Билет №1

1 вопрос.

1.Кинематическое описание движения – это задание положения тела относительно данной системы отсчета в любой момент времени или, другими словами, задание закона движения тела.

Кинематика – раздел механики, рассматривающий закономерности движения тел вне зависимости от причин, вызывающих или изменяющих его.

Всякое перемещение твердого тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движений. 

Поступательным называется движение, при котором любая прямая, жестко связанная с перемещающимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению. При вращательном движении все точки тела описывают окружности, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения.

Тела существуют и движутся в пространстве и во времени. Произвольно выбранное тело, относительно которого определяется положение других тел, называется телом отсчета. Совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и часов, представляет собой систему отсчета.

Материальной точкой называется тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данной задаче. В декартовой системе координат положение материальной точки  в определенный момент времени, задается тремя координатами  или радиус-вектором  , проведенным из начала координат  в данную точку . При движении точки ее координаты изменяются с течением времени. Кинематические уравнения движения материальной точки можно записать в скалярном виде:

или в векторной форме: 

2. Радиус-вектор (обычно обозначается {\displaystyle {\vec {r}}}r{\displaystyle \mathbf {r} }) — вектор, задающий положения точки в пространстве (например, евклидовом) относительно некоторой заранее фиксированной точки, называемой началом координат.

Для произвольной точки в пространстве, радиус-вектор — это вектор, идущий из начала координат в эту точку.

Длина радиус-вектора, или его модуль, определяет расстояние, на котором точка находится от начала координат, а стрелка указывает направление на эту точку пространства.

На плоскости углом радиус-вектора называется угол, на который радиус-вектор повёрнут относительно оси абсцисс в направлении против часовой стрелки.

Особенностью радиус-вектора, отличающего его от всех других векторов, является то, что его начало всегда находится в точке начала координат.

3. Путь.

Путь — это длина участка траектории, пройденного точкой за определенный интервал времени. Путь — величина скалярная, т.е. не зависящая от выбора системы координат. Путь не может быть отрицательным и не может убывать со временем.

 

Перемещение.

Перемещением материальной точки на интервале времени от момента t₁ до момента t₂ называется вектор  , соединяющий начальное положение точки с конечным. Очевидно, что   т.е. перемещение равно разности радиусов-векторов точки в конечный и начальный моменты времени. Если начальный момент времени не указан, то перемещение отсчитывается от начала движения:  , где r0 - радиус-вектор в начальный момент времени (при t = 0).

4. Скорость (единица скорости - метр в секунду м/с) — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения положения тела в выбранной системе отчета.

 

Формула скорости:

Так как скорость может изменяться со временем, необходимо ввести быстроту ее изменения, то есть ускорение. Космическая скорость - начальная скорость, необходимая для запуска ракет в космическое пространство.

Ускорение - векторная величина, равная первой производной скорости по времени. (еденица ускорения - метр на секунду в квадрате)

 

Формула ускорения:

Полное ускорение состоит из двух взаимно перпендикулярных: тангенциального и нормального (центростремительного).

 

Тангенциальное ускорение - направлено по касательной, определяет быстроту изменения модуля скорости.

 

Формула тангенциального ускорения:

Нормальное ускорение - характеризует изменение скорости по направлению и совпадает с нормалью к центру кривизны траектории.

 

Формула нормального (центростремительного) ускорения:

Классический закон сложения скоростей:

2 Вопрос.

1.Электрическим током называется направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Электрический ток в проводниках различного рода представляет собой либо направленное движение электронов в металлах (проводники первого рода), имеющих отрицательный заряд, либо направленное движение более крупных частиц вещества — ионов, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд — в электролитах (проводники второго рода), либо направленное движение электронов и ионов обоих знаков в ионизированных газах (проводники третьего рода).

За направление электрического тока условно принято направление движения положительно заряженных частиц.

Для существования электрического тока в веществе необходимо:

1. наличие заряженных частиц, способных свободно перемещаться по проводнику под действием сил электрического поля:

2. наличие источника тока, создающего и поддерживающего в проводнике в течение длительного времени электрическое поле;

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и плотность тока j.

2.Сила тока — скалярная физическая величина, определяемая отношением заряда Δq, проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δt, к этому промежутку времени.

Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным.

Единица силы тока — основная единица в СИ 1 А — есть сила такого неизменяющегося тока, который, проходя по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам очень маленького сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает силу взаимодействия между ними 2·10-7 Η на каждый метр длины проводников.

Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов  , то за промежуток времени   все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение 2. Поэтому сила тока: 

Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Плотность тока j — это векторная физическая величина, модуль которой определяется отношением силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника, т.е. 

В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м2).

Как следует из формулы,  . Направление вектора плотности тока   совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения  положительно заряженных частиц. Плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.

3. Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока - устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают  при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах - при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.

Билет №2