Предмет физики. Разделы механики. Методы физического исследования. Связь физики с другими дисциплинами. Физические модели
Предмет физики. Разделы механики. Методы физического исследования. Связь физики с другими дисциплинами. Физические модели.
Физика — это наука о природе в самом общем смысле (часть природоведения). Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Физика связана с химией. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика. Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. С техникой(электронная и ядерная техника). Разделы механики: Статика-изучает условия равновесия тел или их частей. Кинематика- законы движения тел без выяснения причин. Динамика- законы движения тел с учетом причин. Методы физического исследования: опыт-гипотеза-эксперимент-теория. Физическая модель надо выбирать чтобы учесть все существенные особенности поведения реального тела и пренебречь всеми второстепенными факторами. Материальная точка-тело, формой и размерами которой можно пренебречь. Абсолютно твердое тело- тело формы и размеры, которого не изменяются в условиях задачи.
Элементы кинематики материальной точки. Радиус-вектор. Виды движения. Кинематические уравнения.
. .Скорость как производная радиус-вектора. Закон независимости движений
Ускорение как производная радиус-вектора. Нормальное и тангенциальное ускорение
Поступательное и вращательное движение. Кинематика вращательного движения. Угловая скорость и ускорение.
.. Вывод:Все линейные характеристики вращательного движения возрастают…Связь между кинематическими характеристиками поступательного и вращательного движения
Поступательное движение можно рассматривать, как вращательное, с радиусом…Инерциальные системы отсчета.1 закон Ньютона. Внутренние и внешние силы. Замкнутые системы. Закон сохранения импульса.
Второй и третий законы Ньютона 2 закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки. Общая формулировка 2 закона Ньютона: скорость изменения импульса мат.точки= действующей на нее силе. Он действует только в ИСО.F(H)Третий закон Ньютона: Тела действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению: Первое тело может действовать на второе с некоторой силой , а второе — на первое с силой .Он действует только в ИСО
Центр инерции и закон его движения
Где mi,ri-масса и радиус-вектор i-й мат.точки. n-число мат.точек. m-масса системы. В однородном поле(поле тяжести) центр инерции совпадает с центром тяжести. Из этого вытекает, чтоЦентр масс замкнутой системы либо движется прямолинейно и равномерно, либо остается…Работа и ее выражение через криволинейный интеграл
Если угол -острый, то работа считается положительной, если -тупой, то работа считается отрицательной если , то механическая работа не совершается… Пример. Найти работу по растяжению пружины. Сила определяется по закону… (5.3) Единицей работы является [ДЖ].Виды энергии . Потенциальная и кинетическая энергии
Кинетическая энергия зависит только от массы скорости тела. Она также зависит от выбора системы отсчета. Кин.энергия механической системы = сумме… Полная механическая энергия системы-энергия мех.движения и взаимодействия=…Понятие о градиенте скалярной функции. Связь между потенциальной энергией и силой
Вектор силы можно записать через проекции: F=-gradU где Следовательно, вектор направлен в сторону наибыстрейшего уменьшения U.Закон сохранения механической энергии. Диссипация энергии. Физическое поле, поле центральных сил. Консервативные силы.
№14 Центральный удар шаров. Абсолютно упругий удар, Абсолютно неупругий удар (Законы сохранения) Центральный удар-если, тела до удара движутся вдоль прямой, проходящей через…Кинетическая энергия вращательного движения. Момент инерции тела
где:mi — масса i-й точки,ri — расстояние от i-й точки до оси. Теорема Штейнера:Момент инерции данного тела относительно какой-либо оси…Момент инерции диска
Найдём момент инерции однородного диска относительно оси нормальной плоскости диска и проходящей через его центр.…Момент силы, Момент импульса. Работа во вращательном движении.
Плечо силы- кротчайшее расстояние от оси вращения до направления действия силы.Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса
Основной закон динамики вращательного движенияотносительно неподвижной оси: производная момента импульса твердого тела относительно оси=моменту сил относительно той же оси 
Зако́н сохране́ния моме́нта и́мпульса – момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени.
Сравнение динамических характеристик поступательного и вращательного движения.
Гармонические колебания и их характеристики. Виды колебаний
Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Квазиупругие силы.
2.найдём ускорение частицы, движущейся по гармоническому закону. =Пружинный, физический, математический маятники (вывод периодов колебаний).Приведенная длина физического маятника.
где I-момент инерции ,l-длина маятника,I=m*l^2, для мат.маятника =Период колебания математического маятника. Период математического маятника его малые колебания не зависят от угла, массы, но зависит от длины нити.Энергия гармонических колебаний
Кинетическая энергия: Полная энергия : Максимально значение Wп иWктПри sin и cos равным 1Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Апериодический процесс
Запишем второй закон Ньютона применительно к затухающим колебаниям: Fупр=-кх, Fсопр.=-rx (8.2)Aпериодический процесс
Сложение гармонических колебаний с близкими частотами. Биения.
Рассмотрим случай когда частоты складываемых колебаний мало отличаются друг от друга. Предположим, что амплитуды колебаний одинаковы, а начальные фазы равны 0 -уравнение результирующего колебанияДифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение.
Из второго закона Ньютона:это:поделим на m - дифференциальное уравнение вынужденных колебаний. Это уравнение можно свести к ЛНДУ Его решение= сумме общего…Метод векторных диаграмм. Амплитуда вынужденных колебаний.
Из точки О вдоль оси Х проведём вектор А и сместим этот вектор относительно оси Х, вращая вокруг точки О, на угол Если этот вектор привести во вращение относительно точки О против часовой… Амплитуда:Механический резонанс
После дифференцирования формулыЭто равенство выполняется прии , у которых только лишь положительное значение имеет физический смысл. Следовательно,…Механизм образования волн в упругой среде. Поперечные и продольные волны.
Уравнение бегущей волны. Длина волны, волновое число, фазовая скорость.
Длиной волны - расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе.( )T— время одного полного колебания всех его точек.где -частота… v=dx/dt- фазовая скорость.(скорость перемещения фазы волны)Принцип суперпозиции волн. Когерентность. Интерференция.
1. Одинаковые длины волн (одинаковые частоты) 2. Постоянна разность фаз. 3. Одинаковые скорости волн.Образование стоячих волн
Стоячие волны-волны, образующиеся при наложении 2 бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу с одинаковыми частотами и амплитудами, а в случае поперечных волн еще и одинаковой поляризацией. Уравнение стоячей волны:.Образование стоячих волн наблюдают при интерференции бегущей и отраженной волны. Если конец веревки закрепить неподвижно(к стене), то отраженная в месте закрепления веревки волна будет интерферировать с бегущей волной, образуя стоячую волну. На границе, где происходит отражение волны возникает узел(точка, в которой амплитуда колебаний =0) Будет ли на границе отражения узел или пучность(точка, в которой амплитуда колебаний максимальна) зависит от соотношения плотностей сред. Если среда, от которой происходит отражение, менее плотная, то в месте отражения возникает пучность, если более плотная-узел.
Обоснование МКТ. Статистический метод
Обоснование МКТ: 1.сжимаемость газов. 2.применение газами и жидкостями формы сосуда.Уравнение Менделеева-Клапейрона. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ.
Идеальный газ- модель, принимаемая к любому газу при следующих условиях: 1.формой и размерами которой можно пренебречь- материальные точки. 2.столкновения между молекулами происходят абсолютно упруго.Распределение Максвелла
Откуда f(v)=dN(v)/Ndv Применяя методы теории вероятностей, Максвелл нашел функцию f(v)-закон распределения молекул идеального газа по скоростям:… Распределение Максвелла зависит от рода газа и от состояния системы,Распределение Максвелла как и функция начинается, в 0 достигает максимума, а затем асимптотически стремится к 0.
Вывод формулы наиболее вероятной скорости
Это уравнение имеет 3 корня, 2 из которых соответствуют минимуму функции. V=0 V=При увеличении t или уменьшении массы молекулы газа V-вероятно возрастает, т.е. максимум функции смещается в право и высота этого графика уменьшается.
Барометрическая формула
Барометрическаяформула устанавливает зависимость между давлением атмосферного воздуха и высотой его над уровнем моря.
Зависимость p от (h) требует сформулировать модель атмосферного воздуха.
Сделаем ряд упрощений:
1. Ускорение свободного падения g=const
2. Считаем воздух идеальным газом.
3. Полагаем воздух однородным газом
4. Систему считать изотермической.T=const
Выберем столб атмосферного воздуха. Найдем разности давлений
Из уравнения видно что или Интегрируем полученное выражениеРаспределение Больцмана
В показатели степени -Распределение Больцмана,где Wn- потенциальная энергия Из него следует, что при данной температуре плотность газа больше там, где меньше потенциальная энергия его молекул.…Эффективный диаметр молекул. Длина свободного пробега. Сила и потенциальная энергия межмолекулярного воздействия. Релаксация. Равновесные и неравновесные состояния
Длина свободного пробега-некоторый путь L, который проходят молекулы между 2 последовательными столкновениями. Траектория движения одной молекулы представляет собой ломаную линию. Значит, расстояние между последовательными столкновениями оказывается неодинаковыми, поэтому можно говорить о средней длине свободного пробега <L>
Эффективный диаметр- минимальное расстояние между центрами взаимодействующих молекул. Он зависит от скорости сталкивающихся молекул, т.е. от температуры газов(несколько уменьшается с ростом температуры)Не всегда параметры системы имеют определённые значения, тогда состояние системы называется неравновесным. Если систему изолировать, то через определённое время система перейдёт в равновесное состояние.Переход системы из одного состояния в другое называется процессом. Переход в равновесное состояние называется релаксацией системы. Временем релаксации называется длительность перехода системы в равновесное состояние.