книги / Физика

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Понятие физики

Физика – наука, изучающая общие простейшие явления природы, свойства и строение материи, законы её движения.

Физика – лидер естествознания. Понятия физики и её законы лежат в основе всего естествознания. Слово «физика» – греческое, physis – природа (mathema – знание).

Физика – экспериментальная наука: её принципы, законы и категории базируются на фактах, установленных опытным путём. В физике нет неизмеряемых величин.

Принцип – основное исходное положение науки. Принцип причинности: событие-причина предшествует во времени собы- тию-следствию. Этот принцип всегда выполняется и исключает влияние данного события на все прошлые события.

Законы физики – количественные соотношения. Они формулируются на математическом языке и всегда имеют ограниченную область применения.

Категории – основные понятия физики: пространство, время, энергия, импульс, энтропия, частица, волна, атом.

Методы физики

Опыт – действие (или наблюдение), производимое над природой с целью обнаружения новых фактов.

Гипотеза – предположение. На основе ряда фактов делается предположение о существовании объекта, связи или причины явления.

Эксперимент – исследование явления природы с помощью активного воздействия на него путём создания условий, в которых это явление наблюдается и регистрируется. Основное требование – чистота эксперимента, т.е. устранение и учёт всех других мешающих явлений и факторов.

5

Теория – система обобщенного знания об области природы. Физическая теория содержит формальные исчисления (математические уравнения, логические символы и правила) и содержательную интерпретацию (понятия, законы, принципы).

Абсолютно все технические устройства работают на основе физических законов и явлений. Поэтому знание физики необходимо инженерам и конструкторам для понимания технологии и техники, которые они создают и эксплуатируют. Эксплуатация техники в режимах с попыткой нарушить физический закон, лежащий в основе работы технического устройства, например с целью извлечения максимальной прибыли, приводит к катастрофическим последствиям.

6

РАЗДЕЛ 1. МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Механика – часть физики. Это наука о механическом движении тел и взаимодействии между телами.

Тело – макроскопическая система, состоящая из большого числа, N 1023, молекул или атомов. Размер тела много больше размера расстояния между молекулами.

Механическое движение – изменение с течением времени взаимного положения тел или их частиц в пространстве.

Существует три основных типа механического движения:

1)при поступательном движении тело перемещается параллельно самому себе в пространстве;

2)при вращательном движении хотя бы одна точка тела остается неподвижной;

3)при колебательном движении тело периодически проходит положение равновесия.

Физические модели реальных тел

Материальная точка (частица) – тело, размеры и форма которого несущественны в данной задаче.

Абсолютно твёрдое тело – тело, расстояние между двумя любыми точками которого всегда неизменно.

Сплошная изменяемая среда (континуум) – твёрдое тело,

жидкость, газ, плазма рассматриваются как непрерывное множество, элементы которого не имеют структуры. Пример: кристалл, вода, нефть, плазма (огонь).

Классическая механика состоит:

–из статики – учения о неподвижном и подвижном равновесии тел под действием сил (дом, корабль);

–кинематики – учения о геометрических свойствах движения тел;

–динамики – учения о движении тел под действием сил.

7

Измерение физических величин

В учебном пособии используется международная Система интернациональная СИ (SI) для измерения физических величин, состоящая из следующих основных единиц:

ЛЕКЦИЯ 1.КИНЕМАТИКА

Система отсчёта – тело, по отношению к которому рассматривается движение исследуемого тела.

Система отсчёта = Система координат + Часы.

Движение тела задано полностью, если указан закон изменения пространственных координат тела от времени в системе отсчёта.

Например, декартовых прямоугольных координат: x x t ,y y t ,z z t .

Эти три уравнения эквивалентны одному векторному урав-

Радиус-вектор соединяет начало координат в т. О с движущейся частицей в т. М (рис. 1.1).

8

Число степеней свободы i системы – число независимых величин, необходимых для однозначного определения положения системы.

Тело,движущеесяпооднойоси,имеетоднустепеньсвободы.

Пример 1. Равномерное движение – движение с постоян-

ной скоростью

размерность скорости v м/с, 10 м/с = 36 км/ч.

Равнопеременное движение – движение с постоянным ус-

корением

w const.

Для движения по оси x:

vx v0x wxt (скорость), s v0xt w2xt2 (путь),

размерность ускорения w м/с2.

Ускорение свободного падения всех тел на поверхности Земли не зависит от массы тел, g 9,81м/с2.

Движение тела по криволинейной траектории

Вектор полного ускорения w при движении тела по криволинейной траектории равно векторной сумме тангенциального ускорения w и нормального ускорения wn :

10