Įvadas
Šiame straipsnyje nagrinėjama greičio priklausomybė nuo laiko, remiantis fizikos ir chemijos mokslais. Straipsnyje apžvelgiamos cheminės kinetikos, mechaninio judėjimo sąvokos bei pateikiamos formulės, grafikai ir paaiškinimai, padedantys suprasti šią priklausomybę.
Cheminės kinetikos aspektas
Cheminė kinetika yra fizikinės chemijos šaka, kuri tiria cheminės reakcijos greitį ir jo priklausomybę nuo įvairių veiksnių. Cheminės reakcijos greitis apibrėžiamas kaip medžiagos kiekio pakitimas per laiko vienetą fazės tūryje (homogeninės reakcijos) arba fazių skiriamojo paviršiaus vienetiniame plote (heterogeninės reakcijos). Reakcijos greitis priklauso nuo medžiagų koncentracijos, temperatūros ir kitų parametrų, tokių kaip elektrodo potencialas (elektrocheminės reakcijos) ir šviesos intensyvumas (fotocheminės reakcijos).
Absoliutūs cheminių reakcijų greičiai varijuoja labai plačiai, nuo 10-12 s iki milijardų metų. Reakcijos greitį galima keisti keičiant išorines sąlygas arba naudojant katalizatorius. Sudėtingose daugiapakopėse reakcijose greitį dažnai lemia lėčiausios pakopos greitis.
Idealiųjų dujų mišiniuose ir idealiuosiuose tirpaluose vienpakopės homogeninės reakcijos vyksta pagal veikiančiųjų masių dėsnį. Daugiapakopėse reakcijose nustatomas kiekvienos pakopos greitis, kuris išreiškiamas tos pakopos greičio lygtimi. Heterogeninių reakcijų greičio priklausomybė nuo koncentracijos yra sudėtingesnė, nes procesas priklauso ne tik nuo pradinių medžiagų, bet ir nuo reakcijos produktų pernašos iš fazių skiriamojo paviršiaus į fazės tūrį. Jei cheminė reakcija fazių skiriamajame paviršiuje vyksta sparčiau už medžiagų pernašą, reakcijos greitį lemia difuzija.
Cheminės kinetikos metodai ir rezultatai yra plačiai taikomi įvairiose srityse, įskaitant organinę ir neorganinę chemiją, elektrochemiją, fotochemiją, radiacinę chemiją, molekulinę biologiją, mediciną ir aplinkos apsaugą.
Taip pat skaitykite: Priklausomybė nuo laiko
Sisteminiai cheminių reakcijų greičių tyrimai prasidėjo XIX a. antroje pusėje. Šimtmečio pabaigoje J. H. van't Hoffas ir S. A. Arrhenius, remdamiesi molekuline kinetine teorija, aprašė paprastų cheminių reakcijų eigos dėsnius. Apie 1930 m. Henryʼis Eyringas ir M. Polanyi, naudodamiesi kvantinės mechanikos ir statistinės fizikos laimėjimais, sukūrė reakcijų absoliučių greičių teoriją.
Mechaninio judėjimo analizė
Fizikoje, norint apibrėžti greičio priklausomybę nuo laiko, būtina suprasti mechaninio judėjimo sąvoką. Mechaninis judėjimas - tai kūno padėties kitimas erdvėje kitų kūnų atžvilgiu laikui bėgant. Norint ištirti kūno judėjimą, reikia nustatyti, kaip kinta jo padėtis laikui bėgant, ir matematiškai aprašyti judėjimą, nustatant ryšius tarp mechaninį judėjimą apibūdinančių dydžių.
Vektoriniai ir skaliariniai dydžiai
Įvairūs fizikiniai reiškiniai, kūnai ir medžiagos pasižymi tam tikromis savybėmis, kurias apibūdina fizikiniai dydžiai, tokie kaip greitis, laikas, masė, jėga ir kt. Fizikiniai dydžiai skirstomi į skaliarinius ir vektorinius. Vektoriniai dydžiai, pavyzdžiui, greitis, jėga ir pagreitis, nusakomi ne tik skaitine verte (moduliu), bet ir kryptimi. Jie vaizduojami atkarpomis, kurių ilgis atitinka dydžio modulį, o rodyklė - kryptį. Skaliariniai dydžiai sudedami algebriškai, o vektoriniai - geometriškai.
Vektoriai gali būti sudedami pagal lygiagretainio taisyklę arba išdėstant juos taip, kad vieno vektoriaus pradžia sutaptų su kito galu. Vektorių sumos projekcija kurioje nors ašyje lygi algebrinei dedamųjų vektorių projekcijų sumai.
Atskaitos sistema ir materialus taškas
Kūno arba taško padėtį galima nurodyti tik kito kūno atžvilgiu. Kūnas, kurio atžvilgiu nurodoma padėtis, vadinamas atskaitos kūnu. Atskaitos kūnas pasirenkamas laisvai, dažniausiai siejamas su kuriuo nors žemės tašku. Per atskaitos kūną išvedamos koordinačių ašys.
Taip pat skaitykite: Kaip susiformuoja priklausomybė nuo laiko?
Judantis kūnas keičia savo padėtį erdvėje tam tikra kryptimi. Poslinkis yra kryptinė tiesės atkarpa, jungianti pradinę kūno padėtį su galine. Norint nustatyti taško padėtį, reikia žinoti pradines koordinates ir poslinkį.
