Фізика

Механіка

Молекулярна фізика

Термодинаміка

Посібник для студентів І курсу

І семестр

Склав Чепко Ю.Б.

2011 р.

Вступ

Посібник призначений для студентів І курсу спеціальностей 5.05050302, 5.05070104, 5.05070105, 5.05010201 і 5.05010301, що навчаються в Полтавському політехнічному коледжі НТУ “ХПІ”.

Зміст посібника та рівень складності викладеного матеріалу відповідає вимогам навчальної програми з фізики (рівень стандарту) міністерства освіти і науки України для вищих навчальних закладів І – ІІ рівнів акредитації від 16.08.10 № 1.4/18 – 3268 та робочої навчальної програми з фізики для вказаних вище спеціальностей.

Посібник складається з двох розділів – “Механіка” та “Молекулярна фізика і термодинаміка”.

При складанні посібника використано наступну літературу:

Основна:

1. Фізика: підр. для 10 кл. загальноосв. навч. закл.: (рівень стандарту)/В.Д. Сиротюк, В.І.Баштовий. – К.: Освіта, 2010. – 303 с.: іл.

2. Л.С. Жданов, Г.Л. Жданова. Физика для средних специальных заведений – М.: Наука, 1984.

3. Сборник задач и вопросов по физике для средних специальных заведений / Под ред. Р.А. Гладковой – М.: Наука, 1988.

Додаткова:

1. Фізика. 10 кл. Академічний рівень: Підр. для загальноосв. навч. закл./ В.Г.Бар’яхтар, Ф.Я.Божинова. – Х.: Ранок, 2010. – 256 с.: іл.

2. С.У. Гончаренко, П.Н. Воловик. Физика. Уч. Пособие для 9 кл. – М.: Просвещение, 1981.

3. И.К. Кикоин, А.К. Кикоин. Физика. Уч. для 8 кл. СШ – М.: Просвещение, 1981.

4. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Физика. Уч. для 10 кл. СШ – М.: Просвещение, 1990.

5. В.П. Демкович, Л.П. Демкович. Сборник задач по физике. Для 8 – 10 классов СШ. – М.: Просвещение, 1981.

6. А.П. Рымкевич, П.А. Рымкевич. Сборник задач по физике. Для 8 – 10 классов СШ. – М.: Просвещение, 1981.

ЗМІСТ

Розділ 1. Механіка .................................................………………………………………………4

Теми : 1.1 Кінематика .................................……………………………………………………..4

1.2 Динаміка......................................................................................................................12

1.3 Закони збереження…………………………………………………….....................18

Розділ 2. Молекулярна фізика ……………………………………………….............................22

Теми: 2.1 Властивості газів, рідин, твердих тіл……………………………………………….22

2.2 Основи термодинаміки……………………………………………………………....33

Додатки…………………………………………………………………………………………...38

Розділ 1. Механіка.

Тема 1.1 Кінематика. Заняття 1. Вступ. Основні поняття кінематики.

1. Зародження та розвиток фізики як науки.

Фізика – це наука про природу. Значний запас природничо-наукових і технічних знань (поділу на окремі науки тоді ще не було) накопичили народи Вавідонії, Єгипту, Ассірії, Індії, Китаю.

З середини І тисячоліття центром наукового розвитку стала Стародавня Греція, такі мислителі якої, як Арістотель, Архімед, Аристарх Самоський, Демокріт, Левкіпп, Піфагор, Птоломей, Евклід, потужно вплинули на встановлення фізичних понять і закономірностей, заклали елементи наукових уявлень про фізичні властивості навколишнього світу.

Виникнення класичної фізики у XVI – XVII століттях насамперед пов’язане з іменами Галілео Галілея, якого вважають засновником експериментальної фізики, та Ісаака Ньютона, який не лише узагальнив те, що було зроблено до нього, але і створив фізику як науку та заложив основи вищої математики.

