Есеп мысалдары

1. Көлденең қимасы бірдей емес түтік бойымен сұйық ағады. Екі жерінің қимасының қатынасы тең. Осы қималардағы сұйық ағысының жылдамдықтарының қатынасын табу керек.

2. Шыны түтік пластинамен жабылған жағымен 0,68 м тереңдікке суға батырылған. Пластина түсіп қалу үшін, түтікке қандай биіктікте сынап құю қажет? Судың тығыздығы , сынаптың тығыздығы .

3. Көлденең қималары әр жерінде әртүрлі болатын горизонталь орналасқан түтік бойымен су ағып түр. Көлденең қимасы үлкендеу жеріндегі ағыс жылдамдығы 0,2 м/с. Егер жуан жеріндегі диаметрі жіңішке жеріндегі диаметрінен 1,5 есе үлкен болса, түтіктің жіңішке жеріндегі ағыс жылдамдығы кандай болады?

4. Горизонталь орналасқан спринцовканың поршеніне 15Н күш түсірілген. Спринцовканың ұшының көлденең қимасы S=12*10^-4см². Спринцовка ұшындағы судың ағыс жылдамдығы қандай болады?

5. Цилиндрлік ыдыстың түбінде диаметрі 1 см болатын тесік бар. Ыдыс түбінің диаметрі 0,5 м. Ыдыстағы судың деңгейінің төмендеу жылдамдығының биіктіғіне байланыстылығын анықтау керек. =0,2 м биіктіктегі жылдамдығы қандай?

6. Ыдысқа әр секунд сайын 0,2 л су ағып кіреді.Ондағы судың деңгейі ұдайы 8,3 см биіктікте болып тұруы үшін, ыдыс түбіндегі тесігінің диаметрі қандай болуы қажет?

7.Бояу шашқыштан шығатын бояудың ағын жылдамдығы 25 м/с.Бояудың тығыздығы 0,8 г/см³. Осы кездегі компрессордың түсіретін қысымын анықтау керек?

8. Цилиндрлік ыдысқа қандай деңгейге дейін сұйық құйғанда, сұйықтың ыдыс қабырғасына түсіретін қысым күші оның түбіне түсіретін қысым күшіне тең болады?

9. Кеменің түбінде ауданы 5 см² болатын тесік пайда болған. Бұл тесік су деңгейінен 3 м төмен орналасқан. Тесікті ішкі жағынан жамап бекіту үшін минимум қандай күшпен ұстап тұру қажет?

2 МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА

2.1 Идеал газ күйінің теңдеуі

Молекулалық физика - зат құрылысы мен қасиеттерін молекулалық-кинетикалық теория (МКТ) тұрғысынан қарастырып зерттейтін физиканың бөлімі. Молекулалық- кинетикалық теорияда “идеал газ” моделі қолданылады. Осы модельге сәйкес идеал газ деп: а) газ молекулаларының өлшемі оның алып тұрған көлемінен көп кіші болатын; б) газ молекулаларының арасындағы өзара әсер күші ескерілмейтіндей өте аз болатын; в) газ молекулаларының өз арасындағы және олардың ыдыс қабырғасымен соқтығысулары абсолют серпімді деп есептелетін газды айтады.

Молекулалық-кинетикалық теория тағайындалғанға дейін, тәжірибелер нәтижесінде идеал газ күйлерін сипаттайтын заңдылықтар тағайындалған болатын. Газ күйін толық сипаттау үшін қандай да бір күй функциясының нақты түрін немесе толық параметрлер жүйесінің мәндерін көрсету керек. Күй функциясына ішкі энергия, энтропия, энтальпия жатады, ал параметрлерге газ көлемі (V), қысымы (Р), температурасы (Т) және массасы жатады. Параметрлер тікелей өлшеуге ыңғайлы болғандықтан практикада газ күйін жоғары да аталған параметрлермен анықтайды.

Жүйе күйін сипаттаушы параметрлердің біреуі тұрақты қала отырып өтетін процестер изопроцестер деп аталады.

Газ бір күйден келесі күйге тұрақты температурада (Т = const) өтетін процесті изотермиялық процесс деп атайды.

