Заочный факультет



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Русской ФЕДЕРАЦИИ

Столичный АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (Муниципальный ТЕХНИЧЕСКИЙ Институт)

ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ


Участкин В.И., Никитин Б.И.
ФИЗИКА:
теория, контрольные задания и примеры решения задач


методические указания





МОСКВА, 2005г.


УДК 53(075.8)

ББК 22.3я73


Участкин Заочный факультет В.И., Никитин Б.И. Физика: теория, контрольные задания и примеры решения задач. Методические указания. – М.:ООО «Техполиграфцентр», 2005 – 94с.

Лицензия на издательскую деятельность – код 221, серия ИД

Рецензенты:

проф. Сапогин Л.Г.

доц Заочный факультет. Ступаков Е.И.


Методические указания подготовлены для студентов заочного отделения с целью дать представление о курсе физики при минимуме имеющейся литературы.

Приведено изложение главных разделов физики, дающее целостное представление о курсе, как базы для предстоящей Заочный факультет инженерной специализации. Тут же приведены примеры решения стандартных задач. Курс разбивается на два семестра. В первом семестре рассматриваются вопросы механики, силовых полей и колебаний. Во 2-м - волновые процессы, квантовая физика и Заочный факультет строение вещества.

Соответственно такому разбиению студенты готовят в каждом семестре по одному контрольному заданию. Из 10 вариантов приведенных заданий выбирается тот, который совпадает с последней цифрой номера вашего пропуска либо зачетной книги. Более сложное Заочный факультет контрольное задание №3 создано для студентов, желающих проверить свои познания либо для тех, у кого в программке имеется 3-ий семестр по физике.

В течение каждого семестра студент решает задачки на базе разработанного в Заочный факультет данном издании задачника по физике и представляет их к зачету. Проводятся постоянные консультации. Во время аудиторных занятий производится цикл лабораторных работ, дается общее представление о курсе физики на базе отдельных разделов Заочный факультет курса. Заканчивается курс экзаменом.

Материалы лекционного курса изложены доктором В.И.Участкиным, комплекты контрольных задач составлены старшим педагогом Б.И.Никитиным.


Участкин В.И., Никитин Б.И., 2005


Лекция 1. Понятие о материи, пространстве Заочный факультет и времени. Базы релятивистской механики. Принцип относительности в механике.


Физика изучает более общие формы существования материи в пространстве и времени и более общие формы ее движения (механическое, волновое, квантовое и т.д Заочный факультет.) Построение физической картины мира имеет познавательную (эвристическую) ценность, потому что показывает путь развития физики как науки.

Механическая картина мира была совсем сформулирована в работах Г.Галилея, И.Ньютона и Декарта. Но, за много Заочный факультет 1000-летий до их картина развития мира формировалась разумами различных народов. В российской притче ”Колобок” более точно воспроизведен процесс эволюции Вселенной. Вселенная появилась из физического вакуума. Физический вакуум это не пустота. Он чреват Заочный факультет рождением частиц и античастиц. Рождение Вселенной связано с появлением огромной флуктуации материи плотностью 1080 кг/м3. Вселенная родилась симметричной с равным числом частиц и античастиц. Но очень стремительно пришел момент (приблизительно Заочный факультет через 10-35с от момента появления огромной флуктуации), когда создались условия для нарушения закона сохранения барионного заряда (протоны и нейтроны в ядре атома являются барионами). Тогда число образующихся в процессе эволюции Вселенной частиц оказалось несколько Заочный факультет больше чем античастиц. В момент времени 10-35 – 10-32с от начала флуктуации происходит аннигиляция равного числа частиц и античастиц. Это явление сопровождается огромным взрывом и Вселенная расширилась фактически одномоментно практически до современных Заочный факультет размеров. Происходящее на данный момент расширение протекает с малозначительной скоростью. Через время больше 10120с под действием ядерных реакций материя должна перевоплотиться в электроны и излучение. Конкретно так в российском сознании и представляется эволюция Вселенной Заочный факультет по притче «Колобок». Сферически симметричный мир – «колобок» появился из ничего. Но это «ничего» все таки позволило наскрести «горсти две муки» и выпечь его. Колобок проходит собственный актуальный цикл и, попав лисе на Заочный факультет язык, оказывается съеденным.

Электрическая природа была совсем выявлена в работах Максвелла (уравнения Максвелла), хотя многие главные положения были заложены еще Майклом Фарадеем. Квантово-полевые представления развивались в XX столетии Эрнестом Резерфордом Заочный факультет, Нильсом Бором, Гайзенбергом и Шредингером.

1. Материя-”философская категория для обозначения беспристрастной действительности, которая отображается нашими чувствами, существуя независимо от их” В.И.Ленин. Таким макаром, под материей мы осознаем окружающие нас Заочный факультет вещественные тела вкупе с создаваемыми ими полями -электромагнитным и гравитационным. Английский философ Бертран Рассел предложил рассматривать структурные уровни материи. Разглядим последующие виды структурных уровней:

- Простые частички и поля

- Атомы

- Молекулы

- Макроскопические тела

- Геологические системы

- Планетки Заочный факультет

- Звезды

- Внутригалактические системы

- Галактика

- Системы галактик

- Особенный тип вещественных систем - жива материя - совокупа организмов, способных к воспроизводству.

Физика как четкая наука не ограничивается высококачественным определением материи. Она дает количественную характеристику понятий.

  1. Место охарактеризовывает структурность и протяженность вещественных систем. Место Заочный факультет однородно и изотропно. Однородность места значит равномерное рассредотачивание материи в пространстве, а изотропность – равномерное рассредотачивание по всем фронтам в пространстве.

Материя и размеры наблюдаемой части Вселенной

Часть Вселенной

Число протонов и нейтронов

Масса

кг

Размеры

м

Наблюдаемая часть Заочный факультет Вселенной

1080

1051- 1053

1026=13миллиардов.

св.лет

Галактика

1068

1041

7,5*1020

Солнце

1057

1030

109

Земля

1051

6*1024

6*106

Человек

1030

50-80

1,5-1,8

Клеточка

1012-1014

~10-13




Атом водорода

1

1,66*10-27

10-10

Протон

1

1,66.10-27

10-15

Плоское, выпуклое и вогнутое место описывается соответственно геометриями Евклида, Римана, Лобачевского.

Для плоского места типично, что  углов = 180о .

Для выпуклого места -  углов  >180о .

Для вогнутого места -  углов  <180о Заочный факультет .

Прямо до R>6*1017м не найдена кривизна места и для микро и макромира можно считать применимой геометрию плоского места.

Вопрос о метрике места может появиться при выяснении модели Вселенной Заочный факультет, в какой мы живем (три модели - расширяющейся, сжимающейся и пульсирующей Вселенной). Эффект Доплера (красноватое смещение звездных спектров свидетельствует в пользу расширяющейся Вселенной либо пульсирующей, но находящейся в стадии расширения.

3. Время - форма поочередной сметы явлений Заочный факультет и состояний материи. Основное свойство времени – однородность, что значит наличие поочередной смены событий

В жизни психологическое время ориентировано из прошедшего в будущее и оно необратимо.

В процессе развития Вселенной степень Заочный факультет упорядочения в ней убывает, т.е. изменение энтропии S>0, т.к. число вероятных неупорядоченных состояний в ней становится больше. Как следует, в прошедшем был порядок.

Вселенная замкнута. При ее расширении мы вроде Заочный факультет бы проходим по поверхности шара, где параллели отмечают интервалы времени. Наибольшего размера она добивается на экваторе потом вновь начинает стягиваться. В этот момент Вселенная добивается полного кавардака. Материя распадается на маленькие частички и излучение Заочный факультет. Стивен Хокинг (физик теоретик) утверждает, что фаза сжатия в упорядоченное состояние наименее возможна, чем сжатие в сильное неупорядоченное состояние. Разумная жизнь не может существовать в фазе сжатия Вселенной , т.к. ей Заочный факультет сопутствует потребление еды - когда упорядоченная форма энергии перерабатывается в неупорядоченную форму. Итак, жизнь может существовать исключительно в фазе расширения Вселенной.

4.Принцип относительности в механике.

Исторически первым принцип относительности определил французский ученый Анри Пуанкаре. В Заочный факультет1895 году выходит его работа

“К теории Лармора”, в 1898 году - ”Измерение времени”, в 1901 году

“Оптические явления в передвигающихся телах” (Курс лекций, прочитанных в Сорбонне в 1899 году), в 1902 году “О принципе относительности Заочный факультет места и движения ” , 5 июня 1905 года “ О принципе электрона”.Узнаваемый историк физик Эдуард Уиттекер (Whittaker E.A.) писал в1953 году ,что «уже в 1899 году Пуанкаре сделал вывод ,что абсолютное движение не может быть записанно Заочный факультет в принципе ни динамическими, ни оптическими, ни электронными способами...» 24 сентября 1904 года Пуанкаре выступил на Конгрессе искусств и науки в Сент-Луисе (США). Он отдал обобщенное истолкование высказанному им ранее принципу, назвав его Заочный факультет «принципом относительности». ”В согласовании с принципом относительности, - произнес Пуанкаре,- физические законы обязаны иметь схожую форму как для “покоящегося” наблюдающего, так и для наблюдающего, передвигающегося



Академик А.А.Логунов Анри Пуанкаре


умеренно и Заочный факультет прямолинейно относительно первого”.

Академик А.А.Логунов - ректор МГУ в вступлении к работам А.Пуанкаре в 1988 году писал, что “в работе от 23 июля 1905 года он сформировал все основное, что является содержанием теории относительности, открыл Заочный факультет законы релятивистской механики.”

А.Эйнштейн вызнал о “принципе относительности ” у Пуанкаре. Об этом гласит биограф Эйнштейна - Карл Зелиг. ”Эйнштейн прочитал книжку Пуанкаре (Наука и догадка)” в присутствии Соловина и Конрада Габихта на Заочный факультет личном собрании под заглавием “ Олимпия ” в Берне до того, как Соловин уехал из Берна в 1905 году, а Габихт еще ранее в 1904 году.

Внедрение Эйнштейном материалов других создателей было достаточно типичным Заочный факультет - без ссылок на этих создателей. Это не единственный случай. Работы Эйнштейна с 1902-1905 года о явлениях термодинамики и флюктуациях в значимой мере повторяют работы других создателей без ссылок на их. После издания работы Заочный факультет по теории относительности прошло 7 лет, но Пуанкаре нигде и никогда не приписывал Эйнштейну ценность открытия теории относительности. Напротив, он нередко утверждал, что первооткрывателем был Лоренц, принижая тем свою роль в ее открытии Заочный факультет.

Относительность понятия движения связана с движением относительно различных систем отсчета. (Геоцентрическая система Птолемея и гелиоцентрическая Галилея - верный выбор системы отсчета имеет глубочайший физический смысл).

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета.

Системы отсчета, передвигающиеся Заочный факультет друг относительно друга поступательно с неизменной скоростью, именуются инерциальными.

Принцип относительности

Законы природы схожи во всех инерциальных системах отсчета.

U’=U+V, V= Const. mdU’/dt= mdU/dt +mdV/dt=mdU/dt=Fвнеш,,

5. Базы Заочный факультет релятивистской механики

z z’ Преобразования Лоренца

_

V x’=(x-vt)/(1-v2/c2)1/2

y’=y

z’=z

x x’ t’=(t-xv/c)/(1-v2/c2)1/2

y y’

^ Преобразования Галилея

x’=x-vt

y’=y

z’=z

t’=t

Длина стержня, измеренная в системе Заочный факультет, относительно которой он движется, меньше длины, измеренной в системе, относительно которой стержень лежит. (Лоренцово сокращение длины).

Замедление времени в передвигающейся системе отсчета.

Контрольные вопросы

1. Как осознавать “принцип относительности”?

2. Дайте обоснование модели Вселенной, в Заочный факультет какой мы находимся.

3. Поясните понятие структурных уровней материи.

Литература

1. И.В.Савельев Курс общей физики, т.1,гл.8, Наука,М., 1977г.

2. Б.М.Яворский, А.А.Пинский Базы физики т.1,гл Заочный факультет.12, Наука,М.,

1974г.

3. Дж.Орир Физика, т.1, гл.8,9, Мир,М., 1981г.


Лекция 2. Кинематические и динамические характеристики движения


Кинематические характеристики

Поступательное движение можно охарактеризовывать перемещением S, линейной скоростью V = dS/dt и линейным ускорением

а = dV/dt Заочный факультет = d2S/dt2.

Математические выражения для линейной скорости и ускорения вытекают из их определений.

Линейная скорость охарактеризовывает темп конфигурации линейного перемещения. Линейное ускорение охарактеризовывает темп конфигурации линейной скорости по величине Заочный факультет.

Обычное вращательное движение можно охарактеризовывать угловым перемещением , угловой скоростью  = d/dt и угловым ускорением  = d/dt =d2/dt2. Математические выражения вытекают из определения соответственных величин.

Угловая скорость охарактеризовывает темп конфигурации углового перемещения Заочный факультет тела. Угловое ускорение охарактеризовывает темп конфигурации угловой скорости.
^ Динамические характеристики
Характеристики поступательного движения: масса, импульс, сила, энергия.

Масса – мера инертности поступательного движения – скалярная величина.

Импульс охарактеризовывает количество поступательного движения – вектор р = mV. Вектор имеет Заочный факультет три составляющие – проекции на оси

{px ,py ,pz}.

Так как конкретно сила вызывает изменение нрава движения, то F = dp/dt.

Кинетическая энергия поступательного движения Е = mV2/2.

Характеристики вращательного движения: момент инерции, момент Заочный факультет импульса, момент силы, энергия.

Момент инерции – мера инертности вращательного движения

I = mr2, I = mr2, I =. Момент инерции – тензор. Он имеет несколько компонент, характеризующих инертность вращательного движения тела относительно разных осей, а поэтому Заочный факультет составляющие момента инерции записываются в форме матрицы.

Осевой момент импульса охарактеризовывает количество обычного вращательного движения Lос =I. Орбитальный момент импульса охарактеризовывает количество вращательного движения тела при его движении по орбите Lорб = [rp Заочный факультет].

Момент силы М =[rF]. Направление момента силы определяется по правилу правого буравчика методом поворота первого сомножителя ко второму. Подача буравчика совпадает с направлением момента силы.


^ Лекция 3. Законы сохранения. Уравнения движения. Динамика твердого тела.


  1. Законы Заочный факультет сохранения ценны собственной общностью. Они применимы для микро= и макромира. Законы сохранения связывают с общими положениями симметрии места и времени. Из характеристики однородности места следует закон сохранения импульса p= Сonst. Из Заочный факультет характеристики изотропности

места следует закон сохранения момента импульса L=J=Const. L=rxp=Const. Из характеристики однородности времени следует (ЗСЭ) закон сохранения энергии. Е=Const.

Абсолютное большая часть ученых рассматривает законы сохранения Заочный факультет как принципы запрета (хоть какое явление, при котором



Исаак Ньютон

нарушается, хотя бы один из законов сохранения, запрещено). Но, основатель современных представлений в механике Исаак Ньютон не приписывал закону сохранения энергии такового общего нрава Заочный факультет. Современный создатель книжки “Строение материи” М.П.Бронштейн даже замечает, что “причина этого неверного взора Ньютона на ЗСЭ очень увлекательна”. Как свидетельствуют современные заслуги науки схожий взор совершенно не был неверным Заочный факультет. Ньютон обладал восхитительным даром предвидения, к примеру, даже квантовой механики в собственной “теории приступов”. ЗСЭ в квантовой механике проявляется как статистический закон (верен для средних значений, а не для личных процессов Заочный факультет). Эту идея высказал Э.Шредингер, а потом Нильс Бор. Фридрих Энгельс в “Диалектике природы” писал тоже самое: ”ни один из физиков, в сути, не рассматривает ЗСЭ как нескончаемый и абсолютный закон природы Заочный факультет, закон спонтанной трансформации форм движения материи и количественного всепостоянства этого движения при всех его превращениях”. Узнаваемый физик военного поколения Д.И.Блохинцев также считает, что “очень возможно, что с развитием новейшей теории форма ЗСЭ Заочный факультет перетерпит конфигурации”.

В макромеханике таких заморочек не появляется. Законы сохранения справедливы для замкнутых систем и являются следствием законов динамики.

dp/dt=F (ma=F) 2-й закон Ньютона

dL/dt=M Заочный факультет=[rF] Аналог 2-го закона Ньютона для вращательного движения.

Система именуется замкнутой, если сумма всех наружных сил равна нулю либо ими можно пренебречь. Для замкнутых систем

dp/dt= 0 , как следует, p=Const - закон сохранения импульса Заочный факультет.

dL/dt=0 , как следует, L=Const - закон сохранения момента импульса.

^ Лунный тормоз.

Приливные волны на Земле связаны с притяжением воды в океане Луной. Другими словами на океане появляется вспучивание, обращенное верхушкой к Луне. Так Заочный факультет как период воззвания Луны вокруг Земли много больше продолжительности суток, то можно считать, что это вспучивание смотрит за положением Луны и при набегании его на сберегал тормозит вращение Земли Заочный факультет.

Если считать, что система Земля – Луна замкнута, другими словами пренебречь силами притяжения к Солнцу, то из этого догадки вытекает, что расстояние Земля – Луна меняется со времени образования океанов на Земле, другими словами в течение последних Заочный факультет 4 миллиардов. лет.

Закон сохранения момента импульса системы Земля – Луна:

J + rmV = Const

другими словами осевой момент импульса Земли J = 2MR2/5, (где J –момент инерции Земли, М – её масса, R – радиус Заочный факультет) плюс орбитальный момент импульса Луны rmV (m – масса Луны, V – её линейная скорость, r – расстояние от Земли до Луны) в сумме остаются неизменными. Если учитывать закон динамики движения Луны вокруг Земли c центростремительным ускорением V Заочный факультет2/r под действием сил гравитации F = GmM/r2, то mV2/r = GmM/r2. Отсюда следует, что J + m= Const, другими словами под действием лунного тормоза с уменьшением угловой скорости вращения Земли расстояние Заочный факультет Земля – Луна также должно возрастать. Можно даже поставить вопрос о том, когда Луна оторвется от Земли.
^ Личные законы сохранения
В системах, где действуют центральные силы, производится закон сохранения момента импульса Заочный факультет. Для центральных сил

F R, F  0,

V V M = [RF] = 0

R Как следует dL/dt = 0

 o L= const.


Центральные силы действуют в Солнечной планетной системе. Она образовалась согласно догадке О.Ю.Шмидта Заочный факультет из газопылевого облака. Для него должен сохраняться момент импульса по направлению. Как следует орбиты планет Галлактики должны лежать приблизительно в одной плоскости. Приведем справочные данные наклона орбит планет по отношению к плоскости Эклиптики.

Меркурий Заочный факультет Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон

7о 3о 0о 2о 1о 2,5о 1о 2о 17о

Отклонение получено исключительно в отношении орбиты самой далекой планетки – Плутона. Это просит дополнительного разъяснения.

Из Заочный факультет закона сохранения момента импульса по величине следуют законы Кеплера. Возьмем какой-то из них:

радиусы-векторы орбит планет обрисовывают равные площади за равное время. Вычислим площадь сектора:

dS =Rdl/2 = R2d/2= R2dt/2=RVdt Заочный факультет/2

L = RmV = Const, как следует

dS =Ldt/2m, что и требовалось обосновать.

Контрольные вопросы

1. С какими качествами места и времени связаны

законы сохранения?

2. Напишите законы динамики и охарактеризуйте их.

3. При каких критериях справедливы три закона Заочный факультет сохранения?

Литература

1. И.В.Савельев Курс общей физики, т.1, гл.3, Наука, М., 1977г.

2. Б.М.Яворский, А.А.Пинский Базы физики, т.1, гл.15,19,21-

23, Наука,М., 1974г.

3.Дж.Орир Физика , т.1., гл.4,7,9,10, Мир,М Заочный факультет., 1981г.


zaochnaya-ekskursiya-v-rodovoe-pomeste-isturgeneva-spasskoe-lutovinovo.html
zaochnaya-forma-obucheniya-35-goda-rabochaya-programma-disciplini-specialnost.html
zaochnaya-forma-obucheniya-god-postupleniya-2017.html