Tolygusis tiesiaeigis judėjimas
Paprasčiausias judėjimo tipas yra tiesiaeigis tolyginis judėjimas, kai kūno poslinkiai per bet kuriuos lygius laiko tarpus yra vienodi. Tolyginio judėjimo greitis yra dydis, kurio skaitinė reikšmė lygi kūno nueitam poslinkiui per laiko vienetą. SI sistemoje greičio vienetas yra m/s.
Ši formulė rodo, kaip tolygiai judančio kūno koordinatė priklauso nuo laiko. Vienų dydžių priklausomybes nuo kitų galima išreikšti formule arba grafiku. Grafikas parodo, kaip vienas dydis kinta priklausomai nuo kito.
Greičio ir judėjimo grafikai
Tolygiai tiesiaeigiškai judančio kūno greitis laikui bėgant nekinta, todėl greičio grafikas yra tiesė, lygiagreti laiko ašiai.
Reliatyvumas
Kūnų padėtis ir judėjimas yra reliatyvūs, o tai reiškia, kad skirtingų atskaitos sistemų atžvilgiu kūnų padėtis ir judėjimas yra skirtingi. Pavyzdžiui, važiuojančiame vagone sėdintis keleivis vagono atžvilgiu nejuda, o pakelės daiktų atžvilgiu juda.
Taip pat skaitykite: Laiko sąvokų raida vaikystėje
Netolygusis judėjimas
Netolygusis judėjimas - tai judėjimas, kai kūno poslinkiai per vienodus laiko tarpus yra nelygūs. Nagrinėjant netolyginį judėjimą, vartojamos vidutinio ir momentinio greičio sąvokos. Momentinis greitis yra kūno greitis kuriuo nors momentu arba kuriame nors trajektorijos taške.
Tolygiai kintamas judėjimas
Tolygiai kintamo judančio kūno pagreitis yra pastovus dydis, lygus kūno greičio pokyčio ir laiko, per kurį tas pokytis įvyko, santykiui. Pagreitis yra vektorinis dydis. Jei greitis didėja, pagreitis yra teigiamas, o jei greitis mažėja - neigiamas.
Tolyginis tiesiaeigis judėjimas: išsamiau
Tiesiaeigiu tolyginiu judėjimu vadinamas toks judėjimas, kai kūno poslinkiai per bet kuriuos vienodus laiko tarpus yra lygūs. Tolyginio tiesiaeigio judėjimo greitis yra pastovus dydis.
Greičio grafikas
Sudarant greičio projekcijos priklausomybės nuo laiko grafiką, horizontalioje koordinačių sistemos ašyje atidedamas laikas, o vertikalioje - kūno greičio projekcija. Iš greičio grafiko galima nustatyti kūno greitį bet kuriuo laiko momentu ir sužinoti kūno poslinkio projekcijos skaitinę vertę, kuri lygi stačiakampio, kurį riboja greičio grafikas, plotui.
Judėjimo grafikas
Sudarant judėjimo grafiką, horizontalioje ašyje atidedamas laikas, o vertikalioje ašyje - atitinkamos kūno koordinatės vertės. Gautas grafikas rodo, kaip kūno koordinatė priklauso nuo laiko. Iš judėjimo grafiko galima nustatyti kūno padėtį bet kuriuo laiko momentu.
Visatos plėtimosi greitis
Visatos plėtimosi sparta aprašoma Hablo parametru, kuris sieja atstumą iki objekto ir to objekto judėjimo greitį dėl Visatos plėtimosi. Kosmologiniuose modeliuose Hablo parametras yra Visatos mastelio faktoriaus kitimo spartos ir paties faktoriaus santykis.
Iki 1997 m. naudotas kosmologinis modelis susidėjo tik iš materijos. 1997 m. išmatavus daugelio tolimų supernovų raudonuosius poslinkius, padaryta išvada, kad Visatos plėtimasis greitėja. Tai reiškia, kad didėja mastelio faktoriaus kitimo sparta.
Klausimas dėl greitėjančio plėtimosi
Kyla klausimas, ar greitėjant Visatos plėtimuisi, supernova, sprogusi prieš X metų lėtėjančio plėtimosi Visatoje, yra toliau nuo mūsų, nei tame pačiame taške sprogusi supernova greitėjančio plėtimosi Visatoje. Atsakymas slypi tame, kad raudonasis poslinkis, nors ir yra neblogas laiko matuoklis, nėra universalus. Raudonojo poslinkio ir laiko, praėjusio nuo tada, kai buvo išspinduliuota šviesa, sąryšis priklauso nuo kosmologinio modelio.
Visatos dydis ir raudonasis poslinkis
Raudonasis poslinkis atitinka konkretų mastelio faktoriaus pokytį, nepriklausomai nuo kosmologinio modelio. Tačiau regimosios Visatos dydžio ir mastelio faktoriaus sąryšis priklauso nuo Visatos savybių. Spartėjančiai besiplečianti Visata yra senesnė už lėtėjančią, todėl šviesa mus galėjo pasiekti iš tolimesnių sričių, todėl regimosios Visatos spindulys taip pat yra didesnis. Taigi tas pats raudonasis poslinkis greitėjančiai besiplečiančioje Visatoje atitinka didesnį atstumą, nei lėtėjančiai besiplečiančioje.
tags: #greitis #nuo #laiko #priklausomybe