Министерство образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.В. ДАВЫДКОВ

КУРС ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ИДО

Часть I: Механика. Молекулярная физика и термодинамика

Рекомендовано Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2001

УДК 53(075.8)

Д 138

Рецензент А.А.Харьков, канд. физ.-мат. наук, доц.

Работа подготовлена на кафедре общей физики для студентов ИДО

Давыдков В.В.

Д 138 Курс общей физики: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. Ч. 1: Механика. Молекулярная физика и термодинамика. - 88 с.

В учебном пособии изложен теоретический материал по классической и релятивистской механике, молекулярной физике и термодинамике. Пособие соответствует программе изучения курса общей физики, рассчитанной на три учебных семестра.

Работа адресована студентам Института дистанционного образования, изучающим первую часть курса физики.

УДК 53(075.8)

© Новосибирский государственный технический университет. 2001 г.

© Давыдков В.В.

МЕХАНИКА

Механика - раздел физики, в котором изучаются механическое движение материальных тел и взаимодействия между ними.

Движение тел со скоростями, намного меньшими скорости света, является предметом изучения классической механики. Её принято называть Ньютоновской механикой, поскольку Исаак Ньютон внёс колоссальный вклад в развитие классической механики.

Движение тел со скоростями, сопоставимыми со скоростью света, изучает релятивистская механика. В основе релятивистской механики лежит специальная теория относительности, разработанная в начале XXв. АльбертомЭйнштейном.

Релятивистская механика не опровергает выводы классической механики. При малых скоростях движения материальных тел выводы, полученные на основе классической и релятивистской механики, совпадают. Это означает, что релятивистская механика просто имеет более широкую область применения, чем механика классическая.

Механика делится на три основных раздела: кинематику, динамику и статику.

Кинематика - это раздел механики, изучающий механическое движение тел без учёта обусловливающих его причин.

Динамика - раздел механики, изучающий движение тел с учётом причин, его обусловливающих.

Статика - раздел механики, изучающий условия равновесия материальных тел.

Прежде чем перейти к изучению механики, необходимо ввести несколько понятий, используемых в этом разделе.

Механическое движение - это процесс изменения положения тела относительно других тел.

Обратите внимание, что одно и то же тело относительно разных тел может двигаться по-разному. Например, человек сидит в движущемся автомобиле. Относительно автомобиля он неподвижен, а относительно земли движется. Следовательно, перед тем как приступать к описанию движения, необходимо выбрать тело отсчёта.

Тело отсчёта - это тело, относительно которого будет определяться положение других тел.

Выбор тела отсчёта осуществляют в зависимости от ситуации. Например, если необходимо рассчитать движение тела, перемещающегося по Земле, то можно в качестве тела отсчёта выбрать Землю. Если же необходимо рассчитать движение космического аппарата, совершающего межпланетный полёт, то в качестве тела отсчёта удобнее выбрать Солнце.

Для того чтобы описать движение, нужно указать положение материальной точки, т.е. её точный "адрес". Для этого используется система отсчёта.

Системой отсчёта называется совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчёта.

Система координат позволяет точно задать три независимые величины (координаты), которые определяют положение материальной точки относительно начала координат. В данном курсе будет использоваться декартова система координат, а в качестве координат - величиных,у иz, отсчитываемые вдоль осей координат.

Однако определение координат тела является не очень простой задачей. Дело в том, что разные точки одного и того же тела будут иметь разные координаты. Описать положение всех точек материального тела невозможно - их слишком много. Поэтому возникает проблема: координаты какой именно точки следует описывать? Но в ряде случаев можно пренебречь размерами тела и рассматривать его как материальную точку.

Материальная точка - это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Масса материальной точки равна массе тела.

Возможность пренебрежения размерами тел зависит не от их величины, а от условий задачи. Размерами одного и того же тела в одной задаче пренебречь можно, а в другой - нельзя. Например, если необходимо определить координаты космического корабля относительно Земли, его размерами можно пренебречь. Но если необходимо определить координаты космического корабля относительно станции при их стыковке, то при расчёте траектории причаливания пренебречь размерами кораблей нельзя.

В тех случаях, когда пренебречь размерами теля нельзя, используется понятие абсолютно твёрдого тела.

Абсолютно твёрдое тело - это тело, которое не деформируется в процессе движения. Другими словами, это тело, расстояние между любыми двумя точками которого в процессе движения неизменно.

Абсолютно твёрдых тел не существует, все реальные тела способны деформироваться. Поэтому понятие абсолютно твёрдого тела - абстракция, которой удобно пользоваться в механике.

Кроме перечисленных необходимо ввести ещё одно понятие - траектория.

Траектория - это линия, вдоль которой движется материальная точка.