коллоквиум по физике

1.Кинематические характеристики движения . Траектория, путь , вектор перемещения.

Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обусловливают. Количественные характеристики, раскрывающие форму и характер движений, называются кинематическими . Они описывают движения в пространстве и во времени. Соответственно различают характеристики: пространственные ( позволяют    определить, каково исходное и конечное положения при движении (координата), какова между ними разница, насколько они изменились (перемещение) и через какие промежуточные положения выполнялось движение (траектория), т.е. пространственные характеристики в целом определяют пространственную форму движений человека), временные (раскрывают движения во времени: когда оно началось и закончилось (момент времени), как долго длилось (длительность движения), как часто выпол­нялось движение (темп) , как движения были построены во времени (ритм) . Вместе с пространственно-временными характеристиками они определяют характер движений человека), пространственно-временные. Кинематические уравнения движения материальной точки : x=x(t), y=y(t), z=z(t) ; r=r(t). Траектория – линия, которая соединяет последовательно положения в материальной точки в пространстве в зависимости от времени . В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным. Путь – расстояние , которое проходит тело двигаясь вдоль траектории. Вектор перемещения – вектор r=r-r, проведенный из начального положения движущейся точки в положение ее в данный момент времени .

2. Скорость. Средняя скорость перемещения и средняя путевая скорость. Мгновенная скорость.

Скорость – векторная величина, которой определяется как быстрота движения, так и его направление в данный момент времени. Средняя (путевая) скорость — это отношение длины пути, пройденного телом, ко времени, за которое этот путь был пройден. Различают два основных определения средней скорости, соответствующие рассмотрению скорости как скалярной либо векторной величины: средняя путевая скорость (скалярная величина) и средняя скорость по перемещению (векторная величина). При отсутствии дополнительных уточнений, под средней скоростью обычно понимают среднюю путевую скорость. Мгновенная скорость – это вектор ( он всегда направлен по касательной траектории ), скорость, которую имеет тело в данный момент времени и в данной точке траектории.  Это есть первая производная пути по времени.

3. Проекции скорости на координатные оси.

Для того чтобы заданный вектор представлял описание движения, его следует разместить в проекции на координатные оси. Различают одну координатную ось (луч), две координатные оси (плоскость) и три координатные оси (пространство). При нахождении проекции необходимо из концов вектора опустить перпендикуляры на оси.

4. Вычисление пройденного пути.

Путь, пройденный материальной точкой : 1) за промежуток времени от t до t

2) за время t при равномерном движении

3)при равноускоренном движении

5.Ускорение. Тангенциальная и нормальная составляющее ускорения.

Ускорение – физическая величина, характеризующая быстроту измерения скорости по модулю и направлению. Тангенциальная характеризует быстроту изменения модуля скорости, нормальная- быстроту изменения направления скорости.

6.Угловая скорость. Связь линейных и угловых характеристик скорости. 7. Угловое ускорение. Связь линейных и угловых характеристик ускорения.

Угловая скорость – векторная величина, определяемая первой производной угла поворота тела по времени. Угловое ускорение – векторная величина, определяемая первой производной угловой скорости по времени. Связь между линейными (длина пути s, пройденного точкой по дуге окружности радиусом R,линейная скорость V, тангенциальное ускорение a, нормальное ускорение a) и угловыми величинами (угол поворота, угловая скорость w, угловое ускорение)выражается следующими формулами :

В случае равнопеременного движения точки по окружности, где w- начальная угловая скорость .

8.Классическая механика. Законы Ньютона.

1 – всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор , пока воздействие со стороны других тел не заставит изменить это состояние( закон инерции)

2- основной закон механики поступательного движения, отвечает на вопрос – как изменится механическое движение материальной точки под действием приложенных к ней сил.

3- всякое действие материальных точек друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки.

9.Импульс тела.

Импульс тела - это векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость: p = mv; при этом его направление всегда совпадает с направлением скорости.

10. Механический принцип относительности.

Это - равномерное и прямолинейное движение (относительно инерциальной системы отсчета) замкнутой системы не влияет на ход протекающих в ней механических процессов. Иными словами, в механике все инерциальные системы равноправны. t=t, v=dv/dt, a=dv/dt=dv/dt, F=F, F/a=F/a=m

11.Виды сил. Сила упругости.

Силы упругости возникают при деформациях тел. Деформация — это изменение формы и размеров тела. К деформациям относятся растяжение, сжатие, кручение, сдвиг и изгиб. Деформации бывают упругими и пластическими. Упругая деформация полностью исчезает после прекращения действия вызывающих её внешних сил, так что тело полностью восстанавливает форму и размеры. Пластическая деформация сохраняется (быть может, частично)после снятия внешней нагрузки, и тело уже не возвращается к прежним размерам и форме.

