N OŢIUNI TEORETICE DE FIZICĂ PENTRU GIMNAZIU57e19fb81d1a2... · 2016. 9. 20. · Noţiuni teoretice de fizică pentru gimnaziu 5 “ În mijlocul teoremelor şi ecuaţiilor, nu

Gabriela Păunescu

NOŢIUNI TEORETICE DE

FIZICĂ PENTRU GIMNAZIU

2016

Gabriela Păunescu

2

Lucrarea: NOŢIUNI TEORETICE DE FIZICĂ PENTRU

GIMNAZIU

Autor: Gabriela Păunescu

Anul apariției: 2016

ISBN 978-973-0-21176-4

Noţiuni teoretice de fizică pentru gimnaziu

3

Gabriela Păunescu

NOŢIUNI TEORETICE DE FIZICĂ

PENTRU GIMNAZIU

Gabriela Păunescu

4


5

“ În mijlocul teoremelor şi ecuaţiilor, nu uitaţi omul! ”

Albert Einstein

CLASA a VI – a

I. Mărimi fizice

Fizica este o ştiinţă a naturii care studiază structura

materiei, proprietăţile generale, legile de mişcare, formele de

existenţă a materiei, precum şi transformările reciproce ale acestor

forme.

1.Clasificare. Ordonare. Proprietăţi

Repartizarea elementelor unei mulţimi în submulţimi pe baza unei

proprietăţi comune se numeşte clasificare.

O clasă conţine corpuri care au aceeaşi proprietate.

Proprietatea comună pe baza căreia se realizează clasificarea poartă

denumirea de criteriu de clasificare.

Proprietatea ce permite ordonarea exactă a corpurilor dintr-o

mulţime poartă denumirea de criteriu de ordonare.

Exemple de criterii de ordonare: lungimea, înălţimea, masa, viteza

etc. Acestea sunt exemple de criterii de ordonare obiective

(permit ordonarea exactă a corpurilor). Alte criterii de ordonare, ce

nu permit ordonarea exactă a corpurilor, se numesc criterii de

ordonare subiective (spre exemplu valoarea).

O proprietate fizică masurabilă se numeşte mărime fizică.

Ex: lungimea, temperatura, durata, aria, volumul, masa etc.

Proprietăţi fizice ce nu pot fi măsurate (nu sunt mărimi fizice):

culoarea, mirosul, gustul, etc.

A măsura o mărime fizică înseamnă a o compara cu altă mărime

fizică de acelaşi fel, luată ca unitate de măsură.

Numărul care arată de câte ori mărimea măsurată este mai mare

decât unitatea de măsură se numeşte valoare numerică.

Gabriela Păunescu

6

Mărimea fizică se exprimă sub forma:

mărime fizică = valoare numerică x unitate de măsură

Ex: lungimea = 10 m

Sistemul Internaţional de Unităţi ( SI )

Pentru a avea un limbaj comun în fizică a fost creat un sistem de

unităţi de măsură, folosit în majoritatea ţărilor de pe glob.

În SI sunt doar şapte mărimi fizice fundamentale, celelalte fiind

mărimi derivate şi având unităţi de măsură definite pe baza

unităţilor de măsură fundamentale.

Mărimile fizice fundamentale studiate în clasa a VI-a sunt:

1.Lungimea ( l ) unitate de măsură metrul (m)

2.Masa ( m ) unitate de măsură kilogramul (kg)

3.Timpul ( t), unitate de măsură secunda, (s)

4.Temperatura absolută (T) unitate de măsură Kelvin (K)

5.Intensitatea curentului electric (I) unitate de măsură Amper (A)

Celelalte doua mărimi fizice fundamentale:

6.Intensitatea luminoasă (I), unitate de măsură candela (cd)

7.Cantitatea de substanţă (n), unitate de măsură molul (mol).


7

2. Determinarea valorii unei mărimi fizice

2.1. Determinarea lungimii

Unitatea de măsură pentru lungime, în SI, este metrul (m).

Instrumente de măsură: rigla gradată, ruleta, şublerul, metrul.

Un proces mai complex decât măsurarea directă este determinarea

unei mărimi (combinaţie de măsurări, estimări şi calcule).

Valoarea medie a unei mărimi fizice se determină facând media

aritmetică a valorilor numerice obţinute prin mai multe măsurări

(directe-cu ajutorul instrumentelor de măsură, sau indirecte).

n

xxxx n

....21

Diferenţa dintre rezultatul obţinut la una dintre măsurători

(determinări) şi valoarea medie este eroarea de măsură:

11 xx x

22 xx x

.....................

nn xx x

Rezultatul determinării va fi valoarea medie eroarea medie.

2.2. Determinarea ariilor

Aria este mărimea fizică ce exprimă măsura unei suprafeţe.

Unitatea de măsură pentru arie, în SI, este metrul pătrat (m2

).

Formule pentru calculul unor arii:

A patrat = l2

, l = latura pătratului

A dreptunghi = Ll , L = lungimea, l = lăţimea

A cerc =2R =

4

2d ,

=3,14, R=raza cercului, d=diametrul, d=2R.

Alte unităţi de măsură pentru arie sunt hectarul, arul, pogonul:

1 ha=10000 m2

;1 ar = 1 dam2

= 100 m2

; 1 pogon = 5000 m2

Gabriela Păunescu

8

2.3. Determinarea volumelor

Mărimea fizică ce măsoară întinderea în spaţiu a corpurilor se

numeşte volum.

Unitatea de masură pentru volum, în SI, este metrul cub (m3)

Litrul este altă unitate de măsură pentru volum.

1 litru = 1 dm3

Formule pentru calculul unor volume:

V cub = l3, l = latura cubului

V pedparalelipi = L l h , L = lungime, l = lăţime, h = înălţime

V cilindru = A b h , A b = aria bazei , A b = 2R , R = raza,

h = înălţimea cilindrului

Volumul lichidelor poate fi determinat cu ajutorul cilindrului

gradat.

Volumul corpurilor solide ce nu au o formă definită şi nu se dizolvă

în apă, poate fi determinat cu ajutorul unui cilindru gradat în care

există un anumit volum de apă.

Dacă : V 1 = volumul iniţial de apă din cilindru

V 2 = volumul după scufundarea în apă a corpului

V corp = V 2 - V 1

2.4. Determinarea duratelor

Între momentul în care începe o întâmplare sau un fenomen şi

momentul în care se sfârşeşte, există un anumit interval de timp

sau o durată.

t = t 2 - t 1 sau t = t - t 0

unde t 0 sau t 1 = timp iniţial şi t sau t 2 = timp final


9

II. Fenomene mecanice

1.Mişcare şi repaus

1.1.Corp. Mobil

Corpurile sunt porţiuni limitate din materie.

Numim mobil orice corp aflat în stare de mişcare.

Punctul material este un punct geometric fără dimensiuni, la care

se reduce mărimea unui corp, dar care păstrează toate proprietăţile

corpului respectiv. Punctul material este unul din modelele fizice

ce uşurează studiul mişcării corpurilor.

1.2. Corp de referinţă. Mişcare şi repaus

Locul din spaţiu în care se găseşte un corp reprezintă poziţia

corpului.

Stabilirea poziţiei unui corp se poate face numai în raport cu un alt

corp, numit corp de referinţă sau reper.

În funcţie de modificarea poziţiei faţă de corpul de referinţă

apreciem când corpul este în mişcare sau în repaus:

- Dacă poziţia corpului faţă de reperul ales se modifică, atunci

corpul se mişcă.

- Dacă poziţia corpului faţă de reperul ales nu se modifică, atunci

corpul este în repaus.

1.3. Traiectorie

Curba descrisă de un corp aflat în stare de mişcare se numeşte

traiectoria mişcării.

Clasificarea mişcării în funcţie de forma traiectoriei:

rectilinie = traiectoria este o linie dreaptă

Mişcare

curbilinie = traiectoria este o linie curbă

Caz particular: mişcarea circulară = traiectoria

este un cerc sau o porţiune de cerc .

Gabriela Păunescu

10

Mişcarea dus-întors a unui pendulul, care se repetă periodic se

numeşte mişcare oscilatorie.

Acelaşi corp, în acelaşi moment, se poate afla în stare de repaus faţă

de un anumit reper şi în stare de mişcare faţă de alt reper. Spunem

că mişcarea şi repausul sunt relative (depind de corpul de

referinţă ales).

1.4. Distanţa parcursă. Durata mişcării.Viteza medie

Lungimea drumului parcurs de mobil reprezintă distanţa parcursă

(d).

Timpul necesar parcurgerii unei anumite distanţe se numeşte

durata mişcării.

De-a lungul traiectoriei mişcarea este caracterizată de durata

mişcării şi de distanţa parcursă de mobil până la un anumit punct.

Viteza medie este mărimea fizică egală cu raportul dintre distanţa

parcursă de mobil şi intervalul de timp necesar parcurgerii acestei

distanţe.

viteza medie = distanţa parcursă / intervalul de timp

v = t

d

v = t

x

, x = x 2 - x 1 , t = t 2 - t 1

Unitatea de măsură în SI pentru viteză este metru pe secundă ( s

m).

1 s

m= viteza unui mobil care se deplaseză un metru într-o secundă.

1 h

km=

3600

1000

s

m= 0,2(7)

s

m

1 s

m=

3600

11000

1

h

km =

1000

3600

h

km= 3,6

h

km


11

1.5. Mişcarea rectilinie uniformă

Mişcarea rectilinie uniformă este mişcarea în linie dreaptă cu

viteză constantă.

v = const.

Corpul parcurge distanţe egale în fiecare secundă.

În mişcarea rectilinie uniformă (M.R.U.), în fiecare moment, viteza

este egală cu viteza medie.

v = v

Ecuaţiile mişcării rectilinii şi uniforme:

1) d = v t

2) din v = t

x

x = v t x 2 - x 1 = v t

x 2 = x 1 + v t

M.R.U. este reprezentată grafic printr-o linie dreaptă.

Când mobilul este în repaus, graficul mişcării este o linie orizontală,

paralelă cu axa timpului.

Dacă se reprezintă grafic viteza în funcţie de timp, în cazul M.R.U.

se obţin drepte paralele cu axa timpului.

Atunci când viteza mobilului nu este constantă, avem mişcare

rectilinie uniform variată (când acceleraţia este constantă).

Când viteza mobilului creşte tot timpul mişcării, avem mişcare

accelerată, sau avem mişcare încetinită când viteza mobilului

scade tot timpul mişcării.

Exemple de viteze:

- viteza luminii în vid : c = 300.000 s

km = 3*10

8

s

m

- viteza sunetului : v = 340 s

m

Gabriela Păunescu

12

2. Inerţia. Interacţiunea

2.1. Inerţia, proprietate generală a corpurilor

Atâta timp cât nimic nu intervine în mişcarea unui corp, acesta

se mişcă rectiliniu şi uniform.

În particular, dacă viteza corpului este zero, atunci îşi menţine

permanent starea de repaus.

Proprietatea unui corp de a se opune schimbării stării sale de

mişcare se numeşte inerţie.

Cu cât inerţia unui corp este mai mare, cu atât mai mult el se opune

schimbării stării sale de mişcare.

2.2. Masa, măsură a inerţiei

Mărimea fizică prin care se măsoară inerţia unui corp se numeşte

masă.

2.3. Determinarea masei corpurilor

Unitatea de măsură, în SI, pentru masă este kilogramul (kg).

Instrumentul de măsură este balanţa sau cântarul.

Masele marcate sunt corpurile ce au valoarea masei notată pe ele.

Ele se păstrează cu grijă în cutii speciale, ferite de praf şi de

umezeală.

2.4. Densitatea substanţelor

Densitatea unei substanţe este egală cu raportul dintre masa unui

corp făcut din substanţa respectivă şi volumul corpului.

= V

m

Unitatea de măsură în SI, pentru densitate este 3m

kg.

Densitatea apei este:

apa = 1 g / cm3= 1 kg / dm

3= 1 kg / l = =1000 kg / m

3

Densitatea substanţelor este o constantă fizică caracteristică

fiecărei substanţe, iar valoarea ei o putem găsi în tabelele cu

constante fizice.

Pentru amestecuri de substanţe densitatea se calculează:


13

amestec = amestec

amestec

V

m

3. Interacţiunea Acţiunile dintre corpuri sunt întotdeauna reciproce şi au loc în

acelaşi timp.

Interacţiunea este acţiunea reciprocă dintre două corpuri.

Despre corpurile care acţionează unele asupra altora spunem că

interacţionează.

Interacţiunile pot avea loc:

- prin contact direct;

- de la distanţă.

3.1. Efectele interacţiunii

Efectele interacţiunii sunt:

- efectul static – constă în deformarea corpurilor :

- deformare plastică – după ce interacţiunile încetează,

corpul nu mai revine la forma iniţială(spargerea, ruperea etc.);

- deformare elastică - după ce interacţiunile încetează,

corpul revine la forma iniţială (comprimarea, alungirea etc.);

- efectul dinamic – consta în schimbarea stării de mişcare (pornire,

oprire, accelerare, frânare, schimbarea direcţiei etc.).

3.2. Forţa, măsură a interacţiunii

Mărimea fizică ce măsoară intensitatea interacţiunilor dintre corpuri

se numeşte forţă.

Unitatea de măsură pentru forţă, în SI, se numeşte newton ( N ).

Instrumentul de măsură pentru forţe se numeşte dinamometru.

Direcţia şi sensul în care acţionează o forţă ne dau orientarea ei.

Efectele unei forţe nu depind numai de mărimea ei, ci şi de

orientarea acesteia. Din acest motiv forţa se reprezintă printr-o

săgeată.

Principiul acţiunilor reciproce

Dacă un corp acţionează asupra altui corp cu o forţă numită

acţiune, atunci şi cel de-al doilea corp va acţiona asupra primului

cu o forţă egală în modul, având aceeaşi direcţie dar de sens opus,

Gabriela Păunescu

14

numită reacţiune. Cele două forţe acţionează asupra a două corpuri

diferite.

3.3. Exemple de forţe

Forţa deformatoare ( forţa elastică)

Deformarea unui resort este direct proporţională cu forţa

deformatoare.

F = k x ,

Unde: k = constanta elastică a resortului , F = forţa deformatoare,

x = deformarea (alungirea sau comprimarea resortului) ,

x = x - x 0

k = x

F

, unitatea de măsură în SI este N / m

Forţa elastică este forţa ce ia naştere într-un corp, în urma

deformării corpului, şi se opune deformării acestuia.

Greutatea

Orice corp lăsat liber cade spre Pământ. Newton a înţeles primul că

această cădere se datorează unei forţe orientate vertical în jos,

numită greutate sau forţă gravitaţională.

Greutatea (G) unui corp este forţa cu care acesta este atras de către

Pământ.

Greutatea este un exemplu de forţă ce se exercită la distanţă.

Unitatea de măsură în SI pentru greutate este newtonul (N).

Greutatea fiind o forţă se măsoară în newtoni, iar masa se măsoară

în kilograme.

În fiecare loc de pe Pământ raportul dintre greutatea şi masa unui

corp este o constantă. Masa şi greutatea sunt mărimi fizice direct

proporţionale.

g = m

G = const. , g = acceleraţie gravitaţională,

Unitatea de măsură în SI pentru acceleraţia gravitaţională este

N/ kg. Acceleraţia gravitaţională mai are ca unitate de măsură (fiind

o acceleraţie) m/s2

.

În România valoarea aceleraţiei gravitaţionale : g = 9,81 N/ kg.

G = mg


15

În general, toate corpurile se atrag prin forţe de atracţie de tip

gravitaţional. Mărimea forţei gravitaţionale depinde de masele celor

două corpuri şi de distanţa dintre ele. Existenţa forţelor

gravitaţionale determină mişcarea Lunii în jurul Pământului, a

planetelor în jurul Soarelui etc. Existenţa forţei de atracţie de tip

gravitaţional pe care o exercită Luna asupra Pământului se poate

dovedi prin existenţa mareelor, iar a celei pe care o exercită

Pământul asupra Lunii este dovedită prin faptul că aceasta

gravitează în jurul Pământului.

Forţa de frecare şi forţa de tracţiune

Dificultatea de a deplasa un corp pe o suprafaţă se datorează

fenomenului numit frecare.

Forţa de frecare se opune întotdeauna deplasării unui corp pe un

alt corp.

Forţa de frecare se manifestă între două corpuri ce sunt în contact şi

se apasă reciproc.

Pentru a pune în mişcare un corp sau pentru a-l deplasa, este

necesară o forţă de tracţiune.

Forţa de frecare are întotdeauna sens opus mişcării (forţei de

tracţiune).

Atunci când corpul alunecă uniform (MRU) pe o suprafaţă

orizontală forţa de tracţiune este egală cu forţa de frecare. Când

corpul îşi măreşte viteza, forţa de tracţiune este mai mare decât forţa

de frecare, iar când îşi micşorează viteza, forţa de tracţiune este mai

mică decât forţa de frecare.

III. Fenomene termice

1.Încălzire. Răcire

1.1.Stare de încălzire. Contact termic. Echilibru termic

La contactul direct dintre un corp şi piele, simţul tactil ne dă

senzaţia de cald şi rece. El ne ajută să apreciem starea de încălzire

a corpului. Senzaţia pe care o avem despre starea de încălzire a unui

corp poate fi înşelătoare şi diferă de la om la om.

Gabriela Păunescu

16

Atunci când punem un corp deasupra flăcării, spunem că flacăra şi

corpul sunt în contact termic. Flacăra, mai caldă, cedeză căldură,

iar corpul, fiind mai rece, primeşte căldură, şi se încălzeşte. Are

loc astfel un transfer de căldură, de la corpul cald la cel rece.

Corpul care cedeză căldură este o sursă de căldură.

Când corpurile ajung, în cele din urmă, la aceeaşi stare de încălzire,

spunem că sunt în echilibru termic.

1.2.Temperatura. Unitate de măsură. Termometre

În loc să spunem că un corp are o anumită stare de încălzire, putem

spune că el are o anumită temperatură.

Temperatura este mărimea fizică prin care se măsoară starea de

încălzire a corpurilor.

Corpurile aflate în echilibru termic au aceeaşi temperatură.

Instrumentul cu care se măsoară temperatura se numeşte

termometru.

Funcţionarea termometrului se bazează pe fenomenele de dilatare şi

de contracţie. Pentru a determina corect temperatura unui corp, cu

ajutorul unui termometru, acesta trebuie să fie în contact termic cu

corpul şi să ajungă la echilibru termic cu acesta.

Un grad este intervalul de temperatură egal cu a suta parte din

intervalul cuprins între temperatura de topire a gheţii pure şi

temperatura de fierbere a apei pure. Temperatura gheţii care se

topeşte se notează cu 0, iar temperatura apei care fierbe cu 100.

Scări termometrice:

- scara Celsius (măsoară temperatura în 0C);

- scara Kelvin (măsoară temperatura în kelvin -K),

- scara Fahrenheit (măsoară temperatura în 0F).

Unitatea de măsură în SI pentru temperatura absolută (T) este

kelvinul.

Temperatura de : 0 K = - 273,15 0C

1 K = 10C

T(K) = t(0C) + 273,15

Temperatura de : 00C = 32

0F


17

t(0F) =

5

9 t(

0C) + 32

2.Dilatarea Mărirea volumului unui corp cu creşterea temperaturii se numeşte

dilatare. Prin răcire, corpul îşi micşorează volumul adică se

contractă.

2.1. Dilatarea solidelor

Solidele se dilată foarte puţin, chiar şi la variaţii mari de

temperatură.

O vergea metalică se lungeşte când se încălzeşte şi se scurtează

când se răceşte.

Nu toate solidele se dilată la fel. Când o lamă bimetalică (formată

din două metale diferite ce se dilată diferit) este încălzită, aceasta se

curbează (termometrele metalice sunt confecţionate din lame

bimetalice).

Când este neaparat necesar ca dilatarea să fie mică, se folosesc

aliaje speciale ca, spre exemplu, invarul care se dilată (o bară de 1

m) cu 1 mm atunci când temperatura creşte cu 1000C.

Fonta şi bismutul îşi măresc volumul prin răcire (la solidificare), şi

îşi micşorează volumul prin încălzire (la topire).

2.2. Dilatarea lichidelor

Lichidele se dilată mai mult decât solidele.

Pentru a preveni spargerea sticlelor prin dilatarea lichidului, sticlele

cu produse lichide nu sunt umplute până la capac.

Anomalia apei între 00C şi 4

0C

În timp ce majoritatea lichidelor se dilată o dată cu creşterea

temperaturii şi se contractă când temperatura scade, apa face o

excepţie. În intervalul de la 00C la 4

0C, volumul apei scade cu

creşterea temperaturii.

Gabriela Păunescu

18

Acest lucru are o mare importanţă pentru viaţa peştilor şi a altor

vietăţi din lacuri. Când afară temperatura scade sub 40C, straturile

de apă mai caldă devin mai dense şi coboară spre fundul lacului.

Astfel, în timp de ger, apa de la adâncime nu îngheaţă.

Apa are cel mai mic volum şi cea mai mare densitate la temperatura

de 40C.

2.3. Dilatarea gazelor

În acelaşi interval de temperatură, un gaz se dilată mai mult decât

un lichid. Mărimea dilataţiei gazelor un depinde de natura lor.

Deşi dilatarea unui corp este, de multe ori, aproape inobservabilă,

impactul fenomenului în practică este uriaş. Toate construcţiile şi

instalaţiile sunt supuse dilatării.

IV. Fenomene magnetice şi electrice

1.Magneţi. Interacţiuni magnetice Magneţii sunt acele corpuri care au proprietatea de a atrage obiecte

din fier sau care conţin fier ( feromagnetice).

Părţile unui magnet care interacţionează cel mai puternic se numesc

poli magnetici.

Denumirea acestora vine de la numele unei provincii din Asia Mică

numită în Antichitate, Magnesia. Primii care au utilizat magneţii

naturali au fost, probabil, navigatorii chinezi.

Acul magnetic, liber să se rotească, se opreşte întotdeauna în

aceeaşi poziţie, indicând nordul geografic al Pământului, deoarece


19

polii magnetici ai acestuia interacţionează cu polii unui mare

magnet care este chiar Pământul.

Polul unui magnet care se îndreaptă spre nordul geografic ( în

apropierea lui se găseşte polul sud magnetic al Pământului) se

numeşte pol nord ( N ),iar cel care se orientează spre sudul

geografic( în apropierea lui se găseşte polul nord magnetic al

Pământului) se numeşte pol sud(S).

Polii magnetici opuşi se atrag iar cei de acelaşi fel se resping.

Polii unui magnet nu pot fi separaţi prin divizare.

Interacţiunile dintre magneţi, sau dintre un magnet şi un corp din

fier, sunt interacţiuni ce au loc la distanţă prin intermediul unui

câmp numit câmp magnetic.

Dacă aşezăm un magnet-bară pe o foaie pe care se găseşte pilitură

de fier, aceasta se va aşeza formând nişte linii curbe, punând în

evidenţă liniile câmpului magnetic pe care-l creează magnetul, linii

ce se închid în interiorul acestuia.

Un ac magnetic, sprijinit într-un punct pe un ax, sub care se găseşte

un cadran având desenată roza vânturilor se numeşte busolă.

Magneţii pot fi permanenţi sau temporari. Un corp care devine

magnet cât timp este aproape de un alt magnet se numeşte magnet

temporar. Magnetul care îşi păstrează tot timpul proprietăţile

magnetice este un magnet permanent.

2. Electrizarea corpurilor

2.1. Procedee de electrizare, interacţiunea electrostatică

Dacă frecăm o riglă din plastic de o stofă, aceasta atrage mici

bucăţele de hârtie, adică se electrizează.

Electrizarea este fenomenul prin care un corp trece din stare neutră

în stare de electrizare.

Despre un corp care nu este electrizat spunem că este neutru.

Un corp electrizat poate interacţiona cu un alt corp, de la distanţă,

prin intermediul câmpului electric (interacţiuni de tip electrostatic).

Electrizare:

-prin frecare;

Gabriela Păunescu

20

-prin contact;

-prin influenţă.

2.2. Sarcina electrică

Proprietăţii unui corp de a se afla într-o anumită stare de electrizare

i se asociază mărimea fizică scalară numită sarcină electrică(Q).

Unitatea de măsură pentru sarcina electrică în SI se numeşte

coulomb(C). Corpurile electrizate se clasifică în: corpuri electrizate pozitiv (au

sarcina electrică pozitivă) şi în corpuri electrizate negativ (au

sarcina electrică negativă).

Două corpuri electrizate care au sarcini de semne diferite se atrag,

iar două corpuri electrizate care au sarcini de acelaşi semn se

resping.

Prin frecarea unui corp cu alt corp, cele două corpuri se electrizează

unul pozitiv şi celălalt negativ.

Fenomene electrice în natură: fulgerul şi trăsnetul (descărcări

electrice între doi nori electrizaţi cu sarcini de semne contrare sau

între un nor electrizat şi sol). Paratrăsnetul este folosit pentru a

proteja clădirile înalte (Benjamin Franklin).

3. Curentul electric. Circuitul electric

3.1. Curentul electric

Curentul electric este o mişcare dirijată a unor purtători de sarcină

electrică.

3.2. Circuit electric simplu. Elemente de circuit. Simboluri Ansamblul format din generator electric (sursă de curent), fire

conductoare de legătură, întrerupător şi consumator (de exemplu un

bec) poartă numele de circuit electric simplu.

Elementul de circuit care determină trecerea curentului prin circuit

se numeşte sursă (sau generator de curent electric).

Un circuit prin care trece curent electric este un circuit închis, iar

un circuit prin care nu trece curent electric (este întrerupt) este un

circuit deschis.


21

Într-un circuit electric închis, anumite părţi ale elementelor

electrice, numite contacte sau borne, sunt unite asemenea mâinilor

unor oameni care sunt prinşi într-o horă.

Sensul curentului prin circuit, de la borna + la borna – a sursei, se

numeşte sensul convenţional al curentului.

Pentru a reprezenta un circuit electric sunt necesare simbolurile

elementelor de circuit.

Elemente de circuit şi simbolurile lor :

- bec

- generator

- baterie simplă

- rezistor

- întrerupător deschis

- întrerupător închis

3.3.Conductori.Izolatori

Corpurile care permit trecerea curentului electric prin ele se numesc

conductoare electrice, iar cele care nu permit trecerea curentului se

numesc izolatoare electrice.

Gabriela Păunescu

22

3.4. Efecte ale curentului electric

Efectele curentului electric sunt:

- efectul termic care constă în încălzirea conductoarelor parcurse

de curentul electric;

Un curent electric încălzeşte corpul prin care trece. Căldura degajată

prin efect termic depinde de natura materialului din care este

confecţionat conductorul, lungimea conductorului şi secţiunea

conductorului.

Aplicaţii în practică ale efectului termic sunt: becul electric cu

incandescenţă, centralele electrice, radiatoarele electrice, uscătorul

de păr, fierul de călcat, fierbătoarele electrice etc.

- efectul magnetic care constă în apariţia unui câmp magnetic în

jurul conductoarelor parcurse de curent electric;

Un conductor prin care trece curent electric se comportă ca un

magnet. Un ac magnetic se orientează paralel cu conductorul

parcurs de curent electric.

Câmpul magnetic este o formă de existenţă a materiei care se

manifestă prin interacţiuni de tip magnetic (între doi magneţi sau

între un magnet şi un corp ce conţine fier).

Când un curent trece printr-un fir rectiliniu, efectul magnetic este

mai slab decât atunci când firul este înfăşurat pe un suport ca şi

când ar fi mai mulţi conductori apropiaţi unul de altul. Efectul

magnetic creşte când curentul electric creşte.

Un miez de fier cu un conductor izolat înfăşurat în jurul lui se

numeşte electromagnet. Există diferite tipuri şi combinaţii de

electromagneţi folosiţi la construirea unor dispozitive care

furnizează o forţă de tracţiune: macaraua electromagnetică, soneria

electrică, receptorul telefonic etc..

- efectul chimic este fenomenul prin care, la trecerea curentului

electric printr-o soluţie sau topitură se modifică compoziţia chimică

a acesteia. Aplicaţii: galvanizarea (acoperirea unor obiecte metalice

cu un strat subţire dintr-un alt metal ce nu rugineşte, în scopul

protecţiei obiectelor), obţinerea unor substanţe (oxigen, hidrogen,

clor, aluminiu) prin electroliză.


23

3.5. Gruparea becurilor în serie şi în paralel

Când becurile sunt conectate unul după altul, spunem că sunt legate

în serie.

Prin circuitele serie curentul electric parcurge pe rând becurile.

Becurile luminează cu atât mai slab cu cât numărul lor este mai

mare. Dacă se arde unul dintre becuri nu mai luminează nici unul

(acesta fiind dezavantajul legării în serie).

Când becurile au bornele prin care intră curentul legate împreună, şi

cele prin care iese curentul, legate de asemenea împreună, spunem

că ele sunt legate în paralel.

În circuitele paralel, becurile sunt parcurse de curent în acelaşi timp.

Toate becurile luminează la fel de puternic, indiferent de numărul

Gabriela Păunescu

24

lor. Dacă se arde unul dintre becuri celelalte continuă să funcţioneze

normal.

3.6. Utilizarea instrumentelor de măsură în circuite electrice

Intensitatea curentului electric ( I ) este o mărime fizică ce

caracterizează curentul electric din punctul de vedere al tăriei

efectelor sale.

Unitatea de măsură in SI pentru intensitatea curentului electric este

amperul ( A ).

Instrumentul folosit la măsurarea intensităţii curentului electric se

numeşte ampermetru.

Intensitatea curentului electric este aceeaşi în toate punctele unui

circuit serie.

Ampermetrul se conectează în serie cu porţiunea de circuit pe

care se doreşte măsurarea intensităţii curentului electric (pentru a

trece prin el acelaşi curent ca şi prin porţiunea respectivă de circuit).

Suma intensităţilor curenţilor care intră într-un nod (punct de

bifurcaţie) al circuitului este egală cu suma intensităţilor curenţilor

care ies din acest nod.

Tensiunea unei surse arată capacitatea acelei surse de a stabili un

anumit curent într-un circuit.

Unitatea de măsură in SI pentru tensiunea electrică este voltul ( V ).

Instrumentul cu care se măsoară tensiunea electrică se numeşte

voltmetru.

Tensiunile la bornele elementelor legate în paralel sunt egale.

Voltmetrul se conectează în paralel cu porţiunea de circuit la

capetele căreia se măsoară tensiunea.Voltmetrul se montează cu

borna + spre borna + a sursei.

Suma tensiunilor măsurate la bornele elementelor unui circuit serie

este egală cu tensiunea la bornele sursei.

Intensitatea curentului şi tensiunea pentru care a fost construit un

consumator şi la care acesta funcţionează normal, se numesc

intensitate nominală şi, respectiv, tensiune nominală.


25

3.7. Norme de protecţie la utilizarea curentului electric

Trecerea unui curent prin organismul uman poartă numele de

electrocutare şi aceasta se poate produce la o tensiune mai mare de

24 V.

Curentul maxim admis să treacă prin organismul uman fără a-l pune

în pericol este de 10 mA în curent alternativ (c.a) şi 50 mA în curent

continuu (c.c).

Pericolul de electrocutare este mai mare pentru persoanele obosite,

bolnave sau care au consumat băuturi alcoolice (rezistenţa lor

electrică este mai mică) sau pentru persoanele aflate în medii

umede.

Pentru a vă proteja împotriva electrocutării trebuie să respectaţi o

serie de norme de protecţie:

- Menţineţi instalaţiile electrice în perfectă stare de funcţionare.

- Carcasele de protecţie să nu fie deteriorate;

- Izolaţiile conductoarelor să nu fie distruse.

- Lucrările de verificare a instalaţiilor şi de remediere a defectelor

se realizează numai după ce s-a întrerupt alimentarea cu energie

electrică a acestora. La lucrările de remediere se vor folosi unelte

adecvate şi nu improvizaţii.

- Pentru aparatele electrocasnice cu carcasă metalică (frigider,

maşină de spălat, etc) se utilizează numai prize cu contact de

protecţie.

- Prizele cu contact de protecţie asigură racordarea maşinilor şi

instalaţiilor la priza de legare la pământ. În cazul unei defecţiuni,

curentul va trece prin circuitul de împământare, evitându-se

producerea unei electrocutări.

În medii umede sau cu pericol de explozie se utilizează numai

aparate de construcţie specială pentru astfel de medii, iar

alimentarea lor se va face la tensiuni nepericuloase.

- Se întrerupe imediat circuitul sau instalaţia electrică în care s-a

produs accidentul.

- Se scoate victima într-un spaţiu aerisit.

- Faceţi respiraţie gură la gură.

- Anunţaţi imediat medicul.

Gabriela Păunescu

26

V. Fenomene optice

1. Surse de lumină Corpurile care emit lumină sunt corpuri luminoase sau surse de

lumină.

Corpurile care împrăştie lumina primită de la surse se numesc

corpuri luminate.

Cea mai importantă sursă de lumină pentru noi este Soarele. Soarele

este o stea, cea mai apropiată de Pământ, aflată la 150.000.000 km.

Sursele de lumină se clasifică în :

- surse naturale : stelele, Soarele (steaua Sistemului Solar,din care

face parte şi planeta Pământ), fulgerele, flăcările, unele vietăţi (spre

exemplu licuriciul), corpurile incandescente;

- surse artificiale (inventate de om) : sursele de iluminat (becul,

lanterna, farurile, lanterna, lampa fluirescentă), laserul etc..

2. Propagarea luminii De la sursă, lumina se răspândeşte în diferite direcţii. Astfel, din

aproape în aproape, lumina „parcurge” un drum. Spunem că lumina

se propagă.

2.1. Corpuri transparente, opace, translucide

Din punct de vedere al permiterii trecerii luminii prin ele corpurile

se clasifică în:

- transparente – permit trecerea luminii prin ele şi se poate vedea

clar ceea ce este dincolo de ele;

- translucide - permit trecerea luminii prin ele, dar nu se pot vedea

obiectele din spatele lor;

- opace – nu permit trecerea luminii prin ele şi nici nu se pot vedea

obiectele din spatele lor.

2.2. Propagarea rectilinie. Viteza luminii. Umbra. Eclipse

Lumina se propagă în linie dreaptă.

Lumina este emisă de surse sub formă de fascicule mai largi sau

mai înguste.

Reprezentăm un fascicul de lumină foarte îngust printr-o dreaptă pe

care o numim rază.


27

Când desenăm o rază, adăugăm şi o săgeată, pentru a indica în ce

sens se propagă lumina.

Viteza luminii în vid este de 300.000 km/s ( de la Soare la Pământ

lumina vine în 8 min 20 s şi parcurge distanţa de 150.000.000 km).

Cu cât densitatea unui mediu este mai mare, cu atât viteza luminii

este mai mică.

Lumina care vine de la Soare este oprită de corpurile opace şi, pe

sol sau pe un perete, apare umbra acestora. Dinspre umbră spre

porţiunea luminată se observă o zonă intermediară din ce în ce mai

luminoasă. Aceasta este penumbra.

Formarea umbrei şi a penumbrei explică producerea eclipselor.

Eclipsa de Soare se produce când Luna se află între Soare şi

Pământ.

Eclipsele pot fi:

- totale - discul Soarelui este complet acoperit şi se întunecă – se

observă din punctele de pe Pământ aflate în zona de umbră;

- parţiale – discul Soarelui este parţial acoperit – se observă din

zonele de pe Pământ aflate în zona de penumbră.

Eclipsa de Lună se produce când Pământul se află între Soare şi

Lună.

2.3. Reflexia luminii. Oglinda plană

Reflexia luminii este fenomenul de întoarcere a luminii în mediul

din care a venit, când întâlneşte suprafaţa de separare dintre două

medii.

Gabriela Păunescu

28

- raza incidentă – raza ce cade pe oglindă;

- raza reflectată – raza care rezultă după reflexie;

- punctul de incidenţă – punctul unde raza incidentă întâlneşte

suprafaţa de separare dintre medii (oglinda);

- normala – perpendiculara pe oglindă în punctul de incidenţă;

- unghi de incidenţă – unghiul dintre raza incidentă şi normală;

- unghi de reflexie – unghiul dintre normală şi raza reflectată.

Legile reflexiei

Raza incidentă, normala şi raza reflectată se află în acelaşi plan.

Unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidenţă.

Folosind legile reflexiei se poate construi formarea imaginii unui

bec în oglinda plană. Se aleg 2 raze incidente, ce se reflectă pe

oglindă conform legii reflexiei. Razele reflectate nu se întâlnesc în


29

faţa oglinzii, ci se întâlnesc prelungirile razelor reflectate.

Imaginea formată nu se poate prinde pe un ecran şi de aceea este o

imagine virtuală.

Într-o oglindă plană, imaginea se formează în spatele oglinzii, la

aceeaşi distanţă faţă de oglindă ca şi obiectul. Imaginea este virtuală

şi este la fel de mare ca obiectul.

Imagine reală = imaginea ce poate fi prinsă pe un ecran. Ea se

formează la intersecţia razelor.

Imagine virtuală = imaginea ce nu poate fi prinsă pe un ecran. Ea

se formează la intersecţia prelungirilor razelor.

Pe suprafeţele ce nu sunt netede lumina incidentă este

reflectată în toate direcţiile. În acest caz lumina este împrăştiată

sau difuzată. Modul în care este împrăştiată lumina de suprafaţa

corpului dă informaţii despre felul suprafeţei şi despre culoarea

corpului.

Gabriela Păunescu

30

CLASA a VII - a

I. Forţa

1. Efectul static şi efectul dinamic al forţei

1.1. Interacţiunea. Efectele interacţiunii mecanice a corpurilor

Interacţiunea este acţiunea reciprocă dintre două corpuri.

Interacţiunea se realizează fie prin contactul direct dintre corpuri,

fie de la distanţă prin intermediul câmpului.

Fenomenele ce apar în urma interacţiunii corpurilor poartă numele

de efecte:

- efectul static – constă în deformarea corpurilor (elastică sau

plastică);

- efectul dinamic – constă în schimbarea stării de mişcare a

corpurilor.

1.2. Forţa. Unitate de măsură. Măsurarea forţei

Forţa (F) este măsură a interacţiunii corpurilor.

Unitatea de măsură pentru forţă, în SI, se numeşte newton ( N ).

Instrumentul de măsură pentru forţe se numeşte dinamometru.

1.3. Forţa - mărime vectorială; mărimi scalare, mărimi

vectoriale O mărime fizică este scalară dacă în raport cu o unitate de măsură

este deplin caracterizată prin valoarea numerică.

Mărimea fizică deplin caracterizată de valoare numerică (modul),

direcţie şi sens se numeşte mărime vectorială.

Forţa este o mărime vectorială. O forţă este caracterizată de :

- punct de aplicaţie (punctul în care acţionează forţa);

- valoare numerică (modul) exprimată în newtoni (N);

- orientare - direcţie (dreapta pe care acţionează forţa, sau orice

dreaptă paralelă cu ea);

- sens în care acţionează forţa.

Două mărimi fizice scalare sunt egale dacă au aceeaşi valoare

numerică şi aceeaşi unitate de măsură. Două mărimi fizice

vectoriale sunt egale dacă au aceeaşi valoare numerică, aceeaşi

unitate de măsură şi aceeaşi orientare (direcţie şi sens).


31

Un segment pe care s-a fixat un sens se numeşte vector. Sensul se

indică printr-o săgeată. O mărime vectorială se reprezintă printr-un

vector. Un vector este complet determinat de : origine, direcţie,

sens şi modul.

F

Vectorial, forţa se notează F şi se reprezintă :

F = F modulul vectorului forţă (valoarea numerică)

Alte exemple de mărimi vectoriale sunt deplasarea şi viteza

( v

, d

). Pentru a caracteriza deplasarea şi viteza unui mobil

trebuie să precizăm pentru fiecare, originea, modulul şi orientarea.

1.4. Exemple de forţe

1.4.1. Greutatea corpurilor. Deosebirea dintre masă şi greutate

Greutatea este forţa cu care un corp este atras de către Pământ.

G = mg

g = m

G = const. , g = acceleraţie gravitaţională, g = 9,81 N/ kg

Unitatea de măsură în SI pentru greutate este newtonul (N).

Unitatea de măsură pentru forţă, în SI, este newtonul ( N ).

Greutatea corpurilor nu trebuie confundată cu masa acestora. Ele se

deosebesc prin:

- definiţie;

- unitate de măsură;

- instrument de măsură;

- masa este o mărime fizică scalară pe când greutatea este o mărime

fizică vectorială.

Greutatea este direct proporţională cu masa, constantă de

proporţionalitate fiind acceleraţia gravitaţională.

Masa este constantă pe când greutatea variază în funcţie de

latitudine şi de altitudine(de distanţa faţă de centrul Pământului)

deoarece acceleraţia gravitaţională depinde de acestea.

Elementele vectorului greutate ( G

):

- modulul – se calculează cu formula de mai sus;

- punctul de aplicaţie – în centrul de greutate al corpului;

Gabriela Păunescu

32

- direcţia verticală – trece prin centru Pământului;

- sensul – spre centrul Pământului.

Mişcarea planetelor în jurul Soarelui este datorată forţelor de

atracţie gravitaţională, exercitată de Soare asupra Planetelor.

Mişcarea Lunii În jurul Pământului este datorată aceluiaşi tip de

forţe.

1.4.2. Dependenţa dintre deformare şi forţa deformatoare

Forţa elastică

Atunci când un resort este alungit sub acţiunea unei forţe F

(forţă

deformatoare), exercitată de mână asupra resortului, apare o

deformare (alungire), l , direct proporţională cu forţa

deformatoare, aplicată resortului. Constantă de proporţionalitate

este constanta elestică a resortului (k).

F = k l

Un corp deformat, ce suferă o deformare elastică sub acţiunea unei

forţe deformatoare, se opune deformării lui cu o forţă numită forţă

elastică ( eF

).

eF

= - F

, în modul: eF = F

Dacă forţa deformatoare depăşeşte o anumită limită, corpul nu se

mai deformează elastic, ci plastic.

1.5. Compunerea forţelor

Rezultanta a două sau mai multe forţe, este o forţă, care acţionând

asupra aceluiaşi corp, în aceleaşi condiţii, produce acelaşi efect ca

toate celelalte forţe la un loc.


33

Forţe concurente = forţe ce au aceeaşi origine (acelaşi punct de

aplicaţie), sau nu au acelaşi punct de aplicaţie, dar dreptele lor

suport se intersectează într-un punct.

În cazul forţelor concurente, rezultanta se poate determina grafic cu

regula triunghiului sau a paralelogramului (când avem de compus

două forţe), sau cu regula poligonului când avem de compus mai

multe forţe. Atunci când avem de compus trei sau mai multe forţe

ce au acelaşi punct de aplicaţie se poate folosi, succesiv, regula

paralelogramului.

Pentru doi vectori, relaţia de compunere vectorială se scrie:

r

= a

+b

Pentru n vectori : r

= naaaa

....321

Relaţii matematice folosite pentru a afla modulul rezultantei a

două forţe:

r = cos222 abba , unde este unghiul dintre a şi b.

Relaţia este valabilă pentru orice valoare a unghiului .

- Dacă = 00 : cos = 1 r = abba 222 = a + b

r = a+b atunci când cei doi vectori au aceeaşi direcţie şi acelaşi

sens.

Gabriela Păunescu

34

- Dacă = 1800 : cos = -1 r = abba 222 = a – b

r = a – b atunci când cei doi vectori au aceeaşi direcţie dar sens

opus.

- Dacă = 900 : cos = 0 r =

22 ba (teorema lui Pitagora)

atunci când cei doi vectori sunt perpendiculari.

În triunghiurile dreptunghice:

cateta opusă unghiului

sin =

ipotenuză

cateta alăturată unghiului

cos =

ipotenuză


tg =



ctg =


În cazul în care se dau valori numerice pentru modulele celor doi

vectori, se reprezintă la scară cei doi vectori, respectându-se

valoarea unghiului dintre suporturile lor.

Regula triunghiului:


35

Rezultanta r

a vectorilor a

şi b

este vectorul cu originea în

originea primului vector şi vârful în vârful celui de-al doilea

vector.

Regula triunghiului este un caz particular al regulii poligonului ce

se aplică pentru trei sau mai mulţi vectori:

2a

1a

3a

r

4a

Relaţia de compunere vectorială: r

= 1a

+ 2a

+ 3a

+ 4a

Rezultanta r

a vectorilor, este vectorul cu originea în originea

primului vector şi vârful în vârful ultimului vector. Rezultanta

a trei sau mai mulţi vectori ce formează un poligon închis este

zero.

Regula paralelogramului

Relaţia de compunere vectorială se scrie: r

= a

+b

Rezultanta r

a vectorilor a

şi b

, cu acelaşi punct de aplicaţie,

este un vector cu acelaşi punct de aplicaţie ca şi cei doi vectori şi

cu vârful în vârful opus al paralelogramului construit cu cei doi

vectori ca laturi.

Gabriela Păunescu

36

1.6. Principiul acţiunii şi reacţiunii

Dacă un corp acţionează asupra altui corp cu o forţă numită

acţiune, atunci şi cel de-al doilea corp va acţiona asupra primului

cu o forţă egală în modul, având aceeaşi direcţie dar de sens opus,

numită reacţiune. Cele două forţe acţionează asupra a două corpuri

diferite.

Aplicaţii: interacţiuni de contact – forţa de apăsare normală,

forţa de frecare, tensiunea în fir, presiunea

Forţa de apăsare normală (normala), N

O carte aşezată pe un suport apasă asupra lui cu o forţă F

. Suportul

acţionează şi el asupra cărţii cu o forţă N

, numită normală. N

este

perpendiculară pe suprafaţa de contact. N

şi F

au modulele egale,

au aceeaşi direcţie dar sensuri opuse.

Forţa de frecare

Ori de câte ori suprafaţa unui corp alunecă pe suprafaţa altui corp,

fiecare dintre corpuri exercită asupra celuilalt o forţă, numită forţă

de frecare ( fF

), paralelă cu suprafaţa de contact.

Forţa de frecare, care se exercită asupra fiecărui corp, are sens opus

sensului său de mişcare faţă de celălalt corp.


37

Asupra corpului acţionează, pe direcţia mişcării, două forţe: forţa

F

, a cărei valoare o indică dinamometrul şi forţa de frecare fF

.

Atunci când corpul se mişcă rectiliniu şi uniform, rezultanta acestor

două forţe este zero.

F

+ fF

= 0 F

= - fF

şi F = fF

Vectorul, fF

este caracterizat de:

- punctul de aplicaţie în centrul suprafeţelor ce vin în contact;

- direcţia este tangentă la traiectorie. Pentru traiectoria rectilinie

direcţia forţei de frecare se găseşte în planul ce separă suprafeţele

aflate în contact.

- sensul este întotdeauna opus sensului de mişcare;

- modulul : fF = N , unde = coeficient de frecare şi N=

normala.

- Când corpul îşi măreşte viteza, forţa de tracţiune este mai mare

decât forţa de frecare, iar când îşi micşorează viteza, forţa de

tracţiune este mai mică decât forţa de frecare.

Forţa de frecare statică apare la suprafaţa de contact dintre două

corpuri aflate în repaus relativ şi se datorează întrepătrunderii

neregularităţilor celor două suprafeţe.

Forţa de frecare la alunecare apare la suprafaţa de contact dintre

două corpuri care alunecă unul peste celalalt.

Legile frecării

- Forţa de frecare la alunecare nu depinde de aria suprafeţei de

contact dintre corp şi plan.

Gabriela Păunescu

38

- Forţa de frecare la alunecare este direct proporţională cu forţa

normală de apăsare.

Ff ~ N

Caracteristicile coeficientului de frecare la alunecare:

- Coeficientul de frecare la alunecare are valori cuprinse între 0 şi 1.

- Coeficientul de frecare la alunecare depinde de natura materialului

din care este confecţionat corpul.

- Coeficientul de frecare la alunecare depinde de gradul de

prelucrare al suprafeţelor aflate în contact.

Când corpul se mişcă pe o suprafaţă orizontală, cum:

N = G fF = G

În practică sunt situaţii când existenţa forţelor de frecare este utilă

(putem merge, putem ţine în mână obiecte, putem scrie etc.), şi

situaţii în care nu este utilă (uzarea pieselor, a anvelopelor,

încălzirea pieselor mobile ale mecanismelor etc.). Frecarea dintre

diferitele piese mobile ale mecanismelor poate fi diminuată:

lustruind piesele care vin în contact, lăsând un spaţiu între

suprafeţele pieselor în contact, prin ungerea acestora, prin

introducerea rulmenţilor între suprafeţele care se află în contact etc..

Forţa de frecare, la rostogolirea unui corp pe o suprafaţă, este mai

mică decât în cazul alunecării lui pe acea suprafaţă.

Tensiunea în fir

Forţele de tensiune pot fi modelate folosind fire ideale, fără masă,

fără frecări, care nu se rup şi nu se întind.

Reacţiunea forţei 1F

este forţa 1T

egală ca modul şi opusă ca sens,

exercitată de fir asupra mâinii. Firul întins acţionează asupra

corpului cu forţa 2T

. Reacţiunea ei este forţa 2F

,exercitată de corp

asupra firului.

1F

= - 1T

şi 2F

= - 2T


39

1F = 1T şi 2F = 2T

În orice punct al unui fir (cu masa neglijabilă) tensiunea are aceeaşi

valoare: 1T = 2T

Presiunea

Presiunea (p) este mărimea fizică scalară care exprimă forţa de

apăsare exercitată, uniform şi perpendicular, pe unitatea de

suprafaţă.

Presiunea creşte când forţa de apăsare creşte, şi scade când aria

suprafeţei de contact, pe care se exercită forţa de apăsare, creşte.

p = S

F unde F =modulul forţei exercitate perpendicular şi uniform,

iar S = aria suprafeţei

Unitatea de măsură în SI pentru presiune este 2m

N= Pa (pascal).

O altă unitate de măsură este atmosfera: 1atm = 1,013*510

2m

N(Pa)

II.Echilibrul mecanic al corpurilor

1. Echilibrul de translaţie Un corp solid are o mişcare de translaţie dacă, oricare ar fi două

puncte ale sale, segmentul care le uneşte îşi păstrează direcţia în

timpul mişcării.

Un corp este în echilibru de translaţie atunci când rezultanta

forţelor care acţionează asupra lui este zero ( R

= 0 ).

Corpul aflat în echilibru de translaţie este în repaus sau se mişcă cu

viteză constantă.

2. Echilibrul de rotaţie Un corp solid are o mişcare de rotaţie, în jurul unei axe fixe (axa

de rotaţie), atunci când orice punct al său descrie un arc de cerc cu

centrul pe axa de rotaţie.

Gabriela Păunescu

40

- Axa de rotaţie este perpendiculară pe planele cercurilor descrise de

punctele corpului, în timpul mişcării de rotaţie.

- Puncte diferite ale corpului, în timpul rotaţiei sale, au viteze

diferite. Dacă în timpul rotaţiei, valoarea vitezei fiecărui punct al

solidului un se modifică, corpul are o mişcare de rotaţie uniformă.

Mişcările corpurilor un sunt totdeauna mişcări de simplă translaţie

sau de simplă rotaţie. În multe cazuri, în timpul mişcării, un corp

are şi mişcare de translaţie şi mişcare de rotaţie.

Un corp este în echilibru atunci când sunt îndeplinite simultan

condiţiile:

- Corpul sau este în repaus sau se mişcă rectiliniu uniform;

- Corpul sau un se roteşte deloc sau are o mişcare de rotaţie

uniformă.

3. Momentul forţei Distanţa de la punctul de rotaţie (O), la suportul unei forţe ce

acţionează asupra unui corp se numeşte braţul forţei (b).

Efectul de rotaţie al unei forţe este descris de o mărime

o mărime fizică vectorială numită momentul forţei O b

M

F

Momentul unei forţe ( M

) faţă de un punct

este mărimea fizică vectorială al cărei modul este egal cu

produsul dintre modulul forţei (F) şi braţul său (b).

M = F b

Unitatea de măsură pentru momentul forţei în SI este newton

înmulţit cu metrul: N m.

Condiţia de echilibru de rotaţie Un corp este în echilibru de rotaţie atunci când suma modulelor

momentelor forţelor ce rotesc corpul într-un sens este egală cu suma

modulelor momentelor forţelor ce rotesc corpul în sens invers.

4. Cuplu de forţe Ansamblul de două forţe paralele, egale ca modul şi de sensuri

opuse, care acţionează asupra aceluiaşi corp, reprezintă un cuplu de

forţe.


41

Sub acţiunea unui cuplu de forţe, un corp are numai mişcare de

rotaţie deoarece cele două forţe au rezultanta zero.

Sensul de rotaţie imprimat de cuplu va fi cel în sens invers

acelor de ceasornic.

1F

cb 2F

Efectul de rotaţie al unui cuplu de forţe este descris de o mărime

fizică ce se numeşte momentul cuplului.

cM = F cb ,

unde F = 1F = 2F şi cb = braţul cuplului (distanţa dintre dreptele

suport ale forţelor)

5. Mecanisme simple

5.1. Pârghia

O pârghie este o bară rigidă care se poate roti în jurul unui punct

fix, numit punct de sprijin.

Asupra unei pârghii acţionează două forţe :

- forţa activă ( F

) – forţa care pune în mişcare pârghia ;

- forţa rezistentă ( R

) – forţa ce trebuie învinsă.

Distanţa de la punctul de sprijin ( O ), la dreapta suport a uneia din

forţe reprezintă braţul forţei respective ( Fb şi Rb ).

Momentul forţei active este egal cu momentul forţei rezistente,

atunci când pârghia este în echilibru.

FM = F Fb , RM = R Rb

FM = RM F Fb = R Rb R

F=

F

R

b

b

Gabriela Păunescu

42

Raportul forţelor este egal cu raportul invers al braţelor dacă

pârghia este în echilibru.

Pârghiile pot fi :

- pârghie de genul I (ranga, cleştele de scos cuie, pârghia balanţei,

foarfeca, etc);

- pârghie de genul II (roaba, pedala de frână, etc.);

- pârghie de genul III (penseta, grebla, etc.);

5.2. Scripeţii

Scripeţii sunt mecanisme simple alcătuite dintr-o roată cu şanţ pe

muchie, ce se poate roti în jurul unui ax central. De axul roţii este

fixată o furcă, prevăzută cu un cârlig de prindere. Prin şanţul

scripetelui este trecut un fir inextensibil.

Scripeţii pot fi :

- scripete fix;

- scripete mobil.

Scripetele fix

Un scripete fix este folosit pentru a schimba în mod convenabil

direcţia şi sensul de acţiune al forţei active. La echilibru, modulul

forţei active este egal cu modulul forţei rezistente.

F = R

Distanţa pe care se deplasează punctul de aplicaţie al forţei active

este egală cu distanţa pe care se deplasează punctul de aplicaţie al

forţei rezistente.


43

Scripetele mobil

La un scripete mobil, în echilibru, forţa activă are valoarea de două

ori mai mică decât forţa rezistentă.

F =2

R

În timpul ridicării unui corp cu un scripete mobil, distanţa pe care se

deplasează punctul de aplicaţie al forţei active este de două ori mai

mare decât distanţa pe care se deplasează punctul de aplicaţie al

forţei rezistente.

În practică se utilizează şi sisteme de scripeţi ficşi şi mobili.

5.3. Planul înclinat

Un plan înclinat este un plan care face un unghi ascuţit cu planul

orizontal.

Elementele planului înclinat sunt :

- lungimea planului înclinat ( l ) ;

- înălţimea planului înclinat ( h ) ;

- unghiul planului înclinat ( ).

Forţa necesară urcării uniforme a unui corp pe un plan înclinat fără

frecare se poate calcula :

Gabriela Păunescu

44

Se descompune greutatea: G

= tG

+ nG

, unde tG

şi nG

sunt

componenta tangenţială şi, respectiv, componenta normală a

greutăţii.

Unghiul dintre vectorii G

şi nG

este egal cu unghiul planului

înclinat, (unghiuri cu laturile perpendiculare). Pentru acesta nG

este catetă alăturată, iar tG

este catetă opusă în triunghiul în care

G

este ipotenuză.

nG = Gcos şi tG = Gsin

În planul înclinat: sin =l

h

l

h=

G

Gt

Din condiţia de echilibru pe direcţia paralelă cu planul: tG =F

l

h =

G

F F =

l

Gh

Condiţiile de echilibru la urcarea pe planul înclinat, fără frecare :

- pe direcţie perpendiculară pe plan : N = nG = Gcos

- pe direcţie paralelă cu planul : F = tG = Gsin

G = 22

nt GG


45

III. Lucrul mecanic şi energia mecanică

1. Lucrul mecanic (L) O forţă ce acţionează asupra unui corp efectuează lucru mecanic

dacă punctul ei de aplicaţie se deplasează pe o direcţie care nu este

perpendiculară pe direcţia forţei ( direcţia forţei nu este

perpendiculară pe direcţia de mişcare a corpului).

Unitatea de măsură pentru lucrul mecanic în SI este joule ( J ).

Lucrul mecanic poate să fie motor sau rezistent.

L=F d cos ,

unde este unghiul dintre direcţia deplasării şi direcţia forţei.

Dacă lucrul mecanic are valoare pozitivă el este motor, iar dacă are

valoare negativă este rezistent. Valoarea pozitivă sau negativă a

lucrului mecanic este dată de valoarea cosinusului unghiului dintre

direcţia deplasării şi direcţia forţei ( ).

- Când unghiul dintre direcţia deplasării şi direcţia forţei este 00 :

cos 00 = 1 L = F d , F efectuează lucru mecanic motor;

- Când unghiul are valoarea de 090 (direcţia forţei este

perpendiculară pe direcţia de deplasare):

cos090 = 0 L = 0 J

- Când unghiul are valoarea între 090 şi

0180 , cos are valoare

negativă lucru mecanic rezistent.

- Când unghiul are valoarea de 0180 :

cos0180 = -1 L = - F d F efectuează lucru mecanic rezistent

Lucrul mecanic (L) al unei forţe constante ce acţionează asupra unui

corp pe direcţia şi în sensul deplasării corpului este mărimea fizică

scalară egală cu produsul dintre modulul forţei (F) şi modulul

deplasării(d):

L = F d

Dacă o forţă de tracţiune efectuează întotdeauna un lucru mecanic

motor, forţa de frecare efectuează întotdeauna lucru mecanic

rezistent.

Gabriela Păunescu

46

fFL = - fF d

Lucrul mecanic efectuat de greutate la coborârea sau urcarea pe

verticală, nu depinde de drumul parcurs de corp sau de legea de

mişcare, ci depinde numai de poziţia iniţială şi de cea finală a

corpului.

GL = G h , la coborâre (lucru mecanic motor, deoarece G are acelaşi

sens cu mişcarea)

GL = - G h , la urcare (lucru mecanic rezistent, deoarece are sens

opus mişcării)

Lucrul mecanic efectuat de forţa deformatoare şi de forţa elastică se

calculează:

F = k x mF = 2

0 kx =

2

kx , unde mF este forţa deformatoare

medie (această relaţie se aplică atunci când forţa variază liniar)

FL = mF x = 2

kx x =

2

2kx

FL = 2

2kx

eF = - kx emF = -2

kx

eFL = emF x = -2

kxx = -

2

2kx

eFL = - 2

2kx

2. Puterea Puterea mecanică medie (P) este mărimea fizică scalară egală cu

raportul dintre lucrul mecanic, efectuat de o forţă şi timpul în care

se efectuează acest lucru mecanic.

P =t

L


47

P =t

Fd

= F mv , unde mv este viteza medie a corpului

Unitatea de măsură pentru puterea mecanică în SI: watt (W).

Altă unitate de măsură pentru puterea mecanică este numită cal

putere (CP).

1CP = 736 W

3. Randamentul mecanic Lucrul mecanic al forţei necesare pentru a învinge forţa rezistentă se

numeşte lucru mecanic util ( uL ).

Lucrul mecanic efectuat de forţa activă se numeşte lucru mecanic

consumat( cL )

Raportul dintre lucrul mecanic util şi lucrul mecanic consumat se

numeşte randament mecanic ( ). uL < cL , deoarece forţa activă

trebuie să învingă nu numai forţa rezistentă ci şi frecările.

=c

u

L

L

Randamentul mecanic este o mărime adimensională (nu are unitate

de măsură) şi subunitară. Poate fi exprimat în procente sau sub

formă de fracţie zecimală.

Randamentul planului înclinat

uL = Gh şi cL = Fl =c

u

L

L =

Fl

Gh plan =

Fl

Gh

Randamentul pârghiei

hiep arg =F

R

F

R

b

b

Randamentul scripetelui fix

scripete = Fl

Rl scripete =

F

R , unde R este forţa rezistentă şi F

este forţa activă

Gabriela Păunescu

48

Randamentul scripetelui mobil

scripete =lF

Rl

2 =

F

R

2 scripete =

F

R

2

Atunci când avem un ansamblu format spre exemplu de un plan

înclinat şi de un scripete fix, randamentul ansamblului se

calculează:

= plan scripete

4. Energia cinetică Proprietăţii unui sistem fizic de a fi capabil să exercite forţe care

efectuează lucru mecanic îi asociem mărimea fizică scalară numită

energie mecanică (E).

Unitatea de măsură pentru energia mecanică în SI : joule ( J ).

Energia mecanică poate fi energie cinetică ( cE ) sau energie

potenţială ( pE ).

Energia mecanică totală a unui sistem este suma celor două forme

de energie mecanică.

E = cE + pE

Energia mecanică a unui corp aflat în mişcare, cu o viteză v, faţă de

sistemul de referinţă ales, o numim energie cinetică ( cE ).

cE = 2

2mv

Un sistem de referinţă este un sistem de coordonate ataşat unui corp

de referinţă (reper)

Fiecărei stări mecanice a unui corp, caracterizată printr-o anumită

viteză, îi corespunde o anumită energie cinetică. Energia cinetică

este o mărime fizică de stare.

Legea de variaţie a energiei cinetice

Variaţia energiei cinetice este egală cu lucrul mecanic al forţelor

ce acţionează asupra corpului.

cE = L fcE -

icE = L , unde L este lucrul mecanic efectuat


49

de rezultanta forţelor ce acţionează asupra corpului

5. Energia potenţială Energia mecanică a unui sistem fizic ale cărui părţi componente

interacţionează se numeşte energie potenţială ( pE ).

Fiecărei stări mecanice a unui sistem fizic, caracterizată printr-o

anumită poziţie relativă a părţilor lui componente (ce

interacţionează), îi corespunde o anumită energie potenţială (energie

de poziţie).

Energia potenţială, este energia pe care o posedă un corp datorită

poziţiei lui faţă de Pământ (luat ca nivel de energie potenţială zero),

ce se numeşte energie potenţială gravitaţională, sau datorită poziţiei

dintre părţile componente ale acelui corp, unele faţă de celelalte.

În timpul deplasării unui corp, pe verticală, între două poziţii:

- pE = GL ipE -

fpE = GL

La coborârea de la înălţimea h până la nivelul Pământului (nivel de

energie potenţială zero):

pfE = 0 J piE = GL piE = Gh = mgh

Dacă un corp se află la o anumită înălţime h, faţă de nivelul de

energie potenţială zero, energia potenţială a sistemului

corp – Pământ este :

pE = mgh

Energia potenţială gravitaţională depinde de nivelul de energie

potenţială zero ales, pe când variaţia acesteia depinde de diferenţa

de înălţime între poziţiile iniţială şi finală ale corpului.

Energia potenţială elastică este energia ce ia naştere într-un resort

deformat (întins sau comprimat).

peE = 2

2kx , unde x este deformarea

iar k constanta elastică a resortului

Gabriela Păunescu

50

Fiecărei stări mecanice a unui sistem îi corespunde o energie

mecanică; deci energia mecanică este mărime fizică de stare.

Trecerea sistemului dintr-o stare mecanică în altă stare mecanică

este caracterizată de lucrul mecanic, deci lucrul mecanic este

mărime fizică de proces.

Lucrul mecanic este o măsură a variaţiei energiei mecanice a

sistemului.

Legea variaţiei energiei mecanice

Variaţia energiei mecanice a unui sistem fizic neizolat este egală

cu lucrul mecanic efectuat de forţele exterioare.

E = L fE - iE = L , unde

iE = ciE + piE , fE = cfE + pfE

6. Conservarea energiei mecanice Legea conservării energiei mecanice

Energia mecanică a unui sistem fizic izolat (ce nu

interacţionează cu alte corpuri şi în care frecările sunt

neglijabile) rămâne constantă, adică se conservă.

E= cE + pE = const.

7. Echilibrul mecanic şi energia potenţială Echilibrul stabil

Un corp se află în echilibru stabil dacă, la mici deviaţii faţă de

poziţia de echilibru, el revine în această poziţie.

În poziţia de echilibru stabil, comparativ cu poziţiile alăturate,

energia potenţială a sistemului corp – Pământ este minimă (are cea

mai mică valoare).

Un corp suspendat este în echilibru stabil dacă punctul de susţinere

se află deasupra centrului de greutate al corpului, pe aceeaşi

verticală.

Un corp sprijinit este în echilibru stabil dacă verticala dusă din

centrul de greutate cade în baza de sprijin. Baza de sprijin este

suprafaţa din interiorul conturului obţinut prin unirea punctelor

marginale de sprijin.


51

Echilibrul instabil

Un corp se află în echilibru instabil dacă, la mici deviaţii faţă de

poziţia de echilibru, el nu revine singur în această poziţie.

În poziţia de echilibru instabil, comparativ cu poziţiile alăturate,

energia potenţială a sistemului corp – Pământ este maximă (are

valoarea cea mai mare).

Echilibrul indiferent

Un corp se află în echilibrul indiferent dacă, la mici deviaţii faţă

de poziţia de echilibru, se află tot în echilibru.

În poziţia de echilibru indiferent, centrul de greutate rămâne la

acelaşi nivel, iar energia potenţială a sistemului corp – Pământ

rămâne neschimbată.

Un corp sprijinit sau suspendat în centru său de greutate este în

echilibru indiferent.

IV. Lumină şi sunet

1. Reflexia luminii. Legile reflexiei Într-un mediu transparent şi omogen lumina se propagă în linie

dreaptă.

Reflexia luminii este fenomenul de întoarcere a luminii în mediul

din care a venit, când întâlneşte suprafaţa de separare dintre două

medii.

Gabriela Păunescu

52

Legile reflexiei

1.Raza incidentă, normala şi raza reflectată se află în acelaşi plan.

2.Măsura unghiului de reflexie este egală cu măsura unghiului de

incidenţă.

Dacă unghiul de incidenţă este zero raza de lumină se întoarce pe

acelaşi drum.

Lumina se reflectă într-o singură direcţie când întâlneşte o suprafaţă

netedă, iar când întâlneşte o suprafaţă neregulată, se reflectă în mai

multe direcţii, fenomen numit difuzia luminii.

2. Oglinda plană. Construirea imaginii Folosind legile reflexiei se poate construi formarea imaginii unui

bec în oglinda plană. Se aleg două raze incidente, ce se reflectă pe

oglindă conform legii reflexiei. Razele reflectate nu se întâlnesc în

faţa oglinzii, ci se întâlnesc prelungirile razelor reflectate.

Imaginea formată nu se poate prinde pe un ecran şi de aceea este o

imagine virtuală.

Într-o oglindă plană, imaginea se formează în spatele oglinzii, la

aceeaşi distanţă faţă de oglindă ca şi obiectul. Imaginea este virtuală

şi este la fel de mare ca obiectul.

Imagine reală = imaginea ce poate fi prinsă pe un ecran. Ea se

formează la intersecţia razelor.

Imagine virtuală = imaginea ce nu poate fi prinsă pe un ecran. Ea

se formează la intersecţia prelungirilor razelor.


53

3. Refracţia luminii. Reflexia totală Schimbarea direcţiei de propagare a luminii la trecerea dintr-un

mediu transparent în alt mediu transparent este fenomenul de

refracţia luminii.

I – punct de incidenţă

NN’– normala în punctul de incidenţă

SI – raza incidentă

IR – raza reflectată

IR’- raza refractată

i – unghi de incidenţă

r – unghi de reflexie

r’- unghi de refracţie

1n şi 2n sunt indicii de refracţie ai celor două medii.

Indicele de refracţie absolut al unui mediu transparent:

viteza luminii în vid

n =

viteza luminii în mediul respectiv

Gabriela Păunescu

54

n = v

c

Lumina refractată trece în cel de-al doilea mediu.

Legile refracţiei

1. Raza incidentă, normala şi raza refractată se găsesc în acelaşi

plan.

2. Raportul dintre sinusul unghiului de incidenţă şi sinusul

unghiului de refracţie este constant pentru aceleaşi două medii

transparente prin care trece lumina şi se numeşte indice de refracţie

relativ al mediului 2 faţă de mediul 1 ( 21n ).

r

i

sin

sin=

1

2

n

n= 21n

1n sin i = 2n sin r sau

sin i = 21n sin r

Dacă mărim unghiul de incidenţă se măreşte şi unghiul de refracţie.

Unghiul de refracţie este mai mic decât unghiul de incidenţă când

lumina trece dintr-un mediu cu indice de refracţie mai mic (mediu

mai puţin refringent) într-un mediu cu indice de refracţie mai mare

(mediu mai refringent) şi este mai mare în caz contrar.

Dacă unghiul de incidenţă este zero, raza de lumină trece nedeviată.

La suprafaţa de separare dintre două medii transparente, o parte din

lumină se refractă, altă parte se reflectă.

Reflexia totală

Atunci când lumina trece dintr-un mediu mai refringent(cu indice

de refracţie mai mare) in alt mediu mai puţin refringent (cu indice

de refracţie mai mic), unghiul de refracţie este mai mare decât

unghiul de incidenţă. Pentru un anumit unghi de incidenţă, numit

unghi limită, unghiul de refracţie are valoarea de 090 . Când

unghiul de incidenţă este mai mare decât unghiul limită, lumina se

întoarce în mediul din care a venit, fenomen numit reflexie totală.

Utilizări:


55

- în prisme de sticlă este utilizată pentru a devia sau a întoarce un

fascicul de lumină (catadioptrii roşii-ochi de pisică, plasaţi în

spatele vehiculelor sau pe panouri de semnalizare rutieră);

- o succesiune de reflexii totale este folosită pentru a direcţiona raza

de lumină prin tuburi subţiri de sticlă (fibre optice) sau prin jeturi de

apă.

090sin

sin l =

1

2

n

n = 21n

sin090 = 1 sin l =

1

2

n

n= 21n

4. Lentile Lentila este un mediu transparent şi omogen, mărginit de două

suprafeţe, din care cel puţin una nu este plană.

Lentilele pot fi:

- convergente – mai groase la mijloc şi mai subţiri la extremităţi;

- divergente – mai subţiri la mijloc şi mai groase la extremităţi.

Elementele lentilelor subţiri

- axa optică principală- axa de simetrie a lentilei;

- centrul optic al lentilei (O) – punctul din interiorul lentilei, aflat

pe axa optică principală, prin care lumina trece nedeviată.

Gabriela Păunescu

56

- focarele lentilei – punctele situate pe axa optică principală a

lentilei, de-o parte şi de alta a ei, la distanţă egală de centrul

optic.Focarul situat în faţa lentilei se numeşte focar obiect ( 1F ), iar

cel situat în spatele lentilei se numeşte focar imagine ( 2F ).

Distanţa de la centrul optic al lentilei la focar se numeşte distanţă

focală (f).

Spaţiul din faţa lentilei (în care se găseşte obiectul) se numeşte

spaţiu obiect, iar cel situat în spatele lentilei (unde se formează

imaginea), se numeşte spaţiu imagine.

La trecerea printr-o lentilă convergentă, un fascicul

incident, paralel cu axa optică principală, devine convergent

(este strâns într-un punctul numit focar imagine).

La trecerea printr-o lentila divergentă, un fascicul

incident, paralel cu axa optică principală, este împrăştiat după

o direcţie a cărei prelungire trece prin punctul numit focar

obiect (fasciculul devine divergent).


57

Lentilă convergentă Lentilă divergentă

Se convine că distanţa focala a unei lentile convergente este

pozitivă iar cea a unei lentile divergente este negativă.

Lentilă convergentă Lentilă divergentă

Gabriela Păunescu

58

5. Construcţii grafice de imagini prin lentile Lentile convergente

În funcţie de poziţia obiectului faţă de lentilă imaginea poate fi :

- imagine reală(se formează la intersecţia razelor refractate şi poate

fi prinsă pe un ecran);

- imagine virtuală(se formează la intersecţia prelungirilor razelor

refractate şi nu poate fi prinsă pe un ecran - poate fi văzută doar cu

ochiul liber).

a. Când obiectul se găseşte, faţă de lentilă, la o distanţă mai mare

decât de două ori distanţa focală ( 1x > 2f , unde cu 1x se notează

distanţa de la obiect la centrul optic al lentilei) : imaginea este

reală, mai mică decât obiectul şi răsturnată ;

b. Când obiectul se găseşte la de două ori distanţa focală ( 1x = 2f) :

imaginea este reală, egală cu obiectul şi răsturnată.

c. Când obiectul se găseşte între de două ori distanţa focală şi focar

( 2f < 1x < f ) : imaginea este reală, mai mare decât obiectul şi

răsturnată.

d. Când obiectul se găseşte între focar şi lentilă ( 1x < f ) : imaginea

este virtuală, mai mare decât obiectul şi dreaptă.

Pentru a obţine grafic imaginea unui punct luminos este suficient să

se reprezinte două din următoarele raze:

- o rază care trece nedeviată, prin centrul optic al lentilei;

- o rază paralelă cu axa optică principală care, după refracţie, trece

prin focarul imagine;

- o rază care trece prin focarul obiect şi, după refracţie, devine

paralelă cu axa optică principală.


59

La intersecţia celor două raze reprezentate se obţine grafic imaginea

punctului luminos.

Fiecărui punct obiect îi corespunde un singur punct imagine.

Un obiect are o infinitate de puncte. Imaginea obiectului este dată

de mulţimea punctelor imagine obţinute.

Dacă reprezentăm obiectul ca un segment perpendicular pe axa

optică principală, cu unul din capete situat pe axă, imaginea va fi tot

un segment, perpendicular pe axa optică principală, cu un capăt pe

axă.

Construcţii grafice de imagini prin lentile convergente

Lentile divergente

Formează un singur tip de imagini, indiferent de poziţia obiectului

faţă de lentilă. Prin lentilele divergente se formează imagini

virtuale, mai mici decât obiectul şi drepte.

Gabriela Păunescu

60

Construcţii grafice de imagini prin lentile divergente

Formula lentilelor

fxx

111

12

În aplicarea acestei relaţii se foloseşte următoarea convenţie de

semne:

- 1x - negativ

- 2x - pozitiv, dacă imaginea este reală

- negativ, dacă imaginea este virtuală

- f - pozitiv, dacă lentila este convergentă

- negativ, dacă lentila este divergentă

Convergenţa unei lentile( C) este mărimea fizică egală cu inversul

distanţei focale a lentilei.

C = f

1

Unitatea de măsură în SI pentru convergenţă este dioptria ( ) (

1 = 1 1m ).

Convergenţa unei lentile convergente este pozitivă iar a unei lentile

divergente este negativă.

O altă mărime fizică este mărirea transversală ( )

= 1

2

y

y,


61

unde 1y şi 2y sunt mărimea obiectului şi, respectiv, a imaginii

şi 1

2

y

y =

1

2

x

x

6. Instrumente optice

6.1. Ochiul

Pupila – deschiderea din centrul irisului care reglează cât din

fasciculul de lumină intră în ochi;

Cristalinul – mediu transparent ce se comportă ca o lentilă

convergentă. Distanţa ei focală se poate modifica proces numit

acomodare ( n= 1,46).

Retina – se comportă ca un ecran. Pe ea se prind imaginile, formate

prin cristalin, ale obiectelor. Imaginile formate pe retină sunt reale,

răsturnate şi mai mici decât obiectul. Când lumina ajunge pe

celulele ei nervoase (din pata galbenă), acestea trimit creierului

semnale prin intermediul nervului optic. În centru optic, de pe

scoarţa cerebrală, se analizează imaginea, este îndreptată şi se

ceează senzaţia de văz.

Corneea – membrană tare transparentă cu n = 1,33.

Umoarea sticloasă – mediu transparent cu n = 1,33.

Umoarea apoasă – mediu transparent cu n = 1,33.

Lumina trece prin cornee şi prin umoarea apoasă, pătrunde prin

pupilă, se refractă prin cristalin, pătrunde prin umoarea sticloasă şi

ajunge pe retină unde se formează imaginea.

Ochiul vede obiecte aflate le distanţe diferite faţă de el datorită

capacităţii de acomodare a cristalinului.

Distanţa vederii optime este, pentru un ochi normal, de 25 cm.

Punctul cel mai apropiat de ochi, în care un obiect este văzut clar,

cu maximum de acomodare, se numeşte punctum proximum.

Pentru un ochi normal acesta se află la 10 – 15 cm faţă de ochi.

Punctul cel mai îndepărtat de ochi, în care un obiect este văzut clar,

fără acomodare, se numeşte punctum remotum. Pentru un ochi

normal acesta se află la infinit.

Gabriela Păunescu

62

Defecte de vedere

Miopia

În cazul ochiului miop, imaginea se formează în faţa retinei.

Ochiul miop nu vede clar obiectele îndepărtate. Se folosesc, pentru

corectare, lentile divergente care ajută ca imaginea să se formeze pe

retină.

Hipermetropia

În cazul hipermetropiei imaginea se formază în spatele retinei.

Ochiul hipermetrop nu vede clar obiectele apropiate. Pentru

corectare se folosesc lentile convergente. El are punctum proximum

la o distanţă mai mare decât cea normală.

Prezbitismul

Constă în pierderea capacităţii de acomodare a cristalinului, în cazul

persoanelor în vârstă. Se manifestă la fel ca şi hipermetropia.

6.2. Ochelarii. Lupa

Instrumentele optice au în alcătuirea lor oglinzi, lentile, prisme

optice. Ele sunt folosite pentru obţinerea imaginilor unor obiecte.

În funcţie de tipul imaginii pe care o formează, instrumentele optice

se pot clasifica în:

- instrumente optice ce dau imagini reale(ce pot fi proiectate pe un

ecran): aparatul de fotografiat, aparatul de proiecţie, ochiul;

- instrumente optice ce dau imagini virtuale( ce nu pot fi prinse pe

un ecran): lupa, microscopul, telescopul. Aceste instrumente sunt

folosite pentru observarea obiectelor în mod direct.

Ochelarii

Lentilele ochelarilor sunt utilizate pentru corectarea defectelor de

vedere(lentile oftalmologice) sau protejarea ochilor de lovituri, de

substanţe chimice sau de lumină prea intensă(ochelari de protecţie).

Lupa este un instrument optic cu distanţa focală mică, format din

una sau mai multe lentile convergente şi destinat observării

obiectelor de dimensiuni mici.

În scopul distingerii detaliilor obiectelor observatorul trebuie să

deplaseze lupa între obiect şi ochi până când obţine o imagine clară.

Lupa este un instrument ce dă imagini virtuale.


63

7. Dispersia luminii Lumina provenită de la Soare sau de la un bec este lumină albă.

Isaac Newton a descoperit, cu ajutorul unei prisme, că lumina albă

este formată din mai multe fascicule colorate diferit.

Prisma optică este un mediu transparent şi omogen, mărginit de

două suprafeţe plane şi neparalele(ce fac un unghi între ele).

Unghiul dintre cele două suprafeţe se numeşte unghiul prismei.

La trecerea prin prismă, lumina se descompune în fascicule colorate

în culorile: roşu, orange, galben, verde, albastru, indigo şi violet(

ROGVAIV).

Fenomenul de descompunere, prin refracţie, a luminii albe în

fascicule de lumină colorate diferit se numeşte dispersia luminii.

Cauza o constituie faptul că fasciculele colorate trec prin prismă cu

viteze diferite şi de aceea ies din prismă sub unghiuri diferite.

Curcubeul poate fi observat vara, după ploaie. El apare datorită

fenomenelor de refracţie, reflexie şi dispersie a luminii provenite de

la Soare prin picăturile de apă din atmosferă

8. Surse sonore Vibraţia este mişcarea de o parte şi de cealaltă a unei poziţii date.

Fenomenul ce stă la baza producerii sunetelor este vibraţia unei

surse sonore.

Sursele sonore sunt corpuri care emit sunete, datorită vibraţiei lor.

Surse sonore: coardele vocale, instrumentele muzicale, membranele

difuzoarelor, diapazonul etc..

Vibraţia este periodică, adică se repetă la intervale egale de timp.

Durata celui mai mic interval de timp după care vibraţia se repetă se

numeşte perioadă ( T).

Unitatea de măsură pentru perioadă în SI este secunda (s).

Frecvenţa ( ) unei vibraţii este inversul perioadei. Ea reprezintă

numărul de vibraţii (oscilaţii) complete efectuate în timp de o

secundă.

= T

1

Gabriela Păunescu

64

Unitatea de măsură pentru frecvenţă în SI se numeşte hertz ( Hz).

1 Hz = 1s

Frecvenţa vibraţiei coardelor vocale umane este aproximativ 80 Hz

pentru sunetele joase şi de 150 Hz pentru sunetele înalte.

9. Propagarea sunetului

Fenomenul prin care sunetul ajunge de la sursă, din aproape în

aproape, într-un alt punct al spaţiului, se numeşte propagarea

sunetului.Sunetul se propagă în aer, la temperatura de 15 C0cu

viteza de aproximativ 340 s

m.

Sunetul nu se propagă în vid.Toate mediile (solide, lichide şi

gazoase) permit propagarea sunetelor. Cu cât ne aflăm mai departe

de sursa sonoră, cu atât sunetul se aude mai slab, el fiind atenuat în

timpul propagării. Mediile ce atenuează mai mult sunetele se

numesc izolatoare sonore(fonice).Vibraţia sursei sonore produce

comprimarea aerului din imediata sa vecinătate. Această

comprimare se transmite aerului din stratul alăturat, iar aerul din

stratul iniţial se destinde. Astfel, sunetul se propagă, din aproape în

aproape, sub formă de unde sonore. Propagarea sunetului se face

cu viteză constantă, fără ca aerul să se deplaseze. Fiecare strat de

aer vibreză( se comprimă şi se destinde) cu frecvenţa egală cu a

sursei sonore.

10. Percepţia sunetului

Sunetele se percep datorită unor nervi din ureche care transformă

vibraţiile produse de undele sonore în semnale ce ajung la creier.

Undele sonore emise de o sursă fac să vibreze timpanul cu aceeaşi

frecvenţă ca şi a sursei sonore. Timpanul transmite vibraţiile unui

ansamblu de oase mici prin intermediul ciocănelului, care ste

solidar cu timpanul. Scăriţa are rolul unui piston împingând înainte


65

şi înapoi lichidul din melc, transmiţându-i astfel vibraţiile. Celulele

nervoase din melc transformă vibraţiile din lichid în semnale

nervoase, care ajung la creier prin nervul auditiv şi creează senzaţia

de auz.Urechea umană poate percepe sunete cu frecvenţa cuprinsă

între aproximativ 20 Hz şi 20.000 Hz.

Tăria sau intensitatea sunetului se măsoară în beli(B) (se folosesc

decibeli- dB). Sunetele cu frecvenţa mai mică de 20 Hz

(infrasunetele) şi cele cu frecvenţa mai mare de 20.000 Hz

(ultrasunetele) nu le auzim.

V. Fenomene termice

1.Difuzia Fenomenul de pătrundere a moleculelor unei substanţe printre

moleculele altei substanţe, fără intervenţia unei forţe exterioare, se

numeşte difuzie.

2. Calorimetrie Temperatura

Proprietăţii unui corp de a avea o anumită stare de încălzire i se

asociază mărimea fizică scalară numită temperatură. Temperatura

este deci o mărime fizică de stare.

Instrumentul de măsură este termometrul.

Unităţile de măsură se găsesc în materia de clasa a şasea.

Căldura

Trecerea unui corp dintr-o stare de încălzire în altă stare de

încălzire, în urma contactului termic cu un alt corp este caracterizată

de mărimea fizică numită căldură. Căldura este deci o mărime

fizică de proces.

Unitatea de măsură pentru căldură în SI : joule (J). O altă unitate

de măsură este caloria(cal) : 1 cal = 4,18 J

Un corp care interacţionează termic foarte încet cu mediul exterior

se numeşte izolator termic. Un conductor termic interacţionează

termic foarte repede cu mediul exterior.

Gabriela Păunescu

66

O foarte bună izolare termică se poate realiza cu ajutorul unui

calorimetru.

Ecuaţia calorimetrică

cedQ = absQ

Coeficienţi calorici

Coeficienţii calorici sunt mărimi fizice scalare care stabilesc

legătura între căldura primită (cedată) de un corp şi variaţia

temperaturii lui.

Căldura specifică ( c ) este mărimea fizică numeric egală cu

căldura necesară pentru a varia temperatura unităţii de masă dintr-

un corp cu un grad.

c = tm

Q

Q = mc t

Unitatea de măsură pentru căldura specifică în SI : kgK

J.

Capacitatea calorică este mărimea fizică numeric egală cu căldura

necesară pentru a varia temperatura unui corp cu un grad.

C = t

Q

Q =C t

Unitatea de măsură pentru capacitatea calorică în SI este : K

J.

C = mc

Combustibili

Combustibilii sunt substanţe prin arderea cărora se degajă căldură.

După starea de agregare combustibilii pot fi: solizi, lichizi şi gazoşi.

După modul de obţinere combustibilii pot fi: naturali sau artificiali

Puterea calorică (q) este mărimea fizică scalară numeric egală cu

căldura degajată prin arderea unităţii de masă dintr-un combustibil.

q = m

Q Q = mq

Unitatea de măsură pentru puterea calorică în SI: kg

J


67

3. Motoare termice Un sistem fizic care exercită forţe ce efectuează lucru mecanic

atunci când primeşte căldură se numeşte motor termic.

Căldura necesară funcţionării unui motor termic se obţine prin

arderea combustibilului.

După locul unde se produce arderea motoarele se clasifică în:

- motoare cu ardere externă : locomotiva cu abur,turbina cu abur

etc..

- motoare cu ardere internă : motorul cu aprindere prin scânteie

(motorul Otto), motorul Diesel, motorul cu reacţie etc.

Motorul cu aprindere prin scânteie foloseşte drept combustibil un

amestec de vapori de benzină şi aer a cărui arder are loc în interiorul

unui cilindru cu piston. El funcţionează în patru timpi:

1 - admisia

2 - compresia

3 - aprinderea şi detenta

4 - evacuarea

Randamentul unui motor termic ( ) este mărimea fizică numeric

egală cu raportul dintre lucrul mecanic efectuat (L) şi căldura (Q)

rezultată prin arderea combustibilului.

=

1Q

L , 1Q = L + 2Q , unde 2Q = căldura cedată sistemului de

răcire

Gabriela Păunescu

68

CLASA a VIII – a

I. Fenomene termice

1. Căldura

1.1. Agitaţia termică

Fenomenul de pătrundere a moleculelor unei substanţe printre

moleculele altei substanţe, fără intervenţia unei forţe exterioare, se

numeşte difuzie.

Mişcarea dezordonată şi continuă a moleculelor unei substanţe se

numeşte agitaţie termică.

Agitaţia termică (mişcarea browniană), nu este produsă de o cauză

exterioară (este spontană), nu încetează niciodată şi creşte odată cu

creşterea temperaturii.

Fiecare moleculă a unui corp se află în mişcare, deci, are energie

cinetică. Între moleculele unui corp se exercită interacţiuni (forţe

intermoleculare), moleculele schimbându-şi permanent poziţia una

faţă de cealaltă, şi interacţionează şi cu Pământul (prin intermediul

câmpului gravitaţional, deci, moleculele au şi energie potenţială.

Suma energiilor cinetice şi potenţiale ale tuturor moleculelor unui

corp reprezintă energia internă (U) a acelui corp.

Unitatea de măsură pentru energia internă în SI este: joule (J).

Un corp ce are o anumită temperatură, are o anumită energie

internă. O dată cu creşterea temperaturii creşte agitaţia termică, deci

creşte energia internă.

Energia internă şi temperatura sunt mărimi fizice de stare.

1.2.Căldura

Trecerea unui corp dintr-o stare de încălzire în altă stare de

încălzire, în urma contactului termic cu un alt corp este caracterizată

de mărimea fizică numită căldură. Căldura este mărime fizică de

proces.

Unitatea de măsură pentru căldură în SI : joule (J).

O altă unitate de măsură este caloria (cal) : 1 cal = 4,18 J


69

Un corp aflat într-o anumită stare de încălzire, este caracterizat de o

temperatură 1T şi o energie internă 1U . Atunci când intră în contact

termic cu un alt corp (cu temperatură diferită), trece într-o altă stare

de încălzire caracterizată de temperatura 2T şi energia internă 2U .

Deci în urma contactului termic are loc o variaţie a energiei interne:

U = 2U - 1U

Căldura primită sau cedată de un corp prin contact termic este egală

cu variaţia energiei sale interne dacă nu se efectuează lucru

mecanic.

Q = U

Energia internă a unui corp se modifică atunci când:

- corpul primeşte sau cedează căldură U ~ Q

- asupra corpului se exercită forţe care efectueză lucru mecanic

U ~ L

Propagarea căldurii

Căldura se poate transmite de la un corp la altul prin:

- în solide - propagare prin conducţie (căldura se transmite din

aproape în aproape fără transport de substanţă);

- în lichide – propagare prin convecţie (căldura se transmite din

aproape în aproape cu transport de substanţă);

- în gaze – propagare prin convecţie.

Căldura se mai propagă şi prin radiaţie. Orice corp încălzit emite

radiaţii.

Din punctul de vedere al transmiterii căldurii corpurile pot fi:

- conductoare termice;

- izolatoare termice. Un bun izolator termic este calorimetrul.

Lichidele şi gazele sunt, în general, izolatoare termice.

2. Schimbarea stării de agregare

2.1. Topirea şi solidificarea

Trecerea unei substanţe din stare solidă în stare lichidă se numeşte

topire.

Gabriela Păunescu

70

Trecerea unei substanţe din stare lichidă în stare solidă se numeşte

solidificare.

Legile topirii / solidificării

a. La presiune constantă, pe toată durata topirii (solidificării),

temperatura rămâne constantă. Această temperatură este o constantă

caracteristică fiecărei substanţe şi se numeşte temperatură de

topire (solidificare).

b. Temperatura de topire coincide cu temperatura de solidificare.

tt = st

c. În timpul topirii (solidificării) volumul substanţei se modifică.

Presiunea exterioară influenţează temperatura de topire.

Temperatura de topire a unui aliaj este mai mică decât temperatura

de topire a fiecărui component al său.

d. Masa corpului nu se modifică în timpul topirii (solidificării).

Pentru a se topi, corpurile absorb căldură, iar pentru a se solidifica

cedează căldură.

2.2. Vaporizarea şi condensarea

Trecerea unui lichid în stare gazoasă se numeşte vaporizare.

Vaporizarea în toată masa lichidului se numeşte fierbere.

Temperatura de fierbere este o constantă caracteristică fiecărei

substanţe.

În timpul fierberii temperatura rămâne constantă, dacă presiunea nu

se modifică.

Evaporarea este o vaporizare lentă a unui lichid aflat în atmosferă.

Ea se produce la orice temperatură şi are loc la suprafaţa lichidului.

Evaporarea depinde de natura lichidului.

Ea se produce cu atât mai repede cu cât:

- suprafaţa liberă a lichidului este mai mare;

- există deplasări ale aerului (vânt) care înlătură vaporii formaţi;

- temperatura mediului înconjurător este mai ridicată.

Prin evaporare, lichidele absorb căldură, răcind suprafaţa corpului

de pe care se evaporă. Unele lichide se evaporă repede şi se numesc

lichide volatile(acetona, benzina,eterul).

Trecerea unei substanţe din stare de vapori în stare lichidă se

numeşte condensare.

Condensarea este fenomenul invers vaporizării.


71

În timpul condensării se cedează căldură.

Temperatura de fierbere este egală cu temperatura de condensare.

ft = ct

2.3. Călduri latente

La trecerea unui corp dintr-o stare de agregare în altăstare de

agregare, acesta primeşte sau cedează căldură. Căldura cedată sau

primită de un corp pentru a-şi schimba starea de agregare este direct

proporţională cu masa corpului, factor de proporţionalitate fiind o

constantă ce depinde de natura substanţei din care este alcătuit

corpul şi se numeşte căldură latentă ( ).

Q = m = m

Q

În SI, căldura latentă, se măsoară în kg

J.

Căldura latentă de topire este căldura necesară unităţii de masă

dintr-un corp solid pentru a se topi, la temperature de topire.

t = m

Q

Căldura latentă de topire este egală cu căldura latentă de

solidificare, numai că, în cazul acesteia din urmă, este vorba de

căldura cedată de unitatea de masă, dintr-o substanţă, ce se

solidifică (la temperatura de solidificare).

t = s

Căldura latentă de vaporizare reprezintă căldura absorbită

pentru vaporizarea unităţii de masă dintr-un lichid, la temperatura

de fierbere.

v = m

Q

Căldura latentă de condensare este egală cu căldura latentă de

vaporizare, şi reprezintă căldura cedată la condensarea unităţii de

masă dintr-o substanţă în stare de vapori, la temperatura de fierbere.

Gabriela Păunescu

72

II. Mecanica fluidelor

1. Presiunea. Presiunea în fluide Presiunea (p) este mărimea fizică scalară care exprimă forţa de

apăsare exercitată, uniform şi perpendicular, pe unitatea de

suprafaţă.

Presiunea creşte când forţa de apăsare creşte, şi scade când aria

suprafeţei de contact, pe care se exercită forţa de apăsare, creşte.

p = S

F unde F =modulul forţei exercitate perpendicular şi uniform,

iar S = aria suprafeţei

Unitatea de măsură în SI pentru presiune este 2m

N= Pa (pascal)

Alte unităţi de măsură sunt: atmosfera fizică (atm), mm coloană de

mercur,torr, bar etc.

1 atm = 1,013*510

2m

N(Pa)

1 atm = 760 mm col. Hg = 760 torri

1 torr = 133,28 2m

N (Pa) = 1 mm col. Hg

1 bar = 510

2m

N(Pa)

Instrumentele de măsură pentru presiune se numesc manometre.

Presiunea hidrostatică

Datorită greutăţii sale, un lichid în repaus exercită forţe de apăsare

pe suprafaţa oricărui corp cu care este în contact. Aceste forţe sunt

perpendiculare pe suprafeţele pe care se exercită. Deci, în lichidele

în repaus există o presiune numită presiune statică.

Presiunea statică dintr-un lichid:

- creşte cu adâncimea;

- are aceeaşi valoare în toate direcţiile într-un punct al lichidului (nu

depinde de orientarea suprafeţei pe care se exercită);

- este aceeaşi în toate punctele unui plan orizontal;


73

- depinde de natura lichidului, fiind proporţională cu densitatea

lichidului.

Presiunea statică exercitată la un anumit nivel în interiorul unui

lichid, determinată de greutatea coloanei de lichid aflată deasupra

acestui nivel se numeşte presiune hidrostatică.

Presiunea hidrostatică exercitată într-un punct în interiorul unui

lichid:

p =S

G , unde G este greutatea coloanei de lichid de deasupra

G = m g = Vg = S h g

p = S

Shg= g h

p = g h

Presiunea atmosferică

Un gaz exercită o presiune asupra suprafeţelor corpurilor cu care

este în contact.

Aerul atmospheric, datorită greutăţii sale, exercită asupra tuturor

suprafeţelor corpurilor cu care este în contact, o presiune numită

presiune atmosferică.

Presiunea atmosferică variază cu:

- altitudinea;

- stare vremii;

- de la un loc la altul.

Presiunea atmosferica normală:

0p = 101325 2m

N(Pa) = 1 atm = 760 mmHg = 760 torri

Presiunea atmosferică normală (1 atm) este egală cu presiunea

exercitată de o coloană de mercur cu înălţimea de 760 mm.

Instrumentele folosite pentru măsurarea presiunii atmosferice se

numesc barometre.

Gabriela Păunescu

74

2. Principiul fundamental al hidrostaticii Diferenţa de presiune între două puncte ale unui lichid în

echilibru este numeric egală cu greutatea unei coloane din acel

lichid, care are ca bază unitatea de suprafaţă şi ca înălţime

distanţa dintre planele care conţin punctele respective.

p = hg

Principiul vaselor comunicante

În vasele comunicante, nivelul unui lichid omogen este acelaşi.

3. Legea lui Pascal. Aplicaţii Presiunea exercitată asupra unui lichid se transmite integral în toată

masa lichidului şi în toate direcţiile.

1p = 2p

1

1

S

F =

2

2

S

F

2

1

F

F =

2

1

S

S

Aplicaţii:

- presa hidraulică;

- frâna hidraulică.

4. Legea lui Arhimede. Aplicaţii Rezultanta tuturor forţelor (de apăsare) cu care un fluid acţionează

asupra unui corp scufundat în fluid se numeşte forţă

arhimedică( AF ).

Forţa arhimedică are direcţie verticală şi sensul de jos în sus.

Modulul forţei arhimedice este egal cu modulul greutăţii fluidului

dezlocuit de corp.

Fluidele au proprietatea de a curge. Fluide sunt lichidele şi gazele.

În cazul unui corp scufundat într-un lichid:

AF = lG = lm g = l lV g

Când corpul este complet scufundat în lichid :

lV = cV (volumul lichidului este egal cu volumul corpului)


75

Punctul de aplicaţie al forţei arhimedice se numeşte centru de

presiune. Acesta coincide cu centrul de greutate al corpului dacă

acesta este omogen şi complet scufundat în lichid.

Valoare forţei arhimedice:

- nu depinde de adâncimea la care este scufundat corpul;

- depinde de natura lichidului fiind cu atât mai mare cu cât

densitatea lichidului este mai mare;

- creşte cu creşterea volumului corpului scufundat;

- nu depinde de masa corpului scufundat dacă volumul corpului

scufundat nu se modifică.

Legea lui Arhimede

Un corp scufundat într-un fluid în repaus este împins de jos în

sus cu o forţă verticală numeric egală cu greutatea volumului de

fluid dezlocuit de acel corp.

Cazuri:

a.Corpul se scufundă:

G > AF c > l (în cazul în care corpul este omogen)

aA GFG

, unde aG

= greutate aparentă, este rezultanta celor

două forţe

Greutatea aparentă are direcţie verticală şi sensul în jos. Modulul:

aG = G - AF

b. Corpul este în echilibru în lichid:

G = AF c = l ( în cazul în care corpul este omogen)

0 AFG

c. Corpul se ridică la suprafaţă:

G < AF c < l ( în cazul în care corpul este omogen)

aA FFG

, unde aF

= forţă ascensională, este rezultanta celor

două forţe

Forţa ascensională are direcţie verticală şi sensul în sus. Modulul:

aF = AF - G

Gabriela Păunescu

76

Aplicaţii:

- plutire navelor, submarinele, densimetrul;

- aerostatele, baloanele, dirijabilele.

III. Curentul electric

1. Circuite electrice

1.1. Tensiunea electrică. Intensitatea curentului electric

Intensitatea curentului electric

Mărimea fizică scalară numeric egală cu sarcina electrică a

purtătorilor de sarcină ce trec prin secţiunea transversală a unui

conductor în unitatea de timp se numeşte intensitatea curentului

electric ( I ).

I = t

Q

Intensitatea curentului electric are semnificaţie de debit de sarcină

electrică.

Unitatea de măsură pentru intensitatea curentului electric în SI este

amperul(A).

Instrumentul de măsură : ampermetrul.

Ampermetrul se conectează în serie cu porţiunea de circuit pe care

se doreşte măsurarea intensităţii curentului electric.

Sarcina electrică este multiplu întreg de sarcină electrică

elementară.

e = 1,6 * 1910

C este sarcina electrică elementară Q = n e ,

unde nZ

Tensiunea electrică

Două corpuri încărcate cu sarcini electrice diferite (unul cu sarcină

electrică pozitivă şi celălalt cu sarcină electrică negativă) acţionează

diferit asupra electronilor liberi dintr-un conductor metalic (corpul

încărcat cu sarcină negativă îi respinge iar cel cu sarcină pozitivă îi

atrage). Spunem că cele două corpuri au potenţiale electrice diferite.

Electronii liberi vor circula prin conductor până când cele două


77

corpuri ajung la acelaşi potenţial electric şi ele nu mai acţionează

lor.

Purtătorii de sarcină circulă printr-un conductor atâta timp cât la

capetele lui există o diferenţă de potenţial electric numită şi tensiune

electrică.

Pentru a produce curent electric permanent, conductorul se leagă la

bornele unui generator electric. Forţele sub acţiunea cărora se

deplasează purtătorii de sarcină prin conductor se datorează

câmpului electric creat de generator.

Lucrul mecanic efectuat pentru a deplasa unitatea de sarcină

electrică între două puncte ale unui circuit reprezintă tensiunea

electrică ( U ) între cele două puncte.

U = q

L , unde L = lucrul mecanic iar q = sarcina electrică

Unitatea de măsură pentru tensiunea electrică în SI : C

J= V (volt)

Instrumentul de măsură pentru tensiunea electrică este voltmetrul.

Acesta se leagă în paralel cu porţiunea de circuit pe care se doreşte

măsurarea tensiunii electrice.

1.2. Tensiunea electromotoare

Într-un circuit electri purtătorii de sarcină se deplasează şi în

circuitul exterior şi în circuitul interior al generatorului. Lucrul

mecanic total efectuat:

totL = extL + intL / *q

1

q

Ltot =q

Lext +q

Lint

E = bU + u , unde

E = q

Ltot , bU = q

Lext şi u = q

Lint

E = tensiunea electromotoare

bU = tensiunea la borne

u = tensiunea interioară

Gabriela Păunescu

78

Lucrul mecanic efectuat pentru a deplasa unitatea de sarcină

electrică de-a lungul întregului circuit reprezintă tensiunea

electromotoare (t.e.m.) a generatorului ( E ).

Tensiunea electromotoare este o caracteristică a generatorului şi nu

depinde de elementele circuitului exterior

1.3. Rezistenţă electrică

Rezistenţa electrică ( R ) unui conductor reprezintă proprietatea

acestuia de a se opune, mai mult sau mai puţin trecerii curentului

electric prin el.

Rezistenţa electrică a unui conductor cilindric şi omogen este direct

proporţională cu lungimea conductorului, invers proporţională cu

secţiunea acestuia şi depinde de natura materialului din care ste

confecţionat conductorul.

R = S

l , unde = rezistivitatea electrică a materialului

l = lungimea conductorului şi S = secţiunea conductorului

Între tensiunea la bornele unui conductor şi intensitatea curentului

care-l străbate există o relaţie de directă proporţionalitate, factorul

de proporţionalitate fiind rezistenţa electrică:

U = R I

Rezistenţa electrică (R) a unui conductor este mărimea fizică

scalară egală cu raportul dintre tensiunea aplicată la capetele lui şi

intensitatea curentului electric care-l străbate.

R = I

U

Unitatea de măsură pentru rezistenţa electrică în SI : ohm ( )

Rezistenţa electrică a unui conductor depinde de temperatura sa.

În practică se folosesc şi rezistori cu rezistenţă variabilă ce se

numesc reostate.

1.4 Legea lui Ohm pentru o porţiune de circuit


79

Intensitatea curentului electric ce străbate o porţiune de circuit

este direct proporţională cu tensiunea aplicată la capetele ei

când rezistenţa electrică a porţiunii de circuit este constantă.

I = R

U

1.5 Legea lui Ohm pentru întregul circuit Generatorul electric se opune şi el trecerii curentului electric prin el,

deci, are o rezistenţă interioară (r). Rezistenţa interioară este o

caracteristică constructivă a generatorului la fel ca şi tensiunea

electromotoare.

Aplicând legea lui Ohm pentru circuitul exterior şi pentru circuitul

interior :

I = R

U şi I =

r

u

U = IR şi u = Ir şi cum: E = U + u E = IR + Ir

E = I (R+r)

I = rR

E

(expresia legii lui Ohm pentru întregul circuit.)

Intensitatea curentului electric într-un circuit este direct

proporţională cu tensiunea electromotoare a generatorului şi

invers proporţională cu rezistenţa totală a circuitului.

În cazul scurtcircuitării bornelor generatorului, rezistenţa circuitului

exterior devine R = 0 şi intensitatea curentului electric este :

scI = r

E

1.6. Legile lui Kirchhoff

Reţele electrice = circuite electrice mai complicate.

Nodul de reţea = punctul în care se întâlnesc cel puţin trei

conductoare.

Ramura (latura) reţelei = porţiunea de reţea cuprinsă între două

noduri succesive.

Ochiul de reţea = conturul poligonal închis format din ramuri ale

reţelei.

Gabriela Păunescu

80

Legea I a lui Kirchhoff:

Suma intensităţilor curenţilor electrici care intră într-un nod de

reţea este egală cu suma intensităţilor curenţilor care ies din

nod.

Această lege se demonstreză cu legea conservării sarcinii electrice.

De exemplu, pentru un nod în care intră un curent de intensitate 1I ,

şi ies curenţii de intensitate 2I şi 3I :

1Q = 2Q + 3Q / t

1

t

Q

1 =t

Q

2 +t

Q

3 şi, cum

1I =t

Q

1 , 2I =t

Q

2 şi 3I =t

Q

3

1I = 2I + 3I

A doua lege a lui Kirchhoff se referă la ochiurile unei reţele şi

reprezintă o generalizare a legii lui Ohm pentru întregul circuit.

Legea II a lui Kirchhoff:

Suma algebrică a tensiunilor electromotoare ce alimentează un

ochi de reţea este egală cu suma algebrică a produselor dintre

intensitatea curentului şi rezistenţa electrică(căderilor de

tensiune), pentru fiecare ramură a ochiului respectiv.

n

nE = k

kk RI

Pentru aplicarea acestei legi:

- se alege arbitrar un sens al curentului din fiecare ramură;

- se alage arbitrar un sens de parcurgere a ochiului de reţea;

- produsul IR (căderea de tensiune) este pozitiv dacă sensul de

parcurgere a ochiului coincide cu sensul curentului şi negativ în caz

contrar;

-t.e.m. este pozitivă dacă sensul de parcurgere a ochiului străbate

sursa de la borna negativă la cea pozitivă (sens direct) şi negativă în

caz contrar.

1.7. Gruparea rezistoarelor


81

Gruparea serie

Tensiunea la bornele grupării serie este suma tensiunilor la bornele

fiecărui rezistor. Intensitatea curentului electric este aceeaşi în orice

punct al unui circuit serie.

U = 1U + 2U +…+ nU , dar U = IR

IR = I 1R + I 2R +…+ I nR

IR = I( 1R + 2R +…+ nR ) / I

1

sR = 1R + 2R +…+ nR

Rezistenţa echivalentă a grupării serie a n rezistoare este egală cu

suma rezistenţelor rezistoarelor respective.

Prin rezistor echivalent a două sau mai multe rezistoare, înţelegem

un singur rezistor, care legat în locul celorlalte rezistoare să lase

nemodificată intensitatea curentului prin acea porţiune de circuit şi

tensiunea electrică de la bornele acelei porţiuni de circuit.

Gruparea paralel

La gruparea paralel tensiunea este aceeaşi şi intensitatea curentului

este diferită.

Aplicând legea I a lui Kirchhoff se poate demonstra ce valoare are

rezistenţa echivalentă a grupării paralel.

I = 1I + 2I +…+ nI , dar I =R

U

R

U =

1R

U+

2R

U+...+

nR

U

pR

1=

1

1

R+

2

1

R+…+

nR

1

Inversul rezistenţei echivalente a grupării paralel este egal cu

suma inverselor rezistenţelor rezistoarelor grupării.

Gabriela Păunescu

82

2. Energia şi puterea electrică

Stiind că: U =Q

L L = UQ iar Q = I t W = L =UQ

W = UI t,

unde: W este energia electrică consumată în timpul t, de un

receptor străbătut de un curent cu intensitatea I, atunci când la

bornele lui se aplică o tensiune U.

Unitatea de măsură pentru energia electrică este: joule (J).

Puterea electrica:

P = t

W

P = UI

Unitatea de măsură pentru puterea electrică este watt-ul (W).

3. Efectele curentului electric Legea lui Joule

W = UI t , dar U = IR

W = 2I R t

Aceasta este expresia matematică a legii lui Joule.

La trecerea curentului electric printr-un conductor, căldura degajată

este egală cu produsul între pătratul intensităţii curentului electric,

rezistenţa electrică a conductorului şi durata trecerii curentului

electric prin conductor.

4. Inducţia electromagnetică. Aplicaţii Un ac magnetic aflat în apropierea unui magnet, ca şi pilitura de

fier, interacţionează prin intermediul câmpului magnetic.

Câmpul magnetic este o formă de existenţă a materiei care se

manifestă prin interacţiuni între doi magneţi sau între un magnet şi

un corp ce conţine fier. El poate fi reprezentat cu ajutorul unor linii

numite linii de câmp magnetic. Aceste linii pot fi vizualizate cu

ajutorul piliturii de fier.

Linia de câmp magnetic este tangentă în fiecare punct al ei la

direcţia acului magnetic.


83

Liniile de câmp magnetic sunt curbe închise ce ies din polul nord

magnetic şi intră în polul sud magnetic al unui magnet bară.

Forma liniilor de câmp diferă de la un magnet la altul.

Dacă liniile unui câmp magnetic sunt paralele şi echidistante

câmpul magnetic este uniform.

O bobină parcursă de curent electric se comportă ca un magnet bară.

Câmpul magnetic într-un punct poate fi descris cu ajutorul mărimii

fizice vectoriale numită inducţie magnetică ( B

). Aceasta este

caracterizată de :

- modulul – exprimat în tesla (T);

- punct de aplicaţie – punctul respectiv al câmpului magnetic;

- direcţia – tangentă la linia de câmp ce trece prin punctul respectiv;

- sensul – acelaşi cu al liniei de câmp.

Forţa electromagnetică este forţa pe care o exercită un câmp

magnetic asupra unui conductor parcurs de curent, aflat în acel

câmp.

Sensul forţei electromagnetice depinde sensul curentului prin acel

conductor şi de sensul liniilor de câmp magnetic. Practic, sensul

forţei electromagnetice se poate determina cu regula mâinii stângi

(regula lui Flemming): se aşează palma stângă cu faţa spre polul

nord al câmpului magnetic (inducţia magnetică să intre în palmă),

cu cele patru degete să indice sensul curentului prin conductor, iar

degetul mare întins lateral ne va indica sensul forţei

electromagnetice.

Direcţia forţei electromagnetice este perpendiculară atât pe direcţia

conductorului străbătut de curent electric cât şi pe direcţia inducţiei

magnetice a câmpului în care se află conductorul.

Mărimea forţei electromagnetice depinde de intensitatea curentului,

care străbate conductorul, de lungimea porţiunii de conductor aflată

în câmp magnetic şi de inducţia magnetică (B).

F = B I l ,

unde: F - forţa electromagnetică; B - inducţia magnetică; l -

lungimea conductorului aflat în câmp magnetic şi I – intensitatea

curentului electric prin conductor..

Gabriela Păunescu

84

Formula este valabilă numai dacă conductorul este aşezat

perpendicular pe liniile de câmp magnetic.

Unele dispozitive, cum ar fi: motorul electric, ampermetrul,

voltmetrul şi altele, funcţionează datorităinteracţiunii

electromagnetice.

Motorul electric de curent continuu este o aplicaţie practică a forţei

electromagnetice.

Motorul electric este dispozitivul care exercită forţe ce efectuează

lucru mecanic atunci când consumă energie electrică.

Părţi constructive:

- stator - partea fixă a motorului, care are de regulă, rolul de a

produce câmp magnetic. Poate fi un magnet permanent sau un

electromagnet;

- rotor - este partea mobilă (care se roteşte) a motorului. Este

format din una sau mai multe bobine, înfăşurate pe un tambur

metalic.

Asupra acestor bobine parcurse de curent se vor exercita cupluri de

forţe electromagnetice, din partea câmpului magnetic al statorului,

obţinându-se o mişcare de rotaţie continuă a rotorului;

- colectoarele - sunt jumătăţi, sferturi etc. de cilindru, izolate între

ele, având rolul de a schimba în mod periodic sensul curentului prin

bobinele rotorului, pentru ca acesta să aibă o mişcare de rotaţie

continuă.

Fiecare colector se leagă la un capăt al bobinei, numărul

colectoarelor depinzând de numărul bobinelor rotorului (pentru o

bobină - două colectoare, pentru două bobine -patru colectoare etc);

- două periuţe metalice - care realizează un contact permanent,

alunecător, cu colectoarele, asigurând trecerea curentului electric de

la generator la bobinele rotorului;

- blocul bornelor - conţine, de regulă, două perechi de borne : bornele

perii, prin care se asigură alimentarea cu curent electric a periuţelor

metalice şi bornele prin care se asigură alimentarea cu curent

electric a bobinei electromagnetului statorului.


85

În timpul funcţionării, un motor electric transformă o parte din

energia electrică consumată în energie mecanică, cealaltă parte fiind

pierdută sub formă de căldură.

W = UI t

W = mW + PW , unde W = energia electrică, mW = energie

mecanică, PW = energie pierdută

PW = Q = 2I R t

mW =W - PW

= W

Wm , unde este randamentul motorului electric

Fluxul magnetic, , printr-o suprafaţă străbătută de un câmp

magnetic uniform este mărimea fizică scalară egală cu produsul

între modulul inducţiei magnetice (B) a câmpului magnetic şi aria

secţiunii normale ( nS ) a suprafeţei date.

= B nS

SI = T2m =Wb (weber)

Fluxul magnetic prin suprafaţa unei bobine se modifică atunci când

mişcăm un magnet în interiorul acesteia.

Într-un circuit închis apare un curent electric atunci când fluxul

magnetic prin suprafaţa circuitului variază. Aşadar, o porţiune de

circuit (de exemplu o bobină), prin a cărui suprafaţă fluxul

magnetic este variabil se comportă ca un generator electric, în ea

fiind indusă o tensiune electromotoare.

Fenomenul de producere a unei tensiuni electromotoare într-un

circuit, prin suprafaţa căruia fluxul magnetic variază se

numeşte inducţie electromagnetică.

Tensiunea electromotoare produsă într-un circuit, prin inducţie

electromagnetică, se numeşte tensiune electromotoare indusă.

Curentul electric produs de t.e.m. indusă într-un circuit închis se

numeşte curent indus.

Fluxul magnetic variabil care produce fenomenul de inducţie

electromagnetică se numeşte flux magnetic inductor.

Gabriela Păunescu

86

Regula lui Lenz

Curentul electric indus într-un circuit închis străbătut de un

flux magnetic variabil are un astfel de sens încât, prin câmpul

magnetic propriu, se opune variaţiei fluxului magnetic inductor.

Aplicaţii ale fenomenului de inducţie electromagnetică:

generatoarele electrice (alternatoarele, dinamurile),

transformatoarele, contoarele electrice, frânele electromagnetice etc.

Alternatorul este un generator electric de curent alternativ.

O spiră care se roteşte într-un câmp magnetic este o sursă de t.e.m.

indusă deci un generator de curent alternativ (generator de inducţie).

Acest lucru se întâmplă datorită variaţiei ariei secţiunii normale a

suprafeţei spirei şi implicit a fluxului magnetic.

Pentru a produce o tensiune electromotoare indusă mare, în locul

unei spire se foloseşte o bobină cu mai multe spire, care poate

reprezenta bobina indusă a unui alternator.

Alternatorul sau generatorul de curent alternativ, funcţionează pe

baza fenomenului de inducţie electromagnetică, având aceleaşi părţi

constructive ca şi motorul de curent continuu. Diferă de acesta doar

prin forma colectoarelor, la alternator, acestea având forma a două

inele întregi, izolate între ele. Alternatorul consumă energie

mecanică şi produce energie electrică, iar motorul de curent

continuu consumă energie electrică şi produce energie mecanică.

Alternatoarele cu bobină indusă rotativă nu trebuie să producă

tensiuni prea mari deoarece curentul electric prin zona de contact

între periile colectoare şi inele ar fi foarte intens şi s-ar produce

scântei.

Alternatoarele de puteri mari se construiesc cu bobina indusă fixă.

Rotorul acestor generatoare este electromagnetul care creează

câmpul magnetic inductor, iar în stator se induce tensiune

electromotoare.

Aceeaşi maşină electrică poate funcţiona şi ca generator de energie

electrică şi ca motor electric, în funcţie de tipul energiei cu care o

alimentăm. Spunem că maşinile electrice sunt reversibile.


87

IV. Instrumentele optice

1. Aparatul fotografic Un mediu transparent şi omogen, mărginit de două suprafeţe, din

care cel puţin una nu este plană reprezintă o lentilă.

Lentila este elementul principal al instrumentelor optice.

Instrumentele optice sunt dispozitive folosite pentru obţinerea

imaginilor unor obiecte. Cu ajutorul instrumentelor optice se pot

obţine:

- imagini reale - pot fi prinse pe un ecran sau pe placa sau filmul

fotografic ( aparatul de fotografiat, ochiul, aparatul de proiecţie

etc.);

- imagini virtuale – nu pot fi prinse pe un ecran. Instrumentele ce

dau imagini virtuale sunt folosite pentru studiul direct al obiectelor (

de exemplu: lupa, microscopul, luneta,telescopul etc.).

O cameră obscură, echipată cu o diafragmă reglabilă,formează o

imagine răsturnată a unui obiect,maimult sau mai puţin clară şi

luminoasă. Adaptându-I o lentilă convergentă, camera dă o imagine

clară, luminoasă şi răsturnată. Acesta este principiul aparatului de

fotografiat.

Părţile componente ale aparatului de fotografiat:

1. Cutia care este închisă astfel încât să nu pătrundă lumina în interior şi

este neagră pentru a evita difuzia luminii. Ea are rol de cameră obscură.

2. Obiectivul este alcătuit dintr-o lentilă convergentă sau un ansamblu de

lentile convergente a căror distanţă focală este de 5 cm pentru aparatele

obişnuite.

3. Diafragma reglabilă aflată în spatele obiectivului a cărei deschidere

variază prin glisarea unor lamele montate una peste cealaltă.

4. Obturatorul se află în apropierea peliculei fotografice care împiedică

pătrunderea luminii atunci când nu se fotografiază.

Apăsând declanşatorul se deschide obturatorul un timp scurt şi

pelicula primeşte lumină.

5 .Sistemul de vizualizare permite fotografului să vadă ce va fotografia,

să încadreze corect şi să realizeze diferite reglaje.

Gabriela Păunescu

88

6. Pelicula fotografică este un film din plastic acoperit cu un strat de

granule microscopice, pe care lumina provoacă o reacţie chimică

cunoscută ca descompunerea clorurii de argint.

Imaginea va fi astfel înregistrată pe peliculă chiar daca este invizibilă.

Pentru a apărea imaginea, pelicula trebuie sa sufere un alt tratament

chimic numit developare.

În funcţie de filmul utilizat, se obţine un diapozitiv sau un negativ, după

care se pot face fotografii pe hârtie fotografică.

Pentru obţinerea unei fotografii cât mai bune trebuie îndeplinite

următoarele condiţii:

- imaginea trebuie să se formeze exact pe pelicula fotografică şi să

fie cât mai clară;

- pelicula trebuie să primească o cantitate de lumină bine

determinată;În acest caz înaintea fotografierii unui obiect sunt

necesare câteva reglaje. Pe obiectivele unor aparate de fotografiat

există inele de reglaj:

-inelul pentru reglarea diametrului diafragmei;

- inelul de punere la punct pentru reglarea dintre obiectiv şi

peliculă;

- inelul pentru reglarea profunzimii câmpului.

Profunzimea câmpului este distanţa dintre punctul cel mai apropiat

şi punctul cel mai îndepărtat de aparat a căror imagine este clară.

Unele aparate de fotografiat sunt prevăzute cu un dispozitiv pentru

reglarea vitezei de obturare.

Reglarea distanţei obiectiv – peliculă reprezintă faptul că obiectul

de fotografiat nu este întotdeauna la aceeaşi distanţă faţă de aparatul

de fotografiat . Reglarea se realizează prin învârtirea inelului 2.

Reglarea cantităţii de lumină reprezintă cantitatea de lumină

necesară impresionării peliculei fotografice şi depinde de

sensibilitatea peliculei.

Cantitatea de lumină se reglează prin alegerea corespunzătoare a

timpului de expunere şi a diametrului deschiderii diafragmei.

Reglarea timpului de expunere reprezintă timpul de expunere adică

este timpul cât obturatorul rămâne deschis. Cu cât timpul de

expunere este mai mare cu atât pelicula primeşte mai multă lumină.


89

Dacă obiectul ce se fotografiază este în mişcare, timpul de expunere

trebuie să fie scurt.

Reglarea deschiderii diafragmei este dată de numărul “n” aflat pe

inelul diafragmelor. Reglarea deschiderii diafragmei şi a timpului

de expunere sunt corelate între ele. Aceeaşi cantitate de lumină

ajunge pe peliculă dacă deschiderea diafragmei este mai mică dar

timpul de expunere este mare şi invers.

2. Microscopul

Microscopul este un instrument optic care măreşte imaginea unui

obiect observat printr-un sistem de lentile. Părţile principale ale

microscopului sunt obiectivul şi ocularul.

Obiectivul, partea îndreptată spre obiect, este o lentilă sau un

ansamblu de lentile convergente cu distanţa focală foarte mică (de

ordinul milimetrilor).

Ocularul, partea îndreptată spre ochi este o lentilă sau un ansamblu

de lentile convergente ce are rolul unei lupe.

Obiectivul şi ocularul au axa optică principală comună. Imaginea

obţinută în obiectiv devine obiect pentru ocular.

Puterea separatoare a unui microscop este cea mai mică distanţă

dintre două puncte ale unui obiect care apar distincte în imaginea

finală.

Gabriela Păunescu

90

V. Radiaţiile şi radioprotecţia

1. Radiaţii X şi

Radiaţiile X se pot obţine în tuburi vidate, numite tuburi Rontgen,

unde electronii emişi de un catod incandescent, acceleraţi de câmpul

electric dintre catod şi anod (anticatodul), ciocnesc anodul, care

emite radiaţiile.

Proprietăţile razelor X:

- sunt invizibile;

- se propagă în vid cu viteza luminii;

- produc fluorescenţa unor substanţe;

- pătrund cu uşurinţă prin unele corpuri opace;

- sunt absorbite de metale cu densitate mare (de exemplu plumbul);

- nu sunt deviate de câmpuri electrice şi magnetice;

- impresionează placa fotografică;

- ionizează gazele prin care trec;

- au acţiune fiziologică, distrugând celulele organice.

Puterea lor de pătrundere depinde de masa atomica a atomilor din

care-i compusă substanţa şi de grosimea stratului de substanţă.

Aplicaţii:

- radiografie - corpul cercetat se aşează între sursa de radiaţii X şi o

placă fotografică;

- radioscopie - corpul cercetat se aşează între sursa de radiaţii X şi

un ecran.

În ambele cazuri, radiaţiile X străbat corpul cercetat, fiind absorbite

de acesta în mod diferit şi deci, impresionând mai mult sau mai

puţin placa fotografică sau ecranul fluorescent, putându-se vizualiza

astfel, diferite defecte de structură, fisuri etc., ale corpului cercetat.

Radiaţiile

Se ştie că protonii din nucleele atomilor se resping între ei, având

aceeaşi sarcină electrică, pozitivă. Cu toate acestea se constată

stabilitatea nucleelor majorităţii atomilor. Rezultă că, pe lângă

forţele de respingere de natură electrostatică, între protoni se

exercită şi forţe de atracţie, numite forţe nucleare. Ele se exercită


91

între toţi nucleonii şi valoarea lor scade foarte repede cu creşterea

distanţei dintre ei.

Forţele nucleare, împreună cu forţele de respingere coulombiene,

conferă stabilitate nucleelor.

Pentru a desface un nucleu în nucleonii componenţi, forţele

nucleare efectuează un lucru mecanic. Lucrul mecanic efectuat

pentru desfacerea unui nucleu izolat, aflat în repaus, în nucleonii

componenţi, se numeşte energie de legătură ( legW ).

Nucleu unui atom este stabil dacă legW> 0. Cu cât energia de

legătură pe nucleon ( A

Wleg

) este mai mare cu atât nucleul este mai

stabil.

Există şi nuclee instabile, care tind să ajungă la o stare de stabilitate

maximă, caracterizată prin energie minimă, emiţând, în mod

continuu şi spontan, fluxuri de particule nucleare (protoni, electroni,

neutroni, radiaţii etc), numite radiaţii nucleare. Această proprietate

se numeşte radioactivitate, iar nucleele respective se numesc

nuclee radioactive.

Procesul prin care se modifică starea nucleului sau structura internă

a acestuia, se numeşte reacţie nucleară.

Spre deosebire de reacţiile chimice, în care se produc modificări

doar la nivelul învelişului electronic, reacţiile nucleare implică

modificări la nivelul nucleului atomic. Nucleele radioactive, în

timp, se transformă în alte nuclee, adică se dezintegrează. Timpul

după care se dezintegrează în medie jumătate din numărul iniţial de

nuclee se numeşte timp de înjumătăţire (T).

Radiaţiile sunt emise în timpul dezintegrării radioactive ale unor

nuclee radioactive.

Proprietăţile radiaţiilor :

- sunt invizibile;

- se propagă în vid cu viteza luminii;

- nu sunt deviate de câmpuri electrice şi magnetice;

- impresionează placa fotografică;

- sunt mult mai penetrante decât radiaţiile X (pot străbate un strat de

fier cu grosimea de 30 cm);

Gabriela Păunescu

92

- sunt periculoase pentru om;

- ionizează gazele prin care trec mai puţin decât radiaţiile X.

În timpul dezintegrărilor radioactive se emit şi alte radiaţii şi anume radiaţii şi radiaţii etc.

2. Radiaţii α şi β Radiaţiile sunt compuse din nuclee de heliu He4

2 , numite

particule . Ele sunt emise de nuclee în timpul dezintegrării

radioactive.

Atunci când un nucleu emite o particulă el se transformă în alt

nucleu. În timpul acestor tranformări se conservă numărul de nucleoni şi

sarcina electrică. Deci, când un nucleu emite o particulă , el se

transformă în nucleul altui element, care are numărul de masă mai

mic cu patru unităţi, iar numărul atomic Z, mai mic cu două unităţi.

Procesul prin care un nucleu emite o particulă , se numeşte

dezintegrare .

Proprietăţi:

- sunt invizibile;

- au mare putere de ionizare;

- au putere mică de penetrare;

- sunt periculoase pentru om;

- sunt emise de nucleele ,,grele"(A>200).

XA

Z He4

2 + YA

Z

4

2

,

unde XA

Z este nucleul iniţial, He4

2 este particula şi YA

Z

4

2

este

nucleul rezultat

Radiaţiile sunt alcătuite din electroni rapizi, fiind emise de

nucleele radioactive în timpul dezintegrării radioactive.

Procesul prin care un nucleu emite o particulă , se numeşte dezintegrare

.

Proprietăţi:

- sunt invizibile;

- viteza electronilor emişi este foarte mare ( aprox. 270.000 km/s)

- sunt mult mai penetrante decât radiaţiile ;


93

- sunt periculoase pentru om.

XA

Z e0

1 + YA

Z 1

3. Efecte biologice şi radioprotecţie Radiaţiile utilizate în condiţii controlate pot avea efecte benefice

pentru om. Astfel, sunt cunoscute utilizările radiaţiilor în unele

tratamente medicale, diagnosticări prin radiografii, distrugerea

celulelor canceroase, sterilizarea instrumentelor chirurgicale,

conservarea alimentelor etc.

Iradierea cu doze care depăşesc limita admisibilă, poate provoca

îmbolnăviri grave (boală actinică), ce pot duce la deces. Principalele

surse de radiaţii sunt cele naturale (radiaţia cosmică, radiaţia gamma

terestră, radiaţiile existente în materialele de construcţie etc.) şi cele

artificiale (iradierea medicală pentru diagnosticare şi tratament,

undele radio şi tv., cuptoare cu microunde, radare etc.).

Modificările funcţionale care se produc datorită schimbării

structurii celulelor unui organism, sub acţiunea radiaţiilor, se

numesc efecte biologice ale radiaţiilor.

Efectele biologice ale radiaţiilor sunt de două categorii:

- efecte ce apar la nivelul celulelor (distrugerea acestora)

determinând reducerea

speranţei de viaţă sau chiar moartea;

- efecte genetice, care conduc la mutaţii genetice la descendenţi.

Totalitatea metodelor şi mijloacelor de reducere a efectelor nocive

ale radiaţiilor formează radioprotecţia.

Dacă în anumite locuri apar doze de radiaţii mai mari decât cele

admise, trebuie luate următoarele măsuri de protecţie:

- mărirea distanţei faţă de sursa de radiaţii, ştiindu-se faptul că doza

de radiaţii absorbită scade direct proporţional cu pătratul distanţei

faţă de sursă;

- reducerea timpului de expunere;

- folosirea unor ecrane de protecţie, confecţionate din materiale ce

absorb puternic radiaţiile (ex. plumb);

- purtarea unui echipament de protecţie adecvat;

Gabriela Păunescu

94

- administrarea unor substanţe chimice (cistamină) înainte sau după

posibila iradiere.


95

CUPRINS

CLASA a VI – a..................................................................... 5

I. Mărimi fizice............................................................ 5

1.Clasificare. Ordonare. Proprietăţi..........................................5

2. Determinarea valorii unei mărimi fizice..............................7

2.1. Determinarea lungimii..................................................7

2.2. Determinarea ariilor.....................................................7

2.3. Determinarea volumelor...............................................8

2.4. Determinarea duratelor….........................................…8

II. Fenomene mecanice….............................................9

1.Mişcare şi repaus…...............................................................9

1.1.Corp. Mobil…..........................................................…9

1.2. Corp de referinţă. Mişcare şi repaus............................9

1.3. Traiectorie…………....................................................9

1.4. Distanţa parcursă. Durata mişcării.Viteza medie......10

1.5. Mişcarea rectilinie uniformă……..............................11

2. Inerţia. Interacţiunea...........................................................12

2.1. Inerţia, proprietate generală a corpurilor...................12

2.2. Masa, măsură a inerţiei..........................................…12

2.3. Determinarea masei corpurilor..................................12

2.4. Densitatea substanţelor……......................................12

3.Interacţiunea……................................................................13

3.1. Efectele interacţiunii…........................................…..13

3.2. Forţa, măsură a interacţiunii…..................................13

3.3. Exemple de forţe........................................................14

Gabriela Păunescu

96

III. Fenomene termice……........................................15

1.Încălzire. Răcire….................................................…..........15

1.1.Stare de încălzire. Contact termic. Echilibru termic...15

1.2.Temperatura. Unitate de măsură. Termometre…...…16

2.Dilatarea…............................................................…..........17

2.1. Dilatarea solidelor......................................................17

2.2. Dilatarea lichidelor…................................................17

2.3. Dilatarea gazelor…................................................…18

IV. Fenomene magnetice şi electrice….....................18

1.Magneţi. Interacţiuni magnetice…......................................18

2. Electrizarea corpurilor……................................................19

2.1. Procedee de electrizare, interacţiunea electrostatică.19

2.2. Sarcina electrică.........................................................20

3. Curentul electric. Circuitul electric…...........................….20

3.1. Curentul electric…….................................................20

3.2. Circuit electric simplu. Elemente de circuit..............20

3.3.Conductori.Izolatori…................................................21

3.4. Efecte ale curentului electric….................................22

3.5. Gruparea becurilor în serie şi în paralel.....................23

3.6. Utilizarea instr. de măsură în circ. electrice..............24

3.7. Norme de protecţie la utilizarea curentului electric...25

V. Fenomene optice……...........................................26

1. Surse de lumină..................................................................26

2. Propagarea luminii ............................................................27

2.1. Corpuri transparente, opace, translucide…...............27

2.2. Propagarea rectilinie.Umbra.Eclipse….....................27

2.3. Reflexia luminii. Oglinda plană…........................…28

CLASA a VII – a…........................................................…..30


97

I. Forţa……............................................................…30

1. Efectul static şi efectul dinamic al forţei…........................30

1.1. Interacţiunea. Efectele interacţ. mec. a corpurilor.....30

1.2. Forţa. Unitate de măsură. Măsurarea forţei...............30

1.3. Forţa – măr. vectorială; mărimi scalare, măr. vect....30

1.4. Exemple de forţe........................................................31

1.4.1. Greutatea corpurilor.Deosebirea dintre masă şi G..31

1.4.2. Dep. dintre deformare şi forţa deformatoare..........32

1.5. Compunerea forţelor…..............................................32

1.6. Principiul acţiunii şi reacţiunii…...............................35

II.Echilibrul mecanic al corpurilor….........................39

1. Echilibrul de translaţie..................................................…..39

2. Echilibrul de rotaţie…........................................................39

3. Momentul forţei..................................................................40

4. Cuplu de forţe.....................................................................40

5. Mecanisme simple…..........................................................41

5.1.Pârghia........................................................................41

5.2.Scripeţii.......................................................................42

5.3. Planul înclinat............................................................43

III. Lucrul mecanic şi energia mecanică....................44

1. Lucrul mecanic (L)…….....................................................44

2. Puterea……........................................................................46

3. Randamentul mecanic…....................................................46

4. Energia cinetică……..........................................................47

5. Energia potenţială…...........................................................48

6. Conservarea energiei mecanice….................................….49

7. Echilibrul mecanic şi energia potenţială............................50

IV. Lumină şi sunet…...........................................….51

1. Reflexia luminii. Legile reflexiei……...............................51

Gabriela Păunescu

98

2. Oglinda plană. Construirea imaginii............................…..51

3. Refracţia luminii. Reflexia totală…..............................….53

4. Lentile……........................................................................54

5. Construcţii grafice de imagini prin lentile.........................57

6. Instrumente optice……......................................................61

6.1.Ochiul…................................................................….61

6.2. Ochelarii. Lupa……..................................................62

7. Dispersia luminii................................................................63

8. Surse sonore…...................................................................63

9. Propagarea sunetului…......................................................64

10. Percepţia sunetului….......................................................64

V. Fenomene termice….............................................65

1.Difuzia….............................................................................65

2. Calorimetrie…....................................................................65

3. Motoare termice….............................................................67

CLASA a VIII – a…….........................................................68

I. Fenomene termice…...............................................68

1. Căldura…...........................................................................68

1.1. Agitaţia termică….....................................................68

2. Schimbarea stării de agregare…........................................69

2.1. Topirea şi solidificarea…..........................................69

2.2. Vaporizarea şi condensarea.......................................70

2.3. Călduri latente….......................................................71

II. Mecanica fluidelor….............................................72

1. Presiunea. Presiunea în fluide…........................................72

2. Principiul fundamental al hidrostaticii…...........................74

3. Legea lui Pascal. Aplicaţii…..............................................74

4. Legea lui Arhimede. Aplicaţii…....................................…74


99

III. Curentul electric............................................…...76

1. Circuite electrice…............................................................76

1.1. Tensiunea electrică. Intensitatea curentului el..........76

1.2. Tensiunea electromotoare……..................................77

1.3. Rezistenţă electrică……............................................78

1.4 Legea lui Ohm pentru o porţiune de circuit…............79

1.5 Legea lui Ohm pentru întregul circuit…....................79

1.6. Legile lui Kirchhoff…...............................................79

1.7. Gruparea rezistoarelor…...........................................81

2. Energia şi puterea electrică….............................................82

3. Efectele curentului electric............................................….82

4. Inducţia electromagnetică. Aplicaţii…...............................82

IV. Instrumentele optice…….....................................87

1. Aparatul fotografic…….................................................…87

2. Microscopul........................................................................89

V. Radiaţiile şi radioprotecţia…................................90

1. Radiaţii X şi ……...........................................................90

2. Radiaţii α şi β……………………………………...…......92 3. Efecte biologice şi radioprotecţie……………….…….….93

Gabriela Păunescu

100

BIBLIOGRAFIE

Manualele Şcolare de fizică

Programa de fizică în vigoare

Documents

N OŢIUNI TEORETICE DE FIZICĂ PENTRU GIMNAZIU57e19fb81d1a2... · 2016. 9. 20. · Noţiuni teoretice de fizică pentru gimnaziu 5 “ În mijlocul teoremelor şi ecuaţiilor, nu