- •Вступ Що вивчає фізика
- •Фізичні величини. Вимір фізичних величин
- •Спостереження і досліди - джерела фізичних знань.
- •Будова речовини
- •Розділ 1 механіка Механічний рух. Простір і час
- •Положення тіла або точки можна задати тільки відносно іншого тіла, яке називається тілом відліку.
- •Елементи кінематики
- •§1. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення
- •Кінематикою називають розділ механіки, в якому рух тіл розглядається без з'ясування причин цього руху.
- •§2. Швидкість і прискорення руху
- •Прискорення
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Рух тіл з прискоренням вільного падіння
- •§ 3. Рух по колу
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Динаміка поступального руху
- •§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила
- •Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.
- •Взаємодія тіл. Сила.
- •Інерція. Маса тіла
- •Густина речовини
- •Перший закон Ньютона ( закон інерції)
- •§ 5. Другий закон Ньютона
- •§ 6. Третій закон Ньютона
- •§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
- •Сила тяжіння.
- •Вага тіла Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.
- •Невагомість
- •Сила тертя
- •Доцентрова сила
- •Відцентрова сила
- •Сила пружності. Закон Гука
- •§ 8. Закон збереження імпульсу
- •Тема 3 Робота і енергія
- •§ 9. Робота, енергія, потужність
- •Потужність. Одиниці потужності
- •Енергія. Закон збереження енергії.
- •Потенціальна енергія
- •Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
- •Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.
- •Закон збереження механічної енергії
- •Сума потенціальної і кінетичної енергії тіла або декількох тіл називається повною механічною енергією.
- •§ 10. Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії
- •Розв’язок:
- •Тема 4 Динаміка обертального руху
- •§11. Рівновага тіл, які мають закріплену вісь обертання.
- •§12. Момент сили і момент інерції тіла відносно осі обертання.
- •Кінетична енергія обертального руху. Момент інерції.
- •Моменти інерції деяких тіл.
- •Теорема Штейнера.
- •§13. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •§14. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •Розділ 2 основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •Тема 5
- •Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •§15. Дослідне підтвердження основних положень мкт Існування проміжків між частками
- •Малість розмірів часток речовини
- •Рух часток речовини
- •Дифузія
- •Взаємне притягання і відштовхування молекул
- •Швидкість руху часток і температура
- •Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.
- •§16. Три стани речовини
- •§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
- •Кристалізація аморфних тіл.
- •§ 18. Будова рідин
- •§ 19. Газоподібні тіла
- •Тема 6 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу § 20. Ідеальний газ і його параметри
- •§ 21. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 22. Газові процеси
- •§ 23. Основне рівняння мкт газів
- •§24. Температура
- •§25. Розподіл молекул за швидкостями
- •§ 26. Барометрична формула.
- •§ 27. Короткі відомості про атмосферу.
- •§ 28. Розподіл Больцмана
- •§ 29. Явища переносу
- •Середня довжина вільного пробігу і число зіткнень за секунду молекул газу.
- •Дифузія.
- •Теплопровідність
- •Внутрішнє тертя (в'язкість)
- •Тема 7 Перший закон термодинаміки
- •§ 30. Внутрішня енергія
- •§ 31. Перший закон термодинаміки Способи зміни внутрішньої енергії
- •§ 32. Теплоємність
- •§ 33. Перший закон термодинаміки для різних термодинамічних процесів
- •§ 34. Адіабатичний процес
- •Тема 8 Другий закон термодинаміки
- •§ 35. Теплові двигуни. Термодинамічні цикли. Цикл Карно
- •Двигун внутрішнього згорання
- •§ 36. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки
- •§ 37. Статистичний зміст ентропії
- •Питання і задачі :
- •Розділ 3 електромагнетизм
- •Тема 8 Електростатика
- •§ 38. Електричний заряд. Закон Кулона
- •§ 39. Електричне поле
- •Принцип суперпозиції електричного поля.
- •§ 40. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Гауса для електричного поля у вакуумі
- •Лінії напруженості електричного поля
- •§41. Робота електричного поля по переміщенню заряду. Потенціал
- •§ 42. Діелектрики і провідники в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електроємність. Конденсатори
- •Електрична ємність
- •З'єднання конденсаторів
- •При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
- •§43. Енергія електричного поля
- •Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
- •Тема 9 Електричний струм
- •§ 44. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга
- •§ 45. Закон Ома
- •§ 46. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Правила Кірхгофа
- •При послідовному з'єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.
- •Правила Кірхгофа для розгалужених кіл
- •§ 47. Робота і потужність струму. Закону Джоуля-Ленца
- •Робота dA електричного струму I, що протікає по нерухомому провідникові з опором r, перетвориться в теплоту dQ, що виділяється в провіднику.
- •§ 48. Класична теорія електропровідності металів
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля-Ленца.
- •Нині ведуться інтенсивні роботи по пошуку нових речовин з ще вищими значеннями Tкр.
- •Тема 10 Магнітне поле і його характеристики.
- •§49. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
- •§ 50. Закон Біо - Савара - Лапласа
- •§ 51. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля
- •§ 52. Сила Лоренца
- •Тема 11
- •§ 53. Магнітне поле в речовині
- •Тема 12 Електромагнітна індукція
- •§ 54. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •§ 55. Самоіндукція. Енергія магнітного поля
- •Енергія магнітного поля
- •Література
- •Тема 1
- •Національна металургійна академія України
- •49600, Г. Дніпропетровськ 5, пр. Гагаріна, 4
- •Редакційно-видавничий відділ нМетАу
Рух тіл з прискоренням вільного падіння
Вільним падінням тіл називають падіння тіл на Землю у відсутність опору повітря (у порожнечі). У кінці XVI століття знаменитий італійський вчений Галілео Галілей дослідним шляхом встановив, що у відсутність опору повітря усі тіла падають на Землю рівноприскорено, і що в даній точці Землі прискорення усіх тіл при падінні одне і те ж. До цього впродовж майже двох тисяч років, починаючи з Аристотеля, в науці було прийнято вважати, що важкі тіла падають на Землю швидше за легких.
Прискорення, з яким падають на Землю тіла, називається прискоренням вільного падіння. Вектор прискорення вільного падіння позначається символом g. Він спрямований по вертикалі вниз. У різних точках земної кулі залежно від географічної широти і висоти над рівнем моря числове значення g виявляється неоднаковим, змінюючись приблизно від 9,83 м/с2 на полюсах до 9,78 м/с2 на екваторі. У наших широтах g= 9,81523 м/с2. Зазвичай, якщо в розрахунках не потрібно високу точність, то приймають численне значення g у поверхні Землі рівним 9,8 м/с2, або навіть 10 м/с2.
§ 3. Рух по колу
Рух тіла по колу є частковим випадком криволінійного руху. При русі точки по колу зручно вибрати в якості координати кут φ, на який обертається радіус, що вказує миттєве положення точки. Кінематичне рівняння обертання виражає кут повороту як деяку функцію часу t φ =f(t). Кут повороту у фізиці вимірюється в радіанах (Рад).
Кутовою швидкістю ω тіл в даній точці кругової траєкторії називають межу (при Δt→ 0) відношення малого кутового переміщення Δφ до малого проміжку часу Δt (похідну кута повороту від часу) :
. (1.8)
Коли при обертанні кут повороту змінюється пропорційно часу (що має місце при рівномірному русі), кутова швидкість постійна.
Для характеристики рівномірного руху точки по колу введено дві спеціальні величини: частота і період обертання. Час, впродовж якого, тіло здійснює повний оберт, називається періодом обертання. Період позначається буквою Т, і вимірюється в секундах. Частотою обертання називають число оборотів N матеріальної точки навколо центру обертання за секунду. Частота позначається грецькою буквою ν (ню) і вимірюється в герцах 1Гц=1/с.
. (1.9)
Кутову швидкість зручно виражати через частоту і період обертання
. (1.10)
Кутова швидкість вимірюється в рад/с.
Знайдемо зв'язок між лінійними і кутовими параметрами руху. (рис. 1.7).
Довжина дуги пов'язана з кутом повороту співвідношенням Δl = RΔφ.
v = ωR
Рисунок 1.7.
Розділивши обидві частини цього рівняння на час отримаємо:
v=ωR.
У разі нерівномірного обертання можна записати:
dl=Rdφ.
. (1.11)
При нерівномірному обертанні кутова швидкість змінюється з часом. Швидкість зміни кутової швидкості характеризують фізичною величиною, яку називають кутовим прискоренням. Якщо за нескінченно малий проміжок часу dt кутова швидкість змінилася на dω, то під кутовим прискоренням розуміють відношення
(1.12)
Одиницею кутового прискорення являється рад/с2.
Лінійне прискорення при обертанні, як і при будь-якому криволінійному русі, можна розкласти на дві складові – тангенціальне і нормальне прискорення.
(1.13)
Для повної характеристики обертального руху тіла має бути вказане не лише чисельне значення кутової швидкості і кутового прискорення, але і вісь обертання, а також напрям обертання навколо цієї осі. Тому кутову швидкість представляють як вектор, спрямований по осі обертання (рис 1.8). Напрям цього вектора уздовж осі визначається правилом правого гвинта. Кутове прискорення також являється векторною величиною. Вектор кутового прискорення ε спрямований по осі обертання і в ту ж сторону, що і вектор кутової швидкості ω, коли обертання прискорене, і убік протилежний ω, коли обертання сповільнене.
Рисунок 1.8.