1. Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза.

Неотъемлемым свойством материи и формой ее существования является движение. Физика — наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и их взаимных превращениях. Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая и др.) присутствуют во всех высших и более сложных формах движения материи.

Физика тесно связана и с техникой, причем эта связь имеет двусторонний характер. Физика выросла из потребностей техники (развитие механики у древних греков, например, было вызвано запросами строительной и военной техники того времени), и техника, в свою очередь, определяет направление физических исследований (напри­мер, в свое время задача создания наиболее экономичных тепловых двигателей вызвала бурное развитие термодинамики). С другой стороны, от развития физики зависит технический уровень производства. Физика — база для создания новых отраслей тех­ники (электронная техника, ядерная техника).

Основным методом исследования в физике является опыт — основанное на практике чувственно-эмпирическое познание объективной действительности, т. е. наблюдение исследуемых явлений в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явлений и многократно воспроизводить его при повторении этих условий. Гипотеза — это научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо явления и требующее проверки на опыте и теоретического обоснования для того, чтобы стать достоверной научной теорией. Физические законы — устойчивые повторяющиеся объективные закономерности, существующие в природе. Эти единицы называются основными. Остальные называются производными. Система Интернациональная (СИ), которая строится на семи основных единицах — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела — и двух допол­нительных — радиан и стерадиан. Метр (м) — длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/3 Килограмм (кг) — масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, бюро мер и весов в Севре, близ Парижа). Секунда (с) — время, равное 9,2 млрд периодам, основного состояния атома цезия-133. Ампер (А) — сила тока. Кельвин (К) — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Моль (моль) — количество вещества системы, ¹²С массой 0,012 кг. Кандела (кд) — сила света. Радиан (рад) — угол.

2. Механическое движение как простейшая форма движения материи.

Механика — часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механическое движе­ние — это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.

Основные законы механики установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем, но окончательно сформулированы английским ученым И. Ньютоном. Механика Галилея—Ньютона называется классической механикой. В ней изучаются законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме. Законы движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со скоростью с, изучаются релятивистской механикой, основанной на СТО(А. Эйнштейном).

Рассматривать движение макроскопических тел со скоростями, значительно меньшими скорости с. В классической механике общепринята концепция пространства и времени, разработанная И. Ньютоном и господствовавшая в естествознании на протяжении XVII—XIX вв.

Механика делится на три раздела: I) кинематику; 2) динамику; 3) статику. Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обусловливают. Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменя­ют это движение. Статика изучает законы равновесия системы тел.

3. Элементы кинематики материальной точки.

Механика для описания движения тел в зависимости от условий конкретных задач использует разные физические модели. Простейшей моделью является материальная точка — тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Абсолютно твердым телом называется тело, при всех условиях расстояние между двумя точками этого тела остается постоянным.

Движение тел происходит в пространстве и во времени. Поэтому для описания движения материальной точки надо знать, в каких местах пространства эта точка находилась и в какие моменты времени она проходила то или иное положение. Положение материальной точки определяется по отношению к какому-либо друго­му, произвольно выбранному телу, называемому телом отсчета. При движении материальной точки ее координаты с течением времени изменяются. В общем случае ее движение определяется скалярными уравнениями x = x(t), у = y(t), z = z(t). Уравнения называются кинематическими уравнениями дви­жения материальной точки. Число независимых координат, полностью определяющих положение точки в про­странстве, называется числом степеней свободы. Траектория движения материальной точки — линия, описыва­емая этой точкой в пространстве. В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным. Вектор r = r — r₀, проведенный из начального положения движущейся точки в положение ее в данный момент времени (приращение радиуса-вектора точки за рассматриваемый промежуток времени), называется перемещением. Для характеристики движения материальной точки вводится векторная величина — скорость, которой определяется как быстрота движения, так и его направ­ление в данный момент времени.

Вектором средней скорости <v> называется отношение приращения r радиу­са-вектора точки к промежутку времени t. Направление вектора средней скорости совпадает с направлением r. При неог­раниченном уменьшении t средняя скорость стремится к предельному значению, которое называется мгновенной скоростью v. Таким образом, модуль мгновенной скорости равен первой производной пути по времени:

В случае неравномерного движения важно знать, как быстро изменяется скорость с течением времени. Физ величиной, характеризующей быстроту изменения скорости по модулю и направлению, является ускорение.

Средним ускорением неравномерного движения в интервале от t до t + t называется векторная величина, равная отношению изменения скорости v к интервалу вре­мени t. Таким образом, ускорение a есть векторная величина, равная первой производной скорости по времени. Тангенциальная составляющая ускорения а=dv/dt. Нормальной составляющей ускорения и направлена по нормали к траектории к центру ее кривизны (поэтому ее называют также центростремительным ускорением).а=v²/R

Итак, тангенциальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения скорости по модулю (направлена по касательной к траектории), а нормальная состав­ляющая ускорения — быстроту изменения скорости по направлению (направлена к цен­тру кривизны траектории).

Угловой скоростью называется векторная величина, равная первой производной угла поворота тела по времени. Линейная скорость точки v=омега*R.Угловым ускорением называется векторная величина, равная первой производной угловой скорости по времени.