Презентация "Система отсчёта" по физике – проект, доклад

Физика

Лекции для студентов ФТКиТ

Башарин Сергей Артемьевич

Литература:

1. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для инженерно-технич. специальностей вузов - М.: Академия, 2010. 2. Савельев И.В. Основы теоретической физики: учебник в 3 томах. 3-е изд., - СПб. : Издательство "Лань", 2005. 3. Чертов А.Г. Задачник по физике: учеб. пособие для втузов / А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв. - 9-е изд., перераб. и доп. - М. : изд. Физико-математической литературы, 2009. 4. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов / Т.И. Трофимова, 3-е изд. - М. : Оникс 21 век; Мир и образование, 2005.

Физика – это наука о простейших формах движения материи и общих законах природы.

«Физика – это наука, изучающая общие свойства движения вещества и поля»

Академик А.И. Иоффе:

Между физическим величинами существует связь. Чтобы ее установить, величины необходимо сравнивать с соответствующими эталонами. Для этого вводится единая система основных единиц: Международная Система единиц (СИ).

Даты перехода на метрическую систему. Страны, которые не приняли систему СИ в качестве основной или единственной (Либерия, Мьянма, США).

Основные физические единицы: Метр (м) (длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 с.) Килограмм (кг) (масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа) Секунда (с) (время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133)

Ампер (А) (сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создаст между этими проводниками силу, равную 210–7 Н на каждый метр длины) Кельвин (К) (1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды) Моль (моль) (количество вещества системы, содержащей столько же структур­ных элементов, сколько атомов содержится в изотопе углерода С массой 12 г) Кандела (кд) (сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 5401012 Гц).

Радиан (рад) (угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу) Стерадиан (ср) (телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы)

Дополнительные физические единицы:

Производные физические единицы: получаются из законов, связывающих их с основными единицами, пример – скорость.

Раздел 1. Механика

Механика — часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.

Механическое движе­ние — это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.

Разделы механики: Кинематика. Изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обусловливают. Динамика. Изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение. Статика. Изучает законы равновесия системы тел.

1.1. Структура механики. Модели в механике

Модели в механике (определения): Материальная точка — тело, обладающее массой, размерами которого можно пренебречь. Абсолютно твердое тело – тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя точками (или точнее между двумя частицами) этого тела остается постоянным. Абсолютно упругое тело – деформация которого подчиняется закону Гука, а после прекращения внешнего воздействия такое тело полностью восстанавливает свои первоначальные размеры и форму. Абсолютно неупругое тело – полностью сохраняющее деформированное состояние после прекращения действия внешних сил.

1.2. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения

Система отсчета — совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчета.

Телом отсчета называется произвольно выбранное тело, по отношению к которому определяется положение материальной точки.

В физике наиболее часто используется декартовая система координат. В декартовой системе положение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремя координатами x, y и z или радиусом-вектором r, проведенным из начала системы координат в данную точку.

При движении материальной точки ее координаты определяется скалярными уравнениями: x = x(t), у = y(t), z = z(t), или векторным уравнением: r = r (t). Эти уравнения называются кинематическими уравнениями движения материальной точки.

Число независимых координат, полностью определяющих положение точки в пространстве, называется числом степеней свободы.

Траектория движения материальной точки — линия, описыва­емая этой точкой в пространстве. Движение может быть прямолинейным и криволинейным.

Длина участка траектории АВ, пройденного материальной точкой с момента начала отсчета времени, называется длиной пути s и является скалярной функцией времени: s = s(t).

Вектор r = r — r0, проведенный из начального положения А в конечное В называется перемещением.

1.3. Скорость

Скорость – это векторная величина, которая определяет быстроту движения и его направление в данный момент времени.

Вектором средней скорости называется отношение приращения r радиуса-вектора точки к промежутку времени t:

Направление вектора средней скорости совпадает с направлением вектора r.

Мгновенная скоростью v:

Модуль мгновенной скорости равен производной пути по времени:

При неравномерном движении — модуль мгновенной скорости с течением времени изменяется. В этом случае пользуются скалярной величиной v , которая называется средней скоро­стью неравномерного движения:

Длина пути, пройденного точкой за промежуток времени от t1 до t2 :

1.4. Ускорение

Ускорение – это физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и направлению.

Средним ускорением неравномерного движения в интервале от t до t + t называется векторная величина, равная отношению изменения скорости v к интервалу времени t:

Мгновенным ускорением а материальной точки в момент време­ни t будет предел среднего ускорения:

Тангенциальная составляющая ускорения:

Нормальная составляющая ускорения:

Полное ускорение тела есть геометрическая сумма тангенциальной и нормальной составляющих:

В зависимости от тангенциальной и нормальной составляющих ускорения движение можно классифицировать следующим образом:

— прямолинейное равномерное движение;

— прямолинейное равнопеременное движение.

При таком виде движения:

— прямолинейное движение с переменным ускорением;

— равномерное движение по окружности;

— равномерное криволинейное движение;

— криволинейное равнопеременное движение;

— криволинейное движение с переменным ускорением.

1.5. Кинематика вращательного движения

Модуль вектора угла поворота равен углу поворота, а его направление подчиняется правилу правого винта.

Вектор угла поворота движущегося тела .

Угловая скорость – это векторная величина, равная первой производной угла поворота тела по времени:

Вектор угловой скорости направлен вдоль оси вращения по правилу правого винта.

Линейная скорость точки:

В векторном виде :

Модуль векторного произведения:

При равномерном вращательном движении период равен:

Число оборотов в единицу времени (частота ):

Угловая частота вращения:

Угловое ускорение – это векторная величина, равная производной угловой скорости по времени:

Направление вектора ускорения при ускоренном движении:

Направление вектора ускорения при замедленном движении:

В случае равнопеременного движения точки по окружности (=const):

Связь между линейными и угловыми величинами выражается следующими формулами: