ФИЗИКА Преподаватель: Тупицкая Наталья Анатольевна – доцент, кандидат физико- математических наук Телефон кафедры:

Дисциплина «Физика» состоит из 5 модулей и изучается в течение 4-х семестров. I модуль – «Физические основы механики» II модуль – «Электричество и магнетизм» III модуль – « Колебательные и волновые процессы» IV модуль – «Квантовая физика» V модуль – «Физика макросистем» (Молекулярная физика и термодинамика)

Объем учебной работы по текущему первому семестру: - лекционный материал - 24 ч.; - практические занятия – 16 ч.; - лабораторные работы – 16 ч. Результатами самостоятельной работы студентов является: - представление отчетов по выполненным лабораторным работам; -решение контрольной работы. -Форма отчетности – дифференцированный зачет.

Основная литература Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высш. шк., Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Высш. шк., Трофимова Т.И. и Павлова З.Г. «Сборник задач по курсу физики с решениями». – М.: Высш. шк., 1999 Дополнительная литература Савельев И.В. Курс общей физики. – М.Наука, 1989 Савельев И.В. Курс физики. – М.Наука, 1989 Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Интеграл-Пресс, 1997

Задания на контрольные работы 1 «Физические основы механики»; 2 «Молекулярная физика. Основы термодинамики». Методические указания к выполнению контрольных работ – СПб.: Изд-во СЗТУ, Цаплев В.М., Орехова И.Г., Лиходаева Е.А., Михайлова С.В. Курс физики. Физические основы механики. Молекулярная физика и термодинамика. – СПб.: Из-во СЗТУ, 2006

Электронные адреса Задания на контрольные работы и учебные пособия издания СЗТУ можно найти на сайте университета: Вопросы по курсу физики и контрольным работам можно задавать преподавателям кафедры по электронной почте: nwpi.ru

Лекция 1. Кинематика поступательного и вращательного движения 1.1. Механическое движение 1.2. Кинематика материальной точки 1.3. Кинематика вращательного движения Преобразование скорости и ускорения при переходе к другой системе отсчета.

«Физика – наука о природе» Аристотель (384 – 342 до н.э.) Архимед (287 – 212 до н.э.) Цель изучения физики – сделать людей «господами и хозяевами природы». (Р. Декарт)

1.1. Механическое движение Механическим движением называется перемещение тел или частей тела друг относительно друга с течением времени. Механика Кинематика Динамика Совокупность неподвижных друг относительно друга тел, по отношению к которым рассматривается движе- ние исследуемого тела, система координат и отсчитывающих время часов образует систему отсчета. Механический – хитроумный (с гр.) Всякое движение относительно.

Система отсчета, связанная с Землей

Механическое движение поступательноевращательное Материальной точкой называется тело, размерами которой в данной конкретной задаче можно пре- небречь. При поступательном движении любая прямая, связанная с телом, остается параллельной самой себе. При вращательном движении все точки тела совершают движение по окружностям, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения.

1.2. Кинематика материальной точки (1.1) (1.2) y x z o s Положение материальной точки можно определить с помощью радиуса-вектора. Модуль радиуса-вектора;

Геометрические характеристики движения: траектория, путь ΔS и перемещение Δr. Траектория точки – это линия, описываемая этой точкой при ее движении относительно системы отсчета. В зависимости от вида траектории движение делится на прямолинейное и криволинейное. 1 2 Путь ΔS – длина траектории Единицы системы СИ: путь, величина перемещения – 1м время – 1с ΔSΔS

Задание 1. Автомобиль движется по прямой ровной дороге. Какие части автомобиля движутся поступательно? 1.Колеса. 2. Поршни цилиндра двигателя. 3. Корпус. 4. Вал двигателя Варианты ответа. А. только 3 Б. только 2 В. 1и 4 Г. 2 и 3

Эталоны длины и времени Эталон времени –водородный мазер, изготовленный в Швейцарии, стабильность которого Метр – длина пути, проходимого светом за 1/ долю секунды.

Кинематические характеристики движения 1. Скорость Скорость – характеризует быстроту перемещения точки по траектории: Средняя скорость Направлена по вектору перемещения.. Единицы системы СИ: скорость – 1м/с [1.3] [1.4]

Мгновенная скорость Мгновенная скорость направлена по касательной к траектории. [1.5] [1.6] Скоростью называется физическая величина, характеризующая быстроту перемещения, равная первой производной перемещения по времени. (1.6а)

Равномерное прямолинейное движение (траектория – прямая линия, v=const). (1.8) (1.7) τ – единичный вектор

2. Ускорение - характеризует быстроту изменения скорости Среднее ускорение: Мгновенное ускорение точки в момент времени t: (1.9) (1.10)

Единицы системы СИ: ускорение – 1м/с 2 При движении по криволинейной траектории: (1.11)

Задание 2. Ускорение материальной точки характеризует: а) меру инертности тела б) скорость перемещения в) быстроту изменения скорости.

Тангенциальное ускорение - касательная составляющая ускорения, характеризует изменение скорости по величине; направлено по касательной к траектории (1.12) Ускорение при криволинейном движении

Нормальное (центростремительное) ускорение, характеризует изменение скорости по направлению; R – радиус кривизны траектории; направлено по нормали к центру кривизны (1.13) Полное ускорение при криволинейном движении: (1.14)

Пример 1. Равнопеременное движение по окружности - модуль полного ускорения(1.15)

Равноускоренное прямолинейное движение (траектория – прямая линия, a=const). (1.16) (1.17) (1.18)

v t ΔtiΔti vivi В случае, когда скорость есть произвольная функция времени, пройденный путь рассчитывается по формуле: (1.19)

Задача 1.1 Материальная точка движется согласно уравнению x=A+Bt+Ct 2 +Dt 3, где С=1 м/с 2, D=-0,2 м/с 3. Определить, в какой момент времени ускорение равно нулю. Дано: С=1 м/с 2 D=-0,2 м/с 3 a(t 0 )=0 ___________ t 0 - ? Движение материальной точки происходит по оси Х, поэтому:

Задача 1.2 Скорость материальной точки меняется со временем t по закону. Найти: а) путь, пройденный от начала движения за 2 секунды; б) ускорение в конце первой секунды движения. Решение Дано: t 1 =0 t 2 =2 c t=1c Найти: а (1) – ? S - ? Найдем ускорение.

при t=1 с: Определим пройденный путь.

V t I III II Задание 3. На рис. изображен график зависимости скорости тела от времени. На участке III тело движется: а) равноускоренно б) равномерно. в) равнозамедленно.

1.3. Кинематика вращательного движения. Абсолютно твердое тело – это тело, расстояние между любыми двумя точками которого не меняется при движении. При вращении все точки тела описывают окружности вокруг одной прямой - оси вращения. Закономерности вращательного движения рассматриваем на простейшей модели.

Кинематические характеристики вращательного движения Единицы системы СИ: угол поворота – 1 радиан 1.Угол поворота (угловое перемещение) За время Δt тело осуществило угловое перемещение dφ. Вектор совпадает по направлению с осью вращения по правилу правого винта.

2. Угловая скорость ω. Угловой скоростью называется величина, характеризующая быстроту углового перемещения, и численно равная первой производной угла поворота по времени и направленная вдоль оси вращения по правилу правого винта Единицы системы СИ: угловая скорость – 1 рад/с

Равномерное вращение (ω=const) (1.20) (1.7) (1.21) Найдем связь линейной и угловой скорости

Угловым ускорением называется физическая величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости и численно равная первой производной угловой скорости по времени. Единицы системы СИ: угловое ускорение – 1 рад/с 2 3. Угловое ускорение Угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение - псевдовекторы

Равноускоренное вращение (β=const) (1.22) (1.16)

(1.23) (1.17) Если угол поворота является произвольной функцией времени, то его можно определить из соотношения: (1.23а)

Связь углового ускорения с линейным. (1.24) (1.25)

Задание 4. Точка А находится на расстоянии 2 м от оси вращения, а точка В – на расстоянии 4 м от оси. Линейная скорость точки А: 1.в два раза больше, чем линейная скорость т. В; 2.в два раза меньше линейной скорости т.В; 3.равна линейной скорости т. В Выберите правильный вариант ответа

Задача 1.3 Колесо радиусом 0,3 м вращается согласно уравнению φ=5-2t+0,2t 2. Найти нормальное, тангенциальное и полное ускорение точек на ободе колеса через 5 с после начала движения. Дано: R=0,3 м t 0 =2 c φ=5-2t+0,2t 2 а n -? a τ - ? а пол - ? Решение.

Технические характеристики вращательного движения Число оборотов N=φ/2π (1.26) Частота вращения - число полных оборотов в единицу времени. = N/t = ω/2π (1.27) (1.28) Период вращения T - время одного полного оборота тела вокруг оси вращения. Т = 1/ = 2π/ω Единицы системы СИ: частота – 1/с, об/с, с -1 ( Гц) период - с

1.4. Преобразование скорости и ускорения при переходе к другой системе отсчета. 1. Система К´ движется поступательно по отношению к системе К. (1.29) (1.30) (1.31)

2. Система К´ вращается с ω=const вокруг оси, неподвижной в системе К. (1.32)(1.34)(1.35) Кориолисово ускорение (1.33) (1.36)

Осестремительное ускорение 3. Система К´ вращается с ω=const вокруг оси, перемеща- щейся поступательно со скоростью v 0 и ускорением a 0 по отношению к системе К. (1.37) (1.38)

Задача. Зависимость скорости тела от времени при прямолинейном движении дана уравнением. Найти величину ускорения тела в момент времени 2 с и путь, пройденный телом за интервал времени от 0 до 2 с. Дано: Решение