Связь физики с различными сферами жизни

1. ФИЗИКА

Основная литература
Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. -М:
Высшая школа, 2002.- 542 с.
Суслопаров А.М., Василевский Л.С. Механика. Молекулярная
физика. Термодинамика. Учебное пособие. Киров: ОАО «Дом
печати – ВЯТКА», 2008. – 224 с.
Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Издательство Физико-математической литературы, 2007. – 640 с.
Дополнительная литература
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учебное пособие
для втузов. -М: Высшая школа, 2000.- 718 с.
Савельев И.В. Курс общей физики физики. Учебное пособие.
В 3-х тт. СПб.: Издательство «Лань», 2006.
Волькенштейн В.С. Сборник задач по курсу физики.— СПб.:
Книжный мир, 2003. – 328 с.
Яворский Б.М., Детлаф А.А., Лебедев А.К. Справочник по
физике для инженеров и студентов вузов. – М.: ООО
«Издательство Оникс», 2006. – 1056 с.

2. Связь физики с различными сферами жизни

техника
•Техника определяет
направление
физических
исследований
•От физики зависит
технический уровень
производства
Естестве
нные
науки
• астрофизика
• геофизика
• Физическая
химия
• Биофизика
Медицина
• Открытия в
Философи физике
определяют
я
современное
ФИЗИКА
Военное
дело
видение мира
Промышленность

3. ФИЗИКА – это наука, изучающая общие свойства и законы движения материи (вещества и поля)

Основным методом исследования в физике
является опыт (эксперимент). Это основанное на практике чувственно-эмпирическое познание объективной действительности, то есть
наблюдение исследуемых явлений в точно
учитываемых условиях, позволяющих следить
за
ходом
явлений
и
многократно
воспроизводить его при повторении этих
условий.

4.

• ГИПОТЕЗА –научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого- либо явления и
требующее проверки на опыте и теоретического
обоснования, чтобы стать достоверной теорией.
• ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ – устойчивые, повторяющиеся физические закономерности, существующие в природе.
• ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ –
действие, выполняемое с помощью средств
измерений, для нахождения значений этих
величин в принятых единицах (сравнение с
одноименной физической величиной, принятой
за эталон).

5. Система Интернациональная (СИ)

МЕТР (м)
КИЛОГРАММ (кг)
СЕКУНДА (с)
АМПЕР (А)
КЕЛЬВИН (К)
МОЛЬ (моль)
КАНДЕЛЛА ( кд)
РАДИАН (рад),СТЕРАДИАН (ср)дополнительные единицы измерения

6.

• МЕТР- единица длины, равная 1650763,73
длины волны в вакууме излучения, соответствующему переходу между уровнями 2р10 и
5d5 атома криптона Kr-86.
• КИЛОГРАММ-единица массы, равная массе
международного прототипа килограмма (платино-иридиевого цилиндра, хранящегося в
международном бюро мер и весов (Франция).
• СЕКУНДА- единица времени, равная
9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома
цезия Cs-133.

7.

• АМПЕР- единица силы тока, равная силе неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и исчезающе малого кругового сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м
один от другого, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2∙10⁻⁷ Н на каждый метр длины.
• КЕЛЬВИН- единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической
температуры тройной точки воды.
• МОЛЬ- единица количества вещества, равная такому его количеству, в котором содержится столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода ¹²С.

8.

• КАНДЕЛЛА- сила света в заданном направлении
источника, испускающего монохроматическое
излучение частотой 540∙10¹² Гц, энергетическая
сила света которого в этом направлении
составляет 1/683 Вт/ср.
Дополнительные единицы измерения
• РАДИАН –угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу
окружности (1 рад≈57,2957⁰).
• СТЕРАДИАН- телесный угол с вершиной в центре
сферы, вырезающий на поверхности сферы
площадь, равную площади квадрата со стороной
равной радиусу сферы.

