teimuraz cicua -...
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rusudan qanTariaTeimuraz CiCua
leila CiCua
fizika
11m o s w a v l i s w i g n i
2012
grifi mieniWa 2012 wels ganaTlebis xarisxis ganviTarebis erovnuli centris mier
rusudan qanTaria
Teimuraz CiCua
leila CiCua
fizika
11m o s w a v l i s w i g n i
© gamomcemloba `klio~ 2012© gamomcemloba `meridiani~ 2012© r. qanTaria, T. CiCua, l. CiCua 2012yvela ufleba daculia
Rusudan Qantaria, Teimuraz Chichua, Leila Chichua PHYSICS11th Grade Textbook
gamomcemloba `klio~ aRmaSeneblis gamziri 181, Tbilisi, 0112, saqarTvelo tel.: (+995 32) 234 04 30 E-mail: [email protected] www. klio. ge
gamomcemloba `meridiani~ al. yazbegis gamz. 47, Tbilisi, 0112, saqarTvelo tel.: (+995 32) 239 15 22
redaqtorebi: malxaz goCitaSvili fizikis profesori
marine injgia fizikis maswavlebeli
kompiuteruli uzrunvelyofaelene varamaSvili
ISBN 978-9941-415-83-8
4
1 meqanikuri rxevebi da talRebi 7
1.1 meqanikuri rxeva 8
1.2 meqanikuri rxevebis eqsperimentuli Seswavla 10
1.3 Tavisufali rxeva 12
1.4 maTematikuri saqani 13
1.5 zambraze dakidebuli tvirTis rxeva 15
1.6 iZulebiTi rxevebi. rezonansi 17
1.7 meqanikuri talRebi. ganivi da grZivi talRa 19
1.8 meqanikuri talRebis Tvisebebis eqsperimentuli Seswavla 22
1.9 ra aris bgera? 25
1.10 bgeris gavrceleba 27
1.11 bgeris gavrcelebis eqsperimentuli Seswavla 29
I Tavis Sejameba 31
2 eleqtromagnituri rxevebi da talRebi 33
2.1 eleqtromagnituri rxevebi 34
2.2 analogia meqanikur da eleqtromagnitur rxevebs Soris 37
2.3 cvladi deni 39
2.4 cvladi denis generatori 41
2.5 Zabvisa da denis efeqturi mniSvnelobebi. cvladi denis simZlavre 42
2.6 eleqtroenergiis gadacema. transformatori 43
2.7 eleqtromagnituri talRis buneba 46
2.8 eleqtromagnituri talRebis skala 48
II Tavis Sejameba 50
3 Termodinamika 51
3.1 molekulur-kinetikuri Teoriis safuZvlebi 52
3.2 molekulur-kinetikuri Teoriis meore debuleba 55
3.3 difuzia 57
3.4 molekulur-kinetikuri Teoriis mesame debuleba 59
3.5 nivTierebis agregatuli mdgomareobebi 60
3.6 idealuri airis molekulur-kinetikuri Teoria 62
3.7 airis molekulebis siCqaris gazomva. Sternis cda 65
3.8 temperatura 67
S i n a a r s i
5
3.9 absoluturi temperatura. absoluturi nuli 70
3.10 idealuri airis mdgomareobis gantoleba 72
3.11 boil-mariotis kanoni 74
3.12 gei-lusakis kanoni 77
3.13 Sarlis kanoni 79
3.14 idealuri airis kanonebi 81
3.15 muSaoba TermodinamikaSi 82
3.16 Sinagani energia 84
3.17 Termodinamikis pirveli kanoni 85
3.18 Termodinamikis pirveli kanoni idealuri airis sxvadasxva
procesebisTvis 87
3.19 Seqcevadi da Seuqcevadi procesebi. Termodinamikis meore kanoni 89
3.20 siTburi Zravebi 90
3.21 karnos cikli 92
3.22 orTqladqceva. najeri orTqli 94
3.23 duRili. duRilis temperaturis damokidebuleba wnevaze 96
3.24 haeris tenianoba 98
3.25 namis wertili. haeris tenianobis gamzomi xelsawyoebi 100
III Tavis Sejameba 102
4 atomi 103
4.1 rezerfordis cda. atomis planetaruli modeli 104
4.2 radioaqtiuri daSlis fizikuri bunebis Seswavla 106
4.3 atombirTvis radioaqtiuri gardaqmnebi. 107
4.4 radioaqtiuri daSlis kanoni. naxevraddaSlis periodi 109
4.5 radioaqtivobis gamoyeneba arqeologiaSi, medicinaSi,
biologiaSi 111
4.6 atombirTvis aRnagoba 112
4.7 birTvuli Zalebi 114
4.8 atomuri birTvebis bmis energia. masis defeqti 116
4.9 jaWvuri reaqcia 118
4.10 birTvuli reaqtori 120
4.11 birTvuli sinTezis reaqcia 123
IV Tavis Sejameba 125
7
1meqanikuri rxevebi da talRebi
Seiswavli: meqanikur rxevas, rxevis periods, sixSires, amplitudas, rezonanss; ganiv da grZiv talRebs, talRebis arekvlas; bgeris warmoqmnasa da gavrcelebas, aRqmas; harmoniul rxevas, fazas.
SeZleb: rxevis maxasiaTebel sidideebs Soris raodenobrivi kavSirebis da-
myarebas;
gaaanalizo rezonansis movlena; rxeviTi moZraobis eqsperimentul gamokvlevas; talRuri moZraobis eqsperimentul gamokvlevas; meqanikuri talRebis raodenobriv da Tvisebriv daxasiaTebas; informaciis mopovebas bunebaSi meqanikuri talRebis Sesaxeb; sxvadasxva garemoSi bgeris gavrcelebis siCqaris gansxvavebis mize-
zebis dadgenas;
gamoiyeno mcnebebi, kanonebi da formulebi amocanebis amosaxsne-lad
8
1.1 meqanikuri rxeva
rxeviTi moZraoba meqanikuri moZraobis erT-erTi saxea. moZraobas, romlis drosac sxeuli wonasworobis mdebareobidan xan erT, xan meore mxares gadaadgildeba, rxeviTi moZraoba ewodeba.
bunebaSi rxeviTi moZraobis mravali magaliTia: rxeviT moZraobas asrulebs saaTis qanqara, wonas-worobis mdgomareobidan gamoyvanili saqanela, sake-ravi manqanis nemsi da sxv.
rxeviTi moZraoba iseve, rogorc brunviTi, araTa-nabaria da imavdroulad periodulobiT xasiaTde-ba. e. i. garkveuli drois Sualedis Semdeg moZraoba meordeba. drois am Sualeds rxevis periods uwo-deben. rxevis periodi aRiniSneba – T asoTi.
periodis sazomi erTeulia 1 wm.drois Sualeds, romlis ganmavlobaSic sruldeba
erTi sruli rxeva, rxevis periodi ewodeba.rxeviTi moZraobisas sxeuli periodis ganmavloba-
Si orjer gaivlis wonasworobis mdebareobas. maga-liTad, qanqara erT srul rxevas asrulebs, rodesac igi B wertilidan gadaadgildeba O-Si, Semdeg A-Si da O-s gavliT kvlav ubrundeba B wertils (sur. 1).
merxevi sxeulis wonasworobis mdebareobidan udi des gadaxras rxevis amplituda ewodeba.
pirveli suraTis mixedviT OB amplitudaa da mas Am asoTi aRniSnaven (OB = Am). (burTulas mcire kuT-xiT gadaxrisas qordis da rkalis sigrZeebi TiTqmis tolia).
merxevi sxeuli erTi sruli rxevis Sesrulebisas oTxi amplitudis tol manZils gadis.
drois erTeulSi Sesrulebul rxevaTa ricxvs rxevis sixSire ewodeba.
tN=o
sadac NN aris t droSi Sesrulebuli rxevis ricxvi.rxevis periodi da sixSire urTierTSebrunebuli
sidideebia1
T =o
, 1T=o
.
rxevis sixSiris erTeuli aris herci. 1 herci iseTi rxevis sixSirea, rodesac sxeuli 1 wm-Si erT srul rxevas asrulebs.
Tu Zafze dakidebul burTulas gamoviyvanT wonas-worobis mdgomareobidan da gavuSvebT xels, is dai-wyebs rxevas erTxel miniWebuli energiis xarjze anu
sur. 1
sur. 2
AO
B
9
Tavisufal rxevas. Tavisufali rxeva milevadi rxe-vaa. sxeulis Tavisufali rxevis sixSire aris sxeulis rxevis sakuTari sixSire.
merxevi sxeulis siCqare traeqtoriis sxvadasxva wertilSi sxvadasxvaa. kerZod, wonasworobis mdeba-reobis gavlisas misi siCqare maqsimaluria, xolo ki-dura A Ada B BwertilebSi (sur. 1) nulis tolia. Sesa-bamisad, merxevi sxeulis meqanikuri energia mudmivad
icvleba, potenciuri energia 2W kA 2m
p = gardaiqmneba
kinetikurSi 2W kAm2
2m
k
2
= y = da piriqiT.
merxev sxeulze xaxunis (winaaRmdegobis) Zalis mo-qmedebisas energiis nawili ixarjeba winaaRmdegobis daZlevisaTvis muSaobis Sesasruleblad da amotom srulad aRar gardaiqmneba kinetikurSi da piriqiT. amitom rxeva TandaTan miileva. garkveuli drois Sem-deg sxeuli Cerdeba.
rxevebi SeiZleba iyos harmoniuli an anharmoniuli. rxeva romlis gantoleba gamoisaxeba sinusis an kosinusis kanoniT, harmoniuli rxevaa.
guli muSaobisas rxeviT moZraobas asrulebs (sur. 3). guliscema perioduli procesia. gulis kunTi erT wuTSi saSualod 60-jer ikumSeba. e. i. misi rxevis sixSire daaxloebiT erTi hercia.
aseve, merxevi sxeulebia: zambaraze dakidebuli tvirTi (sur. 2), Sigawvis Zravis tumbos dguSi, musi-kaluri sakravebis simebi da sxva.
gaazreba
1. imsjele, romeli saxis meqanikuri moZraoba Seu-Zlia Seasrulos burTulam me-4 a, b, g suraTze gamo-saxul SemTxvevebSi?
2. imsjele qanqaris rxevisas meqanikuri energiis gardaqmnis Sesaxeb da Seavse gamotovebuli adgilebi me-5 suraTze.
sur. 5
sur. 4
saSinao davaleba
Ek= ...
Ep= ... E
k= ...
Ep= ...
Ek= 0
Ep= maqs
sur. 3
a
g
b
12
1.3 Tavisufali rxeva
rxeviT moZraobebs Soris umartivesia Tavisufali rxeva. Tavisufali rxevebi aRiZvreba erTjeradad garedan miniWebuli energiis xarjze da mimdinareobs Siga Zalebis moqmedebiT. Siga Zalebi ewodeba iseT Zalebs, romlebic mxolod sistemaSi Semaval sxeulebs Soris moqmedebs.
magaliTad, qanqara dedamiwasTan erTad SeiZleba ganvixiloT rogorc sxeulTa sistema, romelSic moqmedi Zala Siga Zalaa. xolo zambariani qanqaris rxevisas Siga Zala deformirebul zambaraSi aRZruli drekado-bis Zalaa.
Tavisufali rxeva yovelTvis milevadia. Tavisufali rxevisas sxeulis rxevis sixSires Tavisufauli rxevis sixSire, an rxevis sakuTari sixSire ewodeba. eqsperimentebiT dadginda rom:
Zafze dakidebuli burTulis Tavisufali rxevisas misi amplituda rxevis ganmavlobaSi TandaTan mcirdeba. Tavisufali rxeva milevadia.
wonasworobidan mcire gadaxris dros qanqaris rxevis periodi (six-Sire) amplitudaze ar aris damokidebuli.
mcire gadaxrisas qanqaris rxevis periodis kvadrati qanqaris sigrZis pirdapirproporciulia. qanqaris sigrZis oTxjer gazrdiT orjer iz-rdeba misi rxevis periodi.
wonasworobidan mcire gadaxrisas zambaraze dakidebuli burTulis rxevis periodis kvadrati burTulis masis pirdapirproporciulia – burTulis masis oTxjer gazrdiT zambariani burTulis rxevis periodi orjer gaizrdeba.
Zafze dakidebuli burTulis rxevis periodi mcire gadaxrisas bur-Tulis masaze ar aris damokidebuli.
gaazreba
1. Seicvleba Tu ara saqanelis rxevis periodi, Tu carieli saqanelis skamze tvirTs davdebT (sur. 8)?
2. Tavisufali rxeva milevadia. ra unda movimoq-medoT imisaTvis, rom rxeva ar iyos milevadi?
saSinao davaleba
sur. 8
31
maTematikuri saqani
zambariani saqani
x
0
→mg
→mg
→N
→N
→F
dr
→a
km = ω0
2
ω02 =
km
ω02 =
4π 2
T 2 . }mkT = 2π √
zambariani qanqaris rxevis periodi
maTematikuri qanqaris rxevis
periodi
ω02 =
gl .
ω02 =
4π2
T2 . }T + mg = ma→ → →
glT = 2π √
α
y
x
→R
→T
→a1
l
→mg→R = 0
m
→T
→mg
gl = ω0
2
wonasworobidan wanacvleba gamoisaxeba formuliT: x = Amcos (ωt + φ0)daasaxele formulaSi Semavali fizikuri sidideebi
mocemuli sqemis mixedviT imsjele meqanikuri rxevebis Sesaxeb.
I Tavis Sejameba
32
meqanikuri talRebidifraqcia arekvla
interferencia
talRis sigrZeλ = υ . T
ganivi talRa grZivi talRa
bgera
xmamaRlobatonis
simaRle
eqolokacia ultrabgera
mocemuli sqemis mixedviT imsjele meqanikuri talRebis Sesaxeb.
33
Seiswavli: eleqtrul rxevebs, rxeviT konturs;
cvlad dens, cvladi denis simZlavres;
Zabvisa da denis efeqtur mniSvnelobebs;
cvladi denis generators;
eleqtroenergiis gadacemas; transformators;
eleqtromagnituri talRis bunebas;
sinaTles, rogorc eleqtromagnitur talRas;
eleqtromagnituri talRebis skalas.
SeZleb: . moZebno analogia meqanikur da eleqtrul rxevebs Soris;
cvladi denis generatoris sqemis mixedviT axsna misi moqmedebis principi;
Seafaso cvladi denis mniSvneloba eleqtruli denis generirebasa da gadacemaSi;
aRwero da gaaanalizo eleqtromagnituri talRebis warmoqmna da gavrceleba;
sqematurad warmoadgino eleqtromagnituri skala;
gamoiyeno cnebebi, kanonebi da formulebi amocanebis amosaxsnelad.
2eleqtromagnituri rxevebi da talRebi
48
2.8 eleqtromagnituri talRebis skala
bunebaSi arsebobs sxvadasxva sixSirisa da sigrZis eleqtromagnituri talRebi. es talRebi erTmaneTisagan gansxvavdebian ganWolvis unariT, feriT, xilvadobiT... amitom am Tvisebebis gaTvaliswinebiT, talRis sigrZisa da sixSiris mixedviT es talRebi ganawilebulia garkve uli ri-giT da Sedgenilia eleqtromagnituri talRebis skala.
talRis sigrZe 1 mkm = 10–6 m. sixSire 1hc = 1 wamSi rxevaTa ricxvi
kosmosuri sxivebi
gama-gamosxiveba (mcire doziT saSiSia adamianebisTvis)
rentgenis sxivebi (saSiSia adamianebisTvis)
ultraiisferi (didi doziT saSiSia adamianebisTvis)
ultraiisferi (gvxvdeba SeduRebis dros)
ultraiisferi (SedarebiT usafrTxoa xangrZlivizemoqmedebisas)
eleqtromagnituri sxivebis xiluli nawili
maRali intensivobis infrawiTeli talRebi
dabali intensivobis infrawiTeli talRebi
radari (saSiSia adamianisTvis)
televizia, radio
mokle da saSualo radiotalRebi
dabalsixSiruli eleqtruli rxevebi
iisferi
10-m
0.005
0.2
0.32
0.38
0.47
0.43
0.49
0.56
0.6
0.64
0.77
400
5x108
cisferi
yviTeli
lurji
mwvane
narinjisferi
wiTeli
infrawiTeli gamosxiveba
radio sixSireebi
ultraiisferi (iwvevs mzisgan dawvas, azianebs Tvals kancerogenuli)
1thc
1ghc
1mghc
1khc
sixSirehc
talRis sigrZe mkm
49
eleqtromagnitur skalaze adamianisaTvis xiluli gamosxivebis diapa-zoni sinamdvi leSi Zalian viwroa da moicavs talRis sigrZeebs 730 nm-dan 380 nm-mde (sur. 14).
eleqtromagnituri talRis mocemul skalaze, qvevidan zeviT TandaTan izrdeba sixSire da Sesabamisad klebulobs talRis sigrZe. aseTi uwyveti cvlilebis miuxedavad raodenobrivi cvlileba TandaTan gadadis mkveT-rad gamoxatul Tvisobriv cvlilebaSi. kerZod skalis qveda nawilSi gamosaxul eleqtromagnitur gamosxivebas mkveTrad gamoxatuli tal- Ruri Tvisebebi aqvs. xolo skalis zeda nawilSi gamosaxul gamosxivebas mkveT rad gamosaxuli korpuskuluri Tvisebebi gaaCnia (nawilakebis msgav-si). am korpuskulebs fotonebs uwodeben.
gaazreba
mocemuli suraTis mixedviT imsjele rogor icvleba energia, talRis sigrZe da sixSire sxvadasxva eleqtromagnituri gamosxivebisaTvis.
sur. 14
saSinao davaleba
50
movlenamecnieruli
faqtebihipoteza sidideebi
kanonebi dakanonzomierebebi
eleq
tr
oma
gni
tu
ri
ind
uqc
ia
cvladi eleqtruli veli qmnis magnitur vels
cvladi magnituri veli qmnis eleqtrul vels
eleqtruli magnituri ve-lis arseboba
eleqtromag-nituri tal-Ris arseboba
maqs
vel
is h
ipo
Tez
a
c – teva-doba
L – in-duqci-uroba
q – muxti
ε – induq-ciis emZ
ω – cikluri sixSire
k – trans-formaciis koefici-enti
T – rxevis periodi
ν – rxevis sixSire
λ – talRis sigrZe
eleqtromagnituri induqciis kanoni.
tomsonis formula
T = 2π LC
fazaTa sxvaoba muxtis da denis Zalis myis mniSvnelobebs Soris.
II Tavis Sejameba
mocemuli sqemis mixedviT imsjele eleqtromagnituri movlenebis Sesaxeb.
t = 0
L
C q
a
x
q(t) I(t)
51
Seiswavli: molekulur-kinetikuri Teoriis safuZvlebs;
absolutur temperaturas;
idealur airs, idealuri airis kanonebs;
muSaobas TermodinamikaSi;
Termodinamikis kanonebs;
adiabatur process;
karnos cikls;
najer orTqls;
tenianobas.
SeZleb: Camoayalibo molekulur-kinetikuri Teoriis ZiriTadi debulebebi;
raodenobrivad da Tvisebrivad daakavSiro idealuri airis Sinagani energia da wneva temperaturasTan;
martivi cdebiT daakvirde Termodinamikur movlenebs;
daaxasiaTo siTburi Zravis margi qmedebis koeficienti;
gamoiyeno cnebebi, kanonebi da formulebi amocanebis amosaxsnelad.
3 Termodinamika
102
III Tavis Sejameba
molekulur-kine-tikuri Teoriis
ZiriTadi gantoleba
idealuri airisaTvis
P = 2 3 nĒ
idealuri airisaTvis
Ē = 2 3 kT
idealuri airisaTvis
PV = n
M RT
idealuri airi-saTvis
P1 V1 = P2 V2
P1 T1
= P2 T2
V1 T1
= V2 T2
P = nkTP = P1 + P2
daltonis kanoni
gei-lusakis kanoni
izobaruli procesi
boil-mariotis kanoni
izoqoruli procesi
izoTedrmuli procesi
airis kanonebim = const Sarlis kanoni
Termodinamika
mendeleev-kla-peironis gantoleba
mocemuli sqemis mixedviT imsjele procesebis Sesaxeb. daasaxele formulebSi Semavali fizikuri sidideebi. grafikulad warmoadgine airis kanonebi.
103
4atomi
Seiswavli: rezerfordis cdas;
atomis planetarul models;
radioaqtivobas;
naxevardaSlis periods;
atomis birTvis aRnagobas, birTvul Zalebs;
masis defeqts;
jaWvur reaqcias;
birTvul reaqtors;
birTvuli sinTezis reaqciebs.
SeZleb: daaxasiaTo birTvuli Zalebi;
sqematurad aRwero jaWvuri birTvuli reaqcia;
aRwero birTvuli reaqtoris muSaoba;
moipovo informacia birTvuli energiis gamoyenebis Sesaxeb;
Seafaso birTvuli energiis gamoyenebis gavlena garemoze.
125
movlenamecnieruli
faqtebihipoteza sidideebi mecnieruli Sedegi
radioaqtivoba
jaWvuri reaqcia
atomisaRnagoba
atomis daSla
radioaqtiuri gamosxiveba
TermobirTvuli sinTezi
atomi ganu
yofelia
tomsonis modeli
M – atomis masa
Z – protonebis ricxvi
N – neitronebis ricxvi
e – eleqtronis muxti
me – eleqtronis masa
naxevraddaSlis periodi
N N e t1 0= m-
rezerfordis atomi
boris postulatebi
bmis kuTri energia
birTvuli Zalebi
bmis energia
E (Zm Nm M )cp n2
bmis b= + -
IV Tavis Sejameba
mocemuli sqemis mixedviT imsjele atombirTvuli movlenebis Sesaxeb da birTvuli energiis gamoyenebaze.
130
§ 4.9 saSinao davaleba
1. 8,2•1010 j
§ 4.10 saSinao davaleba
1. 964 kg2. 58,24 mgvt
§ 4.11 saSinao davaleba
1. 17,4 mgev2. 17,6 mgev3. 21,2•1023 mgev