Файл: 1. Механика, разделы механики. Основные понятия механики (кинематики и динамики).docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 29
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1. Механика, разделы механики. Основные понятия механики (кинематики и динамики).
Механика - это раздел физики, который изучает движение тел и причины их движения. Механика делится на два основных раздела: кинематику и динамику.
Кинематика - это раздел механики, который изучает движение тел без рассмотрения причин, вызывающих это движение. Кинематика изучает положение, скорость и ускорение тела, не обращая внимания на силы, действующие на тело. Основные понятия кинематики: траектория, скорость, ускорение, период и амплитуда колебаний.
Динамика - это раздел механики, который изучает движение тел и причины, вызывающие это движение. Динамика изучает силы, действующие на тело, и связь между силой, массой тела и его движением. Основные понятия динамики: сила, масса, импульс, работа, кинетическая и потенциальная энергия.
2. Основные понятия кинематики (системы отсчета, траектория, путь, перемещение точки, скорость, ускорение).
Системы отсчета - это рамки отсчета, в которых мы измеряем движение тела. Например, для измерения движения автомобиля мы можем выбрать землю, небо или другой автомобиль в качестве системы отсчета.
Траектория - это путь, по которому перемещается тело в пространстве. Траектория может быть прямой, кривой или замкнутой.
Путь - это длина траектории, пройденная телом за определенный период времени. Путь может быть больше, чем длина пройденной траектории, если тело движется по изогнутой траектории.
Перемещение точки - это изменение положения точки в пространстве относительно начального положения. Оно определяется как вектор, направленный от начальной точки к конечной точке.
Скорость - это изменение перемещения точки в единицу времени. Средняя скорость рассчитывается как отношение перемещения к времени, за которое оно произошло. Мгновенная скорость определяется как предел средней скорости при стремлении интервала времени к нулю.
Ускорение - это изменение скорости тела в единицу времени. Среднее ускорение определяется как отношение изменения скорости к времени, за которое оно произошло. Мгновенное ускорение определяется как предел среднего ускорения при стремлении интервала времени к нулю.
3. Кинематика материальной точки. Перемещение, скорость, ускорение. Кинематические уравнения (с выводом).
4. Сила, масса, импульс тела, импульс силы. Законы динамики (Ньютона).
Масса - это мера инертности тела, то есть его способности сохранять свое состояние движения. Сила - это воздействие на тело, изменяющее его состояние движения. Импульс тела - это произведение массы тела на его скорость, то есть мера количества движения тела. Импульс силы - это произведение силы на время, в течение которого она действует.
Законы динамики Ньютона:
Закон инерции: Тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы или если сумма всех действующих на тело сил равна нулю.
Закон изменения импульса: Изменение импульса тела пропорционально действующей на него силе и происходит в направлении, в котором действует эта сила. Формула: F = m*a, где F - сила, m - масса тела, а - ускорение.
Закон взаимодействия: Взаимодействующие тела оказывают друг на друга равные по модулю, но противоположно направленные силы.
5. Виды сил. Сила трения и сила упругости.
Силы - это воздействия на тело, изменяющие его состояние движения или форму. Различают несколько видов сил:
Гравитационная сила - это сила взаимодействия между телами, обусловленная их массами и расстоянием между ними.
Электрическая сила - это сила взаимодействия заряженных тел.
Магнитная сила - это сила взаимодействия магнитных полюсов или токов.
Сила трения - это сила, возникающая между поверхностями тел, находящихся в контакте, и препятствующая движению этих тел относительно друг друга.
Сила упругости - это сила, возникающая при деформации упругих тел и направленная противоположно направлению деформации.
6. Работа и энергия. Энергия потенциальная и кинетическая. Закон сохранения механической энергии.
Работа - это скалярная величина, определяющая количество энергии, переданной или потребляемой при перемещении тела под действием силы. Формула для вычисления работы: W = F * d * cos(theta), где W - работа, F - сила, d - расстояние, пройденное телом, theta - угол между направлением силы и направлением движения тела.
Энергия - это способность тела или системы выполнить работу. Различают два вида энергии: кинетическую и потенциальную.
Кинетическая энергия - это энергия движения тела. Формула для вычисления кинетической энергии: E_kin = 0.5 * m * v^2, где E_kin - кинетическая энергия, m - масса тела, v - скорость тела.
Потенциальная энергия - это энергия, связанная с положением тела в поле сил. Формула для вычисления потенциальной энергии: E_pot = m * g * h, где E_pot - потенциальная энергия, m - масса тела, g - ускорение свободного падения, h - высота поднятия тела над некоторой точкой.
Закон сохранения механической энергии утверждает, что механическая энергия (сумма кинетической и потенциальной энергии) замкнутой системы остается постоянной, если на нее не действуют внешние силы. То есть, если сумма кинетической и потенциальной энергии в начале равна сумме кинетической и потенциальной энергии в конце, то механическая энергия системы сохраняется. Этот закон применяется во многих задачах механики, например, для расчета скорости падения тел или для определения максимальной высоты подъема маятника.
7. Работа, мощность и кинетическая энергия при вращательном движении.
При вращательном движении тела вокруг оси, работа и кинетическая энергия могут быть определены по-разному, чем при поступательном движении.
Работа при вращении определяется как произведение момента силы на угол поворота. Формула для вычисления работы: W = τ * Δθ, где W - работа, τ - момент силы, действующей на тело, Δθ - угол поворота.
Мощность при вращении определяется как количество работы, произведенное за единицу времени. Формула для вычисления мощности: P = τ * ω, где P - мощность, τ - момент силы, ω - угловая скорость.
Кинетическая энергия при вращении определяется как половина произведения момента инерции тела на квадрат его угловой скорости. Формула для вычисления кинетической энергии: E_kin = 0.5 * I * ω^2, где E_kin - кинетическая энергия, I - момент инерции тела, ω - угловая скорость.
Момент инерции - это физическая величина, определяющая сопротивление тела вращению вокруг оси. Он зависит от распределения массы в теле и от расстояния массы от оси вращения. Чем больше момент инерции, тем труднее изменить скорость вращения тела.
Например, при вращении колеса автомобиля, мощность двигателя определяет, как быстро колесо вращается, а кинетическая энергия зависит от массы колеса и его угловой скорости.
8. Закон сохранения импульса. Законы сохранения при механическом ударе. Упругий и неупругий удар.
Закон сохранения импульса утверждает, что если система из нескольких тел не подвергается внешним силам, то сумма импульсов тел в этой системе остается неизменной. Формально это можно записать как: Σp_i = Σp_f, где Σp_i - начальный импульс системы, Σp_f - конечный импульс системы.
При механическом ударе важно учитывать законы сохранения энергии и импульса. Удары могут быть упругими или неупругими.
Упругий удар происходит, когда при столкновении тела не теряют кинетическую энергию, а лишь меняют направление движения и скорости. При упругом ударе сумма кинетических энергий до и после удара остается неизменной, а сумма импульсов тел до и после удара также остается неизменной.
Неупругий удар происходит, когда при столкновении тела теряют кинетическую энергию, которая превращается в другие формы энергии, например, тепло или звук. При неупругом ударе сумма кинетических энергий до и после удара не сохраняется, а сумма импульсов тел до и после удара остается неизменной.
В случае механического удара можно использовать законы сохранения, чтобы определить изменения скорости и направления движения тел после удара. Например, при столкновении двух шаров можно определить, как изменятся их скорости и направления движения после удара, если известна их масса и начальные скорости.
9. Движение тел переменной массы. Реактивное движение. Формулы Мещерского и Циолковского.
10. Кинематика вращения твердого тела. Угол поворота, угловая скорость и угловое ускорение. Кинематические уравнения.
11. Динамика вращательного движения. Момент инерции, момент силы, момент импульса. Основное уравнение динамики вращательного движения.
12. Колебательное движение. Виды колебательного движения. Амплитуда, период, циклическая частота, фаза колебаний. Уравнение гармонических колебаний. Скорость и ускорение колеблющейся точки.
13. Маятники. Свободные незатухающие и затухающие колебания математического и физического маятников.
14. Волновой процесс. Продольные и поперечные волны. Уравнение плоской волны. Длина волны, волновое число, фазовая скорость.
15. Молекулярно-кинетическая теория газов. Основное уравнение МКТ (с выводом).
16. Энергия молекул идеального газа. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекул.
17. Уравнение состояния идеального газа. Его применение к различным изопроцессам. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
18. Барометрическая формула и распределение Больцмана.
19. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекул. Энергия молекул идеального газа.
20. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Работа газа в этом процессе. 21. Скорость молекул. Распределение Максвелла. Опыты Штерна и Ламмерта.
22. Работа газа при разных процессах.
23. Способы теплопередачи. Теплоемкость газов. Уравнение Р. Майера.
24. Первое начало термодинамики и его применение к различным изопроцессам.
25. Принцип действия тепловой и холодильной машины. Коэффициент полезного действия машины Карно.
26. Явление переноса в газах: диффузия, теплопроводность и внутреннее трение. (Уравнения Фика, Фурье, Ньютона.)
27. Электрический заряд. Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность и потенциал электрического поля.
28. Теорема О.-Г. Напряженность электрического поля равномерно заряженной нити, равномерно заряженной плоскости, двух плоскостей и двух соосных цилиндров.
29. Теорема О.-Г. Напряженность электрического поля равномерно заряженного шара, равномерно заряженной сферы.
30. Потенциал, разность потенциалов электрического поля равномерно заряженной нити, равномерно заряженной плоскости, равномерно заряженного шара, равномерно заряженной сферы.
31. Электрическое поле в проводниках.
32. Электрическое поле в полярных и неполярных диэлектриках. Вектор поляризованности.
33. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость вакуума и вещества.
34. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия и плотность энергии заряда конденсатора.
35. Электрический ток. Условия, необходимые для существования тока. Сила и плотность электрического тока.
36. Электрический ток. Понятие об электродвижущей силе, ее определение, как работы сторонних сил. Роль источника ЭДС в электрической цепи.
37. Электрический ток. Закон Ома для участка электрической цепи с Э.Д.С. и для частных случаев. Сопротивление проводников. Удельное сопротивление, его зависимость от температуры. Сверхпроводимость.
38. Электрический ток. Закон Ома в дифференциальной форме. Его вывод для металлов по классической электронной теории проводимости.
39. Электрический ток. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца, его дифференциальная форма. Вывод закона Джоуля-Ленца для металлов по классической электронной теории проводимости.