9. Производные единицы измерения

Для установления производных единиц
изме-рения используют физические законы,
связы-вающие соответствующие
физические величи-ны с физическими
величинами, измеряемыми в основных
единицах.
v=s/t
[ м/с]
Размерность физической величины- её
выра-жение в основных единицах
измерения. Например, размерность силы
(через 2 закон Ньютона): F=ma
dim F=MLT⁻²

10. РАЗДЕЛЫ ФИЗИКИ

Физика
Колебания и
волны
Механика
Оптика. Квантовая
природа излучения
Молекулярная
физика и
термодинамика
Электричество и
электромагнетизм
Квантовая
физика атомов
молекул и
твердых тел
Физика
атомного
ядра и
элементарны
х частиц

11. МЕХАНИКА- раздел физики, в котором изучают закономерности механического движения и причины вызывающие или изменяющие это

движение.
• МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕизменение с течением времени
взаимного расположения тел или
их частей.

12. История механики

Античность III
в.до н.э
Аристотель,
Архимед
IX век.
Бируни,
Хайям
XVI век
Галилей
(15641642)
XVII век
Ньютон
(16431727)
XX век Эйнштейн
(1879-1955)

13. Разделы механики

Классическая
механика
Механика
Релятивистская
механика
Квантовая
механика
Кинематика
Механика
Динамика
Статика

14.

• Классическая механика - (механика
Галилея-Ньютона) изучает законы движения
макроскопических тел, скорости которых
малы по сравнению со скоростью света
(с=3∙10⁸ м/с).
• Релятивистская механика - основана на
специальной теории относительности (СТО),
изучает законы движения макроскопических
тел со скоростями сопоставимыми со скоростью света.
• Квантовая механика - служит для описания
движения микроскопических тел (отдельных
атомов и элементарных частиц), для которых
не применимы законы классической механики.

15.

• Статика - в данном разделе механики исследуются законы сложения сил и условия
равновесия твердых, жидких и газообразных
тел.
• Кинематика – в данном разделе механики
приводится математическое описание механического движения тел безотносительно к
тем причинам, которые вызывают тот или
иной конкретный вид механического движения.
• Динамика - в данном разделе механики рассматривается влияние взаимодействия между телами на их механическое движение.

16. КИНЕМАТИКА

17. ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

• Материальная точка - тело обладающее
массой, размерами которого в данной
задаче можно пренебречь.
• Макроскопическое тело (система тел) тело (система тел), которое можно разбить
на малые взаимодействующие между
собой части, каж-дая из которых может
рассматриваться как материальная точка.
• Абсолютно твёрдое тело - тело, которое
ни при каких условиях не может
деформировать-ся, и расстояния между
любыми двумя точками этого тела всегда
постоянны.

18. ДВИЖЕНИЕ

• Поступательное движение - движение,
при котором любая прямая, жестко связанная с движущимся телом, остается
параллельной своему первоначальному
положению.
• Вращательное движение - движение,
при котором все точки тела движутся по
окружностям, центры которых лежат на
одной оси.

19. Кинематика поступательного движения

20. Кинематические уравнения материальной точки

• Положение материаль-
ной точки (тела) опре- r
деляется по отношению
к какому-либо другому,
произвольно выбранному телу - телу отсчета. С
ним связана система
отсчета: совокупность
системы координат и
часов с телом отсчета.
• Число независимых координат однозначно определяющих положение
в пространстве - число
степеней свободы
r t .
x x t
y y t
z z t
z
A
ṙ
x
y

21. Траектория материальной точки

• Траектория материальной точкилиния, описываемая этой точкой в
пространстве.
• Длина пути - ΔS=ΔS(t) - длина участ r r r0
ка траектории АВ, пройденного
точкой с момента начала отсчета
ΔS
z
времени (величина скалярная).
A
• Перемещение - r - приращение
r0 r В
радиус-вектора точки за время Δt
r
• При прямолинейном движении
x
модуль перемещения равен
y
пройденному пути Ι rΙ=ΔS

22. Скорость

• Скорость - величина, которой определяется как
быстрота движения, так и его направление в данный момент времени.
• Вектор средней скорости - отношение
приращения радиуса-вектора точки r к
промежутку времени Δt. Направление вектора
средней скорости совпадает
с направлением
r
радиус вектора r
t
При Δt→0 средняя скорость стремится к предельному значению, называемому мгновенной скоростью

23.

• Мгновенная скорость - векторная
величина, равная первой производной радиус-вектора движущейся точки по времени. Направлена
по касательной к траектории дви
жения
r dr
lim
t 0
t dt
По мере уменьшения Δt путь
ΔS
будет приближаться к | r | , то есть
r
| r |
S dS
| v | | lim
| lim
lim
t 0 t
t 0 t
t 0 t
dt
dS
dt
r0
А
r
В
ΔS

24. Ускорение

• Ускорение- величина, характе
ризующая быстроту изменения
ΔS
скорости по модулю и направ- А a
a
лению в случае неравномерВ
1
ного движения.
an
• Среднее ускорение - векторная
r
r
величина, равная отношению
изменения скорости к
a -полное ускорение
интервалу времени t , за
которое произошло это
a -тангенциальное
изменение.
ускорение
a n -нормальное
a
t
ускорение

25.

• Мгновенное ускорение - (ускорение материальной
точки в момент времени t), предел среднего ускорения при t 0 (первая производная скорости по
времени).
v dv
a lim a lim
t 0
t 0 t
dt
• Тангенциальная составляющая ускорения - равна
первой производной по времени от модуля скорости, определяя тем самым быстроту изменения
скорости по модулю. Направлен вектор тангенциального ускорения по касательной к траектории
движения.
v dv
a lim
t 0 t
dt

26.

• Нормальная составляющая ускорения – характеризует быстроту изменения скорости по направлению. Вектор нормального ускорения направлен
по нормали к траектории к центру её кривизны.
2
v
an
r
• Полное ускорение тела- геометрическая
сумма тангенциальной и нормальной
составляющих
a a an
a a a
2
2
n

27. Типы движения в зависимости от ускорения

1. Прямолинейное равномерное
движение
a 0
a 0
an 0
2. Прямолинейное равнопеременное
движение
ê 0
a a const
an 0
a a
t
t
tê t0
0 at
t
at 2
S dt 0 at dt 0 t
2
0
0

28.

3. Прямолинейное движение с
переменным ускорением
a f (t )
an 0
4. Равномерное движение по окружности
a 0
an const
(При a 0 скорость не изменяется по модулю,
2
а изменяется по направлению)
r-постоянный радиус кривизны.
an
r

29.

5. Равномерное криволинейное движение
a 0
a n 0
6. Равнопеременное криволинейное
движение
a const
an 0
7. Криволинейное движение с
переменным ускорением
a f (t )
an 0

30. Кинематика вращательного движения

31. Угол поворота

• Пусть некоторая точка
движется вокруг своей оси
по окружности радиусом R.
d
Её положение через
R
промежуток времени Δt
зададим углом Δϕ.
R dϕ
dS
Элементарные (бесконечно
малые) углы поворота d
рассматривают как
d
векторы, модули которых • Направление вектора
определяется при
равны углу поворота.
помощи правила
правого винта
(буравчика).

32. Угловая скорость

• Угловая скорость векторная величина,
равная первой
производной от угла
поворота по времени.
Вектор направлен
вдоль оси вращения по
правилу правого винта.
0 t
0t
d
R
t
2
2
d
lim
t 0 t
dt
v

33.

• Скорость поступательного движения можно
выразить через угловую скорость
S
| R |
lim
lim
R lim
R
t 0 t
t 0 t
t 0 t
R
В векторном виде
В скалярном виде R
Если ω=const, вращательное движение
можно охарактеризовать периодом
вращения Т
2
T

34.

• Период вращения Т- время, за которое
совершается полный оборот
(прохождение точкой угла 2π)
2
2
2
T
t T
T
• Частота вращения - число полных
оборотов, совершаемых телом в единицу
времени при его равномерном движении
по окружности
2
1
T
2

35. Угловое ускорение

• Угловое ускорениевекторная величина, равная
первой производной угловой
скорости по времени. При
ускоренном движении
сонаправлен вектору .
• При замедленном движении
направлен в сторону
противоположную .
2
d
0
dt
1
d
0
1
2
dt
d
dt

36. Связь между линейными и угловыми величинами

• Тангенциальная составляющая ускорения
d R
d
a
R
R
dt
dt
• Нормальная составляющая ускорения
an
2
R
2R2
R
2R
• Связь между линейными и угловыми
величинами
S R
R a R
an R
2