- •Предмет физики. Связь физики с другими науками. Границы применимости классической
- •Кинематика материальной точки. Скорость и ускорение произвольно движущейся материальной точки.
- •Кинематика вращательного движения материальной точки.
- •Динамика материальной точки. Законы Ньютона.
- •Закон сохранения импульса в классической механике.
- •Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея.
- •Работа и кинетическая энергия.
- •Потенциальное поле сил. Силы консервативные и неконсервативные.
- •Потенциальная энергия. Примеры. Закон сохранения энергии в механике.
- •Связь между потенциальной энергий и силой.
- •Движение твердого тела. Закон вращения твердого тела вокруг неподвижной оси.
- •Кинетическая энергия вращающегося тела. Работа сил при вращении тела вокруг неподвижной оси.
- •Моменты инерции некоторых тел. Свободные оси.
- •Теорема Штейнера.
- •Основные представления молекулярно-кинетической теории. Масса и размеры молекул. Понятие о статистическом методе.
- •Опытные газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона.
- •Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газ зов и его следствия.
- •Внутренняя энергия газа. Число степеней свободы молекулы.
- •Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Уравнение Майера.
- •Теплоемкость идеального газа. Физический смысл универсальной газовой постоянной.
- •Круговые процессы (циклы). Тепловые и холодильные машины. К.П.Д. Тепловой машины.
- •Цикл Карно. К.П.Д. Идеальной тепловой машины.
- •Энтропия. Второе начало термодинамики.
- •Свойства электрического заряда. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле.
- •Электрическое поле. Напряженность
- •Теорема Остроградского-Гаусса для поля в вакууме.
- •Примеры применения теоремы Остроградского Гаусса.
- •Потенциал электростатического поля.
- •Электрическое поле в веществе. Типы диэлектриков.
- •Теорема Остроградского-Гаусса для поля в диэлектрике. Электрическое смещение.
- •Проводники в электрическом поле.
- •Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы.
- •Энергия заряженного проводника, конденсатора.
- •Энергия электростатического поля.
- •Электрический ток, его характеристики и условия существования.
- •Скорость хаотического движения электронов в металле.
- •Классическая электронная теория электропроводности металлов.
Закон сохранения импульса в классической механике.
Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) утверждает, что сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.
В классической механике закон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона. Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил.
Рассмотрим выражение определения силы
Перепишем его для системы из N частиц:
где суммирование идет по всем силам, действующим на n-ю частицу со стороны m-ой. Согласно третьему закону Ньютона, силы вида и будут равны по абсолютному значению и противоположны по направлению, то есть Тогда после подстановки полученного результата в выражение (1) правая часть будет равна нулю, то есть:
или
Как известно, если производная от некоторого выражения равна нулю, то это выражение есть постоянная величина относительно переменной дифференцирования, а значит: (постоянный вектор).
То есть суммарный импульс системы частиц есть величина постоянная. Нетрудно получить аналогичное выражение для одной частицы.
Следует учесть, что вышеприведенные рассуждения справедливы лишь для замкнутой системы.
Также стоит подчеркнуть, что изменение импульса зависит не только от действующей на тело силы, но и от продолжительности её действия.
Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея.
При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы винерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.
Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.[1]
Различают принцип относительности Эйнштейна (который приведён выше) и принцип относительности Галилея, который утверждает то же самое, но не для всех законов природы, а только для законов классической механики, подразумевая применимость преобразований Галилея, оставляя открытым вопрос о применимости принципа относительности к оптике и электродинамике.
Математически Г. п. о. выражает инвариантность (неизменность) уравнений механики относительно преобразований координат движущихся точек (и времени) при переходе от одной инерциальной системы к другой — преобразований Галилея.
Пусть имеются две инерциальные системы отсчёта, одну из которых, Σ, условимся считать покоящейся; вторая система, Σ', движется по отношению к Σ с постоянной скоростью u так, как показано на рисунке. Тогда преобразования Галилея для координат материальной точки в системах Σ и Σ' будут иметь вид:
x' = x - ut, у' = у, z' = z, t' = t (1)
(штрихованные величины относятся к системе Σ', нештрихованные — к Σ). Т. о., время в классической механике, как и расстояние между любыми фиксированными точками, считается одинаковым во всех системах отсчёта.
Из преобразований Галилея можно получить соотношения между скоростями движения точки и её ускорениями в обеих системах:
v' = v - u, (2)
a' = a.
В классической механике движение материальной точки определяется вторым законом Ньютона:
F = ma, (3)
где m — масса точки, a F — равнодействующая всех приложенных к ней сил. При этом силы (и массы) являются в классической механике инвариантами, т. е. величинами, не изменяющимися при переходе от одной системы отсчёта к другой. Поэтому при преобразованиях Галилея уравнение (3) не меняется. Это и есть математическое выражение Г. п. о.
Г. п. о. справедлив лишь в классической механике, в которой рассматриваются движения со скоростями, много меньшими скорости света. При скоростях, близких к скорости света, движение тел подчиняется законам релятивистской механики Эйнштейна (см.Относительности теория), которые инвариантны по отношению к другим преобразованиям координат и времени — Лоренца преобразованиям(при малых скоростях они переходят в преобразования Галилея).