Механика как основа физики. Основные законы

Механика – наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между телами. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частиц в пространстве. Рассматриваемые в М. взаимодействия представляют собой те действия тел друг на друга, результатом которых являются изменения механического движения этих тел. Их примерами могут быть притяжения тел по закону всемирного тяготения, взаимные давления соприкасающихся тел, воздействия частиц жидкости или газа друг на друга и на движущиеся в них тела и др. Обычно под М. понимают т. н. классическую М., в основе которой лежат Ньютона законы механики и предметом которой является изучение движения любых материальных тел (кроме элементарных частиц), совершаемого со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света.

При изучении движения материальных тел в М. вводят ряд абстрактных понятий, отражающих те или иные свойства реальных тел; таковы: 1) Материальная точка — объект пренебрежимо малых размеров, имеющий массу; это понятие применимо, если в изучаемом движении можно пренебречь размерами тела по сравнению с расстояниями, проходимыми его точками. 2) Абсолютно твёрдое тело — тело, расстояние между двумя любыми точками которого всегда остаётся неизменным; это понятие применимо, когда можно пренебречь деформацией тела. 3) Сплошная изменяемая среда; это понятие применимо, когда при изучении движения изменяемой среды (деформируемого тела, жидкости, газа) можно пренебречь молекулярной структурой среды.

М. разделяют на: М. материальной точки, М. системы материальных точек, М. абсолютно твёрдого тела и М. сплошной среды. В каждом из этих разделов в соответствии с характером решаемых задач выделяют: статику — учение о равновесии тел под действием сил, кинематику — учение о геометрических свойствах движения тел и динамику — учение о движении тел под действием сил. В динамике рассматриваются 2 основные задачи: нахождение сил, под действием которых может происходить данное движение тела, и определение движения тела, когда известны действующие на него силы.Основные понятия и методы механики. Основными кинематическими мерами движения в М. являются: для точки — её скорость и ускорение, а для твёрдого тела — скорость и ускорение поступательного движения и угловая скорость и угловое ускорение вращательного движения тела. Основной мерой механического взаимодействия материальных тел в М. является сила. Одновременно в М. широко пользуются понятием момента силы относительно точки и относительно оси. В основе М. лежат законы Ньютона.

Первый закон НьютонаСуществуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела и поля (или их действие взаимно скомпенсировано).

Второй закон Ньютона инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально приложенной к ней силе и обратно пропорционально её массе.F=m*a

Третий закон НьютонаТела действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению:F2->1 = -F1->2

Важное значение для решения задач М. имеют понятия о динамических мерах движения, которыми являются количество движения, момент количества движения (или кинетический момент) и кинетическая энергия, и о мерах действия силы, каковыми служат импульс силы и работа. Соотношение между мерами движения и мерами действия силы дают теоремы об изменении количества движения, момента количества движения и кинетической энергии, называемые общими теоремами динамики. Эти теоремы и вытекающие из них законы сохранения количества движения, момента количества движения и механической энергии выражают свойства движения любой системы материальных точек и сплошной среды.

8.2) Статистическая оценка физических величин. В тех случаях, копа нужно оценить большое число однородных величин, целесообразно применять статистическую оценку. Такая целесообразность возникает пря контроле большой партии изделий, при проверке большого числа контролируемых опорных (реперных) точек у одного изделия и т. п.Существуют три метода статистической оценки:

1) По предельному отклонению (если ни одно изделие или ни одна точка отсчета не выходят за пределы некоторой допустимой величины);2) По среднеквадратичному отклонению;3) По максимальному отклонению для определенного числа случаев (обычно для 95%).

Величины отклонений от заданной величины подчиняются распределениям. характерным для конкретного метода измерений. Распределение показывает, какую долю от общего числа случаев (вероятность) может иметь то или иное значение величины. Важнейшее распределение непрерывного типа — нормальное распределение, в котором малых отклонений больше, чем больших, но могут быть редкие, но очень значительные отклоненияВо многих случаях предпочтительным для оценки большого числа случайных величин является логарифмическое распределение: где n — показатель, — погрешность, _пр — предельно допустимая погрешность. В этом случае имеет место предельное распределение, в котором за пределами максимально допустимого отклонения вероятность появления ошибки отсутствует полностью. Логарифмическое распределение — это не одно, а семейство предельных распределений. В частных случаях оно совпадает с другими видами распределений

Существуют и другие виды распределений, каждое из которых характерно дляконкретного физического процесса.

 

9.1) Законы сохранения количества движения (импульса), энергии и момента количества движения.

Из свойства симметрии пр-ва — его однородности следует закон сохранения импульса, импульс замкнутой сис-мы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени. Закон сохранения импульса справедлив не только в классической физ, хотя он и получен как следствие законов Ньютона. Эксперименты доказывают, что он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц, подчиняющихся законам квантовой механики. Импульс сохраняется для незамкнутой сис-мы, если геометрическая сумма всех внешних сила равна нулю. Закон сохранения импульса носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы.

Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Из однородности времени следует закон сохранения механиче­ской энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т. е. не изменяется со временем. Консервативные силы действуют только в потенциальных полях, характеризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами 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 положений. Если же работа, совершаемая силой, зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, то такая сила называется диссипативной; например сила трения. Механические сис-мы, на тела кот действуют только консервативные силы (внутренние и внешние), называются консервативными сис-мами. Закон сохранения механической энергии можно сформулировать еще и так: в консервативных сис-мах полная механическая энергия сохраняется. В диссипативных сис-мах механическая энергия постепенно уменьшается из-за преобразования ее в другие (немеханические) формы энергии. Этот процесс называется диссипацией, или рассеянием энергии. Строго говоря, все реальные сис-мы в природе диссипативные. Закон сохранения и превращения энергии — фундаментальный закон природы; он справедлив как для систем макроскопических тел, так и для микросистем.

В системе, в кот действуют консервативные и диссипативные силы, например силы трения, полная механическая энергия сис-мы не сохраняется. Следовательно, для такой сис-мы закон сохранения механической энергии не выполняется. Однако при убывании механической энергии всегда возникает эквивалентное количество энергии другого вида. Таким образом, энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. В этом заключается физическая сущность закона сохранения и превращения энергии — сущность неуничтожения материи и ее движения, поскольку энергия, по определению, — универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.

 

 

M=m0/sqrt(1-(v^2/c^2))