Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Волжский государственный университет водного транспорта»

(ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)

Каспийский институт морского и речного транспорта

– филиал ФГБОУ ВО «ВГУВТ»

А. М. Лихтер, о. Н. Гречухина, а. А. Попов

Механика

Учебное пособие

2015

Рецензенты: д.ф.-м.н., профессор кафедры «Технической физики и информационных технологий» ЭТИ СГТУ Элькин М. Д.; д. т. н., профессор, заведующий кафедрой физики АГТУ Селиванов Н. В.

Гречухина О. Н., Механика. Учебное пособие / О. Н. Гречухина, А. М. Лихтер, А. А. Попов. – Астрахань: ООО «Астраханская полиграфическая компания», 2015. – 111 с.

В учебном пособии рассмотрены основные законы и явления, относящиеся к разделу «Механика». Отличительной особенностью данного издания является приоритет, который уделяется экспериментальным основам физики. Изложение построено так, что по каждому из подразделов механики: кинематике, динамике и др. приводятся описания опытов, из которых сделаны теоретические обобщения. Учебное пособие не перегружено математическими выкладками и, в то же время, достаточно строгое и логически выстроенное.

Может быть рекомендовано в первую очередь студентам-заочникам, обучающимся по специальностям: 26.05.05 «Судовождение», 26.05.06 «Эксплуатация судовых энергетических установок», 26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики», а также по другим инженерным специальностям.

Утверждено на заседании кафедры МЕНД Каспийского института морского и речного транспорта – филиала ФГБОУ ВО «ВГУВТ».

Протокол № 12 от 24 декабря 2015г.

© ООО «Астраханская полиграфическая компания», 2015

© Лихтер А. М., Гречухина О. Н., Попов А. А., 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. КИНЕМАТИКА 6

1.1. Кинематика поступательного движения 6

1.2. Относительное движение 15

1.3. Кинематика вращательного движения 17

Вопросы к разделу 1 «Кинематика» 20

2. ДИНАМИКА 22

2.1. Динамика поступательного движения 22

Вопросы к главе 2 «Динамика» 31

2.1. Динамика поступательного движения 31

2.2. Динамика вращательного движения. Законы динамики вращательного движения 31

Вопросы к разделу 2 «Динамика» 2.2. Динамика вращательного движения 37

3. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ 38

3.1 Закон сохранения импульса 38

3.2. Понятие энергии, работы, мощности 42

3.3. Энергия механического движения 43

3.4. Закон сохранения механической энергии 47

3.5. Закон сохранения момента импульса 49

Вопросы к разделу 3 «Законы сохранения» 51

4. МЕХАНИКА УПРУГИХ ТЕЛ. СИЛЫ 53

4.1. Сплошные тела. Абсолютно упругое тело. Виды деформаций 53

После снятия нагрузки форма тела не восстанавливается (деформация не исчезает) 53

4.2. Напряжение. Связь между деформацией и напряжением. Закон Гука 56

4.3. Диаграмма напряжений. Упругий гистерезис 59

4.4. Энергия упругой деформации 60

60

Рис. 72 60

4.5. Силы трения. Коэффициент трения 61

4.6 Закон всемирного тяготения. Поле тяготения 63

Вопросы к разделу 4 «Механика упругих тел. Силы» 64

5. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ 66

5.1. Гармоническое колебательное движение 66

5.2. Скорость и ускорение при гармоническом колебательном движении 67

5.3. Затухающие колебания 67

5.4. Энергия гармонического колебательного движения 74

5.5. Вынужденные колебания. Резонанс 75

5.6. Сложение колебаний 75

5.7. Примеры колебательных систем 77

Вопросы к разделу 5 «Механические колебания» 78

6. ВОЛНОВОЕ ДВИЖЕНИЕ 79

6.1. Образование волн. Поперечные и продольные волны 79

6.2. Характеристики волн. Уравнение волны 79

6.3. Энергия волнового движения. Поток энергии. Вектор Умова 80

6.4. Стоячие волны 81

6.5. Явление Доплера 83

Вопросы к разделу 6 «Волновое движение» 84

7. ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИКИ СПЛОШНЫХ СРЕД 86

7.1. Свойства и строение жидкостей 86

7.2. Поверхностное натяжение. Адсорбция 87

7.3. Влияние кривизны поверхности жидкости. Смачивание и несмачивание 89

7.4. Капиллярные явления. Закон Жюрена 91

7.5. Строение и свойства твердых тел 92

Вопросы к разделу 7 «Элементы механики сплошных сред» 94

8. МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ 95

8.1. Гидростатика 95

Вопросы к разделу 8 «Механика жидкостей и газов» 8.1. Гидростатика 100

8.2. Гидроаэродинамика 100

Вопросы к разделу 8 «Механика жидкостей и газов» 8.2. Гидроаэродинамика 113

9. ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ 115

9.1. Общие вопросы теории относительности 115

9.2. Преобразования координат и времени (преобразования Лоренца) 116

9.3. Замедление течения времени 118

9.4. Парадокс близнецов 120

9.5. Релятивистское сложение скоростей 120

9.6. Релятивистское тяготение 120

9.7. Элементы релятивистской динамики 121

Вопросы к разделу 9 «Границы применимости классической механики» 123

1. Кинематика 5

1.1. Кинематика поступательного движения 5

1.2. Относительное движение 13

1.3. Кинематика вращательного движения 15

Вопросы к разделу 1 «Кинематика» 18

2. Динамика 19

2.1. Динамика поступательного движения 19

Вопросы к разделу 2 «Динамика», 2.1. Динамика поступательного движения» 28

2.2. Динамика вращательного движения. Законы динамики вращательного движения 28

Вопросы к разделу 2 «Динамика», 2.2. Динамика вращательного движения 34

3. Законы сохранения в механике 35

3.1. Закон сохранения импульса 35

3.2. Понятие энергии, работы, мощности 38

3.3. Энергия механического движения 39

3.4. Закон сохранения механической энергии 42

3.5. Закон сохранения момента импульса 44

Вопросы к разделу 3 «Законы сохранения» 46

4. Механика упругих тел. Силы 48

4.1. Сплошные тела. Абсолютно упругое тело. Виды деформаций 48

4.2. Напряжение. Связь между деформацией и напряжением. Закон Гука 51

4.3. Диаграмма напряжений. Упругий гистерезис 53

4.4. Энергия упругой деформации 54

4.5. Силы трения. Коэффициент трения 55

4.6. Закон всемирного тяготения. Поле тяготения 57

Вопросы к разделу 4 «Механика упругих тел. Силы» 58

5. Механические колебания 59

5.1. Гармоническое колебательное движение 59

5.2. Скорость и ускорение при гармоническом колебательном движении. 60

5.3. Затухающие колебания 60

5.4. Энергия гармонического колебательного движения 66

5.5. Вынужденные колебания. Резонанс 67

5.6. Сложение колебаний. 67

5.7. Примеры колебательных систем 69

Вопросы к разделу 5 «Механические колебания» 70

6. Волновое движение 71

6.1. Образование волн. Поперечные и продольные волны 71

6.2. Характеристики волн. Уравнение волны 71

6.3. Энергия волнового движения. Поток энергии. Вектор Умова 72

6.4. Стоячие волны 73

6.5. Явление Доплера 74

Вопросы к разделу 6 «Волновое движение» 75

7. Элементы механики сплошных сред 76

7.1. Свойства и строение жидкостей 76

7.2. Поверхностное натяжение. Адсорбция 77

7.3. Влияние кривизны поверхности жидкости. Смачивание и не смачивание 79

7.4. Капиллярные явления. Закон Жюрена. 81

7.5. Строение и свойства твердых тел. 82

Вопросы к разделу 7 «Элементы механики сплошных сред» 84

8. Механика жидкостей и газов 85

8.1. Гидростатика 85

Вопросы к разделу 8 «Механика жидкостей и газов», 8.1. Гидростатика 89

8.2. Гидроаэродинамика 89

Вопросы к разделу 8 «Механика жидкостей и газов», 8.2. Гидроаэродинамика 101

9. Границы применимости классической механики 102

9.1. Общие вопросы теории относительности 102

9.2. Преобразования координат и времени (преобразования Лоренца) 103

9.3. Замедление течения времени 104

9.4. Парадокс близнецов 105

9.5. Релятивистское сложение скоростей 105

9.6. Релятивистское тяготение 105

9.7. Элементы релятивистской динамики 106

Вопросы к разделу 9 «Границы применимости классической механики» 108