12. Сила трения.

Силы трения - при соприкосновении движущихся (или приходящих в движение) тел с другими телами, а также с частицами вещества окружающей среды возникают силы, препятствующие такому движению. Действие сил трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю и вызывает нагревание тел и окружающей их среды. Существует внешнее и внутреннее трение (иначе называемое вязкостью). Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхностям. Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению. Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение. Трение покоя возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места. Кинематическое трение существует между взаимно соприкасающимися движущимися твердыми телами. Кинематическое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.

13.Сила тяготения.

Любые два тела притягиваются друг к другу — по той лишь одной причине, что они имеют массу. Эта сила притяжения называется силой тяготения или гравитационной силой.

14.Работа переменной силы. Мощность.

 Интенсивность совершения некоторой силой работы характеризуется физической величиной, называемой мощностью N. Мгновенной мощностью называется скалярная величина, равная отношению элементарной работы к промежутку времени, за который она была совершена.

15.Кинетическая энергия.

Кинетическая энергия механической системы – энергия механического движения этой системы. Она зависит только от массы и скорости тела, т.е. кин.энер. системы есть функция состояния ее механического движения. Кинет.энерг. механ. системы равна сумме кинетических энергий тел, входящих в систему.

16.Виды потенциальной энергии.

Потенциальная энергия – это энергия, которой обладает тело благодаря своему положению по отношению к другим телам, или благодаря взаимному расположению частей одного тела. Стало быть сила тяготения и упругая сила являются потенциальными. Гравитационная потенциальная энергия: Еп = m • g • h Потенциальная энергия упругих тел: 

Из приведённых примеров видно, что энергию можно накопить в форме потенциальной энергии (поднять тело, сжать пружину) для последующего использования. Два вида потенциальной энергии: обусловленную взаимным расположением звеньев тела к поверхности Земли (гравитационная потенциальная энергия); связанную с упругой деформацией элементов биомеханической системы (кости, мышцы, связки) или каких-либо внешних объектов (спортивных снарядов, инвентаря).

18.Закон сохранения энергии. Закон изменения механической энергии. Связь со свойствами симметрии природы.

Закон сохранения энергии — основной закон природы, заключающийся в том, что энергия замкнутой системы сохраняется во времени.  Закон сохранения энергии, являющийся следствием симметрии относительно сдвига во времени (однородности времени). Изменение механической энергии системы равно работе всех не потенциальных сил: Если не потенциальные силы отсутствуют, работа не потенциальных сил равна нулю. То механическая система, в которой выполняется это условие, называется консервативной системой. Внешние симметрии - симметрия физических объектов в реальном пространстве - времени, называемые также пространственное временными или геометрическими. Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются следствиями внешних симметрий.

19.Закон сохранения импульса и его связь со свойствами симметрии природы.

Закон сохранения импульса формулируется так: если сумма внешних сил равна нулю, то импульс системы тел сохраняется. Иначе говоря, в этом слу­чае тела могут только обмениваться импульсами, суммар­ное же значение импульса не изменяется.

p = mυ

p=∑mυ=const

Это выражение и является законом сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени. Закон сохранения импульса является следствием определенного свойства симметрии пространства – его однородности. Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целого ее физические свойства и законы движения не изменяются. В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

20. Закон сохранения момента импульса и его связь со свойствами симметрии.

Момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени. Он связан со свойством симметрии пространства – его изотропностью, т.е. с инвариантностью физических законов относительно выбора направления осей координат системы отсчета (относительно поворота замкнутой системы в пространстве на любой угол).

21.Момент силы относительно точки и неподвижной оси вращения.

Момент силы относительно точки О называется физическая величина М, определяемая векторным произведением радиуса-вектора r,проведенного из точки О в точку А приложения силы, на силу F :

Моментом силы относительно неподвижной оси называется скалярная величина, равная проекции на эту ось вектора моменты силы. Определенного относительно произвольной точки О данной оси:

22.Момент импульса относительно точки и неподвижной оси вращения.

Моментом импульса (количества движения) материальной точки А относительно неподвижной точки О называется физическая величина, определяемая векторным произ­ведением:

Моментом импульса относительно неподвижной оси z называется скалярная величина L_z, равная проекции на эту ось вектора момента импульса, определенного относительно произвольной точки О данной оси. Момент импульса L_z не зависит от положения точки О на оси z.

25.Момент инерции тела.

Момент инерции тела относительно оси вращения зависит от массы тела и от распределения этой массы. Чем больше масса тела и чем дальше она отстоит от воображаемой оси, тем большим моментом инерции обладает тело.

26.Теорема Штейнера.

Момент инерции твёрдого тела относительно какой-либо оси зависит от массы, формы и размеров тела, а также и от положения тела по отношению к этой оси. Согласно теореме Штейнера (теореме Гюйгенса-Штейнера), момент инерции тела J относительно произвольной оси равен сумме момента инерции этого тела J_c относительно оси, проходящей через центр масс тела параллельно рассматриваемой оси, и произведения массы тела m на квадрат расстояния d между осями:

23.Основное уравнение динамики вращательного движения тела относительно неподвижной точки.

24. Основное уравнение динамики вращательного движения тела относительно неподвижной оси.

27.Кинетическая энергия вращательного движения тела.

28.Поле тяготения и его характеристики.

Поле порождается телами и является формой существования материи. Основное свойство заключается в том, что на всякое тело массой m, внесенное в это поле, действует сила тяготения : F=mg. Силовая характеристика- напряженность поля тяготения (определяется силой, действующей со стороны поля на материальную точку единичной массы, и совпадает по направлению с действующей силой . Поле тяготения называется однородным, если его напряженность во всех точках одинакова, и центральным, если во всех точках поля векторы напряженности направлены вдоль прямых, которые пересекаются в одной точке, неподвижной по отношению к какой-либо инерциальной системе отсчета.

29.Космические скорости.

1) – скорость, которую необходимо сообщить для того чтобы тело двигалось вокруг земли по круговой орбите (круговая скорость) : V1=gR3

2) – скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы она преодолела притяжение Земли и стало спутником Солнца. Необходимо, чтобы его кинетическая энергия была равна работе, совершенная против сил тяготения : V2=2gR3

3) – скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно покинуло солнечную систему : V3=2gRс

32.Специальная теория относительности. Преобразования Лоренца.

Специальная теория относительности (СТО; также частная теория относительности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности. Преобразования Лоренца, позволяют преобразовывать пространственно-временные координаты событий при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Из преобразований Лоренца следует вывод, что как расстояние, так и промежуток времени между двумя событиями меняются при переходи одной инерциальной системы отсчета к другой .

33.Длина тел в разных системах отсчета.

Линейный размер тела , движущего относительно инерциальной системы отсчета, уменьшается в направлении движения (лоренцево сокращение длины - тем больше, чем больше скорость движения).Поперечные размеры тела не зависят от скорости его движения и одинаковы во всех инерциальных системах отсчета . Линейные размеры тела наибольшие в той инерциальной системе отсчета, относительно которой тело покоится.

34.Длительность событий в разных системах отсчета.

Длительность события, происходящего в некоторой точке, наименьшая в той инерциальной системы отсчета, относительно которой эта точка неподвижна.

35.Релятивистская динамика

Динамика, основанная на принципах СТО, инвариантная относительно преобразований Лоренца, называется релятивистской динамикой. Основной закон динамики (второй закон Ньютона) для материальной точки имеет вид: 

1.Кинематические характеристики движения . Траектория, путь , вектор перемещения.

2. Скорость. Средняя скорость перемещения и средняя путевая скорость. Мгновенная скорость.

3. Проекции скорости на координатные оси.

4. Вычисление пройденного пути.

5.Ускорение. Тангенциальная и нормальная составляющее ускорения.

6.Угловая скорость. Связь линейных и угловых характеристик скорости.

7. Угловое ускорение. Связь линейных и угловых характеристик ускорения.

8.Классическая механика. Законы Ньютона.

9.Импульс тела.

10. Механический принцип относительности.

11.Виды сил. Сила упругости.

12.Сила трения.

13.Сила тяготения.

14.Работа переменной силы. Мощность.

15.Кинетическая энергия.

17.

18.Закон сохранения энергии. Закон изменения механической энергии. Связь со свойствами симметрии природы.

19.Закон сохранения импульса и его связь со свойствами симметрии природы.

20. Закон сохранения момента импульса и его связь со свойствами симметрии.

21.Момент силы относительно точки и неподвижной оси вращения.

22.Момент импульса относительно точки и неподвижной оси вращения.

23.Основное уравнение динамики вращательного движения тела относительно неподвижной точки.

24. Основное уравнение динамики вращательного движения тела относительно неподвижной оси.

25.Момент инерции тела.

26.Теорема Штейнера.

27.Кинетическая энергия вращательного движения тела.

28.Поле тяготения и его характеристики.

29.Космические скорости.

32.Специальная теория относительности. Преобразования Лоренца.

33.Длина тел в разных системах отсчета.

34.Длительность событий в разных системах отсчета.

35.Релятивистская динамика