1. Физика – одна из наук, изучающих природу.

Среди физических явлений прежде всего необходимо назвать:

• механические, которые связаны с движением тел. Физика не только рассматривает и описывает движение, но и объясняет причины, по которым тело начинает или прекращает движение, движется или покоится;

• тепловые, обусловленные внутренним строением вещества (изучает термодинамика);

• электромагнитные;

• световые.

Многие свои знания люди получают из наблюдений. Ученые-физики также используют в своей работе метод наблюдений. Часто применяют и другой научный метод – опыт. В этом случае обдуманно, с определенной целью создают условия для протекания того или иного явления и затем изучают его. Опыт – важнейший источник физических знаний.

Как правило, опыты проводятся в специальных лабораториях, с использованием лабораторных приборов и оборудования. Изучая физические явления, стремятся не только выяснить их причины, но и наиболее точно описать их, выразить количественные соотношения. Для этого приходится проводить измерения физических величин.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу величины. При проведении измерений используют разнообразные измерительные приборы и инструменты – линейки, термометры, секундомеры, амперметры и др. Для каждой физической величины существуют свои единицы измерения. Например, длину измеряют в метрах, площадь – в квадратных метрах, температуру – в градусах Цельсия. Для удобства в разных странах стараются пользоваться одинаковыми единицами. Наибольшее распространение получила Международная система единиц (СИ).

2. Первый закон Кеплера (закон эллипсов)

Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Форма эллипса и степень его сходства с окружностью характеризуется отношением  , где  — расстояние от центра эллипса до его фокуса (половина межфокусного расстояния),  — большая полуось. Величина  называется эксцентриситетом эллипса. При  , и, следовательно  , эллипс превращается в окружность.

Дальнейший анализ приводит ко второму закону. Радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, в равное время описывает равные площади. Это означало, что чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется.

Второй закон Кеплера (закон площадей)

Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади.

С этим законом связаны два понятия: перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий — наиболее удалённая точка орбиты. Таким образом, из второго закона Кеплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии.

Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.

Третий закон Кеплера (гармонический закон)

Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет. Справедливо не только для планет, но и для их спутников.

, где  и   — периоды обращения двух планет вокруг Солнца, а  и    — длины больших полуосей их орбит.

Ньютон позднее установил, что третий закон Кеплера не совсем точен - в него входит и масса планеты:  , где   — масса Солнца, а  и   — массы планет.

Поскольку движение и масса оказались связаны, эту комбинацию гармонического закона Кеплера и закона тяготения Ньютона используют для определения массы планет и спутников, если известны их орбиты и орбитальные периоды.

3. Механи́ческим движе́нием тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Относительное движение — это движение точки/тела относительно подвижной системы отсчёта. Движение тел можно описывать в различных системах отсчета. С точки зрения кинематики все системы отсчета равноправны. Однако кинематические характеристики движения, такие как траектория, перемещение, скорость, в разных системах оказываются различными. Величины, зависящие от выбора системы отсчета, в которой производится их измерение, называют относительными.

Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы для отсчета времени движения образуют систему отсчета. Тело отсчета - это тело, относительно которого определяется положение других (движущихся) тел.

4.

Скорость света в свободном пространстве (вакууме) – скорость распространения любых электромагнитных волн, в том числе и световых. Представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий и инвариантна при переходе от одной системы отсчета к другой. Астрономический метод измерения скорости света

Впервые экспериментально скорость света была определена ас-

трономическим методом [1]. Датский ученый Олаф Рёмер (1644-1710)

в 1676 г. обнаружил, что при увеличении расстояния между Землёй и

планетой Юпитер вследствие их обращения вокруг Солнца происходит

запаздывание времени появления спутника Юпитера Ио из его тени по

сравнению с расчетным значением, выполненным с учетом неизменно-

сти периода вращения спутника (рис. 2). Максимальное запаздывание

22 минуты соответствовало увеличению расстояния между Землей и

Юпитером на диаметр орбиты Земли. Рёмер догадался, что причиной

этого запаздывания является конечность скорости света. Принимая

размеры диаметра земной орбиты равными 300 млн. км, и разделив это

расстояние на кажущееся время запаздывания, Рёмер нашел, что ско-

рость света превышает 200 000 км/с.

Лабораторные методы измерения скорости света

Впервые скорость света лабораторным методом удалось из-

мерить французскому физику И. Физо в 1849 г. В опыте Физо [1] свет

от источника, пройдя через линзу, падал на полупрозрачную пла-

стинку 1 (рис. 3). После отражения от пластинки сфокусированный

узкий пучок направлялся на периферию быстро вращающегося

зубчатого колеса. Пройдя между зубцами, свет достигал зеркала 2,

находившегося на расстоянии нескольких километров от колеса. От-

разившись от зеркала, свет, прежде чем попасть в глаз наблюда-

теля, должен был опять пройти между зубцами. Когда колесо

вращалось медленно, свет, отраженный от зеркала, был виден.

При увеличении скорости вращения он постепенно исчезал. Пока

свет, прошедший между двумя зубцами, шел до зеркала и обрат-

но, колесо успевало повернуться так, что на место прорези вставал

зубец и свет переставал быть видимым.

При дальнейшем увеличении скорости вращения свет опять ста-

новился видимым. Очевидно, что за время путешествия света до

зеркала и обратно колесо успевало повернуться настолько, что на

место прежней прорези вставала новая прорезь. Зная это время и

расстояние между колесом и зеркалом, можно определить ско-

рость света. В опыте Физо расстояние равнялось 8,6 км, и для скоро-

сти света было получено значение 313 000 км/с.

Было разработано еще много других, более точных лаборатор-

ных методов измерения скорости света. В частности, американ-

ский физик А. Майкельсон разработал совершенный метод изме-

рения скорости света с применением вместо зубчатого колеса вра-

щающихся зеркал.

Была измерена скорость в различных прозрачных веществах.

Скорость света в воде была измерена в 1856 г. Она оказалась в 4/3 раза

меньше, чем в вакууме. Во всех других веществах она также меньше,

чем в вакууме.

Наиболее точные измерения скорости света основаны не на опреде-

лении времени прохождения светом определенного расстояния, а

на независимом очень точном измерении частоты и длины свето-

вой волны.

По современным данным, скорость света в вакууме равна

299 792 458 м/с. Ошибка в измерении скорости не превышает 0,3 м/с. В

1983 г. на заседании Генеральной конференции мер и весов было при-

нято новое определение метра: «Метр есть длина пути, пройденного све-

том в вакууме в течение временного интервала, равного

1/299 792 458с». Из этого определения следует, что скорость света от-

ныне принимается точно равной 299 792 458 м/с. Это сделано для того,

чтобы каждый раз не менять определение метра по мере увеличения

точности измерения расстояний.

5. Материальной точкой называют тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях данной задачи.

Геометрическим вектором называется направленный отрезок, соединяющий положения двух материальных точек.

Геометрический вектор, соединяющий тело отсчёта с материальной точкой, называется вектором положения материальной точки.

При задании положения материальной точки относительно тела отсчёта последнее по определению считается неподвижным. Поэтому все возможные векторы положений начинаются из одной точки и называются радиус-векторами .

Траекторией называется совокупность положений, пройденных телом в процессе движения.

Тело не может в один и тот же момент времени находиться в разных положениях. Поэтому траектория представляет собой линию, и при этом линию непрерывную. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное и криволинейноедвижение. Если криволинейная траектория лежит в одной плоскости, то движение называется плоским.

6. Враща́тельное движе́ние — вид механического движения. При вращательном движении материальной точки она описывает окружность. При вращательном движении абсолютно твёрдого тела все его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей и называемой осью вращения. Ось вращения может располагаться внутри тела и за его пределами. Ось вращения в данной системе отсчёта может быть как подвижной, так и неподвижной.

Кинематические характеристики[править | править исходный текст]

Вращение характеризуется углом  , измеряющимся в градусах или радианах, угловой скоростью   (измеряется в рад/с) и угловым ускорением   (единица измерения — рад/с²).

При равномерном вращении (T - период вращения),

• Частота вращения — число оборотов в единицу времени.

,

• Период вращения — время одного полного оборота. Период вращения   и его частота   связаны соотношением  .

• Линейная скорость точки, находящейся на расстоянии R от оси вращения

,

• Угловая скорость вращения тела

.

Динамические характеристики[править | править исходный текст]

Свойства твердого тела при его вращении описываются моментом инерции твёрдого тела. Эта характеристика входит в дифференциальные уравнения, полученные из уравнений Гамильтона или Лагранжа. Кинетическую энергию вращения можно записать в виде:

.

В этой формуле момент инерции играет роль массы, а угловая скорость - роль скорости. Момент инерции выражает геометрическое распределение массы в теле и может быть найден из формулы  .

• Момент инерции механической системы относительно неподвижной оси a («осевой момент инерции») — физическая величина J_a, равная сумме произведений масс всех n материальных точек системы на квадраты их расстояний до оси:

,

где: m_i — масса i-й точки, r_i — расстояние от i-й точки до оси.

Осевой момент инерции тела является мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении.

7. Скорость точки, движущейся по окружности, часто называют линейной скоростью, чтобы подчеркнуть ее отличие от угловой скорости.  При вращении твердого тела разные его точки имеют разные линейные скорости, но угловая скорость для всех точек одинакова.  Между линейной скоростью какой-либо точки вращающегося тела и угловой скорость существует связь.Точка, лежащая на окружности радиуса R, за один оборот пройдет путь 2πR. А так как, время одного оборота тела есть период Т, то модуль линейной скорости можно найти так:  v=2πR/T=2πRν или  v=ωR.  Отсюда видно, что , чем дальше расположена точка тела от оси вращения, тем больше ее линейная скорость.  Модуль ускорения точки, движущейся равномерно по окружности, можно выразить через угловую скорость тела и радиус окружности:  a=v2/R, но  v=ωR. Следовательно,  a=ω2R.  Чем дальше расположена точка твердого тела от оси вращения, тем больше по модулю ускорение он имеет.  http://fizika.hut.ru/theme.php?id=140  Скорость тела, направленную по касательной к окружности, называют линейной.  Угловой скоростью w называют величину, равную отношению угла поворота Df радиуса-вектора точки, движущейся по окружности к промежутку времени Dt, в течение которого произошел этот поворот: 

8. Дина́мика (греч. δύναμις — сила) — раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения. Динамика оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, энергия.

Основная задача динамики

• Прямая задача динамики: по заданным силам определить характер движения тела.

• Обратная задача динамики: по заданному характеру движения определить действующие на тело силы.

Си́ла — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нёмдеформаций и напряжений. Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и «точкой» приложения силы. Последним параметром понятие о силе, как векторе в физике, отличается от понятия о векторе в векторной алгебре, где равные по модулю и направлению векторы, независимо от точки их приложения, считаются одним и тем же вектором . В физике эти векторы называются свободными векторами. В механике чрезвычайно распространено представление о связанных векторах, начало которых закреплено в определённой точке пространства или же может находиться на линии, продолжающей направление вектора (скользящие векторы)^[

Ма́сса (от греч. μάζα — «кусок теста») — скалярная физическая величина, одна из важнейших величин в физике. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес.

В классической механике масса системы тел равна сумме масс составляющих её тел. В релятивистской механике масса не является аддитивной физической величиной, то есть масса системы в общем случае не равна сумме масс компонентов, а включает в себя энергию связи, а также энергию движения частиц друг относительно друга^[.

• 9. Первый закон Ньютона гласит: существуют системы отсчёта (называемые инерциальными), в которых замкнутая система продолжает оставаться в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения. По сути, этот закон постулирует инертность тел. Это может казаться очевидным сейчас, но это не было очевидно на заре исследований природы. Так, например, Аристотель утверждал, что причиной всякого движения является сила, т. е. у него не было движения по инерции.

Инерциальная система отсчёта - это система отсчёта, связанная со свободным невращающимся телом. Свободное тело — тело, не взаимодействующее с другими телами.