Таблица по физике 7: Page not found — Сайт pta-fiz!

Содержание

Таблица «Силы» (7 класс)

Сила

Определение

Обозначение

Формула

Точка приложения и направление

Примечание

ТЯЖЕСТИ

Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, находящееся у ее поверхности.

Fтяж

Fтяж = m∙g

g =9.8 м/с2 – ускорение свободного падения

Приложена к центру тела, направлена вертикально вниз.

Является частным случаем сил всемирного тяготения

УПРУГОСТИ

Сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение.

Fупр

Fупр = k∙∆l

(закон Гука)

k – жесткость тела

l – удлинение тела

Приложена к телу и направлена против деформации.

Виды деформации: растяжения, сжатия, сдвига, изгиба, кручения; упругая и неупругая.

ВЕС ТЕЛА

Сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

P

P = Fтяж

Приложена к опоре или подвесу, направлена вертикально вниз.

Невесомость – состояние, при котором вес тела равен нулю.

Перегрузка – состояние,при котором вес тела увеличивается (больше mg)

ТРЕНИЯ

Сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и препятствующая их относительному движению.

Fтр

Fтр = μ∙N

μ – коэффициент силы трения

N – сила нормальной реакции опоры

Приложена к точке соприкосновения тел, направлена против движения.

Виды трения: покоя, качения, скольжения.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия тел. Измеряется в ньютонах (1 Н).

Таблица по физике «Масса, объем и плотность вещества» 7 класс

Масса, объем и плотность вещества.

Масса – это мера __________________________ тела.

[ ] – [ ]

Объём: [ ] – [ м3 ]

Формулы для определения объёма:

1.

где

[ ] – [ ] — ______________________________________________;

[ ] – [ ] — ______________________________________________;

[ ] – [ ] — ______________________________________________;

2.

где

[ ] – [ ] — ______________________________________________;

[ ] – [ ] — ______________________________________________;

[ ] – [ ] — ______________________________________________;

[ ] – [ ] — ______________________________________________;

Плотность – это физическая величина, равная ___________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________.


[] – [ ] — ___________________

=

m=

V=

Силы

Сила – это мера _________________________________________________.

[ ] – [ ]

________________________ — это сила, с которой теля притягиваются к поверхности Земли.

Fтяж=

g=____

_______ — сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

[P] – [ ]

Деформация – это __________________________________________________.

Сила упругости – это ________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________.

Закон Гука:

где

[ ] – [ ] — ____________________________________________________;

[ ] – [ ] — ____________________________________________________;

[ ] – [ ] — ____________________________________________________;

______________________ — это сила, возникающая на месте соприкосновения поверхностей тел и препятствующая их относительному перемещению.

Сила ______________

Сила трения скольжения



ГДЗ по физике 7 класс рабочая тетрадь Перышкин еуроки ответы

Раздел физики седьмого класса не очень прост для понимания. В целом, темы не сложные, но большое количество разных задач и физических законов может повлечь за собой некоторые трудности в обучении. Преодолеть этот непростой этап помогут систематические занятия с преподавателем и самоподготовка с гдз по физике рабочая тетрадь за 7 класс Перышкин — автор публикации проявил заботу о семиклассниках и их родителях.

Благодаря ресурсу можно выяснить, какие темы школьник не до конца усвоил, на что следует обратить внимание и какие упражнения нужно дополнительно повторить. Любое задание будет не так сложно решить.

Для кого онлайн решебник станет полезным помощником?

Не только семиклассники при подготовке используют онлайн решения к рабочей тетради по физике 7 класс Перышкина и сопутствующие дополнительные материалы. Кроме них, можно выделить других пользователей:

  • репетиторы, которые работают с детьми, для подготовки к различным олимпиадам и конкурсам по физике. Ознакомившись с оформлением ответов, специалист проверяет свою методику обучения на соответствие требованиям образовательных стандартов. В решебнике все ответы формулируются с полным соблюдением установленных норм и правил.
  • учителя, которые могут использовать онлайн-руководство и быстро проверять большой объем выполненных работ, которые ребята сдают для проверки. Понимая, сколько задач должен решать педагог одновременно, совершенно понятно, для чего нужен решебник.
    Преподаватель будет всегда уверен в результате выполненной работы и значительно сократит время на выполнение проверочной работы;
  • родители школьников, желающие быстро уточнить уровень знаний своих детей. Для проверки нужно понять, насколько правильно ребенок может выстроить логическую цепочку, составить решение и написать ответ. Все это необходимо делать по образовательным стандартам, и родители не всегда знают, как это выглядит на практике. На выяснение всех нюансов нужно потратить много времени. Со сборником ответов все эти манипуляции не нужны, потому что, сверив задание, которое ребенок выполняет, с ответом в пособии, можно сразу определить, есть ли какие-то проблемы с обучением;

Безусловные преимущества применения сборников с ответами в школе

Среди основных достоинств сборника решений к рабочей тетради по физике для 7 класса автор Перышкин

, присутствуют те, которые выделяют все пользователи:

  • есть ответы на все задачи учебника, в том числе требующие более высокого уровня знаний;
  • круглосуточный и свободный доступ к необходимой информации;
  • полное соответствие ответов и решений требованиям образовательных стандартов;
  • проверка выполненного домашнего задания перед тем, как сдать его на проверку учителю;
  • возможность регулярного и оперативного самоконтроля;
  • экономическая выгода – хорошая альтернатива дорогостоящим частным урокам с репетиторами и дополнительным тематическим курсам.

Ребенок легко усвоит сложные теоретические понятия по физике и будет без труда решать практические задачи. Если выполнить упражнение сложно, то на помощь всегда придет портал еуроки ГДЗ и сборники готовых ответов.

Все формулы по физике за 7 класс с пояснениями — таблица и шпаргалки (2022)

Шпаргалки по физике за 7 класс

В рамках одной статьи сложно охватить весь курс по физике, но мы осветили основные темы за 7 класс и этого достаточно, чтобы освежить знания в памяти. Скачайте и распечатайте обе шпаргалки — одна из них (подробная) пригодится для вдумчивой подготовки к ОГЭ и ЕГЭ, а вторая (краткая) послужит для решения задач.

Для тех, кто находится на домашнем обучении или вынужден самостоятельно изучать материал ввиду пропусков по болезни, рекомендуем также учебник по физике А. В. Перышкина с формулами за 7 класс и легкими, доступными пояснениями по всем темам. Он был написан несколько десятилетий назад, но до сих пор очень популярен и востребован.

Измерение физических величин

Измерением называют определение с помощью инструментов и технических средств числового значения физической величины.

Результат измерения сравнивают с неким эталоном, принятым за единицу. В итоге значением физической величины считается полученное число с указанием единиц измерения.

В курсе по физике за 7 класс изучают правила измерений с использованием приборов со шкалой. Если цена деления шкалы неизвестна, узнать ее можно с помощью следующей формулы:

ЦД = (max − min) / n, где ЦД — цена деления, max — максимальное значение шкалы, min — минимальное значение шкалы, n — количество делений между ними.

Вместо максимального и минимального можно взять любые другие значения шкалы, числовое выражение которых нам известно.

Выделяют прямое и косвенное измерение:

  • при прямом измерении результат можно увидеть непосредственно на шкале инструмента;

  • при косвенном измерении значение величины вычисляется через другую величину (например, среднюю скорость определяют на основе нескольких замеров скорости).

Для удобства и стандартизации измерений в 1963 году была принята Международная система единиц СИ. Она регламентирует, какие единицы измерения считать основными и использовать для формул. Обозначения этих единиц также учат в программе по физике за 7 класс.

Механическое движение: формулы за 7 класс

Механическое движение — перемещение тела в пространстве, в результате которого оно меняет свое положение относительно других тел. Закономерности такого движения изучают в рамках механики и конкретно ее раздела — кинематики.

Для того, чтобы описать движение, требуется тело отсчета, система координат, а также инструмент для измерения времени. Это составляющие системы отсчета.

Изучение механического движения в курсе по физике за 7 класс включает следующие термины:
  • Перемещение тела — минимальное расстояние, которое соединяет две выбранные точки траектории движения.

  • Траектория движения — мысленная линия, вдоль которой перемещается тело.

  • Путь — длина траектории тела от начальной до конечной точки.

  • Скорость — быстрота перемещения тела или отношение пройденного им пути ко времени прохождения.

  • Ускорение — быстрота изменения скорости, с которой движется тело.

Равномерное движение — механическое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит одно и то же расстояние.

Формула скорости равномерного прямолинейного движения:

V = S / t, где S — путь тела, t — время, за которое этот путь пройден.

Формула скорости равномерного криволинейного движения:

где S1 и S2 — отрезки пути, а t1 и t2 — время, за которое был пройден каждый из них.

Единица измерения скорости в СИ: метр в секунду (м/с).

Формула скорости равноускоренного движения:

V = V0 + at, где V0— начальная скорость, а — ускорение.

Единица измерения ускорения в СИ: м/с2.

Сила тяжести, вес, масса, плотность

Формулы, понятия и определения, описывающие эти физические характеристики, изучают в 7 классе в рамках такого раздела физики, как динамика.

Вес тела или вещества — это физическая величина, которая характеризует, с какой силой оно действует на горизонтальную поверхность или вертикальный подвес.

Обратите внимание: вес тела измеряется в ньютонах, масса тела — в граммах и килограммах.

Формула веса:

P = mg, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения возникает под действием силы тяжести, которой подвержены все находящиеся на нашей планете тела.

g = 9,806 65 м/с2 или 9,8 Н/кг

Если тело находится в покое или в прямолинейном равномерном движении, его вес равен силе тяжести.

Fтяж = mg

Но эти понятия нельзя отождествлять: сила тяжести действует на тело ввиду наличия гравитации, в то время как вес — это сила, с которой само тело действует на поверхность.

Плотность тела или вещества — величина, указывающая на то, какую массу имеет данное вещество, занимая единицу объема. Плотность прямо пропорциональна массе и обратно пропорциональна объему.

Формула плотности:

ρ = m / V, где m — масса тела или вещества, V — занимаемый объем.

Единица измерения плотности в СИ: кг/м3.

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Механический рычаг, момент силы

О механическом рычаге говорил еще Архимед, когда обещал перевернуть Землю, если только найдется подходящая точка опоры. Это простой механизм, который помогает поднимать грузы, закрепленные на одном его конце, прилагая силу к другому концу. При этом вес груза намного превосходит прилагаемое усилие. В 7 классе физические формулы, описывающие этот процесс, изучаются в том же разделе динамики.

Рычаг — это некое твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной точки опоры, на один конец которого действует сила, а на другом находится груз.

Перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы, называется плечом силы.

Рычаг находится в равновесии, если произведение силы на плечо с одной его стороны равно произведению силы на плечо с другой стороны.

Уравнение равновесия рычага:

F1 × l1 = F2 × l2

Из этого следует, что рычаг уравновешен, когда модули приложенных к его концам сил обратно пропорциональны плечам этих сил.

Момент силы — это физическая величина, равная произведению модуля силы F на ее плечо l.

Формула момента силы:

M = F × l, где F — модуль силы, l — длина плеча.

Единица измерения момента силы в СИ: ньютон-метр (Н·м).

Эта формула верна, если сила приложена перпендикулярно оси рычага. Если же она прилагается под углом, такой случай выходит за рамки курса физики за 7 класс и подробно изучается в 9 классе.

Правило моментов: рычаг уравновешен, если сумма всех моментов сил, которые поворачивают его по часовой стрелке, равна сумме всех моментов сил, которые поворачивают его в обратном направлении.

Можно сказать иначе: рычаг в равновесии, если сумма моментов всех приложенных к нему сил относительно любой оси равна нулю.

М1 + М2 + Мn + … = 0

Давление, сила давления

Прилагая одну и ту же силу к предмету, можно получить разный результат в зависимости от того, на какую площадь эта сила распределена. Объясняют этот феномен в программе 7 класса физические термины «давление» и «сила давления».

Давление — это величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, к площади этой поверхности.

Сила давления направлена перпендикулярно поверхности.

Формула давления:

See Also

2020 Audi E-Tron Review: Alt, CurrentРемонт вариатора Инфинити JX 35 коробка передач cvt INFINITI JX 35 акпп | купить, диагностика, замена, ремень, цена, Москва, стоимость, недорого, замена масла вариатора, продажаСкачать мод Krone Pack Autoload версия 1.4.0.0 для Farming Simulator 2022 (v1.2x)2017 Toyota Rav4 Hybrid Excel AWD Review | Cars UK

p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.

Единица измерения давления в СИ: паскаль (Па).

1 Па = 1 Н/м2

Понятно, что при одной и той же силе воздействия более высокое давление испытает та поверхность, площадь которой меньше.

Формулу для расчета силы давления вывести несложно:

F = p × S

В задачах по физике за 7 класс сила давления, как правило, равна весу тела.

Давление газов и жидкостей

Жидкости и газы, заполняющие сосуд, давят во всех направлениях: на стенки и дно сосуда. Это давление зависит от высоты столба данного вещества и от его плотности.

Формула гидростатического давления:

р = ρ × g × h, где ρ — плотность вещества, g — ускорение свободного падения, h — высота столба.

g = 9,8 м/с2

Единица измерения давления жидкости или газа в СИ: паскаль (Па).

Однородная жидкость или газ давит на стенки сосуда равномерно, поскольку это давление создают хаотично движущиеся молекулы. И внешнее давление, оказываемое на вещество, тоже равномерно распределяется по всему его объему.

Закон Паскаля: давление, производимое на поверхность жидкого или газообразного вещества, одинаково передается в любую его точку независимо от направления.

Внешнее давление, оказываемое на жидкость или газ, рассчитывается по формуле:

p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.

Сообщающиеся сосуды

Сообщающимися называются сосуды, которые имеют общее дно либо соединены трубкой. Уровень однородной жидкости в таких сосудах всегда одинаков, независимо от их формы и сечения.

Если ρ1 = ρ2, то h1 = h2 и ρ1gh1 = ρ2gh2, где:

p — плотность жидкости,

h — высота столба жидкости,

g = 9,8 м/с2.

Если жидкость в сообщающихся сосудах неоднородна, т. е. имеет разную плотность, высота столба в сосуде с более плотной жидкостью будет пропорционально меньше.

Высоты столбов жидкостей с разной плотностью обратно пропорциональны плотностям.

Гидравлический пресс — это механизм, созданный на основе сообщающихся сосудов разных сечений, заполненных однородной жидкостью. Такое устройство позволяет получить выигрыш в силе для оказания статического давления на детали (сжатия, зажимания и т. д.).

Если под поршнем 1 образуется давление p1 = f1/s1, а под поршнем 2 будет давление p2 = f2/s2, то, согласно закону Паскаля, p1 = p2

Следовательно,

Силы, действующие на поршни гидравлического пресса F1 и F2, прямо пропорциональны площадям этих поршней S1 и S2.

Другими словами, сила поршня 1 больше силы поршня 2 во столько раз, во сколько его площадь больше площади поршня 2. Это позволяет уравновесить в гидравлической машине с помощью малой силы многократно бóльшую силу.

