Механика и молекулярная физика.

2012

Часть 1. Механика.

§1. Введение.

«Физика» - от греческого “physis” - т.е.природа. Физика дает описание всех явлений в природе. Поэтому физика является основой естествознания (включая астрономию, отдельные разделы химии, акустики и других проявлений реального мира). Одновременно физика является основой техники и современных технологий. В СТАНКИНе читается курс «ФОПИ» - Физические основы получения информации.

В этом семестре мы будем изучать механику и некоторые вопросы термодинамики и статистической физики.

Механика = кинематика + динамика.

Механика: классическая (или Ньютоновская), релятивистская, статистическая, квантовая.

Физика – математически точная наука. Главное свойство этого раздела – воспроизводимостьрезультатов. В физике есть два направлениятеоретическая и экспериментальная физика.Они взаимно дополняют друг друга. Иногда основное, передовое значение имеет теория, в других случаях – эксперимент. Это означает, что иногда первый шаг делает теория, а эксперимент проверяет и подтверждает результаты теоретических предсказаний. В других случаях полученные экспериментальные результаты объясняются, интерпретируются теоретиками.

Именно в физике зародились многие математические понятия и методы. Математика – язык физики. Практически всегда новый раздел математики находит применения для описания физических явлений. Физика не есть «совершенное, но застывшее здание». Это, скорее, развивающаяся, растущая система. Появляются новые данные, новые теории и «здание физики» изменяется. Но всегда «старая» физика входит составной частью в в «новую физику». Мы обсудим этот вопрос детальнее при изучении элементов релятивистской механики.

§2. Механическое движение и его основные понятия.

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве с течением времени. Для математического описания такого движения надо ввести понятие системы отсчета. Так как экспериментально было установлено, что геометрическое пространство трехмерно, то для введения системы отсчета надо указать четыре точки, не лежащие на одной прямой или в одной плоскости (например, четыре звезды). Одну из них принимают за начало отсчета, остальные указывают направление трех координатных осей. Если оси ортогональны (перпендикулярны), то система отсчета называется Декартовой. Если же углы между осями отличаются от прямых, то систему называют косоугольной.

Положительные направления осей указываются ортамиили единичными векторами (это безразмерные векторы, длина – модуль – которых равен единице). В Декартовых системах координат обычно используют три орта. Тогда положение данной точки пространства однозначно указываетсярадиус-вектором, например,, где- проекции координат точки на соответствующие оси. Если точка движется, то радиус-вектор становится функцией времени.

Иногда (это связано с симметрией физической системы) удобнее использовать сферические или цилиндрические системы координат.

Между понятиями «система отсчета» и «система координат» есть некоторое различие. Оно состоит в том, что для введения системы отсчета кроме направления осей и начала отсчета необходимо указать масштаб. Так, линейные размеры принято указывать в метрах. Это не всегда удобно. Например, в атомной физике используется единица, которая называется Ангстрем (1А= 10^-10 м).

В настоящее время принято использовать Международную систему единиц (СИ). В этой системе основными механическими единицами считаются метр (м), килограмм (кг), секунда (с). С их помощью вводят «производные» величины. Например, работа или энергия измеряются в Джоулях, 1 Дж имеет размерность м кг/с. Есть много и других физических величин, с которыми мы будем знакомиться постепенно.