ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ МУЛЬТИМЕДИЙНОГО КУРСА ЛЕКЦИЙ

ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

Лекция №1

МЕХАНИКА - это раздел физики, в котором изучается простейший вид движения материи- перемещения тел или частей тела друг относительно друга.

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА изучает движение макроскопических тел (с размерами много большими размера атомов), которые движутся со скоростями, много меньшими скорости света.

РАЗДЕЛЫ МЕХАНИКИ

КИНЕМАТИКА - изучает движение тел, не рассматривая причины его вызывающие.

ДИНАМИКА - изучает законы движения тел в связи с причинами, вызывающими это движение.

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ- являются наиболее общими физическими законами и связаны с законами сохранения энергии, импульса и момента импульса.

СТАТИКА - изучает законы равновесия тел.

ДВЕ МОДЕЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В МЕХАНИКЕ

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА (М.Т.) - тело, форма и размеры которого несущественны в условиях данной задачи.

АБСОЛЮТНО ТВЕРДОЕ ТЕЛО (Т.Т.)- тело, деформацией размеров которого можно пренебречь.

СПОСОБЫ ОПИСАНИЯ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

ТРАЕКТОРНЫЙ

ТРАЕКТОРИЯ – воображаемая линия в пространстве, вдоль которой движется материальная точка.

ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИЖЕНИЯ S(t) – расстояние, проходимое М.Т. при движении вдоль траектории. ВЕКТОРНЫЙ

Положение М.Т. задается с помощью радиус -вектора, проведенного из точки, соответствующей началу отсчета, к материальной точке.

КООРДИНАТНЫЙ

П оложение М.Т. можно описать в разнообразных системах координат – сферической, цилиндрической, полярной, но основной из них является ПРЯМОУГОЛЬНАЯ ДЕКАРТОВА СИСТЕМА КООРДИНАТ, которая представляет собой три взаимно перпендикулярных оси X, Y, Z, вдоль которых отложены единичные вектора или орты . Положение М.Т. в декартовой системе координат задается радиус- вектором r через проекции радиус-вектора на оси координат, выраженные в масштабе единичных векторов.

ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ

ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА – это движение, при котором отрезок прямой, соединяющей две любые точки твердого тела, остается параллельным самому себе.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ – это движение М.Т. по окружности.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА – это движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями, расположенными на одной прямой, называемой осью вращения. При этом ось вращения перпендикулярна плоскостям, в которых лежат траектории движения любой точки Т.Т.

КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ

КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ – это движение, которое отличается той или иной степенью повторяемости. При этом тело совершает периодическое движение относительно своего равновесного положения.

КОМБИНИРОВАННОЕ ДВИЖЕНИЕ – это движение, при котором тело одновременно участвует в нескольких видах движения.

КИНЕМАТИКА

КИНЕМАТИКА ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

ТРАЕКТОРИЯ – Воображаемая линия в пространстве, вдоль которой движется М.Т.

Часто положение м.Т. Задается некоторым параметром, которым чаще всего является время t:

X(t), y(t), z(t) - это параметрическая форма задания движения.

Тогда уравнение траектории- это неявная функциональная зависимость между координатами М.Т., из которой исключено время – F (x,y,z)=0

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖЕНИЯ

СКОРОСТЬ –это векторная величина, характеризующая быстроту и направление перемещения материальной точки.

Быстрота перемещения М.Т. при равномерном и прямолинейном движении определяется отношением пути ΔS к интервалу времени Δt, за который этот путь пройден. V= ΔS/ Δt.

При неравномерном и криволинейном движении Δt→0 и тогда

Вектор скорости всегда направлен по касательной к траектории.

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ: – это вектор, соединяющий начальную и конечную точку пути.

ПУТЬ S – это расстояние, проходимое М.Т. вдоль траектории

УСКОРЕНИЕ: - это векторная величина, характеризующая быстроту и направление изменения вектора скорости М.Т.

Тангенциальная и нормальная компоненты ускорения:

Лекция №2

ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯ ЗАДАЧИ КИНЕМАТИКИ

ПРЯМАЯ ЗАДАЧА КИНЕМАТИКИ: по известной зависимости радиус-вектора (t) от времени необходимо определить векторы скорости (t) и ускорения (t). Эта задача решается путем дифференцирования выражения (t) по времени:

ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА КИНЕМАТИКИ: по известной зависимости ускорения a(t) от времени необходимо определить значения радиус-вектора r(t) и скорости V(t). Эта задача решается путем интегрирования выражения а(t) по времени: V_i=∫a_idt r_i=∫V_idt значок «_i» →x,y,z

(метод неопределенного интеграла)

КИНЕМАТИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ:

при вращательном движении материальная точка движется по окружности. Такое движение удобнее всего описывать в полярной системе координат- положение М.Т. определяется зависимостью угла поворота от времени: (t) при r -const.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА - кинематические характеристики поступательного движения –радиус-вектор, линейная скорость и ускорение мало пригодны для описания вращательного движения твердого тела , поскольку все эти величины различны для различных точек Т.Т.

При вращательном движении угол поворота любой точки твердого тела относительно исходного положения одинаков для всех точек Т. Т., однако остается проблема начального углового положения различных точек Т. Т. Выход из положения – сделать угол поворота векторной величиной и направить его вдоль оси вращения.

Вектор углового перемещения при вращательном движении аналогичен вектору поступательного движения : →

По аналогии вводится понятие вектора угловой скорости и углового ускорения :

→

→

Связь линейной и угловой скорости

Связь линейного и углового ускорения

Лекция №3

ДИНАМИКА

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА

Первый закон Ньютона

КЛЮЧЕВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Эксперимент №1 Человек и брусок на горизонтальной поверхности

К бруску, лежащему неподвижно, подходит человек и с помощью веревки перемещает брусок по поверхности. По окончанию воздействия человека брусок останавливается. Интерпретация этих результатов, данная еще

Аристотелем: Сила является источником движения. С прекращением действия силы прекращается движение.

Эксперимент №2 Брусок, скатывающийся с наклонной плоскости

Основное отличие от предыдущего эксперимента: на горизонтальном участке пути брусок продолжает движение, хотя, как и ранее, на него не оказывается никакого внешнего воздействия. На этом участке пути тела движутся равнозамедленно. Степень замедления не зависит от свойств наклонного участка пути, а определяется, как показали дополнительные эксперименты, трением между движущимся телом и поверхностью. Интерпретация результатов экспериментов: на горизонтальном участке пути тела стремятся двигаться равномерно, причиной замедления движения является ТРЕНИЕ.

Эксперименты №5 и 6 Свободное падение тел. Тяжелое и легкое тело падают с одинаковой высоты. На воздухе тяжелые тела падают быстрее легких тел. Повторение эксперимента, но уже в вакууме показало, что эти тела движутся одинаковым образом.

Интерпретация результатов эксперимента: все тела подвержены притяжению Земли, воздух оказывает сопротивление движению тел, поэтому легкие и тяжелые тела падают по- разному.

Таким образом, на горизонтальном участке пути на брусок действует притяжение со стороны Земли, которое направлено вертикально. Возникает вопрос: имеются ли другого рода воздействия в вертикальном направлении на тела, движущиеся по горизонтальной поверхности?