Закон Архимеда

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу объема жидкости или газа, вытесненного частью тела, погруженной в жидкость или газ.

Формула архимедовой силы:

Fa = ρ × g × V, где ρ — плотность жидкости, V — объем погруженной части тела, g — ускорение 9,8 м/с2.

Закон Архимеда помогает рассчитать, как поведет себя тело при погружении в среды разной плотности. Верны следующие утверждения:
  • если плотность тела выше плотности среды, оно уйдет на дно;

  • если плотность тела ниже, оно всплывет на поверхность.

Другими словами, тело поднимется на поверхность, если архимедова сила больше силы тяжести.

Работа, энергия, мощность

Механическая работа — это физическая величина, которая равна произведению перемещения тела на модуль силы, под действием которой было выполнено перемещение.

Формула работы в курсе физики за 7 класс:

A = F × S, где F — действующая сила, S — пройденный телом путь.

Единица измерения работы в СИ: джоуль (Дж).

Такое понятие, как мощность, описывает скорость выполнения механической работы. Оно говорит о том, какая работа была совершена в единицу времени.

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы к временному промежутку, потребовавшемуся для ее выполнения.

Формула мощности:

N = A / t, где A — работа, t — время ее совершения.

Также мощность можно вычислить, зная силу, воздействующую на тело, и среднюю скорость перемещения этого тела.

N = F × v, где F — сила, v — средняя скорость тела.

Единица измерения мощности в СИ: ватт (Вт).

Тело может совершить какую-либо работу, если оно обладает энергией — кинетической и/или потенциальной.

  • Кинетической называют энергию движения тела. Она говорит о том, какую работу нужно совершить, чтобы придать телу определенную скорость.

  • Потенциальной называется энергия взаимодействия тела с другими телами или взаимодействия между частями одного целого. Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей, характеризует, какую работу должна совершить сила тяжести, чтобы опустить это тело снова на нулевой уровень.

Таблица с формулами по физике за 7 класс для вычисления кинетической и потенциальной энергии:

Кинетическая энергия

Пропорциональна массе тела и квадрату его скорости.

Ek = mv2/2

Потенциальная энергия

Равна произведению массы тела, поднятого над Землей, на ускорение свободного падения и высоту поднимания.

Ep= mgh

Полная механическая энергия

Складывается из кинетической и потенциальной энергии.

E = Ek+Ep

Сохранение и превращение энергии

Если механическая энергия не переходит в другие формы, то сумма потенциальной энергии и кинетической представляет собой константу.

Ek+ Ep= const

Для того, чтобы понять, какая часть совершенной работы была полезной, вычисляют коэффициент полезного действия или КПД. С его помощью определяется эффективность различных механизмов, инструментов и т. д.

Коэффициент полезного действия (КПД) отражает полезную часть выполненной работы. Также его можно выразить через отношение полезно использованной энергии к общему количеству полученной энергии.

Формула для расчета КПД:

где Ап— полезная работа, Аз— затраченная работа.

КПД выражается в процентах и составляет всегда меньше 100%, поскольку часть энергии затрачивается на трение, повышение температуры воздуха и окружающих тел, преодоление силы тяжести и т. д.

Удачи на экзаменах!

Демонстрационные таблицы по физике :: Класс!ная физика

Механика. Кинематика. Динамика

1. Методы физических исследований.
2. Измерение расстояний и времени.
3. Кинематика прямолинейного движения.
4. Относительность движения.
5. Первый закон Ньютона.
6. Второй закон Ньютона.
7. Третий закон Ньютона.
8. Упругие деформации. Вес и невесомость.
9. Сила всемирного тяготения.
10. Сила трения.
11. Искусственные спутники Земли.
12. Динамика вращательного движения.

Статика

13. Виды равновесия.


Законы сохранения в механике

14. Закон сохранения импульса.
15. Закон сохранения момента импульса.
16. Закон сохранения энергии в механике.

Механические колебания и волны

17. Закон Бернулли.
18. Механические колебания.
19. Механические волны.

20. Звуковые волны.

Молекулярно-кинетическая теория. Строение вещества

21. Дискретное строение вещества.
22. Взаимодействие частиц вещества.
23. Количество вещества.
24. Температура.
25. Давление газа.
26. Уравнение состояния идеального газа.
27. Теплоемкость.
28. Кристаллы.
29. Модели кристаллических решеток.
30. Ионный проектор.

Термодинамика

31. Внутренняя энергия.
32. Работа газа.
33. Законы термодинамики.
34. Паровая машина И.Ползунова.
35. Паровая турбина.
36. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
37. Газотурбинный двигатель.
38. Компрессионный холодильник.
39. Ракетные двигатели.
40. Энергетика и энергетические ресурсы.

Электростатика

41. Электрические заряды.
42. Потенциал. Разность потенциалов.

43. Диэлектрики в электрическом поле.
44. Электроемкость.

Законы постоянного тока

45. Постоянный электрический ток.
46. Магнитное поле тока.
47. Движение заряженных частиц.
48. Электромагнитная индукция.
49. Магнетики.
50. Электрические генераторы и двигатели.
51. Трехфазная система токов.
52. Электроизмерительные приборы.

Электрический ток в средах

53. Электрический ток в металлах.
54. Проводимость полупроводников.
55. Р-п переход.
56. Транзистор.
57. Электронно-лучевая трубка.
58. Электрический ток в газах.
59. Тлеющий разряд.
60. Электрический ток в электролитах.

Электромагнитные колебания и волны

61. Электромагнитные колебания.
62. Переменный ток.
63. Закон Ома для цепи переменного тока.
64. Электромагнитные волны.
65. Излучение электромагнитных волн.
66. Радио и телевидение.

Оптика

67. Законы распространения света.
68. Скорость света.
69. Дисперсия света.
70. Рентгеновское излучение.
71. Применение электромагнитных волн.
72. Интерференция света.
73. Дифракция света.
74. Линзы.
75. Оптические приборы.
76. Глаз.

Специальная теория относительности

77. Экспериментальные основы СТО.
78. Энергия и импульс в СТО.
79. Законы сохранения в СТО.
80. Масса и энергия системы частиц в СТО.

Квантовая физика

81. Открытие электрона.
82. Фотоэффект.
83. Спектры.
84. Планетарная модель атома.
85. Модель атома водорода по Бору.
86. Опыт Франка и Герца.
87. Корпускулярно-волновой дуализм.
88. Соотношение неопределенностей.
89. Лазеры.
90. Частицы и античастицы.

Физика атомного ядра

91. Атомное ядро.
92. Ядерные реакции.
93. Радиоактивность.
94. Свойства ионизирующих излучений.
95. Методы регистрации частиц.
96. Дозиметрия.
97. Допустимые и опасные дозы облучения.
98. Ядерная энергетика.
99. Фундаментальные взаимодействия.
100. Эволюция Вселенной.

Авторы: Орлов В.А., Кабардин О.Ф.

Источник: http://www.varson.ru/physics.html

Устали? — Отдыхаем!

Вверх

Таблица плотности веществ

Плотность — физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему:

Плотности некоторых твердых тел (при норм. атм. давл., t = 20ºC)
Твердое тело ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Твердое тело ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Осмий 22 600 22,6 Мрамор 2700 2,7
Иридий 22 400 22,4 Стекло оконное 2 500 2,5
Платина 21 500 21,5 Фарфор 2 300 2,3
Золото 19 300 19,3 Бетон 2 300 2,3
Свинец 11 300 11,3 Кирпич 1 800 1,8
Серебро 10 500 10,5 Сахар-рафинад 1 600 1,6
Медь 8 900 8,9 Оргстекло 1 200 1,2
Латунь 8 500 8,5 Капрон 1 100 1,1
Сталь, железо 7 800 7,8 Полиэтилен 920 0,92
Олово 7 300 7,3 Парафин 900 0,90
Цинк 7 100 7,1 Лёд 900 0,90
Чугун 7 000 7,0 Дуб (сухой) 700 0,70
Корунд 4 000 4,0 Сосна (сухая) 400 0,40
Алюминий 2 700 2,7 Пробка 240 0,24
Плотности некоторых жидкостей (при норм. атм. давл., t = 20ºC)
Жидкость ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Жидкость ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Ртуть 13 600 13,60 Керосин 800 0,80
Серная кислота 1 800 1,80 Спирт 800 0,80
Мёд 1 350 1,35 Нефть 800 0,80
Вода морская 1 030 1,03 Ацетон 790 0,79
Молоко цельное 1 030 1,03 Эфир 710 0,71
Вода чистая 1000 1,00 Бензин 710 0,71
Масло подсолнечное 930 0,93 Жидкое олово(при t = 400ºC) 6 800 6,80
Масло машинное 900 0,90 Жидкий воздух(при t = -194ºC) 860 0,86
Плотности некоторых газов (при норм. атм. давл., t = 20ºC)
Газ ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Газ ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Хлор 3,210 0,00321 Оксид углерода (II)(угарный газ) 1,250 0,00125
Оксид углерода (IV)(углекислый газ) 1,980 0,00198 Природный газ 0,800 0,0008
Кислород 1,430 0,00143 Водяной пар (приt = 100ºC) 0,590 0,00059
Воздух (при 0ºC) 1,290 0,00129 Гелий 0,180 0,00018
Азот 1,250 0,00125 Водород 0,090 0,00009

Другие заметки по химии

Ч. 7 Резюме раздела — Физика колледжа для курсов AP®

Хотите процитировать, поделиться или изменить эту книгу? Эта книга Лицензия Creative Commons с указанием авторства и вы должны атрибутировать OpenStax.

Информация об авторстве
  • Если вы распространяете всю или часть этой книги в печатном формате, затем вы должны указать на каждой физической странице следующее указание авторства:
    Бесплатный доступ на https://openstax.org/books/college-physics-ap-courses/pages/1-connection-for-ap-r-courses.
  • Если вы распространяете всю или часть этой книги в цифровом формате, то вы должны включать в каждый просмотр цифровой страницы следующую атрибуцию:
    Доступ бесплатный на https://openstax.орг/книги/колледж-физика-ап-курсы/страницы/1-подключение-для-ап-р-курсы
Информация о цитировании
  • Используйте информацию ниже, чтобы создать цитату. Мы рекомендуем использовать инструмент цитирования, например Вот этот.
    • Авторы: Грегг Вульф, Эрика Гаспер, Джон Сток, Джули Кретчман, Дэвид Андерсон, Натан Чуба, Судхи Оберой, Лиза Пуджи, Ирина Люблинская, Дуглас Ингрэм
    • Издатель/веб-сайт: OpenStax
    • Название книги: College Physics for AP® Courses
    • Дата публикации: 12 августа 2015 г.
    • Местонахождение: Хьюстон, Техас
    • URL книги: https://openstax.орг/книги/колледж-физика-ап-курсы/страницы/1-подключение-для-ап-р-курсы
    • URL раздела: https://openstax.org/books/college-physics-ap-courses/pages/7-section-summary

© 3 марта 2022 г. OpenStax. Контент учебников, созданный OpenStax, находится под лицензией Creative Commons Attribution License. Название OpenStax, логотип OpenStax, обложки книг OpenStax, название OpenStax CNX и логотип OpenStax CNX не подпадают под действие лицензии Creative Commons и не могут быть воспроизведены без предварительного и явного письменного согласие Университета Райса.

Таблица 7 | Разработки в методологиях определения чувствительности и проверка расчетов физики реакторов

Таблица 7

Вариации параметров и стандартные отклонения, полученные путем усвоения данных.

б

Параметр Изменение (%) Иници. стоять. разв. (%) Финальный стенд. разв. (%)

Скат. Рад. и 1.9 4.1 1.7
Боу. Лев. -6,4 8,0 6,4
Γ п 2.8 Кев с 0,6 1,9 1,9
Γ γ 2.8 Кев C 10.5 11.8 11.8 10.5
538 KEV C -57. 2 -57.29 65.9 58.4
Р. Том. Рад. d −1,8 2,8 1,6
Р. Приб. Диф. e −0,8 5,0 4,7
Р. Том. Диф. F -0.4 -0.4 -0.4 2.1 2.1
-1.1 3,5 3,5 3,2
FUSRED H -0,8 5.0 4.0

a Радиус ядерного рассеяния.
б Резонанс на связанном уровне.
c Резонансная пиковая энергия.
d Радиус реального объема оптической модели ядра-мишени.
e Оптическая модель реальной поверхностной диффузии ядра-мишени.
f Реальная объемная диффузность оптической модели ядра-мишени.
g Масштабирование полных сечений оптической модели из-за внутренней неопределенности модели.
h Масштабирование сечений поглощения в оптической модели из-за внутренней неопределенности модели.

Освоение физических решений Глава 7 Работа и кинетическая энергия

Освоение физических решений Глава 7 Работа и кинетическая энергия

Освоение физических решений

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.1CQ
Можно ли выполнять работу над объектом, который остается в покое?
Решение:

Мы знаем, что работа совершается только тогда, когда тело перемещается на определенное расстояние в направлении приложенной силы. Другими словами, если никакая внешняя сила не приложена или тело не может двигаться в направлении приложенной силы, говорят, что выполненная работа равна нулю.
Рассмотрим блок массой m (кг), перемещаемый на расстояние d (м) под действием силы F (Н) в направлении движения.Тогда проделанная работа
W = F·d = расстояние силы
Если d = 0 [т. е. тело покоится]
W = F 0
= 0
Следовательно, невозможно совершить работу над объектом, который на отдыхе.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.1P
Международная космическая станция обращается вокруг Земли по приблизительно круговой орбите на высоте h = 375 км над поверхностью Земли. Работа, совершаемая Землей на космической станции за один полный оборот, положительна, отрицательна или равна нулю? Объяснять.
Решение:
Работа, проделанная Землей на космической станции, равна нулю. Это связано с тем, что при движении спутника сила, действующая на него, всегда перпендикулярна направлению движения. Если сила не имеет ненулевых составляющих вдоль направления движения, то совершенная работа равна нулю.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.2CQ
Друг делает утверждение: «Только полная сила, действующая на объект, может совершать работу». Это утверждение верно или ложно? Если это правда, укажите, почему; если неверно, приведите контрпример.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.2P
Качающийся маятник качается из точки I в точку II по дуге окружности, показанной на рисунке. а) Работа силы тяжести над грузом положительна, отрицательна или равна нулю? Объяснять. (b) Работа, совершаемая нитью над грузом, положительна, отрицательна или равна нулю? Объяснять.

Решение:
(a) Когда маятник качается из точки I в точку II по дуге окружности, его перемещение направлено вниз.Это направление силы тяжести. Следовательно, работа силы тяжести положительна, когда маятниковый груз качается из точки I в точку II по дуге окружности.
(б) Когда маятник качается из точки I в точку II по дуге окружности, натяжение нити всегда перпендикулярно направлению его движения. Поэтому работа, совершаемая нитью, равна нулю, когда маятниковый груз качается из точки I в точку II по дуге окружности.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.3CQ
Один друг утверждает: «Сила, всегда перпендикулярная скорости частицы, не действует на частицу». Это утверждение верно или ложно? Если это оттенок, укажите, почему; если неверно, приведите контрпример.
Решение:
Верно. Сила, всегда перпендикулярная перемещению, не имеет ненулевой составляющей вдоль направления движения. В результате над частицей не будет совершаться работа.
Проделанная работа W=(F cosθ)d
W положительна, если F имеет составляющую в направлении движения.
W положительна, если угол между силой F и перемещением d равен -90<<90.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.3P
Маятник качается из точки II в точку III по дуге окружности, показанной на рисунке. а) Работа силы тяжести над грузом положительна, отрицательна или равна нулю? Объяснять. (b) Работа, совершаемая нитью над грузом, положительна, отрицательна или равна нулю? Объяснять.

