Час у фізиці - малюнок

Формула часу у фізиці — приклади обчислень



Класична механіка, фізика і теорія відносності застосовують різні концепції часу. Поняття часу характеризує послідовність подій у просторі. Міра, що змінює світ, перейменована вченими в четверту координату.

У фізичних формулах час позначається буквою t і залежить від різних факторів.

Древня система числення часу

Загальна характеристика часу

Швидкість, час і відстань є фізичними показниками, взаємопов’язаними між собою процесом руху. На практиці і теорії відомий рівномірний і рівноприскорений рух тіл. Перший випадок описує сталість часу, а другий — його зміну.

Однозначне і конкретне визначення важко сформулювати, але існують різні концепції сучасної філософської думки в математиці і фізиці.

Плин часу є природним процесом. Час йде, змінюється все навколо, відбуваються різні події у світі, тому для фізичної міри характерний контекст подій.

Щоб виміряти час, потрібно знати загальні повторювані події з однаковим періодом. Це може бути зміна дня, ночі або пори року. Щоб визначити одиницю виміру часу (метр, година, секунда), вчені зверталися до найдавніших джерел знань.

Рік складається з дванадцяти місяців або чотирьох сезонів. Таку кількість разів у весняний, літній, зимовий та осінній періоди головний супутник Землі змінює свої фази.

У міру розвитку прогресу вимірювання t модифікувалося, з’являлися нові сонячні, водні, піщані, вогненні, механічні, електронні та молекулярні вимірювачі часу — годинник.

Час включено в сім основних фізичних величин Міжнародної системи одиниць СІ.

Цей показник використовують для інших складових. Чітке розуміння t допомагає проведенню експериментів і у звичайному житті.

Основною метою навігації та астрономії було вимірювання t. з 1000 по 1960 рік секундне вимірювання сприймалося як 1/86400 днів. З 1970 року це поняття видозмінилося, оскільки стала враховуватися періодичність земної орбіти.

Найточніші мірила – це швейцарський годинник FOCS, що вимірює t з похибкою ходу в одну секунду за 30 млн років.

Фізична величина показує властивість матеріальних процесів, має певну тривалість, слідує одна за одною. Час взаємопов’язаний з матерією, рухом, оскільки є формою його існування.

Різні похідні одиниці часу

Тривалість фізичного процесу, що відбувається в певній точці, встановлюють за допомогою годин, розташованих в ній. Тут використовується пряме порівняння, порівнюється тривалість процесів.

Вимірювання тривалості зводиться до фіксування початку і закінчення процесу на шкалі. Коли говорять про фіксацію показань часу від  початку і до завершення процесу, це не належить до фактичного місця їх знаходження.

Теорія відносності Ейнштейна змінює розуміння часу, стверджуючи, що прогрес його не універсальний і залежить від того, хто його змінює. У такій картині реальності годинник цокає з різною швидкістю в залежності від того, хто їх носить.

Приймаючи велике прискорення або розташовуючись поруч з сильними силами гравітації (поблизу чорної діри), можна змінити швидкість плину часу, зупинити його або повернути. Для людини, що знаходиться всередині чорної діри, простір і час здаються взаємозамінними, тому спуск в неї неминучий, як і течія t поза цією областю. Відносність зрівнює час і простір.

Вимірювання часу по Сонцю
Вимірювання часу по Сонцю

Стародавня система числення

До існування нашої ери люди прив’язували відлік часу до руху небесних тіл або подій, пов’язаних з ними. Стародавні народи шукали основу для побудови своєї системи числення. У Вавилоні це було число 60, завдяки йому окружність мала 360°, градус дорівнював 60 хвилинам, а кожна з них складається з 60 секунд.

Рік представлявся окружністю в 360 градусів. Колись мінімальною одиницею обчислення була година. Жителі Стародавнього Вавилону були сильні в математиці, тому проводили важливі розрахунки і вирішували завдання. Вводилася найменша одиниця часу. 60 хвилин складають годину, а у хвилині стільки ж секунд.

Пояснення того, що доба становить 24 години, а день ділиться навпіл і дорівнює 12 годинам, виявили єгиптяни. Найбільшою одиницею виміру є індуїстське і буддистське поняття Кальпа. Величина дорівнює 4,32 млрд років, що збігається з віком планети. Якщо перевести століття Брахми у звичайні роки, вийде 311 трлн і 40 млрд років.

Першими старовинними годинниками є сонячні мірила. Їх робота ґрунтується на зміні довжини тіней предметів у міру руху Сонця по небу. Такий годинник зовні являв собою довгу жердину, встромлену в землю. Вже потім виникли водяні, піщані і вогняні годинники. Робота таких механізмів не прив’язувалася до руху Сонця, місяця або зірок.

Перші механічні мірила почали створюватися майстрами Китаю в 725 році. Жителі Європи в Середні століття встановлювали на вежах соборів годинник, які мали тільки одну годинникову стрілку. Кишенькові годинники виникли в середині XVII століття, а наручні набагато пізніше.

Відповідно до міжнародної системи вимірювання визначення однієї секунди прив’язане до періоду електромагнітного випромінювання, що починається при переході між тонкими рівнями основного стану атома цезію-133. Одна секунда становить 919 263 770 періодів.

Опис часу

Визначення та концепції розрахунку часу

Термодинаміка говорить, що час не повернути. Його хід залежить від руху системи відліку і може бути миттєвим.

Існує поняття «релятивістське уповільнення часу»: якщо годинник знаходиться в нерухомій системі, то в рухомому тілі всі процеси уповільнені. Етап старіння для двох братів-близнюків може пройти по-різному, якщо одного відправити в космос, а іншого залишити на Землі. Людина в космосі не постаріє, оскільки там змінюється маса її тіла, а також сповільнюється гравітаційний час. В умовах тяжіння змінюється хід годин.

Чим сильніше поле гравітації, тим більше уповільнення. Між об’єктами, що мають масу, створюється взаємодія.

Періодичний ланцюг подій розраховується неоднаково в залежності від показників. Залежні величини:

  • час;
  • швидкість;
  • відстань.

Формули часу

Секунда – це стандартна одиниця, що характеризує час. Його визначення у фізиці представляється як тривалий показник. Час через відстань і швидкість обчислюється за формулою

t=S/V

де:

  • S – відстань;
  • V – кінцева швидкість (кілометрове значення);
  • t – час.

Коли швидкість вимірюється в км/год, то і час виражається в годинах. У будь-якій системі події розвиваються одночасно.

Формула часу при рівноприскореному русі виглядає як

t = (V — V₀)/a

або

t = S/(V — V₀)

де

  • V₀ — початкова швидкість;
  • a — прискорення.

Таблиця показників:

Вид руху Швидкість (V) Переміщення (S) Час (t)
Рівномірний V = (const) S = Vt t = S/V
Рівноприскорений V = V₀+at S = V₀t+at²/2 t = V-V₀/a

Атом ізотопу цезію за секунду здійснює 9192631770 власних квантових переходів. Залежно від його розташування секунда має різні значення.

Задачі на час

Приклад задач на час

Зрозуміти дію формул часу при рівномірному русі або рівноприскореному можна, вирішивши задачу. Багато сайтів пропонують онлайн-калькулятор для зручного підрахунку. У відповідні графи досить ввести основні дані, після чого програма розрахує все самостійно.

Завдання 1. Автомобіль їхав зі швидкістю 200 км/год і проїхав всього 80 км. Потрібно визначити час руху машини. Умовні позначення:

  • V – швидкість;
  • S – відстань;
  • t – час.

Показники потрібно перевести з кілометрів в метри, з годин в секунди: 1 км = 1 тис.м, 1 година = 3600 секунд. Отримуємо S = 80000 м, V= 200000/3600 = 55,55 м/с. Знаходимо швидкість за формулою: V= S/t = 80000/55,55 = 1440,14 сек.

Розв’язання задачі

t = 1440

14/3600 = 0,4 години.

Відповідь: автомобіль був в дорозі 0,4 год.

При нерівномірному русі шлях, пройдений тілом, дорівнює добутку середньої швидкості на час, протягом якого тіло переміщалося.

Завдання 2. Рух точки задано рівнянням: х = 2T-0, 03t2. Потрібно визначити, в який період швидкість точки зближення зрівняється з нульовою позначкою. Коефіцієнти рівні 2м/с, 0,03 м/с².

Умови завдання містять функцію x(t). Швидкість можна обчислити за формулою V = dx/dt = 2 — 0,06 t Прирівнюємо швидкість до 0, знаходимо t:

2 — 0,06t = 0

t = 2/0, 06 = 33,33 сек.

Необхідно визначити залежність модуля прискорення від часу: A (t)= dv/dt = -0,06.

Завдання 3. Літак для зльоту набирає швидкість 350 км/год. Потрібно визначити час розгону, якщо швидкість досягається в кінці злітної смуги довжиною у 2 км. Рух вважається рівноприскореним.

При рівноприскореному русі формула виглядає як S = V₀t + at²/2. При цьому V= V₀ + at. Розгін літака починається зі стану спокою, тобто V₀ = 0.

S = at²/2

V=at.

S = (V/t)*(t2/2) = Vt/2.

S = 2000 м

V=350 км/год = 97,2 м/с.

t= 2S/V = 2*2000/97,2 = 41,15.

Завдяки обчисленню відомо, що розгін літака триває 41,15 сек.

Завдання 4. Швидкість ковзаняра становить 15 м/с. Потрібно обчислити час, за який він пробіжить шлях у 3 км.

Як вирішити задачу

V= 15 м/с.

S = 3 км (3000 м).

t = S/V = 3000/15 = 200

Відповідь: за 200 секунд ковзаняр пробіжить 3 км.

Сучасна наука розподіляє відомі уявлення про час в різні концепції — відносну і речову.

На думку відносної, в природі не існує часових рамок, а поняття часу є відношенням між подіями. Час – це прояв властивостей фізичних тіл і змін, він статичний, як і простір.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *