- •Модели в механике. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения. Мгновенная скорость, мгновенное ускорение.
- •Криволинейное движение материальной точки. Вывод формул тангенциального и нормального ускорений. Простейшие виды движения материальной точки.
- •Вращательное движение. Угол поворота. Угловая скорость. Угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными характеристиками движения.
- •Динамика материальной точки. Масса. Сила. Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Импульс силы.
- •Механическая система. Внутренние и внешние силы. Центр масс.
- •Понятие энергии и работы. Работа переменной силы. Консервативные и диссипативные силы. Мощность.
- •7. Потенциальная энергия. Потенциальные поля. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия и упругой деформации.
- •Работа упругой силы (потенциальная энергия упруго деформированного тела)
- •8. Кинетическая энергия. Полная механическая энергия системы.
- •Вращательное движение твердого тела. Динамические .Характеристики {момент силы, момент инерции). Теорема Штейнера.
- •1.Момент силы, действующей на материальную точку, относительно оси вращения.
- •2. Момент импульса.
- •3. Момент инерции материальной точки относительно оси вращения
- •4.Теорема Штейнера.
- •Кинетическая энергия вращающегося тела. Основное уравнение динамики вращательного движения.
- •Основные величины поступательного движения и их аналоги во вращательном движении. Аналоги трех законов Ньютона для вращательного движения твердого тела
- •Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес. Невесомость.
- •Поле тяготения. Напряженность и потенциал поля.
- •Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции при ускоренном поступательном движении системы отсчета. Примеры
- •Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции, действующие из тело, покоящееся во вращающейся системе отсчета.
- •Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции, действующие на тело, движущееся во вращающейся системе отсчета.
- •Уравнение движения тела переменной массы.
- •Силы трения. Виды трения. Коэффициент трения.
- •Деформация твердого тела. Деформация растяжения (сжатия). Закон Гука. Деформация сдвига.
- •Закон сохранения импульса. Абсолютно неупругий удар.
- •21. Закон сохранения механической энергии. Абсолютно упругий удар.
- •22. Момент импульса твердого тела. Закон сохранения момента импульса.
- •Преобразования Галилея. Принцип относительности в классической механике.
- •Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца.
- •Вид преобразований при коллинеарных (параллельных) пространственных осях
- •Важнейшие следствия из преобразований Лоренца: одновременность событий, длительность событий, длина тел в различных системах отсчета.
- •Специальная теория относительности. Закон взаимодействия массы и энергии.
- •Гармонические колебательные движения. Свободные колебания. Дифференциальное уравнение свободных незатухающих колебаний.
- •1.1. Свободные незатухающие колебания пружинного маятника
- •Пружинный, физический, математический маятники. Маятник Максвелла.
- •Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний и его решение. Декремент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность контура.
- •30. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Явление механического резонанса. Резонансные кривые.
- •31. Волновые процессы. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Понятие дисперсии. Волновое уравнение. Стоячие волны.
- •32. Звуковые волны. Эффект Доплера в акустике.
- •33. Статистический и термодинамический методы исследования. Параметры состояния системы. Равновесные состояния. Равновесные процессы.
- •Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Связь между температурой и средней кинетической энергией поступательного движения молекулы газа.
- •Распределение по проекции скорости
- •Распределение по модулю скоростей
- •Внутренняя энергия идеального газа. Понятие числа степеней свободы молекулы. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы.
- •Понятие эффективного диаметра молекулы. Среднее число столкновений одной молекулы в единицу времени. Средняя длина свободного пробега молекулы и ее зависимость от давления и температуры.
- •Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия системы. Работа, совершаемая газом.
- •Применение первого закона термодинамики к изобарическому и изотермическому процессам.
- •41. Применение первого закона термодинамики к изохорическому и адиабатическому процессам.
- •42. Теплоемкость (удельная, молярная). Уравнение Майера. Связь теплоемкости с числом степеней свободы молекулы.
- •43. Политропические процессы в идеальном газе. Уравнение политропы. Изопроцессы, как частные случаи политропического процесса. Теплоемкость при политропическом процессе.
- •Круговые процессы (циклы). Обратимые и необратимые процессы. Примеры. Тепловая машина и ее кпд. Цикл Карно и его кпд. . .
- •Второй закон термодинамики и его различные формулировки.
- •Энтропия. Основные свойства энтропии (формулировка второго закона термодинамики). Статистический смысл энтропии. Формула Больпмана.
- •47. Явления переноса. Теплопроводность, диффузия, внутреннее трение в газах. Уравнения, описывающие эти явления. Коэффициенты переноса.
- •Реальные газы. Силы межмолекулярного взаимодействия
- •Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Смысл поправок в уравнении.
- •Изотермы реального газа. Критические параметры реального газа. Экспериментальные изотермы реального газа.
- •Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона.
- •Фазовые превращения "твердых тел. Плавление и кристаллизация.
- •Вязкость (внутреннее трение). Методы определения вязкости.
Реальные газы. Силы межмолекулярного взаимодействия
Реальный газ — газ, который не описывается уравнением состояния идеального газа Клапейрона — Менделеева. Зависимости между его параметрами показывают, что молекулы в реальном газе взаимодействуют между собой и занимают определенный объём. Состояние реального газа часто на практике описывается обобщённым уравнением Менделеева — Клапейрона: где p — давление; V - объем T — температура; Zr = Zr (p,T) — коэффициент сжимаемости газа; m - масса; М — молярная масса; R — газовая постоянная.
Межмолекулярное взаимодействие имеет электрическую природу и складывается из сил притяжения (ориентационных, индукционных и дисперсионных) и сил отталкивания. Ориентационные силы.Два электрических диполя ab и cd при указанном взаимном расположении притягиваются, т. к. разноимённые заряды в точках b и с взаимодействуют сильнее, чем одноимённые заряды в точках а и с (а также в b и d). Ориентационные силы действуют между полярными молекулами, то есть обладающими дипольными электрическими моментами. Сила притяжения между двумя полярными молекулами максимальна в том случае, когда их дипольные моменты располагаются вдоль одной линии (см. рисунок). Эта сила возникает благодаря тому, что расстояния между разноимёнными зарядами немного меньше, чем между одноимёнными. В результате притяжение диполей превосходит их отталкивание. Взаимодействие диполей зависит от их взаимной ориентации, и поэтому силы дипольного взаимодействия называются ориентационными. Хаотическое тепловое движение непрерывно меняет ориентацию полярных молекул, но, как показывает расчёт, среднее по всевозможным ориентациям значение силы имеет определённую величину, не равную нулю. Индукционные (или поляризационные) силы действуют между полярной и неполярной молекулами. Полярная молекула создаёт электрическое поле, которое поляризует молекулу с электрическими зарядами, равномерно распределёнными по объёму. Положительные заряды смещаются по направлению электрического поля, а отрицательные — против. В результате у неполярной молекулы индуцируется дипольный момент. Дисперсионные силы. Между неполярными молекулами действует дисперсионное межмолекулярное взаимодействие. Природа этого взаимодействия была выяснена полностью только после создания квантовой механики. В атомах и молекулах электроны сложным образом движутся вокруг ядер. В среднем по времени дипольные моменты неполярных молекул оказываются равными нулю. Но в каждый момент электроны занимают какое-то положение. Поэтому мгновенное значение дипольного момента (например, у атома водорода) отлично от нуля. Мгновенный диполь создаёт электрическое поле, поляризующее соседние молекулы. В результате возникает взаимодействие мгновенных диполей. Энергия взаимодействия между неполярными молекулами есть средний результат взаимодействия всевозможных мгновенных диполей с дипольными моментами, которые они наводят в соседних молекулах благодаря индукции. Потенциальная энергия дисперсионного межмолекулярного взаимодействия. Межмолекулярное взаимодействие данного типа называется дисперсионным потому, что дисперсия света в веществе определяется теми же свойствами молекул, что и это взаимодействие. Дисперсионные силы действуют между всеми атомами и молекулами, так как механизм их появления не зависит от того, есть ли у молекул (атомов) постоянные дипольные моменты или нет. Обычно эти силы превосходят по величине как ориентационные, так и индукционные. Только при взаимодействии молекул с большими дипольными моментами, например молекул воды, Fор > Pдисп (в 3 раза для молекул воды). При взаимодействии же таких полярных молекул, как CO, HI, HBr и других, дисперсионные силы в десятки и сотни раз превосходят все остальные. Очень существенно, что все три типа межмолекулярного взаимодействия одинаковым образом убывают с расстоянием: U = Uop + Uинд + Uдисп ~ r-6. Силы отталкивания действуют между молекулами на очень малых расстояниях, когда приходят в соприкосновение заполненные электронные оболочки атомов, входящих в состав молекул. Существующий в квантовой механике принцип Паули запрещает проникновение заполненных электронных оболочек друг в друга. Возникающие при этом силы отталкивания зависят в большей степени, чем силы притяжения, от индивидуальности молекул. К хорошему согласию с данными экспериментов приводит допущение, что потенциальная энергия сил отталкивания Uот возрастает с уменьшением расстояния по закону: Uот(r) ~ r-12, a Fот ~ r-13.