Тема 1: механіка
Лекція 1. Фізичні основи механіки.
Кінематика матеріальної точки
План
Предмет фізики. Методи фізичного дослідження: дослід, гіпотеза, експеримент, теорія.
Найважливіші фізичні теорії.
Механічний рух та його кінематичні характеристики.
1. Предмет фізики. Методи фізичного дослідження: дослід, гіпотеза, експеримент, теорія.
Слово "фізика" в перекладі з грецької мови означає «природа». У давні часи фізика була єдиною наукою про природу. Тепер навколишній світ вивчають такі природничі науки, як фізика, хімія, астрономія, геологія, біологія.
Фізика - це наука, що вивчає властивості й структуру речовини і полів, їх взаємодію та властиві їм форми руху: механічну, теплову, електромагнітну, внутріатомну і внутріядерну.
У фізиці відомі гравітаційне, електромагнітне і ядерне фізичні поля. Речовина і поле - два взаємопов'язані види матерії. Речовина і фізичні поля (фізичні об'єкти) існують об'єктивно, тобто незалежно від того, сприймаємо ми їх чи ні. Вони перебувають у безперервному русі, тобто змінюються. Будь-яку зміну, що відбувається з фізичними об'єктами, називають явищем.
Фізичні об'єкти займають певне положення, мають певну протяжність, тобто існують у просторі. Усі фізичні явища відбуваються в певній послідовності, мають певну тривалість, тобто вони відбуваються в часі. Фізичні об'єкти та їх рух ніким і ніколи не були створені і не можуть бути знищені. У природі спостерігаються взаємні перетворення фізичних об'єктів і фізичних форм руху відповідно до законів збереження енергії, заряду, імпульсу, моменту імпульсу та ін.
Процес пізнання навколишнього світу тривалий і складний.
Етапи пізнання фізичних об'єктів
вихідні експериментальні факти
модель
гіпотеза
теорія
логічні висновки
експериментальна перевірка висновків.
На основі спостереження явища в природних умовах та його експериментального вивчення дістають певні факти. Під час експерименту штучно відтворюють явище, створюють умови для його вивчення, вимірюють величини, що характеризують це явище. Якісний і кількісний аналіз одержаних фактів дає змогу встановити фізичні закони і закономірності. Фізичні явища досить складні, через те виникає потреба створити модель явища, в якій враховуються лише основні факти, що характеризують це явище. Тому фізичні закони наближено описують явища і завжди мають певні межі застосування. У результаті систематизації й узагальнення знань про групу явищ створюється фізична теорія, яка пояснює їх і може вказати на існування інших, ще не відомих, явищ. Критерієм правильності теорії є експериментальне підтвердження висновків, які з неї випливають.
Фізика із самого початку свого виникнення була, є і залишиться науковою основою техніки. Фізичні явища, закони, закономірності використовують у технологічних процесах сучасного виробництва. У свою чергу, успіхи фізики значною мірою залежать від техніки, матеріалів, приладів та установок.
Фізика пов'язана з математикою, знання якої використовуються в теоретичних дослідженнях фізичних об'єктів, а фізичні методи дослідження застосовуються в хімії, астрономії, геології, біології тощо. На стиках цих наук виникли нові розділи науки: фізична хімія, астрофізика, біофізика, геофізика та ін.
Фізики мають справу з неймовірно широким спектром різних об'єктів та систем, але існує декілька теорій, які використовуються фізиками майже завжди та незалежно від конкретної галузі. Кожна з цих теорій вважається здебільшого вірною, хоча має певні межі застосування.
Теорія |
Основні розділи |
Концепції
|
Класична механіка |
Закони Ньютона, Механіка Лагранжа, Гамільтонова механіка, Теорія хаосу, Гідродинаміка, Механіка суцільних середовищ |
Вимір, Простір, Час, Рух, Швидкість, Прискорення, Маса, Імпульс, Сила, Енергія, Момент імпульсу, Закони збереження, Гармонічний осцилятор, Хвиля, Робота, Потужність
|
Електромагнетизм |
Електростатика, Електрика, Магнетизм, Рівняння Максвелла |
Електричний заряд, Електричний струм, Електричне поле, Магнітне поле, Електромагнітне поле, Електромагнітне випромінювання, Магнітний монополь
|
Термодинаміка,
|
Статистична механіка. Кінетична теорія |
Стала Больцмана, Ентропія, Вільна енергія, Теплота, Температура |
Квантова механіка |
Інтеграл вздовж траєкторій, Рівняння Шредінгера |
Гамільтоніан, Ідентичні частинки, Стала Планка, Квантове зчеплення, Квантовий гармонічний осцилятор, Хвильова функція |
Теорія відносності |
Спеціальна теорія відносності, Загальна теорія відносності |
Принцип еквівалентності, 4-імпульс, Система відліку, Простір-час, Швидкість світла |
Квантова теорія поля |
Квантування невзаємодіючих полів, Теорія збурень |
Регуляризація, Перенормування, Ренормгрупа, Фізичний вакуум
[
|
[