физика

1. Предметом физики является изучение материи, её наиболее общих свойств и форм движения.физика-это наука,изуч. общие св-ва и законы движения в-ва и поля. Структура курса физики: механика,мол.физика и термодинамика, электричество и магнетизм, колебания и волны, оптика,физика атома и ядра.Осн.единици СИ (7 основных ед.): метр(м), килограмм(кг), секунда(с), ампер(А), моль, кельвин(К), кандела(Кд). 2 дополнительные единицы: радиан(рад), стерадиан(ср)

2. Пространство и время – основные формы существования материи.Пространство выраж. Порядок сущ.отдельных объектов.Время- выраж. Порядок смены явлений

Однородно-отсутств. Выделенные точки и области. Изотропно- св-ва пространства не зависят от направл.абсолютно. Простейшей физической моделью в классической механике является материальная точка.мат.точка-тело, обладающее массой,размерами кот. В данных условиях движения можно пренебречь. система отсчёта –тело отсчёта, жёстко связанная с ним система координат, прибор для измерения времени

3. Векторные велич. -величины, кот. Характеризуются числовым знач. и направлением. Скалярные – для которых достаточно числового значения. Разложение вектора на составляющие осуществляется по правилу параллелограмма, в котором разлагаемый вектор является диагональю, а результирующие векторы – сторонами

4. Радиус-вектор— вектор, задающий положения точки в пространстве относительно начала координат. Для произвольной точки в пространстве, радиус-вектор — это вектор, идущий из начала координат в эту точку. Средняя (путевая) скорость Средняя путевая скорость, в отличие от мгновенной скорости не является векторной величиной. Числовое зачение мгновенной скорости равно первой производной пути по времени Ускорение – физ. величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и направлению. Тангенциальная составляющая ускорения: – быстрота изменения скорости по модулю (касательная к траектории).нормальная составляющая ускорения: - быстрота изменения скорости по направлению (направлена к центру кривизны траектории). Абсолютное значение ускорения:

5. Движение твёрдого тела, при котором две его точки остаются неподвижными, называется вращением тела вокруг неподвижной оси. Ось вращения – прямая, проходящая через две эти точки. Чем дальше от оси, тем больше скорость. Средняя угловая скорость <>=/t, мгновенная =d/dt. Для равномерного вращательного движения =₀+t.Угловое ускорение =d/dt. Для равнопеременного вращательного движения =₀+t, =₀+t+t².

6. Связь угловых характеристик с линейными - Путь пройденный точкой по окружности S=R. Скорость точки v=R. Ускорение точки a_=R, a_n=²R. При вращательном движении все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения. Сопоставление формул динамики поступательного и вращательного движений: Основное уравнение динамики поступательного движения: F=ma, F ↑↑ a Импульс:mv, mv ↑↑ Кинетическая энергия при поступательном движении: Работа при поступательном движении:A=FS=FScosα Основное уравнение динамики вращательного движения:M=I • β, M ↑↑ βМомент импульса:L=[r,mv], L=I • ω, L ↑↑ ωКинетическая энергия при вращательном движении:Работа при вращательном движении:A=M•Δφ

7. Динамика- это раздел механики, который изучает движение тел и причины ,кот. вызывают или изменяют это движение. Прямая задача динамики: по заданному характеру движения определить равнодействующую сил, действующих на тело. Обратная задача динамики: по заданным силам определить характер движения тела.

8. 1-ый зак. Ньютона. Всякое тело находится в состоянии покоя или равномерно и прямолинейно движется, пока взаимодействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние. этот закон назыв. законом инерции. А системы, в которых он выполняется – инерциальными.

9. Силой наз. векторная физ. велич., измеряющая и описывающая воздействие одного тела на другое. Импульс - величина векторная, равная произведению массы матер. точки на её скорость и имеющая направление скорости: Масса тела – физ. вел, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая её инерционное (инертная масса) и гравитационные (гравитационная масса) св-ва.2-й зак. Ньютона: быстрота изменения импульса материальной точки равна действующей на неё силе .в классической механике:

10. Третий закон Ньютона – тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению, F₁₂=-F_21.

