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[Physics]電磁學筆記-交流電路

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複數表示法

電學中保留$i$作為電流的符號,以$j=\sqrt { -1 } $表示
定義:
$${ e }^{ j\theta  }=\cos { \theta  } +j\sin { \theta  } $$
$$\Rightarrow { e }^{ j(\pi /2) }=j,\quad { e }^{ j(-\pi /2) }=-j=\frac { 1 }{ j } $$

[Physics]電磁學筆記-直流電路

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前言:
最近在讀電磁學的相關內容,就順便把做的筆記打在這裡,有需要的加減參考

正文:

KIRCHHOFF’S RULES

1.電路上進入任意節點的電流等於其離開的電流(電荷守恆的一種形式)
$$\sum { I_{ in } } =\sum { I_{out} } $$
2.在任意封閉回路上各段電位變化之合必等於零(能量守恆的一種形式)
$$\sum _{ closed\quad loop } \Delta { V }=0$$

RC CIRCUITS


顧名思義,只包含電阻resistor及電容capacitor的電路
由KIRCHHOFF’S RULES,可得
$$\varepsilon -\frac { q }{ C } -IR=0$$
其中$\frac { q }{ C }$是電容兩端的電位差,$IR$是電阻兩端的電位差

迴路接通之時($t=0$),電容尚未充電,故有電流最大值:
$$I_{ 0 }=\frac { \varepsilon  }{ R } $$
接著電流便會流經電阻幫電容充電,直到充電完成不再有電流,此時電容的電荷將達到最大值:
$$Q=C \varepsilon $$

而進一步分析,可由前述之克西荷夫定律推導。由於電流等於電容中電荷的時變率,即$I=\frac { dq }{ dt } $
$$\frac { dq }{ dt } =\frac { \varepsilon  }{ R } -\frac { q }{ RC } $$
整理可得
$$\frac { dq }{ q-C\varepsilon  } =-\frac { 1 }{ RC } dt$$
由初始條件$q=0, t=0$,且$R$、$C$、$\varepsilon$為常數,積分得
$$\int _{ 0 }^{ q }{ \frac { dq }{ q-C\varepsilon  }  } =-\frac { 1 }{ RC } \int _{ 0 }^{ t } dt$$
$$\ln { \frac { q-C\varepsilon  }{ -C\varepsilon  }  } =-\frac { t }{ RC } $$
由上可得
$$q(t)=C\varepsilon (1-e^{ -\frac { t }{ RC }  })=Q(1-e^{ -\frac { t }{ RC }  })$$
又$I=\frac { dq }{ dt } $
$$I(t)=\frac { \varepsilon  }{ R } e^{ -\frac { t }{ RC }  }=I_{ 0 }e^{ -\frac { t }{ RC }  }$$

由上二式可得知,充飽所需的時間$t\rightarrow \infty $,而式中的$RC$則稱為時間常數$\tau $(因次為時間)

[Physics]分子動力論及熱力學定律

4 意見
許久沒發文,在此就小小的發一篇關於熱力學的文。如果有寫得不好的地方,歡迎將意見寫下來,大家一起討論。

[Physics]小談S.H.M.簡諧運動

4 意見
本篇主要是簡單的整理幾個關於簡諧運動的重點,因為打得很慢,所以一次不會打太多,留待以後慢慢補上。

[Physics]多質點系統動力學

3 意見
今天來跟各位談談質點系統好了
基於和上次 有部分是相同的,一開始便放一些上次的東西
另外,肥某,某閔,像小弟我反映說看不懂積分符號,其實寫那個只是想讓對物理有興趣的人看的,把握關鍵性的觀念比較重要

這次先發觀念,下次在大概談些解題技巧,如果大家有不懂的問題,可以再討論區提出,小弟儘可能的幫大家解決。

對於多個質點來說,我們可以以類似力矩的手法求出質心的位置,下面先假設有n個質點,第n個質點的質量為Mn,具原點的距離為Xn。則質心位置可有以下的表示法。一般來說原點可以任意取,方便計算即可。
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上面是分布在一維空間的情況,我們可以用相同的手法推展到三維空間,甚至可以用向量來定義質心。此外一般的固體可以將其質量是為連續分布,而質點就是微小的質量素dm,累加起來便形成了以積分定義的方式。
而其中重要的觀念是下面這個式子,M是總質量,rc是質心位置,及各質點的質量與位置的乘積和等於總質量乘以質心位置。至於要如何應用來解題,就看r的向量要怎取,可以用直角坐標,或是單純就一個方向,如水平方向。(補充一點,質心位移也可以用這樣的表示法,將r都換成各自的位移即可)
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現在如果將上式,對時間微分的話,位置對時間微分叫速度,則質量與速度之乘積,就是動量,因此變成下式。這便是所謂的動量守恆,質心動量等於質點系統的總動量
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補充一點,如果將各自的速度,用向量分解的方式,寫成質心速度加質點對質心的相對速度,則可以得到下面的式子。
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如果比較4、5兩式,不難發現
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這告訴我們,質點系統中,各質點對質心的動量和為零,也就是"內動量"等於零。
因此,在解題時,有時將原點取在質心,可以大幅簡化問題

再來就像推導4式的方法,如果我們將3式對時間做兩次微分,可得到下式,這個式子的意義在於:質心的運動方式就好像我們將各質點所受的力全部搬到質心上
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值得注意的是,上式寫的是受力,那如果各質點也有交互作用力呢?一般而言,各質點的交互作用力稱做"內力",根據牛頓第三運動定律,可得到內力之合會等於零(詳細推導過程這裡就不列出),因此:質心的運動方式就好像我們將各質點所受的外力全部搬到質心上,善用此一技巧亦可,簡化問題。



[Physics]COM, Center of mass, not computer

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今天來跟各位談談質心,以及質點系統
質心,在英文中叫做center of mass,在本篇中簡寫作com

一般來說,如果是質量均勻分布的物體,我們可以說該物體的幾何中心便是質心的所在,因此在數學中幾何圖形的重心對平板物體就是所謂的質心,下面放了幾種尋找重心的方式,大家可以參考看看,其中梯形的重心是在兩三角形重心連線和兩底中點連線的交點。

再補充一個Pappus定理,這本來是拿來求體積用的定理,但反過來用的話我們可以由此訂裡得到重心。這裡講的是物哩,而不是要細究談他的數學,因此間單介紹一下。再下圖中,上面是原本用來求體積的做法,下面則是反過來利用它求出重心位置。


對於多個質點來說,我們可以以類似力矩的手法求出質心的位置,下面先假設有n個質點,第n個質點的質量為Mn,具圓點的距離為Xn。則質心位置可有以下的表示法。一般來說原點可以任意取,方便計算即可。

上面是分布在一維空間的情況,我們可以用相同的手法推展到三維空間,甚至可以用向量來定義質心。此外一般的固體可以將其質量是為連續分布,而質點就是微小的質量素dm,累加起來便形成了以積分定義的方式。
 

[Physics]其實斜拋不一定要這樣解-向量的應用

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這是小編以前做過的一題,今天講的主題,跟這題有關,大家可以再開始讀本篇文章前先試試看。




摁.....答案是  2-根號3  ,不知道你算對了沒


如果你是用飛行鉛直方向的位移比上水平方向的位移等於斜面的tan質,這個辦法去做的話...........恭喜你,數字應該會帶有非常多的根號,這時候就需要有堅強的計算能力,硬爆出答案來(好啦,我知道你數學很好,是小編太懶了^^)

至於小編是如何解的,就先賣個關子......(被巴

各位應該都學過等加速度的3個公式(V=V0+at...),但各位知不知道裡面哪些物理量是向量,在這裡幫大家茶好維基百科中對向量的說明......(被巴
"向量,指線性空間中需要大小和方向才能完整表示的物理量,通常繪畫成箭號,因以為名。位移、速度、加速度、力、力矩、動量、衝量等,都是向量,有別於純量。向量也常被稱為矢量。"~wiki
總而言之,在等加速度公式中, 位移、速度、加速度式向量,而時間則是純量。因此我們可將公式做以下的表示:

V平方的那個我就不寫出來了,那是因為向量平方後就變純量(自己對自己內積)
也因此我們在解平面運動時,有別於一般分解成X、Y方向的做法,我們可以直接在空間中畫出向量,再透過幾何的做法求出答案。就如下圖所示



V0t必與V0同向,S必與g同向。因為時間t是純量,且大於0
在裡用向量相加的三角型法,在配上角度關係,即可列出方程式
也因此看到這裡,你就知道怎麼做那一題了吧 ,下面,小編把解答貼上,雖然數學式寫得有點簡略,但相信思考一下,你就知道是怎麼推的



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