1. Механічний рух та його види. Основна задача механіки. Матеріальна точка. Траєкторія. Шлях і переміщення. Система відліку. Відносність руху. Швидкість руху. Рівномірний прямолінійний рух. Графіки залежностей кінематичних величин при рівномірному русі.

2. Рівнозмінний рух. Прискорення. Швидкість руху і пройдений шлях під час рівноприскореного руху. Графіки залежностей кінематичних величин від часу при рівнозмінному русі.

3. Рівномірний рух по колу. Період і частота обертання. Кутова швидкість. Доцентрове прискорення.

4. Основні характеристики коливального руху. Вільні і вимушені коливання. Математичний маятник. Пружинний маятник. Гармонічні коливання. Резонанс.

5. Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля..

6. Вимушені електричні коливання. Змінний електричний струм. Генератор змінного струму. Трансформатор. Резонанс у колах змінного струму. Автоколивання.

7. Основні закони динаміки (закони Ньютона). Маса тіл. Взаємодія тіл. Сила. Пряма основна і обернена основна задачі механіки.

8. Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння. Вільне падіння. Динаміка вільного падіння. Сила тяжіння і вага тіл. Невагомість. Перевантаження. Перша космічна швидкість.

9. Пружні сили. Деформація. Закон Гука для будь-якого виду деформацій. Сили тертя. Їх природа і види. Закон Кулона-Амонтона.

10. Основи статики. Поняття сили. Вимірювання сил. Динамометри. Складання сил, які напрямлені під кутом одна до одної. Проекції та складові сил. Рівновага тіл. Умови рівноваги тіла, яке має вісь обертання. Момент сили. Важіль. Рухомий і нерухомий блоки.

11. Імпульс тіла. Закон збереження кількості руху. Теорема про рух центра мас. Реактивний рух

12. Механічна робота і потужність. Коефіцієнт корисної дії. „Золоте” правило механіки. Прості механізми. Робота сил тяжіння, пружності, тертя. Енергія. Потенціальна і кінетична енергія. Закон збереження і перетворення повної механічної енергії.

13. Основи молекулярно-кінетичної теорії, їх дослідне обґрунтування. Маса і розміри молекул. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії. Ідеальний газ. Рівняння стану ідеального газу( рівняння Менделеєва-Клапейрона). Газові закони.

14. Властивості рідин. Насичена і ненасичені пара. Критична температура. Вологість повітря. Психрометр. Гігрометри.

15. Властивості поверхні рідини. Поверхневий шар. Поверхневий натяг. Явища змочування і незмочування. Взаємодія рідини і твердого тіла. Капілярні явища. Лапласівський тиск.

16. Внутрішня енергія. Способи зміни внутрішньої енергії. Теплота і робота. Механічний еквівалент теплоти. Перше начало термодинаміки. Застосування першого закону термодинаміки до ідеального газу.

17. Електричне поле. Основні характеристики електричного поля (напруженість, потенціал). Принцип суперпозиції електричних полів. Зв’язок між напруженістю і різницею потенціалів для однорідного поля.

18. Електрична ємність провідника. Конденсатор. Електроємність плоского і сферичного конденсаторів. Послідовне і паралельне з’єднання конденсаторів. Енергія зарядженого конденсатора(енергія електричного поля).

19. Постійний електричний струм. Умови існування електричного струму. Сила струму. Електричне коло. Електричний опір. Закон Ома для ділянки кола. З’єднання резисторів. Робота і потужність електричного струму. Коефіцієнт корисної дії. Закон Джоуля-Ленца.

20. Магнітне поле постійного електричного струму і постійного магніта. Основні характеристики магнітного поля. Закон Ампера. Сила Лоренца. Вектор магнітної індукції. Принцип суперпозиції. Лінії магнітної індукції.

21. Означення та загальні властивості магнітного потоку. Явище електромагнітної індукції. Досліди Фарадея. Правило Ленца.

22. Механізм виникнення коливань в контурі. Ідеальний коливальний контур. Рівняння коливань заряду та напруги на конденсаторі. Формула Томсона. Коливання струму в ідеальному контурі. Перетворення енергії (полів) в контурі.

23. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі, частота хвилі, швидкість поширення хвилі, звукові хвилі. Електромагнітні хвилі, їх властивості.

24. Прямолінійне поширення світла. Закони відбивання та заломлення світла. Показник заломлення. Повне внутрішнє відбивання. Лінзи. Фокусна відстань лінзи. Побудова зображень у плоскому дзеркалі та лінзах.

25. Поняття про когерентність. Інтерференція та дифракція світла. Дифракційна гратка. Поняття про дисперсію світла.

26. Закони фотоефекту. Кванти світла. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту. Стала Планка.

27. Планетарна модель атома. Квантові постулати Бора. Енергія електрона в атомі водню.

1. Механічний рух та його види. …

Механічний рух - це зміна положення тіла відносно інших тіл або одних його час-тин відносно інших (людина йде відносно Землі; рух рук відносно тулуба).

Механічні рухи оточуючих тіл поділяють на: поступальний, обертальний та коливальний (система періодично повертається в положення рівноваги, наприклад коливання листків на дереві під дією вітру) рухи.

Залежно від типу траєкторії рухи поділяють на прямолінійні (траєкторія - пряма лінія); рух по колу (траєкторія - коло), криволінійні (довільна крива лінія, зокрема коло). Усі рухи можуть здійснюватися в просторі, площині і по прямій, від швидкості – рівномірний і нерівномірний.

Механічну форму руху матерії вивчає розділ фізики - "Механіка". Основна задача механіки - знайти положення тіла в просторі в будь-який момент часу.

Матеріальна точка – тіло, розмірами якого за даних умов можна знехтувати.

Розглянемо деякі кінематичні величини.

- положення матеріальної точки у даній системі відліку задають переважно за допомогою координат х, у, z;

- траєкторія - уявна лінія, вздовж якої рухається тіло;

- шлях S - відстань, яку проходить тіло вздовж траєкторії, вимірюється в метрах;

- переміщення - вектор , проведений з початкової точки траєкторії в кінцеву (його часто позначають через ).

Для опису механічного руху, як і інших фізичних процесів, що відбуваються в просторі і часі, використовують систему відліку. Система відліку - це сукупність тіла відліку, пов'язаної з ним системи координат (декартової або іншої) і приладу для відліку часу.

Відносність руху означає, що координати тіла, швидкість, вид траєкторії залежать від того, відносно якої системи відліку розглядається рух. Перетворення Галілея дозволяють визначити координати, швидкість і траєкторію тіла відносно довільної системи відліку.

Сукупність виразів , ; ; ; називається перетвореннями Галілея.

Поняття відносності руху уже випливає з означення механічного руху. Одні тіла рухаються відносно інших. Не буває абсолютного руху або абсолютного спокою. Тіло, відносно якого розглядається зміна положення тіла, називають тілом відліку. Приклади тіл відліку: кімната будинку, купе вагона, Земля для руху супутника, Сонце для руху Землі.

Для опису руху треба знати ще й темп руху. Він характеризується швидкістю. Середня швидкість є скалярною величиною і дорівнює відношенню пройденого шляху до часу:

.

Миттєва швидкість - швидкість, напрямлена по дотичній до траєкторії і визначається за формулою:

де - нескінченно мале переміщення матеріальної точки; нескінченно малий проміжок часу, за який це переміщення здійснено. Миттєву швидкість показує спідометр автомобіля.

Рівномірний прямолінійний рух – це такий прямолінійний рух, при якому тіло за будь-які рівні проміжки часу здійснює однакові переміщення.

Якщо точка бере участь у двох незалежних прямолінійних і рівномірних рухах зі швидкостями і , то швидкість результуючого руху визначають за формулою:

Координата тіла змінюється за законом х=х_о±υt.

Шлях залишається незмінним або зростає S=υt.

Швидкість залишається незмінною.

2. Рівнозмінний рух. …

Рівнозмінний рух - це рух, за якого швидкість тіла змінюється на одну і ту ж величину протягом будь-яких однакових інтервалів часу.

Може бути рівноприскореним (швидкість збільшується) або рівносповільненим (швидкість зменшується)

Цю зміну швидкості характеризує ще одна кінематична величина - прискорення.

Прискорення - це фізична векторна величина, що дорівнює відношенню зміни швидкості тіла до часу, протягом якого ця зміна відбулась:

У СІ прискорення вимірюють у метрах за секунду в квадраті (м/с²).

Швидкість при рівнозмінному русі знаходять за законом:

Модуль швидкості змінюється за законом υ=υ_о+аt.

Координата тіла змінюється за законом: х=х_о+υ_оt+аt²/2.

Пройдений шлях визначається S=υ_оt+аt²/2.

Враховуючи попередні вирази

Прискорення залишається незмінним.

3. Рівномірний рух по колу. …

У природі і в техніці найчастіше відбуваються криволінійні рухи, найпростішим з яких є рух по колу.

Такий рух здійснюють окремі точки коліс транспортних засобів, точки лопастей вентиляторів (пропелерів) і корабельних гребних гвинтів, деталей шківово-пасових передач, свердл тощо. Самі ж ці тіла обертаються.

Рівномірний рух матеріальної точки по колу – це такий рух, під час якого ця точка за будь-які рівні проміжки часу проходить дуги однакової довжини.

Періодом (Т) називається час, протягом якого матеріальна точка здійснює один повний оберт навколо деякої точки. [T] = c.

 ,

де N- число  обертів

Частота (n) – це число обходів кола, здійснених матеріальною точкою протягом одиниці  часу.

   

Одиниці вимірювання: [n] = об/с.

Кутова швидкість (ω)– це величина, яка дорівнює швидкості зміни кута між деякими положеннями радіуса кола, який обертається під час руху матеріальної точки по колу.

Одиниця вимірювання: [ω] = рад/с.

У будь-якій точці траєкторії прискорення напрямлене нормально до дотичної в ній і тому називається нормальним прискоренням а_n. Під час руху тіла по колу це прискорення напрямлене до центра кола, тому називається доцентровим прискоренням а_доц.і визначається за формулою: .

 

4. Основні характеристики коливального руху. …

Коливаннями або коливальними рухами називають такі види механічного руху чи зміни стану системи, які періодично повторюються в часі, наприклад, механічні коливання тіла на пружині, коливання маятників, коливання струн.

За природою коливання є механічні та електромагнітні, за характером коливань - на вільні, вимушені.

Механічні коливання - періодичне зміщення тіла то в один, то в другий бік відносно положення рівноваги.

Механічна система, в якій одне або декілька тіл можуть здійснювати коливальні рухи, називають коливальною системою.

Коливання, які відбуваються лише під дією внутрішніх сил, називають вільними. Щоб система виконувала ці коливання, треба вивести її з положення рівноваги, тобто надати коливальній системі енергію. Вони з часом згасають.

Коливання під дією зовнішньої сили, що періодично змінюється, називають вимушеними. Ці коливання здійснюють поршні в циліндрах двигунів, голка швацької машини тощо.

Коливання називають періодичними, якщо значення фізичних величин, які змінюються в процесі коливань, повторюються через однакові проміжки часу. Найпростішим прикладом періодичних коливань є гармонічні коливання, під час яких фізична величина змінюється з плином часу за законом

x = Asin(ωt + φ₀), або x = Acos(ωt + φ₀),

де А, ω, і φ₀ - постійні величини, причому А > 0, w > 0.

У механічних коливаннях

х - зміщення тіла (коливальної системи) від положення рівноваги. У СІ [x] = м;

А - амплітуда - найбільше відхилення від положення рівноваги. Якщо коливання незгасаючі, то амплітуда не змінюється. У СІ [А] = м.

Мінімальний проміжок часу Т, через який повторюється певне значення змінної величини, що характеризує коливальну систему, називають періодом коливань. Або ж простіше: період - це час одного повного коливання.

У СІ [Т] = c.

Величину, обернену до періоду коливань Т, називають частотою коливань ν.

Частота ν показує скільки повних коливань здійснює коливальна система за одиницю часу. У СІ частоту вимірюють у герцах: частота дорівнює 1 Гц, якщо за 1 с коливальна система (маятник) виконує одне повне коливання: [ν] = 1 Гц = 1/с = с^-1.

У теорії коливань часто користуються циклічною частотою (w) - величиною, яка показує скільки коливань здійснює маятник за 2π секунд. У СІ її вимірюють у герцах (Гц). Між частотою і циклічною частотою існує зв'язок:

.

У рівняннях гармонічних коливань вираз в дужках під знаком синуса або косинуса називають фазою коливань φ = ωt + φ₀. Фаза коливань визначає при заданій амплітуді стан коливальної системи в довільний момент часу. У СІ цю величину вимірюють у радіанах (рад).

Якщо відлік часу в коливальній системі розпочати з моменту проходження тілом положення рівноваги, то коливання відбуваються за законом синуса, а якщо з точки максимального відхилення - то за законом косинуса.

Математичний і пружинний маятники є коливальними системами, які за певних умов здійснюють гармонічні механічні коливання.

М атематичним маятником називають матеріальну точку, підвішену на невагомій і нерозтяжній нитці. Це ідеальна коливальна система.

Період коливань математичного маятника: ___________________________________

не залежить від маси тіла, а визначається лише довжиною підвісу і прискоренням вільного падіння.

Щ е одним прикладом гармонічного коливання є коливання тіла на пружині.

Період коливань пружинного маятника: ______________________________________

не залежать від прискорення вільного падіння, а визначається лише масою підвішеного тіла і жорсткістю пружини.

Якщо частота ω зміни зовнішньої сили наближається до власної частоти коливань ω₀, то відбувається різке зростання амплітуди вимушених коливань. Це явище називається резонансом.

5. Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля…

Важливим окремим випадком електромагнітної індукції є самоіндукція. Під час самоіндукції змінне магнітне поле індукує ЕРС у тому самому провіднику, по якому проходить струм, що створює це поле.

Самоіндукція була відкрита у 1832 р. Д.Генрі і незалежно М.Фарадеєм у 1835 р.

Електрорушійна сила самоіндукції прямо пропорційна швидкості зміни сили струму в провіднику:

Коефіцієнт пропорційності L називають індуктивністю.

Індуктивність – це фізична величина, яка рівна електрорушійній силі самоіндукції, що виникає в контурі під час одиничної зміни сили струму за одиницю часу. Її вимірюють в генрі:

.

Індуктивність залежить від розмірів і форми провідника, а також від магнітних властивостей середовища, в якому міститься провідник:

де μ – магнітна проникненість, μ_о=4π∙10^-7 Гн/м – магнітна стала, N - кількість витків соленоїда, S - площа витка, l - довжина соленоїда.

Енергія магнітного поля струму дорівнює роботі, яку має виконати джерело, щоб створити цей струм.

6. Вимушені електричні коливання. …

Процеси, що виникають в електричних ланцюгах під дією зовнішнього періодичного джерела струму, називаються вимушеними коливаннями.

Змінний струм — електричний струм, сила якого напруга змінюються з часом за гармонічним законом.

,

де I₀ — амплітуда струму, ν — частота,  — фаза струму.

Змінний струм виникає в електричному колі зі змінною напругою. Коливання напруги відбуваються за подібним законом, проте, в загальному випадку із зсувом фази

Перевагою змінного струму є те, що його легше виробляти й передавати до споживача. Постійний струм можна отримати зі змінного за допомогою випрямлення.

Електричний генератор - пристрій, призначений для перетворення енергії механічного руху в енергію електричного струму, здебільшого використовуючи принцип електромагнітної індукції. Електричний генератор є електричною машиною з функцією, протилежною функції електродвигуна. Роль джерела механічної енергії для генератора можуть виконувати парова машина чи парова турбіна, потік води, що обертає колесо, вітер, двигун внутрішнього згорання або навіть сила людини.

Генератор змінного струму — система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) і ротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього.

Трансформатор — пристрій, що використовується для перетворення змінного струму, за якого напруга збільшується чи зменшується майже без затрат потужності.

Т рансформатор складається із замкненого осердя із феромагнетика, на якому розміщують дві (інколи більше) котушки у вигляді обмоток із дроту. Одну обмотку, яку вмикають у джерело змінної напруги, називають первинною, другу обмотку, до якої приєднують "навантаження", що споживає енергію, називають вторинною. Дія трансформатора ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. Трансформатори широко використовуються в лініях електропередач, в розподільних та побутових пристроях, при цьому передача електроенергії відбувається з меншими втратами при високій напрузі й малій силі струму.

Трансформатори характеризуються коефіцієнтом трансформації k: k=N₁/N₂. Якщо k>1, трансформатор буде знижувальним; якщо k<1 – підвищувальним і дуже високим коефіцієнтом корисної дії

У колах змінного струму спостерігається резонанс - явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань струму у разі збігу частоти зовнішньої змінної напруги із власною частотою коливального контуру. При цьому контур протягом всього періоду буде використовувати енергію від джерела, нічого не повертаючи йому. Це призведе до різкого збільшення струму і напруги.

Автоколива́ння — коливання, амплітуда і період яких залежать від властивостей самої системи і не залежать від початкових умов, наприклад від початкового запасу енергії. Цим автоколивання відмінні від власних і вимушених коливань.

Системи, в яких можливі автоколивання, називаються автоколивальними. До них відносяться ламповий генератор незгасаючих коливань, годинник, парова машина та інші. В кожній автоколивальній системі є постійне (неколивальне) джерело енергії (батарея акумуляторів лампового генератора, пружина або гиря годинника та ін.).

Втрати енергії в автоколивальній системі компенсуються лише надходженням енергії від джерела. Важливим є те, що автоколивальна система сама регулює надходження енергії від джерела і підтримує установлений режим коливань.

7. Основні закони динаміки

Перший закон Ньютона так: в інерціальній системі відліку матеріальна точка зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на неї не діють інші тіла або дія зовнішніх тіл скомпенсована.

Інерціальними Ньютон назвав такі системи, для яких єдиним джерелом прискорення є сила, тобто взаємодія з іншими тілами. Системи відліку, які рухаються відносно інерціальних систем із прискоренням (поступально чи обертально), він назвав неінерціальними.

За умов рівноваги всіх прикладених до тіла сил, воно рухається прямолінійно зі сталою швидкістю, як кажуть "по інерції". Тому цей закон іноді називають також законом інерції.

Явище збереження тілом швидкості за відсутності зовнішніх дій на нього з боку інших тіл, називають інерцією, а цю властивість тіла - інертністю.

Кількісну міру інертності тіла називають його масою. Чим більшу інертність має тіло, тим більша його маса. Отже, маса - це скалярна фізична величина, що є мірою інертних і гравітаційних властивостей тіл.

За одиницю маси взято 1 кг (кілограм). Це одна з основних одиниць СІ. Кілограм - це маса еталону, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма. Еталон - це відлите з сплаву платини та іридію циліндричне тіло з висотою, що дорівнює його діаметрові - по 39 мм.

Відомо, що зміна швидкості тіла, тобто поява прискорення, відбувається під дією оточуючих тіл на це тіло. Різні взаємодії тіл, відомі сучасній фізиці, поділяються на чотири типи:

1. гравітаційні взаємодії, які виникають між тілами відповідно до закону всесвітнього тяжіння;

2. електромагнітна взаємодія, яка відбувається між тілами, що набули електричного заряду;

3. сильні взаємодії. Вони існують між частинками, з яких складаються ядра атомів тощо;

4. слабкі взаємодії, які характерні для процесів перетворення деяких елементарних частинок.

Для характеристики взаємодій введено поняття сили. Сила - це фізична векторна величина, що є мірою дії на деяке тіло інших тіл (або полів), яка може викликати прискорення і деформацію тіла.

З а одиницю сили в СІ взято таку силу, яка тілу масою 1 кг надає прискорення 1 м/с². Цю одиницю сили позначають 1 Н і називають ньютоном

Д ругий закон Ньютона: в ІСВ прискорення тіла (матеріальної точки) напрямлене вздовж напряму дії сили, пропорційне її модулю і обернено пропорційне масі тіла.

Третій закон Ньютона: тіла взаємодіють одне з одним із силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямом та напрямленими вздовж однієї прямої.

Кожна із сил взаємодії прикладена до того тіла, на яке вона діє, тобто ці сили прикладені до різних тіл.

Ці сили називають силами взаємодії. Вони напрямлені вздовж однієї прямої і прикладені до різних тіл.

Між законами Ньютона існує взаємний зв'язок: вони виконуються лише в інерціальних системах відліку.