Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физика. Механика. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Е. О. Плешакова

Физика

Механика

Учебное пособие

Специальности 080401 Товароведение и экспертиза товаров,

100101 Сервис, 230100 Информатика и вычислительная тех-

ника, 260100 Технология продуктов питания

2008

ББК 22.3

П 38

Автор:

к.с.н., доцент кафедры математических и естественных наук

НОУ ВПО «Волгоградский институт бизнеса»

Е. О. Плешакова

Рецензенты:

к.ф.-м.н., доцент кафедры математических и естественных наук

НОУ ВПО «Волгоградский институт бизнеса»

Н. Е. Мещерякова;

к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики Волгоградского государственно-

го педагогического университета

С. Ю. Глазов

Плешакова Е. О.

Физика. Механика: учебное пособие / Е. О. Плешакова. –

Волгоград: НОУ ВПО ВИБ, 2008. – 143 с.

ISBN 978-5-9061-7249-5

В данном пособии изложен теоретический материал курса

физики, необходимый для изучения дисциплины и структурированный в соответствии с рабочей программой.

Учебное пособие также содержит дополнения, способствующие

активизации познавательной активности студентов, поддержанию интереса к изучаемой дисциплине: изложены вопросы истории физики, сведения о жизни великих ученых и совершенных ими открытиях.

ISBN 978-5-9061-7249-5

ББК 22.3

©Волгоградский институт бизнеса, 2008

©Плешакова, Е. О., 2008

Содержание

Введение Тема 1. Кинематика и динамика материальной точки Тема 2. Механика твердого тела Тема 3. Законы сохранения в механике Тема 4. Элементы специальной теории относительности Тема 5. Колебания и волны Литература

Введение

Учебное пособие предназначено в первую очередь для сту-

дентов специальностей Товароведение и экспертиза товаров, Сервис, Информатика и вычислительная техника, Технология продуктов питания, как заочной, так и очной форм обучения. Они являются первой частью планируемой кафедрой математических и естественных наук НОУ ВПО ВИБ серии из четырех пособий, охватывающих все основные разделы современной физики. Изложение материала ведется без громоздких математических выкладок, основное внимание уделяется физической сущности явлений и их законов. В конце каждой темы пособия даются краткие выводы по теме, вопросы для самоконтроля и повторения. Для приобретения более полных и глубоких знаний, а также практических навыков решения задач по физике студенту необходимо пользоваться дополнительными источниками. Список некоторых рекомендуемых учебников и пособий приведен в конце учебного пособия.

Человек с момента его появления как биологического вида на протяжении всего своего существования пытается осмыслить окружающий мир, разобраться в его устройстве и определить себя в нѐм.

Фундаментальные исследования в области физики второй половины XX века привели к разработке новых методов экспериментальных исследований природы, созданию современных технологий получения и преобразования вещества, энергии, информации.

Физики строят гигантские ускорители для получения высокоэнергичных частиц, штурмуют горные вершины для изучения свойств космического излучения.

Происходит новая революция в оптике, вызванная созданием квантовых генераторов, лазеров, создаются промышленные атомные реакторы для получения дешевой электроэнергии, физики вплотную подходят к решению проблемы управляемой термоядерной реакции. XXI век принесет новые открытия, смысл и значение которых станет понятней для тех, кто имеет представление об их исторической связи с предшествующими научными событиями.

Цели и задачи курса

Формирование аналитического мышления у студентов, приобретение навыков работы с большим объѐмом информации, умение анализировать и систематизировать найденную информацию.

Формирование у студентов представлений о последних до-

стижениях в области физики.

Показать, что многие достижения в области современных

технологий стали возможными благодаря новым открытиям в физике.

Показать связь физики с такими актуальными на сегодняш-

ний день науками, как информатика, информационные технологии, микроэлектроника и т.д.

В учебном пособии, в частности, будут обсуждаться вопросы: Существуют ли в природе явления и процессы, необъясни-

мые с точки зрения физики и других родственных наук?

Какие последствия для человечества влекут за собой новые

открытия в области физики?

