рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела.

Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела. - раздел Философия, ФИЗИКА Инертность Тел. Масса. Импульс. Взаимодействие Тел. Сила. Законы Ньютона. ...

Инертность тел. Масса. Импульс. Взаимодействие тел. Сила. Законы Ньютона. Виды сил в механике. Силы тяготения. Реакция опоры и вес. Сила упругости. Сила трения. Деформация упругих твердых тел. Основные виды деформации. Одноосное растяжение и сжатие. Деформация сдвига, кручения и изгиба. Упругие деформации. Законы Гука. Модуль Юнга и модуль сдвига. Пластическая деформация твердых тел. Предел прочности.

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Силы инерции при поступательном и вращательном движении. Принцип эквивалентности сил инерции и силы тяжести (инертной и гравитационной масс).

 

Инертность.

 

Жизненный опыт свидетельствует, что одно и то же воздействие вызывает различное изменение в параметрах движения различных тел. Так, порыв ветра подхватывает и сильно ускоряет воздушный шарик, немного разгоняет футбольный мяч и практически не вызывает никаких видимых изменений в поведении камня – притом, что указанные три предмета имеют одинаковые размеры и форму. Экспериментально доказано, что отличительный признак, определяющий различие в изменении скорости – это масса: чем она больше, чем изменение скорости меньше при одном и том же внешнем воздействии. То есть величина одинакова для всех тел, подвергшихся одинаковым по интенсивности и продолжительности воздействиям. Склонность тела сохранять параметры своего движения называется инертность. Таким образом, масса есть мера инертности тела.

В системе СИ масса измеряется в килограммах (кг). Один килограмм – это масса эталона, хранящегося в Палате мер и весов в Севре (Франция), одна двенадцатая от суммарной массы 6,022·1026 атомов изотопа углерода‑12 или масса 1·10‑3 м3 воды при температуре +40C.

Произведение массы тела на его скорость именуется импульсом тела: . В системе СИ импульс измеряется в кг·м/с.

Следует отметить, что сказанное про массу и изменение скорости верно не во всех системах, а только в тех, где при отсутствии внешних воздействий скорость движения тел не меняется. Такие системы отсчета, в которых не меняются вектора скорости всех тел, которые не испытывают внешних воздействий (или внешние воздействия скомпенсированы) называются инерциальными. Понятие инерции введено Галилео Галилеем в 1632 году.

 

Законы Ньютона

 

Исаак Ньютон постулировал, что существуют инерциальные системы отсчёта. Это утверждение называют первым законом Ньютона. Этот закон не даёт указаний, сколько таких систем, как их искать, но заявляет сам факт их существования.

Внешнее воздействие на любое тело, о котором говорилось выше, следует как-то измерять. Величина, именуемая силой, вводится в качестве меры интенсивности воздействия. Второй закон Ньютона гласит, что величина силы, действующей на тело, равна быстроте изменения импульса этого тела: . Если записать это выражение как и назвать величину импульсом силы, то формулировка второго закона Ньютона будет: импульс силы, действующей на тело, равен изменению импульса тела.

На одно и то же тело может одновременно оказываться несколько воздействий. В этом случае принцип суперпозиции гласит, что силы складываются как вектора (рис. 1.3.1).

 
 
 
Рисунок 1.3.1. Сложение сил.

Опыт показывает, что во всех случаях воздействие на какое-либо тело оказывает другое тело (или несколько тел), и это другое тело также подвергается воздействию со стороны первого тела. То есть любое воздействие является взаимодействием. Третий закон Ньютона гласит, что силы, с которыми воздействуют друг на друга взаимодействующие тела равны по величине и противоположны по направлению.

 
 
Рисунок 1.3.2. Третий закон Ньютона.

 

Виды сил в механике

Сила тяготения

 

Закон всемирного тяготения гласит, что любые тела (материальные точки) притягиваются с силой, направленной вдоль линии, их соединяющей, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними (рис. 1.3.3):

 

m1
m2
 
Рисунок 1.3.3. К закону всемирного тяготения.
 

Можно доказать, что эта же формула верна не только для материальных точек, но и для любых сферически симметричных тел (сфер, шаров, сферических слоёв).

Как видно из формулы, тело с массой m2 характеризуется только самой величиной массы, а всё остальное относится только к телу с массой m1 и пространственному расположению тел. Можно считать, что это всё остальное характеризует поле, предающее воздействие от тела с массой m1 на тело с массой m2. Эта характеристика поля называется напряженностью :

;

По второму закону Ньютона любая сила, действующая на тело массой m2: , следовательно – напряженность гравитационного поля равна ускорению, с которым будет двигаться тело массой m2 по направлению к телу массой m1, при условии, что других сил нет. Это ускорение называется ускорением свободного падения.

Заметим, что масса как мера инерции, входящая в уравнение для второго закона Ньютона, в точности равна массе как мере гравитации, входящей в закон всемирного тяготения. Это утверждение носит название принципа эквивалентности инертной и гравитационной масс и подтверждено с высокой точностью многочисленными экспериментами.

 

Сила тяжести

 

В тех задачах, где изменение расстояния между центрами гравитационно взаимодействующих тел намного меньше самого расстояния, величину изменения обычно можно считать несущественной и принимать для всех точек пространства, описываемых в задаче. Поэтому просто записывают, что сила тяжести

 

Реакция опоры и вес

 

Если тело находится под действием силы тяжести (силы тяготения), но не падает с ускорением , следовательно, на него действуют и иные силы. Как правило, это сила нормальной реакции опоры , которая всегда перпендикулярна поверхности взаимодействия тел, или сила натяжения подвеса (рис. 1.3.4). Видно, что (рис. 1.3.4 б) и (рис. 1.3.4 г) не всегда направлены вдоль одной прямой с и не всегда равны ей по модулю.

Вес тела – это сила, с которой тело давит на опору или натягивает подвес. Следовательно, вес приложен к опоре или подвесу, равен по модулю и противоположен по направлению силе нормальной реакции опоры ( ).

в
 
 
 
 
а
б
 
 
 
 
г
Рисунок 1.3.5. Направления сил тяжести , веса тела , нормальной реакции опоры (а, б) и натяжения подвеса (в, г).
 
 
 
 

 

 

Сила трения

 

Под названием сила трения понимают несколько различных по природе и по способу расчёта сил. Выделяют два типа сил трения: сухого и вязкого. Сил сухого трения – три вида.

Во-первых, это сила трения покоя, которая возникает, когда вдоль границы раздела двух тел, неподвижных друг относительно друга (рис. 1.3.6). При этом и скорость, и ускорение равны нулю, поэтому , где – все прочие силы. Когда сила сухого трения скольжения достигает максимально возможной (предельной) величины, то тела начинают двигаться друг относительно друга. Эта предельная величина рассчитывается по формуле

,

где – коэффициент трения покоя, зависящий только от природы контактирующих веществ, качества поверхностей и от температуры.

 
 
 
 
Рисунок 1.3.6. Сила сухого трения.

Во-вторых, это сила сухого трения скольжения. Схема, поясняющая её направление, совпадает со схемой на рис.1.3.6. Величина этой силы рассчитывается по формуле: , где коэффициент трения зависит только от природы контактирующих веществ, качества поверхностей и от температуры. Вообще говоря, обычно , однако в большинстве задач эти коэффициенты считаются равными.

В-третьих, это сила трения качения (рис. 1.3.7). Видно, что перемещению катящегося тела мешает образование углубления под ним и «горки» перед ним. Величина силы трения качения рассчитывается по формуле: , где коэффициент трения зависит только от природы контактирующих веществ, качества поверхностей и от температуры. Обычно .

Рисунок 1.3.7. Причина появления силы трения качения

Природа всех видов сил сухого трения сходная: во-первых, прижатые (например, под действием силы тяжести) тела деформируют свои поверхности и меньшее тело оказывается в некотором углублении (рис. 1.3.8а), во вторых, контактирующие поверхности имеют шероховатости, мешающие взаимному перемещению (рис. 1.3.8б), в третьих, в зонах контакта могут возникать межатомные связи, которые должны рваться при перемещении:

Рисунок 1.3.8. Причины появления сил трения на контактирующих поверхностях: деформация тел (а), шероховатость поверхностей (б).
а
б

 

Сила упругости и деформация твердых тел

 

Когда на любое реальное тело оказывается внешнее воздействие, изменяется внутреннее строение этого тела. Для твердого тела характерна некоторая (большая или меньшая в зависимости от условий) направленность связей между соседними атомами. Поэтому, когда небольшие внешние воздействия несильно изменяют направление этих межатомных связей, в теле возникает сила, старающаяся сохранить “status quo” в направлениях связей – сила упругости. Величина этой силы (рис. 1.3.9) подчиняется закону Гука:

,

где – перемещение конца стержня, то есть удлинение стержня, k – жёсткость стержня.

 
 
Рисунок 1.3.8. Возникновение силы упругости: тёмным цветом обозначено исходное, светлым – растянутое состояние стержня

 

Опыты показали, что для стержня жесткость k зависит как от геометрических размеров: начальной длины l0 и начальной площади поперечного сечения S0, так и от модуля упругости материала E (он же модуль Гука, он же модуль эластичности).

 

Этот модуль не зависит от геометрических размеров и формы объекта и определяется составом и строением материала. С ростом температуры модуль упругости E уменьшается, причём практически для всех материалов от 0 К до температуры плавления он уменьшается примерно в 2 раза.

Сила упругости: .

Величина называется механическим растягивающим напряжением, измеряется в Паскалях (Па), . Величина называется относительной деформацией, измеряется в долях или процентах.

Упругая деформация после снятия внешней нагрузки полностью снимается. Однако, если внешняя нагрузка достаточно велика, то, во-первых, перестаёт выполняться закон Гука – связь между механическим напряжением и относительной деформацией перестаёт быть линейной, а во-вторых, после снятия внешней нагрузки не вся деформация снимается – часть деформации остаётся. Эта остаточная деформация называется пластической (рис.1.3.9). Когда же прикладываемое напряжение становится равным временному сопротивлению разрыву, происходит так называемое нарушение однородности деформации – в каком-то месте образца образуется сужение (шейка) и при дальнейшем увеличении деформации образец разрушается.

Рисунок 1.3.9. Диаграмма растяжения (схема): σупр – предел упругости, σв – предел прочности (временное сопротивление разрыву), εост – остаточная пластическая деформация.
εост

 

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

 

Первый закон Ньютона утверждает, что существуют инерциальные системы отсчёта. Предположим, что нам известна одна инерциальная система отсчёта (нештрихованная – рис. 1.3.10).

x
y
z
O
x’
y’
z’
O’
 
A
 
 
Рисунок 1.3.10. Переход из инерциальной системы отсчёта в другую
 
 

Как видно из рисунка 1.2.10: . Поскольку это равенство выполняется всегда, то и производные по времени от обеих частей тоже равны: , – или, что то же самое: .Аналогично, взяв производную от скорости по времени, получаем: .

Предположим, что в инерциальной системе отсчёта на тело A не действуют другие тела. Тогда это тело движется в нештрихованной системе отсчёта равномерно и прямолинейно и . Если штрихованная система отсчёта также является инерциальной, то и , а следовательно и . То есть, система отсчёта, движущаяся относительно инерциальной поступательно без ускорения (иными словами, равномерно и прямолинейно) сама является инерциальной.

 

Принцип относительности Галилея и преобразования Галилея

 

Если у нас обе системы инерциальные (то есть ) и тело A движется с ускорением , то – ускорение инвариантно по отношению к переходу из одной инерциальной системы отсчёта в другую. Ускорения появляются при наличии силы, действующей на тело A: . То есть, при переходе из одной инерциальной системы отсчёта в другую силы, действующие на тела, не меняются. А следовательно, выполняется принцип относительности Галилея: все механические явления в различных инерциальных системах отсчёта протекают одинаковым образом, вследствие чего никакими механическими опытами невозможно установить, покоится ли данная система отсчёта или движется равномерно и прямолинейно. Поскольку , то – преобразование Галилея.

 

Силы инерции при поступательном и вращательном движении

 

Если нештрихованная система инерциальная, а штрихованная - енинерциальная (то есть ) и тело A в инерциальной системе движется с ускорением , то . Умножим все части уравнения на массу тела A: . Поскольку , то . Д’Аламбер предложил ввести понятие фиктивной силы инерции . Отличие силы инерции от реальных сил в том, что нет никакого тела , которое действует на изучаемое тело и, следовательно, в отношении силы инерции нельзя говорить о выполнимости третьего закона Ньютона. Однако понятие силы инерции очень удобно, поскольку для расчёта ускорения в неинерциальной системе отсчёта можно пользоваться формулой , понимая под сумму реальных сил и силы инерции.

