Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

А.И. Никишина, А.К. Тарханов

ФИЗИКА:

теоретический материал для подготовки

к лабораторным работам

Учебное пособие

В

оронеж  2016

_{УДК 53(07)}

_{ББК 22.3я73}

_Н628

Рецензенты:

кафедра материаловедения и физики металлов

Воронежского государственного технического университета;

В.Н. Нечаев, профессор Военно-воздушной академии

им. профессора Н. Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина

Н628	Никишина, А.И. Физика: теоретический материал для подготовки к лабораторным работам : учеб. пособие / А.И. Никишина, А.К. Тарханов; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2016. – 138 с.

Содержит 18 разделов по курсу «Физика – механика, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, колебательные процессы, волновая оптика, элементы физики атома» в соответствии со стандартами и учебными планами. Приведены примеры применения основных законов и явлений в общей физике для решения задач.

Предназначено для студентов первого курса, обучающихся по направлению «Строительство», профиль «Промышленное и гражданское строительство».

Ил. 103. Табл. 3. Библиогр.: 5 назв.

_{УДК 53(07)}

_{ББК 22.3 я73}

Печатается по решению учебно-методического совета

Воронежского ГАСУ

ISBN 978-5-89040-637-8 © Никишина А.И., Тарханов А.К., 2016

© Воронежский ГАСУ, 2016

ВВЕДЕНИЕ

Пособие подготовлено в соответствии с действующей программой курса физики для инженерно-технических специальностей высших учебных заведений. Оно содержит необходимый для изучения материал по всем разделам курса и состоит из 18 разделов, предусмотренных учебным планом. В пяти разделах дано систематическое изложение физических основ классической механики. Два раздела посвящены основам молекулярной физики и термодинамики. Электростатике, постоянному электрическому току и электромагнетизму посвящены четыре раздела, а на механические и электромагнитные колебания и волновую оптику приходится по два раздела и по одному разделу – на тепловое излучение, элементы квантовой оптики и элементы квантовой механики. Небольшой объем пособия достигнут с помощью тщательного отбора и лаконичного изложения материала. Приводятся определения основных физических понятий и величин, формулировки физических законов, кратко разъяснена сущность описываемых ими явлений. Разобраны решения задач с целью лучшего усвоения рассматриваемых законов и формул. Изложение материала ведется без громоздких математических выкладок. Пособие снабжено большим количеством иллюстраций, облегчающих понимание материала. Оно не призвано заменить учебник, а выступает лишь в качестве теоретического сопровождения лекций, практических и лабораторных занятий с целью достижения более глубокого усвоения основных понятий и законов физики.

Пособие предназначено в первую очередь для студентов очной формы обучения направления «Строительство», профиль «Промышленное и гражданское строительство», однако может быть полезно студентам заочной и дистанционной форм обучения.

1. Кинематика прямолинейного движения материальной точки

1. Механическое движение

Механическим движением называется изменение положения данного тела (или его частей) относительно других тел.

В ньютоновской механике рассматриваются механические движения тел, происходящие со скоростями, много меньшими скорости света в вакууме.

Кинематикой называется раздел механики, в котором изучаются механические движения тел во времени и не рассматриваются какие-либо воздействия на эти тела других тел или полей.

Для описания механического движения необходима система отсчета:

• Тело отсчета − тело, относительно которого рассматривается движение. Например, пассажир, сидящий в кресле самолета, и корпус самолета движутся относительно Земли, но неподвижны друг относительно друга.

• Система координат, связанная с телом отсчета. Простейшей системой координат является прямоугольная декартова система хуz.

• Часы, позволяющие отсчитывать интервалы времени от начала отсчета.

Материальной точкой называется тело, формой и размерами которого можно пренебречь в условиях исследуемой задачи.

Абсолютно твердое тело − тело, форма и размеры которого при наличии всевозможных внешних воздействий могут считаться неизменными. Абсолютно твердое тело можно рассматривать как систему жестко связанных материальных точек, находящихся на неизменных расстояниях друг от друга.

Положение материальной точки А в пространстве полностью определяется заданием системы координат и трех координат частицы в данной системе х_А, у_А, z_А (координатное описание положения частицы) (рис. 1.1.1). Также положение точки может быть задано радиус-вектором (векторное описание положения частицы).

Радиус-вектор – вектор, проведенный из начала отсчета координат О в точку пространства, в которой находится частица (точка А) (рис. 1.1.1).

(Чтобы описать движение точки, необходимо задать зависимость радиус-вектора от времени.)

Уравнение движения точки − уравнение зависимости радиус-вектора движущейся точки от времени:

(1.1.1)

или эквивалентная ему система уравнений:

. (1.1.2)

Уравнение траектории – уравнение зависимости координаты x от y:

. (1.1.3)

Траектория – линия, которую описывает в пространстве конец радиус-вектора r при движении материальной точки А.

Путь S − скалярная физическая величина, равная длине участка траектории, пройденного движущейся точкой за данный промежуток времени. Пути, пройденные точкой за последовательные промежутки времени, складываются арифметически.

Перемещение – вектор, соединяющий начальное и конечное положения точки, движущейся в течение промежутка времени Δt (рис. 1.1.2):

. (1.1.4)

Рис. 1.1.1 Рис. 1.1.2

По форме траектории механическое движение делится на прямолинейное и криволинейное. Если все точки траектории лежат в одной плоскости, движение называется плоским.

Поступательное движение − движение тела, при котором любая прямая, соединяющая две произвольные точки тела, перемещается, оставаясь параллельной самой себе. Поступательное движение абсолютно твердого тела может быть охарактеризовано движением какой-либо одной его точки, например движением центра масс.