F₁₂ -cила, кот. испытывает 1-ое тело со стороны 2-го. сила, кот. испытывает 2-ое тело со стороны 1-го

11. в современной физике различают 4 вида взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное или ядерное(связь частиц в атомном ядре), слабое (процесс распада элементарных частиц). силы в механике: сила тяжести, упругости, трения, инерции

12. Закон всемирного тяготения – тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс на квадрат расстояния между ними

13. Силу, с которой тело притягивается к Земле под действием поля тяготения Земли, называют силой тяжести. По закону всемирного тяготения на поверхности Земли (или вблизи этой поверхности) на тело массой m действует сила тяжести Fт=GMm/R². Из закона всемирного тяготения следует, что сила тяжести и вызываемое ею ускорение свободного падения уменьшаются при увеличении расстояния от Земли. На высоте h от поверхности Земли модуль ускорения свободного падения определяют по ф-ле g=GM/(R+h)². Весом тела наз. сила Q, с кот. оно действует вследствие тяготения к земле на опору(или подвес), удерживающие его от свободного падения Q= Р=mg

14. Сила трения – сила, препятствующая относительному перемещению соприкасающихся тел. различают внешнее(сухое) и внутреннее (жидкое или вязкое) трение. различают 3 вида сухого трения : трение покоя, скольжения, качения. сила трения покоя: . сила трения скольжения: F=. сила трения качения: F=-

15. Сила упругости — сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации. пластическая деформация- деформация, кот. не исчезает в теле после прекращения действия внешних сил. упругая деф. –деф. при которой после прекращения действия внешних сил, тело принимает свои первоначальные размеры и форму. виды деформации: растяжение и сжатие, изгиб, сдвиг, кручение. закон Гука: F_упр=-kx. . [Па].модуль Юнга- величина, зависящая от природы материала и равен напряжению при кот. линейный размер тела изменяется в 2 раза

16. Неинерциальная система отсчёта — система отсчёта, движущаяся с ускорением относительно инерциальной.. а-ускорение тела инерциальной сист.отсч. а*-уск. неинерциальной сист. отсч. относительно инерциальной. а’-ускорение относительно неинерциальной сист. отсч. , .силы инерции:поступательное движение с ускорением а F_in=-ma.центробежная сила инерции F_in=mw²R. F_цб=mw²R₃cosф. сила Кориолиса F_k=2m[] В неинерциальных сист.отсч. в общем случае следует рассматривать следующие случаи проявления инерции: силы инерции при ускоренном поступ.движении сист.отсч.(; силы инерции, действующиена тело, покоящееся во вращающейся сист.отсч. (F_цб); силы инерции, действующие на тело, движущееся во вращающейся сист.отсч(F_k).

17. основной закон динамики для неинерциальных сист.отсч. можно записать в след.виде: .особенности сил инерции : 1) силы инерции обусловлены не взаимодействием тел, а св-вом самих неинерциальных с.о. Поэтому на силы инерции 3-ий закон Ньютона на распространяется.2)силы инерции существуют только в неинерциальных с.о. В инерциальных с.о. сил инерции вообще нет, и понятие сила в этих системах применяется только в ньютоновском смысле как мера взаимодействия тел. 3)для любого из тел, находящегося в неинерц. с.о., силы инерции являются внешними =>здесь нет замкнутых систем.Это означает, что в неинерц. с.о. не выполняются законы сохранения кол-ва движения, энергии и момента кол-ва движения.4)все силы инерции подобны силам тяготения.Они пропорциональны массе тел.Поэтому в однородном поле сил инерции все тела движутся с одним и тем же ускорением независимо от массы

18. Механическая система — это совокупность взаимодействующих другу с другом и с внешними телами материальных точек, движение которых подчиняется согласно законам классической механики. Внешние силы, действуя на твердое тело, вызывают изменения его формы, обуславливаемые перемещением частиц.Внутренними силами являются силы, действующие между частицами, эти силы оказывают сопротивление изменению формы. главный вектор внешних сил –равный вектору суммы всех внешних сил.Закон сохранения импульса принадлежит к числу фундаментальных физических законов т.к. связан с определённым св-вом симметрии пространства – его однородностью. Которое заключается в том, что физические свойства замкнутой системы и законы её движения не зависимы от выбора положения начала координат инерции системы отсчёта. Из закона сохранения импульса следует, сто при любых процессах происходящих в замкнутой системе скорость её центра инерции – это постоянный вектор. Замкнутых механических систем не существует в природе, но не смотря на это в ряде случаев законом сохранения импульса пользоваться можно:1. Сумма всех внешних сил равна нулю.2. Удаётся найти такое направление, на которое проекция всех внешних сил в сумме дают ноль. Тогда для этой оси можно использовать закон сохранения импульса.3. Быстро текущие процессы: взрыв, удар, выстрел

19. реактивная сила характеризует механическое действие на тело отделяющихся или присоединяющихся к нему частиц .реактивная сила:.

20. Центр инерции, или центром масс, системы материальных точек называется точка С, радиус-вектор которой равен:, где - масса и радиус-вектор «i-ой» точки- масса всей системы. Движение твёрдого тела можно рассматривать как суперпозицию движения центра масс и вращательного движения тела вокруг его центра масс. Центр масс при этом движется так же, как двигалось бы тело с такой же массой, но бесконечно малыми размерами (материальная точка). Последнее означает, в частности, что для описания этого движения применимы все законы Ньютона. Во многих случаях можно вообще не учитывать размеры и форму тела и рассматривать только движение его центра масс.

21. Работа силы: количественная характеристика процесса обмена энергией между взаимодействующими телами.Элементарная работа силы: Работа силы на участке 1-2 и определяется площадью заштрихованной фигуры.Работа – скалярная величина. Силу, действующую на тело, называют консервативной, если совершаемая ей работа над телом не зависит от траектории, а определяется начальным и конечным положением тела в пространстве. Силы, работа которых зависит от пути, называются неконсервативными. Мощность: физическая величина, характеризующая скорость совершения работы. ( N=dA/dt )За время dt сила F совершает работу Fdr, и мощность, развиваемая этой силой, в данный момент времени (N=Fdr/dt=Fv) т.е. равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка.Мощность – скалярная величина.Единицы работы: Дж Единицы мощности: Вт

22. консервативные силы — такие силы, работа которых по любой замкнутой траектории равна 0.Если в системе действуют только консервативные силы, то механическая энергия системы сохраняется. Примерами консервативных сил являются: сила тяжести, сила упругости. Неконсервативными являются силы трения, сопротивления, т.к. для них на любом участке траектории вектор силы направлен против вектора скорости, который в свою очередь параллелен элементарному перемещению и, следовательно, на каждом участке траектории и на всем перемещении работа отрицательна.

23. Кинетическая энергия механической системы: энергия мех движения этой системы.Приращение кинетической энергии частицы на элементарном перемещении равно элементарной работе на том же перемещении: dE=dA. Это выражение можно расписать как: Тогда: Кинетическая энергия всегда положительна; неодинакова в разных инерциальных системах отсчёта; является функцией состояния системы. Кинетическая энергия вращающегося тела: Абсолютно тв тело вращается вокруг неподвижной оси, разбивая его на элементарные объёмами массами м1,м2,..,мn, находящимися от оси на расстояниях r1,r2,..,rn запишем: Поскольку , то Где J – момент инерции тела относительно оси z (Из обычной формулы Ек и формулы Евр следует, что момент инерции – мера инертности тела при вращательном движении.

24. Потенциальной энергией называется часть энергии механической системы, зависящей только от её конфигурации, т.е. от взаимного расположения всех частиц системы и, от расположения во внешнем потенциальном поле. Потенциальная энергия упругой деформации характеризует взаимодействие между собой частей тела.Потенциальная энергия в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выражается формулой:Ep = mgh. потенциальная энергия характеризует способность системы совершать работу за счет внутренних консервативных сил Aкс = - (Eп2 - Eп1).

25. ----------

26. Закон сохранения энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем. Ек+Еп=Е=constЭто фундаментальный закон природы. Он является следствием однородности времени: инвариантности физических законов относительно выбора отсчёта времени.

27. Гравитационный потенциал — скалярная величина равная отношению потенциальной энергии материальной точки, помещённой в рассматриваемую точку гравитационного поля, к массе этой точки.

28. Абсолютно упругий удар: столкновение двух тел, в результате которого в обоих взаимодействующих телах не остаётся никаких деформаций и вся кинетическая энергия, которой обладали тела до удара, после удара снова превращается в кинетическую энергию.Для абсолютно упругого удара выполняются закон сохранения импульса и закон сохранения энергии. Абсолютно неупругий удар: столкновение двух тел, в результате которого тела объединившись, двигаются дальше как единое целое(например: шары из пластилина)В данном случае закон сохранения энергии не соблюдается. Вследствие деформации происходит потеря кинетической энергии, перешедшей в другие формы энергии. Эту потерю можно определить по разности кинетической энергии тело до и после удара или (учтено выражение для v)Если ударяемое тело было первоначально неподвижно, то ; Если m2>>m1 ,то v<<v1 и почти вся кинетическая энергия при ударе переходит в другие виды энергии.

29. Момент инерции относительно неподвижной оси вращения: момент инерции системы (тела) относительно оси вращения есть физическая величина, равная сумме произведений масс n материальных точек системы на квадраты их расстояний до рассматриваемой оси: В случае непрерывного распредел. масс эта сумма сводится к интегралу: где интегрирование производится по всему объёму тела. Величина r в данном случае есть функция положения точки по координатам x,y,z. Т. Штейнера: Момент инерции тела относительно любой оси вращения равен моменту его инерции относ параллельной оси, проходящей через центр масс тела, сложенному с произведением массы тела на квадрат расстояния между осями. Момент инерции тонкого стержня: (ось перпенд. Стержню и проходит через его середину) ; То же ( но ось проходит через его конец) ; Для др предметов: (шар (ось через центр):; Полый тонкостенный цилиндр: ; сплошной цилиндр или диск радиуса R:

30. Момент силы относительно неподвижной точки О: Физическая величина, определяемая векторным произведением радиус-вектора r , проведённого из точки О в точку А приложения силы, на силу F : Здесь М – псевдовектор, его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от r к F.Момент силы относительно неподвижной оси z: Скалярная величина , равная проекции на эту ось вектора М момента силы, определённого относительно произвольной точки О данной оси z. Значение момента не зависит от выбора положения точки О на оси z.Если ось z совпадает с направлением вектора М, то момент силы представляется в виде вектора, совпадающего с осью: .

31. Момент импульса относительно неподвижной точки О: Физическая величина, определяемая произведением , где r – радиус-вектор, проведённый из точки О в точку А; p=mv- импульс материальной точки; L – псевдовектор, его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от r к p.Момент импульса относительно неподвижной оси z: Скалярная величина , равная проекции на эту ось вектора момента импульса, определённого относительно произвольной точки О данной оси. Значение момента импульса не зависит от положения точки О на оси z

32. Моментом инерции материальной точки относительно неподвижной оси называется скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности этой точки при вращательном движении и, равная произведению её массы на квадрат расстояния до оси, т.е. , а также , где - угловая скорость тела относительно данной оси.Моментом инерции системы материальных точек относительно неподвижной оси называется скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности этой системы при вращательном движении и, равная алгебраической сумме произведений масс всех материальных точек системы на квадрат их расстояний до оси, т.е. . Момент инерции диска относительно оси, перпендикулярной его плоскости и проходящей через центр. Диск считается бесконечно тонким, т.е. его толщина много меньше ра­диуса R. Момент инерции, согласно определению, величина аддитивная: момент инерции целого тела равен сумме моментов инерции его частей. Разобьем диск на бесконечно тонкие обручи радиусом s и толщиной ds

