Материал: Краткий курс физики. учебное пособие. Гиоргадзе А.Л., Бурова С.В

КРАТКИЙ КУРС

ФИЗИКИ

ГОУВПО «Воронежский государственный технический

университет»

А.Л. Гиоргадзе С.В. Бурова А.А. Долгачев Г.В. Янов

КРАТКИЙ КУРС ФИЗИКИ

Часть 1

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2007

УДК 531.07

Краткий курс физики: учеб. пособие / А.Л. Гиоргадзе, С.В. Бурова, А.А. Долгачев, Г.В. Янов. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007. Ч.1. 84 с.

Учебное пособие содержит сжатое изложение основных вопросов механики, механических колебаний и волн, молекулярной физики и термодинамики. Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для всех технических специальностей по дисциплине «Физика».

Учебное пособие предназначено для студентов технических специальностей очно-заочной, заочной и сокращенной форм обучения при подготовке к экзаменам, практическим и лабораторным работам, а также для студентов очной формы обучения как дополнение к известным курсам физики и как удобное руководство для быстрого восстановления в памяти повторяемого материала.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе Microsoft Word и содержится в файле «ФизикаЧ1.doc».

Табл. 5. Ил. 69. Библиогр.: 8 назв.

Рецензенты: кафедра физики и химии Воронежского филиала

Российского государственного открытого технического университета путей сообщения (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Н.Н.Прибылов);

канд. физ.-мат. наук, доц. М.Н. Гаршина

© Гиоргадзе А.Л., Бурова С.В.,

Долгачев А.А., Янов Г.В., 2007

© Оформление. ГОУВПО

«Воронежский государственный технический университет», 2007

О главление

Предисловие

Учебное пособие содержит сжатое изложение основных вопросов механики, механических колебаний и волн, молекулярной физики и термодинамики в соответствии с программой курса физики для подготовки специалистов по инженерным специальностям втузов, обучающихся по укороченной программе после окончания среднетехнических учебных заведений.

Теоретический материал, изложенный в пособии, соответствует требованиям государственного образовательного стандарта высшего и профессионального образования к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по учебной дисциплине «Физика».

Небольшой объем учебного пособия достигнут с помощью тщательного отбора и лаконичного изложения материала. В пособии изложены основные физические понятия, сформулированы физические законы, приведены основные формулы, даны элементы векторного анализа. Изложение материала ведется без громоздких математических выкладок, должное внимание обращается на физическую суть явлений и описываемых понятий и законов.

Настоящее пособие включает введение, четыре основных главы, вопросы для самоконтроля и заключение.

Во введении показано место физики в современном научном естествознании, отмечена роль физики, как основы теоретической подготовки инженеров.

В первой главе рассмотрены основные элементы векторного анализа: даны понятия векторным и скалярным величинам, изложены правила действий над векторами.

Во втором разделе рассматриваются физические основы механики: кинематика и динамика материальной точки и тела, законы сохранения импульса, энергии, момента импульса, механика жидкостей, газов и твердых тел, неинерциальные системы отсчета, некоторые вопросы специальной теории относительности.

Третий раздел посвящен гармоническим колебаниям и упругим волнам. Рассмотрены различные виды колебаний: собственные, затухающие, вынужденные. Даны их дифференциальные уравнения и решения. Описано явление резонанса. Рассмотрены колебания пружинного, физического и математического маятников. Рассмотрено распространение волн в упругой среде, явление интерференции, появление стоячих волн.

В четвертом разделе раскрываются основные понятия и положения молекулярной физики и термодинамики, приводится основное уравнение состояния идеального газа, рассматриваются основные положения кинетической теории идеального газа, распределения Максвелла и Больцмана, вводится понятие теплоемкости и внутренней энергии идеального газа, энтропии, формулируются три начала термодинамики, рассмотрены свойства реальных газов.

Вопросы для самоконтроля, составленные по основным главам, помогут студентам подготовиться к экзамену по курсу общей физики.

В заключении отмечена необходимость данного пособия, которое благодаря своей специфике: краткому и лаконичному изложению - может помочь студентам в изучении курса общей физики.

Изучение материалов данного пособия, включая примеры решения задач и вопросы для самоконтроля, будет очень полезно при подготовке к отчету лабораторных работ и к экзаменам. Кроме того, пособие можно рассматривать как дополнение к известным курсам физики, и как удобное руководство для быстрого восстановления в памяти повторяемого материала.

Курс физики составляет основу теоретической подготовки инженеров и играет роль фундаментальной базы, без которой невозможна успешная деятельность инженера, его ориентация в различных областях науки и техники.

Физика – это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.

Физика тесно связана с естественными науками и техникой. С одной стороны физика выросла из потребностей техники, с другой стороны, от развития физики зависит технический уровень производства. Физика – база для создания новых отраслей техники. Формирование достаточной теоретической базы в области физики позволит будущим инженерам ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечит им возможность использования новых физических принципов в тех областях техники, в которых они специализируются.

Цели и задачи изучения дисциплины – получение фундаментальных знаний по физике, формирование представления о единой физической картине окружающего мира.

После изучения дисциплины необходимо знать

• Важнейшие законы движения материи, физические теории и суть физических явлений.

• Фундаментальные опытные факты.

• Границы применимости различных физических понятий, законов, теорий.

После изучения дисциплины необходимо уметь

• Наблюдать физические явления, выделять существенные и отбрасывать несущественные факторы.

• Устанавливать качественные и количественные связи между разными сторонами физических явлений.

• Применять полученные знания для анализа физических явлений, предвидеть следствия, вытекающие из физических теорий.

• Строить физические модели и решать конкретные задачи.

Содержание дисциплины

Содержание дисциплины составляет следующая тематика.

• Элементы векторного анализа.

• Кинематика материальной точки. Координатная и векторная формы описания движения материальной точки. Перемещение, скорость, ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Вычисление пути.

• Кинематика твердого тела. Угловая скорость и угловое ускорение и их связь с линейными характеристиками движения.

• Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Масса и импульс. Сила. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Преобразования Галилея. Принцип относительности. Границы применимости ньютоновской механики.

• Силы в природе. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести и вес тела. Упругие силы. Силы трения. Сухое и жидкое трение.

• Неинерциальные системы отсчета. Движение материальной точки в неинерциальной системе отсчета. Силы инерции. Неинерциальность системы координат, связанной с Землей, ее проявления в геофизических явлениях.

• Внешние и внутренние силы. Замкнутая система. Сохраняющиеся величины. Импульс системы материальных точек. Закон сохранения и изменения импульса. Центр масс. Работа переменной силы. Мощность.

• Кинетическая энергия. Консервативные силы. Потенциальная энергия частицы в поле. Полная механическая энергия частицы. Закон ее сохранения. Связь между потенциальной энергией и силой поля. Закон сохранения механической энергии системы. Общефизический закон сохранения энергии.

• Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удар.

• Момент импульса материальной точки и системы материальных точек. Момент силы. Закон сохранения и изменения импульса.

• Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Примеры вычисления момента инерции для тел правильной геометрической формы.

• Элементы гидро- и аэродинамики. Механика несжимаемой жидкости. Неразрывность струи. Уравнение Бернулли. Истечение жидкости из отверстия.

• Вязкость. Ламинарное и турбулентное течения. Движения тел в жидкостях и газах.

• Элементы специальной теории относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразование Лоренца. Пространство и время в специальной теории относительности. Релятивистский импульс и релятивистское уравнение динамики. Релятивистское выражение кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии.

• Гармонические колебания и их характеристики. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Собственные гармонические колебания. Пружинный, физический, математический маятники. Гармонический осциллятор, его энергия.

• Сложение гармонических колебаний одинакового направления. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.

• Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент. Добротность.

• Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс.

• Волны в упругих средах. Волновое уравнение. Уравнение бегущей волны. Основные характеристики волн. Продольные и поперечные волны.