Егер температура тұрақты болса, газдың берілген массасы үшін көлемі мен қысымының көбейтіндісі тұрақты болады. Мұндай процесс Бойль-Мариотт заңы арқылы сипатталады, графигі изотерма деп аталады (2.1.1-сурет).

(2.1.1)

2.1.1 – сурет

Тұрақты қысымда ( Р = const) өтетін процесті изобаралық процесс дейді. Бұл процесс Гей-Люссак заңымен сипатталады. Қысымы тұрақты болған жағдайда оның көлемінің температураға тәуелділігі төмендегіше беріледі:

(2.1.2)

мұндағы - көлемдік ұлғаю коэффициенті, графигі изохора деп аталады (2.1.2-сурет).

2.1.2 – сурет

Газ күйінің тұрақты көлемде (V =const) өзгеруі изохоралық процесс делінеді. Бұл процесс Шарль заңымен сипатталады. Газдың көлемі тұрақты болса, қысымы температураға пропорционал болады.

(2.1.3)

2.1.3 – сурет

мұндағы b- қысымның термиялық коэффициенті. Графигі изохора делінеді. (2.1.3- сурет).

Газ күйінің өзгерісі тек тұрақты массада өтетін болса, атап айтқанда 1 моль, ал басқа параметрлерінің барлығы өзгеретін жағдайда, газ параметрлерінің өзара байланысы төмендегідей теңдеу арқылы берілетіндігі тәжірибеде дәлелденген:

(2.1.4)

Бұл теңдеуді 1834 жылы француз инженері Клапейрон қорытып шығарған. Осы формуладағы V көлем орнына V₀ молярлық көлемді алған жағдайда

(2.1.5)

(2.1.4) теңдіктің оң жағындағы тұрақты шаманың мәнін анықтап жазсақ, ол универсал газ тұрақтысына тең, яғни

мұндағы R-универсал газ тұрақтысы, R=8,31Дж/мольК. Бұл теңдеуді 1875 жылы Менделеев қорытып шығарған. Егер газдың 1 молінің V₀ көлеміндегі газ массасы м (молярлық масса) болса, V көлемдегі газ массасы m болады. Ендеше m массалы газ көлемі

(2.1.6)

болады.

Онда кез келген m массалы газ үшін Менделеев-Клапейрон теңдеуі былай жазылады:

(2.1.7)

2.2 Молекулалық-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі

Заттардың қасиеттерін олардың атомдардан, молекулалардан тұратындығымен және молекулалардың қозғалысын олардың өзара әсерлесуімен түсіндіретін ілімді молекулалық-кинетикалық теория дейді.

Ол ілім бойынша газдардың молекулалары ретсіз қозғалыста болады. Газдардың тығыздығы сұйықтардың тығыздығынан мыңдаған есе аз, яғни газ молекулалары бір-бірімен соқтыққанға дейін біраз жер жүреді және соқтығысуы абсолютті серпімді болады.

Газдың қысымы мен оның молекулаларының қозғалыс жылдамдығының арасындағы байланысты қарастырайық.

Ол үшін қыры Дl болатын текшені қарастырайық. Оның ішінде n молекула бар деп есептелсін (2.2.1-сурет).

2.2.1 – сурет

Газ молекулалары ретсіз, бейберекет қозғалатындықтан, барлық молекулалардың -і текшенің бергі жәнеарғы беттері арасында, ал -і оң және сол беттері арасында, қалған -і жоғарғы және төменгі беттері арасында қозғалсын дейік.

Газдың ыдыс қабырғасына түсіретін орташа қысымын анықтау үшін белгілі бір уақыт ішіндегі барлық молекулалардың қабырғаны соққылауының импульстерін санау керек. Молекула қабырғаға перпендикуляр бағытта келіп соғылсын және соққы абсолют серпімді болсын. Сонда молекуланың қабырғаны соққандағы жылдамдағы болса, қабырғадан кері серпілгендегі жылдамдығы -болады. Ендеше молекуланың импульсінің өзгерісі болады. Молекула текшенің бірінші қабырғасына қайта соғылған кезде 2Дl жол жүреді. Бір секундта молекула қабырғаны рет соққылайды. Сонда бір секунд уақыттағы импульстер қосындысы: