Физика

Настоящие методические указания представляют собой рекомендации для самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям по дисциплине «Физика» по разделу «ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ». В них дан краткий список формул и законов, связанных с решением задач, указаны типы задач и методы их решения, в конце каждой темы приведен список рекомендуемой литературы.

Методические указания составлены в соответствии с ГОС ВПО, рабочим учебным планом и программой дисциплины «Физика».

Рецензент: Д. П. Валюхов

3

Настоящие указания представляют собой индивидуальные задания для студентов, методические рекомендации по их выполнению, перечень вопросов для контроля, теоретического материала, а также список необходимой литературы.

Весь курс разбит на темы, каждую из которых можно прорабатывать независимо от других.

Работа начинается с повторения теоретического материала, указанного в разделе 1. (Теоретическая часть) для каждой изучаемой темы. В этом разделе приводятся основные формулы, знание которых понадобятся при решении задач.

После проработки этого теоретического материала, необходимо произвести самоконтроль его усвоения, используя приведенные в этом разделе вопросы.

Раздел 2. (Примеры решения задач) – является наиболее важным. В нем можно ознакомиться с основными типами задач и методами их решения. При решении задач рекомендуется придерживаться определенного плана. Поэтому образцы оформления решений некоторых из них представлены в этом разделе.

Несмотря на большое разнообразие задач по физике, при решении их рекомендуется придерживаться определенного плана:

-внимательно прочитать и полностью записать условие задачи;

-представить условие задачи математически, используя общепринятые обозначения;

-перевести все заданные в условии величины в одну систему

единиц;

-выполнить необходимые графики и рисунки;

-проанализировать условие задачи и определить, к какому типу она относится (см. Раздел 4), прочитав общую формулировку методов решения, попытаться самостоятельно решить задачу соответствующим

4

методом, при этом можно пользоваться ссылками на примеры в указанной литературе;

-составить уравнения, связывающие физические величины, которые характеризуют рассматриваемые явления;

-решить эти уравнения относительно неизвестных величин, получить ответ в общем виде;

-произвести действия с размерностями и убедиться, что искомая величина получается в единицах измерения выбранной системы;

-проанализировать полученный результат, выяснить, как изменяется искомая величина при изменении и других величин, функцией которых она является, исследовать предельные случаи.

В разделе 3. (Задачи для самостоятельного решения) содержатся задачи для самостоятельного решения по каждой теме.

Список литературы 4. (Литература), приведенный в конце каждого раздела, поможет студенту быстро найти теоретический материал в рекомендуемых учебных пособиях.

В заключение в пособии приведен перечень рекомендуемых учебников и учебных пособий, необходимых для работы.

5

ТЕМА 1

ЭЛЕМЕНТЫ КИНЕМАТИКИ

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.Основные формулы

•Положение материальной точки в пространстве задается радиус-вектором rr:

rr = i x + jy + kz ,

где x, y, z – координаты точки; i , j , k – единичные векторы направлений

(орты).

•Мгновенная скорость:

υr = ddtr = irυx + rjυy + krυz ,

где υx = dxdt ; υy = dydt ; υz = dzdt – проекции скорости на оси

координат.

•Абсолютное значение скорости:

υ= υx2 +υy2 +υz2 .

•Вектор средней скорости:

υr = ∆∆rt ,

где ∆rr – перемещение материальной точки за интервал времени ∆t .

•Средняя путевая скорость:

υ = ∆∆st ,

где ∆s – путь, пройденный точкой за интервал времени ∆t .

•Ускорение

ar = ddtυ = irax + rjay + kraz ,

6

где ax = dυx dt ; ay = dυy dt ; az = dυz dt – проекции ускорения на оси координат.

•Абсолютное значение ускорения:

a = ax2 + a2y + az2 .

• При криволинейном движении ускорение можно представить как сумму нормальной an и тангенциальной aτ составляющих:

a = an + aτ .

•Абсолютное значение ускорения:

a = an2 + aτ2 .

•Нормальное ускорение:

an =υ2R ,

где R – радиус кривизны в данной точке траектории.

•Тангенциальное ускорение:

aτ = dυdt .

•Кинематическое уравнение равнопеременного движения вдоль

оси x

x = x0 +υ0xt + ax2t2 ,

где x0 – начальная координата, υ0x – проекция начальной скорости на ось x, ax – проекция ускорения на ось x, t – время.

•Скорость точки при равнопеременном движении:

υ =υ0 + at ,

где υ0 – начальная скорость, a – ускорение.

•Угловая скорость:

ωr = ddtϕ ,

где dϕr – угловое перемещение (угол поворота) за малое время dt .

•Средняя угловая скорость:

7

ω = ∆∆ϕt ,

где ∆ϕ – изменение угла поворота за интервал времени ∆t .

•Угловое ускорение:

ε = dω / dt .

• Кинематическое уравнение равнопеременного вращения:

ϕ =ω0t + εt2 ,

2

где ω0 – начальная угловая скорость, t – время.

•Угловая скорость тела при равнопеременном вращении:

ω=ω0 +εt .

•Связь между линейными и угловыми величинами, характеризующими движение материальной точки по окружности:

9 Длина пути, пройденного точкой по дуге окружности радиусом R:

ds = dϕ R .

9 Линейная скорость точки:

υ =ω R .

9 Тангенциальное ускорение:

aτ =ε R .

9 Нормальное ускорение:

an =ω2R .

1.2.Вопросы к теоретическому материалу

1.Что называется материальной точкой?

2.Укажите способы описания положения тел в пространстве.

3.Какие вам известны способы задания закона движения?

4.Дайте определение величины и направления средней и мгновенной линейной скорости точки.

5.Чему равна величина мгновенного ускорения точки?

9

a= (−1)2 + 0,52 =1,12 (м/c2 ) .

2.Маховик, вращавшийся с постоянной частотой 10 оборотов в секунду, при торможении начал вращаться равнозамедленно. Когда торможение прекратилось, вращение маховика снова стало равномерным, но уже с частотой 6 оборотов в секунду. Определить продолжительность торможения, если за время равнозамедленного движения маховик сделал 50 оборотов.