Fisika: Higidura, Eremuak eta Fisika Nuklearraren Oinarriak

Higidura periodikoak eta Harmoniko Sinplea (HHS)

Higidura periodikoak: denbora-tarte konstante bat pasatu ondoren errepikatzen diren higidurak dira. Adibidez: higidura zirkular uniformea.

Higidura bibrakor edo oszilakorra: puntu baten (oreka-puntuaren) alde bietara mugitzea da. Denbora-tarte berdinean higikariaren aldagai guztiak berdinak badira, periodikoa da. Adibideak: pendulua edo puntu finko batetik lotuta dagoen malguki bati lotutako masa.

Higidura Harmoniko Sinplea (HHS): lerro zuzenean desplazatzen den eta modu periodiko batean jatorritzat hartzen den puntu baten (oreka-puntuaren) albo bietatik ibiltzen den partikularena da.

HHS-ren magnitudeen definizioa

• Oszilazioa: mugimendu osoa egitea da, higikaria puntu batetik ateratzen denetik puntu berberera itzuli arte.
• Oszilazio-zentroa edo oreka-puntu (0): higikariak egiten duen lerroaren erdiko puntua.
• Anplitudea (A): oreka-puntutik mutur batera dagoen distantzia; partikulak izan dezakeen desplazamendurik handiena da.
• Elongazioa (x): partikularen posizioa, O punturainoko distantzia, positiboa zein negatiboa izan daitekeena.
• Periodoa (T): partikulak oszilazio oso bat egiteko behar duen denbora.
• Maiztasuna (f): denbora-unitatean zenbat oszilazio egiten dituen higikariak. Periodoaren alderantzizkoa da eta Nazioarteko Sistemako unitatea Hertz (Hz) da.
• Maiztasun angeluarra edo pultsazioa (ω): ω = 2π / T eta unitatea rad/s da.
• Hasierako fasea (φ0): t = 0 denean higikariak duen posizioa. Radianetan neurtzen da.

Posizioaren eta abiaduraren ekuazioak

Posizioaren (edo elongazioaren) ekuazioa: x = A · sin(ωt + φ0). Non: x = elongazioa, A = anplitudea, ω = pultsazioa eta φ0 = hasierako fasea.

Abiaduraren ekuazioa: Posizioaren ekuazioaren deribatua da denborarekiko: v = dx/dt = Aω · cos(ωt + φ0). Vmax kalkulatzeko kosinuaren balio maximoa (1) hartu behar dugu. Abiadura maximoa oreka-puntutik pasatzerakoan lortzen da; abiadura minimoa (0), berriz, muturretan gertatzen da.

Eremu grabitatorioaren irudikapena

Masa batek bere inguruan sortzen duen eremu grabitatorioaren magnitudeak bi dira: eremuaren intentsitatea (g) eta potentziala (V). Biak era grafikoan adieraz daitezke:

• Intentsitatea eremu-lerroen bidez.
• Potentziala gainazal ekipotentzialen bidez.

Eremu-lerroen ezaugarriak

Indar-lerroak noranzkoa duten lerroak dira. Eremuaren puntu bakoitzean, eremuaren intentsitate-bektorearekiko ukitzaileak dira. Eremu-lerroen dentsitateak eremu grabitatorioaren intentsitatearen moduluarekiko proportzionala izan behar du. Beraz, intentsitate handiagoa dago lerroak hurbilago dauden eskualdeetan. Eremu-lerroak ezin dira elkarren artean ebaki.

Masa batek eta bi masek sorturiko eremu-lerroak: Irudian ikusten denez, masa batek sortutako eremu-lerroak erradialak dira. Masa bat baino gehiago dagoenean, lerroak kurbatu egiten dira.

Gainazal ekipotentzialak

Balio bereko potentzial grabitatorioa duten puntuek osatzen dituzten gainazalak dira. Eremu-lerroekiko perpendikularrak dira edozein puntutan. Masa bat gainazal ekipotentzial bereko puntu batetik bestera eramatean, eremuak egiten duen lana nulua da: W = m(VA - VB) = 0.

Korronte alterno sinusoidalen sorgailua

Alternadorea energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen duen sorgailua da, indukzio magnetikoaren bidez. Oinarri teorikoa Faraday eta Lenz-en legea da. Eremu magnetiko baten barruan haril bat biraka jartzean, fluxu magnetikoa aldatu egiten da eta indar elektroeragile bat (i.e.e. edo ε) induzitzen da.

N espirako harila bada: ε = N · B · S · ω · sin(ωt). Sortutako i.e.e. periodikoa da eta bere maiztasuna espiraren biraketaren berdina da. Korrontearen intentsitatea Ohm-en legeaz kalkulatzen da.

Efektu fotoelektrikoa

Hertzek 1887an deskribatu zuen: gainazal metaliko batzuk argiaren eraginpean jartzean elektroiak igortzen dituzte. Fenomeno honen ezaugarri nagusiak honakoak dira:

1. Igorritako elektroi kopurua argiaren intentsitatearekiko proportzionala da.
2. Igorpena atari-maiztasuna (f0) baino handiagoa denean soilik gertatzen da.
3. Elektroien energia zinetikoa erradiazioaren maiztasunaren menpekoa da, ez intentsitatearena.
4. Efektua aldiberekoa da; ez dago atzerapenik.

Einsteinen azalpena eta teoria kuantikoa

1905ean, Albert Einsteinek Planck-en teoria erabili zuen: erradiazio elektromagnetikoa fotoi izeneko energia-kuantoz osatuta dago (E = hf). Elektroi batek fotoi bat xurgatzen du; energia nahikoa bada (erauzte-lana, W, gainditzeko), elektroia aterako da: Ez = hf - W.

Erradioaktibitate naturala

Substantzia erradioaktiboek erradiazioak igortzeko duten propietatea da. Erradiazio motak:

• α partikulak: Helio-nukleoak dira (2 protoi eta 2 neutroi).
• β partikulak: Elektroi bizkorrak, neutroien desintegraziotik datozenak.
• γ erradiazioa: Energia handiko erradiazio elektromagnetikoa.

Desintegrazio-abiadura (Aktibitatea): dN/dt = -λN. Nukleo kopurua denborarekin txikiagotzen da.

Soddy eta Fajans-en legeak

Soddy-ren legea (α igorpena): Zenbaki masikoa 4 unitate txikitzen da eta atomikoa 2 unitate. Fajans-en legea (β igorpena): Zenbaki masikoa ez da aldatzen eta atomikoa unitate bat handitzen da.

Fisio eta fusio nuklearra

Fisio nuklearra

Masa handiko nukleo bat (U-235 adibidez) neutroiez bonbardatzean, bi nukleo arinagotan zatitzen da, energia eta neutroi gehiago askatuz. Kate-erreakzioa sortzen da. Prozesu kontrolatua zentral nuklearretan erabiltzen da; kontrolik gabea, bonba atomikoan.

Masa-galera: Produktuen masa erreaktiboena baino txikiagoa da. Diferentzia hori energia bihurtzen da: E = Δm · c².

Fusio nuklearra

Bi nukleo arin biltzen dira nukleo astunago bat osatzeko. Izarretan gertatzen da (erreakzio termonuklearrak). Lurrean kontrolatzea zaila da, aktibatze-energia oso altua behar delako (milioika gradu) aldarapen elektrostatikoa gainditzeko. Etorkizuneko energia-iturri garbi eta oparotzat hartzen da (ITER proiektua).

Fisioan bezala, askatutako energia masa-galeraren ondorioa da eta Einsteinen ekuazioaren bidez kalkulatzen da: E = Δm · c².