
- •Система отсчета. Траектория материальной точки. Скорость, как производная радиус-вектора по времени.
- •Угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейными величинами.
- •Закон инерции. Инерциальная система отсчета. Масса, сила, второй закон Ньютона.
- •Третий закон Ньютона. Механическая система. Внешние и внутренние силы.
- •Импульс материальной точки и системы материальных точек. Закон сохранения импульса.
- •Энергия, как мера различных форм движения и взаимодействия материи. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл.
- •Кинетическая энергия материальной точки и системы материальных точек и ее связь с работой внешних сил.
- •Поле, как форма материи, осуществляющая силовые взаимодействия. Консервативные и неконсервативные силы.
- •Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой. Понятие о градиенте скалярной функции.
- •Закон сохранения механической энергии.
- •Удар абсолютно упругих тел.
- •Удар абсолютно неупругих тел.
- •Момент инерции материальной точки и твердого тела. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращения.
- •Момент силы. Уравнение динамики вращательного движения твёрдого тела.
- •Момент импульса твердого тела. Закон сохранения момента импульса.
- •Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности.
- •Гармонические колебания и их характеристики. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний.
- •Пружинный, физический и математический маятники.
- •Энергия гармонических колебаний.
- •Сложение гармонических колебаний с одинаковой амплитудой и близкими частотами (биения).
- •Волны в упругой среде. Поперечные и продольные волны. Уравнение бегущей волны.
- •Образование стоячих волн. Уравнение стоячей волны.
- •Законы идеального газа. Уравнение Клапейрона-Менделеева.
- •Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов.
- •Барометрическая формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле.
- •Явление переноса. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения.
- •Внутренняя энергия системы. Число степеней свободы молекулы. Законы равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул.
- •Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении его объема.
- •Теплоемкость. Уравнение Майера.
- •Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.
- •Адиабатический процесс.
- •Круговой процесс или цикл. Обратимые и необратимые процессы.
- •Тепловые двигатели и холодильные машины. Второе начало термодинамики.
- •Цикл Карно и его кпд для идеального газа.
- •Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Особенности жидкого и твердого состояния.
- •Агрегатное и фазовое состояние вещества. Фазовые переходы I и II рода.
- •Отступление от законов идеального газа. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия реального газа.
- •Электрический заряд. Электростатическое поле. Закон Кулона.
- •Напряженность электростатического поля. Силовые линии электростатического поля. Принцип суперпозиции электростатического поля.
- •Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме и ее применение к расчету полей.
- •Равномерно заряженная бесконечная плоскость
- •Бесконечная равномерно заряженная нить
- •Работа электростатического поля по перемещению в нем заряда. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля.
- •Потенциал электростатического поля.
- •Связь напряженности и потенциала электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности.
- •Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков.
- •Поляризация диэлектриков
- •Вектор поляризации. Напряженность поля в диэлектрике.
- •Вектор электрического смещения. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектриках.
- •Проводники в электростатическом поле. Распределение зарядов в проводниках. Поле внутри проводника и на его поверхности.
- •Напряженность электрического поля внутри проводника должна быть равной нулю:
- •Электроемкость уединенного проводника и конденсатора. Конденсаторы. Электроемкость плоского конденсатора. Соединения конденсаторов.
- •Энергия системы неподвижных точечных зарядов, заряженного проводника, конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.
Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой. Понятие о градиенте скалярной функции.
Потенциальной энергией называют часть энергии механической системы, зависящую от ее конфигурации, т.е. от взаимного расположения частиц системы и их положения во внешнем силовом поле.
Численно же потенциальная энергия системы в данном ее положении равна работе, которую произведут действующие на систему силы при перемещении этой системы из этого положения в то, где потенциальная энергия условно принимается равной нулю.
Из этого определения следует, что потенциальная энергия характеризуется работой, которую она может совершить при определенных перемещениях материальной системы или отдельного материального объекта. И так как работа определяется через силу, то, по сути дела, потенциальная энергия является некоторым свойством действующих на систему сил. Если же иметь в виду, что само понятие силы тоже не имеет четкого физического определения, то вполне очевидно, что и определение потенциальной энергии страдает таким же недостатком.
Из
определения потенциальной энергии
также следует, что это понятие имеет
место только для консервативных систем,
у которых работа действующих сил зависит
только от начального и конечного
положения системы. Так, для груза весом Р,
поднятого на высоту h,
потенциальная энергия будет равна:
;
Потенциальной
энергией обладают и упругие тела,
подвергающиеся деформации
.
Работа
потенциальных сил равна убыли потенциальной
энергии системы:
.
Несмотря
на то, что потенциальная энергия
определяется через работу сил, она, в
свою очередь, используется для определения
этих сил, для чего используются частные
производные:
,
,
.
которые
эквивалентны одному векторному выражению
.
Закон сохранения механической энергии.
Сумма
кинетической и потенциальной энергии
тел, составляющих замкнутую систему и
взаимодействующих между собой посредством
сил тяготения и сил упругости, остается
неизменной.
.
Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.
Очень важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.
В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.
Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.
Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).
При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.
Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.