Основные понятия физики - шпаргалки. Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления с высотой. Атомная и ядерная физика

Механика

Формулы кинематики:

Кинематика

Механическое движение

Механическим движением называется изменение положения тела (в пространстве) относительно других тел (с течением времени).

Относительность движения. Система отсчета

Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат следует выбрать -тело отсчета и связать с ним систему координат . Часто телом отсчета служит Земля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат. Для определения положения точки в любой момент времени необходимо также задать начало отсчета времени.

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для измерения времени образуют систему отсчета , относительно которой рассматривается движение тела.

Материальная точка

Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой .

Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до других тел.

Траектория, путь, перемещение

Траекторией движения называется линия, вдоль которой движется тело. Длина траектории называется пройденным путем . Путь – скалярная физическая величина, может быть только положительным.

Перемещением называется вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории.

Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением . Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.

Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением.

Метр и секунда

Чтобы определить координаты тела, необходимо уметь измерять расстояние на прямой между двумя точками. Любой процесс измерения физической величины заключается в сравнении измеряемой величины с единицей измерения этой величины.

Единицей измерения длины в Международной системе единиц (СИ) является метр . Метр равен примерно 1/40 000 000 части земного меридиана. По современному представлению метр – это расстояние, которое свет проходит в пустоте за 1/299 792 458 долю секунды.

Для измерения времени выбирается какой-нибудь периодически повторяющийся процесс. Единицей измерения времени в СИ принята секунда . Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения атома цезия при переходе между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния.

В СИ длина и время приняты за независимые от других величины. Подобные величины называются основными .

Мгновенная скорость

Для количественной характеристики процесса движения тела вводится понятие скорости движения.

Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения s к малому промежутку времени t, за который произошло это перемещение:

;
.

Мгновенная скорость – векторная величина. Мгновенная скорость перемещения всегда направлена по касательной к траектории в сторону движения тела.

Единицей скорости является 1 м/с. Метр в секунду равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Ускорение

Ускорением называется векторная физическая величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение, т.е. это мера быстроты изменения скорости:

;
.

Метр в секунду за секунду – это такое ускорение, при котором скорость тела, движущегося прямолинейно и равноускоренно, за время 1 с изменяется на 1 м/с.

Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости (
) при очень малых значениях промежутка времени, за который происходит изменение скорости.

Если тело движется по прямой и его скорость возрастает, то направл-ение вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости; при убывании скорости – противоположно направлению вектора скорости.

При движении по криволинейной траектории направление вектора скорости изменяется в процессе движения, вектор ускорения при этом может оказаться направлен под любым углом к вектору скорости.

Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение

Движение с постоянной скоростью называется равномерным прямолинейным движением . При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.

Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением . При таком движении скорость тела изменяется с течением времени.

Равнопеременным называется такое движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, т.е. движение с постоянным ускорением.

Равноускоренным называется равнопеременное движение, при котором величина скорости возрастает. Равнозамедленным – равнопеременное движение, при котором величина скорости уменьшается.

Сложение скоростей

Рассмотрим перемещение тела в подвижной системе координат. Пусть – перемещение тела в подвижной системе координат, – перемещение подвижной системы координат относительно неподвижной, тогда – перемещение тела в неподвижной системе координат равно:

.

Если перемещения и совершаются одновременно, то:

.

Таким образом

.

Мы получили, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна сумме скорости тела в подвижной системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной. Это утверждение называется классическим законом сложения скоростей .

Графики зависимости кинематических величин от времени
в равномерном и равноускоренном движении

При равномерном движении:

График скорости – прямая y = b;

График ускорения – прямая y = 0;

График перемещения – прямая y = kx+b.

При равноускоренном движении:

График скорости – прямая y = kx+b;

График ускорения – прямая y = b;

График перемещения – парабола:

• если a>0, ветви вверх;

  чем больше ускорение, тем уже ветви;

  вершина совпадает по времени с моментом, когда скорость тела равна нулю;

  как правило, проходит через начало отсчета.

Свободное падение тел. Ускорение свободного падения

Свободным падением называется такое движение тела, когда на него действует только сила тяжести.

При свободном падении ускорение тела направлено вертикально вниз и примерно равно 9,8 м/с 2 . Это ускорение называется ускорением свободного падения и одинаково для всех тел.

Равномерное движение по окружности

При равномерном движении по окружности значение скорости постоянно, а ее направление изменяется в процессе движения. Мгновенная скорость тела всегда направлена по касательной к траектории движения.

Т.к. направление скорости при равномерном движении по окружности постоянно изменяется, то это движение всегда равноускоренное.

Промежуток времени, за который тело совершает полный оборот при движении по окружности, называется периодом:

.

Т.к. длина окружности s равна 2R, период обращения при равномерном движении тела со скоростью v по окружности радиусом R равен:

.

Величина, обратная периоду обращения, называется частотой обращения и показывает, сколько оборотов по окружности совершает тело в единицу времени:

.

Угловой скоростью называется отношение угла, на который повернулось тело, к времени поворота:

.

Угловая скорость численно равна числу оборотов за 2 секунд.

Ускорение при равномерном движении тел по окружности (центростремительное ускорение)

При равномерном движении по окружности тело движется с центростремительным ускорением. Определим это ускорение.

Ускорение направлено туда же, куда и изменение скорости, следовательно, ускорение направлено к центру окружности. Важное допущение: угол  настолько мал, что длина хорды AB совпадает с длиной дуги:

по двум пропорциональным сторонам и углу между ними. Следовательно:

– модуль центростремительного ускорения.

Основы динамики

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.
Принцип относительности Галилея

Любое тело остается неподвижным, пока на него не действуют другие тела. Тело, двигавшееся с некоторой скоростью, продолжает двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не него не подействуют другие тела. К таким выводам о законах движения тел впервые пришел итальянский ученый Галилео Галилей.

Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией .

Всякий покой и движение тел относительны. Одно и то же тело может находиться в состоянии покоя в одной системе отсчета и двигаться с ускорением в другой. Но существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела . Это утверждение называется первым законом Ньютона (законом инерции).

Системы отсчета, относительно которых тело при отсутствии внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно, называют инерциальными системами отсчета .

Инерциальных систем отсчета может быть сколь угодно много, т.е. любая система отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно по отношению к инерциальной, также является инерциальной. Истинных (абсолютных) инерциальных систем отсчета нет.

Масса

Причиной изменения скорости движения тел всегда является его взаимодействие с другими телами.

При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости и первого, и второго тела, т.е. оба тела приобретают ускорения. Ускорения двух взаимодействующих тел могут быть различными, они зависят от инертности тел.

Инертность – способность тела сохранять свое состояние движения (покоя). Чем больше инертность тела, тем меньшее ускорение оно приобретет при взаимодействии с другими телами, и тем будет ближе его движение к равномерному прямолинейному движению по инерции.

Масса – физическая величина, характеризующая инертность тела. Чем большей массой обладает тело, тем меньшее ускорение оно получает при взаимодействии.

За единицу массы в СИ принят килограмм: [m]=1 кг.

Сила

В инерциальных системах отсчета любое изменение скорости тела происходит под действием других тел. Сила – это количественное выражение действия одного тела на другое.

Сила – векторная физическая величина, за ее направление принимают направление ускорения тела, которое вызывается этой силой. У силы всегда есть точка приложения.

В СИ за единицу силы принимаются сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 2 . Эта единица называется Ньютоном:

.

Второй закон Ньютона

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение :

.

Таким образом, ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально его массе:

.

Сложение сил

При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые бы возникли под действием каждой силы в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов.

Векторная сумма всех сил, одновременно действующих на тело, называется равнодействующей силой .

Прямая, проходящая через вектор силы, называется линией действия силы. Если силы приложены к разным точкам тела и действуют не параллельно друг другу, то равнодействующая приложена к точке пересечения линий действия сил. Если силы действуют параллельно друг другу, то точки приложения результирующей силы нет, а линия ее действия определяется формулой:
(см. рисунок).

Момент силы. Условие равновесия рычага

Основным признаком взаимодействия тел в динамике является возникновение ускорений. Однако часто бывает нужно знать, при каких условиях тело, на которое действует несколько различных сил, находится в состоянии равновесия.

Существует два вида механического движения – поступательное движение и вращение .

Если траектории движения всех точек тела одинаковы, то движение поступательное . Если траектории всех точек тела – дуги концентрических окружностей (окружностей с одним центром – точкой вращения), то движение вращательное.

Равновесие невращающихся тел : невращающееся тело находится в равновесии, если геометрическая сумма сил, приложенных к телу, равна нулю.

Равновесие тела, имеющего неподвижную ось вращения

Если линия действия силы, приложенной к телу, проходит через ось вращения тела, то эта сила уравновешивается силой упругости со стороны оси вращения.

Если линия действия силы не пересекает ось вращения, то эта сила не может быть уравновешена силой упругости со стороны оси вращения, и тело поворачивается вокруг оси.

Вращение тела вокруг оси под действием одной силы может быть остановлено действием второй силы. Опыт показывает, что если две силы по отдельности вызывают вращение тела в противоположных направлениях, то при их одновременном действии тело находится в равновесии, если выполняется условие:

,
где d 1 и d 2 – кратчайшие расстояния от линий действия сил F 1 и F 2. Расстояние d называется плечом силы , а произведение модуля силы на плечо – моментом силы :

.

Если моментам сил, вызывающим вращение тела вокруг оси по часовой стрелке, приписать положительный знак, а моментам сил, вызывающим вращение против часовой стрелки, – отрицательный знак, то условие равновесия тела, имеющего ось вращения, можно сформулировать в виде правила моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю:

За единицу вращающего момента в СИ принимается момент силы в 1 Н, линия действия которой находится на расстоянии 1 м от оси вращения. Эту единицу называют ньютон-метром .

Общее условие равновесия тела : тело находится в равновесии, если равны нулю геометрическая сумма всех приложенных к нему сил и алгебраическая сумма моментов этих сил относительно оси вращения .

При выполнении этого условия тело необязательно находится в покое. Оно может двигаться равномерно и прямолинейно или вращаться.

Виды равновесия

Равновесие называют устойчивым , если после небольших внешних воздействий тело возвращается в исходное состояние равновесия. Это происходит, если при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сил, действующих на тело, становится отличной от нуля и направлена к положению равновесия.

Равновесие называется неустойчивым , если при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия.

Равновесия называется безразличным , если при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остается равной нулю.

Центр тяжести

Центром тяжести называется точка, через которую проходит равнодействующая сил тяжести при любом расположении тела.

Третий закон Ньютона

Тела действуют друг на друга с силами, вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одинаковую физическую природу; они приложены к разным телам и поэтому друг друга не компенсируют.

Сила упругости. Закон Гука

Сила упругости возникает в результате деформации тела и направлена в сторону, противоположную деформации.

При малых по сравнению с размерами тел деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине абсолютной деформации тела. В проекции на направление деформирования сила упругости равна

,
где x – абсолютная деформация, k – коэффициент жесткости.

Этот закон был установлен экспериментально английским ученым Робертом Гуком и называется законом Гука:

Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации.

Коэффициент пропорциональности в законе Гука называется жесткостью тела. Он зависит от формы и размеров тела и от материала, из которого оно изготовлено (уменьшается с увеличением длины и с уменьшением площади поперечного сечения – см. Молекулярную Физику).

В Си жесткость выражается в ньютонах на метр :
.

Упругая сила стремится восстановить форму тела, подвергнутого деформации, и приложена к телу, которое эту деформацию вызывает.

Природа силы упругости электромагнитная, т.к. сила упругости возникает в результате стремления электромагнитных сил, действующих между атомами вещества, вернуть атомы вещества в исходное положение при изменении их взаимного положения в результате деформации.

Упругая реакция опоры, нити, подвеса – пассивная сила, действующая всегда перпендикулярно поверхности опоры.

Сила трения. Коэффициент трения скольжения

Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей двух тел и всегда препятствует их взаимному перемещению.

Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения называется силой трения покоя . Сила трения покоя – упругая сила, она равна по модуля внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению.

При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения скольжения .

Сила трения имеет электромагнитную природу, т.к. возникает благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел – электромагнитных сил.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления (или упругой реакции опоры) и не зависит от площади поверхности соприкосновения тел {закон Кулона}:

, где  – коэффициент трения.

Коэффициент трения зависит от рельефа поверхности и всегда меньше единицы: «сдвинуть легче, чем оторвать».

Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения.
Сила тяжести

Согласно законам Ньютона, движение тела с ускорением возможно только под действием силы. Т.к. падающие тела движутся с ускорением, направленным вниз, то на них действует сила притяжения к Земле. Но не только Земля обладает свойством действовать на все тела силой притяжения. Исаак Ньютон предположил, что между всеми телами действуют силы притяжения. Эти силы называются силами всемирного тяготения или гравитационными силами.

Распространив установленные закономерности – зависимость силы притяжения тел к Земле от расстояний между телами и от масс взаимодействующих тел, полученные в результате наблюдений,– Ньютон открыл в 1682 г. закон всемирного тяготения : Все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

.

Векторы сил всемирного тяготения направлены вдоль прямой, соединяющей тела. Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной (постоянной всемирного тяготения) и равна

.

Силой тяжести называется сила притяжения, действующая со стороны Земли на все тела:

.

Пусть
– масса Земли, а
– радиус Земли. Рассмотрим зависимость ускорения свободного падения от высоты подъема над поверхностью Земли:

Вес тела. Невесомость

Вес тела – сила, с которой тело давит на опору или подвес вследствие притяжения этого тела к земле. Вес тела приложен к опоре (подвесу). Величина веса тела зависит от того, как движется тело с опорой (подвесом).

Вес тела, т.е. сила, с которой тело действует на опору, и сила упругости, с которой опора действует на тело, в соответствие с третьим законом Ньютона равны по абсолютному значению и противоположны по направлению.

Если тело находится в покое на горизонтальной опоре или равномерно движется, на него действуют только сила тяжести и сила упругости со стороны опоры, следовательно вес тела равен силе тяжести (но эти силы приложены к разным телам):

.

При ускоренном движении вес тела не будет равен силе тяжести. Рассмотрим движение тела массой m под действием сил тяжести и упругости с ускорением. По 2-му закону Ньютона:

Если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше силы тяжести; если ускорение тела направлено вверх, то все тела больше силы тяжести.

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой .

Если тело свободно падает, то из формулы * следует, что вес тела равен нулю. Исчезновение веса при движении опоры с ускорением свободного падения называется невесомостью .

Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении их с ускорением свободного падения независимо от скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением; поэтому в корабле наблюдается явление невесомости.

Движение тела под действием сил тяжести. Движение искусственных спутников. Первая космическая скорость

Если модуль перемещения тела много меньше расстояния до центра Земли, то можно считать силу всемирного тяготения во время движения постоянной, а движение тела равноускоренным. Самый простой случай движения тела под действием силы тяжести – свободное падение с нулевой начальной скоростью. В этом случае тело движется с ускорением свободного падения к центру Земли. Если есть начальная скорость, направленная не по вертикали, то тело движется по криволинейной траектории (параболе, если не учитывать сопротивление воздуха).

При некоторой начальной скорости тело, брошенное по касательной к поверхности Земли, под действием силы тяжести при отсутствии атмосферы может двигаться по окружности вокруг Земли, не падая на нее и не удаляясь от нее. Такая скорость называется первой космической скоростью , а тело, движущееся таким образом – искусственным спутником Земли (ИСЗ) .

Определим первую космическую скорость для Земли. Если тело под действием силы тяжести движется вокруг Земли равномерно по окружности, то ускорение свободного падения является его центростремительным ускорением:

.

Отсюда первая космическая скорость равна

.

Первая космическая скорость для любого небесного тела определяется таким же образом. Ускорение свободного падения на расстоянии R от центра небесного тела можно найти, воспользовавшись вторым законом Ньютона и законом всемирного тяготения:

.

Следовательно, первая космическая скорость на расстоянии R от центра небесного тела массой M равна

.

Для запуска на околоземную орбиту ИСЗ необходимо сначала вывести за пределы атмосферы. Поэтому космические корабли стартуют вертикально. На высоте 200 – 300 км от поверхности Земли, где атмосфера разрежена и почти не влияет на движение ИСЗ, ракета делает поворот и сообщает ИСЗ первую космическую скорость в направлении, перпендикулярном вертикали.

Законы сохранения в механике

Импульс тела

По 2-му закону Ньютона изменение скорости тела возможно только в результате его взаимодействия с другими телами, т.е. при действии силы. Пусть на тело массой m в течение времени t действует сила F и скорость его движения изменяется от v o до v. Тогда на основании 2-го закона Ньютона:

.

Величина
называется импульсом силы . Импульс силы – это векторная физическая величина, равная произведению силы на время ее действия. Направление импульса силы совпадает с направлением силы.

.

– импульс тела (количество движения) – векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость. Направление импульса тела совпадает с направлением скорости.

Импульс силы, действующей на тело, равен изменению импульса тела.

Закон сохранения импульса

Выясним, как изменяются импульсы двух тел при их взаимодействии. Обозначим скорости тел массами m 1 и m 2 до взаимодействия через и , а после взаимодействия – через и .

По 3-му закону Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению; поэтому из можно обозначить F и –F. Тогда:

Таким образом, векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.

Эксперименты показывают, что в любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, – в замкнутой системе – геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной. Импульс замкнутой системы тел есть величина постоянная – закон сохранения импульса (з.с.и.).

Реактивное движение

В реактивном двигателе при сгорании топлива образуются газы, нагретые до высокой температуры, которые выбрасываются из сопла двигателя. Двигатель и выбрасываемые им газы взаимодействуют между собой. На основании з.с.и. при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной. До начала работы двигателя импульс двигателя и горючего был равен нулю, следовательно, после включения двигателя сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:

.

Эта формула применима для вычисления скорости двигателя при условии небольшого изменения его массы в результате сгорания топлива.

Реактивный двигатель обладает замечательным свойством: для движения ему не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, т.к. он двигается в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому реактивный двигатель может двигаться в безвоздушном космическом пространстве.

Механическая работа

Механическая работа – это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения точки приложения силы и на косинус угла между направлением действия силы и направления перемещения (скалярное произведение векторов силы и точки ее перемещения):

.

Работа измеряется в Джоулях. 1 Джоуль – работа, которую совершает сила 1 Н при перемещении точки ее приложения на 1 м в направлении действия силы:

.

Работа может быть положительной, отрицательной, равной нулю:

 = 0  A = FS > 0;

0 <  < 90  A > 0;

 = 90  A = 0;

90 <  < 180 A < 0;

 = 180  A = –FS < 0.

Сила, действующая перпендикулярно перемещению, работы не совершает.

Мощность

Мощность – это работа, совершаемая в единицу времени:

– средняя мощность.

. 1 Ватт – это мощность, при которой совершается работа 1 Дж за 1 с.

Мгновенная мощность:

.

Кинетическая энергия

Установим связь между работой постоянной силы и изменением скорости тела. Рассмотрим случай, когда на тело действует постоянная сила и направление действия силы совпадает с направлением перемещения тела:

. *

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на его скорость называется кинетической энергией тела:

.

Тогда из формулы *:
– теорема о кинетической энергии: Изменение кинетической энергии тела равно работе всех сил, действующих на тело .

Кинетическая энергия всегда положительна, т.е. зависит от выбора системы отсчета.

Вывод: в физике абсолютное значение энергии вообще, и кинетической энергии в частности, смысла не имеет. Речь может идти только о разнице энергий или об изменении энергии.

Энергия – способность тела совершать работу. Работа – мера изменения энергии.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел, зависит от взаимного их расположения.

Работа силы тяжести (потенциальная энергия тела в поле силы тяжести)

Если тело перемещается вверх, работа силы тяжести отрицательна; вниз – положительна.

Работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела, а зависит лишь от перепада высот (от изменения положения тела над поверхностью земли).

Работа силы тяжести по замкнутому контуру равна нулю.

Силы, работа которых по замкнутому контуру равна нулю, называются потенциальными (консервативными) . В механике потенциальными являются сила тяжести и упругая сила (в электродинамике – сила Кулона), непотенциальными – сила трения (в электродинамике – сила Ампера, Лоренца).

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести:
.

Работа потенциальной силы всегда равна убыли потенциальной энергии:

.

Работа упругой силы (потенциальная энергия упруго деформированного тела)

/* Если какая-то физическая величина изменяется по линейному закону, ее среднее значение равно полусумме начального и конечного значений – F y */

Потенциальная энергия упруго деформированного тела:
.

Закон сохранения полной механической энергии

Полная механическая энергия – сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел, входящих в систему:

.

По теореме о кинетической энергии работа всех сил, действующих на все тела . Если в системе все силы потенциальные, то справедливо утверждение: . Следовательно:

Полная механическая энергия замкнутой системы есть величина постоянная (если в системе действуют только потенциальные силы).

Если в системе есть силы трения, то можно применить следующий прием: силу трения назначаем внешней силой и применяем закон изменения полной механической энергии:

.

Работа внешней силы равна изменению полной механической энергии системы .

Жидкости и газы

Давление

Давление – это физическая величина, численно равная силе нормального давления, действующей на единицу площади:

.

Сила нормального давления всегда действует перпендикулярно поверхности.

.

1 Паскаль – это такое давление, которое производит сила 1 Н на перпендикулярную к ней поверхность площадь 1 м 2 . На практике применяют и внесистемные единицы давления:

Закон Паскаля для жидкостей и газов

Давление, оказываемое на жидкость, передается ей по всем направлениям одинаково. Давление не зависит от направления .

Гидростатическим давлением называется вес столба жидкости, приходящегося на единицу площади:

.

Такое давление жидкость оказывает на дно и стенки сосуда на глубине h.

Сообщающиеся сосуды

Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (если влияние капиллярных сил пренебрежимо мало).

Если в сообщающиеся сосуды налиты жидкости с различной плотностью, то при равенстве давлений высота столба жидкости с меньшей плотностью будет больше высоты столба жидкости с большей плотностью, т.к. на одной высоте давление одинаково.

Принцип устройства гидравлического пресса

Основными частями гидравлического пресса являются два цилиндра с поршнями. Под цилиндрами находится мало сжимаемая жидкость, цилиндры соединены трубкой, по которой может перетекать жидкость.

При действии силы F 1 на поршень в узком цилиндре создается некоторое давление. По закону Паскаля такое же давление создается внутри жидкости во втором цилиндре, т.е.

.

Гидравлический пресс дает выигрыш во столько раз, во сколько раз площадь его большего поршня больше площади малого поршня.

Гидравлический пресс используется в домкратах и тормозных системах.

Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления
с высотой

Под действием силы тяжести верхние слои воздуха в земной атмосфере давят на нижележащие слои. Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление, называемое атмосферным , имеет у поверхности Земли.

В ртутном барометре вес ртутного столбика, приходящийся на единицу площади (гидростатическое давление ртути), уравновешивается весом столба атмосферного воздуха, приходящегося на единицу площади – атмосферным давлением (см. рисунок).

С увеличение высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается (см. график).

Архимедова сила для жидкостей и газов. Условия плавания тел

На тело, погруженное в жидкость или в газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости (газа), взятому в объеме погруженного тела.

Формулировка Архимеда: тело теряет в жидкости в весе ровно столько, сколько весит вытесненная их жидкость.

.

Вытесняющая сила приложена в геометрическом центре тела (для однородных тел – в центре тяжести).

На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две силы: силы тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы, то тело тонет.

Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии на любой глубине.

Если архимедова сила по модулю больше силы тяжести, то тело всплывает. Всплывшее тело частично выступает над поверхностью жидкости; объем погруженной части тела таков, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела.

Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного тела, и наоборот.

В книге в краткой и доступной форме изложен материал по всем разделам программы курса "Физика" - от механики до физики атомного ядра и элементарных частиц. Для студентов ВУЗов. Полезно для повторения пройденного материала и при подготовке к экзаменам в ВУЗах, техникумах, колледжах, школах, на подготовительных отделениях и курсах.

Элементы кинематики.
Модели в механике
Материальная точка
Тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Материальная точка - абстракция, но ее введение облегчает решение практических задач (например, движущиеся вокруг Солнца планеты при расчетах можно принять за материальные точки).

Система материальных точек
Произвольное макроскопическое тело или систему тел можно мысленно разбить на малые взаимодействующие между собой части, каждая из которых рассматривается как материальная точка. Тогда изучение движения произвольной системы тел сводится к изучению системы материальных точек. В механике сначала изучают движение одной материальной точки, а затем переходят к изучению движения системы материальных точек.

Абсолютно твердое тело
Тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя точками (точнее между двумя частицами) этого тела остается постоянным.

Абсолютно упругое тело
Тело, деформация которого подчиняется закону Гука, а после прекращения действия внешних сил принимает свои первоначальные размеры и форму.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение 4
Предмет физики 4
Связь физики с другими науками 5
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ 6
Механика и ее структура 6
Глава 1. Элементы кинематики 7
Модели в механике. Кинематические уравнения движения материальной точки. Траектория, длина пути, вектор перемещения. Скорость. Ускорение и его составляющие. Угловая скорость. Угловое ускорение.
Глава 2 Динамика материальной точки и поступательное движение твердого тела 14
Первый закон Ньютона. Масса. Сила. Второй и третий законы Ньютона. Закон сохранения импульса. Закон движения центра масс. Силы трения.
Глава 3. Работа и энергия 19
Работа, энергия, мощность. Кинетическая и потенциальная энергия. Связь между консервативной силой и потенциальной энергией. Полная энергия. Закон сохранения энергии. Графическое представление энергии. Абсолютно упругий удар. Абсолютно неупругий удар
Глава 4. Механика твердого тела 26
Момент инерции. Теорема Штейнера. Момент силы. Кинетическая энергия вращения. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Момент импульса и закон его сохранения. Деформации твердого тела. Закон Гука. Связь между деформацией и напряжением.
Глава 5. Тяготение. Элементы теории поля 32
Закон всемирного тяготения. Характеристики поля тяготения. Работа в поле тяготения. Связь между потенциалом поля тяготения и его напряженностью. Космические скорости. Силы инерции.
Глава 6. Элементы механики жидкостей 36
Давление в жидкости и газе. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Некоторые применения уравнения Бернулли. Вязкость (внутреннее трение). Режимы течения жидкостей.
Глава 7. Элементы специальной теории относительности 41
Механический принцип относительности. Преобразования Галилея. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца (1). Следствия из преобразований Лоренца (2). Интервал между событиями. Основной закон релятивистской динамики. Энергия в релятивистской динамике.
2. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ 48
Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов 48
Разделы физики: молекулярная физика и термодинамика. Метод исследования термодинамики. Температурные шкалы. Идеальный газ. Законы Бойля-Мариотга, Авогадро, Дальтона. Закон Гей-Люссака. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Средняя длина свободного пробега молекул. Некоторые опыты, подтверждающие МКТ. Явления переноса (1). Явления переноса (2).
Глава 9. Основы термодинамики 60
Внутренняя энергия. Число степеней свободы. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении его объема. Теплоемкость (1). Теплоемкость (2). Применение первого начала термодинамики к изопроцессам (1). Применение первого начала термодинамики к изопроцессам (2). Адиабатный процесс. Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы. Энтропия (1). Энтропия (2). Второе начало термодинамики. Тепловой двигатель. Теорема Кар-но. Холодильная машина. Цикл Карно.
Глава 10. Реальные газы, жидкости и твердые тела 76
Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса (уравнение состояния реальных газов). Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ (1). Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ (2). Внутренняя энергия реального газа. Жидкости и их описание. Поверхностное натяжение жидкостей. Смачивание. Капиллярные явления. Твердые тела: кристаллические и аморфные. Моно- и поликристаллы. Кристаллографический признак кристаллов. Типы кристаллов согласно физическому признаку. Дефекты в кристаллах. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация. Фазовые переходы. Диаграмма состояния. Тройная точка. Анализ экспериментальной диаграммы состояния.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ 94
Глава 11. Электростатика 94
Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Линии напряженности электростатического поля. Поток вектора напряженности. Принцип суперпозиции. Поле диполя. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Гаусса к расчету полей в вакууме (1). Применение теоремы Гаусса к расчету полей в вакууме (2). Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов. Принцип суперпозиции. Связь между напряженностью и потенциалом. Эквипотенциальные поверхности. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость. Плоский конденсатор. Соединение конденсаторов в батареи. Энергия системы зарядов и уединенного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля.
Глава 12. Постоянный электрический ток 116
Электрический ток, сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение. Сопротивление проводников. Закон Ома для однородного участка в замкнутой цепи. Работа и мощность тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи (обобщенный закон Ома (ОЗО)). Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
Глава 13. Электрические токи в металлах, вакууме и газах 124
Природа носителей тока в металлах. Классическая теория электропроводности металлов (1). Классическая теория электропроводности металлов (2). Работа выхода электронов из металлов. Эмиссионные явления. Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд. Самостоятельный газовый разряд.
Глава 14. Магнитное поле 130
Описание магнитного поля. Основные характеристики магнитного поля. Линии магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Магнитная постоянная. Единицы В и Н. Магнитное поле движущегося заряда. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Движение заряженных частиц в
магнитном поле. Теорема о циркуляции вектора В. Магнитное поля соленоида и тороида. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для поля В. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
Глава 15. Электромагнитная индукция 142
Опыты Фарадея и следствия из них. Закон Фарадея (закон электромагнитной индукции). Правило Ленца. ЭДС индукции в неподвижных проводниках. Вращение рамки в магнитном поле. Вихревые токи. Индуктивность контура. Самоиндукция. Токи при размыкании и замыкании цепи. Взаимная индукция. Трансформаторы. Энергия магнитного поля.
Глава 16. Магнитные свойства вещества 150
Магнитный момент электронов. Диа- и парамагнетики. Намагниченность. Магнитное поле в веществе. Закон полного тока для магнитного поля в веществе (теорема о циркуляции вектора В). Теорема о циркуляции вектора Н. Условия на границе раздела двух магнетиков. Ферромагнетики и их свойства.
Глава 17. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 156
Вихревое электрическое поле. Ток смещения (1). Ток смещения (2). Уравнения Максвелла для электромагнитного поля.
4. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 160
Глава 18. Механические и электромагнитные колебания 160
Колебания: свободные и гармонические. Период и частота колебаний. Метод вращающегося вектора амплитуды. Механические гармонические колебания. Гармонический осциллятор. Маятники: пружинный и математический. Физический маятник. Свободные колебания в идеализированном колебательном контуре. Уравнение электромагнитных колебаний для идеализированного контура. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Свободные затухающие колебания и их анализ. Свободные затухающие колебания пружинного маятника. Декремент затухания. Свободные затухающие колебания в электрическом колебательном контуре. Добротность колебательной системы. Вынужденные механические колебания. Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток. Ток через резистор. Переменный ток, текущий через катушку индуктивностью L. Переменный ток, текущий через конденсатор емкостью С. Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор. Резонанс напряжений (последовательный резонанс). Резонанс токов (параллельный резонанс). Мощность, выделяемая в цепи переменного тока.
Глава 19. Упругие волны 181
Волновой процесс. Продольные и поперечные волны. Гармоническая волна и ее описание. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Принцип суперпозиции. Групповая скорость. Интерференция волн. Стоячие волны. Звуковые волны. Эффект Доплера в акустике. Получение электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн. Дифференциальное уравнение
электромагнитных волн. Следствия теории Максвелла. Вектор плотности потока электромагнитной энергии (вектор Умова-Пойнгинга). Импульс электромагнитного поля.
5. ОПТИКА. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ 194
Глава 20. Элементы геометрической оптики 194
Основные законы оптики. Полное отражение. Линзы, тонкие линзы, их характеристики. Формула тонкой линзы. Оптическая сила линзы. Построение изображений в линзах. Аберрации (погрешности) оптических систем. Энергетические величины в фотометрии. Световые величины в фотометрии.
Глава 21. Интерференция света 202
Вывод законов отражения и преломления света на основе волновой теории. Когерентность и монохроматичность световых волн. Интерференция света. Некоторые методы наблюдения интерференции света. Расчет интерференционной картины от двух источников. Полосы равного наклона (интерференция от плоскопараллельной пластинки). Полосы равной толщины (интерференция от пластинки переменной толщины). Кольца Ньютона. Некоторые применения интерференции (1). Некоторые применения интерференции (2).
Глава 22. Дифракция света 212
Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля (1). Метод зон Френеля (2). Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели (1). Дифракция Фраунгофера на щели (2). Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Дифракция на пространственной решетке. Критерий Рэлея. Разрешающая способность спектрального прибора.
Глава 23. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом 221
Дисперсия света. Различия в дифракционном и призматическом спектрах. Нормальная и аномальная дисперсия. Элементарная электронная теория дисперсии. Поглощение (абсорбция) света. Эффект Доплера.
Глава 24. Поляризация света 226
Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Прохождение света через два поляризатора. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Двойное лучепреломление. Положительные и отрицательные кристаллы. Поляризационные призмы и поляроиды. Пластинка в четверть волны. Анализ поляризованного света. Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации.
Глава 25. Квантовая природа излучения 236
Тепловое излучение и его характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формулы Рэлея-Джинса и Планка. Получение из формулы Планка частных законов теплового излучения. Температуры: радиационная, цветовая, яркостная. Вольтамперная характеристика фотоэффекта. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона. Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения.
6. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ 246
Глава 26. Теория атома водорода по Бору 246
Модели атома Томсона и Резерфорда. Линейный спектр атома водорода. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Спектр атома водорода по Бору.
Глава 27. Элементы квантовой механики 251
Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Некоторые свойства волн де Бройля. Соотношение неопределенностей. Вероятностный подход к описанию микрочастиц. Описание микрочастиц с помощью волновой функции. Принцип суперпозиции. Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шрединге-ра для стационарных состояний. Движение свободной частицы. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими «стенками». Потенциальный барьер прямоугольной формы. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект. Линейный гармонический осциллятор в квантовой механике.
Глава 28. Элементы современной физики атомов и молекул 263
Водородоподобный атом в квантовой механике. Квантовые числа. Спектр атома водорода. ls-состояние электрона в атоме водорода. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Сплошной (тормозной) рентгеновский спектр. Характеристический рентгеновский спектр. Закон Мозли. Молекулы: химические связи, понятие об энергетических уровнях. Молекулярные спектры. Поглощение. Спонтанное и вынужденное излучение. Активные среды. Типы лазеров. Принцип работы твердотельного лазера. Газовый лазер. Свойства лазерного излучения.
Глава 29. Элементы физики твердого тела 278
Зонная теория твердых тел. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории. Собственная проводимость полупроводников. Электронная примесная проводимость (проводимость я-типа). Донорная примесная проводимость (проводимость р-типа). Фотопроводимость полупроводников. Люминесценция твердых тел. Контакт электронного и дырочного полупроводников (р-п-переход). Проводимость р-и-перехода. Полупроводниковые диоды. Полупроводниковые триоды (транзисторы).
7. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 289
Глава 30. Элементы физики атомного ядра 289
Атомные ядра и их описание. Дефект массы. Энергия связи ядра. Спин ядра и его магнитный момент. Ядерные сипы. Модели ядра. Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада. Правила смещения. Радиоактивные семейства. а-Распад. р-Распад. у-Излучение и его свойства. Приборы для регистрации радиоактивных излучений и частиц. Сцинтилляционный счетчик. Импульсная ионизационная камера. Газоразрядный счетчик. Полупроводниковый счетчик. Камера Вильсона. Диффузионная и пузырьковая камеры. Ядерные фотоэмульсии. Ядерные реакции и их классификация. Позитрон. Р+-Распад. Электронно-позитронные пары, их аннигиляция. Электронный захват. Ядерные реакции под действием нейтронов. Реакция деления ядра. Цепная реакция деления. Ядерные реакторы. Реакция синтеза атомных ядер.
Глава 31. Элементы физики элементарных частиц 311
Космическое излучение. Мюоны и их свойства. Мезоны и их свойства. Типы взаимодействий элементарных частиц. Описание трех групп элементарных частиц. Частицы и античастицы. Нейтрино и антинейтрино, их типы. Гипероны. Странность и четность элементарных частиц. Характеристики лептонов и адронов. Классификация элементарных частиц. Кварки.
Периодическая система элементов Д.И. Менделеева 322
Основные законы и формулы 324
Предметный указатель 336.

Абсолютно необходимы для того, чтобы человек, решивший изучать эту науку, вооружившись ими, мог чувствовать себя в мире физики как рыба в воде. Без знания формул немыслимо решение задач по физике. Но все формулы запомнить практически невозможно и важно знать, особенно для юного ума, где найти ту или иную формулу и когда ее применить.

Расположение физических формул в специализированных учебниках распределяется обычно по соответствующим разделам среди текстовой информации, поэтому их поиск там может отнять довольно-таки много времени, а тем более, если они вдруг понадобятся Вам срочно!

Представленные ниже шпаргалки по физике содержат все основные формулы из курса физики , которые будут полезны учащимся школ и вузов.

Все формулы школьного курса по физике с сайта http://4ege.ru
I. Кинематика скачать
1. Основные понятия
2. Законы сложения скоростей и ускорений
3. Нормальное и тангенциальное ускорения
4. Типы движений
4.1. Равномерное движение
4.1.1. Равномерное прямолинейное движение
4.1.2. Равномерное движение по окружности
4.2. Движение с постоянным ускорением
4.2.1. Равноускоренное движение
4.2.2. Равнозамедленное движение
4.3. Гармоническое движение
II. Динамика скачать
1. Второй закон Ньютона
2. Теорема о движении центра масс
3. Третий закон Ньютона
4. Силы
5. Гравитационная сила
6. Силы, действующие через контакт
III. Законы сохранения. Работа и мощность скачать
1. Импульс материальной точки
2. Импульс системы материальных точек
3. Теорема об изменении импульса материальной точки
4. Теорема об изменении импульса системы материальных точек
5. Закон сохранения импульса
6. Работа силы
7. Мощность
8. Механическая энергия
9. Теорема о механической энергии
10. Закон сохранения механической энергии
11. Диссипативные силы
12. Методы вычисления работы
13. Средняя по времени сила
IV. Статика и гидростатика скачать
1. Условия равновесия
2. Вращающий момент
3. Неустойчивое равновесие, устойчивое равновесие, безразличное равновесие
4. Центр масс, центр тяжести
5. Сила гидростатического давления
6. Давлением жидкости
7. Давление в какой-либо точке жидкости
8, 9. Давление в однородной покоящейся жидкости
10. Архимедова сила
V. Тепловые явления скачать
1. Уравнение Менделеева-Клапейрона
2. Закон Дальтона
3. Основное уравнение МКТ
4. Газовые законы
5. Первый закон термодинамики
6. Адиабатический процесс
7. КПД циклического процесса (теплового двигателя)
8. Насыщенный пар
VI. Электростатика скачать
1. Закон Кулона
2. Принцип суперпозиции
3. Электрическое поле
3.1. Напряженность и потенциал электрического поля, созданного одним точечным зарядом Q
3.2. Напряженность и потенциал электрического поля, созданного системой точечных зарядов Q1, Q2, …
3.3. Напряженность и потенциал электрического поля, созданного равномерно заряженным по поверхности шаром
3.4. Напряженность и потенциал однородного электрического поля, (созданного равномерно заряженной плоскотью или плоским конденсатором)
4. Потенциальная энергия системы электрических зарядов
5. Электроемкость
6. Свойства проводника в электрическом поле
VII. Постоянный ток скачать
1. Упорядоченная скорость
2. Сила тока
3. Плотность тока
4. Закон Ома для участка цепи, не содержащего ЭДС
5. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС
6. Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
7. Последовательное соединение проводников
8. Параллельное соединение проводников
9. Работа и мощность электрического тока
10. КПД электрической цепи
11. Условие выделения максимальной мощности на нагрузке
12. Закон Фарадея для электролиза
VIII. Магнитные явления скачать
1. Магнитное поле
2. Движение зарядов в магнитном поле
3. Рамка с током в магнитном поле
4. Магнитные поля, создаваемые различными токами
5. Взаимодействие токов
6. Явление электромагнитной индукции
7. Явление самоиндукции
IX. Колебания и волны скачать
1. Колебания, определения
2. Гармонические колебания
3. Простейшие колебательные системы
4. Волна
X. Оптика скачать
1. Закон отражения
2. Закон преломления
3. Линза
4. Изображение
5. Возможные случаи расположения предмета
6. Интерференция
7. Дифракция

Большая шпаргалка по физике . Все формулы изложены в компактном виде с небольшими комментариями. Шпаргалка также содержит полезные константы и прочую информацию. Файл содержит следующие разделы физики:

Механика (кинематика, динамика и статика)


Молекулярная физика. Свойства газов и жидкостей


Термодинамика


Электрические и электромагнитные явления


Электродинамика. Постоянный ток


Электромагнетизм


Колебания и волны. Оптика. Акустика


Квантовая физика и теория относительности

Маленькая шпора по физике . Все самое необходимое для экзамена. Нарезка основных формул по физике на одной странице. Не очень эстетично, зато практично. :-)

Методические указания содержат рабочую программу разделов «Классическая механика» и «Молекулярная физика и термодинамика» дисциплины «Физика» и краткое теоретическое изложение основных вопросов этих разделов.

Приведены определения физических величин, их единицы измерения в системе СИ, законы классической механики, молекулярной физики и термодинамики.

предназначены для самостоятельной работы студентов заочной формы обучения.

ВВЕДЕНИЕ

Механика, молекулярная физика и термодинамика традиционно являются первыми разделами курса физики, с которых студенты начинают изучать этот интереснейший предмет в ВУЗах.

Механика – раздел физики, изучающий закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механическое движение есть во всех высших и более сложных формах движения материи (химических, биологических и др.). Эти формы движения изучаются другими науками (химией, биологией и др.).

Молекулярная физика и термодинамика изучает тепловые явления, физические законы, описывающие такие явления, а также закономерности, присущие большому количеству частиц (в отличие от механики, в которой изучается движение одной-двух частиц)

В основных учебных пособиях вопросы физики излагаются подробно, зачастую с громоздкими математическими выкладками, что существенно затрудняет самостоятельную работу студентов.

В методических указаниях даны рабочая программа разделов «Механика» и «Молекулярная физика и термодинамика», определения физических понятий, кратко излагаются основные физические законы и закономерности названных разделов физики, приводится запись этих законов в математической форме.

В разделе «Механика» рассматриваются кинематика и динамика материальной точки, кинематика и динамика вращения твердого тела вокруг неподвижной оси и законы сохранения.

В разделе «Статистическая физика и термодинамика» рассматриваются газовые законы, три закона термодинамики и важнейшие статистические закономерности молекулярной физики: распределение Максвелла-Больцмана и статистический смысл энтропии.

Для изучения физики необходимы знания из математики: элементов векторной алгебры (проекция вектора на ось, скалярное и векторное произведение и т. п.), дифференциального и интегрального исчисления (вычисление простейших производных и нахождение первообразных).

В методических указаниях из-за ограничений по объему издания не отражен экспериментальный материал.

Данные методические указания помогут студентам в самостоятельном изучении разделов курса физики в период экзаменационной сессии.

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКА»

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Пространство. Время. Движение. Относительность механического движения. Система отсчета. Материальная точка (частица). Радиус-вектор. Траектория. Длина пути и перемещение. Скорость и ускорение.

Прямолинейное и криволинейное движение частицы. Тангенциальное (касательное) и нормальное (центростремительное) ускорения. Кинематические уравнения равномерного, равноускоренного и неравномерного движения. Длина пути как определенный интеграл от модуля скорости.

Инерция. Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея. Сложение скоростей и принцип относительности в классической механике.

Взаимодействие тел. Сила. Инертность. Масса. Законы Ньютона.

Силы в механике: гравитационная, тяжести, вес, упругости, трения. Внутренние и внешние силы. Движение тела под действием нескольких сил. Равнодействующая. Основное уравнение динамики материальной точки (частицы).

Абсолютно твердое тело (АТТ). Центр инерции (центр масс) АТТ и закон его движения. Поступательное и вращательное движение АТТ. Система центра инерции. Вращение АТТ вокруг неподвижной оси.

Угловое перемещение, угловая скорость и угловое ускорение. Кинематические уравнения равномерного, равноускоренного и неравномерного вращательного движения АТТ вокруг неподвижной оси. Связь между кинематическими характеристиками поступательного и вращательного движения.

Момент силы. Плечо силы. Момент импульса (момент количества движения, кинетический момент). Момент инерции. Теорема Штейнера. Основное уравнение динамики вращательного движения АТТ вокруг неподвижной оси.

Произвольное движение АТТ. Мгновенная ось вращения. Статика. Условия равновесия АТТ.

Механическая работа, мощность. Работа постоянной и переменной силы. Работа момента силы при вращательном движении.

Консервативные силы. Работа консервативной силы. Потенциальная энергия. Кинетическая энергия. Теорема об изменении кинетической энергии. Полная механическая энергия системы частиц. Закон сохранения энергии в механике. Диссипация энергии. Общефизический закон сохранения энергии.

Импульс (количество движения) тела. Импульс системы тел. Закон сохранения импульса.

Упругое и неупругое столкновение частиц.

Момент импульса системы тел. Закон сохранения момента импульса.

Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Макроскопические системы. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Закон Дальтона. Изопроцессы и их изображение на термодинамических диаграммах.

Средняя энергия молекулы. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Первое начало термодинамики.

Адиабатный процесс. Приведенная теплота. Энтропия. Вычисление энтропии.

Теплоемкость многоатомных газов. Экспериментальная зависимость теплоемкости газа от температуры. Недостаточность классической теории теплоемкостей.

Циклические процессы. Принцип действия тепловых двигателей и их КПД. Цикл Карно.

Микросостояния макросистемы. Статистический вес макросостояния. Статистический смысл энтропии. Плотность вероятности. Распределение Максвелла для молекул идеального газа по скоростям. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.

Средняя длина свободного пробега молекул, эффективный диаметр молекул. Неравновесные системы. Явления переноса, молекулярно-кинетическая теория этих явлений.

Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики и его статистический смысл. « Тепловая смерть Вселенной ». Теорема Нернста.

2. Кинематика и динамика материальной точки

Всякое движение относительно, поэтому для рассмотрения движения тел нужна система отсчета – это набор тел, связанная с ним система координат (чаще декартова) и прибор для отсчета времени (часы).

Наиболее простой и удобной является инерциальная система отсчета (ИСО), в которой тело, не испытывающее внешнего воздействия со стороны других тел, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно, т. е. по инерции.

Любое сложное движение твердого тела можно представить в виде суммы двух движений: поступательного и вращательного.

Поступательное движение твердого тела – это такое движение, при котором любая прямая, проведенная через две произвольные точки тела, остается при движении параллельной самой себе. При таком движении все точки тела движутся одинаково, поэтому достаточно описать движение лишь одной точки тела, например центра инерции (центра масс) тела. Для этого можно воспользоваться законами движения материальной точки.

Вращательным движением твердого тела вокруг неподвижной оси называется такое движение, при котором все точки тела движутся по окружностям с центрами, лежащими на оси вращения.

Материальная точка (частица) – это модель физического тела, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на которое это тело перемещается или на котором оно взаимодействует с другими телами.

Основными кинематическими характеристиками материальной точки являются перемещение , скорость и ускорение .

Перемещение – это направленный отрезок (вектор), проведенный из начального положения материальной точки в конечное (рис. 1):

где  радиус-вектор частицы – вектор, проведенный из начала координат в точку, в которой находится частица в данный момент времени;

х , у , z – проекции перемещения на координатные оси;

– орт-векторы декартовой системы координат.

В системе СИ перемещение измеряется в метрах (м).

Быстроту движения материальной точки характеризует скорость.

Скорость – векторная физическая величина, равная перемещению материальной точки за единицу времени (или первая производная от радиус-вектора материальной точки по времени):

В проекциях на координатные оси формула (2) имеет вид:

Вектор направлен в сторону элементарного перемещения () по касательной к траектории движения. В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду (м/с).

Для нахождения перемещения материальной точки по известной скорости необходимо вычислить интеграл:

(3)

Если = const, то частица движется равномерно прямолинейно, например, вдоль оси Ох . Тогда

(4)

т. е. частица за равные промежутки времени перемещается на одинаковое расстояние.

Если  const , то частица движется с ускорением.

Ускорение – векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости и равная изменению скорости за единицу времени (или первая производная от скорости по времени):

В проекциях на координатные оси уравнение (5) имеет вид:

(5а)