Основные важнейшие формулы по физике для школьников

Физика является фундаментальной наукой, изучающей законы природы и лежащей в основе современных технологий. Знание базовых формул по физике крайне важно для понимания процессов и явлений, происходящих вокруг нас.

1. Формулы по механике

Раздел механики включает в себя изучение движения и взаимодействия тел. Рассмотрим основные формулы по механике.

Кинематика

Кинематика описывает движение тел без учета их массы и сил, действующих на них. Основные формулы кинематики:

• Скорость равномерного прямолинейного движения: v = s / t, где s - путь, t - время
• Ускорение равноизмененного прямолинейного движения: a = (v - v0) / t
• Перемещение при равноускоренном движении: s = v0*t + at^2 / 2

При движении тела по окружности также используются формулы для угловой и линейной скорости, нормального и тангенциального ускорения.

Динамика и законы Ньютона

В динамике изучаются причины изменения скорости и траектории движения тел. Основополагающими являются три закона Ньютона:

1. Закон инерции: тело сохраняет скорость и направление движения, если на него не действуют другие тела
2. Второй закон Ньютона: F = m * a, где F - сила, m - масса, a - ускорение
3. Закон действия и противодействия: силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению

Также в динамике определяются формулы для расчета импульса тела, работы и мощности.

2. Молекулярная физика и термодинамика

В разделе молекулярной физики изучаются свойства вещества, обусловленные его молекулярным строением и тепловым движением частиц.

Основы молекулярно-кинетической теории

Согласно молекулярно-кинетической теории, температура тела определяется средней кинетической энергией хаотического движения молекул. На этом основана формула для давления идеального газа:

p = (2/3)*ε*ρ*<C²>

где p - давление газа, ε - концентрация молекул, ρ - плотность, <C²> - средний квадрат скорости молекул.

Основы термодинамики

Термодинамика изучает превращения энергии в различных тепловых процессах. Одним из основных законов термодинамики является закон сохранения энергии:

Q = △U + A

где Q - количество подведенной к системе энергии в форме тепла, △U - изменение внутренней энергии системы, A - совершенная системой работа.

Важное значение имеет также уравнение теплового баланса и формула для расчета количества теплоты.

На этом пока остановимся с изложением материала по физике. В следующих частях статьи будут рассмотрены формулы для электричества, оптики, атомной физики и других разделов этой обширной области знаний.

Формулы для электрического тока

Важнейшими формулами в области электричества являются формулы для электрического тока. Закон Ома для участка цепи:

I = U / R

где I - сила тока, U - напряжение, R - сопротивление.

При прохождении тока по проводнику выделяется джоулево тепло, которое рассчитывается по формуле:

Q = I²*R*t

Здесь Q - количество теплоты, t - время.

Магнитное поле и электромагнитная индукция

На движущийся заряд в магнитном поле действует сила Лоренца:

F = q*v*B*sin(α)

где q - заряд частицы, v - скорость движения, B - магнитная индукция, α - угол между векторами скорости и магнитной индукции.

При изменении магнитного потока возникает электродвижущая сила индукции, описываемая формулами физике основные законом Фарадея:

ε = - дФ/dt

Геометрическая и волновая оптика

В оптике основополагающими являются законы отражения и преломления света. Для волновой оптики важнейшими физика основные формулы понятия являются вавеуравнения для интерференции и дифракции.

Интенсивность света при интерференции определяется формулой:

I = I₁ + I₂ + 2*(I₁*I₂)^1/2*cos(φ)

где I₁ и I₂ - интенсивности двух когерентных волн, φ - разность фаз.

Основные понятия квантовой физики

Основными понятия квантовой физики, описывающими свойства микрочастиц, являются дуализм свойств частиц и волн, квантование физических величин, принцип неопределенности Гейзенберга.

Масса и энергия связаны соотношением Эйнштейна:

E = mc²

Здесь E - полная энергия системы, m - масса, c - скорость света.

Волновые свойства частиц

Согласно квантовой физике, частицы также обладают волновыми свойствами. Длина волны частицы связана с ее импульсом соотношением де Бройля:

λ = h / p

где h - постоянная Планка, p - импульс частицы.

Квантование физических величин

В микромире большинство физических величин принимают только определенные дискретные значения. Это явление называется квантованием. Например, энергия атома квантуется и может принимать лишь определенные значения согласно формуле:

En = -E0 / n²

где En - энергия атома в n-м состоянии, E0 - постоянная Ридберга.

Соотношение неопределенностей

Согласно принципу неопределенности, невозможно одновременно точно знать координату и импульс микрочастицы. Эта неопределенность выражается неравенством:

Δx * Δp ≥ ħ/2

где Δx - неопределенность координаты, Δp - неопределенность импульса частицы, ħ - постоянная Планка.

Строение атомного ядра

Состав атомного ядра определяется зарядовым Z и массовым A числами. Между ними выполняется соотношение:

Z = N + P

A = N*1 + P*1

где N - число нейтронов в ядре, P - число протонов.

Энергия связи атомных ядер имеет вид:

Есв = Z*Мн - Мя

где Мн - масса одного нуклона, Мя - масса ядра.

Ядерные реакции

При ядерных реакциях происходит превращение атомных ядер. Например, реакция деления ядра урана:

^{235}_{92}U + n -> ^{236}_92U* -> ^{141}_56Ba + ^{92}_36Kr + 3n

Здесь в результате захвата нейтрона ядро урана делится с образованием осколков деления - бария и криптона, а также выделением энергии и нейтронов.

Цепная ядерная реакция

При делении ядер урана выделяются нейтроны, которые могут вызвать деление последующих ядер. Это приводит к возникновению цепной ядерной реакции, описываемой уравнением:

Кэфф = Σf * η

где Кэфф - эффективный коэффициент размножения нейтронов, Σf - микроскопическое делительное сечение, η - число вторичных нейтронов на одно деление.

Космические лучи

Космические лучи представляют собой потоки заряженных частиц высоких энергий из космоса. Основную часть космических лучей составляют протоны, которые ускоряются до релятивистских энергий при взрывах сверхновых и других космических катастрофах.

Черные дыры

Черные дыры образуются при гравитационном коллапсе массивных звезд. Их гравитационное поле настолько велико, что даже свет не может покинуть черную дыру после попадания в нее. Радиус черной дыры называется гравитационным радиусом и вычисляется по формуле Шварцшильда:

Rg = 2GM/c^2

где G - гравитационная постоянная, M - масса черной дыры, c - скорость света.