Лекция по "Физике"

Кинетика  Вращательного и

поступательного движений.

Кинематика - раздел механики, в котором изучается механическое движение тел без учета причин, вызывающих движение. Механическим движением называют изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел. Простейшим механическим движением является движение материальной точки - тела, размеры и форму которого можно не учитывать при описании его движения. Движение материальной точки характеризуют траекторией, длиной пути, перемещением, скоростью и ускорением. Траекторией называют линию в пространстве, описываемую точкой при своем движении. Расстояние, пройденное телом вдоль траектории движения, -путь(S).Перемещение   - направленный отрезок, соединяющий начальное и конечное положение тела.Длина пути - величина скалярная, перемещение - величина векторная. Средняя скорость   - это физическая величена, равная отношению вектора перемещения   к промежутку времени, за которое произошло перемещение:

.Мгновенная скорость или скорость в данной точке траектории   - это физическая величина, равная пределу, к которому стремится средняя скорость при бесконечном уменьшении промежутка времени Dt:

Величину характеризующую изменение скорости за единицу времени, называют средним ускорением  : Аналогично понятию мгновенной скорости вводится понятие мгновенного ускорения : .При равноускоренном движении ускорение постоянно.Простейший вид механического движения-прямолинейное движение точки с постоянным ускорением.Движение с постоянным ускорением   называется равнопеременным; в этом случае: ;  ;  .Частным случаем прямолинейного движения с постоянным ускорением является падение тел с небольшой высоты (много меньшей радиуса Земли). ;  ;  Простейшим видом криволинейного движения является равномерное движение точки по окружности: ;  ;где   и  .Связь между линейными и угловыми величинами при вращательном движении: ;  ;  ;  .Любое сложное движение можно рассматривать как результат сложения простых движений.Результирующее перемещение равно геометрической сумме и находится по правилу сложения векторов.Скорость тела и скорость системы отсчета так же складывается векторно. ,  .При решении задач на те или иные разделы курса, кроме общих правил решения, приходится учитывать некоторые дополнения к ним, связанные со спецификой самих разделов.Задачи по кинематике, разбираемые в курсе элементарной физики, включают в себя: задачи о равнопеременном прямолинейном движении одной или нескольких точек, задачи о криволинейном движении точки на плоскости. Мы рассмотрим каждый из этих типов задач отдельно.Прочитав условие задачи, нужно сделать схематический чертеж, на котором следует изобразить систему отсчета, и указать траектории движения точки. После того как выполнен чертеж, с помощью формул: ;  ;  .

Динамика Поступательного  и вращательного движений.

В динамике изучают законы движения тел с учетом причин, обуславливающих  характер данного движения.Меру взаимодействия тел, в результате которого тела деформируются или приобретают ускорения, называют силой. Сила - величена векторная; она характеризуется числовым значением, направлением действия и точкой приложения к телу.Всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока приложенные к телу силы не вызовут изменения этого состояния. Это свойство, присущее всем телам, называют инерцией, а тела, им обладающие,- инертными.Меру инертности тел при поступательном движении называют массой тел.I закон Ньютона. Если равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна нулю, то точка находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. ;  .II закон Ньютона. Второй закон Ньютона устанавливает соотношения между силой, массой и ускорением. .Если учесть; что  , то получим второй закон в другом виде:  ..III закон Ньютона. Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, направлены по одной прямой, равны по модулю, но противоположны по направлению.  или  .Следствием второго и третьего законов Ньютона является один из фундаментальных законов природы - закон сохранения импульса. .Например, для системы, состоящей из двух тел, выполняется соотношение: .Силы, рассматриваемые в механике:а) Гравитационная сила или сила тяготения  ;б) Сила тяжести p = mg; в) Силы упругости при упругой деформации пропорциональны деформации: F_упр = - k Dx;д) Сила трения скольжения F = mN 

.Законы сохранения в механике

Закон Сохранения Импульса

Система, на которую не действуют  внешние силы (или действие сил  скомпенсировано), называется замкнутой. В ней имеется несколько величин, которые при движении тел не изменяются со временем. К таким величинам  относятся импульс тел и энергия.

Закон Сохранения Механической Энергии

Если в замкнутой системе  не действуют силы, трения и силы сопротивления, то сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел системы остается величиной  постоянной.

Работа и Энергия

работа - физическая величина, равная произведению силы, перемещения  и косинуса угла между направлением действия силы и косинуса угла между направлением действия силы А=FScosa

МКТ. Идеальный  газ.

все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов; частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений. Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, Уравнение Менделеева – Клапейрона  PV=m/M*RT Если (изотермический) температура газа остается постоянной, то выполняется закон Бойля–Мариотта pV=const Если (изобарный)постоянным остается давление, то выполняется закон Гей-Люссака::P/V=const Наконец, если постоянен объем, то справедлив закон Шарля: P/T= const. Для смеси газов справедлив закон Дальтона. Давление смеси идеальных газов равняется сумме парциальных давлений каждого из газов в отдельности.

ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ  ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА.

молекулы любого газа всегда находятся в поле тяготения Земли. Вследствие этого, каждая молекула массой m испытывает действие силы тяжести f =mg. Число молекул в объеме равно произведению его объема dV=Sdh на число молекул   в единице объема. Полный вес молекул в выделенном элементе равен а давление равно уравнение для концентрации молекул преобразуется к виду 1. Теплопроводность. Если в первой области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем во второй, то вследствие постоянных столкновений молекул с течением времени происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул, т. е., выравнивание температур. Перенос энергии в форме теплоты подчиняется закону Фурье:  Диффузия. При происходит самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел; диффузия есть обмен масс частиц этих тел, при этом явление возникает и продолжается, пока существует градиент плотности.  Внутренняя вязкозть- из-за хаотического теплового движения осуществляется обмен молекулами между параллельными слоями жидкости или газа, в результате чего импульс слоя, который движется быстрее, уменьшается, который движется медленнее — увеличивается, что приводит к торможению слоя, который движется быстрее, и ускорению слоя, который движется медленнее.  ;

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ  ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ  ПО СТЕПЕНЯМ СВОБОДЫ. ТЕПЛОЕМКОСТЬ.

В общем случае, внутренняя энергия U = i/3 VRT, где i - количество степеней свободы. Для одноатомного газа она равна 3 (движение по XYZ), для двухатомного 5 (движение по XYZ + вращение вокруг двух осей) и так далее. При исследовании движения тела необходимо знать его положение относительно выбранной системы координат. Для этого вводится понятие о степенях свободы тела. Число независимых координат, которые полностью определяют положение тела в пространстве, называется числом степеней свободы тела. В однородном газе, молекулы которого имеют любое число степеней свободы i, каждая молекула в среднем обладает энергией движения, равной Теплоёмкость тела физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплотыδQ, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры Δt Удельной теплоёмкостью называется теплоёмкость, отнесённая к единичному количеству вещества. 

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ К  РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ. АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС.

Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая  система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.при изобарном процессе при изохорном процессе (А=0) при изотермическом процессе  Адиабати́ческий, или адиаба́тный проце́сс это термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается тепловой энергией с окружающим пространством ( )  

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ТЕПЛОВАЯ МАШИНА.ЦИКЛ КАРНО. КПД ЦИКЛА КАРНО ПОНЯТИЕ ОБ ЭНТРОПИИ. 

невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому. Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая что коэффициент полезного действия не может равняться единице. Теплова́я маши́на — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа.Идеальная тепловая машина — машина, в которой произведённая работа и разница между количеством подведённого и отведённого тепла равны. Работа идеальной тепловой машины описывается циклом Карно. Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.

. КПД цикла карно. Термодинамическая энтропия — термодинамическая функция, характеризующая меру неупорядоченности термодинамической системы, то есть неоднородность расположения и движения её частиц. ,

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ (НАПРЯЖЕННОСТЬ, ПОТЕНЦИАЛ, ИХ СВЯЗЬ). ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ. РАБОТА ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ЗАРЯДА В ЭЛЕКТРИЧЕКОМ ПОЛЕ.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела. Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжённость электрического поля  Электростатический потенциа́л (см. также кулоновский потенциал) — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Формула электростатического потенциала (кулоновского потенциала) точечного заряда: Модуль напряженности в любой точке поля численно равен разности потенциалов, приходящейся на единицу длины линии напряженности. Чем меньше Δl, тем теснее расположены эквипотенциальные поверхности, тем больше в этом месте напряженность поля. В однородном поле Δl может быть любое. Если Δl = d, то результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

Наиболее известен принцип  суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть сумма напряженностей полей отдельных зарядов. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.Аналогичным свойством обладает и гравитационное поле, и в этом нет ничего удивительного, так как гравитационные и кулоновские силы описываются одинаковыми соотношениями.Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение:Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными или консервативными.

ПОСТОЯННЫЙ ТОК. СИЛОВЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ( I И J). ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ЭДС, НАПРЯЖЕНИЕ). ЗАКОНЫ ОМА И ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА В ИНТЕГРАЛЬНОЙ ФОРМЕ. МОЩНОСТЬ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ.

Постоя́нный ток — упорядоченное движение заряженных частиц(электронов, ионов, дырок)  (электрический ток,) параметры, свойства, и направление которого не изменяются со временем. Силой тока называется физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. ; Плотностью тока называется вектор, модуль которого равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площадку, перпендикулярную направлению тока, к величине этой площадки, а направление вектора совпадает с направлением движения положительного заряда в токе.

Электродвижущая сила — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительногозаряда вдоль контура. Электри́ческое напряже́ние — физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, совершаемой при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда. U=A/q. Зако́н О́ма — физический закон, определяющий связь  между Электродвижущей силой источника или напряжением с силой тока и сопротивлением проводника. Закон Ома для полной цепи: ток короткого замыкания I=ЭДС/r Закон Ома для участка электрической цепи имеет вид: U = RI. В дифференциальной форме j=σ*E

Закон джоуля-ленца  физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока ,  Мощностью тепловых потерь называется величина, равнаяколичеству выделившегося тепла в единицу времени.  - объемная мощность.