Передмова

Вивчення дисципліни «Фізика» для спеціальності “Обладнання харчових та переробних виробництв” в університеті економіки і торгівлі відбувається протягом трьох семестрів на денному, та двох семестрів на заочному відділенні. При цьому аудиторні заняття передбачають лекційні та лабораторні заняття. Практичні ж заняття не передбачені взагалі. Впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу приводить до змін у навчальних робочих планах вивчення дисципліни. За останні роки аудиторне навчальне навантаження на студентів невпинно зменшується, що веде до зростання ролі їх самостійної роботи. Тому видання цього методичного посібника допоможе самостійно опановувати курс загальної фізики як студентам інженерних спеціальностей денної, так і заочної форми навчання. Цей посібник може бути застосований як при тестуванні студентів при проведенні модульного або ректорського контролю знань, так і для підготовки до виконання лабораторних робіт та їх захисту, а також для контролю та самоконтролю знань у вигляді контрольних робіт.

Мета і завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі

Дисципліна «фізика» разом із курсами вищої математики, хімії та інформатики складають основу теоретичної підготовки фахівців інженерного профілю вищих навчальних закладів – тобто, ту фундаментальну базу, без якої неможливе повноцінне вивчення дисциплін циклу професійної та практичної підготовки майбутніх інженерів-механіків. Потреба вивчення фізики студентами цієї спеціальності обумовлена все більшим застосуванням фізичних методів та приладів у різних галузях харчового виробництва, саме тому сучасному фахівцю-механіку необхідно мати належну фізико-технічну підготовку.

Внаслідок вивчення дисципліни «Фізика» студенти повинні знати:

• основні фізичні величини, одиниці їх вимірювань, основи теорії похибок та правила оброблення результатів вимірювань;

• фундаментальні поняття і теорії класичної та сучасної фізики з тим, щоб ефективно опанувати спеціальні навчальні дисципліни та використати знання фізичних закономірностей у майбутній роботі;

• методи розв'язування практичних фізичних задач та проблем;

• принципи дії приладів, в тому числі електронно-обчислювальної апаратури;

Студенти повинні уміти:

• проводити математичну і статистичну обробку результатів вимірювань;

• користуючись фізичними положеннями, законами і теоріями, застосовувати набуті теоретичні та практичні знання для вивчення спеціальних дисциплін та в майбутній роботі за спеціальністю;

• пояснювати фізичні процеси та явища, які відбуваються під час роботи різного роду механізмів, що використовуються у практичній діяльності;

• застосовувати сучасні фізичні методи і прилади на практиці.

Таким чином, основною метою дисципліни «Фізика» є послідовне вивчення студентами основних законів і положень фізики для пізнання загальних закономірностей явищ природи; використання даних законів у оперативному розв'язанні проблем; освітлення можливих прикладних застосувань фізичних методів і приладів у практичній діяльності фахівця інженерного профілю. Надані у посібнику тестові завдання, допомагають кращому засвоєнню знань та досягненню цієї мети.

Зміст модулю № 4 “КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ”

Розділ 4.1. Коливання та їхні властивості.

Коливальні рухи та їхні характеристики: амплітуда, фаза, початкова фаза, частота, циклічна частота, період. Вільні коливання. Гармонічні коливання. Гармонічний осцилятор у класичній фізиці. Власні механічні коливання та їхнє рівняння у диференціальній та інтегральній формі. Швидкість та прискорення при гармонічних коливаннях. Пружинний, математичний та фізичний маятники. Механічна енергія (кінетична і потенціальна) гармонічних коливань. Коливальний контур. Власні електромагнітні коливання у контурі, їхні рівняння у диференціальній та інтегральній формі. Енергія електромагнітного осцилятора.

Додавання гармонічних коливань однакової частоти і одного напрямку. Амплітуда і початкова фаза результуючого коливання. Биття. Амплітуда і період биттів. Додавання взаємно-перпендикулярних коливань. Рівняння цих коливань у диференціальній і інтегральній формі. Фігури Ліссажу. Загасаючі коливання. Механізм загасання механічних та електромагнітних коливань. Логарифмічний декремент загасання. Добротність коливальної системи. Вимушені коливання. Рівняння цих коливань у диференціальній і інтегральній формі. Незагасаючий характер вимушених коливань. Залежність амплітуди вимушених коливань від частоти вимушуючої сили. Явище резонансу. Амплітудні і фазові резонансні криві. Електричний резонанс. Змінний струм. Резистор опором R, конденсатор ємністю C та котушка індуктивністю L у колі змінного струму. Реактивний (індуктивний та ємнісний) опір кола змінного струму. Резонанс напруги. Дієві значення струму та напруги.

Розділ 4.2. Пружні та електромагнітні хвилі.

Хвильові процеси та їхні основні характеристики. Довжина хвилі. Механізм утворення пружних хвиль. Поздовжні і поперечні хвилі. Хвильовий фронт та хвильові поверхні. Плоскі та сферичні хвилі. Хвильове число. Рівняння синусоїдальних хвиль (хвильове рівнянні). Енергія хвилі. Потік енергії. Вектор Умова. Поняття про фазову і групову швидкість поширення хвиль. Принцип суперпозиції хвиль. Поняття когерентності хвиль. Явище інтерференції хвиль. Різниця ходу двох хвиль. Умови інтерференційних максимумів і мінімумів. Стоячі хвилі. Рівняння стоячої хвилі та його аналіз. Амплітуда стоячої хвилі. Вузли та пучності стоячої хвилі та їхні координати. Звукові хвилі. Фізичні і фізиологічні характеристики звуку: гучність, висота, тембр. Ультразвуки та інфразвуки. Ефект Допплера у акустиці. Джерела та основні властивості електромагнітних хвиль, їхня шкала. Відкритий коливальний контур. Енергія електромагнітної хвилі. Вектор Умова-Пойтінга. Диференціальне рівняння та фазова швидкість поширення електромагнітної хвилі. Випромінювання та прийом електромагнітних хвиль.