Общая физика. Введение в предмет. Лекция 1

1. Общая физика Лекция 1 Введение в предмет

Трушин Олег
Станиславович
Зав. лаб. ЯФ ФТИАН РАН,
Доц. каф. нанотехнологии в
электронике ЯрГУ

2. Структура курса

Механика
Молекулярная физика
Электричество и магнетизм
Оптика
Атомная и ядерная физика

3. План лекции

Физика как наука
Цели и задачи механики
Кинематика. Основные понятия. Материальная
точка и абсолютно твердое тело.
Кинематика материальной точки(траектория,
перемещение, скорость, ускорение).
Относительность движения. Закон сложения
скоростей.
Кинематика движения точки по окружности.
Нормальное и тангенциальное ускорения

4. Физика как наука

1.1.Физика–от древнегреческого φύσις(физикс)-природа.
Физика—область естествознания, наука, изучающая
наиболее общие и фундаментальные закономерности
явлений природы, определяющие структуру и
эволюцию материального мира.
Цель физики–получение качественных и количественных
данных о взаимодействии тел, свойствах и поведении
вещества в различных условиях, составление
прогноза(предсказания) того, что будет происходить в
различных ситуациях

5. Физический закон

Физический закон —эмпирически установленная и
выраженная в строгой словесной и/или математической
формулировке устойчивая связь (количественное
соотношение) между физическими величинами,
повторяющимися явлениями, процессами и состояниями
тел и других материальных объектов в окружающем мире.
Эмпирическая подтверждённость.
Универсальность.
Устойчивость.
Законы или принципы не могут быть доказаны логическим
путём. Их доказательством является опыт.

6. Принцип относительности Эйнштейна

Все физические процессы в инерциальных системах
отсчёта протекают одинаково, независимо от того,
неподвижна ли система или она находится в
состоянии равномерного и прямолинейного движения.
Все уравнения, выражающие законы природы,
инвариантны по отношению к преобразованию
координат и времени от одной инерциальной системы
отсчёта к другой.
Принцип инвариантности скорости света.

7. Цели и задачи механики

Механика есть наука о движении и
равновесии тел.
Механическим движением называют
изменение положения тел или их частей в
пространстве относительно друг друга с
течением времени.
Основная задача механики–определить
положение тела в любой момент времени.

8. Пределы применимости классической механики

размер
Релятивистская
механика
Классическая
механика
1 нм
Квантовая
механика
0.1 c
скорость

9.

МЕХАНИКА
Изучает движение макроскопических
тел- материальных объектов от атомов до звезд.
Механика изучает не любое движение тел,
а только их перемещение в пространстве
СТАТИКА
КИНЕМАТИКА
ДИНАМИКА
Изучает движение тел
без учета причин,
вызвавших это движение
Изучает
равновесие
тел
Изучает причины,
вызвавшие механическое
движение

10. Кинематика

Кинематика занимается описанием
движения, отвлекаясь от его причин.
Тело отсчета и связанная с ним
система координат в совокупности с
часами для отсчета времени образуют
систему отсчета.
Единицы измерения: координата–метр(м),
время–секунда(с).

11. Системы координат

1.Декартова система координат
2.Сферическая система координат
3.Цилиндрическая система координат
4.Полярная система координат (на
плоскости)
5.Географическая система координат

12. Физические модели в механике

Материальная точка – тело размерами
которого в данной задаче можно
пренебречь
Абсолютно твердое тело –это тело,
расстояние между любыми двумя точками
которого остается постоянным при его
движении.
Поступательное и вращательное
движения твердого тела.

13. Описание движения материальной точки

а)координатный способ:
x(t ), y (t ), z (t )
б)векторный способ (радиус-вектор):
r r (t )
Перемещение–вектор, соединяющий начальное положение точки
с конечным:
r r r0
Траектория – линия, описываемая при движении материальной точкой.
Путь – длина траектории -
s

14. Векторы

Скалярное произведение – это число:
a b ax bx a y by az bz a b cos
Векторное произведение – это вектор,
численно равный площади параллелограмма
и направленный по нормали к плоскости (a,b) :
c [a b ]
x
z
y
a
b
c
a
c a b a b sin
c x a y bz a z by
Производная вектора:
b
a a x ex a y ey a z ez
da d (a n ) da
dn
a
n a
a n a n
dt
dt
dt
dt

15. Скорость материальной точки

Мгновенная скорость точки определяется выражением:
r s
v lim
v
t 0 t
t
т.е. Мгновенная скорость есть
вектор, направленный по
касательной к траектории

16. Перемещение и путь

Перемещение
t2
r v dt
t1
Путь
t2
s v dt
t1
s
r

17. Скорость в декартовых координатах

r
Z
ez
ex
X
ey
v
r x ex y e y z ez
орты
ex e y ez 1
Y
v r x ex y ey z ez

18. Сферические координаты

r
Z
X
Y
x r sin cos
y r sin sin
z r cos

19. Скорость в сферических координатах

ds
d
r
e
v dr dr e r der
r r er
r
dt
dt
dt
der er d er d
dt
dt dt
er ds
e e
d
er ds
e sin e
d
v v er r e r sin e

20. Ускорение

Ускорение – это скорость изменения скорости
dv d 2 r
a
2
dt dt
В декартовых координатах
a v x ex v y ey v z ez x ex y ey z ez

21. Движение с постоянным ускорением

a const
v v0 a t
2
a t
r r0 v0 t
2
v
g

22. Ускорение при криволинейном движении

dv d (v ) dv
d
a
v
dt
dt
dt
dt
1
d ds
n
s R
dt
s dt
Тангенциальное и нормальное ускорение
2
v
a v n
R
2
4
v
a v 2
R

23. Относительность движения. Закон сложения скоростей.

r r 0 r
Классический нерелятивистский
случай
v v 0 v
a a
t t
Принцип относительности Галилея

24. Равномерное движение по окружности

Угловая скорость - псевдовектор
d
w
n
dt
v w r
Период обращения
1
w
f
T 2
2
T
w
Частота вращения
Центростремительное ускорение
v2
a
w2 R
R

25. Угловое ускорение

d
dt
a [ r ]
2
an w r
Тангенциальное ускорение
Нормальное ускорение

26. Кинематика движения точек колеса I

x A xO R sin
y A yO R cos
xO vO t
yO R
w t
Отсутствие проскальзывания
w R vO
=>
vA ( 0) 0
x A vO t R sin( w t )
y A R R cos( w t )

27. Кинематика движения точек колеса II

v A, x vO 1 cos( wt )
v A, y vO sin( w t )
v A 2vO sin( wt / 2)
a A, x vO w sin( wt )
a A, y vO w cos( w t )
Радиус кривизны траектории в верхней точке ( = )
a A, n w 2 R
vA
2
=>
4R

28. Рекомендуемая литература

Савельев И.В. Курс общей физики т.1
Иродов И.Е. Задачи по общей физике
2 контрольные работы и экзамен