- •Часть I. Механика
- •Раздел 1. Введение
- •Раздел 2. Кинематика
- •Цилиндрическая, полярная система отсчета
- •6. Волновое движение
- •Раздел 3. Законы динамики
- •Раздел 4. Законы сохранения
- •1. Момент импульса считается постоянным в замкнутой систем.
- •2. Если система не замкнута, но существует ось, относительно которой векторная сумма моментов сил равна нулю, то момент импульса системы, относительно этой же оси, остаётся постоянным.
- •Гироскоп
- •Раздел 5. Гравитационное поле
- •Раздел 6. Движение в неинерциальных системах отсчета
- •Раздел 7. Элементы теории относительности. Примеры.
Конспект лекций.
Часть I. Механика
Раздел 1. Введение
Математический аппарат физики. Векторы и операции с ними
Вектор
характеризуется модулем (длиной) и
направлением.
Любой
вектор равен своей длине, умноженной
на единичный вектор
своего
направления:
Вектор
суммы векторов
и
,
есть
вектор
,
являющиеся
диагональю паралелограмма, построенного
на векторах
и
как на сторонах.
+ = . Длина вектора суммы:
Вектор
разности двух векторов
и
-
есть
вектор
,
соединяющий
концы вычитаемых векторов, приведенных
к одному началу и направленный в сторону
уменьшаемого.
=
Изменение
вектора (как по величине, так и по
направлению):
Если
,
то
изменение
за время
,
есть вектор
(t)=
(t2)
-
(t1
)
Умножение
векторов:
Скалярное произведение есть число:
-
угол
между векторами.Векторное произведение есть вектор:
Длина
вектора
:
.
Направление
вектора
:
,
,
если смотреть с конца
вектора , то направление кратчайшего поворота от первого вектора ко второму - против часовой стрелки.
Разложение вектора на составляющие:
операция,
.
Строим
параллелограмм с диагональю
и сторонами
Проекция
вектора на ось
есть число, равное
,
где
- угол между осью и вктором.
Если взять оси декартовой системы координат, то:
-
составляющие вектора.
–
,
-проекции
вектора на оси.
Момент вектора относительно точки и оси:
Момент вектора относительно точки О – это вектор
Вектор
-соединяет
точку О с началом вектора
Момент вектора относительно оси, проходящей через точку O – это проекция вектора
на эту ось.
Дифференцирование функций.
1).
2).
cos
.
Здесь
dx-
бесконечно малое изменение величины
x,
dt-
соответственно, величины t.
Дифференцирование
вектора:
, длина и направление - функции времени.
Тогда
вектор
– коллинеарен (параллелен) исходному
,
характеризует изменение
вектора только по величине.
Вектор
– перпендикулярен
исходному, характеризует изменение
вектора только по направлению.
Пример.
Пусть вектор
меняется только по направлению, (вращается
относительно своего начала), тогда
производная от вектора будет равна:
.
Найдём этот вектор.
Его
направление совпадает с направлением
вектора
t),
соединяющего концы двух векторов
Конец единичного вектора
описывает окружность единичного радиуса
и за бесконечно малое время dt опишет бесконечно малую часть этой окружности dS. При этом
длина дуги «почти» равна длине секущей (которая почти перпендикулярна к радиусу) т.е.
|d(
=R
=
|
= 1
. Модуль
вектора |
.|
= |
.
Таким образом, вектор найден и по величине и по направлению.
Интегрирование.
+Const.
2).
cos
;
Если
некоторая функция независимой переменной
x
есть
,
то
численно равен площади под графиком
Раздел 2. Кинематика
Материальная точка. Система отсчета. Траектория. Перемещение и путь. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Классификация движения по ускорению. Кинематика прямолинейного и вращательного движений точки. Кинематика колебательного и волнового движений. Примеры, практические задачи.
Движение твердого тела. Степени свободы. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Теорема Эйлера о произвольном движении твёрдого тела.
Механическое движение – это изменение положения (перемещение) тела в пространстве, относительно других тел.
Предварительно введем следующие упрощения:
От реальных тел мы перейдём к материальной точке (тело, размерами которого можно пренебречь в условиях нашей задачи)
Пусть тело отсчета есть точка O –, материальная точка M – тело, которое движется относительно O (тело отсчета неподвижно).
Вектор
, соединяющий точку отсчёта и движущуюся
материальную точку – радиус-вектор
.
Если радиус-вектор меняется, то точка
движется.
Системы отсчета:
Векторная система отсчета. Переменные величины: радиус- вектор, время.
Зависимость радиус-вектора точки от времени – уравнение движения:
Скоростью движения материальной точки мы называем первую производную от
радиуса-вектора
по времени:
Ускорением материальной точки мы называем первую производную от вектора скорости по времени (вторую производную от радиуса-вектора по времени):
Декартова система отсчета. Тело отсчёта- начало прямоугольной системы координат О, три взаимно перпендикулярных оси ОX; OY; OZ . Положение точки определяется тремя числами-xyz - координатами. Если любая из координат меняется – точка движется.
Радиус-вектор
в декартовой системе:
Разложим радиус-вектор
на составляющие по осям координаи:
Каждая сотавляющая равна своей длине,
умноженной на единичный вектор оси:
и т.д.
.
Здесь
,
,
-
орт-векторы (единичные) соответствующих
осей. Проекции радиус-вектора на оси
есть декартовы координаты точки.
=
(учтено, что орты не меняются со временем
т.е.
=0
и тело отсчёта – начало системы координат)
