Передмова

Представлений читачу конспект лекцій був створений автором у результаті викладання курсу фізики на фізико-технічному факультеті Сумського державного університету, починаючи з 2001 року.

У зв’язку з реорганізацією навчального процесу відповідно до основних тенденцій Болонського процесу зменшується обсяг аудиторних занять, частина навчального матеріалу виноситься на самостійне вивчення. Тому постає два питання: який матеріал повинен бути обов’язково вивченим та яка мінімальна глибина його розуміння? Поданий конспект лекцій дає відповіді на ці запитання.

Формуючи мінімально необхідний матеріал автор використовував, перш за все, загально відомі російськомовні курси фізики І.В.Савельєва [1–6] та Д.В.Сивухіна [7–11]. Для студентів, які бажають отримати більш глибоке розуміння викладених у конспекті питань, у заголовку кожного параграфа наведено посилання на рекомендовану літературу.

Під час написання конспекту лекцій було поставлено два завдання: сформувати у студентів систему понять та законів фізики та сформувати вміння їх застосовувати до конкретних ситуацій (формування фізичного мислення).

Для вирішення першого завдання у конспекті визначення фізичних понять, формулювання законів виділено напівжирним курсивом. Важлива інформація виділена курсивом. У кінці конспекту лекцій подано предметний покажчик, за допомогою якого легко знайти визначення потрібного терміну. Формування системи понять фізики, тобто розуміння «мови» фізики є найголовнішим завданням, яке повинно бути вирішене читачем у першу чергу.

Для вирішення другого завдання (формування фізичного мислення) у конспекті подано достатньо велику кількість доведень тих, чи інших положень фізики. Майбутній інженер повинен вміти застосовувати принципи фізики до вирішення конкретних завдань. Для засвоєння матеріалу основну роль повинна відігравати логічна пам’ять, запам’ятовування повинно досягатися через глибоке розуміння. Над конспектом потрібно працювати «з олівцем у руках», обов’язково опрацьовуючи усі доведення, не обмежуючись тільки читанням матеріалу.

Структура конспекту лекцій обумовлена тим, що курс лекцій для студентів інженерних спеціальностей викладається протягом двох семестрів. Перша частина конспекту містить матеріал першого семестру навчання. Тут викладені розділи «Фізичні основи класичної механіки», «Основи молекулярної фізики і термодинаміки», «Електрика».

Розділ 1 Фізичні основи класичної механіки Тема 1 Кінематика §1 Простір і час. Система відліку. Матеріальна точка. Радіус-вектор. Траєкторія, шлях, переміщення [7]

1. Фізика – наука, яка вивчає найпростіші і найбільш загальні властивості й закони руху об’єктів матеріального світу. Починаємо вивчення фізики з механіки, розділу фізики, що вивчає найпростішу форму руху матерії – механічний рух. Механічним рухом називають зміну з часом взаємного розміщення тіл або їх частин у просторі.

Одними з фундаментальних понять є поняття про простір та час. Коли говорять про простір, то під цим розуміють розміщення одної або іншої точки відносно інших тіл та спосіб вимірювання відстаней між точками та тілами. Коли говорять про час, то мають на увазі деякий періодичний процес, який відбувається у системі тіл, який служить виміру проміжків часу.

2. Вивчення механіки почнемо з кінематики. Кінематикою називають розділ механіки, який присвячено опису руху тіл, без з’ясування причин такого руху.

Рисунок 1.1

У механіці для опису тіл використовують різні моделі. Зупинимося на одній з них. Матеріальною точкою називають тіло, розмірами якого в даних умовах руху можна знехтувати. Знехтувати можна розмірами тіла коли: а) відстані до інших тіл набагато більші порівняно з розмірами самого тіла; б) коли відстані, які проходить тіло, є набагато більші порівняно з розмірами тіла; в) коли тіло рухається поступально, тобто усі точки тіла рухаються однаково.

Щоб описати рух будь-якого тіла, потрібно вказати інше тіло відносно яких розглядається рух даного тіла, потрібно вказати систему координат та визначити, яким чином ми будемо слідкувати за часом. Про все це говорять як про систему відліку. Системою відліку називають тіло відліку, систему координат, що пов’язана з тілом відліку, та прилад для виміру часу. Таким чином, рух тіла розглядається відносно системи відліку.

Рисунок 1.2

Розміщення матеріальної точки у просторі визначається радіус-вектором . Вектор, початок якого збігається з початком координат, а кінець визначає положення деякої матеріальної точки, називається радіус-вектором цієї точки (див рис. 1.1). У прямокутній системі координат , де – координати точки, (або відповідно ) – орти координатних осей (вектори одиничної довжини, які направлені вздовж відповідних осей).

Зміна положення матеріальної точки у просторі за час визначається вектором переміщення (рис. 1.2). Вектор переміщення – вектор, проведений з початкового положення матеріальної точки в її кінцеве положення . Вектор переміщення дорівнює різниці радіус-векторів у кінцевому і початковому положеннях матеріальної точки . Модуль переміщення дорівнює .

Траєкторією називають лінію вздовж якої рухається тіло. Шляхом називають довжину траєкторії. Шлях, модуль переміщення, модуль радіус-вектора вимірюють у системі СІ у метрах.