Министерство образования и науки Российской Федерации
Вологодский государственный университет
Я.Д. Лебедев
ФИЗИКА
Часть 1
Механика, колебания и волны,
молекулярная физика, электростатика
Утверждено редакционно-издательским советом
в качестве учебного пособия
Вологда
2015
УДК 53(075.8)
ББК 22.33я73
Л 33
Рецензенты:
кафедра кристаллографии и экспериментальной физики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского
доктор педагогических наук, профессор Вятского государственного гуманитарного университета (г. Киров), член-корреспондент РАО, Ю.А. Сауров;
доктор философских наук, профессор кафедры физики Донского государственного технического университета, Учёный секретарь Ростовского Физического Общества Л.А. Минасян
Лебедев, Я.Д.
Л 33 Физика : учебное пособие в 3-х ч. Часть 1. Механика, колебания и волны, молекулярная физика, электростатика / Я.Д. Лебедев ; Мин-во обр. и науки РФ ; Вологод. гос. ун-т. – Вологда: ВоГУ, 2015. – 144 с.
ISBN 978–5–87851–595–5
ISBN 978–5–87851–596–2 (Ч. 1)
Пособие содержит материалы: по основам механики системы материальных точек и твёрдого тела; колебаниям и волнам; молекулярной физике и электростатике.
Содержание направлено на ознакомление студентов с основными идеями и методами физики. Это возможно через формирование у студентов понимания знакового языка и на его основе приобретение навыков построения моделей реальности; кодирование содержания курса через символический язык позволяет перейти на язык математики и приобрести навыки владения преобразованием содержания курса физики и математических действий и уметь получать оценочный результат.
Предназначено для студентов направлений бакалавриата 15.03.01, 15.03.02, 15.03.04, 15.03.05 и может быть использовано студентами других технических направлений.
УДК 53(075.8)
ББК 22.33я73
ISBN 978–5–87851–595–5 © ФГБОУ ВПО «Вологодский
ISBN 978–5–87851–596–2 (Ч. 1) государственный университет», 2015
© Лебедев Я.Д., 2015
Оглавление
оглавление 5
Предисловие 7
1. Динамика системы частиц 9
1.1. Моделирование в динамике материальной точки 9
1.2. Пространственные и временные отношения, их объективные характеристики 11
1.3. Характеристики прямолинейного движения. Понятие о мире событий и состоянии частицы 14
1.4. Принцип инерции. Импульс как характеристика состояния частицы 18
1.5. Центр масс системы частиц. Движение центра масс 22
1.6. Уравнение движения тела переменной массы 25
1.7. Неинерциальные системы отсчёта. Сила инерции 27
2. Работа и энергия. Всемирное тяготение 31
2.1. Характеристики несвободной частицы. К вопросу о понятии силы в динамике 31
2.2. Понятие работы в механике. Мощность. Кинетическая энергия 34
2.3. Потенциальная энергия как характеристика внешнего воздействия 36
2.4. Механическая энергия. Закон сохранения энергии 37
3. механика твёрдого тела 41
3.1. Момент импульса частицы. Понятие момента инерции 41
3.2. Кинетическая энергия вращающегося тела 43
3.3. Вычисление момента инерции для простейших тел 47
3.4. Основное уравнение вращения 50
3.5. Закон сохранения момента импульса 54
4. Элементы теории относительности 56
4.1. Преобразования Галилея 56
4.2. Принцип относительности и предельная скорость движения 57
4.3. Относительность одновременности 59
4.4. Относительность длины отрезка 61
4.5. Преобразования Лоренца 62
4.6. Пространственно-временной интервал как объективная характеристика мира событий 63
4.7. Релятивистский импульс и релятивистская энергия 66
5. Колебательное движение 70
5.1. Сложение однонаправленных колебаний 70
5.2. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний 74
5.3. Затухающие колебания 77
5.4. Вынужденные колебания 83
6. ВОЛНовЫе процессы 87
6.1. К вопросу о понятии кристалла 88
6.2. Понятие волны. Уравнение плоской волны. Волновое уравнение 92
6.3. Плотность энергии в бегущей упругой волне 97
6.4. Интерференция волн. Стоячие волны 102
7. Элементы кинетической теории газов 106
7.1. Распределение молекул газа по скоростям 106
7.2. Средняя длина свободного пробега молекул 109
7.3. Уравнение переноса в газах. Диффузия 113
7.4. Уравнение переноса в газах. Теплопроводность 116
7.5. Уравнение переноса. Вязкость газов 117
8. реальные газы 120
8.1. Реальный газ малой плотности. Понятие об уравнении Ван-Дер-Ваальса 120
8.2. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние вещества 125
8.3. Фазы. Фазовые диаграммы. Тройная точка 128
8.4. Тепловые характеристики твёрдых тел 131
9. Электростатика 134
9.1. Понятие об электрическом поле 134
9.2. Циркуляция электрического поля неподвижных зарядов. Электрический потенциал 138
9.3. Поток вектора напряжённости. Закон Гаусса. Графическое отображение электрического поля 140
9.4. Применение закона Гаусса для расчёта электрического поля системы проводников 144
9.5. Электрическое поле системы проводников 147
Библиографический список 151