Есть ли такая область человеческой деятельности, в которой

можно обойтись без компьютерных технологий?

Повлияло ли совершенствование физики на развитие инфор-

матики и информационных технологий?

Повлияло ли в свою очередь развитие информационных тех-

нологий на изучение физики?

Тема 1. Кинематика и динамика материальной точки

План

1. Кинематика материальной точки.

2. Динамика материальной точки.

3. Закон всемирного тяготения. Инертная и гравитационная мас-

сы.

4. Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея.

Физика – это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, законы еѐ движения. Понятия физики и еѐ законы лежат в основе всего естествознания. Физика относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений.

Слово «физика» происходит от греческого physis – природа. Физика – экспериментальная наука: еѐ законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Законы физики представляют собой количественные соотношения и формулируются на языке математики.

Различают экспериментальную физику – опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и проверки известных физических законов, и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировке законов природы и объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в предсказании новых явлений. При изучении любого явления опыт и теория в равной мере необходимы и взаимосвязаны.

В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения материи физика подразделяется на ряд дисциплин (разделов), в той или иной мере связанных друг с другом; это д еление не однозначно и его можно проводить, руководствуясь различными критериями.

По изучаемым объектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику твердого тела, физику жидкостей и газов, физику плазмы.

Другой критерий – это изучаемые процессы или формы движения материи. Соответственно в физике выделяют: механику материальной точки и твердого тела, механику сплошных сред (включая акустику), термодинамику и статистическую механику, электродинамику (включая оптику), теорию тяготения, квантовую

механику и квантовую теорию поля. Указанные разделы физики частично перекрываются вследствие глубокой внутренней взаимосвязи между объектами материального мира и процессами, в которых они участвуют.

По целям исследования выделяют также прикладную физику. В развитии физики можно выделить три периода – классиче-

ский, новый и современный.

К концу XIX века сформировались

такие разделы физики, как механика, термодинамика, электромагнетизм, оптика и гидродинамика. Разработка теории этих разделов казалась в основных чертах завершенной. Совокупность этих ра зделов физики и называют классической физикой.

В самом конце XIX века и на протяжении первых трех десятилетий XX века в физике был сделан ряд удивительных открытий (электрон, явление радиоактивности), создана теория относительности, возникли квантовые представления. Всѐ это заставило пересмотреть прежние взгляды на пространство и время, движение и материю. Этот период, на протяжении которого изменился весь характер физических исследований, и называют эрой новой физики.

В конце 30-х годов прошлого века впервые наблюдалось радиоизлучение звезд, была обнаружена элементарная частица, не являющаяся составной частью атома. Период с конца 30-х годов прошлого века по настоящее время относится к эре современной физики.

Все здание классической и современной физики покоится на фундаменте законов сохранения, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенном классе процессов. Важнейшими законами сохранения, справедливыми для любых изолированных систем, являются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда. Основным методом исследования в физике является опыт – основанное на практике чувственно-эмпирическое познание объективной действительности, т.е. наблюдение исследуемых явлений в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом процессов и многократно воспроизводить их при повторении этих условий.

Для объяснения экспериментальных фактов выдвигаются гипотезы. Гипотеза – это научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо явления и требующее проверки на опыте и

теоретического обоснования для того, чтобы стать достоверным научным фактом. При исследовании явлений или процессов в зависимости от условий конкретной задачи используются различные физические модели. Применение моделей преследует единственную цель – рассмотреть определенную группу физических явлений таким образом, чтобы можно было абстрагироваться от целого ряда реальных факторов, второстепенных в данном случае, учет которых существенно усложнил бы изучение данного явления.

