- •Э.М. Нуруллаев., н.А. Вдовин
- •Оглавление
- •Введение
- •Кинематика поступательного и вращательного движения абсолютно твердого тела
- •1.1. Поступательное движение
- •1.2. Вращательное движение
- •2. Динамика поступательного движения
- •2.1. Фундаментальные взаимодействия
- •2.2. Основные характеристики динамики Ньютона
- •2.3. Закон инерции. Инерциальные системы отсчета
- •2.4. Масса и закон сохранения импульса
- •2.5. Второй закон Ньютона
- •2.6. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса
- •2.7. Преобразования и принцип относительности Галилея
- •2.8. Основной закон динамики поступательного движения и закон сохранения импульса для системы материальных точек
- •2.9. Некоторые силы, рассматриваемые в механике
- •2.10. Практическое применение законов Ньютона
- •2.11. Движение тела с переменной массой
- •Вопросы для самоконтроля
- •3. Динамика вращательного движения твердого тела
- •3.1. Основной закон динамики вращательного движения
- •Сумма произведений массы каждой материальной точки тела на квадрат ее расстояния до оси называется моментом инерции тела относительно этой оси. Момент инерции относительно оси Оz равен
- •3.2. Закон сохранения момента импульса
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. Работа, мощность, энергия
- •4.1. Работа и мощность при поступательном движении
- •4.2. Работа и мощность при вращательном движении
- •4.3. Кинетическая энергия при поступательном движении
- •4.4. Кинетическая энергия вращающегося тела
- •4.5. Потенциальная энергия
- •4.6. Силы и потенциальная энергия
- •4.7. Закон сохранения энергии
- •4.8. Применение законов сохранения к соударениям тел
- •5. Колебательное движение
- •5.1. Механические колебания
- •5.2. Гармонические колебания
- •5.2.1. Кинематические характеристики гармонического колебания
- •5.2.2. Динамические характеристики гармонического колебания
- •Потенциальная энергия
- •5.3. Маятник
- •5.3.1. Математический маятник
- •5.3.2. Физический маятник
- •5.4. Сложение гармонических колебаний
- •5.4.1. Сложение колебаний одной частоты, направленных вдоль одной прямой
- •5.4.2. Биения
- •5.4.3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •5.5. Затухающие колебания
- •Согласно формуле (5.5) период затухающих колебаний
- •5.6. Вынужденные колебания
- •6. Упругие волны
- •6.1. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны
- •6.2. Энергия упругих волн. Вектор Умова
- •6.3. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение
- •Для характеристики волн используется волновое число
- •Учитывая (6.8), уравнению (6.7) можно придать вид
- •6.4. Принцип суперпозиции. Групповая скорость
- •6.5.Интерференция волн
- •6.6. Стоячие волны
- •7. Молекулярная физика
- •7.1. Предмет молекулярной физики и термодинамики. Статистический и термодинамический методы изучения макроскопических систем
- •7.2. Основные положения молекулярно-кинетической теории
- •7.3. Газообразное состояние вещества. Идеальный газ
- •7.4. Параметры состояния идеального газа
- •7.5. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (уравнение Клаузиуса) и следствия из него
- •Уравнение (4) с учетом (5) примет вид
- •Произведение na равно числу молекул n, содержащихся в массе газа m. С учетом этого получим
- •А с учетом того, что число молекул в единице объема, можно записать:
- •7.6. Закон Максвелла распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям
- •7.8. Идеальный газ в однородном поле тяготения.
- •7.9. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул
- •7.10. Явления переноса в газах
- •7.11.Реальные газы
- •7.13. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля – Томсона
- •7.14. Элементы механики жидкостей. Давление в жидкости и газе
- •7.15. Уравнение Бернулли
- •7.16.Движение тел в жидкостях и газах
- •8. Термодинамика
- •8.1. Внутренняя энергия, работа и теплота
- •В случае идеального газа нет сил межмолекулярного взаимодействия и внутренняя энергия равна сумме энергий беспорядочного (теплового) движения всех молекул.
- •8.2. Внутренняя энергия идеального газа. Степени свободы системы
- •Внутренняя энергия произвольной массы идеального газа
- •8.3. Работа и теплота
- •8.4. Первое начало термодинамики
- •8.5. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе
- •8.6. Политропические процессы
- •8.7. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его кпд
- •8.8. Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью
- •8.9. Второе начало термодинамики
- •8.10. Применение второго начала термодинамики для определения изменения энтропии в процессах идеального газа
- •8.11. Третье начало термодинамики, или теорема Нернста – Планка
- •Список литературы
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Э.М. Нуруллаев., н.А. Вдовин
ФИЗИКА
Часть I
МЕХАНИКА.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
И ТЕРМОДИНАМИКА
Под общей редакцией
доктора технических наук профессора А.И. Цаплина
Допущено Научно-методическим советом по физике
Министерства образования и науки Российской
Федерации в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по техническим
направлениям подготовки и специальностям
Пермь 2007
УДК 53(0758)
ББК 22.3
Рецензенты:
Кафедра общей физики Пермского государственного университета.
Зав. кафедрой медицинской и биологической физики Пермской государственной медицинской академии имени академика Е. А. Вагнера профессор, доктор физико-математических наук Г. Е. Кирко.
Нуруллаев Э.М., Вдовин Н.А
Физика: Учеб. пособие. Часть I. Механика. Молекулярная физика и термодинамика / Под общ. ред. А.И. Цаплина; Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2007. – 157 с.
Приведен теоретический материал для самостоятельного изучения физики, включающий в себя основные сведения из теории и вопросы для самоконтроля. Предназначено для студентов заочного отделения всех специальностей и преподавателей общей физики.
Пермский государственный
технический университет, 2007
Оглавление
|
| |
|
Введение…………………………………………………………………… |
6 |
|
1. Кинематика поступательного и вращательного движения абсолютно твeрдого тела……………………………………………………………….. |
8 |
|
1.1. Поступательное движение……………………………………………. |
8 |
|
1.2. Вращательное движение ……………………………………………... |
13 |
|
Вопросы для самоконтроля………………………………………….. |
19 |
|
2. Динамика поступательного движения……………………………………. |
21 |
|
2.1. Фундаментальные взаимодействия………………………………….. |
21 |
|
2.2. Основные характеристики динамики Ньютона……………………... |
22 |
|
2.3. Закон инерции. Инерциальные системы отсчета………………….. |
23 |
|
2.4. Масса и закон сохранения импульса………………………………… |
24 |
|
2.5. Второй закон Ньютона………………………………………………... |
25 |
|
2.6. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса……………… |
26 |
|
2.7. Преобразования и принцип относительности Галилея |
26 |
|
2.8. Основной закон динамики поступательного движения и закон сохранения импульса для системы материальных точек………….. |
28 |
|
2.9. Некоторые силы, рассматриваемые в механике…………………….. |
32 |
|
2.10. Практическое применение законов Ньютона……………………… |
35 |
|
2.11. Движение тела с переменной массой ……………………………… |
36 |
|
Вопросы для самоконтроля………………………………………….. |
37 |
|
3. Динамика вращательного движения твердого тела……………………… |
39 |
|
3.1. Основной закон динамики вращательного движения……………… |
39 |
|
3.2. Закон сохранения момента импульса………………………………... |
45 |
|
Вопросы для самоконтроля…………………………………………... |
47 |
|
4. Работа. Мощность. Энергия……………………………………………….. |
48 |
|
4.1. Работа и мощность при поступательном движении ……………….. |
48 |
|
4.2. Работа и мощность при вращательном движении………………….. |
50 |
|
4.3. Кинетическая энергия при поступательном движении…………….. |
51 |
|
4.4. Кинетическая энергия вращающегося тела…………………………. |
52 |
|
4.5. Потенциальная энергия……………………………………………….. |
53 |
|
4.6. Силы и потенциальная энергия………………………………………. |
55 |
|
4.7. Закон сохранения энергии……………………………………………. |
56 |
|
4.8. Применение законов сохранения к соударениям тел………………. |
57 |
|
Вопросы для самоконтроля…………………………………………... |
60 |
|
5. Колебательное движение………………………………………………….. |
61 |
|
5.1. Механические колебания……………………………………………... |
61 |
|
5.2. Гармонические колебания……………………………………………. |
62 |
|
5.2.1. Кинематические характеристики гармонического колебания… |
63 |
|
5.2.2. Динамические характеристики гармонического колебания…... |
65 |
|
5.3. Маятник………………………………………………………………... |
66 |
|
5.3.1. Математический маятник………………………………………... |
66 |
|
5.3.2. Физический маятник………...…………………………………… |
67 |
|
5.4. Сложение гармонических колебаний……………………………….. |
69 |
|
5.4.1. Сложение колебаний одной частоты, направленных вдоль одной прямой……….……….………………………………..…. |
70 |
|
5.4.2. Биения……………………………………………………………... |
71 |
|
5.4.3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний…………….. |
72 |
|
5.5. Затухающие колебания……………………………………………….. |
76 |
|
5.6. Вынужденные колебания…………………………………………….. |
78 |
|
Вопросы для самоконтроля………………………………………….. |
82 |
|
6. Упругие волны……………………………………………………………... |
85 |
|
6.1. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны…………… |
85 |
|
6.2. Энергия упругих волн. Вектор Умова……………………………….. |
86 |
|
6.3. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение………………………………………………………...............…... |
88 |
|
6.4. Принцип суперпозиции. Групповая скорость………………………. |
90 |
|
6.5. Интерференция волн………………………………………………….. |
91 |
|
6.6. Стоячие волны………………………………………………………… |
92 |
|
Вопросы для самоконтроля………………………………………….. |
94 |
|
7. Молекулярная физика……………………………………………………… |
95 |
|
7.1. Предмет молекулярной физики и термодинамики. Статистический и термодинамический методы изучения макроскопических систем |
95 |
|
7.2. Основные положения молекулярно-кинетической теории………… |
96 |
|
7.3. Газообразное состояние вещества. Идеальный газ…………………. |
96 |
|
7.4. Параметры состояния идеального газа……………………………… |
97 |
|
7.5. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (уравнение Клаузиуса) и следствия из него………………………………. |
98 |
|
7.6. Закон Максвелла распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям………………………………………………….... |
103 |
|
7.7. Опыт Штерна……………………………………………………….. |
106 |
|
7.8. Идеальный газ в однородном поле тяготения. Барометрическая формула. Распределение Больцмана………………………………..... |
107 |
|
7.9. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул |
109 |
|
7.10. Явление переноса в газах……………………………………………. |
110 |
|
7.11. Реальные газы………………………………………………………... |
114 |
|
7.12. Уравнение Ван-дер-Ваальса………………………………………… |
115 |
|
7.13. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля – Томсона... |
119 |
|
7.14. Элементы механики жидкостей. Давление в жидкости и газе…… |
121 |
|
7.15. Уравнение Бернулли………………………………………………… |
123 |
|
7.16. Движение тел в жидкостях и газах…………………………………. |
125 |
|
Вопросы для самоконтроля……………………………………….. |
127 |
|
8. Термодинамика…………………………………………………………….. |
130 |
|
8.1. Внутренняя энергия, работа и теплота………………………………. |
130 |
|
8.2. Внутренняя энергия идеального газа. Степени свободы системы… |
132 |
|
8.3. Работа и теплота………………………………………………………. |
135 |
|
8.4. Первое начало термодинамики………………………………………. |
138 |
|
8.5. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе………………….……………………………………... |
140 |
|
8.6. Политропические процессы………………………………………….. |
144 |
|
8.7. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД…………………………………………………………………. |
147 |
|
8.8. Энтропия, ее статистическое толкование и связьс термодинамической вероятностью……………………………………………..…... |
150 |
|
8.9. Второе начало термодинамики………………………………………. |
152 |
|
8.10. Применение второго начала термодинамики для определения из менения энтропии в процессах идеального газа……………...….. |
153 |
|
8.11. Третье начало термодинамики, или теорема Нернста – Планка…. |
154 |
|
Вопросы для самоконтроля…………………………………………. |
155 |
|
Список литературы………….....………………………………………… |
157 |