Поперечное сечение (физика)
В физике поперечное сечение — это мера вероятности того, что конкретный процесс будет иметь место, когда какое-либо излучение возбуждения (например, пучок частиц, звуковая волна, свет или рентгеновское излучение) пересекает локализованное явление (например, частицу или колебания плотности). Например, сечение Резерфорда является мерой вероятности того, что альфа-частица будет отклонена на заданный угол во время столкновения с атомным ядром . Поперечное сечение обычно обозначается σ ( сигма ) и выражается в единицах площади, более конкретно в сараях. . В некотором смысле его можно рассматривать как размер объекта, в который должно попасть возбуждение, чтобы процесс произошел, но точнее, это параметр случайного процесса .
В классической физике эта вероятность часто сходится к детерминированной пропорции энергии возбуждения, участвующей в процессе, так что, например, при рассеянии света частицей поперечное сечение определяет количество оптической мощности, рассеиваемой светом данной освещенности. (мощность на площадь). Важно отметить, что хотя поперечное сечение имеет те же единицы измерения, что и площадь, поперечное сечение не обязательно может соответствовать фактическому физическому размеру цели, заданному другими формами измерения. Нередко фактическая площадь поперечного сечения рассеивающего объекта намного больше или меньше, чем поперечное сечение какого-либо физического процесса. Например, плазмонные наночастицы могут иметь сечения рассеяния света для определенных частот, которые намного превышают их фактические площади поперечного сечения.
Когда две дискретные частицы взаимодействуют в классической физике, их взаимное сечение — это площадь, поперечная их относительному движению, внутри которой они должны встретиться, чтобы разлететься друг от друга. Если частицы представляют собой твердые неупругие сферы, которые взаимодействуют только при контакте, их сечение рассеяния связано с их геометрическими размерами. Если частицы взаимодействуют посредством некоторой силы, действующей на расстоянии, такой как электромагнетизм или гравитация , их сечение рассеяния обычно больше, чем их геометрический размер.
Когда поперечное сечение задается как дифференциальный предел функции некоторой переменной конечного состояния, такой как угол или энергия частицы, оно называется дифференциальным поперечным сечением (см. Подробное обсуждение ниже). Когда сечение интегрировано по всем углам рассеяния (и, возможно, другим переменным), оно называется полным сечением или интегрированным полным сечением . Например, в рассеянии Рэлея , интенсивность, рассеянная под прямым и обратным углами, больше, чем интенсивность, рассеянная вбок, поэтому прямое дифференциальное сечение рассеяния больше, чем перпендикулярное дифференциальное сечение, и путем сложения всех бесконечно малых сечений по всему диапазону углов с интегрального исчисления можно найти полное сечение.
Сечения рассеяния могут быть определены в ядерной , атомной физике и физике частиц для столкновений ускоренных пучков частиц одного типа с мишенями (неподвижными или движущимися) частиц второго типа. Вероятность возникновения любой данной реакции пропорциональна ее поперечному сечению. Таким образом, указание сечения данной реакции является косвенным показателем вероятности того, что данный процесс рассеяния произойдет.
Измеренная скорость реакции данного процесса сильно зависит от экспериментальных переменных, таких как плотность материала мишени, интенсивность луча, эффективность обнаружения устройства или установка угла устройства обнаружения. Однако эти величины можно учесть, что позволяет измерить лежащее в основе двухчастичное сечение столкновения.
Рис. 1. В газе частиц индивидуального диаметра 2 r сечение столкновения σ связано с плотностью числа частиц n и длиной свободного пробега между столкновениями λ .
Обозначение сечений
Положение секущей плоскости указывают на чертеже линией сечения.
Ось симметрии наложенного или вынесенного сечения указывают штрихпунктирной тонкой линией без обозначения буквами и стрелками и линию сечения не проводят (рис. 5.3, а, б; 5.4, б). Во всех остальных случаях для линии сечения применяют разомкнутую линию (см. рис. 5.2, в; 5.4, а, в).
Рис. 5.4. Обозначение сечений
Разомкнутую линию проводят в виде отдельных штрихов, не пересекающих контур соответствующего изображения. Толщина штрихов разомкнутой линии берется в пределах от s до 1½s, а длина их от 8 до 20 мм. На начальном и конечном штрихах перпендикулярно им, на расстоянии 2–3 мм от конца штриха, ставят стрелки, указывающие направление взгляда. Форма, соотношение размеров этих стрелок и взаимное расположение стрелок и разомкнутой линии показаны на рис. 5.5.
Рис. 5.5. Размеры и расположение стрелок и разомкнутой линии
У начала и конца линии сечения ставят одну и ту же прописную букву русского алфавита. При этом выбирают последовательно начальные буквы алфавита (А, Б, В, Г, Д и т.д.). Буквы наносят около стрелок, указывающих направление взгляда (см. рис. 5.4, а, б) с внешней стороны. Над сечением делается надпись по типу А – А, т.е. двумя одинаковыми буквами, через тире.
Если сечение находится в разрыве между частями одного и того же вида, то при симметричной фигуре линию сечения не проводят (см. рис. 5.3, г).
Для несимметричных сечений, расположенных в разрыве (рис. 5.4, д) или наложенных (рис. 5.4, е), линию сечения проводят со стрелками, но буквами не обозначают.
Сечение можно располагать с поворотом. Тогда к надписи должно быть добавлено условное графическое обозначение, располагаемое в строчку, с обозначением сечения (см. рис. 5.4, в).
Некоторые правила построения сечений. На чертеже одной детали может быть столько различных сечений, сколько нужно для полного выявления ее формы.
Для нескольких одинаковых сечений, относящихся к одному и тому же предмету, следует линии сечения обозначать одной и той же буквой и вычерчивать одно сечение (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Обозначение одинаковых сечений
Секущие плоскости следует выбирать так, чтобы получались нормальные поперечные сечения (см. рис. 5.4, в, г). В этом случае сечение может получиться состоящим из двух частей с разрывом (см. рис. 5.4, г).
Иногда при выполнении сечения секущая плоскость проходит через ось поверхности вращения, которая ограничивает отверстие или углубление, например через конусообразное углубление или цилиндрические сквозные отверстия (рис. 5.7). В этом случае на фигуре сечения контур отверстия или углубления показывают полностью. Однако нужно заметить, что это относится к изображениям отверстий и углублений цилиндрической, конической и шарообразной формы и не распространяется на изображение в сечении шпоночной канавки.
Рис. 5.7. Примеры сечений, когда контур отверстия или углубления показывается полностью
Если секущая плоскость проходит через некруглое отверстие и сечение получается состоящим из отдельных самостоятельных частей, то следует применять разрезы.
Сечение обычно выполняют в том же масштабе, что и вид, к которому оно относится. Тогда отверстия, углубления и другие элементы, находящиеся на фигуре сечения, будут тех же размеров, что и на видах чертежа (см. рис. 5.2 и 5.3) .
Сечение должно по построению и расположению соответствовать направлению, указанному стрелками. Выбирать направление проецирования для несимметричных сечений рекомендуется исходя из следующего. Если линия сечения расположена вертикально, сечение обычно совмещается с плоскостью чертежа вращением слева направо (см. рис. 5.2, в; 5.3, в; 5.6; 5.7); если же линия сечения проходит горизонтально, то вращением «на себя» (см. рис. 5.4, а).
Невыполнение этих условий приводит к ошибкам, показанным на рис. 5.8. Ошибка на сечении, под которым сделана надпись Неправильно, заключается в следующем: не выдержан масштаб; канавка на сечении изображена слева, что не соответствует выбранному направлению проецирования (она должна быть расположена справа, так как находится на детали спереди); над сечением отсутствует надпись А – А.
Рис. 5.8. Типичные ошибки при вычерчивании сечений
На сечениях наносят необходимые размеры, например ширину и глубину шпоночной канавки, диаметр и глубину углублений и др.
Чтение чертежей с сечениями
Рассмотрим чертеж с сечениями, представленный на рис. 5.9.
Рис. 5.9. Чертеж, содержащий сечения
На чертеже выполнен один вид детали. Однако несмотря на наличие лишь одного вида, форма детали и ее отдельных элементов может быть легко установлена. Рассматривая главный вид детали слева направо, можно установить, что первая, вторая и третья ее ступени имеют цилиндрическую форму, а последняя – форму правильной четырехугольной призмы. Установить это помогают четыре сечения, данные на чертеже.
Надпись над сечением А–А показывает, что оно относится к первому цилиндрическому элементу детали, который имеет канавку прямоугольной формы и коническое углубление. Ширина и глубина канавки и углубления видны на сечении. Канавка прорезана только на видимой по чертежу стороне детали. Это мы определяем по ее отсутствию на левой части круга, изображающего сечение.
Сечение Б – Б содержит прямоугольный вырез с левой стороны, который показывает форму, ширину и глубину шпоночной канавки. Канавка изображена с левой стороны, так как на детали она находится сзади, о чем можно судить и по тому, что она показана штриховой линией на главном виде.
Часть детали, имеющая наибольший диаметр, содержит три цилиндрических отверстия, расположенных под углом 120°. Глубина, диаметр и направление осей отверстий определяются по сечению В – В. Важно заметить, что контур сечения в месте пересечения с этими отверстиями не прерван, так как они имеют цилиндрическую форму. В центре сечения В – В показано цилиндрическое отверстие, идущее вдоль оси детали.
Сечение квадратной формы не имеет надписи. На месте линии сечения проведена тонкая штрихпунктирная линия без стрелок и букв. Отсутствие стрелок, букв и надписи над квадратным сечением объясняется тем, что сечение симметричное и его ось симметрии совпадает с линией сечения.
В центре этого сечения изображен незаштрихованный круг, показывающий цилиндрическое отверстие вдоль оси детали. Сечение заштриховано под углом 30°, а не 45, иначе линии штриховки совпали бы с контуром сечения, что не рекомендуется.
Поперечное сечение
Поперечным сечением называется фигура, образованная пересечением продолговатого тела с воображаемой плоскостью, расположенных перпендикулярно друг другу, т.е. когда тело рассекается строго поперек его длины.
Сечение может иметь простую или сложную форму, а также быть составным.
Площадь и размеры (длина и ширина) поперечного сечения равны соответствующим размерам этой фигуры.
Площадь поперечного сечения
В общем случае, площадь поперечного сечения имеющая сложную или составную форму определяется как сумма (иногда с вычитанием) составляющих ее простых фигур, таких как прямоугольник, треугольник и круг.
Пример:
Рассчитать площадь поперечного сечения сложной формы с квадратным отверстием и закруглением.
Для расчета общей площади, сложное сечение раскладывается на простые фигуры:
Прямоугольник — 1, треугольник — 2, полукруг — 3 и прямоугольник — 4, площади которых определяются просто.
В итоге площадь всего поперечного сечения будет получена сложением первых трех фигур с вычитанием фигуры номер 4:
Площадь поперечного сечения обозначается латинскими буквами S или A, и измеряется в квадратных единицах длины, например: м 2 , см 2 или мм 2 .
Площадь составного сечения
Составными называют сечения, которые состоят из двух, трех и более отдельных фигур, не являющихся одним целым.
Это может быть, например сечение балки, состоящее например из швеллера и двух уголков.
Эти сечения сами по себе тоже являются сложными.
Площади поперечного сечения для таких стандартных профилей можно найти в специальном справочнике — сортаменте.
В результате сложив все составляющие профили, получим площадь всего сечения.
Таким образом, расчет площади составного сечения производится аналогично предыдущему порядку, только без вычитаний.
Длина поперечного сечения
Длиной поперечного сечения называют полную (габаритную) длину фигуры как расстояние по горизонтали между двумя её наиболее удаленными точками.
Длина поперечного сечения обозначается латинской буквой L или l и измеряется стандартно в миллиметрах или сантиметрах.
Ширина сечения определяется аналогично, но обозначается буквой H или h.
При решении задач, длину, ширину и площади поперечного сечения рекомендуется переводить соответственно в метры и м 2 .
Различают два основных вида расчета площади сечений:
- Геометрический — когда требуется найти площадь сечения тела по известным размерам;
- Прочностной — расчет площади поперечного сечения бруса проводится по условию прочности.
Какой буквой обозначается сечение проволоки (в физике)?
и еще один вопрос.
Может ли напряжение 24 В быть опасным для человека? Почему.
Лучший ответ
1. В физике НЕТ (и не может быть — их слишком много) определённых букв для величин. Какой хотите, такой и обозначайте, хоть «Ъ» 🙂
2. Вообще говоря величины размерности площади предпочтительно (но не обязательно) обозначать буквами S, a.
PS. Генрих Герц (как истый немец) вывел уравнения Максвелла в ГОТИЧЕСКИХ буквах 🙂
Остальные ответы
Похожие вопросы