Глава I. Основы классической механики §1. Механическое движение: исходные понятия §2. Кинематика 2.1. Кинематика материальной точки 2.1.1 Способы описания движения материальной точки 2.1.2 Кинематические характеристики материальной точки 2.2. Кинематика твердого тела 2.2.1 Поступательное движение твердого тела и его кинематические характеристики 2.2.2. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси и его кинематические характеристики 2.2.3. Связь между линейными и угловыми величинами §3. Динамика 3.1. Динамика материальной точки и твердого тела, движущегося поступательно 3.1.1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета 3.1.2. Второй закон Ньютона 3.1.3. Третий закон Ньютона 3.1.4. Динамические характеристики материальной точки и твердого тела, движущегося поступательно 3.2. Динамика твердого тела, вращающегося вокруг своей оси 3.2.1. Динамические характеристики вращающегося твердого тела 3.2.2. Основной закон динамики твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси 3.2.3. Гироскоп. Понятие о гироскопическом эффекте 3.3. Механическая энергия и работа 3.3.1. Механическая энергия. Мощность 3.3.2. Классификация сил по действию на механическую систему 3.3.3. Кинетическая энергия материальной точки и твердого тела, движущегося поступательно 3.3.4. Потенциальная энергия 3.3.5. Полная механическая энергия 3.3.6. Кинетическая энергия твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси 3.3.7. Работа внешних сил при вращении тела вокруг неподвижной оси 3.4. Законы сохранения 3.4.1. Роль законов сохранения 3.4.2. Закон сохранения механической энергии 3.4.3. Закон сохранения импульса 3.4.4. Закон сохранения момента импульса 3.4.5. Применение законов сохранения к расчету удара двух тел

Введение

Физика изучает наиболее общие свойства и формы движения материи. Классическое определение материи дано В. И. Лениным в книге «Материализм и эмпирио-критицизм»: «Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них».

Из приведенного определения материи следуют два положения:

1. материя – это то, что существует объективно, то есть независимо от сознания или ощущений человека;

2. материя копируется, фотографируется и отображается нашими ощущениями и, следовательно, познаваема.

Известны два вида материи: вещество и поле. К вещественному виду материи относятся атомы, молекулы и все построенные из них тела. К полевому виду материи относятся поля различной природы, например, гравитационные, электромагнитные и другие. Вещественный и полевой виды материи взаимопревращаемы. Так, например, электрон и позитрон (вещество) могут превращаться в фотоны (то есть в электромагнитное поле). Возможен и обратный процесс. Материя находится в непрерывном движении, под которым понимается всякое ее изменение вообще. Материя существует и движется в пространстве и во времени, которые являются формами бытия материи.

Физика - наука количественная. Поэтому для описания закономерностей неживой природы в физике вводятся определенные характеристики – физические величины и выбираются системы единиц для их измерения.

Основным методом исследования в физике является опыт – наблюдение исследуемого явления в точно контролируемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих условий. Необходимо отменить, что опытным путем могут быть вызваны явления, которые в природе не наблюдаются. В ходе исследования физического явления или процесса выдвигаются гипотезы. Гипотеза – научное предположение, выдвигаемое для объяснения процесса или явления, требующее проверки и доказательства. Проверка гипотезы требует мысленного упрощения физических объектов и процессов путем отвлечения от их второстепенных свойств. Такой метод называется научной абстракцией. Построенные с помощью научной абстракции приближенные представления о реальном физическом процессе или явлении называются физическими моделями. Выбор правильной модели при изучении того или иного материального объекта является одной из важнейших и трудных задач физики. В результате успешной проверки и доказательства гипотеза превращается в научный закон или теорию.

Физические законы устанавливаются в результате обобщения опытных фактов и выражают объективные закономерности, существующие в природе, а также те, которые в природе естественно не наблюдаются.

Физическая теория представляет собой систему основных идей (законов), обобщающих опытные факты, и объясняющая определенную область физических явлений с единой точки зрения. Физическая теория должна правильно предсказывать результаты новых опытов. Если между теорией и опытом обнаруживается какое - либо несоответствие, то теорию изменяют (уточняют и усовершенствуют) так, чтобы она объясняла новые данные. В физике пока нет единой теории материального мира. Существует несколько основных физических теорий, имеющих ограниченные области применения.

История физики насчитывает несколько веков. Раньше других была создана механика. Такие ученые как Архимед, Леонардо да Винчи, Коперник, Галилей, Гук и Ньютон своими исследованиями к концу 17 века заложили основы механики твердого тела. В 18 веке Эйлер, Лагранж, Бернули и другие создали механику жидкостей. Молекулярная физика и термодинамика получили свое развитие в 18 – 19 веках благодаря работам Ломоносова, Майера, Джоуля, Клаузиуса, Менделеева, Карно. В этот же период трудами Кулона, Вольта, Гаусса, Эрстеда, Ампера, Фарадея были открыты фундаментальные законы электромагнетизма. К концу 19 века Максвелл создал единую теорию электромагнитного поля. Совокупность фундаментальных физических знаний, накопленных к концу 19 века, принято называть классической физикой. Несмотря на стройную систему знаний, классической физике не удалось объяснить ряд экспериментальных фактов:

• отрицательный результат опыта Майкельсона и Морли по определению влияния движения Земли на скорость света;

• распределение энергии в спектре теплового излучения тел;

• законы внешнего фотоэффекта.

Попытки объяснить отмеченные экспериментальные факты привели к пересмотру сложившихся, привычных представлений и введению новых понятий, чуждых классической физике. Так в 1900 году М.Планк получил формулу, описывающую распределение энергии в спектре теплового излучения, введя представление об испускании света отдельными порциями – квантами. Через пять лет А.Эйнштейн, используя понятие квантов, блестяще объяснил законы внешнего фотоэффекта. На пороге 20 века были заложены основы квантовой физики. В 1905 году А. Эйнштейн, используя отрицательный результат опыта Майкельсона и Морли, создал специальную теорию относительности (релятивистскую механику) – механику тел, движущихся со скоростями, сравнимыми со скоростью света в вакууме. В 1897 году Д.Томсон открыл электрон, а затем в 1911 году Э.Резерфорд открыл атомное ядро. Эти открытия разрушили сложившиеся в классической физике представления о строении вещества.

Ключом к выяснению строения атома послужило изучение атомных спектров. В 1913 году Н.Бор создал теорию, объясняющую спектр атома водорода. Однако эта теория носила явные черты непоследовательности: наряду с законами классической механики, она использовала квантовые ограничения. С этим связана неспособность теории Бора объяснить спектры более сложных, чем водород атомов. Начало созданию корректной теории атомов было положено в 1924 году гипотезой Луи де Бройля, предсказывающей существование волновых свойств у частиц вещества. Эта гипотеза была блестяще подтверждена экспериментально и послужила толчком к созданию В.Гейзенбергом и Э.Шредингером в 1925 – 1926 гг. основ новой физической теории – волновой или квантовой механики. Квантовая механика в последующие десятилетия достигла поразительных успехов в объяснении атомных процессов и строения вещества, обеспечив развитие атомной и ядерной физики, квантовой электроники , физики полупроводников и других разделов физики.

В заключение отметим роль курса физики в процессе обучения офицера – связиста:

1. общеобразовательная роль физики состоит в том, что вместе с науками о живой природе, о социальных явлениях и учениями в духовной сфере, она приобрела общекультурную ценность и стала неотъемлемой составляющей процесса формирования всесторонне развитой личности;

2. физика формирует творческое (инженерное) мышление тем, что, изучая наиболее общие законы природы и их частные проявления, она использует весь арсенал методов научного познания, накопленный к настоящему времени;

3. физика обеспечивает общетеоретическую базу для изучения общеинженерных и военно – специальных дисциплин;

4. военно – прикладная роль физики состоит в том, что ее научные достижения широко используются в создании новых образцов военной техники и вооружения.