физика шпоры


1 Предмет физики. Связь физики с др естественными науками…..

Физика — наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и их взаимных превращениях.

Метерия:вещество и поле.

В-во –атомы,молекулы и из них сост тела.

Поле материя, по с-вам кот взаимод в-в:гравитационно, электромагнитное.

Связь физики с др науками:Ф-ка –наука о природе(Аристотель)

1)наиболее тесно с философией

2)математика-фи-ка ставит задачи перед мат-кой

3)геология—-геофизика

4)химия-физич химия

5) биология-биофизика

6)техника—ф-ка возн из потребн техники

Ф-ка опр тех уровень развития общ-ва

Этапы развития:

1)Древняя Грец, Рим,Др. Китай, индия-античная ф-ка 6в до н.э—2в н.э

-высказана идея стр в-ва атома

-уст простейшие з-ны статики и гидрост

-изобр рычании,подъемные краны

Архимед, демокрит, эпикур, лукреция, аристотель-первые попытки систем знания

2)Темное средневековье 17в

Структура:

Классическая:мехнаика и ТД, молекулярная, электрическтво, магнетизм,колеб и волны.

Квантовая ф-ка:ф-ка излучения,квант мех,ф-ка атомного ядра,ф-ка эл частиц, атомная ф-ка

Задачи:

1.исследование явл природы и з-нов,кот на них подчин

2.установл причинно-следств связи м-ду вновь откр и ранее изуч явл

3.иссл путей возм изпольз получ знаний

Методы физ иссл:

Наблюдение,эксперимент, выдвиж гепотиз, выдвиж научных теорий. В результ обобщения и набл экспер данных уст физ з-ны—устойчивые,повторяющиеся физ закономерности сущ в природе.

Единицы физ величин:

ФВ-измеряемые хар-ки (с-ва фи объектов, предметов, процессов). Каждая ФВ представл собой произв численного знач на ед измерения

Физ измер форм. В сист измерения, в СНГ это СИ, в основу которой 7 независимых + 2 доп основных ед.

Все остальные получ с исп ф-л и з-нов

СИ:

Метр(м),КГ, Секунда, Ампер(А), Кельвин(К), Моль, Кандела(кд), Радиан, Стерадиан

№2Физ модели. Кинематич описание движения

Физическая модель: При изучении реальных явлений мы встречаемся одновр. С большим разнообразием факторов, учесть некоторые из них мы можем, другие нет. По этой причине при решении любой реальной задачи мы вынуждены что-то отбрасывать, что-то упрощать. Т.е. моделировать. И таким образом мы приходим к понятию физической модели. (Например, механика использует такие модели: материальная точка, система материальных точек, абсолютно твёрдое и абсолютно упругое тело, а также и абсолютно неупругое тело и мн.др.) После выбора физической модели, учёта всех факторов, выбирается математическая модель (т.е. просто формула) и далее производится расчёт задачи.

Одна из моделей – мат. Точка. Система мат. Точек – тело разбивается на ряд мат. Точек.

След. Модель – абсол. Твердое тело, тело деформ-ий которого нет, при любых условиях.

Абсол. Упругое тело – тело, деф-ции которого подчиняются закону Гука.

Абсол. Неупругое тело – тело, которое полностью сохр. Деформ-ное сост., после прекращения действия внешних сил.

Кинематическое описание движения

Это нахожд уравнения позвол найти данную т-ку в пространстве

3 способа

1)векторный r(в-р)=r(t)

2)координатный

y=y(t)

x=x(t)

z=z(t)

3)траекторный S=S(t

№5 Основные задачи динамики

Динамика- раздел механики,изуч движ М телпод действием прилож к ним сил.

Осн з-чи:определ киниматич уравн тел, если известны все силы действ на него, определ дальности полета заряда,если известен з-н движения. Обратная з-ча: определ действ сил,если изв з-н движения.

№11 Неинерциальная с-ма отсчета. Сила инерции

Все з-ны Ньютона в неинерциально с-ме отсчета не вып

Но,если с-мы отсчета двигаются относ инерц с-мы с ускорением, то такие с-мы неинерциальные(в троллейбусе торможение, тело при вращении может слететь)

2 з-н Ньютона можно применить для инерц с-мы отсчета, если учнсть силы инеции, то ma=F+Fин, где F-внешн сила, а – ускор в НИСО

№3 Скорость и ускорение

Для характеристики движения материальной точки вводится векторная величина — скорость, которой определяется как быстрота движения, так и его направление в данный момент времени.

