Пространство и время. Системы отсчета. Характеристики движения.

Вопросы к коллоквиуму по механике.

Пространство и время. Системы отсчета. Характеристики движения.

А) Пространство и время в физике определяются в общем виде как фундаментальные структуры координации материальных объектов и их состояний: система отношений, отображающая координацию сосуществующих объектов (расстояния, ориентацию и т. д.), образует пространство, а система отношений, отображающая координацию сменяющих друг друга состояний или явлений (последовательность, длительность и т. д.), образует время. Пространство и время являются организующими структурами различных уровней физического познания и играют важную роль в межуровневых взаимоотношениях. Они (или сопряжённые с ними конструкции) во многом определяют структуру (метрическую, топологическую и т. д.) фундаментальных физических теорий, задают структуру интерпретации и верификации физ. теорий, структуру операциональных процедур (в основе которых лежат фиксации пространственно-временных совпадений в измерит. актах, с учётом специфики используемых физических взаимодействий), а также организуют физ. картины мира. К такому представлению вёл весь исторический путь концептуального развития.

Б) Система отсчёта — это совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и системы отсчёта времени, по отношению к которым рассматривается движение каких-либо тел. Математически движение тела (или материальной точки) по отношению к выбранной системе отсчёта описывается уравнениями, которые устанавливают, как изменяются с течением времени t координаты, определяющие положение тела (точки) в этой системе отсчёта. Эти уравнения называются уравнениями движения.

Инерциальными называются системы отсчёта, в которых тело при отсутствии действия на него сил (или при суммарном значении сил, действующих на него, равном нулю) либо сохраняет состояние покоя, либо продолжает равномерное прямолинейное движение (то есть движется по инерции, отсюда и название). Существование таких систем отсчёта постулируется первым законом Ньютона. Именно такие системы подходят для наиболее простого описания движения тел.

Земля движется вокруг собственной оси. Это движение необходимо учитывать, например, при запуске космических аппаратов. В системе отсчёта, связанной с Землёй, ракета, стартовавшая вертикально, совершает также видимое движение в горизонтальном направлении. Это логично: место старта ракеты смещается вместе со всей поверхностью планеты из-за её вращения. Подобные отклонения траектории, свойственные неинерциальным системам, чисто математически описывают с помощью инерциальных сил (сил, которых на самом деле не существует, но принятие которых в расчёт помогает чисто формально отнести систему отсчёта к числу инерциальных). В данном случае математически видимое отклонение ракеты от прямой траектории описывается силой Кориолиса, которая якобы действует на неё.

В) конспект 1.1

Прямая и обратная задача кинематики материальной точки.

Конспект 1.2

3) Движение материальной точки по окружности. Нормальное, тангенциальное и полное ускорение.

Тетрадь 2 вопрос

4) Вращательное движение твердого тела. Угловая скорость, угловое ускорение. Связь линейных и угловых характеристик движения.

В конспекте 1.3, 1.4 или 3 вопрос в тетради

Законы Ньютона. Принцип независимости действия сил.

Конспект 2.1 – 2.3 или 3 вопрос в тетради.

Если на материальную точку одновременно действуют несколько сил, то каждая из них сообщает материальной точке такое же ускорение, как если бы других сил не было. Это утверждение называется принципом независимости действия сил.

Центр масс. Закон движения центра масс.

Конспект 2.4, просто центр инерции тела – это центр масс.

Неинерциональные системы отсчета. Силы инерции.

Учебник стр 52.

Импульс частицы. Импульс системы. Закон сохранения импульса.

Тетрадь, 4 вопрос

8) Момент инерции. Определение момента инерции диска относительно оси, проходящей через центр масс.

Конспект 3.3, про диск 3.5 – 2 пример

Определение момента инерции тонкого стержня относительно оси, проходящей через центр масс. Теорема Штейнера и ее применение к расчету момента инерции тонкого стержня относительно оси, проходящей через его конец.

Конспект 3.7, теорема – 3.6

Нахождение момента инерции в рассматриваемых примерах значительно упрощалось потому, что тела были однородными и симметричными, а моменты инерции вычислялись относительно осей, проходящих через их центры инерции (центры масс). Вычисление момента инерции тела относительно произвольной оси также упрощается, если известен момент инерции тела относительно оси, которая параллельна данной и проходит через его центр инерции. Отметим, что ось, относительно которой вычисляется момент инерции, может находиться внутри тела или вне его. Момент инерции тела относительно произвольной оси определяется при помощи теоремы Штейнера*

: момент инерции тела I относительно произвольной оси равен сумме

момента инерции c I относительно оси, которая проходит

через центр инерции параллельно данной, и произведению

массы тела m на квадрат расстояния между осями.

Конспект 3.3

Момент импульса. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса.

Конспект 3.1, или тетрадь 9 вопрос. Конспект 3.2, или тетрадь 10 вопрос

Уравнение динамики вращательного движения твердого тела.

Конспект 3.4, или 12 вопрос

Работа и мощность. Работа внешних сил при вращении твердого тела вокруг неподвижной оси.

Конспект 4.1, тетрадь 5 вопрос

13) Кинетическая энергия. Работа силы как приращение кинетической энергии частицы, системы.

Конспект 4.7, или тетрадь 13 вопрос

Пример расчета работы консервативной силы (гравитационной, кулоновской, тяжести, упругости).

Конспект 4.2 - 4.4, а примеры и пояснение в 4.6

Потенциальная энергия частицы в поле.

Потенциальная энергия и сила поля.

Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа.

Учебник стр 83. Стр 85

21) Закон Масквелла о распределение молекул газа по скоростям и энергиям. Характерные скорости.

Учебник стр 87.

Формула Масквелла в приведеном виде. Распределение молекул газа по энергиям.

Учебник стр 90.

Распределение Больцмана. Распределение Маскелла-Больцмана.

Учебник стр 90.

Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

Учебник стр 86.

Внутренняя энергия, работа идеального газа. Закон Больцмана о равном распределение энергии молекул по степеням свободы.

Учебник стр 99. Стр 102.

Первое начало термодинамеки и его применение к различным процессам.

Учебник стр 101.

Обратимые и необратимые процессы. Понятие энтропии.

Учебник стр 108. Стр 109.

Второе и третье начало термодинамики.

Учебник стр 111. Стр 112.

Понятие о тепловых машинах.

Учебник стр 113.

Электрический заряд, его свойства. Закон Кулона.

Электростатика методичка стр 5. Учебник стр 147.

Силовая характеристика поля – вектор напряженности. Напряженность поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей.

Электростатика методичка стр 6. Учебник стр 148. Учебник стр 150.

Энергетическая характеристика поля – потенциал. Потенциал поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей.

Электростатика методичка стр 7. Учебник стр 156.

Работа сил поля при перемещении точечного заряда. Теорема о циркуляции вектора напряженности.

Учебник стр 155.

Связь напряженности и потенциала. СЛП и ЭПП, их свойства.

Электростатика методичка стр 9.

Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса.

Электростатика методичка стр 7. Учебник стр 152.

Расчет напряженности поля и разности потенциалов равномерно заряженной бесконечной плоскости.

Электростатика методичка стр 17.

Расчет напряженности поля и разности потенциалов равномерно заряженного бесконечного цилиндра.

Электростатика методичка стр 19.

Расчет напряженности поля и разности потенциалов равномерно заряженной сферы.

Электростатика методичка стр 15.

Проводники в электростатическом поле. Электроемкость. Конденсаторы.

Учебник стр 167.

Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Поляризованность.

Учебник стр 160.

Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.

Учебник стр 163.

Энергия системы зарядов.

Учебник стр 173.

Вопросы к коллоквиуму по механике.

Пространство и время. Системы отсчета. Характеристики движения.

А) Пространство и время в физике определяются в общем виде как фундаментальные структуры координации материальных объектов и их состояний: система отношений, отображающая координацию сосуществующих объектов (расстояния, ориентацию и т. д.), образует пространство, а система отношений, отображающая координацию сменяющих друг друга состояний или явлений (последовательность, длительность и т. д.), образует время. Пространство и время являются организующими структурами различных уровней физического познания и играют важную роль в межуровневых взаимоотношениях. Они (или сопряжённые с ними конструкции) во многом определяют структуру (метрическую, топологическую и т. д.) фундаментальных физических теорий, задают структуру интерпретации и верификации физ. теорий, структуру операциональных процедур (в основе которых лежат фиксации пространственно-временных совпадений в измерит. актах, с учётом специфики используемых физических взаимодействий), а также организуют физ. картины мира. К такому представлению вёл весь исторический путь концептуального развития.

Б) Система отсчёта — это совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и системы отсчёта времени, по отношению к которым рассматривается движение каких-либо тел. Математически движение тела (или материальной точки) по отношению к выбранной системе отсчёта описывается уравнениями, которые устанавливают, как изменяются с течением времени t координаты, определяющие положение тела (точки) в этой системе отсчёта. Эти уравнения называются уравнениями движения.

Инерциальными называются системы отсчёта, в которых тело при отсутствии действия на него сил (или при суммарном значении сил, действующих на него, равном нулю) либо сохраняет состояние покоя, либо продолжает равномерное прямолинейное движение (то есть движется по инерции, отсюда и название). Существование таких систем отсчёта постулируется первым законом Ньютона. Именно такие системы подходят для наиболее простого описания движения тел.

Земля движется вокруг собственной оси. Это движение необходимо учитывать, например, при запуске космических аппаратов. В системе отсчёта, связанной с Землёй, ракета, стартовавшая вертикально, совершает также видимое движение в горизонтальном направлении. Это логично: место старта ракеты смещается вместе со всей поверхностью планеты из-за её вращения. Подобные отклонения траектории, свойственные неинерциальным системам, чисто математически описывают с помощью инерциальных сил (сил, которых на самом деле не существует, но принятие которых в расчёт помогает чисто формально отнести систему отсчёта к числу инерциальных). В данном случае математически видимое отклонение ракеты от прямой траектории описывается силой Кориолиса, которая якобы действует на неё.

В) конспект 1.1