33. закон динамики вращ. движ.:Скорость изменения момента импульса относительно полюса равна главному моменту силы относительно того же полюса, т.е. Если вращение тела происходит относительно неподвижной оси, то основной закон динамики вращательного движения примет вид: . В данном случае момент импульса легко выразить через угловую скорость и момент инерции тела относительно рассматриваемой оси: . Тогда основной закон динамики вращательного движения примет вид: . Если тело не рассыпается и не деформируется, то, вследствие чего . Если ко всему , то и, оно равно:

34. Закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени: . Это фундаментальный закон природы. Он является следствием изотропности пространства : инвариантность физических законов относительно выбора направления осей координат системы отсчёта.Момент импульса твёрдого тела относительно оси есть сумма моментов импульса отдельных частиц: Учитывая, что , получим: Продифференцируем это ур-ние по времени: Можно показать, что имеет место векторное рав-во: Это выражение – ещё одна форма уравнения динамики вращательного движения твёрдого тела относительно неподвижной оси: производная момента импульса твёрдого тел относительно оси равна моменту сил относительно той же оси.В замкнутой системе момент внешних сил М=0 и откуда L=const

35. Элементарная работа, совершаемая моментом силы, при вращательном движении относительно неподвижной оси вычисляется по формуле: (*). Полная работа . Если , то .На основании формулы (*), получим выражение для кинетической энергии вращательного движения твёрдого тела относительно неподвижной оси. Т.к. , то . После интегрирования, получим окончательный результат для кинетической энергии вращательного движения относительно неподвижной оси .

36. Механический принцип относительности: законы динамики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта. Система К’ движется равномерно и прямолинейно со скоростью u (u-const) Скорость направлена вдоль ОО” , тогда вектор перемещения равен произведению скорости на время.ПГ- преобразования координат и времени, применяемые в Ньютоновской механике при переходе из одной ИСО в другую -движущуюся. В основе механики лежат преобразования Галилея. Преобразования координат Галилея: Задают связь между радиусами-векторами или координатами произвольной точки А в обеих системах: или .Время в системах протекает одинаково.

37. Специальная теория относительности: специальная теория относительности основывается на двух постулатах Эйнштейна:1.Все законы природы инвариантны при переходе от одной инерциальной с.о. к другой.2.Скорость распространения света в вакууме не зависит от относительных скоростей и это означает существования конечной скорости распространения взаимодействий.Преобразования Лоренца (при ): Система K’ движется относительно системы К со скоростью v=const.Преобразования Лоренца имеют следующий вид: Эти ур-ния симметричны и отличаются лишь знаком при v, что очевидно. При v<<c они переходят в классические преобразования Галилея

38. Из теории относительности следует, что уравнение динамики, инвариантное по отношению к преобразованиям Лоренца, имеет вид: где m₀- инвариантная, т.е. одинаковая во всех системах отсчета величина называемая массой покоя частицы, v- скорость частицы,F - сила действующая на частицу. Сопоставим с классическим уравнением релятивистский импульс частицы равен Определив массу частицы m как коэффициент пропорциональности между скоростью и импульсом, получим, что масса частицы зависит от ее скорости.

39. Релятивистский закон сложения скоростей:Пусть материальная точка движется в системе K’ вдоль оси x’, а K’ движется относительно К со скоростью v (оси x и x’ совпадают). Произведя вычисления, получим релятивистский закон сложения скоростей: Если скорости малы по сравнению со скоростью с, то эти формулы переходят в закон сложения скоростей в классической механике. Релятивистский закон сложения скоростей не противоречит второму постулату Эйнштейна. В самом деле, если , то . Если , то , т.е. скорость с- предельная скорость, которую невозможно превысить.