Решение:
(a) Когда маятник качается из точки II в точку III по дуге окружности, его перемещение направлено вверх.Это противоположно направлению силы тяжести. Следовательно, работа силы тяжести отрицательна, когда маятниковый груз качается из точки II в точку III по дуге окружности.
(б) Когда маятник качается из точки II в точку III по дуге окружности, натяжение нити всегда перпендикулярно направлению его движения. Следовательно, работа, совершаемая нитью, равна нулю, когда маятниковый груз качается из точки II в точку III по дуге окружности.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.4CQ
Чистая работа, выполненная над определенным объектом, равна нулю. Что можно сказать о его скорости?
Решение:
Совершенная работа равна изменению кинетической энергии. Таким образом, если чистая работа, выполненная над объектом, равна нулю, его изменение кинетической энергии также равно нулю. Таким образом, скорость объекта останется прежней.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.4P
Работник толкает 26-килограммовый тюк сена на 3,9 м по полу амбара. Если она приложит к сену горизонтальную силу 88 Н, какую работу она совершила?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.5CQ
Чтобы встать утром с постели, нужно ли вам работать? Объяснять.
Решение:
Да, мы должны совершать работу против силы тяжести, чтобы встать утром с постели, потому что постоянная сила тяжести действует вниз на наше тело, когда мы спим в постели. Чтобы встать, мы должны применить силу вверх; таким образом, мы совершаем работу против силы тяжести.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.5P
Дети в домике на дереве поднимают маленькую собачку в корзине 4. 70 м до их дома. Если для этого требуется 201 Дж работы, какова общая масса собаки и корзины?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.6CQ
Приведите пример силы трения, совершающей отрицательную работу.
Решение:
Силы трения совершают отрицательную работу всякий раз, когда они действуют в направлении, противоположном движению.
Например, трение совершает отрицательную работу, когда вы толкаете коробку по полу или нажимаете на тормоз во время вождения.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.6P
В начале октября вы идете на тыквенную грядку, чтобы выбрать тыкву для Хэллоуина. Вы поднимаете тыкву весом 3,2 кг на высоту 1,2 дюйма, затем несете ее на 50,0 м (по ровной поверхности) к кассе. а) Вычислите работу, которую вы совершаете над тыквой, поднимая ее с земли. б) Сколько работы вы делаете с тыквой, когда несете ее с поля?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 7CQ
Приведите пример силы трения, совершающей положительную работу.
Решение:
Сила трения всегда препятствует относительному движению, но если тело движется в направлении действия приложенной силы, то при ◊ = 0º совершенная работа положительна.
Итак, когда человек идет по земле, сила трения между его ботинками и землей совершает положительную работу всякий раз, когда он начинает ходить, так как ◊ = 0º.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.7P
Коэффициент кинетического трения между чемоданом и полом равен 0.272. Если чемодан имеет массу 71,5 кг, на какое расстояние его можно толкнуть по ровному полу при работе 642 Дж?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.8CQ
Лыжная лодка движется с постоянной скоростью. Совершает ли результирующая сила, действующая на лодку, работу? Объяснять.
Решение:
Поскольку скорость лодки постоянна, кинетическая энергия лодки не изменится.
Таким образом, изменение кинетической энергии = 0 джоулей ————- (1)
Проделанная работа = изменение кинетической энергии —————- (2)
Из уравнений (1) и (2)
выполненная работа = 0 джоулей ——————— (3)
Проделанная работа = результирующее перемещение силы ————— (4)
Поскольку лодка движется с постоянной скоростью, то из уравнений (3) и (4)
чистая сила = 0 ньютонов
Таким образом, чистая сила не совершает над лодкой никакой работы.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.8P
Вы поднимаете с земли банку с краской весом 3,4 кг и поднимаете ее на высоту 1,8 м. а) Сколько работы вы делаете над банкой с краской? (b) Вы держите банку неподвижно полминуты, ожидая, пока друг на лестнице ее возьмет. Сколько работы вы делаете в это время? (c) Ваш друг отказывается от краски, поэтому вы опускаете ее обратно на землю. Какую работу вы совершаете над банкой, опуская ее?
Решение:
Масса банки m = 3.4 кг

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 9CQ
Пакет лежит на полу лифта, который поднимается с постоянной скоростью. Лифт воздействует на упаковку направленной вверх нормальной силой и, следовательно, совершает над ней положительную работу. Почему кинетическая энергия пакета не увеличивается?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.9P
Буксирный трос, параллельный воде, тянет воднолыжника прямо за лодкой с постоянной скоростью на расстояние 65 м, прежде чем лыжник упадет. .Натяжение веревки равно 120 Н. (а) Работа, совершаемая веревкой над лыжником, положительна, отрицательна или равна нулю? Объяснять. б) Вычислите работу, которую веревка совершает над лыжником.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.10CQ
Объект движется с постоянной скоростью. Можно ли с уверенностью заключить, что на объект не действует никакая сила? Почему или почему нет?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 10P
В ситуации, описанной в предыдущей задаче, (a) является ли работа, совершаемая веревкой над лодкой, положительной, отрицательной или равной нулю? Объяснять.б) Вычислите работу, совершаемую веревкой на лодке.
Решение:


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.11CQ
Двигатель 1 выполняет в два раза больше работы, чем двигатель 2. Верен ли вывод, что двигатель 1 производит в два раза больше энергии, чем двигатель 2? Объяснять.
Решение:

Произведенная мощность определяется как скорость выполненной работы. Здесь упоминается, что двигатель 1 выполняет в два раза больше работы, чем двигатель 2, но их индивидуальное время выполнения этой работы не указывается.
Следовательно, неверно делать вывод, что двигатель 1 производит в два раза больше энергии, чем двигатель 2.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.11P
Ребенок тянет друга в маленькой красной тележке с постоянной скоростью. . Если ребенок тянет с силой 16 Н расстояние 10,0 м, а ручка тележки наклонена под углом 25° к горизонту, какую работу совершает ребенок над тележкой?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.12CQ
Двигатель 1 производит в два раза больше мощности, чем двигатель 2. Верен ли вывод, что двигатель 1 выполняет в два раза больше работы, чем двигатель 2? Объяснять.
Решение:

Мощность зависит как от количества работы, совершаемой двигателем, так и от количества времени, в течение которого эта работа выполняется.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.12P
Упаковочный ящик весом 51 кг тянут с постоянной скоростью по неровному полу с помощью веревки, натянутой под углом 43°.5° выше горизонтали. Если натяжение каната равно 115 Н, какую работу совершит ящик, чтобы переместить его на 8,0 м?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 13P
Чтобы помыть пол, дворник давит на ручку швабры с силой 50,0 Н. (a) Если ручка швабры находится в угол 55° над горизонталью, какую работу необходимо совершить, чтобы толкнуть швабру на 0,50 м? (b) Если угол, который ручка швабры образует с горизонтом, увеличивается до 65°, работа дворника увеличивается, уменьшается или остается неизменной? Объяснять.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.14P
Небольшой самолет буксирует планер с постоянной скоростью и высотой. Если самолет совершает работу 2,00·105 Дж, чтобы буксировать планер на расстояние 145 м, а натяжение буксирного троса равно 2560 Н, каков угол между буксировочным тросом и горизонтом?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.15P

Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.15P16P

Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 17P
Водные лыжники часто ездят с одной стороны от центральной линии лодки, как показано на рисунке. В этом случае лыжная лодка движется со скоростью 15 м/с, а натяжение троса равно 75 Н. Если лодка совершает над лыжником работу 3500 Дж на расстоянии 50,0 м, каков угол θ между буксировочным тросом и центральная линия лодки?

Решение:


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.18P
Питчер бросает мяч со скоростью 90 миль в час, и кетчер останавливает его своей перчаткой. (a) Работа, совершаемая питчером над мячом, положительна, отрицательна или равна нулю? Объяснять. (b) Является ли работа, совершаемая кэтчером над мячом, положительной, отрицательной или равной нулю? Объяснять.
Решение:
а) Питчер совершает положительную работу над мячом, потому что направление силы совпадает с направлением перемещения мяча.
b) Кэтчер совершает над мячом отрицательную работу, прилагая силу в направлении, противоположном движению мяча, чтобы остановить мяч.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.19P
Какая работа требуется бегуну массой 73 кг, чтобы разогнаться из состояния покоя до 7,7 м/с?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.20P
Возвращение Скайлэб Когда 11 июля 1979 года Скайлэб снова вошел в атмосферу Земли, он разбился на множество частей. Одним из самых крупных осколков был обшитый свинцом пленочный свод весом 1770 кг, который приземлился с расчетной скоростью 120 м/с. Какова была кинетическая энергия пленочного свода, когда он приземлился?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.21P
Пуля массой 9,50 г имеет скорость 1,30 км/с. а) Чему равна его кинетическая энергия в джоулях? б) Чему равна кинетическая энергия пули, если ее скорость уменьшить вдвое? в) если его скорость удвоится?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 22P
Работа W0 ускоряет автомобиль от 0 до 50 км/ч. а) Равна ли работа, необходимая для ускорения автомобиля с 50 км/ч до 150 км/ч, 2W0, 3W0, 8W0 ​​или 91w0? (b) Выберите лучшее объяснение из следующих:
I.Работа по ускорению автомобиля зависит от квадрата скорости.
II. Конечная скорость в три раза больше скорости, произведенной работой W0.
III. Увеличение скорости с 50 км/ч до 150 км/ч вдвое превышает увеличение скорости с 0 до 50 км/ч.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.23P
Бегун A имеет массу m и скорость v, бегун B имеет массу m/2 и скорость 3v, бегун C имеет массу 3m и скоростью v/2, а бегун D имеет массу 4m и скорость v/2.Расположите бегунов в порядке возрастания кинетической энергии. Укажите галстуки, где это уместно.
Решение:

>

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.24P
Сосновая шишка массой 0,14 кг падает с высоты 16 м на землю и приземляется со скоростью 13 м/с. а) С какой скоростью приземлилась бы сосновая шишка, если бы не было сопротивления воздуха? (b) Выполняло ли сопротивление воздуха положительную работу, отрицательную работу или нулевую работу над сосновой шишкой? Объяснять.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.25P
В предыдущей задаче а) какую работу совершило сопротивление воздуха над сосновой шишкой? б) Какова была средняя сила сопротивления воздуха, действовавшая на сосновую шишку?
Решение:

Знак минус указывает на то, что сила действует вверх.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.26P
В момент t = 1,0 с объект массой 0,40 кг падает со скоростью 6,0 м/с. В момент времени t = 2,0 с его кинетическая энергия равна 25 Дж. а) Чему равна кинетическая энергия тела в момент времени t = 1.0 с? б) Какова скорость объекта в момент времени t = 2,0 с? в) Какая работа была совершена над объектом между t = 1,0 с и t = 2,0 с?
Решение:

Глава 7. Работа и кинетическая энергия Q.27P
для третьей базы. Игрок массой 62,0 кг начинает скользить на расстоянии 3,40 м от основания со скоростью 4,35 м/с. Если игрок останавливается на третьей базе, (а) какую работу совершил на игроке трение? б) Каков был коэффициент кинетического трения между игроком и землей?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.28P
Автомобиль массой 1100 кг движется по горизонтальной дороге со скоростью 19 м/с. После пересечения грунтового песчаного участка дороги длиной 32 м его скорость уменьшается до 12 м/с. а) Была ли чистая работа, совершенная автомобилем, положительной, отрицательной или равной нулю? Объяснять. б) Найдите величину средней чистой силы, действующей на автомобиль на песчаном участке.
Решение:


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.29P
(a) В предыдущей задаче скорость автомобиля уменьшилась на 7. 0 м/с, когда он двигался по песчаному участку дороги длиной 32 м. Если бы песчаный участок дороги имел длину всего 16 м, уменьшилась бы скорость автомобиля на 3,5 м/с, более 3,5 м/с или менее 3,5 м/с? Объяснять. б) Рассчитайте изменение скорости в этом случае.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.30P
Велосипедист массой 65 кг едет на велосипеде массой 8,8 кг со скоростью 14 м/с. а) Какую работу должны совершить тормоза, чтобы остановить велосипед и велосипедиста? б) Какое расстояние проедет велосипед, если это займет 4.0 с, чтобы отдохнуть? в) Какова величина тормозной силы?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.31P
Брусок массой m и скоростью v сталкивается с пружиной, сжимая ее на расстояние △x. Чему равно сжатие пружины, если постоянную силы пружины увеличить в 4 раза?
Решение:


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 32P
Пружина с постоянной силы 3.5 × 104 Н/м изначально находится на его равновесной длине. а) Какую работу нужно совершить, чтобы растянуть пружину на 0,050 м? б) Какую работу нужно совершить, чтобы сжать его на 0,050 м?
Решение:


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.33P
Блок массой 1,2 кг удерживается пружиной с постоянной силой 1,0 × 104 Н/м, сжимая ее на расстоянии 0,15 м. С какой скоростью движется брусок после того, как его отпустили и пружина оттолкнула?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.34P
Первоначально скользя со скоростью 2,2 м/с, брусок массой 1,8 кг сталкивается с пружиной и, прежде чем остановиться, сжимает ее на 0,31 м. Чему равна постоянная силы пружины?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.35P

12

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 36P

Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.37P
CE Брусок массой m и скоростью v сталкивается с пружиной, сжимая ее на расстояние △x. Чему равно сжатие пружины, если массу бруска уменьшить вдвое, а его скорость удвоить?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.38P
Для сжатия пружины 1 на 0,20 м требуется 150 Дж работы. Для растяжения пружины 2 на 0,30 м требуется работа 210 Дж. Какая пружина жестче?
Решение:
38ps
Работа по сжатию пружины 1 на x = 0.2 м равен W = 150 Дж. Мы знаем, что

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.39P
Чтобы сжать определенную пружину на 0,15 м, требуется 180 Дж работы. а) Какова постоянная силы этой пружины? б) Чтобы сжать пружину еще на 0,15 м, потребуется 180 Дж, больше 180 Дж или меньше 180 Дж? Подтвердите свой ответ расчетом.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.40P

Решение:



02 Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.40P 0241P
На блок действует сила, которая изменяется как (2,0 × 104 Н/м)x для 0 ≤ x ≤ 0,21 м, а затем остается постоянной и равна 4200 Н для больших x. Какую работу совершает сила при перемещении бруска (а) из точки х = 0 в точку х = 0,30 м или (б) из точки х = 0,10 м в точку х = 0,40 м?
Решение:


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.42P
CE Сила F1 выполняет работу 5 Дж за 10 секунд, сила F2 выполняет работу 3 Дж за 5 секунд, сила F3 выполняет работу 6 Дж работы за 18 секунд, а сила F4 совершает работу 25 Дж за 125 секунд.Расположите эти силы в порядке возрастания мощности, которую они производят. Укажите галстуки, где это уместно.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 43P
Восхождение на Эмпайр-стейт-билдинг 3 февраля 2003 года был установлен новый рекорд по бегу по лестнице Эмпайр-стейт-билдинг. всего 1576 шагов, пройдено за 9 минут 33 секунды. Если прирост высоты шага составил 0,20 м, а масса бегуна 70,0 кг, какова его средняя мощность при подъеме? Дайте ответ как в ваттах, так и в лошадиных силах.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.44P
Сколько джоулей энергии содержится в киловатт-часе?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.45P
Рассчитайте выходную мощность мухи массой 1,4 г, когда она движется прямолинейно через оконное стекло со скоростью 2,3 см/с.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.46P
Кубик льда помещен в микроволновую печь.Предположим, печь подает на кубик льда 105 Вт энергии, а чтобы его растопить, требуется 32 200 Дж. За какое время растает кубик льда?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.47P
Вы поднимаете ведро воды со дна глубокого колодца. Если ваша выходная мощность 108 Вт, а масса ведра и воды в нем 5,00 кг, с какой скоростью вы сможете поднять ведро? Не обращайте внимания на вес веревки.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.48P
Для того чтобы удержать протекающее судно от затопления, необходимо закачать 12,0 фунтов воды на вторую снизу палубу на высоту 2,00 м и за борт. Какую минимальную мощность двигателя можно использовать для спасения корабля?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.49P
Байдарочник гребет с выходной мощностью 50,0 Вт, чтобы поддерживать постоянную скорость 1,50 м/с. а) Рассчитайте силу сопротивления воды каяку.б) Если каякер удваивает выходную мощность, а сила сопротивления воды остается прежней, во сколько раз изменится скорость каякера?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 50P
Полет с приводом от человека Самолет с приводом от человека требует, чтобы пилот крутил педали, как на велосипеде, и обеспечивает постоянную выходную мощность около 0,30 л.с. . «Паутинный альбатрос» перелетел Ла-Манш 12 июня 1979 года за 2 часа 49 минут. а) Сколько энергии затратил летчик во время полета? (b) Сколько шоколадных батончиков Snickers (280 кал на батончик) должен съесть пилот, чтобы «заправиться» перед полетом? [Примечание: питательная калория, 1 кал, эквивалентна 1000 калориям (1000 кал), как определено в физике.Кроме того, коэффициент преобразования калорий в джоули следующий: 1 кал = 1000 кал = 1 ккал = 4186 Дж.]
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.51P
Напольные часы приводится в действие спуском груза массой 4,35 кг. а) Если груз опустится на расстояние 0,760 м за 3,25 дня, какую мощность он передаст часам? (b) Чтобы увеличить мощность, подаваемую на часы, следует ли увеличить или уменьшить время, необходимое для опускания массы? Объяснять.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.52P
Мощность, которую вы производите Оцените мощность, которую вы производите при беге по лестнице. Дайте ответ в лошадиных силах.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.53P
Некоторый автомобиль может разогнаться из состояния покоя до скорости v за T секунд. Если выходная мощность автомобиля остается постоянной, (а) сколько времени потребуется автомобилю, чтобы разогнаться с v до 2v? б) С какой скоростью движется автомобиль через 2T секунд после трогания с места?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.54GP

60212

>











Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.55GP
Молодость едет на скейтборде со скоростью 2 м / с. После того как на мальчика действует сила, его скорость равна 3 м/с. Была ли работа, совершенная силой, положительной, отрицательной или равной нулю? Объяснять.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.56GP
Предсказать/Объяснить Автомобиль движется с постоянной силой F.Расстояние, необходимое для разгона автомобиля из состояния покоя до скорости v, равно △x. (a) Равно ли расстояние, необходимое для ускорения автомобиля от скорости v до скорости 2v, равно △x, 2△x, 3△x или 4△x? (b) Выберите лучшее объяснение из следующих:
I. Конечная скорость в два раза больше начальной скорости.
II. Прирост скорости в каждом случае одинаков.
III. Работа равна произведению силы на расстояние, а работа зависит от квадрата скорости.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.57GP
Масса автомобиля 1 в четыре раза больше массы автомобиля 2, но они оба имеют одинаковую кинетическую энергию. Если скорость автомобиля 2 равна v, равна ли скорость автомобиля 1 v/4, v/2, 2v или 4v? Объяснять.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.58GP
Мышечные клетки Биологические мышечные клетки можно рассматривать как наномоторы, которые используют химическую энергию АТФ для выполнения механической работы. Измерения показывают, что активные белки внутри мышечной клетки (такие как миозин и актин) могут создавать силу около 7.5 пН и смещения 8,0 усл. Какую работу совершают такие белки?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.59GP
Когда вы откусываете яблоко, вы совершаете работу примерно 19 Дж. Оцените (а) силу и (б) мощность мышц челюсти во время укуса.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.60GP
Горный батончик имеет массу 0,045 кг и калорийность 210 кал.Какую скорость имел бы этот батончик, если бы его кинетическая энергия была равна его метаболической энергии? [См. примечание после Задачи.]
Полет с приводом от человека Самолет с приводом от человека требует, чтобы пилот крутил педали, как на велосипеде, и обеспечивает постоянную выходную мощность около 0,30 л.с. «Паутинный альбатрос» перелетел Ла-Манш 12 июня 1979 года за 2 часа 49 минут. а) Сколько энергии затратил летчик во время полета? (b) Сколько шоколадных батончиков Snickers (280 кал на батончик) должен съесть пилот, чтобы «заправиться» перед полетом? [Примечание: питательная калория, 1 кал, эквивалентна 1000 калориям (1000 кал), как определено в физике.Кроме того, коэффициент преобразования калорий в джоули следующий: 1 кал = 1000 кал = 1 ккал = 4186 Дж.]
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.61GP
Небольшой двигатель работает подъемник, поднимающий груз из кирпичей массой 836 Н на высоту 10,7 м за 23,2 с. Предполагая, что кирпичи поднимаются с постоянной скоростью, какую минимальную мощность должен развивать двигатель?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 62GP
Вы толкаете 67-килограммовый ящик по полу, где коэффициент кинетического трения µk = 0,55. Сила, которую вы прилагаете, является горизонтальной. а) Какая мощность нужна, чтобы толкнуть ящик со скоростью 0,50 м/с? б) Какую работу вы совершите, если будете толкать ящик в течение 35 с?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.63GP
Бьющееся сердце Средняя выходная мощность человеческого сердца составляет 1,33 Вт. а) Сколько энергии вырабатывает сердце за день? (б) Сравните энергию, полученную в части (а), с энергией, необходимой для подъема по лестнице.Оцените высоту, на которую человек может подняться по лестнице, используя только ежедневную энергию, вырабатываемую сердцем.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.64GP
Часы Атмоса Часы Атмоса (так называемые часы с вечным двигателем) получили свое название из-за того, что они учитывают колебания давления в атмосфере. , которые приводят в движение сильфон, содержащий смесь газа и жидкого хлористого этила. Поскольку мощность этих часов очень ограничена, они должны быть очень эффективными.Фактически, одна лампочка мощностью 60,0 Вт может одновременно питать 240 миллионов часов Atmos. Найдите количество энергии в джоулях, необходимое для работы часов Atmos в течение одного дня.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.65GP
Работа W0 необходима для разгона автомобиля из состояния покоя до скорости v0. Какую работу необходимо совершить, чтобы разогнать автомобиль (а) из состояния покоя до скорости v0/2 и (б) от v0/2 до v0?
Решение:



Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.66GP
Чтобы растянуть некоторую пружину на 2 см от положения равновесия, требуется работа W0. а) Какую работу необходимо совершить, чтобы растянуть пружину на 1 см от положения равновесия? б) Предположим, что пружина уже растянута на 2 см от положения равновесия. Какую дополнительную работу необходимо совершить, чтобы растянуть его на 3 см от положения равновесия?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.67GP
После торнадо в стволе дерева на 2,3 см была найдена соломинка весом 0,55 г.Если средняя сила, действующая на солому со стороны дерева, равна 65 Н, какова была скорость соломы в момент удара о дерево?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.68GP
Вы бросаете перчатку прямо вверх, чтобы отпраздновать победу. Его начальная кинетическая энергия равна K, и он достигает максимальной высоты h. Чему равна кинетическая энергия перчатки, когда она находится на высоте h/2?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.(C) Если увеличение массы приводит к большей силе трения и увеличению силы тяги, то выполняемая работа увеличивается.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 71GP
Яблоко массой 0,19 кг падает с ветки на высоте 3,5 м над землей.а) Увеличивается ли сила тяжести, передаваемая яблоку, уменьшается или остается неизменной в то время, когда яблоко падает на землю? Объяснять. Найдите силу тяжести, передаваемую яблоку, когда яблоко находится на высоте 2,5 м (б) и 1,5 м (в) над землей.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.72GP
Мяч для жонглирования массой m брошен прямо вверх с начальной высоты h с начальной скоростью v0. Какую работу совершила сила тяжести над мячом (а), когда он достиг наибольшей высоты, h max, и (б), когда он достиг уровня земли? в) Найдите выражение для кинетической энергии мяча при приземлении.
Решение:

GP


Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 74GP

Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.75GP
Двигатель лыжной лодки вырабатывает мощность 36 600 Вт для поддержания постоянной скорости 14,0 м/с. Чтобы тянуть воднолыжника с той же постоянной скоростью, двигатель должен выдавать мощность 37 800 Вт.Чему равно натяжение каната, тянущего лыжника?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.76GP
Сила печенья на ложке для перемешивания. Предположим, что ваша сила всегда направлена ​​в направлении движения ложки. а) Какая мощность нужна, чтобы двигать ложку со скоростью 0,23 м/с? б) Какую работу вы совершите, если перемешаете смесь в течение 1 ч.5 мин?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.77GP
Питчер разгоняет твердый мяч весом 0,14 кг из состояния покоя до 42,5 м/с за 0,060 с. а) Какую работу совершает питчер над мячом? (b) Какова выходная мощность питчера во время подачи? (c) Предположим, что мяч достигает скорости 42,5 м/с менее чем за 0,060 с. Является ли мощность, создаваемая кувшином в этом случае, больше, меньше или равна мощности, указанной в части (b)? Объяснять.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.78GP
Катапультная установка Катапультная установка на авианосце разгоняет реактивный самолет из состояния покоя до 72 м/с. Работа, совершаемая катапультой при старте, равна 7,6·107 Дж. а) Какова масса струи? б) Если струя находится в контакте с катапультой в течение 2,0 с, какова выходная мощность катапульты?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.79GP
Мощность мозга В нормальных условиях человеческий мозг потребляет около 22 Вт энергии, хотя во время экзаменов может потребоваться больше энергии.а) Как долго один батончик «Сникерс» (см. примечание после задачи) может питать нормально функционирующий мозг? б) С какой скоростью вы должны поднять контейнер с молоком массой 3,6 кг (один галлон), чтобы выходная мощность вашей руки составляла 22 Вт? в) Сколько времени потребуется, чтобы поднять контейнер с молоком на расстояние 1,0 м с такой скоростью?
Полет с приводом от человека Самолет с приводом от человека требует, чтобы пилот крутил педали, как на велосипеде, и обеспечивает постоянную выходную мощность около 0,30 л. с. «Паутинный альбатрос» перелетел Ла-Манш 12 июня 1979 года за 2 часа 49 минут.а) Сколько энергии затратил летчик во время полета? (b) Сколько шоколадных батончиков Snickers (280 кал на батончик) должен съесть пилот, чтобы «заправиться» перед полетом? [Примечание: питательная калория, 1 кал, эквивалентна 1000 калориям (1000 кал), как определено в физике. Кроме того, коэффициент преобразования калорий в джоули следующий: 1 кал = 1000 кал = 1 ккал = 4186 Дж.]
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.80GP
A 1300 кг автомобиль выдает на ведущие колеса постоянные 49 л.с.Предположим, что автомобиль движется по ровной дороге и что дробными силами можно пренебречь. а) Чему равно ускорение этого автомобиля, если его скорость равна 14 м/с? б) Если скорость автомобиля увеличится вдвое, увеличится ли его ускорение, уменьшится или останется прежним? Объяснять. в) Определите ускорение автомобиля, если его скорость равна 28 м/с.
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.81GP

Решение:


7 Q и кинетическая энергия Глава.82GP
Приведение голубя в движение Голубь в полете испытывает силу сопротивления воздуха, приблизительно определяемую выражением F = bv2, где v — скорость полета, а b — постоянная величина. а) Каковы единицы измерения константы b? б) Какова наибольшая возможная скорость голубя, если его максимальная выходная мощность равна P? в) Во сколько раз увеличится максимально возможная скорость, если максимальная мощность увеличится вдвое?
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.83GP

Решение:


02 Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.83GP


0284GP


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 85GP

Решение:

12

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.86PP
Microlaptor GUI: Динозавр-биплан
Эволюция полета является предметом пристального интереса палеонтологии. Некоторые соглашаются с «беглой» (или с земли) гипотезой, согласно которой полет начинался с того, что наземные животные бегали и прыгали за добычей.Другие поддерживают «древесную» (или «дерево-вниз») гипотезу, согласно которой живущие на деревьях животные, такие как современные белки-летяги, развили полет как продолжение планирования с дерева на дерево.
Недавно обнаруженная окаменелость мелового периода в Китае поддерживает древесную гипотезу и добавляет новый элемент — он предполагает, что перья как на крыльях, так и на голенях и ступнях позволяли этому динозавру, Microraptor gui, планировать, как биплан. показано на рисунке. Исследователи произвели детальное компьютерное моделирование Microraptor и с его помощью получили график зависимости мощности от скорости, представленный на рисунке. Эта кривая показывает, какая мощность требуется для полета со скоростью от 0 до 30 м/с. Обратите внимание, что мощность увеличивается на высоких скоростях, как и ожидалось, но также высока и на низких скоростях, когда динозавр почти парит. Для полета со скоростью 10 м/с требуется минимум 8,1 Вт. Нижняя горизонтальная линия показывает предполагаемую выходную мощность Microraptor 9,8 Вт, что указывает на небольшой диапазон скоростей, при которых возможен полет. Верхняя горизонтальная линия показывает более широкий диапазон скоростей полета, которые были бы доступны, если бы Microraptor мог производить 20 Вт мощности.
Также представляют интерес две пунктирные прямые линии, обозначенные цифрами 1 и 2. Эти линии представляют постоянное отношение мощности к скорости; то есть постоянное значение P/v. Ссылаясь на уравнение 7-13, мы видим, что P/v = Fv/v = F, поэтому линии 1 и 2 соответствуют линиям постоянной силы. Линия 2 интересна тем, что она имеет наименьший наклон, который все еще касается кривой зависимости мощности от скорости.


Решение:
Из приведенного рисунка видно, что диапазон скоростей полета по мощности 9.8W составляет от 7,7 м/с до 15 м/с
Итак, вариант Б. правильный.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.87PP
Microraptor gui: The Biplane Dinosaur
Эволюция полета является предметом пристального интереса в палеонтологии. Некоторые соглашаются с «беглой» (или с земли) гипотезой, согласно которой полет начинался с того, что наземные животные бегали и прыгали за добычей. Другие поддерживают «древесную» (или «дерево-вниз») гипотезу, согласно которой живущие на деревьях животные, такие как современные белки-летяги, развили полет как продолжение планирования с дерева на дерево.
Недавно обнаруженная окаменелость мелового периода в Китае поддерживает древесную гипотезу и добавляет новый элемент — он предполагает, что перья как на крыльях, так и на голенях и ступнях позволяли этому динозавру, Microraptor gui, планировать, как биплан. показано на рисунке. Исследователи произвели детальное компьютерное моделирование Microraptor и с его помощью получили график зависимости мощности от скорости, представленный на рисунке. Эта кривая показывает, какая мощность требуется для полета со скоростью от 0 до 30 м/с.Обратите внимание, что мощность увеличивается на высоких скоростях, как и ожидалось, но также высока и на низких скоростях, когда динозавр почти парит. Для полета со скоростью 10 м/с требуется минимум 8,1 Вт. Нижняя горизонтальная линия показывает предполагаемую выходную мощность Microraptor 9,8 Вт, что указывает на небольшой диапазон скоростей, при которых возможен полет. Верхняя горизонтальная линия показывает более широкий диапазон скоростей полета, которые были бы доступны, если бы Microraptor мог производить 20 Вт мощности.
Также представляют интерес две пунктирные прямые линии, обозначенные цифрами 1 и 2.Эти линии представляют постоянные отношения мощности к скорости; то есть постоянное значение P/v. Ссылаясь на уравнение 7-13, мы видим, что P/v = Fv/v = F, поэтому линии 1 и 2 соответствуют линиям постоянной силы. Линия 2 интересна тем, что она имеет наименьший наклон, который все еще касается кривой зависимости мощности от скорости.


Решение:
Из рисунка видно, что примерный диапазон скоростей полета был бы возможен, если бы Microraptor gui мог производить 20Вт мощности 2.от 5 м/с до 25 м/с.
Это связано с тем, что при скорости ниже 2,5 м/с и выше 25 м/с выходная мощность превышает 20 Вт.
Следовательно, вариант С. правильный.

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.88PP
Microraptor gui: The Biplane Dinosaur
Эволюция полета является предметом пристального интереса в палеонтологии. Некоторые соглашаются с «беглой» (или с земли) гипотезой, согласно которой полет начинался с того, что наземные животные бегали и прыгали за добычей. Другие поддерживают «древесную» (или «дерево-вниз») гипотезу, согласно которой живущие на деревьях животные, такие как современные белки-летяги, развили полет как продолжение планирования с дерева на дерево.
Недавно обнаруженная окаменелость мелового периода в Китае поддерживает древесную гипотезу и добавляет новый элемент — он предполагает, что перья как на крыльях, так и на голенях и ступнях позволяли этому динозавру, Microraptor gui, планировать, как биплан. показано на рисунке. Исследователи произвели детальное компьютерное моделирование Microraptor и с его помощью получили график зависимости мощности от скорости, представленный на рисунке. Эта кривая показывает, какая мощность требуется для полета со скоростью от 0 до 30 м/с.Обратите внимание, что мощность увеличивается на высоких скоростях, как и ожидалось, но также высока и на низких скоростях, когда динозавр почти парит. Для полета со скоростью 10 м/с требуется минимум 8,1 Вт. Нижняя горизонтальная линия показывает предполагаемую выходную мощность Microraptor 9,8 Вт, что указывает на небольшой диапазон скоростей, при которых возможен полет. Верхняя горизонтальная линия показывает более широкий диапазон скоростей полета, которые были бы доступны, если бы Microraptor мог производить 20 Вт мощности.
Также представляют интерес две пунктирные прямые линии, обозначенные цифрами 1 и 2.Эти линии представляют постоянные отношения мощности к скорости; то есть постоянное значение P/v. Ссылаясь на уравнение 7-13, мы видим, что P/v = Fv/v = F, поэтому линии 1 и 2 соответствуют линиям постоянной силы. Линия 2 интересна тем, что она имеет наименьший наклон, который все еще касается кривой зависимости мощности от скорости.


Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.89PP
Microraptor gui: The Biplane Dinosaur
Эволюция полета является предметом пристального интереса в палеонтологии.Некоторые соглашаются с «беглой» (или с земли) гипотезой, согласно которой полет начинался с того, что наземные животные бегали и прыгали за добычей. Другие поддерживают «древесную» (или «дерево-вниз») гипотезу, согласно которой живущие на деревьях животные, такие как современные белки-летяги, развили полет как продолжение планирования с дерева на дерево.
Недавно обнаруженная окаменелость мелового периода в Китае поддерживает древесную гипотезу и добавляет новый элемент — он предполагает, что перья как на крыльях, так и на голенях и ступнях позволяли этому динозавру, Microraptor gui, планировать, как биплан. показано на рисунке.Исследователи произвели детальное компьютерное моделирование Microraptor и с его помощью получили график зависимости мощности от скорости, представленный на рисунке. Эта кривая показывает, какая мощность требуется для полета со скоростью от 0 до 30 м/с. Обратите внимание, что мощность увеличивается на высоких скоростях, как и ожидалось, но также высока и на низких скоростях, когда динозавр почти парит. Для полета со скоростью 10 м/с требуется минимум 8,1 Вт. Нижняя горизонтальная линия показывает предполагаемую выходную мощность Microraptor 9,8 Вт, что указывает на небольшой диапазон скоростей, при которых возможен полет.Верхняя горизонтальная линия показывает более широкий диапазон скоростей полета, которые были бы доступны, если бы Microraptor мог производить 20 Вт мощности.
Также представляют интерес две пунктирные прямые линии, обозначенные цифрами 1 и 2. Эти линии представляют постоянное отношение мощности к скорости; то есть постоянное значение P/v. Ссылаясь на уравнение 7-13, мы видим, что P/v = Fv/v = F, поэтому линии 1 и 2 соответствуют линиям постоянной силы. Линия 2 интересна тем, что она имеет наименьший наклон, который все еще касается кривой зависимости мощности от скорости.


Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.90IP
Ссылаясь на рисунок Предположим, что блок имеет массу 1,4 кг и начальную скорость 0,62 м/с. а) Какую постоянную силы должна иметь пружина, если максимальное сжатие должно составлять 2,4 см? (b) Если пружина имеет постоянную силы, найденную в части (а), найдите максимальное сжатие, если масса блока удвоится, а его начальная скорость уменьшится вдвое.
Решение:


Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q. 91IP
Ссылаясь на рисунок В ситуации, показанной на рисунке (d), пружина с постоянной силой 750 Н/м сжимается на 4,1 см. а) Если скорость блока на рисунке (f) равна 0,88 м/с, какова его масса? (b) Если масса блока удвоится, будет ли конечная скорость больше, меньше или равна 0,44 м/с? (c) Найдите конечную скорость для случая, описанного в пункте (b).
Решение:

Глава 7 Работа и кинетическая энергия Q.92IP
Ссылаясь на пример Предположим, что автомобиль имеет массу 1400 кг и передает на колеса мощность 48 л.с.а) За какое время скорость автомобиля увеличится с 15 м/с до 25 м/с? (b) Будет ли время, необходимое для увеличения скорости с 5,0 м/с до 15 м/с, больше, меньше или равно времени, указанному в части (а)? в) Определите время, необходимое для ускорения с 5,0 м/с до 15 м/с.
Решение:

Новый последовательный метод обучения нейронных сетей, основанных на физике, для уравнений Аллена Кана и Кана Хиллиарда и инженерные проблемы.

Эти методы точны, но требуют больших вычислительных ресурсов для сложных задач, таких как нелинейные уравнения в частных производных, и требуют специальных методов. В последнее десятилетие методы, основанные на данных, привлекли большое внимание практически во всех областях науки и техники. Методы, основанные на данных, для УЧП могут помочь в выявлении сильно нелинейных отображений (между входными и выходными данными), которые могут заменить или дополнить дорогостоящее моделирование на основе физики. Благодаря своей универсальности и возможностям быстрой оценки модели на основе машинного обучения могут использоваться в качестве решателей PDE в ситуациях, когда требуется большое количество симуляций, таких как обратная задача и гомогенизация [1], [2].

Были предприняты попытки решения PDE с использованием нескольких методов, основанных на данных. Например, подходы, основанные на гауссовском процессе, описаны в [3], [4], [5], [6], [7]. Несмотря на простоту обучения гауссовскому процессу, этот подход не получил такой популярности, как нейронная сеть для решения уравнений в частных производных, из-за сложности решения многомерных задач.

Среди различных методов для PDE, основанных на данных, физико-информированные нейронные сети (PINN) продемонстрировали замечательные перспективы и универсальность.PINN — это новый класс методов машинного обучения, в котором функция потерь нейронной сети предназначена для решения задачи с начальными граничными значениями (IBVP) [8]. PINN «изучает» нелинейную карту между пространственно-временными входными данными и решением УЧП в заданной области. В дальнейшем в этой статье PINN, описанный в [8], будет называться std-PINN. std-PINN использует возможность автоматического дифференцирования [9] для вычисления производных переменных поля.

Показано, что различные варианты std-PINN эффективно работают при решении многих прямых и обратных задач [10], [11], [12].Недавно в [13] PINN был расширен для удовлетворения различных законов сохранения при решении УЧП. Этот подход называется cPINN. cPINN решают проблему в нескольких поддоменах и обеспечивают непрерывность потока на границах поддоменов. Другим расширением cPINN является XPINN, известная как расширенный PINN, где авторы предлагают обобщенную структуру глубокого обучения на основе пространственно-временной декомпозиции [14]. Ключевая идея в XPINN состоит в том, чтобы разбить домен на несколько поддоменов и обучить поддомены с использованием нескольких нейронных сетей (подсети), обеспечивая при этом непрерывность C0 вдоль интерфейсов.Хотя большинство подходов PINN решает сильную форму УЧП, его также можно использовать для решения слабой (вариационной) формы УЧП. Поскольку слабая форма включает в себя естественные граничные условия, решение нейронной сети должно удовлетворять только существенным граничным условиям априори . Этот аспект используется в нескольких численных методах для УЧП, таких как метод конечных элементов. Из-за этого преимущества слабой формы над сильной формой применение PINN к слабой форме было исследовано в [15].В этом исследовании авторы рассмотрели вариационную форму для стохастических УЧП и применили идею PINN для получения решения УЧП. Также соответствующее распространение неопределенности через их модель представлено в [15], [16]. Количественная оценка неопределенности обеспечивает изменение, связанное с предсказанием модели. Это особенно полезно для систем с высокой стоимостью сбора данных или отсутствием данных с высоким разрешением [17]. Авторы в [18] предложили байесовский подход для нейронной сети с информацией о физике для решения прямых и обратных задач.

Перспективность и универсальность PINN были продемонстрированы его применением для решения широкого круга задач. PINN использовался для моделирования явлений подземного переноса [19], аппроксимации уравнений Эйлера для высокоскоростных потоков [1], конститутивного моделирования поведения напряжений и деформаций в биологических тканях [20], прогнозирования артериального давления на основе зашумленных данных МРТ о скорости потока [ 21] и картирование активации сердца для диагностики мерцательной аритмии [22].

В последнее время было предложено много других методов, основанных на данных, для решения изменяющихся во времени УЧП. В [23] авторы предложили структуру под названием Neural-PDE, которая направлена ​​на изучение решения PDE с использованием численных методов, таких как сети FDM (метод конечных разностей) и LSTM (долговременная кратковременная память). Метод направлен на прогнозирование решения УЧП на n будущих временных шагов с использованием данных сетки сетки (решение) всех предыдущих временных шагов. Подходы на основе искусственных нейронных сетей для решения параметрических УЧП были представлены авторами в [24]. Обучение операторов — это новый и появляющийся метод решения УЧП.При обучении оператора карта между начальным условием и решением УЧП изучается с использованием нескольких экземпляров [25], [26], [27].

В настоящей работе мы демонстрируем, что точность std-PINN [8] страдает при наличии (1) сильной нелинейности и (2) дифференциальных операторов в частных производных более высокого порядка. Чтобы проиллюстрировать вышеизложенное, мы выбрали уравнение Аллена Кана, имеющее сильную нелинейность , и уравнение Кана Хиллиарда, имеющее сильную нелинейность и производную четвертого порядка . Это два наиболее широко используемых УЧП для изучения диффузионного разделения и многофазных потоков [28], [29], [30], [31]. Чтобы преодолеть недостатки стандартного PINN, мы предложили расширение, названное обратно совместимым PINN (bc-PINN). Предложенный bc-PINN решает УЧП на последовательных временных отрезках путем переобучения одной и той же нейронной сети, где ключевая идея заключается в следующем: PDE для определенного отрезка времени.

В дальнейшем эта идея именуется обратной совместимостью . Некоторые из основных преимуществ предложенного метода bc-PINN заключаются в следующем:

1.

Он работает для более высокого порядка и сильно нелинейных уравнений в частных производных, используя меньше итераций и точек коллокации, достигая при этом значительно более высокой точности по сравнению со стандартными. ПИН.

2.

Для всего домена используется одна нейронная сеть, и обеспечивается непрерывность прогнозируемого решения и его производных на временных отрезках.

Остальная часть статьи организована следующим образом: в разделе 2 кратко рассматривается метод std-PINN; в разделе 3 представлен предлагаемый метод bc-PINN; в разделе 4 описаны уравнения Аллена Кана и Кана Хиллиарда; в разделе 5 метод bc-PINN анализируется и сравнивается с методом std-PINN и XPINN для одномерных (1D) уравнений Аллена Кана и Кана Хиллиарда; в Разделе 6 были представлены два новых метода обучения, управляемого начальными условиями, и ускорение обучения на основе переноса, а также результаты для двумерных (2D) уравнений Аллена Кана и Кана Хиллиарда.Наконец, выводы представлены в Разделе 7.

Оглавление по физике для ученых и инженеров с современной физикой

Оглавление по физике для ученых и инженеров с современной физикой

Оглавление по физике для ученых и инженеров с современной физикой / Дуглас С. Джанколи.

Библиографическая запись и ссылки на соответствующую информацию из каталога Библиотеки Конгресса.

Примечание: Данные о содержимом создаются автоматически на основе предварительной публикации, предоставленной издателем. Содержание может отличаться от печатной книги, быть неполным или содержать другую кодировку.


 Содержание
СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЙ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ДОСТУПНЫЕ ДОБАВКИ И НОСИТЕЛИ
ПРИМЕЧАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ (И ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ) О ФОРМАТЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦВЕТА: ВЕКТОРЫ, ПОЛЯ И СИМВОЛЫ
ГЛАВА 1: ВВЕДЕНИЕ, ИЗМЕРЕНИЕ, ОЦЕНКА
1-1 Природа науки
1-2 Модели, теории и законы
1-3 Измерение и неопределенность; Значимые фигуры
1-4 Единицы, стандарты и система СИ
1-5 единиц преобразования
1-6 Порядок величины: быстрая оценка
*1-7 Размеры и анализ размеров
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ЧАСТЬ 1: МЕХАНИКА
ГЛАВА 2: ОПИСАНИЕ ДВИЖЕНИЯ: КИНЕМАТИКА В ОДНОМ ИЗМЕРЕНИИ
2-1 Система отсчета и смещение
2-2 Средняя скорость
2-3 Мгновенная скорость
2-4 Ускорение
2-5 Движение с постоянным ускорением
2-6 Решение проблем
2-7 свободно падающих предметов
*2-8 Переменное ускорение; Интегральное исчисление
*2-9 Графический анализ и численное интегрирование
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 3: КИНЕМАТИКА В ДВУХ ИЛИ ТРЕХ ИЗМЕРЕНИЯХ; ВЕКТОРЫ
3-1 Векторы и скаляры
3-2 Добавление векторов — графические методы
3-3 Вычитание векторов и умножение вектора на скаляр
3-4 Добавление векторов по компонентам
3-5 единичных векторов
3-6 Векторная кинематика
3-7 Движение снаряда
3-8 Решение задач, связанных с движением снаряда
3-9 Относительная скорость
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 4: ДИНАМИКА: ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ НЬЮТОНА
4-1 Сила
4-2 Первый закон движения Ньютона
4-3 Масса
4-4 Второй закон Ньютона. 
4-5 Третий закон движения Ньютона
4-6 Вес-сила гравитации; и нормальная сила
4-7 Решение задач по законам Ньютона: диаграммы свободного тела
4-8 Решение проблем — общий подход
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 5: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАКОНОВ НЬЮТОНА: ТРЕНИЕ, КРУГОВОЕ ДВИЖЕНИЕ, СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
5-1 Применение законов Ньютона, связанных с трением
5-2 Равномерное круговое движение-кинематика
5-3 Динамика равномерного кругового движения
5-4 Кривые шоссе: с уклоном и без наката
*5-5 Неравномерное круговое движение
*5-6 Силы, зависящие от скорости: сопротивление и конечная скорость
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 6: ГРАВИТАЦИЯ И СИНТЕЗ НЬЮТОНА
6-1 Закон всемирного тяготения Ньютона
6-2 Векторная форма закона всемирного тяготения Ньютона
6-3 Гравитация у поверхности Земли; Геофизические приложения
6-4 Спутника и «Невесомость»
6-5 Законы Кеплера и синтез Ньютона
*6-6 Гравитационное поле
6-7 типов сил в природе
*6-8 Принцип эквивалентности; искривление пространства; Черные дыры
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 7: РАБОТА И ЭНЕРГИЯ
7-1 Работа, совершаемая постоянной силой
7-2 Скалярное произведение двух векторов
7-3 Работа, совершаемая переменной силой
7-4 Кинетическая энергия и принцип рабочей энергии
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 8: СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ
8-1 Консервативные и неконсервативные силы
8-2 Потенциальная энергия
8-3 Механическая энергия и ее сохранение
8-4 Решение задач с использованием закона сохранения механической энергии
8-5 Закон сохранения энергии
8-6 Сохранение энергии с диссипативными силами: решение проблем
8-7 Гравитационная потенциальная энергия и скорость убегания
8-8 Мощность
*8-9 Диаграммы потенциальной энергии; Устойчивое и неустойчивое равновесие
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 9: ЛИНЕЙНЫЙ ИМПУЛЬС
9-1 Импульс и его отношение к силе
9-2 Сохранение импульса
9-3 Столкновения и импульс
9-4 Сохранение энергии и импульса при столкновениях
9-5 Упругие столкновения в одном измерении
9-6 Неупругие столкновения
9-7 Столкновения в двух или трех измерениях
9-8 Центр масс (СМ)
9-9 Центр масс и поступательное движение
*9-10 Системы переменной массы; Ракетный двигатель
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 10: ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ
10-1 Угловые величины
10-2 Векторная природа угловых величин
10-3 Постоянное угловое ускорение
10-4 Крутящий момент
10-5 Вращательная динамика; Крутящий момент и инерция вращения
10-6 Решение задач по динамике вращения
10-7 Определение моментов инерции
10-8 Вращательная кинетическая энергия
10-9 Вращательное плюс поступательное движение; Роллинг
*10-10 Почему катящаяся сфера замедляется?
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 11: УГЛОВОЙ ИМПУЛЬС; ОБЩАЯ ВРАЩАЕМОСТЬ
11-1 Угловой момент — объект, вращающийся вокруг неподвижной оси
11-2 Векторное перекрестное произведение; Крутящий момент как вектор
11-3 Угловой момент частицы
11-4 Угловой момент и крутящий момент для системы частиц; Общее движение
11-5 Угловой момент и крутящий момент для твердого объекта
11-6 Сохранение углового момента
*11-7 Волчок и гироскоп
*11-8 Вращение системы отсчета; Инерционные силы
*11-9 Эффект Кориолиса
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 12: СТАТИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ; ЭЛАСТИЧНОСТЬ И РАЗРУШЕНИЕ
12-1 Условия равновесия
12-2 Решение статических проблем
12-3 Стабильность и баланс
12-4 Эластичность; Стресс и напряжение
12-5 Перелом
*12-6 Фермы и мосты
*12-7 Арки и купола
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 13: ЖИДКОСТИ
13-1 Фазы материи
13-2 Плотность и удельный вес
13-3 Давление в жидкостях
13-4 Атмосферное давление и манометрическое давление
13-5 Принцип Паскаля
13-6 Измерение давления; Приборы и барометр
13-7 Плавучесть и принцип Архимеда
13-8 Жидкости в движении; Расход и уравнение непрерывности
13-9 Уравнение Бернулли
13-10 Применение принципа Бернулли: Торричелли, самолеты, бейсбольные мячи, TIA
*13-11 Вязкость
*13-12 Поток в трубках: уравнение Пуазейля, кровоток
*13-13 Поверхностное натяжение и капиллярность
*13-14 Насосы и сердце
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 14: КОЛЕБАНИЯ
14-1 Колебания пружины
14-2 Простое гармоническое движение
14-3 Энергия в простом гармоническом осцилляторе
14-4 Простое гармоническое движение, связанное с равномерным круговым движением
14-5 Простой маятник
*14-6 Физический маятник и торсионный маятник
14-7 Затухание гармонического движения
14-8 Принудительные колебания; Резонанс
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 15: ВОЛНОВОЕ ДВИЖЕНИЕ
15-1 Характеристики волнового движения
15-2 типа волн: поперечные и продольные
15-3 Энергия, переносимая волнами
15-4 Математическое представление бегущей волны
*15-5 Волновое уравнение
15-6 Принцип суперпозиции
15-7 Отражение и передача
15-8 Помехи
15-9 стоячих волн; Резонанс
*15-10 Преломление
*15-11 Дифракция
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 16: ЗВУК
16-1 Характеристики звука
16-2 Математическое представление продольных волн
16-3 Интенсивность звука: децибелы
16-4 Источники звука: вибрирующие струны и воздушные колонны
*16-5 Качество звука и шум; Суперпозиция
16-6 Интерференция звуковых волн; Удары
16-7 Эффект Доплера
*16-8 Ударные волны и звуковой удар
*16-9 Применение: сонар, ультразвук и медицинская визуализация
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 17.  ТЕМПЕРАТУРА, ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ И ЗАКОН ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
17-1 Атомная теория материи
17-2 Температура и термометры
17-3 Тепловое равновесие и нулевой закон термодинамики
17-4 Тепловое расширение
*17-5 Термические нагрузки
17-6 Газовые законы и абсолютная температура
17-7 Закон идеального газа
17-8 Решение задач с законом идеального газа
17-9 Закон идеального газа в терминах молекул: число Авогадро
*17-10 Шкала температуры идеального газа – эталон
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 18. КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ
18-1 Закон идеального газа и молекулярная интерпретация температуры
18-2 Распределение молекулярных скоростей
18-3 Реальные газы и фазовые переходы
18-4 Давление паров и влажность
*18-5 Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса
*18-6 Средний свободный пробег
*18-7 Распространение
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 19: ТЕПЛО И ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
19-1 Тепло как передача энергии
19-2 Внутренняя энергия
19-3 Удельная теплоемкость
19-4 Калориметрия – решение задач
19-5 Скрытая теплота
19-6 Первый закон термодинамики
19-7 Применение первого закона термодинамики; Расчет работы
19-8 Молярная удельная теплоемкость газов и равнораспределение энергии
19-9 Адиабатическое расширение газа
19-10 Теплообмен: теплопроводность, конвекция, излучение
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 20: ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
20-1 Второй закон термодинамики-Введение
20-2 Тепловые двигатели
20-3 Обратимые и необратимые процессы; двигатель Карно
20-4 Холодильники, кондиционеры и тепловые насосы
20-5 Энтропия
20-6 Энтропия и второй закон термодинамики
20-7 Порядок к беспорядку
20-8 Недоступность энергии; Тепловая смерть
*20-9 Статистическая интерпретация энтропии и второго закона
*20-10 Термодинамическая температурная шкала; Абсолютный ноль и третий закон термодинамики
*20-11 Тепловое загрязнение, глобальное потепление и энергетические ресурсы
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ЧАСТЬ ВТОРАЯ: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНИТИЗМ
ГЛАВА 21: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
21-1 Статическое электричество; Электрический заряд и его сохранение
21-2 Электрический заряд в атоме
21-3 Изоляторы и проводники
21-4 Индуцированный заряд; Электроскоп
21-5 Закон Кулона
21-6 Электрическое поле
21-7 Расчеты электрического поля для непрерывного распределения заряда
21-8 Полевые линии
21-9 Электрические поля и проводники
21-10 Движение заряженной частицы в электрическом поле. 
21-11 Электрические диполи
*21-12 Электрические силы в молекулярной биологии; ДНК
*21-13 В фотокопировальных машинах и компьютерных принтерах используется электростатика
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 22: ЗАКОН ГАУССА
22-1 Электрический поток
22-2 Закон Гаусса
22-3 Применение закона Гаусса
*22-4 Экспериментальная основа законов Гаусса и Кулона
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 23: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
23-1 Электрическая потенциальная энергия и разность потенциалов
23-2 Связь между электрическим потенциалом и электрическим полем
23-3 Электрический потенциал из-за точечных зарядов
23-4 Потенциал из-за любого распределения заряда
23-5 Эквипотенциальные поверхности
23-6 Электрический дипольный потенциал
23-7 E Определяется по V
23-8 Электростатическая потенциальная энергия; Электрон Вольт
23-9 Электронно-лучевая трубка: телевизионные и компьютерные мониторы, осциллограф
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 24: ЕМКОСТЬ, ДИЭЛЕКТРИКА, НАКОПЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
24-1 Конденсаторы
24-2 Определение емкости
24-3 конденсатора последовательно и параллельно
24-4 Аккумулятор электроэнергии
24-5 Диэлектрики
*24-6 Молекулярное описание диэлектриков
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 25: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ И СОПРОТИВЛЕНИЕ
25-1 Электрическая батарея
25-2 Электрический ток
25-3 Закон Ома: сопротивление и резисторы
25-4 Удельное сопротивление
25-5 Электроэнергия
25-6 Питание в бытовых цепях
25-7 Переменный ток
25-8 Микроскопический вид электрического тока: плотность тока и скорость дрейфа
*25-9 Сверхпроводимость
*25-10 Электрическая проводимость в нервной системе
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 26: ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
26-1 ЭДС и напряжение на клеммах
26-2 резистора последовательно и параллельно
26-3 Правила Кирхгофа
26-4 ЭДС последовательно и параллельно; Зарядка батареи
26-5 Цепи, содержащие резистор и конденсатор (цепи RC)
26-6 Опасность поражения электрическим током
*26-7 Амперметры и вольтметры
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 27: МАГНИТИЗМ
27-1 Магниты и магнитные поля
27-2 Электрические токи создают магнитные поля
27-3 Сила электрического тока в магнитном поле; Значение
27-4 Сила, действующая на электрический заряд, движущийся в магнитном поле. 
27-5 Крутящий момент в токовой петле; Магнитный дипольный момент
*27-6 Применение: гальванометры, двигатели, громкоговорители
27-7 Открытие и свойства электрона
*27-8 Эффект Холла
*27-9 Масс-спектрометр
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 28: ИСТОЧНИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
28-1 Магнитное поле, создаваемое прямым проводом
28-2 Сила между двумя параллельными проводами
28-3 Определения Ампера и Кулона
28-4 Закон Ампера
28-5 Магнитное поле соленоида и тороида
28-6 Закон Био-Савара
*28-7 Магнитные материалы-Ферромагнетизм
*28-8 Электромагниты и соленоиды-применения
*28-9 Магнитные поля в магнитных материалах; Гистерезис
*28-10 Парамагнетизм и диамагнетизм
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 29: ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ И ЗАКОН ФАРАДЕЯ
29-1 Индуцированная ЭДС
29-2 Закон индукции Фарадея; Закон Ленца
29-3 ЭДС, индуцированная в движущемся проводнике
29-4 Электрогенераторы
*29-5 Противо-ЭДС и противодействующий крутящий момент; Вихревые токи
29-6 Трансформаторы и передача энергии
29-7.  Изменяющийся магнитный поток создает электрическое поле.
*29-8 Применение индукции: звуковые системы, компьютерная память, сейсмограф, GFCI
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 30: ИНДУКТИВНОСТЬ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ,
И ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
30-1 Взаимная индуктивность
30-2 Самоиндукция
30-3 Энергия, запасенная в магнитном поле
30-4 Цепи LR
30-5 LC-цепи и электромагнитные колебания
30-6 Колебания LC с сопротивлением (схема LRC)
30-7 Цепи переменного тока с источником переменного тока
30-8 Цепь переменного тока серии LRC
30-9 Резонанс в цепях переменного тока
*30-10 Согласование импеданса
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 31: УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
31-1 Изменение электрических полей создает магнитные поля; Закон Ампера и ток смещения
31-2 Закон Гаусса для магнетизма
31-3 Уравнения Максвелла
31-4 Производство электромагнитных волн
*31-5 Электромагнитные волны и их скорость из уравнений Максвелла
31-6 Свет как электромагнитная волна и электромагнитный спектр
31-7 Измерение скорости света
31-8 Энергия электромагнитных волн; Вектор Пойнтинга
*31-9 Радиационное давление
*31-10 Радио и телевидение; Беспроводная связь
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 32: СВЕТ: ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ
32-1 Лучевая модель света
32-2 Скорость света и показатель преломления
32-3 Отражение; Формирование изображения плоским зеркалом. 
32-4 Формирование изображений сферическими зеркалами
32-5 Преломление: закон Снеллиуса
32-6 Видимый спектр и дисперсия
32-7 Полное внутреннее отражение; Волоконная оптика
*32-8 Преломление на сферической поверхности
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 33: ОБЪЕКТИВЫ И ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
33-1 тонкие линзы; Трассировка лучей
33-2 Уравнение тонкой линзы; Увеличение
33-3 Комбинации объективов
33-4 Уравнение Линзмейкера
33-5 Камеры, пленочные и цифровые
33-6 Человеческий глаз; Корректирующие линзы
33-7 увеличительное стекло
33-8 Телескопы
*33-9 Составной микроскоп
*33-10 Аберрации линз и зеркал
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 34: ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА СВЕТА; ПОМЕХИ
34-1 Волны против частиц; Принцип Гюйгенса и дифракция
34-2 Принцип Гюйгенса и закон преломления
34-3 Интерференционный эксперимент Янга с двумя щелями
34-4 Интенсивность в двухщелевой интерференционной картине
34-5 Интерференция в тонких пленках
*34-6 Интерферометр Майкельсона
*34-7 Сила света
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 35: ДИФРАКЦИЯ И ПОЛЯРИЗАЦИЯ
35-1 Дифракция на одиночной щели или диске
35-2 Интенсивность в однощелевой дифракционной картине
35-3.  Дифракция в двухщелевом эксперименте.
35-4 Пределы разрешения; Круглые отверстия
35-5 Разрешение телескопов и микроскопов; ? Ограничение
*35-6 Разрешение человеческого глаза и полезное увеличение
35-7 Дифракционная решетка
*35-8 Спектрометр и спектроскопия
*35-9 Ширина пика и разрешающая способность дифракционной решетки
*35-10 Рентгеновские лучи и рентгеновская дифракция
35-11 Поляризация
*35-12 Жидкокристаллические дисплеи (ЖКД)
*35-13 Рассеяние света атмосферой
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ: СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА
ГЛАВА 36: СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
36-1 Галилеево-ньютоновская теория относительности
*36-2 Эксперимент Майкельсона-Морли
36-3 Постулаты специальной теории относительности
36-4 Одновременность
36-5 Замедление времени и парадокс близнецов
36-6 Сокращение длины
36-7 Четырехмерное пространство-время
36-8 Преобразования Галилея и Лоренца
36-9 Релятивистский импульс и масса
36-10 Максимальная скорость
36-11 Энергия и масса; Е=мс2
36-12 Доплеровский сдвиг для света
36-13 Влияние специальной теории относительности
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 37: РАННЯЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ И МОДЕЛИ АТОМА
37-1 Квантовая гипотеза Планка
37-2 Фотонная теория света и фотоэлектрический эффект
37-3 Фотоны и эффект Комптона
37-4 Взаимодействие фотонов; Парное производство
37-5 Корпускулярно-волновой дуализм; Принцип дополнительности
37-6 Волновая природа материи
*37-7 Электронные микроскопы
37-8 Ранние модели атома
37-9 Атомные спектры: ключ к строению атома
37-10 Модель Бора
37-11 Гипотеза ДеБройля в применении к атомам
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 38: КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА
38-1 Квантовая механика — новая теория
38-2 Волновая функция и ее интерпретация; эксперимент с двумя щелями
38-3 Принцип неопределенности Гейзенберга
38-4 Философские последствия; Вероятность против детерминизма
38-5 Уравнение Шредингера в форме, не зависящей от времени и измерения. 
*38-6 Уравнение Шредингера, зависящее от времени
38-7 свободных частиц; Плоские волны и волновые пакеты
38-8 Частица в потенциале бесконечно глубокой прямоугольной ямы (жесткий ящик)
*38-9 Конечная потенциальная яма
38-10 Туннель через барьер
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 39: КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА АТОМОВ
39-1 Квантово-механический взгляд на атомы
39-2 Атом водорода: уравнение Шредингера и квантовые числа
39-3 Волновые функции атома водорода
39-4 Сложные атомы; принцип исключения
39-5 Периодическая таблица элементов
39-6 Рентгеновские спектры и атомный номер
*39-7 Магнитные дипольные моменты; Полный угловой момент
*39-8 Флуоресценция и фосфоресценция
*39-9 Лазеры
*39-10 Голография
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 40: МОЛЕКУЛЫ И ТВЕРДЫЕ ВЕЩЕСТВА
40-1 Связь в молекулах
40-2 Диаграммы потенциальной энергии для молекул
40-3 Слабые (ван-дер-ваальсовые) связи
40-4 Молекулярные спектры
40-5 Склеивание в твердых телах
40-6 Теория металлов со свободными электронами
40-7 Зонная теория твердых тел
40-8 Полупроводники и легирование
*40-9 Полупроводниковые диоды
*40-10 Транзисторы и интегральные схемы
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 41: ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА И РАДИОАКТИВНОСТЬ
41-1 Структура и свойства ядра
41-2 Энергия связи и ядерные силы
41-3 Радиоактивность
41-4 Альфа-распад
41-5 Бета-распад
41-6 Гамма-распад
41-7 Сохранение числа нуклонов и другие законы сохранения
41-8 Период полураспада и скорость распада
41-9 Серия распада
41-10 Радиоактивное датирование
41-11 Обнаружение радиации
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 42: АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА: ВОЗДЕЙСТВИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
42-1 Ядерные реакции и превращения элементов
42-2 Поперечное сечение
42-3 Ядерное деление; Ядерные реакторы
42-4 Фьюжн
42-5 Прохождение излучения через вещество; Радиационное повреждение
42-6 Измерение радиационной дозиметрии
*42-7 Лучевая терапия
*42-8 Трейсеры
*42-9 Визуализация с помощью томографии: компьютерная томография и эмиссионная томография
*42-10 Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) и магнитно-резонансная томография (МРТ)
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 43: ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
43-1 Высокоэнергетические частицы
43-2 Ускорители и детекторы частиц
43-3 Начало физики элементарных частиц - Обмен частицами
43-4 Частицы и античастицы
43-5 Взаимодействие частиц и законы сохранения
43-6 Классификация частиц
43-7 Стабильность частиц и резонансы
43-8 Странные частицы
43-9 кварков
43-10 «Стандартная модель»: квантовая хромодинамика (КХД) и электрослабая теория. 
43-11 Теории Великого Объединения
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЛАВА 44: АСТРОФИЗИКА И КОСМОЛОГИЯ
44-1 Звезды и галактики
44-2 Звездная эволюция; Рождение и смерть звезд
44-3 Общая теория относительности: гравитация и кривизна пространства
44-4 Расширяющаяся Вселенная
44-5 Большой взрыв и космический микроволновый фон
44-6 Стандартная космологическая модель: ранняя история Вселенной
44-7 Будущее Вселенной?
РЕЗЮМЕ
ВОПРОСЫ
ПРОБЛЕМЫ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
А
Б
С
Д
Е
Ф
СОВЕТЫ И КРАТКИЕ ОТВЕТЫ НА НЕЧЕТНЫЕ ВОПРОСЫ
ОТВЕТЫ НА НЕЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ
ПОКАЗАТЕЛЬ
ФОТОГРАФИИ
 

