فرمول‌های فیزیک دوازدهم اهمیت بسیار زیادی برای دانش آموزان دارد. فیزیک دوازدهم برای رشته‌های ریاضی فیزیک و علوم تجربی تدریس می‌شود. فیزیک دوازدهم در رشته ریاضی فیزیک از شش فصل و در رشته علوم تجربی از چهار فصل تشکیل شده است. فیزیک دوازدهم رشته ریاضی فیزیک از شش فصل و رشته علوم تجربی از چهار فصل تشکیل شده است. مبحث‌های حرکت بر خط راست و دینامیک و حرکت دایره‌ای در فصل‌های فیزیک دوازدهم رشته ریاضی تدریس می‌شوند. این دو فصل، مشابه دو فصل اول فیزیک دوازدهم رشته تجربی هستند، اما با این تفاوت که حرکت دایره‌ای در رشته تجربی تدریس نمی‌شود. نوسان و موج و برهم‌کنش‌های امواج در فصل سوم و چهارم از فیزیک دوازدهم رشته ریاضی فیزیک تدریس می‌شوند. اما این دو فصل در فیزیک دوازدهم تجربی،به‌صورت خلاصه‌تر و در یک فصل تدریس می‌شوند. در ادامه به بررسی کامل و دقیق فرمول‌های فیزیک دوازدهم می‌پردازیم، پس تا انتها با ما همراه باشید.
فصل اول: حرکت شناسی
فصل اول فیزیک دوازدهم وضعیت آینده متحرک را پیشگویی می‌کند. به عبارت دقیق‌تر این فصل مکان، سرعت و شتاب متحرک در آینده را پیشگویی می‌کند و به ما نشان می‌دهد که یک متحرک پس از گذشت چند ثانیه به کجا می‌رسد، چه سرعتی می‌گیرد و در چه زمان و مکانی متوقف می‌شود. برای رسیدن به پیشگویی در رابطه با وضعیت یک متحرک، شما باید با انواع حرکت و قوانین و روابط حاکم بر آن‌ها آشنا شوید.
فرمول‌های فیزیک دوازدهم در فصل اول بسیار گسترده هستند که برخی از مهم‌ترین و آشنا‌ترین آن‌ها عبارتند از:
تندی متوسط
به‌طور‌کلی نسبت مسافت طی‌شده به مدت زمان صرف‌شده برای طی کردن آن را تندی متوسط می‌نامند. منظور از مسافت طی‌شده در این فرمول، کل مسیر طی‌شده توسط جسم است. مسافت نوعی کمیت نرده‌ای به شمار می‌آید و تنها اندازه دارد. در سمت دیگر جابه‌جایی، کوتاه‌ترین مسافت بین نقطه ابتدا و انتهای مسیر است. جابه‌جایی در گروه کمیت‌های برداری قرار می‌گیرد و تنها به نقاط ابتدا و انتهای مسیر وابسته است.
|
تندی متوسط |
Sav= مسافت/ زمان |
سرعت متوسط
سرعت متوسط از تقسیم جابه‌جایی بر مدت زمان لازم برای انجام جابه‌جایی به دست می‌آید. سرعت متوسط یکی از پایه‌ای‌ترین فرمول‌های فیزیک دوازدهم است که در بسیاری ازمسائل برای پیدا کردن جواب نهایی به آن نیاز دارید.
شتاب متوسط
منظور از شتاب متوسط، تغییر سرعت حرکت جسم در بازه زمانی بین t۱ تا t۲ است.
|
شتاب متوسط |
aav= تغییرات سرعت/ زمان |
|
سرعت متوسط |
Vav= جابه‌جایی/ زمان |
معادلات حرکت با سرعت ثابت
یکی از مهم‌ترین فرمول‌های فیزیک دوازدهم در فصل اول، معادلات حرکت با سرعت ثابت است که در برخی مواقع خاص رخ می‌دهند. در این شرایط ما حرکت بدون شتاب و روی یک خط مستقیم داریم و جسم به‌صورت مداوم با یک سرعت ثابت حرکت می‌کند. به عبارت دیگر سرعت جسم در طول حرکت تغییر نمی‌کند و در مدت زمان مشخصی، یک مقدار ثابت می‌ماند.
برای درک بهتر حرکت با سرعت ثابت، فرض کنید که یک دوچرخه سوار با سرعت ثابت در یک جاده مستقیم حرکت می‌کند. بدون شک تا زمانی که که دوچرخه سوار به فرمان دستگاه و ترمز دست نزند یا اینکه به دستگاه گاز ندهد، سرعت ثابت خواهد ماند. از معادلات حرکت با سرعت ثابت، می‌توانید زمانی استفاده کنید که مسائل از شما سرعت ثابت یک متحرک را می‌خواهند.
|
معادلات حرکت با سرعت ثابت |
x=vt+x0x = v t + x_0x=vt+x0 |
بیشتر بخوانید: ویدیو آموزشی خلاصه حرکت شناسی فیزیک
معادلات حرکت شتاب ثابت
حال که با معادلات سرعت ثابت آشنا شدیم، به سراغ معادلات شتاب ثابت می‌رویم. همانطور که از نام این نوع معادلات مشخص است، شتاب در آن‌ها هیچ تغییری نمی‌کند. هر‌گاه شتاب متحرکی در لحظه‌های مختلف یکسان باشد، حرکت جسم را حرکت با شتاب ثابت می‌نامیم. حرکت با شتاب ثابت نوع خاصی از حرکت است و در زندگی روزمره به فراوانی با آن‌ها سر‌و‌کار داریم.
|
معادلات حرکت شتاب ثابت |
v=v0+atv = v_0 + atv=v0+at x=x0+v0t+12at2x = x_0 + v_0 t + \frac{۱}{۲} a t^2x=x0+v0t+21at2 v2=v02+2a(x−x۰)v^۲ = v_0^2 + 2a(x – x_0)v2=v02+۲a(x−x0)
|
شتاب گرانشی
شتاب گرانشی همان شتابی است که به واسطه گرانش به اجسام مختلف وارد می‌شود. به عبارت دقیق‌تر نیرویی که موجب می‌شود تمام اجسام دارای جرم، وزن باشند، گرانش نام دارد. مقدار گرانشی که زمین بر جسم وارد می‌کند را وزن می‌نامند و برابر با حاصلضرب جرم جسم در شتاب جاذبه ناشی از گرانش است.
در مسائل شتاب گرانشی در نظر داشته باشید که مقدار شتاب گرانش در زمین ثابت و برابر با ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه است.
|
شتاب گرانشی |
g=9.8 m/s2g = 9.8 \, \text{m/s}^۲g=9.8m/s2
|
فصل دوم: دینامیک و قوانین نیوتن
در فصل دوم از فیزیک دوازدهم با قوانین حرکت نیوتن، برخی نیرو‌های خاص، تکانه و قانون دوم نیوتن، حرکت دایره‌ای یکنواختو نیروی گرانشی آشنا می‌شویم.
قانون اول نیوتن؛ اینرسی
اگر نیروی خالص وارد بر جسم صفر باشد، جسم در حالت سکون یا حرکت یکنواخت خود باقی می‌ماند. این فرضیه به‌عنوان اینرسی معرفی و شناخته می‌شود. این قانون در ابتدا توسط گالیله برای حرکت افقی روی زمین تنظیم شد و بعدا توسط رنه دکارت تعمیم یافت. پیش از گالیله تمام افراد گمان می‌کردند که همه حرکت‌های افقی به یک علت مستقیم احتیاج دارند، اما گالیله از آزمایش‌های خود نتیجه گرفت که جسم در حال حرکت به حرکت خود ادامه خواهد داد مگر اینکه نیرویی موجب سکون آن شود.
قانون اول نیوتن به بررسی وضعیت حرکت جسم در حالتی می‌پردازد که هیچ نیرویی به آن وارد نشود یا اینکه مجموع نیرو‌های وارد بر آن صفر شود. یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های این قانون این است که هنگام حرکت ماشین هر شخص از کمربندی ایمنی استفاده می‌کند. چرا‌که طبق قانون اول نیوتن و اینرسی‌ای که شخص هنگام حرکت اتومبیل دارد، با ترمز ناگهانی احتمال پرتاب شدن و آسیب به شخص وجود دارد و استفاده از کمربند برای محافظت ضروری است.
|
قانون اول نیوتن |
مجموع نیرو‌ها= صفر |
قانون دوم نیوتن؛ شتاب جسم
یکی‌دیگر از فرمول‌های فیزیک دوازدهم، قانون دوم نیوتن است. این قانون توصیف کمی تغییراتی است که نیرو می‌تواند بر روی حرکت جسم اعمال کند. قانون دوم نیوتن بیان می‌کند که سرعت زمان تغییر حرکت یک جسم از نظر اندازه و جهت با نیروی تحمیل‌شده برابر است.
قانون دوم نیوتن یکی از مهم‌ترین قوانین فیزیک است. مطابق با این قانون برای جسمی که جرم m آن ثابت است، به‌صورت F= ma نوشته می‌شود. در این قانون، نیرو وشتاب برداری هستند و اگر جسمی دارای یک نیروی خالص باشد که بر آن اعمال می‌شود، مطابق با معادله شتاب خواهد گرفت. در سمت دیگر اگر جسمی شتاب نگرفته باشد، هیچ نیرو خالصی به آن وارد نشود.
به‌طور‌کلی مطابق با قانون دوم نیوتن، هر‌چه نیروی وارد‌شده بر جسم بزرگ‌تر باشد، شتاب آن نیز بزرگ‌تر و هر‌چه جسم بزرگ‌تر باشد، شتاب آن کوچک‌تر خواهد بود.
|
قانون دوم نیوتن |
F=maF = maF=ma
|
قانون سوم نیوتن؛ کنش و واکنش
این قانون یکی‌دیگر از فرمول‌های فیزیک دوازدهم است که بیان می‌کند که در طبیعت هر نیرو یا عملی یک نیرو یا عکس العمل مساوی و درخلاف جهت دارد. این نیرو به‌عنوان کنش و واکنش معرفی و شناخته می‌شود و در تجزیه و تحلیل مشکلات تعادل ساکن، جایی که همه نیرو‌ها متعادل هستند، اهمیت بسیاری دارد. البته شما می‌توانید از قانون سوم نیوتن، برای اجسام در حرکت یکنواخت یا شتابدار نیز استفاده کنید.
قانون سوم نیوتن به توصیف نیرو‌هایی می‌پردازد که واقعی هستند. برای مثال کتابی که روی میز ساکن است، نیرویی رو به پایین برابر با وزن آن روی میز اعمال می‌کند. مطابق با قانون سوم نیوتن، میز نیرویی برابر و متضاد با کتاب اعمال می‌کند. دلیل اتفاق افتادن نیروی ذکر‌شده این است که وزن کتاب موجب تغییر شکل اندک در میز می‌شود. فراموش نکنید که نیرو‌های عمل و عکس العمل همواره به دو جسم وارد می‌شوند و نوع یکسانی دارند.
|
قانون سوم نیوتن |
|
بیشتر بخوانید: دانلود جزوه خلاصه حرکت شناسی فیزیک
نیروی اصطکاک
در اثر ساییده شدن دو جسم به یکدیگر، نیرویی به وجود می‌آید که در برابر سایش مقاومت می‌کند، این نیرو همان نیروی اصطکاک است. این نیرو موجب فشرده شدن دو جسم به همدیگر می‌شود. در سطوح نا‌صافی که فرو‌رفتگی‌ها و بر‌آمدگی‌های زیادی دارند، نیروی اصطکاک بسیار بالا است و در سطوح صاف این مقدار بسیار کم خواهد بود.
میزان نیروی اصطکاک به دو عامل جنس دو سطح و نیروی عمود بر سطح وابسته است. با زیاد شدن نیروی عمود بر سطح یا وزن، برآمدگی‌ها و فرو‌رفتگی‌های دو سطح در هم بیشتر فرو می‌روند و اصطکاک بسیار بیشتر خواهد شد.
|
Ff=μNF_f = \mu NFf=μN
|
نیروی اصطکاک |
فصل سوم؛ کار و انرژی
فصل سوم فیزیک دوازدهم، کار و انرژی نام دارد و برای درک آن بهتر است که تمام فرمول‌های این فصل از فرمول‌های فیزیک دوازدهم را بشناسید.
کار
اگر به جسمی نیرو وارد شود و آن جسم در جهت نیرو جابه‌جا شود، جسم مذکور کار انجام داده است.
|
𝑤 = 𝐹𝑑 |
کار |
اگر بین نیرو و جابه‌جایی زاویه وجود داشته باشد، فرمول بالا به‌صورت زیر بازنویسی می‌شود.
|
𝑤 = 𝐹𝑑 cos 𝜃 |
کار زمانی که میان نیرو و جابه‌جایی زاویه وجود دارد |
حال اگر جسم جابه‌جا نشود و بین نیرو و جابه‌جایی زاویه ۹۰ درجه باشد، کار صفر است. اگر در مسائل بر یک جسم چند نیرو وارد می‌شود، شما باید کار تک تک نیرو‌ها را محاسبه کنید و برآیند آن‌ها را به دست آورید. در‌نهایت کار نهایی را کار خالص می‌نامند.
انرژی جنبشی
منظور از انرژی جنبشی شکلی از انرژی بوده که به حرکت وابسته است. به‌طور‌کلی هر جسمی که حرکت می‌کند، انرژی جنبشی دارد.
|
انرژی جنبشی |
Ek=12mv2E_k = \frac{۱}{۲} mv^2Ek=۲۱mv2
|
انرژی پتانسیل گرانشی
منظور از انرژی پتانسیل، انرژی است که در اجسام ذخیره شده و می‌تواند تبدیل به انرژی جنبشی شود. حال انرژی که اجسام به دلیل ارتفاع خود می‌گیرند را انرژی پتانسیل گرانشی می‌نامند.
انرژی پتانسیل گرانشی جسمی به جرم m که در ارتفاع h از سطح زمین قرار دارد، برابر است با:
|
انرژی پتانسیل گرانشی |
𝑈 = 𝑚𝑔ℎ |
قانون پایستگی انرژی
انرژی نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود و فقط از شکلی به شکل دیگر انتقال می‌یابد. به عبارت دیگر در یک سامانه منزوی یا ایزوله، مجموع کل انرژی‌ها یک مقدار ثابت است.
|
قانون پایستگی انرژی |
Eکل=Ek+EpE_{\text{کل}} = E_k + E_pEکل=Ek+Ep
|
فصل ۴؛ موج‌ها
آخرین سری از فرمول‌های فیزیک دوازدهم، فرمول‌های موج است. امواج همه جا هستند، اما برای درک بهتر آن باید بدانید که به چه پدیده‌ای با چه ویژگی‌هایی موج می‌گویند. به هر آشفتگی در محیط که در فضا منتشر می‌شود و اغلب حامل انرژی است، موج می‌گویند. موج‌های مکانیکی تنها در محیط‌های مادی تولید می‌شوند و در سمت دیگر موج‌های الکترومغناطیسی، علاوه بر محیط‌های مادی از خلا نیز عبور می‌کنند.
سرعت موج
اگر مسائل فیزیک از شما می‌پرسند که موج با چه فاصله‌ای پیش می‌رود، باید سرعت موج را به دست آورید.
|
سرعت موج |
v=λfv = \lambda fv=λf
|
بیشتر بخوانید: بررسی راهکارهای افزایش درصد درس فیزیک
فرمول دوره موج
یکی‌دیگر از فرمول‌های فیزیک دوازدهم که احتمالا به فراوانی با آن مواجه شده‌اید، فرمول دوره موج است. این فرمول را در بسیاری از مسائل موج باید به کار بگیرید.
|
فرمول دوره موج |
T=1fT = \frac{1}{f}T=f1
|
انرژی موج
انرژی موج در‌حقیقت همان انرژی نهفته در میدان‌های عمود بر‌هم است. حال هر‌چه دامنه میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی بیشتر باشد، انرژی ذخیره‌شده در موج الکترومغناطیسی مرتبط با آن بیشتر است.
|
انرژی موج |
E∝A2E \propto A^2E∝A2 |
فیزیک ایدلخانی: آموزش جامع فیزیک به سبک متفاوت و کاربردی!
فرمول ضربان
اگر در مسائل باید ضربان موج را پیدا کنید، فرمول زیر برای همین امر در نظر گرفته شده است:
|
فرمول ضربان |
fضربان=∣f1−f2∣f_{\text{ضربان}} = |f_1 – f_2|fضربان=∣f1−f2∣
|