40. Основной закон релятивистской динамики – скорость изменения импульса мат. точки равна силе или равнодействующей сил, действующей на эту точку. =F=>()=F;E_k = – mc²

41. Масса и его энергия покоя связаны соотношением E₀=mc² из которого следует, что всякое изменение массы тела сопровождается изменением покоя. Взаимосвязь массы и энергии приводит к тому, что суммарная масса частиц не сохраняется. Энергия связи системы определяется той наименьшей работой, которую нужно совершить, чтобы разделить систему на её составляющие части:

42. При кинематическом описании движения любой механической системы нет необходимости подробно рассматривать внутренние физические свойства тел, включенных в систему. При описании движения жидкости достаточно принять во внимание ее текучесть – способность изменять свою форму при малейшем внешнем воздействии. Свойства жидкостей и газов существенно различаются, однако описание движения жидкостей и газов сходно. Часть потока, ограниченная боковой поверхностью, образованной ли-ниями тока, называется трубкой тока. Любая трубка тока в стационарном потоке жидкости не изменяется с течением времени. Поэтому очевидно, что если поток стационарен, то внутри данной трубки тока движутся все время одни и те же частицы жидкости. Следовательно, количество жидкости, про-ходящей через какое-то сечение трубки тока, сохраняется неизменным на всем протяжении трубки (поскольку жидкость считаем несжимаемой).теорема о неразр.струи:для не­сжимаемой жидкости при стационарном течении про­изведение Sv в любом сечении данной трубки тока имеет одинаковое значение:Sv=const

43. Бернулли уравнение, основное уравнение гидродинамики, связывающее скорость текущей жидкости v, давление в ней р и высоту h расположения малого объёма жидкости над плоскостью отсчёта:v²/2 + plr + gh = const, Из Б. у. вытекает ряд важных следствий. Например, при истечении жидкости из открытого сосуда под действием силы тяжести из Б. у. следует:v²/2g = h или т. е. скорость жидкости в выходном отверстии такова же, как при свободном падении частиц жидкости с высоты h. Б. у. имеет большое значение в гидравлике и технической гидродинамике: оно используется при расчётах трубопроводов, насосов, при решении вопросов, связанных с фильтрацией, и т.д. Бернулли уравнение для среды с переменной плотностью р вместе с уравнением неизменяемости массы и уравнением состояния является основой газовой динамики.

44. Статистическим называется метод, основанный на использовании теории вероятности и определённых моделей строения вещества.Термодинамикой называется раздел физики изучаемый различные превращения энергий в системе.При термодинамическом исследовании не требуются знания о характере движения и взаимодействия отдельных частиц. Термодинамика исследует физические свойства систем исходя из условий различных превращений энергий и соотношения между разными видами энергий Термодинамической системой называется совокупность макроскопических объектов: тел и полей, которые могут обмениваться энергией как друг с другом, так и с внешней средой, то есть телами и полями, которые являются внешними по отношению к данной системе.Для описания состояния термодинамической системы вводятся термодинамические величины, которые называются термодинамическими параметрами состояния системы: p, V, t⁰

45. ¹

46. ¹

47. ¹

48. ¹

49. ¹

50. Согласно закона равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул, на каждую степень свободы молекулы приходится одно и тоже значение энергии: . Следовательно, среднее значение энергии одной молекулы будет вычисляться по формуле: .Число степеней свободы молекулы вычисляется по формуле: . Множитель «2» у последнего слагаемого объясняется тем, что при любом колебательном движении происходят изменения кинетической и потенциальной энергии колебательного движения. Отсюда следует вывод, что как на кинетическую, так и на потенциальную энергии колебательного движения, приходится по одной степени свободы. внутренняя энергия идеального газа не зависит от давления или объёма. Исходя из этого факта, можно получить выражение для изменения внутренней энергии идеального газа. По определению молярной теплоёмкости при постоянном объёме, Так как внутренняя энергия идеального газа является функцией только от температуры, то

51. 1