При поступательном движении неинерциальной системы отсчёта относительно инерциальной системы ускорение одинаково для всех точек пространства. Если же неинерциальная система вращается, то это не так. Рассмотрим случай, когда оси z и z’ совпадают и штрихованная система вращается относительно инерциальной нештрихованной с постоянной угловой скоростью (рис. 1.3.11). Пусть тело массой m находится в точке A, неподвижной во вращающейся (штрихованной) системе отсчёта. В этом случае радиус-вектор точки A , где R – расстояние от начала координат до точки А. При этом орт координаты x’ , а орт координаты y’ .

x'
 
 
 
 
 
x
y
y'
A
Рисунок 1.3.11. Инерциальная и неинерциальная вращающаяся системы отсчёта.

Заметим, что , а Скорость точки А: , а ускорение

. Следовательно, в инерциальной системе на это тело действует сила , направленная к центру вращения. Поскольку тело A в неинерциальной системе отсчёта неподвижно, то и . Отсюда и направлена от центра вращения. Такая сила инерции называется центробежной .

Рассмотрим случай, когда тело A движется от центра вращения вдоль оси x’ с постоянной скоростью v’. Тогда , , а . Следовательно, в инерциальной системе на это тело действует сила . Поскольку тело A в неинерциальной системе отсчёта движется равномерно и прямолинейно, то и .

Отсюда . Значит, кроме центробежной силы на тело, движущееся в неинерциальной системе отсчёта равномерно и прямолинейно действует ещё одна сила инерции – сила Кориолиса: , которая направлена перпендикулярно направлению движения (рис. 1.3.12). Полная сила инерции в этом случае .

x'
 
 
 
 
 
x
y
y'
A
Рисунок 1.3.11. Центробежная сила и сила Кориолиса.
 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ФИЗИКА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ... ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ... Оренбургский государственный институт менеджмента...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Физические основы нерелятивистской механики
  Механика изучает механическое движение. Механическим движением называется изменение положения тел или частей тел относительно других тел или частей тел.

Кинематика материальной точки. Кинематика твердого тела.
  Способы задания движения материальной точки в кинематике. Основные кинематические параметры: траектория, путь, перемещение, скорость, нормальное, тангенциальное и полное ускорени

Динамика вращательного движения
  Основное уравнение динамики вращательного движения абсолютно твердого тела. Момент силы. Момент импульса относительно точки и оси. Момент инерции твердого тела относительно главн

Законы сохранения и изменения импульса и момента импульса в механике.
  Системы тел.   Любой набор тел именуется системой тел. Если на тела, входящие в систему, не действуют другие тела, не входящие

Работа и мощность в механике.
  Работа и мощность силы и момента сил.   ; ; ; ; ;     Механическая работа и потенциальная энер

Энергетика ЛГО
  Движение в любой потенциальной яме есть колебательное движение (рис. 2.1.1).     Рисунок 2.1.1. Колебательное движение в потенциальной яме

Пружинный маятник
  Закон сохранения и превращения энергии колебаний пружинного маятника (рис. 2.1.2): ЕРmax = ЕР + EK =

Физический маятник
  Закон сохранения и превращения энергии колебаний физического маятника (рис. 2.1.3):     Рис. 2.1.3. Физический маятник: О – точка

Физический маятник
  Уравнение основного закона динамики вращательного движения абсолютно твердого тела: .(2.1.33) Так как для физического маятника (рис. 2.1.6) , то .

Пружинный и физический (математический) маятники
  Для произвольных колебательных систем дифференциальное уравнение собственных колебаний имеет вид: .(2.1.43) Зависимость смещения от времени (рис. 2.1.7)

Сложение колебаний
Сложение колебаний одинакового направления Рассмотрим сложение двух гармонических колебаний и одинаковой частоты. Смещение х колеблю­щегося тела будет суммой смещений xl

Режимы затухания
  β < ω0 – квазипериодический колебательный режим (рис. 2.2.2).   Рис. 2.2.2. График затухающих колебаний  

Параметры затухающих колебаний
коэффициент затухания b Если за некоторое время te амплитуда колебаний уменьшается в e раз , то . тогда , а, след

Пружинный маятник
  В соответствии со вторым законом Ньютона: , , (2.2.17) где (2.2.18) – внешняя периодическая сила, действующая на пружинный маятник.

