
- •Механика. Механическое движение. Скорость, ускорение материальной точки.
- •Прямолинейное движение и движение по окружности материальной точки
- •Законы Ньютона.
- •Силы в механике.
- •Закон сохранения импульса.
- •Основной закон динамики вращательного движения твердого тела.
- •Работа. Энергия. Мощность.
- •Колебания.
- •Волны. Звук.
- •Закон Паскаля. Сила Архимеда. Уравнение Бернулли, следствия из него.
- •Температура. Температурные шкалы: шкала Цельсия, идеальная газовая и абсолютная термодинамическая шкала температур.
- •Уравнение состояния идеального газа. Закон Дальтона. Изопроцессы и их уравнения.
- •Взаимосвязь теплоты и работы. Первое начало термодинамики. Работа, совершаемая телом при изменении объема. Работа газа в различных изопроцессах.
- •Теплоемкость тела, удельная, молярная, теплоемкости Cp и Cv. Второе начало термодинамики.
- •Основные положения мкт. Масса и размеры молекул. Основное уравнение мкт. Кинетическая энергия молекулы. Средняя квадратичная скорость молекул. Длина свободного пробега.
- •Барометрическая формула.
- •Явления переноса.
- •Электроемкость. Конденсатор. Емкость плоского конденсатора. Емкость батареи конденсаторов. Энергия конденсатора.
- •Электрический ток. Условия существования электрического тока. Сила тока. Плотность тока. Электродвижущая сила. Напряжение.
- •Закон Ома для однородного, неоднородного участка цепи и замкнутой (полной) цепи. Сопротивление проводников. Дифференциальная форма закона Ома.
- •Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля – Ленца.
- •Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Последовательное и параллельное соединение проводников.
- •Действие электрического тока на тело человека. Риск поражения электрическим током в быту.
- •Электролиты. Законы Фарадея для электролиза.
- •Электропроводность газов. Несамостоятельный и самостоятельный разряд Виды самостоятельного разряда.
- •Магнитное взаимодействие. Опыт Эрстеда. Магнитное поле. Изображение магнитных полей. Принцип суперпозиции. Сила Ампера.
- •Сила Лоренца. Полярные сияния.
- •Контур с током в магнитное поле. Индукция магнитного поля. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Закон Био - Савара - Лапласа.
- •Электромагнитное поле. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •Электромагнитная теория света. Интерференция света.
- •Явление дифракции. Дифракционная решетка. Разрешающая способность оптических приборов.
- •Зеркала. Тонкие линзы. Формула линзы. Оптическая сила линзы.
- •Глаз как оптическая система. Лупа, микроскоп, телескоп.
- •Понятие о нелинейной оптике. Прохождение света через оптически неоднородную среду. Закон Рэлея. Цвет неба и зорь. Радуга. Миражи. Гало.
- •Тепловое излучение. Количественные характеристики излучения. Законы Стефана-Больцмана и Вина. Законы Кирхгофа для излучения. Формулы Вина.
- •Фотоэффект Закономерности Столетова. Уравнение Эйнштейна.
- •Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Атом Резерфорда.
- •Постулаты Бора. Правила отбора. Элементарная теория атома водорода.
- •Квантово-механическая теория атома водорода. Электронные оболочки атомов. Периодическая система элементов Менделеева.
- •Состав ядра. Ядерные силы. Энергия связи ядра.
- •Реакции синтеза. Условия их осуществления Управляемый термоядерный синтез.
- •Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
-
Колебания.
Движения и циклические процессы, характеризуемые определенной повторяемостью во времени, называют колебаниями. Они чрезвычайно распространены в природе и технике. Это суточные и годичные изменения температуры, морские приливы и отливы, волны на поверхности морей и океанов, разрушительные колебания коры планеты, биение сердца, дыхательный ритм, вибрации механизмов и сооружений (амплитуда колебаний вершины Останкинской телебашни при сильном ветре достигает 2,5 м), движение поршней двигателей внутреннего сгорания, акустические процессы, тепловое движение ионов и атомов кристаллической решетки твердого тела и движение электронов в атоме, переменный ток и его электромагнитное поле. В ряде случаев колебания играют отрицательную роль. Это колебания (вибрации) крыльев самолета; моста, возникающие из-за толчков на стыках рельс, при прохождении поезда; корпуса корабля, вызванные вращением гребного винта и т.п. Все эти процессы могут привести к катастрофическим последствиям. В подобных случаях необходимо воспрепятствовать тому, чтобы колебания достигли опасных размеров. Вместе с тем колебательные процессы составляют основу некоторых, технических устройств и даже отраслей техники. Так, радиотехника основана на колебательных процессах.
В зависимости от характера воздействия, вызывающего и поддерживающего колебательный процесс, колебания классифицируют на свободные (или собственные), вынужденные, автоколебания и параметрические.
Свободные или собственные колебания происходят в системе, предоставленной самой себе после того, как ей был сообщен толчок или она была выведена из положения равновесия. Примером собственных колебаний является движение подвешенного на нити шарика.
