Предмет физики. Методы физический исследований: опыт, гипотеза, эксперимент, теория.

Предмет физики. Методы физический исследований: опыт, гипотеза, эксперимент, теория.

В переводе с греческого «физика» - наука о природе.

Опыт - основной метод исследования в физике.

Опыт - это наблюдение исследуемого явления в точно контролируемых условиях,

позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих

условий.

Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо факта или

явления. Гипотеза подтверждается опытом.

Эксперимент - научно поставленный опыт с целью проверки гипотезы.

Физическая теория - система основных идей, обобщающих опытные данные и

отражающих объективные закономерности природы.

Физическая теория дает объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения.

Предмет механики. Кинематика и динамика. Основные единицы международной системы единиц механики(СИ).

Механика - часть физики, изучающая закономерности механического движения. Основные

законы механики установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем (1564 - 1642) и

окончательно сформулированы английским ученым И. Ньютоном (1643 - 1727).

Механика Галилея-Ньютона называется классической механикой, в ней изучаются законы

движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в

вакууме (V<<с). Законы движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со

скоростью света в вакууме, изучаются релятивистской механикой, законы движения

микроскопических тел (отдельные атомы и элементарные частицы) - изучаются квантовой

механикой.

Механика делится на три раздела: кинематику, динамику, статику.

Кинематика изучает движение тел, не выясняя причин, его обуславливающих.

Динамика изучает законы движения тел и причины, обуславливающие это движение.

Статика изучает законы равновесия системы тел. Если известны законы движения тел, то

из них можно установить и законы равновесия. Поэтому физика отдельно от законов динамики

законы статики не рассматривает.

 

3. Физические модели: материальная точка, системы материальных точек, абсолютно твёрдое тело, сплошная среда(кинематика).

Механика для описания движения тел в зависимости от условий конкретных задач

использует разные физические модели. Простейшими моделями являются материальная точка -

МТ и абсолютно твердое тело - АТТ.

Материальная точка (МТ) - тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с

расстояниями до других тел.

Абсолютное твердое тело (АТТ) - тело, деформациями которого в условиях данной задачи

можно пренебречь.

Система материальных точек – совокупность материальных точек, объединяемых общими законами взаимодействия.

Сплошна́я среда́ — механическая система, обладающая бесконечным числом внутренних степеней свободы.

 

4. Три способа кинематического описания движения материальной точки: векторный, координатный и естественный способ задания движения точки.

Векторный способ. Положение точки можно задать, как известно, и с помощью радиус-вектора. При движении материальной точки радиус-вектор, определяющий ее положение, с течением времени изменяется (поворачивается и меняет длину; рис.1.8), т. е. является функцией времени:

Координатный способ. Будем задавать положение точки с помощью координат (рис.1.7). Если точка движется, то ее координаты изменяются с течением времени. Так как координаты точки зависят от времени, то можно сказать, что они являются функциями времени.

 

Математически это принято записывать в виде

Скорость и ускорение материальной точки. Виды и характер движения точки.

Для характеристики движения МТ вводится векторная величина - скорость. Она

характеризует как быстроту движения, так и его направление в данный момент.

Ускорением называется физическая величина, характеризующая быстроту изменения

скорости по модулю и направлению.

Взаимосвязь между линейными и угловыми характеристиками при вращательном движении.

 

Сложное движение: динамика.

Сложное движение точки (тела) – такое движение, при котором точка (тело) одновременно участвует в нескольких движениях (напр. пассажир, перемещающийся по движущемуся вагону). В этом случае вводится подвижная система координат (Oxyz), которая совершает заданное движение относительно неподвижной (основной) системы координат (O1x1y1z1).

Абсолютным движением точки назыв. движение по отношению к неподвижной системе координат.

Относительное движение – движение точки по отношению к подвижной системе отсчёта.

Переносное движение – движение подвижной сист. отсчёта по отношению к неподвижной.

Абсолютной скоростью Vа и абсолютным ускорением a_а данной точки называются её скорость и ускорение по отношению кнеподвижной системе отсчёта.

Относительной скоростью V_r и относительным ускорением a_r точки называются её скорость и ускорение по отношению к подвижной системе отсчёта.

Переносной скоростью V_e и переносным ускорением e a называются скорость и ускорение относительно неподвижной системы отсчёта той точки, неизменно связанной с подвижной системой отсчёта, с которой совпадает в данный момент движущаяся точка.

I закон Ньютона

Существуют такие системы отсчета, которые называются инерциальными, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других сил скомпенсировано.

II закон Ньютона

Ускорение тела прямопропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе:

III закон Ньютона

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

Инерциальные системы отсчета — системы отсчёта, относительно которых тело при отсутствии внешних воздействий движется равномерно и прямолинейно; т. е. это такие системы отсчета, в которых выполняется закон инерции.

11. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности.

Преобразова́ния Галиле́я — в классической механике преобразования координат и времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.

При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.

Основные понятия и уравнения динамики системы материальных точек: импульс, момент импульса и кинетическая энергия системы. Закон изменения импульса системы. Центр масс. Закон изменения момента импульса системы. Закон изменения кинетической энергии.

Импульс — векторная физическая величина, характеризующая меру механического движения тела.

Моме́нт и́мпульса характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение.

Момент импульса частицы относительно некоторого начала отсчёта определяется векторным произведением её радиус-вектора и импульса:

где — r радиус-вектор частицы относительно выбранного неподвижного в данной системе отсчёта начала отсчёта, p — импульс частицы.

Кинетическая энергия системы материальных точек равна сумме кинетических энергий всех материальных точек, из которых состоит система.

Закон изменения импульса системы: скорость изменения импульса системы P равняется векторной сумме внешних сил Fi, действующих на частицы этой системы.

Закон изменения момента импульса системы: скорость изменения момента импульса системы равна векторной сумме моментов внешних сил M, действующих на части этой системы.

Причем вектора L и M задаются относительно одной и той же точки O в выбранной СО. Уравнение представляет собой закон изменения момента импульса системы.

Центр масс - условная (или эквивалентная) точка, представляющая собой одну из геометрических характеристик распределения масс в системе. Пусть – масса -той () точки системы, а – радиус-вектор этой точки в некоторой системе координат. Тогда радиус-вектор точки С – центра масс определяется по формуле

,

 

Закон изменения кинетической энергии: изменение кинетической энергии системы при некотором ее конечном перемещении равно сумме работ на этом перемещении всех приложенных к системе внешних и внутренних сил. Подчеркнем, что внутренние силы не исключаются.

 

Примеры расчёта осевых моментов инерции.

Моментом инерции механической системы относительно неподвижной оси («осевой момент инерции») называется величина Ja, равная сумме произведений масс всех n материальных точек системы на квадраты их расстояний до оси:

где:

mi — масса i-й точки,

ri — расстояние от i-й точки до оси.

Предмет физики. Методы физический исследований: опыт, гипотеза, эксперимент, теория.

В переводе с греческого «физика» - наука о природе.

Опыт - основной метод исследования в физике.

Опыт - это наблюдение исследуемого явления в точно контролируемых условиях,

позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих

условий.

Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо факта или

явления. Гипотеза подтверждается опытом.

Эксперимент - научно поставленный опыт с целью проверки гипотезы.

Физическая теория - система основных идей, обобщающих опытные данные и

отражающих объективные закономерности природы.

Физическая теория дает объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения.