- •«Механика»
- •Учебная программа по курсу «Физика» (механика)
- •Раздел 1. Механика (18 лекционных часов)
- •По разделу «Механика»:
- •Принцип относительности Галилея.
- •Механика жидкостей. Уравнение Бернулли. Вязкость.
- •Темы практических занятий по разделу «Механика»
- •Основные физические термины:
- •Метрические приставки:
- •Порядок физических величин и точность в физике
- •Физика изучает временной интервал от 10-15 с до 1018с (время жизни Вселенной).
- •2.Формула для плотности мощности ветрового потока
- •3.Формула для скорости звука в газе
- •Постулат инвариантности заряда.
- •Вопросы для контроля:
- •Раздел 1. Механика
- •1.1. Основные определения кинематики
- •Уравнение (закон) равнопеременного движения:
- •Формула для пути с исключенным временем: .
- •Вопросы для контроля:
- •1.2. Основы динамики
- •1.2.1. Законы Ньютона
- •1.2.2. Приемы интегрирования уравнений Ньютона
- •1.2.3. Принцип относительности Галилея
- •Вопросы для контроля:
- •1.3. Гравитационное поле. Закон всемирного тяготения. Принцип эквивалентности масс
- •Вопросы для контроля:
- •1.4. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Сила Кориолиса
- •Вопросы для контроля:
- •1.5.Законы сохранения в механике
- •1.5.1. Закон сохранения импульса
- •1.5.2. Центр масс, импульса и тяжести
- •1.5.3. Закон сохранения энергии в механике
- •1.5.4. Закон сохранения момента импульса
- •Вопросы для контроля:
- •1.6. Элементы статики
- •Вопросы для контроля:
- •1.7. Механика твердого тела
- •1.7.2. Основное уравнение динамики вращательного движения
- •Вопросы для контроля:
- •1.8. Механика жидкостей. Уравнение Бернулли. Вязкость.
- •Вопросы для контроля:
- •Список литературы:
- •Составитель – Милюков Виктор Васильевич, доцент кафедры теоретической физики
- •95007, Г. Симферополь, пр. Вернадского, 4
Вопросы для контроля:
-
В чем различия между понятиями инерция и инертность?
-
Можно ли экспериментально доказать третий закон Ньютона?
-
Сформулируйте первый закон Ньютона
-
Какая из формулировок второго закона Ньютона правильна, , или ?
-
Мерой каких физических свойств является масса тела?
-
Что такое вес тела?
-
Как будет двигаться частица в однородном силовом поле?
-
Как следует интегрировать уравнение движения частицы, если сила, действующая на частицу, зависит только от скорости?
1.3. Гравитационное поле. Закон всемирного тяготения. Принцип эквивалентности масс
И
Рис.3
З
Рис.6
Окончательная формулировка закона всемирного тяготения выглядит так: любые материальные точки притягиваются друг к другу с гравитационной силой, прямо пропорциональной произведению масс, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и направленной по прямой, соединяющей эти точки.
После того как Ньютон прямыми вычислениями показал, что тело в форме шара создает во внешней области такую же напряженность, как и точечное тело, стало ясно, закон всемирного тяготения можно распространить на тела в форме произвольных шаров.
В классической теории тяготения гравитационная сила рассматривается как дальнодействующая, то есть передающаяся мгновенно. Взаимодействие выглядит таким образом, как если бы кто-то заранее измерял расстояние между телами, затем вычислял квадрат этого расстояния (причем показатель степени равен точно двум, что тоже удивительно) и лишь затем «включал» силу тяготения. Очевидно, что такая точка зрения могла длительно удовлетворять только теологов, поэтому ёще во времена Ньютона уже возникла идея о конечной скорости гравитационного взаимодействия. Окончательное поражение теория дальнодействия потерпела после создания специальной теории относительности, одним из выводов которой явилось утверждение о конечной скорости передачи информации, основанное на необходимости сохранения порядка следования событий в различных инерциальных системах отсчета.
Теория тяготения Ньютона нашла блестящее подтверждение при описании движения небесных тел. Малейшее отклонение планеты Уран от траектории, предсказанной законом всемирного тяготения, позволило математикам вычислить положение новой планеты Нептун на небесной сфере.
В заключение отметим, что эквивалентность гравитационной и инертной массы в некоторой степени запутало ситуацию в физике, так как наличие однородного гравитационного поля эквивалентно действию силы инерции в неинерциальной системе отсчета, и мы не можем экспериментально проверить, существует ли реальное гравитационное поле или мы находимся в неинерциальной системе отсчета. Трудно согласиться с относительностью наличия гравитационного поля, с точки зрения современной физики реальность физических полей абсолютна и связана с наличием потоков энергии, импульса и потока импульса.
Задача №15. Вычислить среднюю плотность Земли по периоду обращения низкоорбитального спутника, .
Задача №16. Вычислить радиус геостационарной орбиты Земли.
Задача №17 (№ 1.217 из сборника задач [5]). Некоторая планета массы M движется вокруг Солнца по эллипсу так, что минимальное расстояние между ней и Солнцем равно r1, а максимальное – r2. Найти с помощью третьего закона Кеплера: период обращения ее вокруг Солнца.
Решение: ; ; ;
.
Задача №18 (№ 1.219 из сборника задач [5]). Небольшое тело начинает падать на Солнце с расстояния, равного радиусу земной орбиты. Начальная скорость тела в гелиоцентрической системе отсчета равна нулю. Найти с помощью , сколько времени будет продолжаться падение.
Решение: Падение тела на Солнце можно рассматривать как движение по очень вытянутому эллипсу, большая ось которого равна радиусу земной орбиты. Тогда по Кеплеру , - время падения (время половины оборота по вытянутому эллипсу).
Откуда .