Реферат Курсовая Конспект
КРАТКИЙ КУРС ФИЗИКИ Часть 1 - раздел Физика, Министерство Образования И Науки Украины ...
|
Министерство образования и науки Украины
Одесская национальная морская академия
В.И.Михайленко
КРАТКИЙ КУРС ФИЗИКИ
Часть 1
(учебное пособие для студентов вузов)
Одесса – 2004
УДК 536.075
В.И.Михайленко.Краткий курс физики. Учебное пособие для студенетов вузов. Часть 1. Одесса, ОНМА, 2004г.
Учебное пособие по физике разработан доктором физико-математических наук, профессором В,И. Михайленко в соответствии с приказом ректора ОГМА №248 от 7 октября 1997 г. «про методичне забезпечення...» и предназначен для студентов вузов.
Учебное пособие по физике обсуждено на заседании кафедры физики и химии ОНМА, протокол №__2__от__17ноября_2004 г. и учёным советом факультета автоматики ОНМА, протокол №_______от ____________2004г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Цель настоящего учебного пособия - оказать помощь студентам в изучении курса физики.
В первой части пособия кратко изложены такие разделы, как «Механика», «Механические колебания и волны», «Молекулярная физика», «Основы термодинамики», «Электростатика» и «Постоянный электрический ток». При изложении материала особое внимание обращалось на физический смысл величин, трактовку основных физических законов и механизм протекания тех или иных явлений. Автор стремился по возможности избегать сложных математических преобразований, выбирая наиболее простые варианты вывода основных формул и законов физики.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 4
I. МЕХАНИКА.. 4
1. Кинематика материальной точки. 4
1.1. Основные понятия кинематики. 4
1.2. Нормальное и касательное ускорения. 4
1.3. Движение точки по окружности. Угловые скорость и ускорение. 4
2. Динамика поступательного движения. 4
2.1. Законы Ньютона. 4
2.2. Закон сохранения импульса. 4
3. Работа и энергия. 4
3.1. Работа. 4
3.2. Связь между работой и изменением кинетической энергии. 4
3.3. Связь между работой и изменением потенциальной энергии. 4
3.4. Закон сохранения механической энергии. 4
3.5. Соударения. 4
4. Вращательное движение твёрдого тела. 4
4.1. Кинетическая энергия вращательного движения. Момент инерции. 4
4.2. Основной закон динамики вращательного движения. 4
4.3. Закон сохранения момента импульса. 4
4.4. Гироскоп. 4
II. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ... 4
5. Общая характеристика колебательных процессов. Гармонические колебания. 4
6. Колебания пружинного маятника. 4
7. Энергия гармонического колебания. 4
8. Сложение гармонических колебаний одинакового направления. 4
9. Затухающие колебания. 4
10. Вынужденные колебания. 4
11. Упругие (механические) волны.. 4
12. Интерференция волн. 4
13. Стоячие волны.. 4
14. Эффект Допплера в акустике. 4
III. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.. 4
15. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. 4
16. Распределение молекул по скоростям.. 4
17. Барометрическая формула. 4
18. Распределение Больцмана. 4
ІV. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.. 4
19. Основные понятия термодинамики. 4
20. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам.. 4
21. Число степеней свободы. Внутренняя энергия идеального газа. 4
22. Классическая теория теплоёмкости газов. 4
23. Адиабатный процесс. 4
24. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы (циклы). Принцип действия тепловой машины.. 4
25. Идеальная тепловая машина Карно. 4
26. Второе начало термодинамики. 4
27. Энтропия. 4
V. ЭЛЕКТРОСТАТИКА.. 4
28. Дискретность электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда. 4
29. Закон Кулона. Напряжённость электростатического поля.
Вектор электрического смещения. 4
30. Силовые линии. Поток вектора . Теорема Остроградского-Гаусса. 4
31. Применения теоремы Остроградского-Гаусса для расчёта полей. 4
32. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле.
Циркуляция вектора .... 4
33. Связь между напряжённостью поля и потенциалом.. 4
34. Электроёмкость проводников. Конденсаторы.. 4
35. Энергия электростатического поля. 4
VI. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.. 4
36. Основные характеристики тока. 4
37. Закон Ома для однородного участка цепи. 4
38. Закон Джоуля - Ленца. 4
39. Правила Кирхгофа. 4
40. Контактная разность потенциалов. 4
41. Эффект Зеебека. 4
42. Эффект Пельтье. 4
ВВЕДЕНИЕ
Физика — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Понятия физики и её законы лежат в основе всего естествознания. Физика относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений.
В соответствии с многообразием исследуемых объектов и форм движения материи физика подразделяется на ряд дисциплин (разделов), в той или иной мере связанных друг с другом. По изучаемым объектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику газов и жидкостей, физику твёрдого тела, физику плазмы.
В соответствии с различными формами движения материи в физике выделяют: механику материальной точки и твёрдого тела, механику сплошных сред, термодинамику и статистическую физику, электродинамику (включая оптику), теорию тяготения, квантовую механику и квантовую теорию поля. Указанные разделы физики частично перекрываются вследствие глубокой внутренней связи между объектами материального мира и процессами, в которых они участвуют.
Физика является фундаментом для всех общеинженерных и специальных дисциплин. Знания в области физики необходимы инженерам как при эксплуатации действующих машин и механизмов, так и при конструировании новых.
Кинематика материальной точки
Основные понятия кинематики
Материальная точка — тело, имеющее массу, но его размерами и формой в условиях данной задачи можно пренебречь.
Пространство и время — категории, определяющие основные формы существования материи. Пространство определяет порядок существования отдельных объектов, а время — порядок смены явлений.
Рис. 1.1 |
Система отсчёта — совокупность системы взаимно неподвижных тел и связанных с ними часов, по отношению к которым изучается движение каких-нибудь других материальных тел. Выбор системы отсчёта произволен и зависит от целей исследования. Обычно с телом (или системой тел) связывают декартову систему координат, в которой положение материальной точки в данный момент времени задаётся тремя координатами x, y, z (рис. 1.1).
Траектория — непрерывная линия, которую описывает материальная точка при своём движении. Если траектория — прямая линия, то движение называется прямолинейным, в противном случае — криволинейным. Вид траектории зависит от выбора системы отсчёта.
Рис. 1.2 |
Перемещение — вектор, соединяющий две точки траектории. Этот вектор направлен в сторону движения материальной точки (рис.1.2).
Скорость — векторная величина, характеризующая быстроту изменения положения тела в пространстве. Вектор скорости определяется соотношением:
(1.1) |
где — изменение радиуса-вектора за время dt (рис. 1.3).
Рис. 1.3 |
Длина вектора при бесконечно малом перемещении равна длине дуги ds=||, поэтому численное значение скорости определяют по формуле:
(1.2) |
Из (1.2) видно, что скорость численно равна пути, пройденному материальной точкой за единицу времени. Вектор скорости направлен в сторону движения по касательной к траектории.
Ускорение — векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости, как по величине, так и по направлению.
. | (1.3) |
При dt=1, || = ||, т.е. ускорение численно равно изменению скорости за единицу времени.
Динамика поступательного движения
Работа и энергия
Работа
Работа есть мера действия силы, зависящая от значения и направления силы, а также от величины перемещения её точки приложения.
Если силапо значению и направлению, то при прямолинейном движении работа
, | (3.1) |
Рис. 3.1 |
где a — угол между направлением силы и направлением перемещения (рис. 3.1).
Работа может быть как положительной, так и отрицательной: А>0, если 0<a<p/2 и А<0, еслиp/2>a>p. Если сила направлена перпендикулярно к перемещению (a=p/2), то работа не выполняется: А = 0. Если же сила ориентирована в направлении перемещения (a=0), то работа максимальна.
Работа измеряется в джоулях: 1 Дж — это работа, которая выполняется силой в 1 Н на пути в 1 м: Дж = Н×м.
Рис. 3.2 |
Если сила — переменная, то вначале вычисляют элементарную работу dA=Fdlcosa, где a — угол между касательной к траектории в данной точке и направлением силы (рис. 3.2).
Суммарная работа на конечном участке траектории найдётся как интеграл по кривой С, совпадающей с траекторией:
.
II. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
III. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Молекулярная физика — это раздел физической науки, исследующий физические свойства и агрегатные состояния физических тел в зависимости отих молекулярного строения, характера теплового движения молекул и сил взаимодействия между ними.
Основные понятия термодинамики
1. Термодинамическая система — совокупность макроскопических тел, обменивающихся энергией между собой и окружающей средой.
2.Состояние термодинамической системы определяется совокупностью значений ее термодинамических параметров (параметров состояния) — всех физических величин, характеризующих макроскопические свойства системы (давление, объем, температура и др.). Связь между термодинамическими параметрами определяется уравнением состояния. Так, для идеального газа уравнение состояния — это уравнение Менделеева-Клапейрона.
3. Состояние термодинамического равновесия есть обобщение понятия механического равновесия и формулируется следующим образом. В системе, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, должны быть равны давление во всех её частях (условие механического равновесия) и температуры (условие термического равновесия).
4. Термодинамический процесс — изменение состояния термодинамической системы, характеризующееся изменением её параметров состояния.
5. Равновесный процесс — бесконечная последовательность состояний равновесия.
6. Внутренняя энергия — суммарная кинетическая и потенциальная энергия взаимодействия всех частиц (атомов или молекул) тела.
Для идеального газа потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь, поэтому внутренняя энергия идеального газа полностью определяется кинетической энергией всех его молекул, находящихся в некотором ограниченном объёме. Внутренняя энергия идеального газа может быть найдена как произведение средней кинетической энергии wср движения молекул наих число. Поскольку wср зависит лишь от температуры (см. формулу (15.11)), то можно утверждать, что внутренняя энергия идеального газа полностью определяется его температурой.
6. Работа есть количественная мера превращения энергии хаотического движения молекул или направленного движения тел в энергию направленного движения макроскопических тел. Схематически такой процесс превращения энергии показан на рис. 19.1.
Процесс 1 сопровождается выполнением механической работы, которая численно равна изменению кинетической энергии тела (3.4).
Рис. 19.1 | Рис. 19.2 |
Рассмотрим пример, в котором иллюстрируется протекание процесса 2 При расширении газа энергия хаотического движения молекул переходит в энергию поступательного (направленного) движения поршня (рис. 19.2), за счёт чего совершается работа. Если поршень переместится на расстояние dx, то элементарная работа dA=Fdx, где F=PS — сила давления газа на поршень сечением S. Таким образом,
dA=PdV, | (19.1) |
где dV=Sdx — изменение объёма газа.
Формула (19.1) есть термодинамическое выражение для элементарной работы. Полная работа при расширении газа от объема V1 до объёма V2 определяется формулой
. | (19.2) |
Рис. 19.3 |
Будем считать работу положительной (А>0), если система выполняет работу над внешними телами. Если же внешние тела совершают работу над системой, то она отрицательна (А<0).
Теплота есть количественная мера превращения энергии направленного или хаотического движения в энергию хаотического движения (рис. 19.3).
Процесс 1 происходит при торможении тел под действием силы трения. Такой процесс сопровождается превращением энергии направленного движения (кинетической энергии) тела в энергию хаотического движения частиц окружающей среды, что эквивалентно передаче ей некоторого количества теплоты. Такое же превращение энергии наблюдается в процессе, обратном показанному на рис. 19.2 (т.е. в процессе сжатия газа).
Процесс превращения энергии хаотического движения в энергию хаотического движения (канал 2 на рис. 19.3) есть не что иное, как процесс передачи теплоты от горячего тела к холодному.
V. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
VI. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
– Конец работы –
Используемые теги: Краткий, курс, физики, часть0.07
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: КРАТКИЙ КУРС ФИЗИКИ Часть 1
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов