- •Система отсчета. Кинематика материальной точки. Траектория и путь. Перемещение, скорость и ускорение материальной точки.
- •Криволинейное движение. Скорость и ускорение (нормальное, тангенциальное) при криволинейном движении.
- •Прямолинейное (равномерное и равноускоренное) движение. Графики зависимости координаты и скорости от времени.
- •Движение материальной точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Равномерное и равноускоренное вращательные движения. Связь между линейными и угловыми величинами.
- •Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея, преобразования Галилея. Закон сложения скоростей.
- •Взаимодействие тел, сила, масса. Второй закон Ньютона. Виды силовых взаимодействий. Силы упругости, трения, тяготения.
- •Третий закон Ньютона. Импульс. Изолированная система. Закон сохранения импульса.
- •Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции в поступательных и во вращательных неинерциальных системах отсчета.
- •Центр масс. Теорема о движении центра масс.
- •Движение тела переменной массы. Уравнение Мещерского.
- •Движение в центральном поле сил. Законы Кеплера и закон всемирного тяготения.
- •Консервативные и неконсервативные силы. Работа консервативных сил. Потенциальная энергия.
- •Связь между силой и потенциальной энергией. Потенциальные энергии силы тяжести, силы упругости и силы гравитационного взаимодействия.
- •Механическая работа и кинетическая энергия. Механическая энергия системы тел. Закон сохранения механической энергии.
- •Соударение двух тел. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удар.
- •Момент импульса и момент силы относительно неподвижного начала. Уравнение моментов.
- •Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса.
- •Момент импульса и момент силы относительно неподвижной оси. Уравнение динамики вращательного движения относительно неподвижной оси.
- •Инерция при вращательном движении. Момент инерции. Кинетическая энергия твердого тела при вращательном движении.
- •Моменты инерции симметричных тел (цилиндр, шар). Теорема Штейнера. Пример применения.
- •Гармонические колебания. Основные характеристики гармонических колебаний: амплитуда, фаза, частота, период.
- •Комплексная форма гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний одинаковых и близких частот. Биения.
- •Гармонический осциллятор. Уравнение динамики гармонических колебаний. Примеры гармонических осцилляторов: пружинный, физический и математический маятники.
- •Затухающие колебания. Коэффициент затухания, время релаксации. Логарифмический декремент затухания.
- •Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Резонансные характеристики осциллятора (добротность, избирательность).
- •Классическое волновое уравнение. Бегущие волны. Гармоническая бегущая волна, ее характеристики (длина волны, частота и др.).
- •Принцип суперпозиции. Интерференция волн. Стоячие волны.
- •Эффект Доплера. Его применение.
Гармонические колебания. Основные характеристики гармонических колебаний: амплитуда, фаза, частота, период.
Гармоническое колебание — явление периодического изменения какой-либо величины, при котором зависимость от аргумента имеет характер функции синуса или косинуса. Например, гармонически колеблется величина, изменяющаяся во времени следующим образом: x(t) = Asin(ωt + φ) где х — значение изменяющейся величины, t — время, остальные параметры - постоянные: А — амплитуда колебаний, ω — циклическая частота колебаний, (ωt + φ) — полная фаза колебаний, — начальная фаза колебаний.
Обобщенное гармоническое колебание в дифференциальном виде
Свободные колебания совершаются под действием внутренних сил системы после того, как система была выведена из положения равновесия.
Вынужденные колебания совершаются под воздействием внешней периодической силы.
Амплиту́да — максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при колебательном или волновом движении. Неотрицательная скалярная величина, размерность которой совпадает с размерностью определяемой физической величины. Иначе: Амплитуда — модуль максимального отклонения тела от положения равновесия.
Фа́за колеба́ний — физическая величина, при заданной амплитуде и коэффициенте затухания, определяющая состояние колебательной системы в любой момент времени. Фаза обычно выражается в угловых единицах (радианах, градусах) или в циклах (долях периода): 1 цикл = 2π радиан = 360 градусов. (Acos(ωt + φ0)) Если две волны полностью совпадают друг с другом - говорят, что волны находятся в фазе.
Частота́ — физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов, совершённых за единицу времени. СИ - Гц. Величина, обратная частоте, называется периодом.
Период колеба́ний — наименьший промежуток времени, за который осциллятор совершает одно полное колебание (то есть возвращается в то же состояние, в котором он находилось в первоначальный момент, выбранный произвольно).
Комплексная форма гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний одинаковых и близких частот. Биения.
Гармонический осциллятор. Уравнение динамики гармонических колебаний. Примеры гармонических осцилляторов: пружинный, физический и математический маятники.
Гармонический осциллятор — это система, которая при смещении из положения равновесия испытывает действие возвращающей силы , пропорциональной смещению :
Динамика простого гармонического движения. Для колебания в одномерном пространстве, учитывая Второй закон Ньютона (F = m d²x/dt²) и закон Гука (F = −kx, как описано выше), имеем линейное дифференциальное уравнение второго порядка: где m — это масса тела, x — его перемещение относительно положения равновесия, k — постоянная (коэф. жесткости пружины). Решение этого дифференциального уравнения является синусоидальным; одно из решений таково: x(t) = Acos(ωt + φ)
Примеры:
Груз на пружине. Масса m, прикреплённая к пружине с постоянной жёсткостью k является примером простого гармонического движения в пространстве. Формула показывает, что период колебаний не зависит от амплитуды и ускорения свободного падения.
Физический маятник —твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной оси, перпендикулярной направлению действия сил и не проходящей через центр масс этого тела.
Математи́ческий ма́ятник —механическую систему, состоящую из материальной точки, находящейся на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в однородном поле сил тяготения. Период малых собственных колебаний математического маятника длины L неподвижно подвешенного в однородном поле тяжести с ускорением свободного падения g равен