![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Дисциплина «Физика» список литературы
- •Дополнительная
- •2. Учебные пособия
- •I. Учебная программа
- •Лекция №1
- •1. Современная картина строения физического мира.
- •1.5.Практическое использование элементарных частиц
- •1.1. Понятие о векторах и простейших действиях над ними
- •3.Метод размерных оценок в задачах физики
- •3.1. Введение в теорию размерных оценок. Преобразования подобия. Аффинные преобразования
- •3.2. Размерность и ее анализ. Алгоритм поиска размерных оценок
- •1.Размерность произвольной физической величины может быть лишь произведением степеней размерностей величин, принятых за основные.
- •2.Размерности обеих частей равенства, отражающего некоторую физическую закономерность, должны быть одинаковы.
- •3.3. Применение размерных оценок в механике. Примеры иллюстрации алгоритма для струны и маятника.
- •5. Мгновенная угловая скорость.
- •6. Связь линейной и угловой скоростей.
- •7. Модуль и направление углового ускорения.
- •8. Связь тангенциального и углового ускорения.
- •9. Мгновенное угловое ускорение.
- •5. Работа и энергия. Закон сохранения энергии
- •5.1. Работа и кинетическая энергия
- •5.2. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем
- •5.3. О законе сохранения энергии и непотенциальных силах
- •5.4. Простые примеры
- •5.5. Равновесие и устойчивость
- •6.1. Особенности движения замкнутой системы из двух взаимодействующих материальных точек. Приведенная масса
- •6.2. Центр масс системы материальных точек
- •6.3. Потенциальная энергия взаимодействия. Закон сохранения
- •6.5. Упругие и неупругие соударения
- •Лекция 4
- •2. Избранные вопросы классической механики
- •2.1. Некоторые положения механики Ньютона.
- •2.2. Принципы механики Лагранжа.
- •2.3. Принцип Гамильтона.
- •7.1. Момент импульса и момент силы
- •7.3. Вращение абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси
- •Динамика твердого тела.
- •Свойства симметрии и законы сохранения. Сохранение энергии.
- •Сохранение импульса.
- •Сохранение момента импульса.
- •9.1. Принцип относительности Галилея
- •9.2. Законы механики в неинерциальных системах отсчета.
- •Некоторые задачи механики. Движение частицы в центральном поле сил.
- •2. Основные физические свойства и параметры жидкости. Силы и напряжения.
- •2.1. Плотность.
- •2.2. Вязкость.
- •2.3. Классификация сил.
- •2.3.1. Массовые силы.
- •2.3.2. Поверхностные силы.
- •2.3.3. Тензор напряжения.
- •8.3. Течение идеальной жидкости. Уравнение непрерывности
- •8.4. Архимедова сила. Уравнение Бернулли
- •8.5. Вязкость. Течение Пуазейля
- •1.4.1. Поток векторного поля.
- •2.3.4. Уравнение движения в напряжениях.
- •Уравнение Эйлера и Навье-Стока.
- •Специальная теория относительности.
- •10. Введение в релятивистскую механику
- •10.1. Постоянство скорости света для всех систем отсчета.
- •10.2. Следствия из преобразований Лоренца. Сокращение длины и замедление времени
- •10.3. Импульс и энергия в релятивистской механике
- •Относительность одновременности событий
- •Зависимость массы тела от скорости
- •Закон взаимосвязи массы и энергии
- •4.1.5. Релятивистская механика материальной точки
- •1.3. Фундаментальные взаимодействия
- •1.4. Стандартная модель и перспективы
- •1.1. Фермионы
- •1.2. Векторные бозоны
- •11.Элементарные частицы
- •11.1. Основные понятия и законы
- •11.1.1.Виды взаимодействий
- •11.1.2.Законы сохранения
- •11.2.Примеры решения задач
- •12.1. Основные свойства элементарных частиц.
- •12.2. Законы сохранения в микромире
- •12.3. Кварковая структура адронов
- •12.4. Электрослабое взаимодействие
- •Физика в конспективном изложении Содержание:
- •1. Вводные сведения - 6
- •Электричество – 49
- •9. Постоянное электрическое поле – 49
- •9.13.4.2. Теорема Гаусса для вектора - 78 10. Постоянный электрический ток – 79
- •10.7. Закон Ома для неоднородного участка цепи – 82 Магнетизм. Уравнения Максвелла – 83
- •11. Магнитное поле в вакууме – 83
- •11.11.3.1. Плотность энергии магнитного поля – 103 12. Магнитное поле в веществе – 103
- •Предисловие
- •1. Вводные сведения
- •1.1. Предсказание будущего - задача науки
- •1.2. Предмет физики
- •1.3. Физическая модель
- •1.4. Язык физики?
- •1.5. Экспериментальная и теоретическая физика
- •Физические основы механики
- •3.1.3. Абсолютно твердое тело
- •3.2. Тело отсчета
- •3.3. Система отсчета
- •3.4. Положение материальной точки в пространстве
- •3.10.1. Нормальное и тангенциальное ускорение
- •4. Динамика материальной точки
- •4.6.1. Система си (System international)
- •4.6.1.1. Размерность силы
- •5.3. Работа
- •5.6.1. Консервативность силы тяжести
- •5.6.2. Неконсервативность силы трения
- •5.7. Потенциальная энергия может быть введена только для поля консервативных сил
- •5.8.Закон сохранения механической энергии
- •6. Кинематика вращательного движения
- •6.1. Поступательное и вращательное движение
- •6.2. Псевдовектор бесконечно малого поворота
- •6.5. Связь линейной скорости материальной точки твердого тела и угловой скорости
- •8. Элементы специальной теории относительности
- •8.2. Принцип относительности Галилея:
- •8.3. Неудовлетворительность механики Ньютона при больших скоростях
- •8.5.1. Вывод преобразований Лоренца
- •8.6. Следствия из преобразований Лоренца
- •9.3. Электрическое поле
- •9.3.6. Принцип суперпозиции электрических полей
- •9.3.7. Напряженность поля точечного заряда
- •9.3.8. Линии напряженности
- •9.3.9. Линии напряженности точечных зарядов
- •9.4.4.1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости
- •9.4.4.3. Поле однородно заряженного бесконечного цилиндра
- •9.9. Проводник в электрическом поле
- •9.10. Электроемкость уединенного проводника
- •9.11. Электроемкость конденсатора
- •9.12. Энергия электрического поля
- •9.12.1. Плотность энергии электрического поля в вакууме
- •9.13. Электрическое поле в диэлектрике
- •9.13.1. Диэлектрик?
- •9.13.1.1. Два типа диэлектриков - полярные и неполярные
- •9.13.2. Поляризованность диэлектрика (вектор поляризации) - это дипольный момент единицы объема:
- •9.13.4.1. Плотность энергии электрического поля в диэлектрике
- •10.4. Закон Ома для участка цепи
- •10.5. Закон Ома в дифференциальной форме
- •10.6. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
- •Магнетизм. Уравнения Максвелла
- •11.5.6. Магнитное поле тороида
- •11.6. Закон Ампера
- •11.7. Сила Лоренца - это сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся в нем заряд
- •11.7.1. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле
- •11.8. Рамка с током в магнитном поле
- •11.11.1. Потокосцепление
- •11.11.2. Индуктивность соленоида
- •11.11.3. Энергия магнитного поля
- •12. Магнитное поле в веществе
- •12.2. Классификация магнетиков
- •13. Уравнения Максвелла
- •13.3. Система уравнений Максвелла в интегральной форме
- •13.4. Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме
1.1. Понятие о векторах и простейших действиях над ними
Вектором
называют любую физическую величину,
имеющую не только числовое значение,
но и направление. Двойная смысловая
нагрузка вектора хорошо видна при такой
записи векторной величины :
|
(1.1) |
где
число
характеризует абсолютное значение, а
–
направление. Вектор
называют единичным вектором, поскольку
величина его равна единице.
Геометрически
векторная величина изображается
стрелкой, опять-таки несущей двойную
смысловую нагрузку: длина стрелки
определяет абсолютное значение векторной
величины, а направление указывается
стрелкой. Условимся обозначать любую
векторную величину соответствующей
буквой со стрелкой над ней, а модуль
вектора – той же буквой без стрелки.
Так, например,
– вектор скорости, а
– модуль скорости, то есть всегда
величина положительная.
Действия
над векторами введены из-за необходимости
описывать наблюдаемые явления. Так, на
рис.1.1 изображена задача, в которой из
т. А
в т. C
можно пройти двумя путями: прямым (вектор
)
и через точку В.
Во втором случае результат будет такой
же
поэтому:
|
(1.2) |
Длину
вектора ,
то есть абсолютное значение пути АC
можно найти, если известны длины отрезков
АB
и ВC,
то есть зная
a
и b
(модули
соответствующих векторов). Задача
нахождения c
требует, вообще говоря, нового чертежа
– рис.1.1б, где даны только длины отрезков.
По теореме косинусов
|
(1.3) |
где
– угол между векторами
и
.
Углом между двумя векторами называют угол, образованный этими векторами, проведенными из одной точки. На рис. 1.1а показан не угол между векторами, а равный ему. Если пользоваться правилом параллелограмма, то на чертеже можно указать непосредственно угол между векторами соответственно его определению (см. рис. 1.1б). В теореме косинусов (1.3) знак плюс появляется потому, что сторона с лежит против угла (180о– ).
Операция
сложения векторов, как видим, требует
для её выполнения двух уравнений.
Уравнение (1.2) формально задаёт
вектор-сумму, а уравнение (1.3) даёт
возможность вычислить модуль суммы
двух векторов. Заметим, что само по себе
выражение (1.2) не задаёт направление
вектора ,
а лишь определяет операцию. Это определение
следует дополнить правилом сложения:
сложить два
вектора – значит построить второй
вектор из конца первого и соединить
стрелкой начало первого вектора с концом
второго.
Пунктиром на рис. 1.1б показано сложение
по правилу параллелограмма, которое,
очевидно, эквивалентно первому.
Этот же рисунок иллюстрирует и вычитание векторов: если результат – путь АС – известен, а пройден путь АВ, то остался путь ВС, значит:
|
(1.4) |
Отсюда вытекает правило вычитания векторов: соединив начала векторов и замкнув концы в сторону вектора уменьшаемого, получим вектор разности. Длина его также может быть найдена по теореме косинусов:
|
(1.5) |
Снова
задача нахождения векторной величины
распадается на две: нахождение направления
вектора по (1.4) и его модуля по (1.5).
Здесь уместно заметить, что приращение векторной величины – это вектор разности двух векторов. Так, скорость – векторная величина и ее изменение (приращение) будет тоже векторной величиной:
|
(1.6) |
Направление
приращения скорости найдется по правилу
вычитания векторов, и, следовательно,
не будет совпадать с направлением ни
вектора-уменьшаемого, ни вектора-вычитаемого.
Длина вектора
записывается с символом модуля –
.
Не следует путать его с изменением длины
вектора
,
обозначаемым через
.
Нетрудно убедиться, что если векторы
направлены в одну сторону и длина вектора
больше длины вектора
,
то приращение скорости совпадет с
направлением скоростей. Если же скорость
,
то приращение будет отрицательно,
то есть направлено в сторону,
противоположную движению.
Векторы можно перемножать двумя способами: скалярным и векторным.
Скалярное произведение двух векторов есть скаляр, величина которого равна произведению модулей перемножаемых векторов, умноженному на косинус угла между ними:
|
(1.7) |
Скалярное умножение векторов – единственный случай действия над векторами, когда не требуется два уравнения: ведь получаемый результат – скаляр!
Результатом векторного умножения векторов будет вектор, направление которого находится по правилу: вектор векторного произведения двух векторов перпендикулярен плоскости, в которой лежат векторы-сомножители. Направление векторного произведения определяется поступательным движением буравчика, если головку вращать от первого сомножителя ко второму (рис. 1.2). Записывается векторное произведение так:
|
(1.8) |
Одного уравнения (1.7), указывающего операцию, вновь не достаточно: ведь следует указать и величину этого вектора. Она находится по правилу:
|
(1.9) |
где – угол между векторами-сомножителями.
В механике приходится иметь дело ещё и с двойным векторным произведением, но это правило будет дано в тексте соответствующей лекции.
Кроме
арифметических операций с векторными
величинами часто бывает нужно находить
проекции вектора на оси координат, или
выражать вектор через его проекции.
Рассмотрим двумерный случай, когда
вектор
лежит
в плоскостиXOY
и составляет угол
с осью ОХ
(рис. 1.3).
Как следует из рисунка, угол вектора
с осьюОУ
будет в этом
случае равен (90о
).
Проекциями данного вектора на оси
координат будут числа ax
и
ay,
которые определяются величиной вектора
и углом .
В данном случае (см. рис. 1.3)
ax acos; ay – asin. |
(1.10) |
Вектор
через его проекции можно выразить как
сумму векторов, полученных умножением
проекций на соответствующие единичные
векторы
и
,
выполняющие роль введенного выше
единичного вектора
,
и определяющие направления осей
координат:
|
(1.11) |
Модуль вектора легко определяется через его проекции по теореме Пифагора:
|
(1.12) |
В трехмерном случае проекций вектора будет три и в суммах (1.11) и (1.12) добавится проекция az c соответствующим единичным вектором.