Предмет физики и его связь со смежными науками

1.

Предмет физики и его связь
со смежными науками.
• Физика (природа в переводе с греческого) – одна
из основных наук о природе, изучающая общие
свойства и законы движения вещества
физических полей.
• Физика – наука, устанавливающая закономерные
связи посредством наблюдений явлений в
природе и посредством лабораторных опытов.
Согласие результатов научного анализа с
результатами опыта – критерий истинности
наших познаний об окружающем мире.

2.

Механика

3.

Механика – учение о простейшей форме
движения материи, которое состоит в
перемещении тел или их частей
относительно друг друга. Механика –
учение о механическом движении.
Механику обычно делят на 3 части:
кинематику, статику, динамику.

4.

В кинематике рассматривается
движение тел вне связи с
причинами, которые вызывают
это движение или изменяют его.
В статике изучаются законы равновесия
одного тела или системы тел.
Динамика рассматривает законы движения
тел и причины, которые вызывают или
изменяют движение.

5.

Единицы и системы
измерений
Измерить какую-либо физическую
величину – это значит сравнить ее с
другой
однородной
физической
величиной, принятой за единицу
измерения.
Следовательно,
для
измерения
физических
необходимо выбрать единицы измерения (эталоны).
величин
Эталоны можно выбрать произвольно, но они
должны удовлетворять следующим требованиям:
а) легко воспроизводиться в любом количестве;
б) должны быть удобны для пользования в практической
деятельности.

6.

При анализе сложных процессов,
где трудно проследить и выявить
основные
причинные
связи,
стараются прежде всего отделить
главные
закономерности
от
второстепенных.
При этом с целью упрощения рассматривают
условную схему явления, пользуясь научными
абстракциями.
Без
применения
физических
абстракций, отображающих только частично
процесс или какую-либо из его сторон, любая, даже
простейшая, задача будет разрешимой.

7.

В механике пользуются следующими
абстракциями:
а) материальная точка;
б) абсолютно твердое тело;
в) абсолютно упругое тело
и др.

8.

Материальная
точка
–
понятие применимое к такому
телу, размерами и формой
которого можно пренебречь по
сравнению с размерами величин
, характеризующими движение
этого тела.
Совокупность нескольких тел, каждое из
которых можно считать материальной
точкой
–
называется
системой
материальных точек.

9.

Тело – макроскопическая система,
размеры которой во много раз
превышают
расстояние
м/у
составляющими ее молекулами.
Абсолютно твердое тело – система материальных
частиц, расстояние между которыми не изменяется
при произвольных перемещениях этой системы.
А.т.т. – тело, которое ни при каких условиях не
деформируется.
Абсолютно упругое тело – тело, основными
характеристиками которого являются его упругие
свойства. А.у.т. – тело, для которого силы
однозначно определяют деформации и наоборот.

10.

Изотропность
–
одинаковость
физических свойств среды по всем
направлениям.
Механическая
система
–
это
мысленно выделенная совокупность
материальных точек, движущихся
согласно
законам
классической
механики
и
взаимодействующих друг с другом и с телами, не
включенными в состав этой совокупности.
Замкнутая система – механическая система, на
каждое из тел которого не действуют внешние силы
Изолированная
система
–
система,
не
подвергающаяся никаким внешним воздействиям.

11.

Пространство и время
Категории обобщающие основные формы
существования
материи.
Пространство-время
реагирует
на
движение сквозь него массы, всё
пространство целиком искривляется
из-за наличия и свойств массы и энергии
во Вселенной.

12.

Пространство – одно из основных
понятий физики, при помощи
которого описываются свойство
протяженности
и
взаимного
расположения объектов.
Пространство выражает порядок существования отдельных
объектов.
Время – одно из основных понятий физики, при
помощи которого, описываются длительность и
последовательность событий, т.е., под временем
понимается свойство материальных процессов иметь
определенную длительность и следовать друг за
другом
в определенной последовательности
и
развиваться по этапам и стадиям.
Время выражает порядок смены явления.

13.

Собственное время – время
отсчитанное
по
часам
движущимся
вместе
с
телом.
Однородность пространства – независимость
законов движения системы от параллельного
переноса системы отсчета.
Однородность времени – независимость
законов движения системы от выбора от
выбора начала отсчета времени.

14.

Для
записи
количественных
соотношений (законов), связывающих
различные физические величины,
необходимо кроме их определения
указать способ измерения и единицы
измерения.
Способ
измерения
‒
это
указание
экспериментальных действий, которые необходимо
выполнить, чтобы сравнить значение величины с
единицей измерения и получить численное значение
величины, например координаты частицы x.

15.

Размерность. Системы
единиц

16.

Термин "система единиц" употребляется
в двух смыслах.
В широком смысле система единиц
характеризуется
выбором
основных
величин и формулами, определяющими
остальные величины через основные,
причем масштабы основных величин не
фиксируются.
Система
единиц
в
узком
смысле
дополнительно
характеризуется также определенным выбором масштабов
основных единиц.
В теории размерности термин
понимается в широком смысле.
"система
единиц"

17.

В связи с построением систем
единиц
возникает
понятие
размерности.
Можно было бы (так и поступали раньше) для каждой физической
величины установить свою единицу, никак не связанную с единицами других
величин. Но тогда в уравнения, выражающие физические законы, вошло бы
множество числовых коэффициентов. Их значения не укладывались бы ни в
какую простую и легко запоминаемую схему, а определялись бы случайным
выбором единиц. Такое множество числовых коэффициентов весьма сильно
усложняло бы формулы. Во избежание этого в физике уже давно
отказались от независимого выбора единиц для всех физических величин, а
стали применять системы единиц, построенные по определенному
принципу.

18.

Принцип этот
следующем.
заключается
в
Некоторые физические величины условно
принимаются за основные или первичные, т.
е.
такие,
для
которых
единицы
устанавливаются произвольно и независимо.
В механике применяется система LMT, в которой за основные
величины принимаются длина ( ), масса ( ) и время ( ).
Выбор основных величин и их число произвольны. Это ‒ вопрос
соглашения.
В Международной системе единиц (сокращенно СИ) за
основные приняты семь величин: длина, масса, время,
температура, сила электрического тока, сила света и
количество вещества.

19.

Длина
L– 1м
Масса
M – 1 кг
Время
Температура
Количество
вещества
T– 1с
θ–1К
v – 1 моль
Метр равен 1.650.763,73 длин волн в вакууме
излучения оранжевого цвета изотопа криптона 86 в
вакууме, соответствующего переходу м/у уровнями
2р10 и 5d3.
Килограмм равен массе международного прототипа
килограмма.
Секунда – время, в течение которого совершается 9
192 631 770 колебаний (равна … периодам
излучения), соответствующих резонансной частоте
энергетического
перехода
м/у
сверхтонкой
структуры основного состояния атома цезия-133.
Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической
температуры тройной точки воды (затвердевания
дистиллированной воды при 101 325 Па).
Равен количеству вещества системы, содержащей
столько же структурных элементов (атомов),
сколько содержится атомов в 0,012 кг нуклида
углерода С12.

20.

Сила тока
Сила света
Плоский угол
Телесный угол
I – 1А
Ампер равен силе не изменяющегося тока,
который при прохождении по двум ||
прямолинейным проводникам ∞ длины и
ничтожного малой площади кругового сечения,
расположенным в вакууме на расстоянии 1 м
один от другого, вызывал бы на каждом участке
проводника длиной 1 м силу взаимодействия,
равную 210ּ–7 Н
J – 1 кд
Кандела равна
силе
света
в заданном
направлении
источника,
испускающего
монохроматическое излучение частотой 54010ּ12
Гц, энергетическая сила света которого в этом
направлении составляет 1/683 Вт/ср
1 рад
Радиан равен углу м/у двумя радиусами
окружности, длина дуги м/у которыми равна
радиусу.
1 ср
Стерадиан равен телесному углу с вершиной в
центре сферы, вырезающему на поверхности
сферы площадь, равную площади квадрата со
стороной, равной радиусу сферы.

21.

Первоначальный
эталон
метра,
реализованный в виде стержня из сплава
платины
и
иридия,
недостаточно
надежен.
Он
подвержен
внешним
влияниям, его свойства могут измениться
с течением времени
– старение
материала.
Предпочтительнее в качестве основной единицы взять какую-либо
естественную, точно воспроизводимую длину.
В качестве такой длины принималась длина световой волны
определенной узкой спектральной линии, получаемой при
определенных, строго контролируемых внешних условиях.
С помощью такой естественной длины и воспроизводилась
практическая единица длины - метр.

22.

Метр ‒ длина пути, проходимая светом
в
вакууме
интервала
в
течение
временного
1/299792458
секунды.
Отсюда следует, что скорость света по
определению
принимается
792 458 м/с (точно).
равной
299

23.

Секунда
‒
это
промежуток
времени, в течение которого
совершается 9 192 631 770
колебаний электромагнитного
излучения,
между
соответствующего
двумя
сверхтонкими
переходу
уровнями
основного состояния атома цезия-133 в
отсутствие внешних полей.

24.

В качестве эталона массы попрежнему используется цилиндр из
платиново-иридиевого
сплава,
хранящийся в Севре (Франция).
Величины, не являющиеся основными, называются
производными или вторичными. Для них единицы
устанавливаются из требования, чтобы числовые
коэффициенты, входящие в физические законы или
формулы, служащие определением рассматриваемых
величин, принимали определенные, заранее выбранные
значения.

25.

Размерность физической величины
еще не определяет ее единицу. Она
устанавливает только связь между
единицами
различных
физических
величин.
Размерность дает правило, позволяющее определить,
как
меняется
единица
производной
величины
при
изменении
масштабов
величин.
Это
правило,
выраженное
математической формулы, называется
размерности.
физической
основных
в
виде
формулой

26.

Понятие размерности возникает в
связи
с
требованием,
одной и той
чтобы в
же системе единиц
количественные соотношения между различными
физическими величинами выражались одними и
теми же формулами, независимо от того, каковы
единицы
основных
физических
величин.
требованием определяется общий
размерности" физических величин.
вид
Этим
"формул

27.

Если
величина
зависит
от
нескольких основных физических
величин,
то
легко
получить
обобщенное соотношение, которое
выражает
любую
физическую
величину через основные единицы
длины , массы и времени
у Lp M q T r ,
где p, q, r ‒ постоянные числа
(1)

28.

Безразмерными
физических
комбинациями
величин
называются
такие, которые в рассматриваемой
системе единиц имеют нулевую
размерность.
Их численные значения не меняются при изменении
масштабов
единиц
основных
величин.

29.

Системы отсчета и
описание движения
• Движение
–
перемещение
тел
в
пространстве
относительно некоторой системы отсчета.
• Механическое движение – перемещение тел или их частей
друг относительно друга (процесс изменения положения
тела или его частей по отношению к другим телам или
друг другу).
• Относительное движение – изменение положения тела со
временем по отношению к подвижной системе отсчета.
• Абсолютное движение – изменение положения тела со
временем по отношению к инерциальной системе отсчета,
условно принимаемой за неподвижную.

30.

• Переменное движение – прямолинейное движение точки, при
котором численное значение ее скорости является функцией
времени.
• Переносное движение – абсолютное движение той малой
области подвижной системы отсчета, через которую в
данный момент движется данная точка.
• Плоское движение – движение при которой все точки
твердого тела перемещаются параллельно некоторой
неподвижной плоскости.
• Поступательное движение – движение твердого тела при
котором любая прямая, связанная с телом, перемещается
параллельно самой себе.
• Равномерное движение – движение при которой численное
значение скорости не зависит от времени.
• Равнопеременное движение – движение материальной точки
с постоянным по величине ускорением.
• Свободное
движение
механическими связями.
–
движение
неограниченное

31.

Системы отсчета
Система отсчета – совокупность точек
пространства и материального тела
относительно
которого
определено
положение точек пространства, т.е. тело,
с которым жестко связаны произвольная
система координат и часы.
Абсолютная система отсчета – инерциальная система
отсчета условно принятая за неподвижную.
Инерциальная система отсчета – система отсчета,
относительно которой материальные точки сохраняют свою
скорость постоянной (т.е. движутся равномерно и
прямолинейно), если они не подвергаются действию какихлибо тел или это действие компенсируется.
Относительная система отсчета – система отсчета,
движущаяся по отношению к абсолютной системе отсчета.

32.

Системы координат
• Чтобы описывать движение мат. точек и тв. тел,
необходимо условится о способе задания положения точек.
Задача заключается в том чтобы придать "адреса" всем
точкам системы отсчета т.о., чтобы каждая точка
имела свой, отличный от других "адрес" и каждый "адрес"
приводил только к одной точке → вводится система
координат.
• Произвольно выбранное неподвижное реальное или условное
абсолютно твердое тело, по отношению к которому
рассматривается движение исследуемого тела, называется
телом отсчета.
• Координаты – числа, заданием которых определяется
положение точки на плоскости, на поверхности или в
пространстве.
• Процедура
соотнесения
точкам
пространства
соответствующих чисел называется арифметизацией
пространства.

33.

Наиболее простыми и важными
являются следующие системы
координат:
• на плоскости
• в пространстве

34.

На плоскости
• прямоугольная декартова
система координат
• полярная система координат

35.

Вектор
–
это
величина,
характеризующаяся
численным
значением (модулем) и направлением
Величины, определяемые только численным
значением и не имеющие направление, называются
скалярами
Единичным вектором называется вектор, модуль
которого равен единице.
Единичный вектор указывает только определенное
направление в пространстве, например:

36.

Радиус вектор – вектор, задающий
положение точки в пространстве
относительно некоторой заранее
фиксированной точки, называемой
началом координат
Длина, или модуль радиус-вектора ‒ расстояние, на
котором точка находится от начала координат,
стрелка вектора ‒ указывает направление на эту
точку пространства

37.

Прямоугольная декартова система координат
• прямоугольная декартова система координат это система
в которой двумя числами x и y
характеризуется
положение точки М(x, y) в пространстве (ими являются
расстояния от начала координат до проекций точки на ее
координатные оси)

38.

Полярная система координат
• Полярная система координат это система в которой двумя
числами, характеризующими положение точки М(ρ, φ) на
плоскости, являются длина ρ и угол φ между лучом,
проведенным из начала координат и отрезком прямой,
соединяющим начало координат и точку

39.

В пространстве
• прямоугольная декартова система
координат
• цилиндрическая система
координат
• сферическая система координат

40.

Прямоугольная декартова система координат.
• Положение точки М(х, у, z) однозначно характеризуется
3-мя
числами
–
координатами
являющимися
расстояниями х, у и z от начала координат до проекции
ее на оси координат.

41.

Цилиндрическая система координат
• Характеризуют
положение
точки
три
числа:
расстояния ρ, z до начала координат и угол φ между
отрезком ρ и осью х.
• Переход к декартовым прямоугольным координатам
имеет вид: х = ρ cos(φ), y = ρ sin(φ), z = z .

42.

Сферическая система координат.
• Характеризуют положение точки три числа: расстояние r
от
нее
до
начала
координат
и
углы
φ
и
θ
Преобразования координат: x = r sin(θ) cos (φ), y = r sin(θ)
sin(φ), z = r cos (θ).
Кроме того, система отсчета снабжена часами с помощью которых
однозначно определяется моменты времени, соответствующие разным
положениям в пространстве движущегося тела.