Министерство сельского хозяйства республики казахстан

КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С. СЕЙФУЛЛИНА

Ф И З И К А -1

Учебно-методический комплекс по физике для группы специальностей «технические науки и технологии»

А с т а н а – 2010

ПРЕДИСЛОВИЕ

Переход вузов РК к кредитной технологии обучения и подготовке бакалавров приведет к коренному пересмотру как количественного, так и качественного содержания образования. В связи с этим нужна надежная научная основа, которая позволит произвести отбор учебного материала по физике так, чтобы обеспечить полноценное физическое образование студентов технических специальностей. Уменьшение аудиторных часов, перенос тяжести на самостоятельную работу студентов, обучающихся по кредитной технологии, требует коренного пересмотра подходов к отбору содержания учебного материала, особенно по специальным дисциплинам, каковой является физика для студентов технических специальностей. Для инженерно-технических специальностей, согласно существующим стандартам, физика является обязательной дисциплиной. Изучение курса физики наряду с изучением высшей математики создает фундаментальную базу профессиональной деятельности бакалавров, формирует их научное мировоззрение.

Цели преподавания физики – формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической и современной физики; навыков самостоятельной познавательной деятельности; формирование представления о современной естественнонаучной картине мира; использование теоретических знаний для решения практических задач и успешного усвоения специальных дисциплин в будущей профессиональной деятельности. Данное пособие включает теоретический материал, соответствующий основным разделам курса физики. Затем следуют лабораторные работы, которые студенты должны выполнять на занятиях.

Для применения и закрепления теоретических знаний приводятся задачи для выполнения индивидуальных заданий студентами. Вместо условия задачи дается описание общей ситуации, необходимые данные для составления условий задач из одной описанной ситуации, приведены в таблицах, следующих за описанием общих ситуаций. Прежде чем приступить к решению задачи, студент должен разобраться в общей физической ситуации, четко представить себе свое индивидуальное задание, сформулировать условия конкретной задачи согласно номеру задания. Обобщенные условия задач, перечень лабораторных работ составлены в соответствии с типовыми программами.

Далее приводятся перечень задач для самостоятельной работы, а также вопросы экзаменационных тестов.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям «Технические науки и технологии» и «Сельскохозяйственные науки».

Тема 1. Элементы кинематики

Физика – база для создания новых отраслей техники (электронная техника, ядерная техника…).

Физические методы исследования применяются в различных областях техники для установления оптимальных параметров технологических процессов, создании новых технологических процессов, создании новых материалов.

Основным методом исследования в физике является опыт – наблюдение исследуемых явлений в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явлений и многократно воспроизводить его при повторении этих условий.

В результате обобщения экспериментальных фактов устанавливаются физические законы – устойчивые повторяющиеся объективные закономерности, существующие в природе.

Механика – часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение.

Механическое движение – это изменение взаимного расположения тел или их частей с течением времени. Механическое движение относительно.

Различают 3 вида механического движения: поступательное, вращательное и колебательное.

Рассмотрим кинематику поступательного движения тела.

Поступательное движение – это движение, при котором любая прямая, связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению.

Движение тел происходит в пространстве и во времени. Поэтому для описания движения материальной точки нужно знать, в каких местах пространства эта точка находилась и в какие моменты времени она проходила то или иное положение. Положение материальной точки определяется по отношению к произвольно выбранному телу, называемому телом отсчета.

Положение точки в пространстве характеризуется тремя координатами x, y и z или радиусом – вектором r, проведенным из начала системы отсчета координат в данную точку.

При движении материальной точки её координаты с течением времени изменяются и её движение определяется скалярными урав нениями: X = x (t) Y = y (t) Z = z (t) эквивалентными векторному уравнению r = r (t)

кинематические уравнения движения материальной точки.

Число независимых координат, определяющих положение точки в пространстве, называют числом степеней свободы.

Если материальная точка движется, в пространстве – обладает тремя степенями свободы, на плоскости – двумя степенями свободы, вдоль линии – одной степенью свободы

При своем движении материальная точка описывает линию, которая называется траекторией. В зависимости от формы траектории движение бывает прямолинейным или криволинейным.

Длина траектории – пройденный путь S. Длина пути S = s (t) является скалярной функцией времени.

Путь

В АВ – перемещение – вектор, соединяющий

начальное и конечное положение точки.

А АВ =

При прямолинейном движении

Z s r = s

A B Для характеристики движения материальной

r₀  r r точки вводится векторная величина скорость-

определяет быстроту движения и его направ-

X ление в данный момент времени.

При равномерном движении ( = const)

Y

При неравномерном движении υ изменяется от одной точки траектории к другой и поэтому говорят о

Средняя скорость недостаточно полно характеризует движение, поэтому введем понятие мгновенной скорости –  - в данный момент времени, в данной точке

Таким образом – первая производная пути по времени.

Тогда длина пути, пройденного точкой за промежуток времени отt₁ до t₂ дается

Быстрота изменения скорости по модулю и направлению характеризуется физической величиной – ускорение.

Мгновенное ускорение

Таким образом [м/с²]

Так как скорость изменяется по величине и направлению, вектор а принято раскладывать на две составляющие:

Тангенциальное ускорение – а - совпадает по направлению со скоростью и характеризует изменение скорости только по величине

Нормальное или центростремительное ускорение – а_n – всегда перпендикулярна скорости и характеризует изменение скорости только по направлению

Из рисунка - полное ускорение

Движение с постоянным ускорением а = const называется равнопеременным

a > 0 - равноускоренное a < 0 - равнозамедленное

При равноускоренном движении

Тогда