Процесс установления вынужденных незатухающих колебаний
  Процесс установления вынужденных незатухающих колебаний можно представить как процесс сложения двух колебаний: 1. затухающих колебаний (рис. 2.2.8); ; &nb

Основы специальной теории относительности.
  Основы специальной теории относительности.   Преобразования координат и времени (1) При t = t’ = 0 начала координат обеих систем совпадают: x0

Электрические заряды. Способы получения зарядов. Закон сохранения электрического заряда
В природе имеется два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными. Исторически положительными принято называть заря

Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Применение закона Кулона для расчета сил взаимодействия протяженных заряженных тел.
Закон взаимодействия электрических зарядов был установлен в 1785 г. Шарлем Кулоном (Coulomb Sh., 1736-1806). Кулон измерял силу взаимодействия двух небольших заряженных шариков в зависимости от вел

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.
Взаимодействие электрических зарядов осуществляется через особый вид материи, порождаемой заряженными частицами - электрическое поле. Электрические заряды изменяют свойства

Основные уравнения электростатики в вакууме. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса
По определению потоком векторного поля через площадку называется величина (рис.2.1)   Рис.2.1. К определению потока вектора .  

Применение теоремы Гаусса для расчета электрических полей.
В ряде случаев теорема Гаусса позволяет найти напряженность электрического поля протяженных заряженных тел, не прибегая к вычислению громоздких интегралов. Обычно это относится к телам, чья геометр

Работа сил поля по перемещению заряда. Потенциал и разность потенциалов электрического поля.
Как следует из закона Кулона, сила, действующая на точечный заряд q в электрическом поле, созданном другими зарядами, является центральной. Напомним, что центральн

Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля. Градиент потенциала. Теорема о циркуляции электрического поля.
Напряженность и потенциал – это две характеристики одного и того же объекта – электрического поля, поэтому между ними должна существовать функциональная связь. Действительно, работа с

Потенциалы простейших электрических полей.
Из соотношения , определяющего связь между напряженностью и потенциалом электрического поля, следует формула для вычисления потенциала поля:   где интегрирование производится

Поляризация диэлектриков. Свободные и связанные заряды. Основные виды поляризации диэлектриков.
Явление возникновения электрических зарядов на поверхности диэлектриков в электрическом поле называется поляризацией. Возникающие при этом заряды – поляриз

Вектор поляризации и вектор электрической индукции.
Для количественной характеристики поляризации диэлектриков вводят понятие вектора поляризации как полного (суммарного) дипольного момента всех молекул в единице объема диэле

Напряженность электрического поля в диэлектрике.
В соответствии с принципом суперпозиции электрическое поле в диэлектрике векторно складывается из внешнего поля и поля поляризационных зарядов (рис.3.11). или по абсолютной величине

Граничные условия для электрического поля.
При переходе через границу раздела двух диэлектриков с различными диэлектрическими проницаемостями ε1 и ε2 (рис.3.12) необходимо учитывать граничные ус

Электроемкость проводников. Конденсаторы.
Заряд q, сообщенный уединенному проводнику создает вокруг него электрическое поле, напряженность которого пропорциональна величине заряда. Потенциал поля φ, в свою очередь, связа

Вычисление емкости простых конденсаторов.
Согласно определению, емкость конденсатора: , где (интеграл берется вдоль силовой линии поля между обкладками конденсатора). Следовательно, общая формула для вычисления е

Энергия системы неподвижных точечных зарядов.
Как мы уже знаем, силы с которыми взаимодействуют заряженные тела, являются потенциальными. Следовательно, система заряженных тел обладает потенциальной энергией. Когда заряды удалены

Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током.
Всякое упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Носителями заряда в проводящих средах могут быть электроны, ионы, «дырки» и даже макроскопически

Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников.
Между падением потенциала - напряжением U и силой тока в проводнике I существует функциональная зависимость , называемая вольтампернойхарактеристикой данного п

Сторонние силы. ЭДС источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.
Для протекания электрического тока в проводнике необходимо, чтобы на его концах поддерживалась разность потенциалов. Очевидно, для этой цели не может быть использован заряженный конденсатор. Действ

Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
Электрическая цепь, содержащая в себе узлы, называется разветвленной. Узел – место в цепи, где сходятся три или более проводников (рис.5.14).

Соединение сопротивлений.
Соединение сопротивлений бывает последовательным, параллельным и смешанным. 1) Последовательное соединение. При последовательном соединении ток, текущий через все со

КПД источника тока.
Перемещая электрические заряды по замкнутой цепи, источник тока совершает работу. Различаютполезную и полную работу источника тока.

Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.
Известно, что постоянный магнит оказывает действие на проводник с током (например, рамку с током); известно также обратное явление – проводник с током оказывает действие на постоянный магнит (напри

Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей.
Движущиеся электрические заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства – создают в нем магнитное поле. Это поле проявляется в том, что на помещенные в нем пров

Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент тока.
Мо многих случаях приходится иметь дело с замкнутыми токами, размеры которых малы по сравнению с расстоянием от них до точки наблюдения. Такие токи будем называть элементарным

Магнитное поле на оси кругового витка с током.
Согласно закону Био-Савара-Лапласа, индукция магнитного поля, создаваемого элементом тока dl на расстоянии r от него есть , где α – угол между элементом тока и радиус-

Момент сил, действующих на контур с током в магнитном поле.
Поместим в однородное магнитное поле с индукцией плоский прямоугольный контур (рамку) с током (рис.9.2).  

Энергия контура с током в магнитном поле.
Контур с током, помещенный в магнитное поле, обладает запасом энергии. Действительно, чтобы повернуть контур с током на некоторый угол в направлении, обратном направлению его поворота в магнитном п

Контур с током в неоднородном магнитном поле.
Если контур с током находится в неоднородном магнитном поле (рис.9.4), то на него, помимо вращающего момента , действует также сила , обусловленная наличием градиента магнитного поля. Проекция этой

Работа, совершаемая при перемещении контура с током в магнитном поле.
Рассмотрим отрезок проводника с током, способный свободно перемещаться по двум направляющим во внешнем магнитном поле (рис.9.5). Магнитное поле будем считать однородным и направленным под углом

Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса в магнитостатике. Вихревой характер магнитного поля.
Потоком вектора через какую-либо поверхность S называется интеграл: , где - проекция вектора на нормаль к поверхности S в данной точке (рис.10.1).   Рис.10.1. К

Теорема о циркуляции магнитного поля. Магнитное напряжение.
Циркуляцией магнитного поля вдоль замкнутого контура l называется интеграл: , где - проекция вектора на направление касательной к линии контура в данной точке. Соответствующи

Магнитное поле соленоида и тороида.
Применим полученные результаты для нахождения напряженности магнитного поля на оси прямого длинного соленоида и тороида. 1) Магнитное поле на оси прямого длинного соленоида.

Магнитное поле в веществе. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания.
Различные вещества в той или иной степени способны к намагничиванию: то есть под действием магнитного поля, в которое их помещают, приобретать магнитный момент. Одни веществ

Описание магнитного поля в магнетиках. Напряженность и индукция магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества.
Намагниченное вещество создает магнитное поле , которое накладывается на внешнее поле (поле в вакууме). Оба поля в сумме дают результирующее магнитное поле с индукцией , причем по

Граничные условия для магнитного поля.
При переходе через границу раздела двух магнетиков с различными магнитными проницаемостями μ1 и μ2 силовые линии магнитного поля испытывают п

Магнитные моменты атомов и молекул.
Атомы всех веществ состоят из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Каждый движущийся по орбите электрон образует круговой ток силы , – ч

Природа диамагнетизма. Теорема Лармора.
Если атом поместить во внешнее магнитное поле с индукцией (рис.12.1), то на электрон, движущийся по орбите, будет действовать вращательный момент сил , стремящийся установить магнитный момент элект

Парамагнетизм. Закон Кюри. Теория Ланжевена.
Если магнитный момент атомов отличен от нуля, то вещество оказывается парамагнитным. Внешнее магнитное поле стремится установить магнитные моменты атомов вдоль в то в

Элементы теории ферромагнетизма. Представление об обменных силах и доменной структуре ферромагнетиков. Закон Кюри - Вейсса.
Как уже отмечалось ранее, ферромагнетики характеризуются высокой степенью намагничивания и нелинейной зависимостью от . Основная кривая намагничивания ферромагнетика

Силы, действующие на заряженную частицу в электромагнитном поле. Сила Лоренца.
Мы уже знаем, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. Но ток в проводнике – есть направленное движение зарядов. Отсюда напрашивается вывод, что сила, де

Движение заряженной частицы в однородном постоянном электрическом поле.
В данном случае и сила Лоренца имеет только электрическую составляющую . Уравнением движения частицы в этом случае является: . Рассмотрим две ситуации: а)

Движение заряженной частицы в однородном постоянном магнитном поле.
В данном случае и сила Лоренца имеет только магнитную составляющую . Уравнением движения частицы, записанном в декартовой системе координат, в этом случае является: .  

Практические применения силы Лоренца. Эффект Холла.
К числу одного из известных проявлений силы Лоренца относится эффект, обнаруженный Холлом (Hall E., 1855-1938) в 1880г.   _ _ _ _ _ _

Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца. ЭДС индукции. Электронный механизм возникновения индукционного тока в металлах.
Явление электромагнитной индукции было открыто в 1831г. Майклом Фарадеем (Faraday M., 1791-1867), установившим, что в любом замкнутом проводящем контуре при изменении пот

Явление самоиндукции. Индуктивность проводников.
При любом изменении тока в проводнике его собственное магнитное поле также изменяется. Вместе с ним изменяется и поток магнитной индукции, пронизывающий поверхность, охваченную контуром проводника.

Переходные процессы в электрических цепях, содержащих индуктивность. Экстратоки замыкания и размыкания.
При всяком изменении силы тока в каком-либо контуре в нем возникает ЭДС самоиндукции, которая вызывает появление в этом контуре дополнительных токов, называемых экстратокам

Энергия магнитного поля. Плотность энергии.
В опыте, схема которого приведена на рис.14.7, после размыкания ключа через гальванометр некоторое время течет убывающий ток. Работа этого тока равна работе сторонних сил, роль которых выполняет ЭД

Сравнение основных теорем электростатики и магнитостатики.
До сих пор мы изучали статические электрические и магнитные поля, то есть такие поля, которые создаются неподвижными зарядами и постоянными токами.

Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвелла.
Возникновение индукционного тока в неподвижном проводнике при изменении магнитного потока свидетельствует о появлении в контуре сторонних сил, приводящих в движение заряды. Как мы уже

Гипотеза Максвелла о токе смещения. Взаимопревращаемость электрических и магнитных полей. Третье уравнение Максвелла
Основная идея Максвелла – это идея о взаимопревращаемости электрических и магнитных полей. Максвелл предположил, что не только переменные магнитные поля являются источниками

Дифференциальная форма уравнений Максвелла.
1. Применяя теорему Стокса, преобразуем левую часть первого уравнения Максвелла к виду: . Тогда само уравнение можно переписать как , откуда

Замкнутая система уравнений Максвелла. Материальные уравнения
Для замыкания системы уравнений Максвелла необходимо еще указать связь между векторами , , и , то есть конкретизировать свойства материальной среды, в которой рассматривается электром

Следствия из уравнений Максвелла. Электромагнитные волны. Скорость света
Рассмотрим некоторые основные следствия, вытекающие из уравнений Максвелла, приведенных в таблице 2. Прежде всего, отметим, что эти уравнения линейные. Отсюда следует, что

Электрический колебательный контур. Формула Томсона.
Электромагнитные колебания могут возникать в цепи, содержащей индуктивность L и емкость C (рис.16.1). Такая цепь называется колебательным контуром. Возбудить к

Свободные затухающие колебания. Добротность колебательного контура.
Всякий реальный колебательный контур обладает сопротивлением (рис.16.3). Энергия электрических колебаний в таком контуре постепенно расходуется на нагревание сопротивления, переходя в джоулево тепл

Вынужденные электрические колебания. Метод векторных диаграмм.
Если в цепь электрического контура, содержащего емкость, индуктивность и сопротивление, включить источник переменной ЭДС (рис.16.5), то в нем, наряду с собственными затухающими колебаниями,

Резонансные явления в колебательном контуре. Резонанс напряжений и резонанс токов.
Как следует из приведенных формул, при частоте переменной ЭДС ω, равной   , амплитудное значение силы тока в колебательном контуре, принимает

Волновое уравнение. Типы и характеристики волн.
Процесс распространения колебаний в пространстве называется волновым процессом или просто волной. Волны различной природы (звуковые, упругие,

Электромагнитные волны.
Из уравнений Максвелла следует, что если возбудить с помощью зарядов переменное электрическое или магнитное поле, в окружающем пространстве возникнет последовательность взаимных превращений

Энергия и импульс электромагнитной волны. Вектор Пойнтинга.
Распространение электромагнитной волны сопровождается переносом энергии и импульса электромагнитного поля. Чтобы убедиться в этом, умножим скалярно первое уравнение Максвелла в диффер

Упругие волны в твердых телах. Аналогия с электромагнитными волнами.
Законы распространения упругих волн в твердых телах вытекают из общих уравнений движения однородной упруго деформированной среды: , где ρ

Стоячие волны.
При наложении двух встречных волн с одинаковой амплитудой возникают стоячие волны. Возникновение стоячих волн имеет место, например, при отражении волн от преграды. П

Эффект Допплера.
При движении источника и(или) приемника звуковых волн относительно среды, в которой распространяется звук, воспринимаемая приемником частота ν, может оказаться о

Молекулярная физика и термодинамика
  Введение. Предмет и задачи молекулярной физики. Молекулярная физика изучает состояние и поведение макроскопических объектов при внешних воздействиях (н

Количество вещества.
Макроскопическая система должна содержать число частиц сравнимое с числом Авогадро, чтобы ее можно было рассматривать в рамках статистической физики. числом Авогадро называет

Расстояние между молекулами в газах, жидкостях и твердых телах.
Это расстояние можно оценить, зная плотность вещества и молярную массу . Концентрация – число частиц в единице объема, связана с плотностью, молярной массой и числом Авогадро соотношением:

Газокинетические параметры.
Средняя длина свободного пробега – среднее расстояние, пробегаемое молекулой газа между двумя последовательными столкновениями, определяется формулой: . (4.1.7) В этой форм

Давление идеального газа.
Давление газа на стенку сосуда является результатом столкновений с ней молекул газа. Каждая молекула при столкновении передает стенке определенный импульс, следовательно, воздействует на стенку с н

Дискретная случайная величина. Понятие вероятности.
  Рассмотрим понятие вероятности на простом примере. Пусть в коробке перемешаны белые и черные шары, которые ничем не отличаются друг от друга, кроме цвета. Для простоты буде

Распределение молекул по скоростям.
  Опыт показывает, что скорости молекул газа, который находится в равновесном состоянии, могут иметь самые разные значения – и очень большие, и близкие к нулю. Скорость молекул мож

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул равна: . (4.2.15) Таким образом, абсолютная температура пропорциональна средней кинетической энергии поступ

Число степеней свободы молекулы
Формула (31) определяет только энергию поступательного движения молекулы. Такой средней кинетической энергией обладают молекулы одноатомного газа. Для многоатомных молекул необходимо учесть вклад в

Внутренняя энергия идеального газа
Внутренняя энергия идеального газа равна суммарной кинетической энергии движения молекул: Внутренняя энергия одного моля идеального газа равна: (4.2.20) Внутрен

Барометрическая формула. Распределение Больцмана.
Атмосферное давление на высоте h обусловлено весом вышележащих слоев газа. Если температура воздуха Т и ускорение свободного падения g не меняются с высотой, то давление воздуха Р на высоте

Первое начало термодинамики. Термодинамическая система. Внешние и внутренние параметры. Термодинамический процесс.
Слово «термодинамика» произошло от греческих слов термос – теплота, и динамик – сила. Термодинамика возникла как наука о движущих силах, возникающих при тепловых процессах, о закономе

Равновесное состояние. Равновесные процессы.
Если все параметры системы имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго, то такое состояние системы называется равновесным, или к

Уравнение Менделеева - Клапейрона.
В состоянии термодинамического равновесия все параметры макроскопической системы остаются неизменными сколь угодно долго при неизменных внешних условиях. Эксперимент показывает, что для любы

Внутренняя энергия термодинамической системы.
Кроме термодинамических параметров P,V и T термодинамическая система характеризуется некоторой функцией состояния U, которая называется внутренней энергией. Если обозн

Понятие теплоемкости.
Согласно первому закону термодинамики, количество тепла dQ, сообщенное системе, идет на изменение ее внутренней энергии dU и работу dA, которую система совершает над внешними т

Текст лекций
Составитель: ГумароваСония Фаритовна Книга выходит в авторской редакции Подп. в печать 00.00.00. формат 60х84 1/16. Бум. о

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги