26

Часть I Введение к курсу

Физика изучает свойства и закономерности окружающего нас материального мира.

Без знания основных законов физики невозможно успешно усвоить такие курсы, как сопротивление материалов, физическая химия, основы электротехники и др.

Курс физики изучается в трех семестрах: в 1-м семестре изучаются разделы «Физические основы механики», «Статистическая физика и термодинамика», «Электричество».

Основными учебными пособиями по теоретическому курсу являются: Савельев «Курс общей физики» (Т. 1,2,3); Трофимова «Курс физики»; Детлаф, Яворский «Курс физики».

Раздел I Физические основы механики

Механика  часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение.

Механика делится на три раздела: кинематику, динамику и статику. Статику в курсе физики не изучается.

Элементы кинематики

Д ля описания движения тел механика использует разные физические модели. Простейшей моделью является материальная точка. Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами которого можно пренебречь в данной задаче.

Траектория движения точки – это линия, описываемая этой точкой в пространстве. Положение точки А в данный момент времени задается тремя координатами x, y, z, или радиусом - вектором r₀; r – радиус-вектор точки B.

Вектор r = r – r₀, проведенный из начального положения точки в положение ее в данный момент времени, называется перемещением. S – длина пути, который проходит точка за время t.

Для определения быстроты и направления движения вводится векторная величина – скорость

Скорость направлена по касательной к траектории.

Если скорость постоянная, то движение равномерное.

При неравномерном движении важно знать, как быстро изменяется скорость, поэтому вводится понятие об ускорении. Ускорение определяется первой производной скорости по времени

a  .

Для характеристики движения точки по окружности вводят угловую скорость и угловое ускорение.

Угловой скоростью называется векторная величина, равная первой производной угла поворота  по времени

  .

Равномерное вращение характеризуется периодом вращения Т – временем, за которое точка совершает один полный оборот .

Число полных оборотов тела в единицу времени при равномерном движении по окружности называется частотой вращения n

n = 1/T,  = 2n.

Угловым ускорением называется векторная величина, равная первой производной угловой скорости по времени

.

В таблице приведены основные формулы кинематики.

Вид движения	Поступательное	Вращательное
Равномерное	S = t	 = t
Равнопеременное	= 0 + at S = 0t	 = 0 + t  = 0t

Динамика частиц

Динамика изучает влияние взаимодействия тел на их движение и законы движения тел.

Воздействие тел друг на друга характеризуется силой.

Сила F – векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей.

Масса тела m – физическая величина, которая является мерой инерционных и гравитационных свойств тела.

Импульсом тела называется векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость

p = mv.

В основе динамики лежат три закона Ньютона.

Первый закон Ньютона гласит: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Системы отсчета, по отношению к которым первый закон Ньютона выполняется, называются инерциальными системами отсчета.

Система отсчета, которая покоится или движется равномерно и прямолинейно относительно инерциальной системы отсчета, сама является инерциальной.

При решении многих задач вращением Земли можно пренебречь и считать систему, связанную с Землей, инерциальной.

Второй закон Ньютона гласит: ускорение тела пропорционально равнодействующей всех сил, приложенных к телу, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе тела

a = ,

где F –равнодействующая всех сил, приложенных к телу, k – коэффициент пропорциональности.

Взаимодействие между телами определяется третьим законом Ньютона, который гласит: силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположно направлены

F₁₂ = F₂₁,

F₁₂ – сила, действующая на первое тело со стороны второго, F₂₁ - сила, действующая на второе тело со стороны первого.

Эти силы не уравновешивают друг друга, так как они приложены к различным телам. Взаимодействие между телами может происходить и на расстоянии.