Библиотека Конгресса Тематические заголовки для этой публикации:

Физика — Учебники.

Содержание — Physics LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Передняя вещество
  2. предисловие
  3. обратно
  4. 1: научный метод и физика
  5. 2: сравнение модели и эксперимента
  6. 3: описание движения в одном измерении
  7. 4: описание движения в нескольких размерах
  8. 5 : Законы Ньютона
  9. 6: Применение законов Ньютона
  10. 7: Работа и энергия
  11. 8: Потенциальная энергия и сохранение энергии
  12. 9: Гравитация
  13. 10: Линейный импульс и центр масс динамика
  14. 10:07 Вращательная динамика 1000 900
  15. 12: Ротационная энергия и импульс
  16. 13: Простая гармоническое движение
  17. 15: Mechanics
  18. 15: Механика жидкости
  19. 16: электрические заряды и поля
  20. 17: Закон
  21. 18: Электрический потенциал
  22. 19: Электрический ток
  23. 20: Электрические цепи
  24. 21: Магнитная сила
  25. 22: Источник магнитного поля
  26. 23: Электромагнитная индукция
  27. 24: Специальная теория относительности
  28. 25: Векторы
  29. 26: Математическое исчисление
  30. 27: Руководство по лабораторным работам
  31. 28: Язык программирования Python
  32. Вернуться к материалам 0 учебник для вводных курсов физики на основе вычислений. Учебник специально предназначен для подхода «перевернутого класса», когда учащиеся завершают чтение дома, а затем материал обсуждается в классе. Таким образом, учебник содержит вопросы и упражнения для вовлечения читателей. Этот текст также включает учебную программу по экспериментальной физике, в которой подробно описываются научные методы и процессы, а также предлагаются эксперименты для проведения дома и в лаборатории.

    • Этот учебник знакомит с теориями классической физики, которые в основном были установлены и проверены между семнадцатым и девятнадцатым веками.Мы будем считать само собой разумеющимся, что читатели этого учебника вряд ли будут проводить эксперименты, которые бросают вызов этим устоявшимся теориям. Основная задача будет состоять в том, чтобы при наличии теории определить модель, описывающую конкретную ситуацию, а затем проверить эту модель.

    • В этой главе мы узнаем о процессе занятий наукой и заложим основы для развития навыков, которые пригодятся вам на протяжении всей вашей научной карьеры. В частности, мы начнем учиться тестировать модель с помощью эксперимента, а также научимся оценивать, имеет ли смысл данный результат или модель.

    • В этой главе мы представим инструменты, необходимые для описания движения в одном измерении. В следующих главах мы будем использовать теории физики для моделирования движения объектов, но сначала нам нужно убедиться, что у нас есть инструменты для описания движения. Обычно мы используем слово «кинематика» для обозначения инструментов для описания движения (например, скорости, ускорения, положения и т. д.), в то время как мы обращаемся к «динамике», когда используем законы физики для предсказания этого движения.

    • В этой главе мы узнаем, как расширить наше описание движения объекта на два и три измерения с помощью векторов.Мы также рассмотрим частный случай движения объекта по окружности.

    • В этой главе мы познакомим вас с Законами Ньютона — краткой физической теорией, описывающей невероятно большое количество явлений в мире природы. Законы Ньютона — это одна из возможных формулировок того, что мы называем «классической физикой» (в отличие от «современной физики», включающей квантовую механику и специальную теорию относительности). Законы Ньютона устанавливают связь между динамикой (причинами движения) и кинематикой движения (описанием этого движения).

    • В этой главе мы подробно рассмотрим, как использовать законы Ньютона для построения моделей, описывающих движение. В то время как предыдущая глава была посвящена определению сил, действующих на объект, в этой главе основное внимание уделяется использованию этих сил для описания движения объекта.

    • В предыдущих главах мы узнали о теории классической механики Ньютона, которая позволила нам смоделировать движение объекта на основе сил, действующих на объект.В этой главе мы представляем теории, описывающие саму силу гравитации. Мы увидим несколько теорий гравитации и сосредоточимся в первую очередь на универсальной теории гравитации Ньютона.

    • В этой главе мы вводим понятия линейного количества движения и центра масс. Импульс — это величина, которую, как и энергию, можно определить из второго закона Ньютона, чтобы упростить построение моделей. Поскольку импульс часто является сохраняющейся величиной в системе, он может сделать вычисления намного проще, чем использование сил.

    • В этой главе мы используем второй закон Ньютона, чтобы разработать формализм для описания того, как объекты вращаются. В частности, мы введем понятие крутящего момента, который играет ту же роль, что и сила в невращательной динамике. Мы также введем понятие момента инерции, чтобы описать, как объекты сопротивляются вращательному движению.

    • В этой главе мы расширим наше описание динамики вращения, включив в него вращательные эквиваленты кинетической энергии и импульса.Мы также разрабатываем структуру для описания движения катящихся объектов. Мы увидим, что многие соотношения, справедливые для линейных величин, справедливы и для угловых величин.

    • В этой главе мы рассмотрим колебательные системы, которые совершают «простое гармоническое движение», такое как движение массы, прикрепленной к пружине. Многие системы в физическом мире, такие как колеблющийся маятник, могут быть описаны с помощью того же математического аппарата, который описывает движение массы, прикрепленной к пружине.

    • В этой главе мы познакомимся с инструментами для описания волн. Волны возникают во многих различных физических системах (океан, струна, электромагнетизм и т. д.) и могут быть описаны с помощью общей математической структуры.

    • В этой главе мы познакомим вас с инструментами, необходимыми для моделирования динамики жидкостей. Это позволит нам смоделировать, как объекты могут плавать, как вода течет по трубе и как крылья самолета создают подъемную силу. Мы начнем с введения понятия давления и моделирования статических жидкостей (гидростатика), прежде чем разрабатывать модели для текучих жидкостей (гидродинамика). Жидкости обычно определяют как фазу вещества, в которой атомы (или молекулы) лишь слабо связаны друг с другом, как, например, в газах или

    • . и магнитные явления. В рамках динамики, разработанной Ньютоном, мы представим теории электромагнетизма, которые описывают электрическую силу, магнитную силу и то, как они взаимодействуют. В этой первой главе представлено описание электрической силы аналогично тому, как мы ввели ньютоновскую универсальную теорию гравитации для описания гравитационной силы.

    • В этой главе мы подробно рассмотрим закон Гаусса, применяемый в контексте электрического поля. Мы уже кратко встречались с законом Гаусса, когда изучали гравитационное поле. Поскольку электрическая сила математически идентична силе гравитации, мы можем применять те же инструменты, включая закон Гаусса, для моделирования электрического поля, что и для гравитационного поля. Таким образом, многие результаты этой главы в равной степени применимы к силе гравитации.

    • В этой главе мы развиваем концепцию электрической потенциальной энергии и электрического потенциала. Это позволит нам описывать движение зарядов, используя энергию вместо сил. Мы также представим конденсатор, обычный компонент схемы, который используется для накопления заряда.

    • В этой главе мы познакомимся с инструментами для моделирования электрического тока, а именно движения зарядов внутри проводника. Мы покажем, как мы можем связать микроскопическое движение электронов с макроскопическими величинами, такими как ток и напряжение, которые можно измерить в лаборатории.Мы также введем понятие сопротивления, а также резистор, общий компонент в электрических цепях.

    • В этой главе мы разработаем инструменты для моделирования электрических цепей. Это позволит нам определить ток и напряжение на различных компонентах, таких как резисторы и конденсаторы, внутри цепи. Мы также обсудим, как батарея может обеспечивать ток при фиксированной разности потенциалов и как можно сконструировать устройства для измерения тока и напряжения.

    • В этой главе представлены инструменты для моделирования магнитной силы, с которой мы все сталкивались при работе с магнитами. Как мы увидим, магнитная сила действует на движущиеся (электрические) заряды и, таким образом, принципиально отличается от электрической силы, действующей на неподвижные и движущиеся заряды. В следующих главах мы разработаем инструменты, позволяющие устанавливать связи между электрическими и магнитными полями.

    • В этой главе мы разработаем инструменты для моделирования магнитного поля, создаваемого электрическим током.Мы введем закон Био-Савара, который аналогичен закону Кулона в том смысле, что его можно использовать для расчета магнитного поля, создаваемого любым током. Мы также введем закон Ампера, который можно рассматривать как аналог закона Гаусса, позволяющий нам легко определять магнитное поле при высокой степени симметрии.

