Предмет физики. Предмет механики. Физические модели. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Системы отсчета.

Тема

 

Предмет физики. Предмет механики. Физические модели. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Системы отсчета.

Фи́зика (от др.-греч. φύσις «природа») — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Законы физики лежат в основе всего естествознания. Физика — это наука о природе в самом общем смысле (часть природоведения). Она изучает материю (вещество и поля) и наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физи́ческое модели́рование — метод экспериментального изучения различных физических явлений, основанный на их физическом подобии. Метод применяется при следующих условиях:

· Исчерпывающе точного математического описания явления на данном уровне развития науки не существует, или такое описание слишком громоздко и требует для расчётов большого объёма исходных данных, получение которых затруднительно.

· Воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком дорогостояще (например, цунами).

Метод состоит в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах, и проведении экспериментов на этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах. Материа́льная то́чка — простейшая физическая модель в механике — математическая абстракция — тело, размеры которого допустимо считать бесконечно малыми в пределах допущений исследуемой задачи. Масса и положение материальной точки в каждый конкретный момент времени полностью определяют её поведение и физические свойства. Пренебречь размерами объекта можно только тогда, когда он описывается моделью механической системы, обладающей только поступательными, но не внутренними степенями свободы. Другими словами, материальная точка — простейшая механическая система, обладающая минимально возможным числом степеней свободы при данной размерности пространства.Абсолютно твёрдое тело — модельное понятие классической механики, обозначающее совокупность материальных точек, расстояния между которыми сохраняются в процессе любых движений, совершаемых этим телом. Иначе говоря, абсолютно твердое тело не только не изменяет свою форму, но и сохраняет неизменным распределение массы внутри. Всякое движение твердого тела можно разложить на два основных вида движения – поступательное и вращательное. Поступательное движение – это такое движение, при котором любая прямая, связанная с движущимся телом, остается параллельной самой себе. При вращательном движении все точки тела движутся по окружности, центры которых лежат на одной и той же прямой называемой осью вращения. Для того чтобы получать возможность описывать движение количественно, Приходится связывать с телами, образующими систему отсчета ,какую-либо систему координат, например декартовую. Тогда положение материальной точки можно определить, задав три числа x,y,z – декартовы координаты этой точки.

Равнопеременное движение.

Движение материальной точки называется равнопеременным, если ускорение остается постоянным по величине и направлению с течением времени: . Вычислим  и . Для этого запишем: ,

. 

Итак, , . Спроецируем равенства на оси декартовой системы координат. Получим,

,

.

Здесь, - проекции скорости частицы в нулевой момент времени, - проекции ускорения частицы, - координаты частицы в нулевой момент времени, - координаты частицы в момент времени .

 

Плоское движение

Плоским (плоскопараллельным) назыв.такое движение, при котором все его точки перемещаются параллельно некоторой неподвижной плоскости. Уравнения плоского движения: x_A= f₁(t), y_A= f₂(t), j = f₃(t), точка А назыв. полюсом. Плоское движение тв.тела слагается из поступательного движения, при котором все точки тела движутся так же, как полюс (А),и из вращательного движения вокруг этого полюса.Поступательное перемещение зависит от выбора полюса, а величина и направление угла поворота не зависят. Скорости точек тела при плоском движении: ; , v_BA= w×BA, т.е.скорость какой-либо точки В плоской фигуры равна геометрической сумме скорости полюса А и скорости точки В при вращении плоской фигуры вокруг полюса А. Теорема: при плоском движении проекции скоростей двух точек тела на ось, проходящую через эти точки, равны между собой: v_Acosa = v_Bcosb.

Работа и энергия. Мощность.

Работа – это скалярная величина.

[A]= Дж

Энергия – это физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу.[Е]= Дж

Любое тело обладает скоростью и обладает кинетической энергией:

Потенциальная энергия:

Мощность – это скорость выполнения работы

[N] = Вт

Абсолютно неупругий удар.

Удар называется не упругим если тела после удара не восстанавливают свою форму и размеры. При этом импульс сохраняется, а механическая энергия – нет. В физике ударом называют такое взаимодействие тел, при котором их скорости изменяются за очень короткий промежуток времени.

После взаимодействия тела движутся либо как одно целое, либо останавливается, т.к. энергия скалярная, то энергия импульса до взаимодействия равна сумме энергии тела.

Абсолютно упругий удар.

Удар называют упругим, если тела полностью восстанавливаются после прекращения внешнего воздействия. В физике ударом называют такое взаимодействие тел, при котором их скорости изменяются за очень короткий промежуток времени.

 

 

Теорема Штейнера.

В момент инерции тело вращения относительно оси симметрии можно легко найти исходя из определения. Если ось не проходит через центр, то исходя из определения рассчитать момент инерции невозможно.

Для нахождения моментов инерции тел относительно оси не проходящей через центр применяется теорема Штейнера.

Момент инерции тела относительно оси не проходящей через центр масс равен моменту инерции тела сложенные с произведением массы тела на квадрат расстояния между осями (оси при этом должны быть параллельными)

Лоренцево сокращение длин.

 Лоренцево сокращение, также называемое релятивистским сокращение длины движущегося тела или масштаба — предсказываемый релятивистской кинематикой эффект, заключающийся в том, что с точки зрения наблюдателя движущиеся относительно него предметы имеют меньшую длину (линейные размеры в направлении движения), чем их собственная длина. Множитель, выражающий кажущееся сжатие размеров, тем сильнее отличается от 1, чем больше скорость движения предмета.Эффект значим только если скорость предмета по отношению к наблюдателю сравнима со скоростью света.Пусть стержень длины l движется (вдоль своей длины) со скоростью v относительно некой системы отсчёта. В таком случае в фиксированный момент времени расстояние между концами стержня составит

, где c — скорость света.
Величина, обратная ко множителю с корнем называется также Лоренц-фактором. С её использованием эффект можно сформулировать и так: время пролёта стержня мимо фиксированной точки пространства составит
При этом, все размеры поперёк движения не меняются.Сокращение длин возникает из-за свойств псевдоевклидовой геометрии пространства Минковского, аналогичных удлиннению сечения, например, цилиндра, когда оно проводится не строго поперёк оси, а косо. См. преобразования Лоренца.Говоря иначе, «одинаковый момент времени» с точки зрения рассматриваемой системы отсчёта не будет являться одинаковым с точки зрения стержня.Понятие «одинакового момента времени» с точки зрения теории относительности является неправильным. Поэтому, эффект в большинстве случаев можно понимать не как «изменение длины», а как отличие релятивистского понятия скорости от оного в галилеевой кинематике. Длинные предметы, разогнанные до околосветовых скоростей, пролетают намного быстрее, чем следовало бы ожидать, разделив их длину на величину v («скорость движения»). При неограниченном разгоне стержня время его пролёта будет стремиться к нулю, несмотря на то, что «скорость» ограничена постоянной c.Или, если представить себе трубопровод с околосветовым движением, то он сможет перекачать в единицу времени больший объём жидкости, нежели скорость света, умноженная на сечение трубы (при устремлении скорости к световой — неограниченный).Лоренцево сокращение лежит в основе таких эффектов как парадокс Эренфеста и парадокс Белла, показывающих непригодность понятий классической механики к СТО. Они показывают невозможность, соответственно, раскрутить и придать ускорение гипотетическому «абсолютно твёрдому телу».

20. Преобразования Лоренца

Пусть нам даны две системы отсчета k и k`. В момент t = О обе эти системы координат совпадают. Пусть система k` (назовем ее подвижной) движется так, что ось х` скользит по оси х, ось у` параллельна оси у, скорость v - скорость движения этой системы координат (рис. 109).

Точка М имеет координаты в системе k - х, у, z, a в системе k` - х`, у`, z`.

Преобразования Галилея в классической механике имеют вид:

Преобразования координат, удовлетворяющие постулатам специальной теории относительности, называются преобразованиями Лоренца.

Впервые они (в несколько иной форме) были предложены Лоренцем для объяснения отрицательного эксперимента Майкельсона-Морли и для придания уравнениям Максвелла одинакового вида во всех инерциальных системах отсчета.

Эйнштейн вывел их независимо на основе своей теории относительности. Подчеркнем, что изменилась (по сравнению с преобразованием Галилея) не только формула преобразования координаты х, но и формула преобразований времени t. Из последней формулы непосредственно видно, как переплетены пространственная и временная координаты.

21. Интервал и его инвариантность.

Преобразования Лоренца. Инвариантность интервала при этих преобразованиях. Собственное время. Собственная длинна.

 

Преобразования Лоренца обоснованы на принципе относительности (Утверждение впервые высказанное Г. Галилеем, о том, что во всех инерциальных системах координат механические явления протекают одиноково, называется принципом относительности Галилея. В дальнейшем в результате изучений других явлеий, в частности электромагнитных, справедливость этих полоений была признана для любых явлений. В таком общем виде оно называется принципом отнгсительности СТО или просто принципом относиельности) и принципа постоянства скорости света (независимость скорости света от скорости источника и скорости наблюдателя. Это постулат).

Однородность пространства: начало системы координат может быть помещено в любой точке и все геометрические соотношения между любыми геометрическими обьектами при этом совершенно одинаковы с теми, которые получаются при помещении начала координат в любую другую точку.

Изотропность пространтва: в каждой точке пространства можно ориентировать оси СК произвольным образом. При этом соотношения между геометрическими обьектами не имменются.

Однородность и изотропность времени является его главными свойствами в ИСО.

Однородность времени: это одиноковость развития и изменения данной физической ситуации независимо от того, в какой момент эта ситуюция сложилась.

Из однородности пространства и времени следует, что преобразования должны быть линейными. x?=Ф1(x,y,z,t),

y?=Ф(x,y,z,t),

z?=Ф3(x,y,z,t),

t?=Ф4(x,y,z,t).

Изходя из изотропности и однородности пространтва, мы можем как угодно поварачивать и смещать оси СК. ориентируем оси так:

Начало координат: Пусть в t=0 x=y=z=0 совпадает с x?=y?=z?=0 , тогда А5=0

y? = a1x + a2y + a3z + a4t;

z? = b1x + b2y + b3z + b4t;

Т.к. оси Y,Y? и Z,Z? параллельны след: y=0 y?=0, z=0 z?=0

0 = a1x + a3z + A4t;

0 = b1x + b2y + b4t; что возможно лиш при а1=а3=а4=0

0=в1=в3=в4 След. y?=ay и z?=az

y=y?/a z=z?/a так как масштаб в С.К. изменятся одинаково, значит а=1/а , значит а=1.

Следовательно y?=y; z=z?.

Преобразования для x и t: Вследствие линейности преобразований:

x?=?(x?vt) ? x=??(x?+vt)

Докажем, что ??=?. Пусть некоторый стержей покоится в системе К?: x2??x1?=l. В системе К он движется ? x1?=?(x1?vt0), x2?=?(x2?vt0) ? x2 ?x1=(x1??x2?)/?=l/?..

Пусть теперь тот же стержень в системе К и имеет в ней длину l. ? x2?x1=l. В системе К?, принятой за неподвижную, этот стержень двигается с v. ? x1=??(x1?+v0 t?), x2=??(x2?+v0 t?)

? x2??x1?=(x2?x1)/??. Согласно принципу относительности обе системы равноправны и длинна одного и того же стержня, движущегося в этих системах с одинаковой скоротью, должна быть обнакова ? ??=?. Воспользуемся постулатом скорости света: x?=ct?, x=ct. ?

ct?=? t(c?v), ct=? t?(c+v) ? ?= ? vt?=(x/?)?x?=(x/a)??(x?vt)=?vt+x((1/?)??) ? t?= , x?= , y=y?, z=z?. Обратные реобразования получаются заменой штрухованных элементов на нештрихованные и измененим знака скорости.

Инвариантом преобразований Лоренца явл. пространтвенно-временной интревал или просто интервал. Интервалом между точками (x1, y1, z1, t1) и (x2, y2, z2, t2) наз. величина

s=(x1?x2)2+(y1?y2)2+(z1?z2)2?c2(t1?t2)2

? эта величина имеет во всех СК одно и то же значения, т. е. явл. инвариантом преобразобаний Лоренца.

s2>0 ? интервал пространственноподобный.

s2>0 ? интервал времениподобный.

s2=0 ? интервал нулевой (такой интервал ? существуе между событиями, которые могут быть связаны сигналом, распространяющимся со скоростью света).

Время, которое измеряется по часам, связанным с движущейся точкой, наз. собственным временем этой точки.

Длинна, которая измеряется прибором, связанным с движущимся стержнем, наз. абсолютной длинной.

22. Закон сложения скоростей.

Скорости движения тела в различных системах отсчёта связывает между собой классический закон сложения скоростей.

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна сумме скоростей тела в подвижной системе отсчёта и самой подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

Например, пассажирский поезд движется по железной дороге со скоростью 60 км/ч. По вагону этого поезда идет человек со скоростью 5 км/ч. Если считать железную дорогу неподвижной и принять её за систему отсчёта, то скорость человека относительно системы отсчёта (то есть относительно железной дороги), будет равна сложению скоростей поезда и человека, то есть

60 + 5 = 65, если человек идёт в том же направлении, что и поезд и 60 – 5 = 55, если человек и поезд движутся в разных направлениях. Однако это справедливо только в том случае, если человек и поезд движутся по одной линии. Если же человек будет двигаться под углом, то придётся учитывать этот угол, вспомнив о том, что скорость – это векторная величина.

Тема.

Первое начало термодинамики

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ, один из осн. законов термодинамики; является законом сохранения энергии для систем, в к-рых существ, значение имеют тепловые процессы (поглощение или выделение тепла). Согласно первому началу термодинамики, термодинамич. система (напр., пар в тепловой машине) может совершать работу только за счет своей внутр. энергии или к.-л. внеш. источника энергии. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, к-рый совершал бы работу, не черпая энергию из нек-рого источника.

Первое начало термодинамики вводит представление о внутренней энергии системы как ф-ции состояния. При сообщении системе нек-рого кол-ва теплоты Q происходит изменение внутр. энергии системы DU и система совершает работу А: DU = Q + А.

Первое начало термодинамики утверждает, что каждое состояние системы характеризуется определенным значением внутр. энергии U, независимо от того, каким путем приведена система в данное состояние. В отличие от значений U значения A и Q зависят от процесса, приведшего к изменению состояния системы. Если начальное и конечное состояния a и b бесконечно близки (переходы между такими состояниями наз. инфи-нитезимальными процессами), первое начало термодинамики записывается в виде:

Это означает, что бесконечно малое изменение внутр. энергии dU является полным дифференциалом ф-ции состояния, т.е. интеграл  = Ub - Ua , тогда как бесконечно малые кол-ва теплоты  и работы  не являются дифференц. величинами, т.е. интегралы от этих бесконечно малых величин зависят от выбранного пути перехода между состояниями а и b (иногда их наз. неполными дифференциалами).

Из общего кол-ва работы, производимой системой объема У, можно выделить работу обратимого изотермич. расширения под действием внеш. давления p^e , равную p^eV, и все остальные виды работы, каждый из к-рых можно представить произведением нек-рой обобщенной силы , действующей на систему со стороны окружающей среды, на обобщенную координату x_i  , изменяющуюся под воздействием соответствующей обобщенной силы. Для инфинитези-мального процесса

Первое начало термодинамики позволяет рассчитать макс. работу, получаемую при изотермич. расширении идеального газа, изотермич. испарении жидкости при пост. давлении, устанавливать законы адиабатич. расширения газов и др. Первое начало термодинамики является основой термохимии, рассматривающей системы, в к-рых теплота поглощается или выделяется в результате хим. р-ций, фазовых превращ. или растворения (разбавления р-ров).

Если система обменивается со средой не только энергией, но и в-вом (см. Открытая система), изменение внутр. энергии системы при переходе из начального состояния в конечное включает помимо работы А и теплоты Q еще и т. наз. энергию массы Z. Бесконечно малое кол-во энергии массы в инфинитезимальном процессе определяется хим. потенциалами m_k каждого из компонентов системы: = , где dN внизу k - бесконечно малое изменение числа молей k-гo компонента в результате обмена со средой. В случае квазистатич. процесса, при к-ром система в каждый момент времени находится в равновесии с окружающей средой, первое начало термодинамики в общем виде имеет след. мат. выражение:

где p и m_k равны соответствующим значениям для окружающей среды (индекс е при X_i обычно опускают). Это выражение используется в прикладной термодинамике применительно к системам, в к-рых производится работа хим., электрич., магн. и т.п. сил.

Первое начало термодинамики было сформулировано в сер. 19 в. в результате работ Ю. P. Майера, Дж. Джоуля и Г. Гельмгольца. Вместе со вторым началом термодинамики оно составляет основу классич. термодинамики. В 60-х гг. 20 в. сформулирован фундам. закон устойчивого равновесия систем (Д. Хацо-пулос, Д. Кинан, P. Хейвуд), следствиями к-рого являются как первое начало термодинамики, так и второе начало.

13. Круговые процессы и тепловые двигатели. К.П.Д. теплового двигателя.

Круговым процессом (или циклом) называется такой процесс при котором система после ряда изменении возвращается в исходное состояние. На графике цикл изображается замкнутой кривой. Работа совершаемая при круговом процессе, численно равна площади охватываемой кривой. После совершения цикла система возвращается в прежнее состояние. Поэтому всякая функция состояния, в частности внутренняя энергия, имеет в начале и в конце цикла одинаковое значение.

 

 

Тепловой двигатель — устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива, тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.

Работа, совершаемая двигателем, равна: , где: QH — количество теплоты, полученное от нагревателя, Qx — количество теплоты, отданное охладителю.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя (T_H) и холодильника (T_X):

 

Уравнение Пуассона.

Уравне́ние Пуассо́на — эллиптическое дифференциальное уравнение в частных производных, которое, среди прочего, описывает электростатическое поле, стационарное поле температуры, поле давления, поле потенциала скорости в гидродинамике.

Оно названо в честь знаменитого французского физика и математика Симеона Дени Пуассона.

Это уравнение имеет вид: Δφ = f,где Δ — оператор Лапласа или лапласиан, а f — вещественная или комплексная функция на некотором многообразии.

В трёхмерной декартовой системе координат уравнение принимает форму:

В декартовой системе координат оператор Лапласа записывается в форме  и уравнение Пуассона принимает вид:

Если f стремится к нулю, то уравнение Пуассона превращается в уравнение Лапласа (уравнение Лапласа — частный случай уравнения Пуассона): Δφ = 0.

 

Уравнение Пуассона является одним из краеугольных камней электростатики. Нахождение φ для данного f — важная практическая задача, поскольку это обычный путь для нахождения электростатического потенциала для данного распределения заряда. В единицах системы СИ:  где  — электростатический потенциал (в вольтах),  — объёмная плотность заряда (в кулонах на кубический метр), а  — диэлектрическая проницаемость вакуума (в фарадах на метр).

В единицах системы СГС:

В области пространства, где нет непарной плотности заряда, имеем:  и уравнение для потенциала превращается в уравнение Лапласа:

Энтропия идеального газа.

Для пpимеpа покажем, как можно найти энтpопию идеального газа. Согласно опpеделению пpиpащение энтpопии pавно пpиведенной теплоте в обpатимом пpоцессе. Рассмотpим два каких-нибудь состояния идеального газа 1 и 2 (pис. 7.8). Чтобы найти пpиpащение энтpопии S2-S1, нужно соединить эти состояния каким-то обpатимым пpоцессом (не важно, каким именно). Удобно соединить эти состояния изотеpмическим и адиабатным пpоцессами, как показано на pисунке 7.8.

На адиабатном участке энтpопия не изменяется. Следовательно, (7.50)

Для изотеpмического пpоцесса в идеальном газе Q = -A= uRT1lnV3/V1. Тогда с учетом (7.50) находим изменение энтpопии одного моля газа  (7.51)

Свяжем состояния 2 и 3 уpавнением адиабаты:  (7.52)

Тогда фоpмулу (7.51) можно пеpеписать в виде   (7.53)

Следовательно, энтpопия для одного моля газа может быть пpедставлена фоpмулой  (7.54)

Веpнемся тепеpь к пpоизвольной массе газа, содеpжащей молей. Энтpопия аддитивная величина, и поэтому она должна быть пpопоpциональна количеству газа, т.е. числу молей . Под логарифмом должен остаться объем моля газа, pавный V/n . Таким обpазом, энтpопия газа опpеделяется фоpмулой  (7.55)

Упpостим полученную фоpмулу, пpинимая во внимания, что  (7.56)

Таким обpазом, окончательно запишем  (7.57)

В некотоpых случаях фоpмулу (7.57) полезно пpедставить в виде

 

Барометрическая формула.

Барометрическая формула определяет зависимость давления или плотности газа от высоты в поле тяжести.

Для идеального газа, имеющего постоянную температуру Т и находящегося в однородном поле тяжести (во всех точках его объёма ускорение свободного падения g одинаково), Б. ф. имеет следующий вид:

р = p₀exp [-gm.(h - h₀)/RT] (1),

где р — давление газа в слое, расположенном на высоте h, p₀ — давление на нулевом уровне (h = h₀), m — молекулярная масса газа, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура. Графически зависимость (1) представлена на рис. Из Б. ф. (1) следует, что концентрация молекул n (или плотность газа) убывает с высотой по тому же закону:

n =n₀exp [-mg (h-h₀)/kT],

где m — масса молекулы, k — Больцмана постоянная.

Б. ф. может быть получена из закона распределения молекул идеального газа по скоростям и координатам в потенциальном силовом поле (см. Больцмана статистика). При этом должны выполняться два условия: постоянство температуры газа и однородность силового поля. Аналогичные условия могут выполняться и для мельчайших твёрдых частичек, взвешенных в жидкости или газе. Основываясь на этом, французский физик Ж. Перрен в 1908 применил Б. ф. к распределению по высоте частичек эмульсии, что позволило ему непосредственно определить значение постоянной Больцмана.

Б. ф. показывает, что плотность газа уменьшается с высотой по экспоненциальному закону. Величина —mg (h-h₀)/kT, определяющая быстроту спада плотности, представляет собой отношение потенциальной энергии частиц к их средней кинетической энергии, пропорциональной kT. Чем выше температура Т, тем медленнее убывает плотность с высотой. С другой стороны, возрастание силы тяжести mg (при неизменной температуре) приводит к значительно большему уплотнению нижних слоев и увеличению перепада (градиента) плотности. Действующая на частицы сила тяжести mg может изменяться за счёт двух величин: ускорения g и массы частиц m.

Следовательно, в смеси газов, находящейся в поле тяжести, молекулы различной массы по-разному распределяются по высоте.

Реальное распределение давления и плотности воздуха в земной атмосфере не следует Б. ф., т.к. в пределах атмосферы температура и ускорение свободного падения меняются с высотой и географической широтой. Кроме того, атмосферное давление увеличивается с концентрацией в атмосфере паров воды.

Б. ф. лежит в основе барометрического нивелирования — метода определения разности высот Dh между двумя точками по измеряемому в этих точках давлению (p₁ и p₂). Поскольку атмосферное давление зависит от погоды, интервал времени между измерениями должен быть возможно меньшим, а пункты измерения располагаться не слишком далеко друг от друга. Б. ф. записывается в этом случае в виде: Dh = 18400· (1+at) lg (p₁/p₂) (в м), где t — средняя температура слоя воздуха между точками измерения, a — температурный коэффициент объёмного расширения воздуха. Погрешность при расчётах по этой формуле не превышает 0,1—0,5% от измеряемой высоты. Более точна формула Лапласа, учитывающая влияние влажности воздуха и изменение ускорения свободного падения.

Опыт Штерна.

Опыт Штерна — опыт, впервые проведённый немецким физикомОтто Штерном в 1920 году. Опыт явился одним из первых практических доказательств состоятельности молекулярно-кинетической теории строения вещества. В нём были непосредственно измерены скорости теплового движения молекул и подтверждено наличие распределения молекул газов по скоростям.Для проведения опыта Штерном был подготовлен прибор, состоящий из двух цилиндров разного радиуса, ось которых совпадала и на ней располагалась платиновая проволока с нанесённым слоем серебра. В пространстве внутри цилиндров посредством непрерывной откачки воздуха поддерживалось достаточно низкое давление. При пропускании электрического тока через проволоку достигалась температура плавления серебра, из-за чего атомы начинали испаряться и летели к внутренней поверхности малого цилиндра равномерно и прямолинейно со скоростью v, соответствующей подаваемому на концы нити напряжению. Во внутреннем цилиндре была проделана узкая щель, через которую атомы могли беспрепятственно пролетать далее. Стенки цилиндров специально охлаждались, что способствовало оседанию попадающих на них атомов. В таком состоянии на внутренней поверхности большого цилиндра образовывалась достаточно чёткая узкая полоса серебряного налёта, расположенная прямо напротив щели малого цилиндра. Затем всю систему начинали вращать с некой достаточно большой угловой скоростьюω. При этом полоса налёта смещалась в сторону, противоположенную направлению вращения, и теряла чёткость. Измерив смещение s наиболее тёмной части полосы от её положения, когда система покоилась, Штерн определил время полёта, через которое нашёл скорость движения молекул: где s — смещение полосы, l — расстояние между цилиндрами, а u — скорость движения точек внешнего цилиндра.Найденная таким образом скорость движения атомов серебра совпала со скоростью, рассчитанной по законам молекулярно-кинетической теории, а тот факт, что получившаяся полоска была размытой, свидетельствовал в пользу того, что скорости атомов различны и распределены по некоторому закону — закону распределения Максвелла: атомы, двигавшиеся быстрее, смещались относительно полосы, полученной в состоянии покоя, на меньшие расстояния, чем те, которые двигались медленнее.

Ферромагнетики.

Ферримагнетики (ферриты) – вещества, в которых магнитные моменты атомов кристаллической решетки образуют несколько магнитных подрешеток с магнитными моментами, направленными навстречу друг другу. Имея меньшую величину магнитной восприимчивости по сравнению с ферромагнетиками, в остальном ферримагнетики характеризуются теми же признаками, что и ферромагнетики. Типичными ферритами являются соединения оксидов железа с оксидами других металлов - шпинели (MnFe₂O₄), гранаты Gd₃Fe₅O₁₂), гексаферриты (PbFe₁₂O₁₉). Другую группу ферритов образуют двойные фториды типа RbNiF₃, а также соединения типа RFe₂ (R – редкоземельный металл).

Ток замыкания цепи

При всяком изменении силы тока в каком-либо контуре в нем возникает ЭДС самоиндукции, которая вызывает появление в этом контуре дополнительных токов, называемых экстратоками. По правилу Ленца экстратоки, возникающие в проводниках вследствие самоиндукции, всегда направлены так, чтобы воспрепятствовать изменению тока, текущего в цепи. При замыкании ключа в катушке возникает экстраток замыкания, направление которого противоположно нарастающему току батареи. При этом часть экстратока замыкания ответвляется на батарею, а часть на гальванометр, где его направление совпадает с направлением тока батареи – гальванометр дает дополнительный отброс вправо.

  замыкание ключа:

размыкание ключа:

 

Ток размыкания цепи.

При размыкании ключа магнитный поток в катушке начнет исчезать. В ней возникнет экстраток размыкания, который будет препятствовать убыванию магнитного потока, то есть будет направлен в катушке в ту же сторону, что и убывающий ток. При этом экстраток размыкания теперь целиком проходит через гальванометр, где его направление противоположно направлению первоначального тока – гальванометр дает отброс влево. Установление и исчезновение тока в цепи, содержащей индуктивность, происходит не мгновенно, а постепенно. Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника ЭДС , катушки индуктивности L и сопротивления R. При размыкании ключа в образующейся замкнутой цепи помимо ЭДС  будет действовать ЭДС самоиндукции . По второму правилу Кирхгофа можем написать:

 

Ток смещения.

Ток смещения — величина, прямо пропорциональная быстроте изменения электрической индукции. В вакууме, а также в любом веществе, в котором можно пренебречь поляризацией либо скоростью её изменения, током смещения JD (с точностью до универсального постоянного коэффициента) называется поток вектора быстроты изменения электрического поля через некоторую поверхность s:

В диэлектриках:  где D — вектор электрической индукции (исторически вектор D назывался электрическим смещением, отсюда и название «ток смещения»)

 

Соответственно, плотностью тока смещения в вакууме называется величина

а в диэлектриках — величина

Капиллярные явления.

Явления смачивания и несмачивания

А)жидкость, которая растекается тонкой плёнкой по твердому телу, называют смачивающей данное твёрдое тело;

б) жидкость, которая не растекается по твёрдому телу, а стягивается в каплю, называют несмачивающей данное твёрдое тело.

Мерой смачивания является угол ? между смачиваемой поверхностью и касательной к поверхности жидкости. Этот угол называют углом смачивания, или краевым углом.

Соотношения между ?(>TF_жг ),?(>TF_жт ) и ?(>TF_тг ).

При установлении равновесия на границе тел (жидкого, твёрдого и газообразного) на каждый элемент границы между ними будут действовать три силы: ?(>TF_жг )_ между жидкостью и газом, ?(>TF_жт )_ между твёрдым телом и жидкостью и ?(>TF_тг )_ между твёрдым телом и газом.

Растяжение жидкости произойдёт, если (в проекциях) ?(>TF_тг ) ? ?(>TF_жт ) +?(>TF_жг ) cos??.

Из условия равновесия: ?(>TF_тг )=?(>TF_жт )+?(>TF_жг ) cos??. Отсюда cos??=(?(>TF_тг )_?(>TF_жт ))/?(>TF_жг ).

Если >TF_жт <?(>TF_тг ), то cos??>0, жидкость смачивающая. Если?(>TF_тг )_ ?(>TF_жт )>?(>TF_жт ), то равновесие не соблюдается. Такое состояние означает, что жидкость полностью смачивает твёрдое тело, отделяя его поверхность от газа.

а) Жидкость находится в сосуде, стенки которого смачиваются. Жидкость поднимается по стенке вверх, так как силы взаимодействия молекул жидкости со стенками сосуда больше сил взаимодействия молекул жидкости между собой.

б) Стенки сосуда несмачиваемы. Силы взаимодействия молекул жидкости со стенками сосуда меньше сил взаимодействия молекул между собой.

 

Искривлённую поверхн6ость жидкости вблизи границы её соприкосновения с твёрдым телом называют мениском.

Уравнение Бернулли.

Уравнение Бернулли: Полное давление жидкости, равно сумме: динамического , гидростатического и статического рдавлений является постоянной величиной. ++ р = const (Наклонные трубы).

+ р =const для горизонтальных труб.

45. Профиль скорости жидкости в цилиндрической трубе.
При движении жидкости в круглой трубе скорость равна нулю у стенок трубы и максимальна на оси трубы. Полагая течение ламинарным, найдём закон изменения скорости с расстоянием r от оси трубы.
Выделим воображаемый цилиндрический объём жидкости радиуса r и длины l. При стационарном течении в трубе постоянного сечения скорости всех частиц жидкости остаются неизменными. Следовательно, сумма внешних сил, приложенных к любому объёму жидкости, равна нулю. На основания рассматриваемого цилиндрического объёма действуют силы давления, сумма которых равна (р1-р2)Пr2.Эта сила действует на направление движения жидкости. Кроме того, на боковую поверхность цилиндра действует сила трения, равная

(имеется в виду значение на расстоянии r от оси трубы). Условие стационарности имеет вид 2 =.
Скорость убывает с расстоянием от оси трубы. Следовательно, отрицательна и =- . Учтя это преобразуем соотношение 2 = следующим образом: - =. Разделив переменные, получим уравнение =-rdr. Интегрирование даёт r2+C.
Постоянную интегрирования нужно выьрать так, чтобы скорость обращалась в нуль на стенках трубы, т.е. при r=R(R-радиус трубы). Из этого условия имеем: С=2.
Подстановка значения С в r2+C приводит к формуле 2 – r2) = 2(1-).Значение скорости на оси трубы равно 0=2.
С учётом этого формуле 2 – r2) = 2(1-) можно придать вид 0(1-).
Таким образом, при ламинарном течении скорость изменяется с расстоянием от оси трубы по параболическому закону:
При турбулентном течении скорость в каждой точке меняется беспорядочным образом. При неизменных внешних условиях постоянной оказывается средняя(по времени) скорость в каждой точке сечения трубы.

Третья тема

Теорема Ирншоу.

Теорема Ирншоу:

Не существует такой конфигурации неподвижных зарядов, которая была бы устойчивой, если нет других сил, кроме кулоновских.

                                          Или:

Замкнутая система неподвижных зарядов не может находиться в состоянии устойчивого равновесия (при условии, что между зарядами действуют только силы Кулона).

Доказательство.

Если положение устойчиво, то при любом смещении должна существовать «возвращающая» сила  вблизи каждого заряда направлена по

 - создается зарядом  внутри объема, что противоречит предложению о создании такого поля зарядами, находящимся вне поверхности .

                            

 

 

 

                  

 

Законы Ома.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U - напряжение на участке, R - сопротивление участка.

 

 

Закон Ома для произвольного участка цепи, содержащего источник постоянного тока.

где φ₁ - φ₂ + ε = U напряжение на заданном участке цепи, R - электрическое сопротивление заданного участка цепи.

 

 

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.

где R - электрическое сопротивление внешнего участка цепи, r - электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.

 

Закон Ома в интегральной форме для однородного участка цепи (не содержащего ЭДС)

(7.6.1)

Для однородного линейного проводника выразим R через ρ:

,

(7.6.2)

ρ – удельное объемное сопротивление; [ρ] = [Ом·м].

Найдем связь между и в бесконечно малом объеме проводника – закон Ома в дифференциальной форме.

В изотропном проводнике (в данном случае с постоянным сопротивлением) носители зарядов движутся в направлении действия силы, т.е. вектор плотности тока и вектор напряженности поля коллинеарны (рис. 7.6).

Рис. 7.6

Исходя из закона Ома (7.6.1), имеем:

А мы знаем, что или . Отсюда можно записать

,

(7.6.3)

это запись закона Ома в дифференциальной форме.

Здесь – удельная электропроводность.

Размерность σ – [ ].

Плотность тока можно выразить через заряд электрона е, количество зарядов n и дрейфовую скорость :

.

Обозначим , тогда ;

(7.6.4)

Теперь, если удельную электропроводность σ выразить через е, n и b: то вновь получим выражение закона Ома в дифференциальной форме:

.

 

Электрическое напряжение между двумя точками электрической цепи или электрического поля, равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую. В потенциальном электрическом поле эта работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд; в этом случае Э. н. между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.

Если поле непотенциально, то напряжение зависит от того пути, по которому перемещается заряд между точками. Непотенциальные силы, называются сторонними, действуют внутри любого источника постоянного тока (генератора, аккумулятора, гальванического элемента и др.). Под напряжением на зажимах источника тока всегда понимают работу электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника; в этом случае Э. н. равно разности потенциалов на зажимах источника и определяется законом Ома: U = IR—E, где I — сила тока, R — внутреннее сопротивление источника, а E — его электродвижущая сила (эдс). При разомкнутой цепи (I = 0) напряжение по модулю равно эдс источника. Поэтому эдс источника часто определяют как Э. н. на его зажимах при разомкнутой цепи.

В случае переменного тока Э. н. обычно характеризуется действующим (эффективным) значением, которое представляет собой среднеквадратичное за период значение напряжения. Напряжение на зажимах источника переменного тока или катушки индуктивности измеряется работой электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника или катушки. Вихревое (непотенциальное) электрическое поле на этом пути практически отсутствует, и напряжение равно разности потенциалов.

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

Наименование и обозначение производной единицы СИ:

международное – volt, V

русское – вольт, В

Выражение через основные и производные единицы СИ:

1 V = 1 W / A

Поле соленоида.

Особый интерес представляет магнитное поле внутри соленоида, длина которого значительно превосходит его диаметр. Внутри такого соленоида магнитная индукция имеет повсюду одно и то же направление, параллельное оси соленоида, и значит, линии поля параллельны между собой.

 Измеряя каким-нибудь способом магнитную индукцию в разных точках внутри соленоида, мы можем убедиться в том, что если витки соленоида расположены равномерно, то индукция магнитного поля внутри соленоида имеет во всех точках не только одинаковое направление, но и одинаковое числовое значение. Итак, поле внутри длинного равномерно навитого соленоида однородно. В дальнейшем, говоря о поле внутри соленоида, мы всегда будем иметь в виду подобные «длинные» равномерные соленоиды и не будем обращать внимания на отступления от однородности поля в областях, близких к концам соленоида.

 Подобные измерения, выполненные с разными соленоидами при различной силе тока в них, показали, что магнитная индукция поля внутри длинного соленоида пропорциональна силе тока I и числу витков, приходящихся на единицу длины соленоида, т. е. величине n=N/l, где N — полное число витков соленоида, l — его длина. Таким образом,

 Где — коэффициент пропорциональности, называемый магнитной постоянной (ср. с электрической постоянной  , § 11). Числовое значение магнитной постоянной

 В силу своей простоты поле соленоида используется в качестве эталонного поля.

 Для характеристики магнитного поля, кроме магнитной индукции В, используют также векторную величину Н, называемую напряженностью магнитного поля. В случае поля в вакууме величины В и Н просто пропорциональны друг другу:

 так что введение величины Н не вносит ничего нового. Однако в случае поля в веществе связь В с Н имеет вид

 где m — безразмерная характеристика вещества, называемая относительной магнитной проницаемостью или просто магнитной проницаемостью вещества. При рассмотрении магнитных полей в веществе, например в железе, величина Н оказывается полезной. Подробнее об этом идет речь в § 144.

Из формул (126.1) и (126.3) следует, что в случае, когда соленоид находится в вакууме, напряженность магнитного поля

 т. е., как говорят, равна числу ампер-витков на метр.

 С помощью измерений магнитной индукции поля, создаваемого током, текущим по очень длинному тонкому прямолинейному проводнику, было установлено, что

 где I — сила тока в проводнике, r — расстояние от проводника.

 Согласно формуле (126.3) напряженность поля, создаваемого прямолинейным проводником, находящимся в вакууме, равна

 В соответствии с формулой (126.7) единица напряженности магнитного поля носит название ампер на метр (А/м). Один ампер, на метр есть напряженность магнитного поля на расстоянии одного метра от тонкого прямолинейного бесконечно длинного проводника, по которому течет ток силой  ампер.

 

Закон Ампера. Сила Ампера.

 МОДУЛЬ СИЛЫ АМПЕРА. Пусть вектор магнитной индукции B составляет угол a с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). (За направление элемента тока принимают направление, в котором по проводнику течёт ток, то есть, от плюса источника тока к минусу источника тока, если наблюдать движение тока во внешней по отношению к источнику тока цепи). Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. Поэтому модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора В, перпендикулярной проводнику, т.е. от Вsin a, и не зависит от составляющей В, направленной вдоль проводника.

 Макимальная сила Ампера равна: F=IBL. Ей соответствует a = 90 градусов. При произвольном значении угла a сила пропорциональна не В, а её перпендикулярной составляющей, то есть Вsin a. Поэтому выражение для модуля силы Ампера, действующей на малый отрезок проводника L, по которому течёт ток I, со стороны магнитного поля с индукцией В, составляющей с элементом тока угол a, имеет вид: F = IBLsin a.

F = IBLsin a - Это выражение называют законом Ампера.

Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.

 

 

Феромагнетики

Ферромагнетики -- вещества (как правило, в тврдом кристаллическом или аморфном

состоянии), в которых ниже определнной критической температуры (точки Кюри)

устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или

ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов

(в металлических кристаллах). Ферромагнитные вещества - это особый класс веществ, для

которых зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля существенно

нелинейная, и эквивалентное значение магнитной восприимчивостью вещества может

составлять десятки и сотни тысяч

Св-ва: Ферромагнетики сильно втягиваются в область более сильного магнитного поля.

Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно

больше единицы.При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется

под влиянием внешних воздействий.

Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные

элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er.

 

 

Ток замыкания цепи.

Ток размыкания цепи.

При любом изменении силы тока в проводящем контуре возникает э.д.с. самоиндукции, после чего в контуре появляются дополнительные токи, называемые экстратоками самоиндукции. Экстратоки самоиндукции, по правилу Ленца, всегда имеют такое направление, чтобы оказывать сопротивление изменениям тока в цепи, т. е. имеет направление, противоположное току, создаваемому источником. При выключении источника тока экстратоки так же направлены, как и ослабевающий ток. Значит, наличие индуктивности в цепи приводит к замедлению исчезновения или установления тока в цепи.

Исследуем процесс выключения тока в цепи, содержащей источник тока с э.д.с. ξ , катушку индуктивностью L и резистор сопротивлением R . Под действием внешней э. д. с. в цепи течет постоянный ток

(пренебрегаем внутренним сопротивлением источника тока).

В момент времени t=0 отключим источник тока. Ток в катушке индуктивностью L начнет убывать, что приведет к возникновению э.д.с. самоиндукции ξ_s = -L(dI/dt) оказывающей препятствие, согласно правилу Ленца, уменьшению тока. В каждый момент времени ток в цепи задается законом Ома I= ξ_s/R, или

(1)

Разделив в формуле (1) переменные, получим (dI/I) = -(R/L)dt . Интегрируя эту формулу по I (от I₀ до I) и t (от 0 до t), найдем ln (I/I₀) = –Rt/L, или

(2)

где τ = L/R — постоянная, которая называется временем релаксации. Из (2) видно, что τ есть время, в течение которого сила тока уменьшается в е раз.

Значит, в процессе отключения источника тока сила тока уменьшается по экспоненциальному закону (2) и задается кривой 1 на рис. 1. Чем больше индуктивность цепи и меньше ее сопротивление, тем больше τ и, значит, тем медленнее убывает ток в цепи при ее размыкании.

Рис.1

При замыкании цепи помимо внешней э. д. с. ξ возникает э. д. с. самоиндукции ξ_s = -L(dI/dt) оказывающая препятствие, согласно правилу Ленца, возрастанию тока. По закону Ома, IR = ξ+ξ_s или

Зададим переменную u = (IR - ξ) преобразуем эту формулу как

где τ — время релаксации.

В момент замыкания (t=0) сила тока I = 0 и u = –ξ . Значит, интегрируя по u и (от –ξ до IR–ξ) и t (от 0 до t), найдем ln[(IR–ξ)]/(–ξ) = -t/τ, или

(3)

где I₀=ξ/R — установившийся ток (при t→∞).

Значит, в процессе включения источника тока увеличение силы тока в цепи определяется функцией (3) и кривой 2 на рис. 1. Сила тока увеличивается от начального значения I=0 и асимптотически стремится к установившемуся значению I₀=ξ/R . При этом, скорость нарастания тока задается тем же временем релаксации τ = L/R, что и убывание тока. Установление тока осуществляется тем быстрее, чем меньше индуктивность цепи и чем больше ее сопротивление.

Оценим значение э.д.с. самоиндукции ξ_s , которая возникает при мгновенном нарастании сопротивления цепи постоянного тока от R₀до R. Допустим, что мы размыкаем контур, когда в нем течет установившийся ток I₀=ξ/R . При размыкании цепи ток будет менеться по формуле (2). Подставив в нее формулу для I₀ и τ, найдем

Э.д.с. самоиндукции

т. е. при значительном возрастании сопротивления цепи (R/R₀>>1), которая обладает большой индуктивностью, э.д.с. самоиндукции может во много раз быть больше э.д.с. источника тока, включенного в цепь. Значит, необходимо учитывать, что контур, который содержит индуктивность, нельзя резко размыкать, так как при этом (возникновение значительных э.д.с. самоиндукции) может привести к пробою изоляции и поломке измерительных приборов. Если в контур сопротивление вводить постепенно, то э.д.с. самоиндукции больших значений не достигнет.

Ток смещения.

Ток смещения или абсорбционный ток — величина, прямо пропорциональная быстроте изменения электрической индукции. Это понятие используется в классической электродинамике. Введено Дж. К. Максвеллом при построении теории электромагнитного поля.

Введение тока смещения позволило устранить противоречие в формуле Ампера для циркуляции магнитного поля, которая после добавления туда тока смещения стала непротиворечивой и составила последнее уравнение, позволившее корректно замкнуть систему уравнений (классической) электродинамики.

Строго говоря, ток смещения не является электрическим током, но измеряется в тех же единицах, что и электрический ток.

В вакууме, а также в любом веществе, в котором можно пренебречь поляризацией либо скоростью её изменения, током смещения J_D (с точностью до универсального постоянного коэффициента) называется поток вектора быстроты изменения электрического поля через некоторую поверхность s.

В диэлектриках (и во всех веществах, где нельзя пренебречь изменением поляризации) используется следующее определение:

где D — вектор электрической индукции (исторически вектор D назывался электрическим смещением, отсюда и название «ток смещения»)

Соответственно, плотностью тока смещения в вакууме называется величина:

а в диэлектриках — величина:

Тема

 

Предмет физики. Предмет механики. Физические модели. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Системы отсчета.

Фи́зика (от др.-греч. φύσις «природа») — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Законы физики лежат в основе всего естествознания. Физика — это наука о природе в самом общем смысле (часть природоведения). Она изучает материю (вещество и поля) и наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физи́ческое модели́рование — метод экспериментального изучения различных физических явлений, основанный на их физическом подобии. Метод применяется при следующих условиях:

· Исчерпывающе точного математического описания явления на данном уровне развития науки не существует, или такое описание слишком громоздко и требует для расчётов большого объёма исходных данных, получение которых затруднительно.

· Воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком дорогостояще (например, цунами).

Метод состоит в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах, и проведении экспериментов на этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах. Материа́льная то́чка — простейшая физическая модель в механике — математическая абстракция — тело, размеры которого допустимо считать бесконечно малыми в пределах допущений исследуемой задачи. Масса и положение материальной точки в каждый конкретный момент времени полностью определяют её поведение и физические свойства. Пренебречь размерами объекта можно только тогда, когда он описывается моделью механической системы, обладающей только поступательными, но не внутренними степенями свободы. Другими словами, материальная точка — простейшая механическая система, обладающая минимально возможным числом степеней свободы при данной размерности пространства.Абсолютно твёрдое тело — модельное понятие классической механики, обозначающее совокупность материальных точек, расстояния между которыми сохраняются в процессе любых движений, совершаемых этим телом. Иначе говоря, абсолютно твердое тело не только не изменяет свою форму, но и сохраняет неизменным распределение массы внутри. Всякое движение твердого тела можно разложить на два основных вида движения – поступательное и вращательное. Поступательное движение – это такое движение, при котором любая прямая, связанная с движущимся телом, остается параллельной самой себе. При вращательном движении все точки тела движутся по окружности, центры которых лежат на одной и той же прямой называемой осью вращения. Для того чтобы получать возможность описывать движение количественно, Приходится связывать с телами, образующими систему отсчета ,какую-либо систему координат, например декартовую. Тогда положение материальной точки можно определить, задав три числа x,y,z – декартовы координаты этой точки.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: