1. Предмет і метод фізики та її зв'язок з суміжними науками

Название	1. Предмет і метод фізики та її зв'язок з суміжними науками
Анкор	Shpori.docx
Дата	11.08.2018
Размер	1.26 Mb.
Формат файла
Имя файла	Shpori.docx
Тип	Документы #22815
страница	1 из 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Предмет і метод фізики та її зв'язок з суміжними науками

1.1.1. Фізика та її зв’язок з суміжними науками

Фізика – наука про найбільш загальні властивості і форми руху матерії. Закони фізики можуть бути як ті, що формують наукову картину світу і розвивають прогрес, діяльність людського суспільства, так і ті, що направлені на знищення людського суспільства.

Фізика – наука про найбільш прості, але загальні об’єктивні властивості в просторово-часових законах матерії, яка рухається; кількісних і якісних її змінах, що пов’язані з будовою, взаємодією і перетворенням усіх її видів і станів.

Фізика вивчає швидкість, прискорення, силу, роботу і енергію у всіх процесах, що відбуваються.

Матерія – об’єктивна філософська категорія для позначення об’єктивної реальності, яка дана людині в її відчуттях; яка копіюється, фотографується, відображається нашими відчуттями, існуючи незалежно від них. Матерія: те, що існує об’єктивно; непізнаваєма. Існує 2 типи матерії: речовина (атоми, молекули і все, що побудоване з них) і поле (електромагнітне, гравітаційне та інші поля). Різні типи матерії можуть перетворюватись одна в одну; наприклад, електрон і позитрон – в протони. Матерія існує тільки в русі. Рухається в просторі і часі, що є формами існування матерії. Таким чином, фізика пізнає просторово-часові закони руху матерії.

Фізика має спільні об’єкти і методи дослідження з іншими природничими науками, внаслідок чого виникли цілі галузі знань: фізична хімія, хімічна фізика, хімічна термодинаміка, астрофізика, біофізика, геофізика та ін.

2. Кінематика матеріальної точки. Швидкість. Прискорення.

Кінема́тика ---це розділ механіки, у якому вивчається рух матеріальних тіл у просторі з геометричної точки зору, тобто не ураховуючи сил, що визначають цей рух.

Розділ механіки, у якому розглядаються опис механічного руху, без урахування впливу діючих на тіло зовнішніх сил.

Кінематика вивчає механічний рух тіл, не розглядаючи причин, що його викликали. Опис механічного руху в кінематиці грунтується на з'ясуванні характеру змін із часом координат, переміщень, швидкостей. Щоб описати рух тіла, треба встановити закон зміни в часі координат чи швидкостей тіла відносно інших тіл. Зміна положення тіла в просторі з плином часу характеризується переміщенням. Це векторна величина, яка визначає не лише зміну положення тіла, а й напрям, у якому відбувався рух.

Материальная точка  — тело, размерами которого по сравнению с характерными расстояниями данной задачи можно пренебречь.

Радиус-вектор — вектор, определяющий положение материальной точки в пространстве: $\vec r = \{ r_1,r_2,...,r_n \}$ . Здесь  — координаты радиус-вектора. Геометрически изображается вектором, проведенным из начала координат к материальной точке. Зависимость радиус-вектора (или его координат ) от времени  называется законом движения.

Траектория — Годограф радиус-вектора, то есть — воображаемая линия, описываемая концом радиус-вектора в процессе движения. Иными словами, траектория — это линия вдоль которой движется материальная точка. При этом закон движения выступает как уравнение, задающее траекторию параметрически. Длину участка траектории между начальным и конечным моментами времени часто называют пройденным расстоянием, длиной пути или вульгарно — путем и обозначают буквой S. При таком описании движения S выступает в качестве обобщенной координаты, а законы движения в этом случае записывается в виде S = S(t) и аналогичны соответствующим законам для координат. Например закон равноускоренного криволинейного движения может быть записан в виде:

$s=s_0+v_{s_0} t+ \frac {a_s t^2}{2}$ ,

Где :  — модуль начальной скорости, а  — Тангенциальное ускорение.

Описание движения при помощи понятия траектории — один из ключевых моментов классической механики . В квантовой механике движения носит бестраекторный характер, а значит само понятие траектория теряет смысл.

Перемещение — векторная физическая величина, равная разности радиус-векторов в конечный и начальный моменты времени:

$\delta \vec r(t_2,t_1) = \vec r(t_2) - \vec r(t_1)$ .

Иными словами, перемещение — это приращение радиус-вектора за выбранный промежуток времени.

Средняя скорость — векторная физическая величина равная отношению вектора перемещения к промежутку времени, за который происходит это перемещение:

$\vec v_{cp}(t_1,t_2) = \frac{\delta \vec r}{\delta t} = \frac{\vec r(t_2) - \vec r(t_1)}{t_2-t_1}$ .

Мгновенная скорость — векторная физическая величина, равная первой производной от радиус-вектора по времени:

$\vec v(t) = \frac{d \vec r(t)}{dt}$ .

Характеризует быстроту перемещения материальной точки. Мгновенную скорость можно определить как предел средней скорости при устремлении к нулю промежутка времени, на котором она вычисляется:

$\vec v(t_1) = \lim_{t_2 \rightarrow t_1} \vec v_{cp}(t_1,t_2) = \lim_{\delta t \rightarrow 0} \frac{\delta \vec r(t)}{\delta t}$ .

Единица измерения скорости в системе СИ— м/с, в системе СГС — см/с. Мгновенная скорость всегда направлена по касательной к траектории.

Мгновенное ускорение — векторная физическая величина, равная второй производной от радиус-вектора по времени и, соответственно, первой производной от мгновенной скорости по времени:

$\vec a (t) = \frac{d \vec v(t)}{dt} = \frac{d^2 \vec r(t)}{dt^2}$ .

Характеризует быстроту изменения скорости. Единица ускорения в системе СИ— м/с², в системе СГС — см/с². В случае движения в плоскости вектор ускорения можно разложить по сопутствующему базису: на вектор нормального и тангенциального ускорения:

$\vec a (t) = a _n(t) \vec{n}+a_{\tau}(t) \vec{\tau}$ .

Здесь  — единичный вектор нормали,  — единичный вектор касательной. Величина  называется нормальным ускорением и характеризует скорость изменения направления движения. Нормальное ускорение выражается через мгновенную скорость и радиус кривизны траектории:

$a_n (t) = \frac {v(t)^2} {r}$ .

В случае движения по окружности нормальное ускорение называется центростремительным. Как видно из предыдущей формулы, при движении по окружности с постоянной скоростью нормальное ускорение постоянно по модулю и направлено к центру окружности.

Величина  называется тангенциальным ускорением и характеризует величину изменения модуля скорости:

$a_\tau = \frac{d|v|}{dt}$ .

3. Кінематика абсолютно твердого тіла. Поступальний рух твердого тіла. Обертальний рух. Взаємозвязок між кутовими та лінійними характеристиками.

Абсолю́тно тверде́ тíло — тіло, яке ні за яких умов не деформується і за всіх умов відстань між двома точками (або точніше між двома частинами) якого залишається постійною..Деформацією можна знехтувати.

Обертальним рухом твердого тіла називають такий його рух, при якому всі точки, з яких складається тіло, описують кола, що лежать у паралельних площинах, а геометричне місце центрів цих кіл утворює пряму, яку називають віссю обертання.

Розглянемо поступальний і обертальний рухи абсолютно твердого тіла.

Поступальний рух абсолютно твердого тіла можна описати рухом окремої його точки. Як зазначалося в підрозділі 1.1, абсолютно твердим називають тіло, яке не змінює своєї форми при будь-яких діях. Інакше кажучи, відстань між будь-якими точками абсолютно твердого тіла залишиться сталою за всіх умов. Звичайно, таких тіл у природі не існує. Це поняття є зручною ідеалізацією, справедливою лише тоді, коли можна нехтувати деформацією тіл.

Обертанням абсолютно твердого тіла навколо нерухомої осі називається такий його рух, при якому всі точки тіла рухаються в площинах, перпендикулярних до нерухомої прямої, що називається віссю обертання тіла, і описують кола, центри яких лежать на цій осі (рис. 10). Обертання навколо осі

тіла можна здійснити, закріпивши нерухомо дві його точкиO і O₁.

Кінематичною характеристикою напрямку і швидкості обертання тіла є кутова швидкість.

Кутовою швидкістю називається векторна величина, яка дорівнює першій похідній кута повороту тіла по часу:

.

Вектор визначає положення осі обертання, напрямок і швидкість обертання тіла.

Лінійна швидкість точки (рис. 11)

З цього рівняння і рис. 14 випливає, що вектор лінійної швидкості дорівнює векторному добутку вектора швидкості на радіус-вектор :

.

Якщо за час t тіло здійснює N обертів, то час, протягом якого обертове тіло здійснює один повний оберт , називається періодом обертання. З іншого боку, тіло, яке рівномірно обертається з кутовою швидкістю w, за час Т повертається на кут j = 2p. Тому

.

Кількість обертів за одиницю часу називається частотою обертання:

.

При рівномірному обертанні

.

Зміна вектора кутової швидкості з часом характеризується кутовим прискоренням.

Середнім кутовим прискоренням називається фізична величина, яка дорівнює відношенню зміни кутової швидкості до проміжку часу , за який ця зміна відбулася:<

.

Миттєвим кутовим прискоренням називається границя середнього кутового прискорення:>

. Отже, кутове прискорення дорівнює першій похідній по часу від кутової швидкості. Кутове прискорення, як і кутова швидкість, є псевдовектором.

4. Перетворення Галілея.

Перетворення Галілея — назва перетворень у класичній механіці, згідно з якими змінюються значення фізичних величин при переході між різними інерційними системами відліку.

1 2 3 4 5 6 7 8