У XVIIІ – XIX століттях було відкрито закони збереження і перетворення енергії (С.Карно, Р.Майєр, Г.Гельмгольц, Дж.Джоуль), явище та закони електромагнітної індукції (М.Фарадей, Д.Генрі), створено теорію електромагнітного поля (Дж.Максвелл), відкрито хвильові властивості світла (Т.Юнг, О.Френель), радіоактивність (А.Беккерель) тощо.

На початку XX сторіччя відбулася революція у фізиці – було створено теорію відносності (А.Ейнштейн) та квантову механіку (М.Планк, А.Ейнштейн, Л.де Бройль). Також значний вплив на розвиток фізики та техніки мало відкриття властивостей напівпровідників і створення напівпровідникових приладів.

У ХХ столітті створено атомну та ядерну фізику, фізику елементарних частинок, виникли лазери та мазери тощо.

2. Роль фізики у житті людини та в розвитку суспільства.

Прогрес фізичної науки завжди супроводжувався розвитком техніки та виникненням нових високих технологій, що у свою чергу впливає на умови життя людини та суспільний розвиток.

Наприклад, відкриття явища електромагнітної індукції та його законів привело до виникнення електричних машин та апаратів змінного струму, що корінним чином вплинуло на можливість отримання електроенергії, її перетворення та передачі на великі відстані. Внаслідок цього відбулася науково-технічна революція, дуже суттєво зросла продуктивність праці на виробництві і умови життя людей у побуті стали суттєво комфортнішими.

Водночас розвиток техніки сприяє проведенню все складніших фізичних досліджень.

3. Методи наукового пізнання.

Фізика розглядає різноманітні природні явища: механічні, теплові, електричні, оптичні тощо. При цьому широко використовуються як теоретичні, так і експериментальні методи фізичних досліджень.

На основі спостережень отримують дані про те, чи інше явище природи. Після аналізу та узагальнення цих даних робиться висновок про характер закономірностей між величинами, що характеризують дане явище. Отриману таким чином теорію явища перевіряють і уточнюють шляхом проведення дослідів.

4. Основні поняття кінематики.

Механіка – це розділ фізики, що вивчає закономірності механічного руху тіл, та причини його виникнення і зміни.

Механіка складається з кінематики, динаміки та статики.

Кінематикою називають розділ механіки, в якому вивчають рухи матеріальних тіл без врахування мас цих тіл і сил, що на них діють.

Динаміка – це розділ механіки, що вивчає рух тіл у зв’язку з їх взаємодією з іншими тілами.

Статика – це розділ механіки, що вивчає умови рівноваги тіл.

Механічним рухом тіла називають зміну його положення у просторі відносно інших тіл з часом.

Основна задача механіки полягає у визначенні положення тіла, що рухається, у будь-який момент часу.

Фізичне тіло, на відміну від математичного, окрім розмірів і форми характеризують також масою.

Тіло, розмірами якого при вивченні його руху можна знехтувати, називають матеріальною точкою.

Для визначення положення тіла у будь-який момент часу використується система відліку, яка включає в себе тіло відліку, пов’язану з ним систему координат і годинник.

За тіло відліку можна обрати будь-яке тіло і з кожним з них можна зв’язати свою систему координат. Тоді положення одного й того самого тіла можна одночасно розглядати в різних системах координат. При цьому ми отримаємо зовсім різні координати тіла. Це означає, що положення тіла є відносним: воно різне відносно різних тіл відліку.

Відносним є також рух тіла: в різних системах відліку швидкість його руху різна.

Траєкторією руху матеріальної точки називають уявну лінію, вздовж якої рухається точка.

Пройдену точкою відстань вздовж траєкторії від початкової точки до кінцевої точки називають шляхом. Шлях – скалярна величина.

Спрямований відрізок прямої, що сполучає початкову та кінцеву точки, називають переміщенням. Переміщення – векторна величина.

На рисунку 1 матеріальна точка рухається вздовж дуги АВ. Точка А – це положення матеріальної точки в початковий момент часу, точка В – це положення матеріальної точки в кінцевий момент часу, довжина S дуги АВ – це шлях, вектор (спрямований відрізок прямої, що сполучає точки А і В) – це переміщення.