Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

З. Н. Есина ФИЗИКА Часть I Учебное пособие

Кемерово 2010

УДК – 53(075.8) ББК ВЗя73 Е – 83

Печатается по решению Редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

Рецензенты: доктор технических наук, профессор Мирошников А.М. кандидат физико-математических наук, доцент Бухтоярова В.И.

Е –83 Есина, З. Н. Физика. Часть I: учебное пособие / З. Н. Есина; ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет». – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2010. – 218 с.

ISBN 978-5-8353-0703-6

Учебное пособие разработано по курсу «Физика» для специальности 010503 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем» и содержит теоретический материал, библиографические сведения о выдающихся ученных и контрольные вопросы для самостоятельной работы.

ISBN 978-5-8353-0703-6

© Есина З. Н., 2010 © ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет», 2010

Предисловие

Пособие предназначено для студентов четвертого курса математического факультета Кемеровского университета.

В данном учебном пособии содержится материал, предусмотренный программой курса «Физика» для студентов математического факультета.

В первой части представлен материал по основам классической механики, молекулярной физики, термодинамики и электричества. Основное внимание уделяется законам сохранения, составляющим фундамент физики.

Пособие основано на опыте проведения лекционных и практических занятий по курсу «Физика» для студентов математического факультета.

Введение

Физика изучает закономерности наиболее общих форм движения материи. Формы движения могут быть различными: механическая, тепловая, электромагнитная. В настоящее время известны два вида материи: вещество и поле. К первому виду относятся атомы, молекулы и все, построенные из них тела. Ко второму виду материи относятся гравитационные, электромагнитные и другие поля. Материя находится в непрерывном движении. Материя и движение неуничтожимы. Материя может переходить из одной формы в другую.

При взаимодействии двух  - частиц, представляющих собой электромагнитные волны высокой частоты, может произойти рождение электрона и позитрона. Возможен и обратный процесс - при соударении элементарных частиц возникает электромагнитное излучение.

Физика является опытной наукой. В результате обобщения опытов возникает теория. Не менее важным в развитии наших представлений о мире является путь от гипотезы, теории - к опыту и затем снова к теории. Современная физика представляет собой громадный организм, состоящий из отдельных, тесно связанных между собой частей, находящихся в постоянном развитии: механика, молекулярная физика, термодинамика, электричество и магнетизм, оптика, атомная и ядерная физика. По мере развития физики от нее отделились такие науки, как теоретическая механика, электротехника, астрономия и многие другие. Процесс отделения областей знания от физики продолжается, но продолжается и возникновение новых разделов физики - так в ХХ веке появилась квантовая механика, квантовая электродинамика, физика плазмы, физика элементарных частиц, ядерная физика и другие области науки.

Задача физики состоит в том, чтобы создать в нашем сознании картину мира, наиболее полно отражающую его реальные свойства. При создании моделей принимаются во внимание только существенные для данного круга явлений свойства и силы. Для этого нужно отбросить все несущественное, т.е. абстрагироваться от реальной ситуации. Используемые модели являются приближенными, т.е. их справедливость может быть гарантирована лишь в пределах применимости употребляемых абстракций. Один и тот же объект в различных ситуациях может быть представлен различными моделями.

Экспериментальный метод физики состоит в том, что на основе научных опытов и наблюдений создается модель, в рамках которой делаются научные предсказания. Они проверяются в экспериментах и наблюдениях - в результате этого уточняется модель, делаются новые предсказания.

Прогресс в физике происходит при следующих условиях:

1. Открывается новый круг физических явлений, для которых еще не созданы теоретические модели.

2. Предсказания теоретических моделей не подтверждаются экспериментом.

Первым шагом в познании является становление различия между объектами физической действительности. После этого необходимо сравнить те, которые признаны обладающими общностью. Для сравнения объектов производится измерение, в результате которого рассматриваемое свойство характеризуется числом.

Измерением физических свойств называется процедура соотнесения этим свойствам некоторых чисел, чтобы сравнение свойств можно было провести путем сравнения чисел.

В физике изучаются многие физические величины. Каждая из них может измеряться только в своих собственных единицах. Различные физические величины не являются независимыми. Между ними существуют многообразные связи. Можно выразить одни физические величины и ограничиться небольшим числом физических величин. Выбор физических величин, принимаемых за основные, произволен. Все системы единиц равноценны. Они отличаются друг от друга практической целесообразностью. Известны системы СИ, СГС, МКСА, СГСЭ, СГСМ и другие. Между единицами различных систем установлены соотношения. Кроме того, существуют внесистемные единицы. Например, единицы длины - микрон, ангстрем, единицы массы - тонна, центнер, карат. Единицы времени - час, минута. Они связаны с системными единицами определенными соотношениями. Наибольшее применение получила в настоящее время Международная система СИ. Основными единицами системы СИ являются:

метр – единица длины, ;

килограмм – единица массы, ;

секунда – единица времени,

Ампер – сила тока,

моль – единица количества вещества, ;

Кельвин – единица термодинамической температуры,

кандела – единица силы света, .

Размерность любых физических величин может быть выражена через размерность основных физических величин. Так, например, размерность силы (Ньютон) может быть выражена через размерность основных величин: массы, длины и времени:

.