Вектором средней скорости называется отношение приращения r радиуса-вектора точки к промежутку времени t:

Направление вектора средней скорости совпадает с направлением r. При неограниченном уменьшении t средняя скорость стремится к предельному значению, которое называется мгновенной скоростью v:

модуль мгновенной скорости равен первой производной пути по времени:

При неравномерном движении — модуль мгновенной скорости с течением времени изменяется. В данном случае пользуются скалярной величиной v средней скоростью неравномерного движения:

УСКОРЕНИЕ

В случае неравномерного движения важно знать, как быстро изменяется скорость с течением времени. Физической величиной, характеризующей быстроту изменения скорости по модулю и направлению, является ускорение.

a=dv/dt

Средним ускорением неравномерного движения в интервале от t до t + t называется векторная величина, равная отношению изменения скорости v к интервалу времени t .

Мгновенным ускорением а (ускорением) материальной точки в момент времени t будет предел среднего ускорения:

Тангенциальная составляющая ускорения

т. е. равна первой производной по времени от модуля скорости, определяя тем самым быстроту изменения скорости по модулю.

Нормальной составляющей ускорения

Полное ускорения a=(an2+ar2)1/2

№4Угловые хар-ки движи их связь с линейными хар-ми

К угловым характеристикам ускорения относятся: угловая скорость, угловое ускорение, угол поворота и частота обращения

Угловое перемещение:

Ψ-угол поворота,векторна велич,указ напр вращ dimΨ=рад

Углавая скорость-вект велічіна,равноая первой проізв вектора угл перемеўенія по веремені dimw=T-1(рад/с)

v-wR скорость с кот тело движ по окр

Т-период вращ,время за кот т.ка соверш полный оборот T=2π/w

Частота колеб ν число полых колеб в ед времени

Угловое ускорение ε в-на равная первой произв угл скорости по времени ε=dw/dt

Связь линейных характеристик движения с угловыми.

Связь между линейными и угловыми величинами:

Тангенциальная составляющая ускорения:

Нормальная составляющая ускорения:

Связь между линейными(длина пути S, пройденного точкой по окружности радиуса R, линейная скорость V) и угловыми величинами (угол поворота, угловая скорость) выражается следующими формулами: (для ускорений см. выше.)

Частота вращения: n число полных оборотов, совершаемых телом при равномерном его движении по окружности, в единицу времени:

№25 Постулаты СТО

СТО раасм движ макротел со скорост близк к ск света.

специальная теория относительности основывается на двух постулатах Эйнштейна:

Принцип относительности: Все законы природы инвариантны при переходе от одной инерциальной с.о. к другой.

Принцип инвариантности скорости света: Скорость распространения света в вакууме не зависит от относительных скоростей и это означает существования конечной скорости распространения взаимодействий.

№6 Первый з-н Ньютона. Инерциальные с-мы отсчета

Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние. Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции.

Механическое движение относительно, и его характер зависит от системы отсчета. Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета, а те системы, по отношению к которым он выполняется, называются инерциальными системами отсчета. Инерциальной системой отсчета является такая система отсчета, относительно которой материальная точка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно. Первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчета.

№14 Работа мощность Энергия

Работа силы: количественная характеристика процесса обмена энергией между взаимодействующими телами.

Элементарная работа силы: (где альфа-угол между векторами F и dr;

ds=/dr/- элементарный путь; Fs – проекция вектора F на вектор dr).

Мощность: физическая величина, характеризующая скорость совершения работы. ( N=dA/dt )

За время dt сила F совершает работу Fdr, и мощность, развиваемая этой силой, в данный момент времени (N=Fdr/dt=Fv) т.е. равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка.

Мощность – скалярная величина.

Единицы работы: Дж (1 Дж – это работа, совершаемая силой 1Н на пути 1м: 1 Дж=1Н м)

Единицы мощности: Вт (1 Вт – это мощность, при которой за время 1 с совершается работа 1 Дж: 1Вт=1Дж/с)

Энергия тела –способность тела соверш работу W E

Механіческая энергія

-кін

-потенц

№8 Третий з-н ньютона

Взаимодействие между материальными точками (телами) определяется третьим законом Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки:

F12 = – F21,

где F12 — сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй;

F21 — сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.

Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек. Это следует из того, что и для системы материальных точек взаимодействие сводится к силам парного взаимодействия между материальными точками.

10 . Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела

Между любыми М.Т. действует сила взаимного притяжения, прямопропорциональная произведению масс этих точек и обр. пропорц. Квадр. Расст. между ними

G=6,67*10-11Нм2/кг2

Сила тяготения всегда явл силой притяжения и напр по прямой м-ду взаимодействующими телами.