    • В этой главе мы представляем инструменты для моделирования связи между магнитным и электрическим полем. В частности, мы увидим, как изменяющееся магнитное поле можно использовать для индукции электрического тока, что является основным принципом работы электрических генераторов, питающих нашу жизнь. Мы также кратко обсудим, как формируются электромагнитные волны.

    • В этом приложении дается очень краткое введение в программирование на python, и в первую очередь оно предназначено для ознакомления с инструментами, полезными для экспериментальной части физики.

    Физическое машинное обучение для субклеточной сегментации в живых клетках

    Физическое моделирование и механизмы GT

    Блок-схема моделирования показана на рис.1e (дополнительно расширенный на дополнительном рис. 5), а подход к моделированию подробно представлен в дополнительном примечании 5. Механизмы GT представлены на рис. 1f и подробно описаны в дополнительном примечании 7. Моделирование было реализовано на компьютере под управлением Windows в сочетании с Питоном 3.6. Симулятор выложен для общего пользования (см. раздел «Доступность кода»).

    Подготовка данных моделирования для обучения и тестирования

    Мы использовали три разных микроскопа для визуализации и поэтому использовали аналогичные конфигурации для моделирования, чтобы индивидуально создавать наборы обучающих данных для каждого микроскопа (дополнительная таблица 3). Наша среда моделирования может генерировать 128 × 128 пар изображений (изображение и сегментация GT). Мы объединяем четыре таких независимых изображения, чтобы создать плитку 2   × 2 с размерами 256   × 256. Мы используем два типа обучающей партии. Первая партия представляет собой большой объем данных (7000 плиток) определенного микроскопа, используемого для базовых экспериментов, а глубокая модель обучается с нуля. Вторая партия создается для двух разных параметров микроскопии и сравнительно небольшого количества данных (3000 слайдов). Эта партия используется для поиска эффекта трансферного обучения.Мы используем стандартное увеличение данных, такое как флип, вращение и так далее во время обучения. Мы учитываем 60% обучения, 20% проверки и 20% тестирования для каждого набора данных моделирования. Метод повторяется для двух различных субклеточных структур: митохондрий и везикулярных структур.

    U-Net Baskbook и детали обучения

    Соблокировка, используемые в U-NET Encoder для дополнительной таблицы 4 представляет собой Resnet50, Resnet 100 19 , VGG16 20 , Plaction 21 и Effizednet-B3 22 . В нашем исследовании мы обнаружили, что EfficientNet-B3 является наиболее эффективным кодировщиком с точки зрения точности проверки набора данных митохондрий, контролируемых моделированием. Он состоит из трех мобильных перевернутых слоев свертки с узким местом, интегрированных в кодировщик. Для каждой сети вход и выход составляют 256   × 256. Мы используем стандартное увеличение данных, такое как отражение, вращение и т. д., где это применимо. Ранняя остановка и снижение скорости обучения также используются на основе mIOU. Все эксперименты проводятся с использованием процессора Intel(R) Xeon(R) Gold 6154 с 128 ГБ оперативной памяти и графического процессора NVIDIA Quadro RTX 6000 емкостью 24 ГБ.

    Современные методы субклеточной сегментации

    Здесь мы представляем подробности реализации современных методов (результаты представлены в таблице 1 и дополнительной рис. 9). Пороговое значение на основе Otsu 8 и адаптивное пороговое значение 14 используют гистограмму интенсивности для сегментации. Это непараметрические методы, поэтому они не требуют ввода данных пользователем. Для реализации мы используем библиотеку OpenCV 3.4 в сочетании с Python 3.7.Морфологический плагин на основе ImageJ 9 (MorphoLibJ v1.4.1) используется на платформе Windows с настройками параметров по умолчанию. Ручное пороговое значение реализовано с использованием библиотеки OpenCV 3.4 в сочетании с Python 3.7, а подходящий порог для наиболее эффективной сегментации извлекается путем изменения глобального порога по гистограмме интенсивности изображений. Итеративная сегментация на основе обратного распространения 15 реализована в библиотеке OpenCV 3.4 в сочетании с Python 3.7, и мы используем 1000 итераций для бенчмаркинга сегментации.

    Метрика оценки

    Метрика, используемая для количественной оценки производительности сегментации, — mIOU. Это современная метрика, используемая в задачах сегментации 10 . Значения mIOU рассчитываются путем взятия отношения перекрывающейся сегментированной области и объединения сегментированной области между GT и сегментированным изображением, то есть TP/(TP + FP + FN), где истинно положительный (TP), ложноположительный (FP) и ложноотрицательные (FN) области используются.

    Обработка, связанная с морфологическим анализом, представленным в основном тексте

    Сначала мы применяем нашу модель глубокого обучения под контролем моделирования для сегментации. Затем используется классификация на основе правил сегментированной области отдельных митохондрий для классификации стержневой, точечной и сетевой морфологии. Митохондрии делятся на три категории: точечные, палочкообразные и сетчатые. Сначала митохондрии сегментируют с помощью предлагаемого метода. Далее бинарные изображения преобразуются в скелет и строится граф согласно исх. 23 , где узлы являются конечными точками или соединениями митохондрий. Степень узла ( d ) — это количество ветвей, связанных с узлом. Наконец, каждый график классифицируется как точка, стержень и сеть с использованием

    $${\rm{{Class}_{митохондрии}}}=\left\{\begin{array}{rlrlr}&{\rm{Dot }}&&\,{{\rm{if}}}\,\,{\rm{площадь}}\,{\le}\, 120\,{\rm{пиксель}}\,{{{\rm {и}}}}\,{\max (d)}={1}&\\ &{\rm{Rod,}}&&\,{{\rm{if}}}\,\,{\rm {площадь}}\,{>}\,{120}\,{\rm{пиксель}}\,{{{\rm{and}}}}\,{\max (d)}={1}\ \ &{\rm{Сеть,}}&&\,{{\rm{иначе}}}\,\end{массив}\right. $$

    Статистика частоты встречаемости различных типов митохондрий (точечных, палочковидных и сетчатых) и площади представлена ​​на рис. 4б в виде скрипичных графиков. В нашем наборе данных о живых клетках 30 ячеек, и для каждой ячейки рассчитываются среднее значение и стандартное отклонение. Подобным образом везикулы подразделяются на две категории: большие и маленькие. Сегментированные пузырьки расположены внутри кругов. Везикулы классифицируются с использованием эвристического порога радиуса ( r ) как

    $${\rm{{Class}_{везикула}}}=\left\{\begin{array}{rlrlr}&{\ rm{Small,}}&&\,{{\rm{if}}}\,\,{r}\,{\le}\,150\,{{{\rm{nm}}}}&\\ &{\rm{Большой,}}&&\,{{\rm{иначе}}}\,\конец{массив}\справа.$$

    Также проводится сложный анализ связности на основе графов путем преобразования сегментированных изображений в скелеты и графики. После получения графов узлы классифицируются, как показано на рис. 4в. Если граф содержит узлы соединения, это сеть. Аналитика показывает более подробную информацию о сетях через длины конечной точки и соединения и длины соединения.

    Действительно, классификация может быть выполнена с использованием простых правил, таких как использованные здесь, или нечетких правил, более сложных правил и даже методов глубокого обучения, которые могут использоваться для морфологической классификации в зависимости от потребностей приложений.

    Отслеживание митохондрий и везикул

    Во-первых, предложенная сегментация на основе U-Net используется для сегментации субклеточных структур. Затем фильтр Калмана и венгерский алгоритм 24 используются для отслеживания отдельных структур во времени 25 .

    Микроскопы и параметры изображения

    В этой работе использовались три разных микроскопа (дополнительная таблица 2). Первый, микроскоп Epi 1, представляет собой микроскоп GE DeltaVision Elite и использовался для наборов данных LiveEpi1RatMitoRed и LiveEpi1RatVesiFarRed.Время экспозиции для визуализации везикул и митохондрий составляло 10 мс. Скорость съемки составляла 50 кадров в секунду. Приобретение проводилось в последовательном режиме. Набор данных LiveEpi1HuMitoGreen также был записан с помощью этого микроскопа. Второй, микроскоп Epi 2, представляет собой Zeiss CellDiscoverer 7 с водным объективом Plan-Apochromat ×50 и числовой апертурой 1,2. С помощью этого микроскопа были записаны наборы данных LiveEpi2RatMitoGreen, LiveEpi2RatMitoRed и LiveEpi2RatVesiFarRed. Третий, микроскоп Airy 1, представляет собой Zeiss LSM 880 ELYRA с масляным объективом C Plan-Apochromat ×63 с числовой апертурой 1.4. С помощью этого микроскопа были записаны наборы данных FixedAiry1MitoGreen, FixedAiry1MitoRed и FixedAiry1RatVesiBlue.

    Культура клеток и условия визуализации для наборов данных о живых клетках LiveEpi1RatMitoRed и LiveEpi1RatVesiFarRed

    Клеточная линия кардиомиобластов крысы H9c2 (клетки, полученные из эмбриональной сердечной ткани; Sigma-Aldrich) культивировали в среде с высоким содержанием глюкозы (4,5 г г л −1 ) Модифицированная Дульбекко среда Игла (DMEM) с 10% фетальной бычьей сывороткой (FBS). Клетки временно трансфицировали с использованием TransIT-LT1 (Mirus) для экспрессии маркера митохондриальной флуоресценции mCherry-OMP25-TM (максимум эмиссии при 610 нм).Через 24 ч после трансфекции клетки инкубировали в бессывороточной среде DMEM в течение 4 ч, а затем непосредственно перед обработкой в ​​течение 1 ч среду снова заменяли на DMEM с 2% сывороткой (см. ниже). После обработки среду снова заменяли на DMEM 10% FBS. Клетки были разделены на три пула: нормальный, гипоксия и гипоксия-АДМ. Для пула нормальных условий (контрольный) клетки хранили в нормальных условиях клеточного роста при 37°C с примерно 21% O 2 и 5% CO 2 . Для гипоксического пула клетки подвергали гипоксии (дефицит кислорода; 0.3% O 2 уровень) путем инкубации в гипоксическом клеточном инкубаторе в течение 60 мин. Для гипоксии и пула АДМ клетки подвергали гипоксии, как и клетки, описанные выше, но одновременно обрабатывали пептидным гормоном адреномедуллином (АДМ) в концентрации 10 -6 мкМ. Было обнаружено, что этот гормон проявляет защитные свойства. функционирует при различных патологических состояниях, например, при ишемии клеток сердца при инфаркте миокарда. Клетки были помечены флуоресцентным маркером mCLING-ATTO647N, дружественным к живым клеткам, непосредственно перед визуализацией в концентрации 1:2000 с временем инкубации 12 минут.После инкубации среду заменяли средой для культивирования клеток (DMEM 10% FBS) для цейтраферной микроскопии при 37 °C, кислороде воздуха (т. дефицитное состояние) и 5% CO 2 . Мембранный маркер быстро усваивался клетками и метил небольшие мембраносвязанные везикулы в клетках. Этот мембранный маркер имеет максимум флуоресценции при длине волны 662 нм. Митохондриальный маркер mCherry-OMP25-TN и мембранный маркер mCLING-ATTO647N визуализировали с помощью эпифлуоресцентного микроскопа Epi 1 последовательно в отдельных цветовых каналах.

    Культура клеток и условия визуализации для набора данных живых клеток LiveEpi1HuMitoGreen

    Клетки MCC13 выдерживали в инкубаторе при 37 °C с 20% O 2 и 5% CO 2 , с питательной средой, состоящей из RPMI 1640 (Sigma-Aldrich) с добавлением 10% FBS (Sigma-Aldrich) и 1% пенициллина/стрептомицина (Sigma-Aldrich). Культуры, используемые для экспериментов, размораживали из запасов, хранившихся в жидком азоте, как минимум за одну неделю до мечения и визуализации.

    Маркировка с помощью CellLight Mitochondria-RFP BacMam 2.0 (Thermo Fisher Scientific) проводили в соответствии с протоколом производителя с использованием от 15 до 45 частиц на клетку (PPC) примерно за 20 часов до визуализации. Трансдуцированные клетки выращивали в тех же условиях роста клеток, что и описанные выше, но в среде, не содержащей антибиотиков.

    Непосредственно перед визуализацией клетки инкубировали с MitoTracker Deep Red (Thermo Fisher Scientific) в течение 30 минут, затем промывали фосфатно-солевым буфером или средой для визуализации живых клеток.

    Эти клетки были визуализированы без использования системы инкубации микроскопа при комнатной температуре (~25 °C), но в предварительно нагретом (37 °C) растворе для визуализации живых клеток (Thermo Fisher Scientific).

    Культура клеток и условия визуализации для наборов данных о живых клетках LiveEpi2RatMitoGreen, LiveEpi2RatMitoRed и LiveEpi2RatVesiFarRed был использован мембранный белок 25 (OMP25)-трансмембранный домен (TM).

    Равное выражение интенсивности флуоресценции в клетках достигалось путем сортировки методом проточной цитометрии. Клетки культивировали в среде DMEM с высоким содержанием глюкозы с 10% FBS или в среде для депривации глюкозы и адаптации к галактозе.Среда без глюкозы состояла из DMEM без глюкозы (11966-025, Gibco) с добавлением 2 мМ l-глутамина, 1 мМ пирувата натрия, 10 мМ галактозы, 10 % FBS, 1 % стрептомицина/пенициллина и 1 мкг мл –1 . пуромицина (InvivoGen, ant-pr-1). Клетки адаптировали к галактозе минимум за семь дней до экспериментов. Клетки высевали на чашки MatTek (P35G-1.5-14-C, MatTek Corporation) и визуализировали, когда они достигали ~ 80% слияния. Мечение лизосом (кислая эндосомальная система) проводили путем обработки клеток в течение 30 мин 50 нМ Lysotracker Deep Red (кат.нет. L12492, Thermo Fisher) в соответствии с рекомендациями производителя. После мечения среду заменяли свежей средой (описанной выше) для микроскопии живых клеток. Клетки визуализировали при 37 °C с атмосферным кислородом и 5% CO 2 . Визуализация выполнялась с использованием микроскопа Epi 2. Для визуализации живых клеток выбранные позиции визуализировались в течение 10 минут каждое, при этом один кадр снимался каждые 5 секунд, что давало 120 кадров. Каждый кадр состоял из семифрагментного стека z с 0.Интервал между срезами 31 мкм.

    Культура клеток и условия визуализации для наборов данных фиксированных клеток FixedAiry1MitoGreen, FixedAiry1MitoRed и FixedAiry1RatVesiBlue

    mCherry-EGFP-OMP-25TM Клетки H9c2 высевали на покровные стекла (1.5). Условия роста клеток и маркировка были такими же, как и для наборов данных живых клеток в предыдущем абзаце (наборы данных 4, 5 и 6 на дополнительной рис. 4). После маркировки покровные стекла один раз промывали в фосфатно-солевом буфере, затем фиксировали с использованием 4% параформальдегида и 0.2% глутарового альдегида в течение 20 мин при 37°С. Затем покровные стекла промывали в фосфатно-солевом буфере и монтировали с использованием среды против выцветания Prolong (номер по каталогу P36980, Thermo Fisher).

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.