АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
кафедра физики
Физические основы механики лекции с примерами решения задач
Астрахань – 2009
Учебное пособие включает развернутый конспект 11 лекций по физическим основам механики. Содержит систематическое изложение теории и большое число примеров решения задач. Предназначено для студентов первого курса инженерно-технических специальностей высших учебных заведений всех форм обучения. – Астрахань, 2009. – 136 с.
Автор:
к.ф.-м.н., доц. Карибьянц В.Р.
Рецензент:
к.п.н., доц. каф. физики АГТУ
Мирзабекова О.В.
Утверждено на заседании кафедры физики АГТУ:
Протокол № от 2009 г.
Введение
Первый семестр изучения физики в техническом университете является наиболее трудным. В течение этого семестра излагается больше новых идей, представлений и методов, чем в последующих семестрах. Студент, четко усвоивший основы физики, излагаемые в первом семестре, даже если он еще не в состоянии свободно применять их в сложных случаях, может считать, что оставил позади большинство трудностей, возникающих при изучении этого предмета. Облегчить студенту решение этой задачи и призвано данное учебное пособие, представляющее собой развернутый конспект лекционного курса, читаемого автором в течении ряда лет студентам различных специальностей Института информационных технологий и коммуникаций АГТУ.
Учебное пособие включает 11 лекций, охватывающих основные темы раздела «Физические основы механики» в соответствии с действующей программой по физике для студентов технических специальностей. Относительно небольшой объем пособия достигнут за счет тщательного отбора и лаконичности изложения материала. Помимо систематического изложения теории пособие включает свыше 40 примеров решения задач различного уровня сложности, что позволит студентам не только отвлеченно заучить основные физические определения, законы и формулы, но и научиться эффективно их применять в конкретных обстоятельствах.
В процессе работы над настоящим курсом лекций автор использовал следующие классические учебники и пособия, которые рекомендуются студентам в качестве учебной литературы:
Хайкин С.Э. Физические основы механики. М.: Наука, 1971, 752с.
Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики. Механика. Основы молекулярной физики и термодинамики. М.: Высшая школа, 1973, 384 с.
Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1998, 542 с.
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 1. Механика. М.: Физматлит, МФТИ, 2002, 560 с.
Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний, 2003, 320 с.
Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М.: Лаборатория базовых знаний, 2003, 423 с.
Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Высшая школа, 1988, 527 с.
Лекция 1. Кинематика материальной точки
§ 1.1. Предмет и структура физики
Слово «физика» происходит от греческого physis – природа. Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения. Поэтому понятия физики и ее законы лежат в основе всего естествознания. Физика относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений.
В своей основе физика – экспериментальная наука, ее законы являются обобщением фактов, установленных опытным путем. Эти законы представляют собой количественные соотношения между различными величинами и формулируются на языке математики.
В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения материи физика подразделяется на ряд разделов. Деление физики на разделы не однозначно, и его можно проводить, руководствуясь различными критериями. По изучаемым объектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику жидкостей и газов, физику твердого тела и физику плазмы. Другой критерий – изучаемые процессы и формы движения материи. Согласно этому критерию физику можно разделить на механику материальных точек и твердых тел, механику сплошных сред, термодинамику, статистическую физику, электродинамику (включая оптику) и квантовую механику. Указанные разделы частично перекрываются вследствие взаимосвязи между объектами материального мира и процессами, в которых они участвуют.
Изучение физики в ВУЗе традиционно начинают с механики. Механика (от греческого mechanike – наука о машинах, искусство построения машин) – наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между телами. Примерами движений, изучаемых методами механики, являются: в природе – движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения, тепловое движение молекул и т.п., а в технике – движение различных летательных аппаратов и транспортных средств, частей всевозможных машин и механизмов, деформации элементов различных конструкций и сооружений, движение жидкостей и газов и многое другое.
Обычно под механикой понимают так называемую классическую механику, в основе которой лежат законы Ньютона и предметом которой является изучение движения любых материальных тел (кроме элементарных частиц), совершаемого со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Движение тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света, рассматривается в теории относительности (релятивистской механике), а внутриатомные явления и движение элементарных частиц изучаются в квантовой механике.