отрицательным (замедление).
Формула работы	Формула, определяющая работу как произведение силы, приложенной к телу, на пройденное им расстояние.	Работа измеряется в джоулях (Дж). Положительная работа совершается при перемещении тела в направлении силы, отрицательная — против силы.
Формула мощности	Формула, определяющая мощность как отношение работы к з Заключение В данной лекции мы рассмотрели основные формулы по физике, которые помогают нам описывать и понимать различные явления и законы природы. Законы Ньютона позволяют определить движение тела и его взаимодействие с другими объектами. Закон всемирного тяготения объясняет притяжение между телами на основе их массы и расстояния между ними. Закон сохранения энергии и импульса показывают, что энергия и импульс системы остаются постоянными при определенных условиях. Закон Ома описывает зависимость тока от напряжения и сопротивления в электрической цепи. Формулы скорости, ускорения, работы, мощности и закона Кулона позволяют рассчитывать различные физические величины и взаимодействия. Читайте также... Основные признаки ознакомления с местными нормативными актами: образец и объяснение Общая В данной статье мы рассмотрим суть локальных нормативных актов, их значение и преимущества, а также способы ознакомления с ними и… Читать далее » Отражение прибыли в бухгалтерском учете: основные принципы и проводки Бухгалтерия В данной статье мы рассмотрим суть отражения прибыли в бухгалтерском учете, принципы и проводки, связь с другими элементами учета, а… Читать далее » Перечень лекарственных средств для налогового вычета: полезная информация для налогоплательщиков Общая В данной статье мы рассмотрим понятие налогового вычета, его применение к лекарственным средствам, требования для учета расходов, процедуру оформления и… Читать далее » Основы штатной расстановки: примеры и рекомендации Организация Штатная расстановка — это метод организации рабочих мест и персонала в организации, который позволяет оптимизировать процессы работы и повысить эффективность… Читать далее »