Вынужденные колебания появляются в системе от воздействия внешней периодически изменяющейся силы. Примером вынужденных колебаний может служить колебание моста, возникающее при прохождении по нему шагающих в ногу людей.
Автоколебания, как и вынужденные колебания, сопровождаются воздействием на систему внешних сил, но при этом система сама управляет внешним воздействием. Примером автоколебательной системы являются часы. В них маятник получает толчки за счет энергии поднятой гири или упругой пружины. Однако толчки происходят в те моменты времени, когда маятник проходит через среднее положение.
Параметрические колебания в системе происходят также от внешнего воздействия при периодическом изменении одного из параметров системы. Примером параметрических колебаний является движение шарика, подвешенного на нити переменной длины.
Физическая
природа колебаний может быть разной, и
поэтому колебательные системы принято
классифицировать на механические,
электрические, информационные,
биологические и др. Особое значение,
имеют колебания двух видов: механические
и электромагнитные. К механическим
относят колебания маятников, струн,
вибрации различных механизмов и
сооружений, а также акустические
колебания, волны на поверхности водоемов
и др. К электромагнитным — колебания
тока в электрической цепи, колебания
напряженности электрического и магнитного
полей в электромагнитной волне. По форме
колебания могут быть разделены на
прямоугольные, треугольные и синусоидальные
(рис. 13.1).
Простейшими являются гармонические колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону косинуса — синуса.
Рассмотрим основные кинематические параметры гармонических колебаний.
1. Отклонение (смещение s = f(t)) — мгновенное вертикальное перемещение относительно положения равновесия, м.
2. Амплитуда
А
— максимальное
отклонение (смещение), м. Большинство
реальных колебательных процессов не
являются строго периодическими. И в
связи с этим изменение
амплитуды позволяет выделить незатухающие,
затухающие, нарастающие и
амплитудно-модулированные колебания
(рис. 13.3). Последний тип колебательного
движения, в котором амплитуда периодически
изменяется, называется биениями.
-
Периодичность, то есть повторяемость движения по истечении времени Т, называемая периодом колебания. Это минимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период Т = 1/
, с.
-
Число колебаний к моменту времени t равно п = t/T. Количество повторений процесса п в течение времени t называют частотой, в данном случае. колебательного процесса,
= n/t, с-1. Следовательно, частота колебаний
= 1/Т, с-1= Гц, представляет собой число колебаний в единицу времени. В качестве единицы измерения частоты в СИ используется герц. 1 Гц соответствует одному колебанию в секунду.
-
Угловая, круговая или циклическая частота, называемая прежде угловой скоростью,
. Так как со
, то
, рад/с. Заметим, что Т =
. Циклическая частота равна величине изменения фазы в единицу времени, то есть скорости изменения фазы.
-
Фаза
, рад — термин греческого происхождения и в переводе на русский язык означает «проявление». В физике это следует понимать как конкретную в фиксированный момент времени стадию развития периодического процесса. Например: начало его, максимум развития, минимум и т.д. Однако изложенного определения фазы, как физической величины, недостаточно. Физический смысл фазы состоит в том, что она определяет смещение в любой момент времени и, следовательно, состояние колебательной системы. Отметим еще раз, что изменение фазы на 2
рад соответствует отрезку времени в один период Т. И еще один нюанс из области воспоминаний. Пересчет радиан в градусы осуществляется следующим образом:
=
57,3°.
-
Начальная фаза
, рад — значение фазы в момент начала колебаний при t = 0. При определении фазы необходимо учитывать начальную фазу
- рис. 13.4.
8.
Время t
—
отсчитывается от момента начала
колебаний. Колебания, и в том числе
гармонические, представляют собой
движение с переменным ускорением.
Отклонение, скорость и ускорение являются
функцией времени.
Для
гармонического, например, движения
системы по. окружности, описываемого
уравнением типа s
= Асоs
= Acos(
),
первая производная по времени представляет
собой мгновенную скорость колеблющейся
системы
(13.1)
Выше
было отмечено, что гармоническое
колебание представляет собой движение
с переменным ускорением. Мгновенное
ускорение колебательной системы
определяется второй производной s
= Асоs
по времени
(13.2)
Предположение
о периодическом гармоническом изменении
скорости и ускорения во времени наглядно
подтверждается уравнениями 13.1 и 13.2 и
очевидно из рис. 13.5. Фазы скорости и
ускорения отличаются от фазы s
= Асоs
соответственно на
/2
и
.
Поэтому скорость и ускорение достигают
своих амплитудных значений
и
соответственно в моменты времени, когда
s
= 0 и s
= ±А. Знак ускорения всегда противоположен
знаку смещения, то есть ускорение
центростремительно.
Из уравнения 13.2 следует дифференциальное уравнение гармонических колебаний
.
(13.3)
Решением
этого уравнения является s
= Acos(.