Закон всемирного тяготения справедлив если тела рассматриваются как М.Т., т.е из размерами можно пренебречь.

Опыт Кавендиша(подтвердил з-н Всемирного тяготения, определил G):крутильные весы, коромысло, на котором подвешены 2 одинак шара м=729г, а на ворое коромысло подвеш 2 шара м=158кг. Коромысла подвеш на тонких упругих нитях, жестксть известна. По углу поворота опр ссилу м-ду этими шарами.

Сила тяжести

Вблизи Земли на любое тело действует сила тяготения Земли, под действием которой тело приобретает ускорение свободного падения(сила тяжести). В системе отсчета связано с Землей.

Р=mg , g=9.78 m/c2 –на экваторе, g=9,832 m/c2 –на полюсе. Разница в g объясняется суточным вращением З-ли вокруг своей оси и сплюснотостью(r=6708км –экв,r=6357км -полюс)

Сила тяжести убывает с удалением тела от поверхности Земли.

Вес тела – сила, с которой тело, вследствие тяготения к Земле, действует на опору удерживающую тело от свободного падения. Если на тело действует тольк сила тяжести, тело двидестя с ускорением g, при этом вес тела Р=0.

Когда на тело кроме того действ другие силы , то тело движ. с ускорением не =gпричем это ускорение а может быть =0.

№ 9. Си́ла упру́гости — сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации.В случае упругих деформаций является потенциальной. Сила упругости имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. В простейшем случае растяжения/сжатия тела сила упругости направлена противоположно смещению частиц тела, перпендикулярно поверхности.Вектор силы противоположен направлению деформации тела

Трение……Сила сопротивления, действующая противоположно направлению перемещения данного тела, наз. силой трение Работа сил трение переходит в тепло. трение, возникающее в момент начала движения одного тела, контактирующего с другим, наз. трение покоя, а между движущимися-кинематическим трение Различают также трение скольжения, происходящее по одной и той же пов-сти, и трение качения, осуществляемое при непрерывной смене пов-сти трение

Деформа́ция— изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение. Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Закон Гука-Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации …………К-кэфф жёсткости.

№15 Кінетіческая энергія

Кинетическая энергия механической системы: энергия мех движения этой системы.

Приращение кинетической энергии частицы на элементарном перемещении равно элементарной работе на том же перемещении: dE=dA. Это выражение можно расписать как:

Тогда: Кинетическая энергия всегда положительна; неодинакова в разных инерциальных системах отсчёта; является функцией состояния системы

№12 З-н сох импульса. Центр масс

Совок МТ, рассматр как единое целое наз механ с-мой. Силы взаимод м-ду МТ мех с-мы наз внутренними. (аналогичн внешние)

Замкн тела –на которые не действ внеш силы.

Согл 3 з-ну Н. геометр сумма внутр сил =0.

Pсист=m1v1+m2v2+…mnvn

З-н сохр импульса—— импульс замкн с-мы не измен со временем

P=∑mivi=const dp/dv=0

Импульс может изменяться как по величине, так и по направлению.



Центром масс (или центром инерции) системы материальных точек называется воображаемая точка С, положение которой характеризует распределение массы этой системы. Ее радиус-вектор равен

где mi и ri — соответственно масса и радиус-вектор i-й материальной точки; n — число материальных точек в системе; – масса системы. Скорость центра масс

Учитывая, что pi = mivi , a есть импульс р системы, можно написать

т. е. центр масс системы движется как материальная точка, в которой сосредоточена масса всей системы————— представляет собой закон движения центра масс.

из закона сохранения импульса вытекает, что центр масс замкнутой системы либо движется прямолинейно и равномерно, либо остается неподвижным.

№13 Движ тела переменной массы

На примере ракеты:

-в момент t маса=м,скорость v

-t1,m1=m-dm1,v1=v+dv

То з-н сохр импульса

,

Формула мещерского где второе слагаемое в правой части называют реактивной силой Fp.

Если F=0 то и

Значение постоянной интегрирования С определим из начальных условий. Если в начальный момент времени скорость ракеты равна нулю, а ее стартовая масса m0, то С = u ln(m0). Следовательно,

v = u ln (m0/m).

Это соотношение называется формулой Циолковского. Она показывает, что: 1) чем больше конечная масса ракеты т, тем больше должна быть стартовая масса ракеты m0; 2) чем больше скорость истечения и газов, тем больше может быть конечная масса при данной стартовой массе ракеты.

№16 Потенциальная энергия. Консервативные силы,полная мех эн с-мы

Консервативные силы: сила, работа которой при перемещении тела из одного положения в другое не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положения тела. (например гравитационные силы, кулоновские)

Все другие силы (например силы трения) относятся к неконсервативным силам.

Если силы действ. на тело во всех направл-х одинаковы по модулю наз-ся однородными. F=const.

Потенциальная энергия — механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними

П.эн равна работе косв сил при элементарном изм конфигурации с-мы.

Потенц эн может быть (-)

Потенциальная энергия тела массой m на высоте h : Еп=mgh; потенциальная энергия упругодеформированного тела: (k – коэфф упругости)

Полная эн с-мы –сумма пот. и кин энергий

Е=Т+П

Полная энергия с-м тел – сумма полной мех энергии и внутр эн

№17 З-н сохр энергии

Закон сохранения энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем. Екп=Е=const

Это фундаментальный закон природы. Он является следствием однородности времени: инвариантности физических законов относительно выбора отсчёта времени.

Мех. Энэнерг мех движения и взаимодействия. E=Eк+Ep Мех эн. Замкнутой сист не измен с течением времени, если все внут. силы действ этой системы потенциальны (тяжест, упруг) Измен энерг сист при взаимодействии с внеш телами = энерг получен от внешн тел. Состояние из кот сист вывод в резул внеш воздейст – сост мех равновесия системы.

З-н сохр энергии общефизический-энергия никогда не появляется вновь, она превр из одного вида в другой.

№ 18 Графическое представление работы и энергии

График зависимости потенциальной энергии от некоторого аргумента называется потенциальной кривой. Анализ потенциальных кривых позволяет определить характер движения тела.

№19 Удар абсолютно упругих и не упр тел

№28 З-н взаимосвязи массы и энергии

Закон взаимосвязи массы и энергии в релятивистском случае:

Воспользовавшись релятивистской массой: формулу

Можно записать в виде: . Из этого соотношения вытекает, что энергия тела и его релятивистская масса всегда пропорциональны друг другу. Всякое (за исключением изменения потенц энергии во внешнем поле сил) изменение энергии тела сопровождается изменением релятивистской массы тела и, наоборот, всякое изменение массы сопровождается изменением энергии тела: . Это утверждение носит название закона взаимосвязи релятивистской массы и энергии.

Соотношение между полной энергией и импульсом частицы:

Энергия и импульс в разных системах отсчёта различны. Но существует инвариантная величина

Подставив сюда получим Возвращаясь к ур-нию для полной энергии, отметим, что оно универсально: с энергией, какой бы формы она не была, связана масса и, наоборот, со всякой массой связана определённая энергия.

20. Момент силы. Момент импульса. Момент инерции. Теорема Штейнера

Момент силы относительно неподвижной точки О: Физическая величина, определяемая векторным произведением радиус-вектора r , проведённого из точки О в точку А приложения силы, на силу F : Здесь М – псевдовектор, его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от r к F.

Момент силы относительно неподвижной оси z: Скалярная величина , равная проекции на эту ось вектора М момента силы, определённого относительно произвольной точки О данной оси z. Значение момента не зависит от выбора положения точки О на оси z.

Если ось z совпадает с направлением вектора М, то момент силы представляется в виде вектора, совпадающего с осью: .Момент импульса относительно неподвижной точки О: Физическая величина, определяемая произведением , где r – радиус-вектор, проведённый из точки О в точку А; p=mv- импульс материальной точки; L – псевдовектор, его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от r к p.

Момент импульса относительно неподвижной оси z: Скалярная величина , равная проекции на эту ось вектора момента импульса, определённого относительно произвольной точки О данной оси. Значение момента импульса не зависит от положения точки О на оси z.

Момент инерции относительно неподвижной оси вращения: момент инерции системы (тела) относительно оси вращения есть физическая величина, равная сумме произведений масс n материальных точек системы на квадраты их расстояний до рассматриваемой оси: В случае непрерывного распредел. масс эта сумма сводится к интегралу: где интегрирование производится по всему объёму тела. Величина r в данном случае есть функция положения точки по координатам x,y,z.

Т. Штейнера: Момент инерции тела J относительно любой оси вращения равен моменту его инерции относ параллельной оси, проходящей через центр масс тела, сложенному с произведением массы тела на квадрат расстояния a между осями.

Момент инерции тонкого стержня: (ось перпенд. Стержню и проходит через его середину) ;…То же ( но ось проходит через его конец) ; Для др предметов: (шар (ось через центр):;…Полый тонкостенный цилиндр: ; сплошной цилиндр или диск радиуса R:

№21 Кинетическая эн вращения



Страницы: 1 | 2 | Весь текст


Предыдущий:

Следующий: