Фізика - це наука, що вивчає загальні властивості руху речовини і поля.
Фізика - наука про найпростіші форми руху матерії і відповідних їм найбільш загальні закони природи. Досліджувані фізикою форми руху матерії (механічна, теплова, електрична, магнітна і т.д.) є складовими більш складних форм руху матерії (хімічних, біологічних і ін.), Тому фізика є основою для інших природничих наук (астрономія, біологія, хімія, геологія та ін.).
Фізика - база для створення нових галузей техніки - фундаментальна основа підготовки інженера.
У своїй основі фізика - експериментальна наука: її закони базуються на фактах, встановлених дослідним шляхом. Б результаті узагальнення експериментальних фактів встановлюються фізичні закони - стійкі повторювані об'єктивні закономірності, що існують в природі, що встановлюють зв'язок між фізичними величинами.
Для встановлення кількісних співвідношень між фізичними величинами їх необхідно вимірювати, тобто порівнювати їх з відповідними стандартами. Для цього вводиться система одиниць, яка постулює основні одиниці фізичних величин і на їх базі визначає одиниці інших фізичних величин, які називаються похідними одиницями.
Метр (М) - довжина шляху, що проходить світло у вакуумі за с.
Кілограм (кг) - маса, рівна масі міжнародного прототипу кілограма (платіноірідіевого циліндра, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг в Севрі, поблизу Парижа).
Секунда (с) - час, що дорівнює 9 192 631 770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.
Ампер (А) - сила незмінних струму, який при проходженні по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини і мізерно малого поперечного перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 метр один від іншого, створює між цими провідниками силу, рівну Ньютона на кожен метр довжини.
Кельвін (К) - частина термодинамічної температури потрійної
Моль (моль) - кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки атомів міститься в 12г ізотопу вуглецю 12 С.
Кандела (кд) - сила світла в заданому напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частотою герц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить Вт / пор.
Додаткові одиниці системи СІ:
Радіан (рад) - кут між двома радіусами кола, довжина дуги між якими дорівнює радіусу.
Стерадіан (ср) - тілесний кут з вершиною в центрі сфери, вирізує на поверхні сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною рівною радіусу сфери.
Похідні едініциустанавліваются на основі фізичних законів, що зв'язують їх з основними одиницями. Наприклад, похідна одиниця швидкості (1 м / с) виходить з формули рівномірного прямолінійного руху
1. Механіка і її структура. Моделі в механіці.
Механіка - це частина фізики, яка вивчає закономірності механічного руху і причини, що викликають або змінюють цей рух.
Механічний рух - це зміна взаємного розташування тіл або їх частин в просторі з плином часу.
Зазвичай під механікою розуміють класичну механіку, в якій розглядаються руху макроскопічних тіл, що відбуваються зі швидкостями, у багато разів меншими швидкості світла у вакуумі.
Закони руху тіл зі швидкостями, порівнянними зі швидкістю світла у вакуумі, вивчаються релятивістської механікою.
Квантова механіка вивчає закони руху атомів і елементарних частинок.
Кінематика - вивчає рух тіл, не розглядаючи причини, які це рух обумовлюють.
Дінаміка- вивчає закони руху тіл і причини, які викликають або змінюють цей рух.
Статика - вивчає закони рівноваги системи тел.
Механіка для опису руху тіл в залежності від умов конкретних завдань використовує різні спрощені фізичні моделі:
· Матеріальна точка - тіло, форма і розміри якого несуттєві в умовах даного завдання.
· Абсолютно тверде тіло-тіло, деформацією якого в умовах даної задачі можна знехтувати і відстань між будь-якими двома точками цього тіла залишається постійним.
· Абсолютно пружне тіло - тіло, деформація якого підкоряється закону Гука, а після припинення зовнішнього силового впливу таке тіло повністю відновлює свої початкові розміри і форму.
· Абсолютно неупругое тіло - тіло, який повністю зберігатиме деформований стан після припинення дії зовнішніх сил.
Будь-який рух твердого тіла можна уявити як комбінацію поступального і обертального рухів.
Поступальний рух - це рух, при якому будь-яка пряма, жорстко пов'язана з тілом, залишається паралельною свого початкового стану.
Обертальний рух - це рух, при якому всі точки тіла рухаються по колах, центри яких лежать на одній і тій же прямій, званої віссю обертання.
2. Система відліку. Траєкторія, довжина шляху, вектор переміщення.
Рух тіл відбувається в просторі і в часі. Тому для опису руху матеріальної точки треба знати, в яких місцях простору ця точка перебувала і в які моменти часу вона проходила те чи інше положення.
Тіло відліку - довільно вибране тіло, щодо якого визначається положення інших тіл.
Система відліку - сукупність системи координат і годинника, пов'язаних з тілом відліку.
Найбільш вживана система координат - декартова - ортонормованій базис якої утворений трьома одиничними по модулю і взаємно ортогональними векторами проведеними з початку координат.
Положення довільної точки М характеризується радіусом-вектором. з'єднує початок координат О з точкою М.
Рух матеріальної точки повністю визначено, якщо декартові
координати матеріальної точки задано в залежності від часу t (від лат. tempus):
x = x (t) y = y (t) z = z (t)
Ці рівняння називаються кінематі-ними рівняннями руху точки. Вони еквівалентні одному векторному рівняння руху точки:
Лінія, що описується рухається матеріальною точкою (або тілом) щодо обраної системи відліку називається траєкторією. Рівняння траєкторії можна отримати, виключивши параметр t з кінематичних рівнянь.
Залежно від форми траєкторії рух може бути прямолінійним або криволінійним.
Довжиною шляху точки називається сума довжин всіх ділянок траєкторії, пройдених цією точкою за розглянутий проміжок часу. Довжина шляху - скалярна функція часу.
Вектор перемещенія- вектор, проведений з початкового положення рухомої точки в положення її в даний момент часу (приріст радіуса-вектора точки за розглянутий проміжок часу).
У межі довжина шляху по хорді s і довжина хорди будуть все менше відрізнятися:.
Швидкість - це векторна величина, яка визначає як швидкість руху, так і його напрямок в даний момент часу.
Вектором середньої швидкості (від лат. Velocitas): за інтервал часу t називається відношення приросту радіуса-вектора точки до проміжку часу.
Напрямок в Ектор середньої швидкості збігається з напрямом.
Миттєва швидкість - векторна величина, що дорівнює першій похідній за часом від радіуса-вектора розглянутої точки:
Вектор миттєвої швидкості спрямований по дотичній до траєкторії в сторону руху. Модуль миттєвої швидкості (скалярна величина) дорівнює першій похідній шляху по часу.
При нерівномірному русі модуль миттєвої швидкості з плином часу змінюється. Тому можна
ввести скалярную величину - середню швидкість
нерівномірного руху (інша назва - середня шляхова швидкість).
Довжина путіs, пройденого точкою за проміжок
часу від t до задається інтегралом:
При прямолінійному русі точки напрямок вектора швидкості зберігається незмінним.
Рух точки називається рівномірним, якщо модуль її швидкості не змінюється з плином часу (= const), для нього
Якщо модуль швидкості збільшується з плином часу, то рух називається прискореним, якщо ж він убуває з часом, то рух називається уповільненим.
Прискорення (від лат. Acceleratio) - це векторна величина, характери-зує швидкість зміни швидкості по модулю і напрямку.
Середнє прискорення в інтервалі часу - векторна величина, що дорівнює відношенню зміни швидкості до інтервалу часу t:
Миттєве прискорення матеріальної точки - векторна величина, що дорівнює першій похідній за часом швидкості даної точки (другий похідною за часом від радіуса-вектора цієї ж точки):
У загальному випадку плоского криволінійного руху вектор прискорення зручно представити у вигляді суми двох проекцій:
Тангенціальне приско-ня характеризує швидко-ту зміни швидкості по мо-дулю (рис. (А)), його величина:
Нормальне (центро-стрімкий) прискорення направлено по нормалі до траєкторії до центру її кривизни О і характеризує швидкість зміни напрямку вектора швидкості точки. Величина нормального прискорення an пов'язана зі швидкістю руху по колу і величиною радіусу R (рис. (В)). Нехай. Тоді для:
Величина повного прискорення (рис. (С)):.
2) = a = const, = 0 - прямолінійний равнопеременное (равноускоренное) рух. Якщо t0 = 0, то
криволінійне равноперемен-ве рух.
5. Кінематика обертального руху.
При описі обертального руху зручно користуватися полярними коордінатаміR і. де R - радіус - відстань від полюса (центру обертання) до матеріальної точки, а -полярний кут (кут повороту).
Елементарні повороти (позначаються або) можна розглядати як псевдовектори.
Кутове переміщення - векторна величина, модуль якої дорівнює куту повороту, а напрямок збігається з напрямком надійшли-ного руху правого гвинта.
Вектор спрямований уздовж осі обертання так само як і вектор, тобто за правилом правого гвинта. Вектор спрямований уздовж осі обертання в бік вектора збільшення кутової швидкості (при прискореному обертанні вектор сонаправлени вектору, при уповільненому - протівонаправлени йому).
Одиниці кутової швидкості і кутового прискорення - рад / с і рад / с 2. Лінійна швидкість точки пов'язана з кутовою швидкістю і радіусом траєкторії співвідношенням:
У векторному вигляді формулу для лінійної швидкості можна написати як векторний добуток:
За визначенням векторного твори (см.стр.1-29) його модуль дорівнює, де - кут між векторами і. а напрямок збігається з напрямком поступального руху правого гвинта при його обертанні від до
При рівномірному обертанні. отже
Рівномірне обертання можна характеризувати періодом обертання - часом, протягом якого точка здійснює один повний оборот,
Частота обертання- число повних обертів, що здійснюються тілом при рівномірному його русі по колу, в одиницю часу: