- •Федеральное агентство по образованию
- •Кафедра физики физика. Часть 1 Учебно-методический комплекс
- •1. Информация о дисциплине
- •1.1. Предисловие
- •Содержание дисциплины «Физика. Часть 1»
- •Содержание дисциплины «Физика. Часть 1» по гос
- •Объем дисциплины и виды учебной работы по курсу физики на I семестре 2 курса
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа (110 часов)
- •2.1.1. Физические основы механики
- •2.1.2. Молекулярная и статистическая физика, термодинамика
- •2.2. Тематический план дисциплины «Физика, часть 1»
- •3. Структурно-логическая схема дисциплины
- •2.4. Временной график изучения 1 части курса физики
- •2.5. Практический блок Практические занятия (все формы обучения)
- •Лабораторные работы (все формы обучения)
- •Информационные ресурсы дисциплины
- •Библиографический список
- •Опорный конспект лекций по дисциплине
- •3.2.1. Физические основы механики
- •3.2.1.1. Элементы кинематики материальной точки
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.1.2. Динамика материальной точки и системы материальных
- •Пример 2
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.1.3. Работа и энергия
- •Пример 3
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.1.4. Элементы динамики вращательного движения твердого тела
- •Пример 4
- •3.2.1.5. Элементы механики жидкости и газа
- •Ламинарное течение
- •Уравнение Бернулли
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.1.6. Элементы релятивистской механики
- •Пример 5
- •Физические основы механики
- •3.2.2. Молекулярная физика и термодинамика
- •3.2.2.1. Кинетические явления и теория идеальных газов
- •Работа газа, нагреваемого при постоянном объеме, равна нулю:
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.2.2. Основы классической статистической физики
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.2.3. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.2.4. Основы термодинамики
- •Определяем изменение энтропии в этом процессе
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2.2.5. Термодинамика макросистем
- •Молекулярная и статистическая физика. Термодинамика
- •Глоссарий
- •4. Блок контроля освоения дисциплины
- •4.1. Методические указания к выполнению контрольной работы №1
- •Контрольная работа №1 «Физические основы механики»
- •4.3. Задание на контрольную работу №1
- •4.4. Методические указания к выполнению контрольной работы №2
- •4.5. Контрольная работа №2 «Молекулярная физика, элементы термодинамики»
- •4.6. Задание на контрольную работу №2
- •Некоторые астрономические величины
- •3. Некоторые соотношения между единицами измерения
- •4. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименования
- •5. Греческий алфавит
- •6. Некоторые физические постоянные (округленные значения)
- •7. Относительные атомные массы некоторых элементов
- •8. Некоторые физические постоянные (округленные значения)
- •4.8. Вопросы к зачету
- •Содержание
- •1.1. Предисловие……………………………………………………………3
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5
Вопросы для самопроверки
-
Дайте определение материальной точки.
-
Как определяется положение материальной точки?
-
Дайте определение системы отсчета.
-
Что такое декартова система координат?
-
Что такое скорость материальной точки?
-
Как математически записывается быстрота изменения какой-либо переменной величины?
-
Дайте определение ускорения МТ?
-
Что такое траектория движения МТ?
-
Что такое закон движения?
-
Запишите закон движения для движения МТ с постоянным ускорением.
-
Запишите закон изменения скорости для движения МТ с постоянным уско- рением.
-
Напишите формулу для вычисления пути при произвольном движении МТ.
-
Дайте определение средней скорости. Напишите формулу для ее вычисления.
-
Дайте определение тангенциального ускорения.
-
Дайте определение нормального ускорения.
-
Напишите формулу для вычисления величины полного ускорения по известным тангенциальному и нормальному ускорениям.
-
Как движется МТ, если ускорение остается все время направленным вдоль скорости?
-
Как движется МТ, если ускорение все время направлено против скорости?
-
Как движется МТ, если ускорение все время остается направленным перпендикулярно скорости?
-
Как движется МТ, если скорость все время направлена вдоль радиус-вектора?
-
Как движется МТ, если скорость все время направлена против радиус-вектора?
-
Как движется МТ, если скорость все время направлена перпендикулярно радиус-вектору?
3.2.1.2. Динамика материальной точки и системы материальных
точек
Динамика изучает механическое движение тел и связь основных кинематических параметров движения с причинами, вызывающими это движение, т. е. с силами. Основные принципы механики сформулированы Ньютоном в виде трех законов.
Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчета, относительно которых все тела, не взаимодействующие с другими телами, движутся равномерно и прямолинейно.
Этот закон называется законом инерции. Он устанавливает существование инерциальных систем отсчета, в которых выполняются второй и третий законы. Инерциальных систем отсчета может быть бесчисленное множество. Любая система отсчета, движущаяся относительно инерциальной с постоянной скоростью, также является инерциальной системой.
Основой динамики является второй закон Ньютона, который формулируется следующим образом:
Если на тело действует сила, то тело приобретает ускорение, прямо пропорциональное этой силе и обратно пропорциональное массе тела:
. (3.8)
Второму закону Ньютона можно придать иной, более общий вид, введя понятие импульса тела (или материальной точки):
. (3.9)
Это векторная величина, совпадающая по направлению с направлением вектора скорости. Она имеет еще одно название - количество движения.
Тогда
. (3.10)
В классической механике считается, что масса тела не зависит от его скорости. Поэтому можно массу внести под знак производной. Выражение (3.10) приобретает вид
. (3.11)
В таком виде этот закон выражает зависимость скорости изменения импульса тела от силы, приложенной к этому телу. Этот закон можно назвать законом изменения импульса:
. (3.12)
Закон изменения импульса может быть записан иначе:
. (3.13)
Слева в этом выражении стоит изменение импульса за бесконечно малое время dt. Выражение Fdt в правой части (3.13) называется импульсом силы, действующей на тело за это же время.
Третий закон формулируется следующим образом:
Всякое действие тел друг на друга носит характер взаимодействия. Силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, находящиеся в равновесии, равны по величине и противоположны по направлению (рис.3-3), т. е..
Рис. 3.3
Одним из наиболее важных законов механики является закон сохранения импульса. Рассмотрим закон сохранения импульса применительно к системе тел. Под системой тел понимается совокупность взаимодействующих тел, движение которых рассматривается совместно и одновременно.
Импульсом системы pс называется векторная сумма импульсов N тел или N материальных точек, составляющих механическую систему:
. (3.14)
Силы взаимодействия между телами, составляющими систему, называются внутренними силами. Силы, действующие со стороны тел, не входящих в данную систему, называются внешними силами.
Система называется замкнутой, или изолированной, если действием на нее внешних сил можно пренебречь по сравнению с внутренними силами.
Для получения закона изменения импульса системы тел возьмем производную по времени от импульса системы pс:
. (3.15)
Последний член в этом выражении содержит только сумму внешних сил, приложенных к телам системы.
На изолированную систему внешние силы не действуют, и поэтому
и ,
что, в свою очередь означает, что импульс замкнутой системы тел сохраняется постоянным во времени при любых процессах, происходящих в этой системе:
или: . (3.16)
Это и есть закон сохранения импульса замкнутой системы материальных точек.
Для закрепления настоящей темы рассмотрим пример 2.