Предмет физики. Вводная. Лекция 1

1.

Лекция 1. Вводная.

2.

План лекции
• Предмет физики.
• Физический объект, физическое явление,
физический закон.
• Физика и современное естествознание.
• Системы отсчёта. Кинематика материальной
точки.
• Угловые скорость и ускорение твёрдого тела.
• Классический закон сложения скоростей и
ускорений при поступательном движении
подвижной системы отсчета.

3.

Предмет физики
Физика (с древнегреческого переводится как ПРИРОДА) – это наука,
изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности
природы, свойства и строение материи, законы ее движения. Вследствие
этой̆ общности не существует явлений природы, не имеющих физических
свойств или сторон. Понятия физики и её законы лежат в основе всего
естествознания.
По современным представлениям во Вселенной̆ существуют материя и
темная материя (dark matter), энергия и темная энергия (dark energy).
Согласно современным исследованиям, темная энергия составляет
примерно 73% наблюдаемой̆ Вселенной̆, темная материя − 23%,
оставшиеся 4% материи приходятся на обычную материю и энергию.
Эти наиболее изученные нами 4% материи включают в себя вещество,
физические поля и физический̆ вакуум.
В разделе «Механика» мы ограничимся рассмотрением таких понятий,
как вещество и физические поля.

4.

Понятия «вещество» и
«физические поля»
Вещество – это элементарные частицы, атомы, простые и
сложные неорганические и органические молекулы, такие как,
например, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и все тела,
построенные из них.
Физические поля – это
К полям относятся: гравитационные, электромагнитные,
ядерные, слабые и др.
Различные виды материи могут превращаться друг в друга.

5.

Пример:
Например, при аннигиляции электрона –е и позитрона +е
(антиэлектрон) они превращаются в гамма-кванты, которые
являются переносчиками электромагнитных волн, т.е.
− e + + e → 2γ .
Если гамма-квант с большой̆ энергией̆, например с Eγ = 1, 02 МэВ,
взаимодействует с полем атомного ядра, то он превращается в
позитрон +е и электрон –е, т.е. поле переходит в вещество:
Материя вечно и непрерывно
непрерывном движении.
развивается,
находясь
в

6.

Физический объект, физическое
явление, физический закон.
Для описания строения и свойств материи, явлений природы
необходимы физические теории и законы.
Физические законы – устойчивая связь между повторяющимися
явлениями, процессами и состояниями тел и других материальных
объектов в окружающем мире. Выявление физических
закономерностей составляет основную задачу физической науки.
Физические законы лежат в основе технических наук.
Физический объект – выделенная для анализа часть физического
мира. Одной из простейших моделей физического объекта
является точка – это тело, размерами которого в условиях данной
задачи можно пренебречь.
Материальная точка – точка, имеющая массу.
Точечный заряд – точка, имеющая электрический заряд.

7.

Физическая величина - характеристика одного из свойств физического
объекта: - общая в качественном отношении многим физическим
объектам; но - индивидуальная в количественном отношении для
каждого объекта. Физическими величинами называются характеристики
процессов или свойств тел, которые могут быть определены
количественно с помощью тех или иных измерений. В настоящее время
для систем единиц принята международная система (СИ).
Физическим опытом называется воспроизведение явления в
искусственных (лабораторных) условиях, исключающих второстепенные
связи, сказывающиеся на явлении.
Для объяснения экспериментальных данных выдвигаются гипотезы.
Гипотеза – это научное предположение, выдвигаемое для объяснения
какого-либо факта или явления и требующее проверки и доказательства
для того, чтобы стать научной теорией или законом.
Физическая теория представляет собой стройную систему основных
идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные
закономерности природы. Физическая теория дает объяснение целой
области явлений природы с единой точки зрения.
Раньше всех развивалась классическая теория, основоположниками
которой являются Г. Галилей, И. Ньютон и др.

8.

Основные определения механики
Механика изучает изменение с течением времени
взаимного положения материальных тел в пространстве и
происходящие при этом взаимодействия между ними.
Классическая механика справедлива для любых тел, кроме
элементарных частиц. Скорости движения тел должны быть
малы по сравнению со скоростью света, c = 3 108 м/с. В
основе классической механики, как уже упоминалось, лежат
законы Ньютона.
Релятивистская механика, или специальная теория
относительности, справедлива при любых скоростях, в том
числе, сравнимых со скоростью света. Согласно специальной
теории относительности, скорости тел не могут превышать
скорость света.
Квантовая механика изучает движение элементарных
частиц.

9.

Классическая механика делится на
кинематику, динамику и статику.
Кинематика - раздел механики, изучающий движения тел в
пространстве и времени без рассмотрения вызывающих это
движение взаимодействий.
Динамика изучает движение тел, учитывая взаимодействия
между телами, которые обуславливают тот или иной
характер движения.
Статика изучает законы равновесия системы тел. Эти
законы следуют из законов динамики.
Основная задача механики - предсказывать будущее
положение тел рассматриваемой системы. Рассмотри
подробнее что нужно чтобы находить положение тел в
любой момент времени.

10.

Системы отсчёта. Кинематика
материальной точки.
Кинематика – раздел механики, изучающий движение
тел в пространстве и во времени без причин, которые
вызывают движение или его изменения.
В физике при решении задач рассматривают модели
физических объектов в виде абстракций. Таковыми
являются материальная точка, система отсчета,
траектория, вектор перемещения и др.

11.

Материальной точкой называют абстракцию реального
тела, размерами и формой которого пренебрегают в данной
задаче. При этом тело рассматривается как геометрическая
точка, обладающая массой, равной массе тела.
Пример:
Вопрос о том, можно ли данное тело рассматривать как
материальную точку или нет, зависит от условий задачи.
Например, рассматривая вращение Земли вокруг Солнца,
можно Землю принять за материальную точку, т.к. размеры
нашей планеты во много раз меньше расстояния от Земли до
Солнца.
В то же время относительно наблюдателя, находящегося на
Земле, Земля – это огромное космическое тело протяженных
размеров.
Таким образом, критерием материальной точки должно
быть соотношение: d << r , где d – размер тела,
r – расстояние от тела до наблюдателя.

12.

Телом
отсчета
называется
тело,
относительно
которого
рассматривается движение другого тела.
Для количественного определения положения тела в каждый момент
времени необходимо выбрать систему координат, а также иметь
часы.
Система отсчета – совокупность системы координат и часов,
связанных с телом отсчета, по отношению к которому изучается
движение других тел. Система отсчета может быть как инерциальной,
так и неинерциальной.
Инерциальной системой отсчета (ИСО) называется система отсчета,
относительно которой все тела либо движутся равномерно и
прямолинейно, либо покоятся.
Пространство, описываемое классической механикой, считается
однородным и изотропным. Математически такое пространство
описывается геометрией Евклида.
Выбор системы отсчета определяется целью и удобством описания
движения точек или тел. В качестве системы координат применяют,
например, декартову (правую) систему, или сферическую и т.д.
Если в качестве абстрагированной системы отсчета принята
прямоугольная система отсчета (ПСО), тогда все точки
пространства определяются тремя числами − координатами x, y, z
(рис1)

13.

Траектория, перемещение.
Траектория
точки
–
множество
(геометрических) точек в пространстве,
которые проходит (физическая) точка при
своем движении.
Уравнение траектории – это уравнение,
выражающая
соотношение
между
пространственными координатами (время в
классической
физике
не
является
пространственной координатой.)

14.

Закон движения - это закон изменения радиус-вектора
точки, выраженный в виде