Основными физическими моделями являются:

 материальная точка – тело, обладающее массой, размерами и фор-

мой которого можно пренебречь в условиях данной задачи (например, изучая движение планет по орбитам вокруг Солнца, можно принять их за материальные точки, так как размеры планет пренебрежительно малы по сравнению с размерами их траекторий движения);

 абсолютно твердое тело – тело, расстояние между любыми двумя

точками которого всегда остается неизменным. Другими словами, данная модель пригодна в случаях, когда в задаче деформации тела при его взаимодействии с другими телами пренебрежительно малы;

 абсолютно упругое тело – тело, деформации которого пропорци-

ональны вызывающим их силам, т.е. подчиняются закону Гука. После прекращения внешнего механического воздействия на такое тело оно полностью восстанавливает свои размеры и форму;

 абсолютно неупругое тело – тело, которое после прекращения

внешнего механического воздействия полностью сохраняет деформированное состояние, вызванное этим воздействием;

 идеальный газ – газ, молекулы которого имеют пренебрежимо

малый собственный объем и между ними отсутствуют силы взаимодействия;

 идеальная жидкость – жидкость, в которой отсутствуют силы

внутреннего трения (не учитывается вязкость);

 точечный электрический заряд – заряженное тело, форма и раз-

меры которого несущественны по сравнению с расстояниями до других заряженных тел;

 электрический диполь – система двух равных по модулю разно-

именных точечных зарядов, расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек электрического поля;

 абсолютно черное тело – тело, полностью поглощающее при лю-

Величина

Единица

Сокращенное

обозначение

Длина

метр

Время

секунда с Масса

килограмм

кг

Термодинамическая температура

кельвин К Количество вещества

моль

Сила тока

ампер А Сила света

кандела

кд

Плоский угол

радиан

рад

Телесный угол

стерадиан

ср

бой температуре весь направленный на него поток излучения любой частоты, и др.

В результате обобщения экспериментальных фактов устанавливаются физические законы – устойчивые повторяющиеся объективные закономерности, существующие в природе. Наиболее важные законы устанавливают связь между физическими величинами, для чего необходимо эти величины измерять. Измерение физической величины – это действие, выполняемое с помощью средств измерений для нахождения значения физической величины в принятых единицах. В принципе единицы физических величин можно выбрать произвольно, но тогда возникнут трудности при их сравнении. Поэтому вводятся системы единиц, охватывающие единицы всех физических величин и позволяющие оперировать с ними. Для построения системы единиц произвольно выбирают единицы для нескольких, не зависящих друг от друга физических величин. Эти единицы называются основными. Остальные величины и их единицы выводятся из законов, связывающих эти величины с основными. Они называются производными величинами. Совокупность всех основных и производных единиц физических величин называется системой единиц.

В 1960 году на 11-й Генеральной конференции по мерам и весам была принята Международная система единиц (СИ), имеющая семь основных единиц, которые приведены в таблице.

Таблица 1

Основные величины системы СИ и единицы их измерения

В России согласно государственному стандарту обязательна к применению Международная система единиц SI (система СИ).

Любую физическую величину можно выразить в основных

Приставка

Множи-

тель

Приставка

Мно-

житель

Наиме-

нование

Обозначе-

ние

Наиме-

нование

Обозначе-

ние

экса Э 1018

деци

-1

пэта П 10

санти

-2

тера Т 10

милли

-3

гига Г 109 микро

мк

-6

мега М 106 нано

-9

кило к 103 пико

-12

гекто г 102 фемто

-15

дека

да

101 атто

-18

единицах. Выражение физической величины в основных единицах называют размерностью физической величины.

Часто для удобства перед единицами физических величин

пишутся приставки, обозначающие умножение данной единицы на 10 в какой-либо степени.

Таблица 2

Приставки для образования десятичных кратных и дольных

единиц и их наименования

Физика тесно связана с естественными науками - астрономией, химией, биологией, геологией и др. В результате появились такие новые научные дисциплины, как астрофизика, физическая химия, биофизика, радиоастрономия и др. Физика тесно связана и с техникой, причем эта связь двусторонняя: физика развивается из потребностей техники (развитие механики вызвано потребностями строительной и военной техники; задача создания экономичных тепловых и электрических машин потребовала развития термодинамики и электродинамики и т.д.). С другой стороны, развитие техники позволяет совершенствовать экспериментальные методы физических исследований, применять новые, более совершенные приборы и установки (электронные микроскопы, спектрографы, счетчики заряженных частиц и т.п.).

1 / 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]