2.1.2 Идеальные образы объектов реальности
Материальная точка — воображаемый бесконечно малый объект, обладающий массой реального объекта. Тело можно рассматривать как материальную точку, если оно движется поступательно и расстояния, проходимые им, велики по сравнению с его размерами.
Абсолютно твердое тело — тело, деформацией которого в стандартных условиях можно пренебречь.
Абсолютно упругое тело — тело, после снятия внешнего воздействия на которое размеры и форма полностью восстанавливаются.
Абсолютно неупругое тело — тело, полностью сохраняющее деформированное состояние после прекращения действия внешних сил.
Сплошная среда — среда, которую можно рассматривать как однородную, пренебрегая её дискретным атомно-молекулярным строением. Например, моделью сплошной среды является идеальная жидкость.
Вакуум — среда, содержащая газ при давлениях, значительно ниже атмосферного.
Для определения положения материальной точки в пространстве и описания ее движения необходима система отсчёта, а именно: тело отсчета, связанная с ним система координат, способ измерения времени (часы).
Инерциальными (ИСО) называются системы отсчета, в которых выполняется закон инерции: материальная точка, на которую не действуют никакие силы, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Любая система отсчета, движущаяся относительно инерциальной поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной.
Неинерциальными называются системы отсчета, которые движутся относительно инерциальной системы с ускорением.
Движение тела подразделяется на поступательное, вращательное, колебательное (возвратно-поступательное или возвратно-вращательное).
Поступательное движение — перемещение тела, при котором любая прямая, проведенная в теле, перемещается параллельно самой себе. При поступательном движении все точки тела описывают одинаковые траектории и имеют в каждый момент времени одинаковые скорости и ускорения.
Вращательное движение — движение, при котором все точки тела, лежащие на оси вращения, неподвижны, а остальные точки описывают окружности с центрами на оси.
Колебательное движение — движение, обладающее той или иной степенью повторяемости (колебание маятника, колебание давления воздуха, колебание напряженностей электрического и магнитного полей).
Любое сложное механическое движение твердого тела можно представить как сумму поступательного и вращательного движений.
Волны — это возмущения (колебания), распространяющиеся с конечной скоростью в пространстве и несущие с собой энергию без переноса вещества. Если возмущение ориентировано вдоль направления распространения, волна называется продольной (например, звуковая волна в воздухе). Если возмущение лежит в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, волна называется поперечной (например, электромагнитная волна в свободном пространстве).
При образовании поверхностной волны каждая частица среды колеблется в поперечном (вертикальном) или продольном (горизонтальном) направлении, а также описывает окружность.
В природе существует два вида волн: механические и электромагнитные. Механические волны представляют собой механические колебания, распространяющиеся в упругой среде (жидкой, твердой, газообразной). Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме.
Электромагнитные волны — это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Электромагнитные волны являются поперечными и представляют собой колебания векторов E и Н напряженностей электрического и магнитного полей, которые взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Скорость электромагнитной волны равна скорости света с = 3·108 м/с. К электромагнитным волнам, например, относятся радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения.
Для характеристики электрического и магнитного полей используют понятие «электрический заряд». Электрический заряд — это физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц, является источником электромагнитного поля. Единица измерения заряда кулон (Кл). Существуют два вида заряда: положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные — притягиваются.
Свойства заряда:
Дискретность. В свободном виде в природе существует минимальная порция заряда, равная заряду электрона e = 1,6 · 10-19 Кл. Величина любого заряда q выражается как q = Ne, где N – целое число.
Инвариантность. Величина заряда не зависит от системы отсчета.
Аддитивность. Заряд системы тел равен сумме зарядов тел системы.
Неуничтожимость. Выражается законом сохранения заряда: в электрически замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная, т. е. электрические заряды могут возникать и исчезать, но при этом обязательно появляется и исчезает равное количество зарядов противоположных знаков.
Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства — создает в нем электрическое поле. Электрическое поле — одна из форм проявления электромагнитного поля. Источниками электрического поля являются электрический заряд и изменяющееся во времени магнитное поле. Существование электрического поля обнаруживается по его силовому действию на неподвижные заряды. Количественной характеристикой электрического поля служит векторная величина — напряженность Е.
Принцип суперпозиции электрических полей: вектор напряжённости результирующего поля в данной точке, создаваемый системой зарядов, равен векторной сумме напряжённостей полей каждого заряда:
Магнитное поле — это тоже одна из форм проявления электромагнитного поля. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами (например, в проводниках с током) и оказывает силовое воздействие только на движущиеся заряды. Силовая характеристика магнитного поля — магнитная индукция В.
Изображают электрическое и магнитное поля с помощью силовых линий. Силовые линии — это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряженности электрического и магнитного полей. Магнитное поле нецентральное, вихревое, так как линии магнитной индукции В замкнуты.
Принцип суперпозиции магнитных полей: вектор магнитной индукции результирующего поля, создаваемого несколькими движущимися зарядами (или проводниками с током), равен векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом в отдельности:
Единицы физических величин — конкретные физические величины, которым по определению присвоены числовые значения, равные единице. В качестве основных единиц выбираются те, которые могут быть воспроизведены эталонами или эталонными установками с наивысшей для соответствующего уровня развития науки и техники точностью. Остальные, производные единицы образуются по уравнениям связи между физическими величинами.
Международная система единиц (СИ) — система единиц физических величин, принятая 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Она состоит из следующих семи основных единиц и двух дополнительных.
Основные:
метр — единица длины;
килограмм — единица массы;
секунда — единица времени;
ампер — единица силы тока;
кельвин — единица температуры;
кандела — единица силы света;
моль — единица количества вещества.
Дополнительные:
радиан (рад) — единица измерения плоского угла;
стерадиан (ср) — единица измерения телесного угла.