- •Часть 1
- •Часть 1
- •Программа
- •Адаптивного курса по физике для студентов,
- •Начинающих изучение курса общей физики в дгту
- •Механика
- •Статика
- •Гидростатика
- •Механические колебания и волны
- •Основы молекулярно-кинетической теории (мкт)
- •Термодинамика
- •Электростатика
- •Постоянный электрический ток
- •1. Механика
- •1.1. Кинематика
- •1.1.1. Траектория, путь, перемещение
- •1.1.2. Скорость и ускорение
- •1.1.3. Кинематика вращательного движения
- •1.2. Динамика материальной точки
- •1.2.1. Масса, сила, принцип суперпозиции сил
- •Правила сложения векторов
- •1.2.2. Вес тела, сила реакции опоры,
- •1.2.3. Инертность и инерция. Инерциальные системы отсчета.
- •1.2.4. Второй закон Ньютона. Импульс тела и импульс силы.
- •1.2.5. Классификация сил. Гравитационные силы.
- •Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения
- •9,8 М/с2.
- •Упругие силы
- •Силы трения
- •1.2.6. Энергия. Механическая работа. Мощность.
- •1.3. Статика. Момент силы
- •2. Механические колебания и волны
- •2.1. Уравнение гармонических колебаний. Характеристики колебаний
- •2.2. Виды колебаний. Пружинный и математический маятники
- •Пружинный маятник
- •Математический маятник
- •2.3. Энергия тела при гармонических колебаниях
- •3. Основы молекулярно-кинетической теории
- •3.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории (мкт)
- •3.2. Температура
- •3.3. Масса молекул. Количество вещества
- •3.4. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов и уравнение состояния идеального газа
- •3.5. Изопроцессы в газах
- •4. Термодинамика
- •4.1. Внутренняя энергия. Работа газа. Первый закон термодинамики
- •Первое начало термодинамики:
- •4.2. Изопроцессы в термодинамике
- •4.3. Тепловой двигатель
- •5. Электростатика
- •5.1. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона
- •5.2. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля
- •Принцип суперпозиции
- •5.3. Потенциал электростатического поля
- •Эквипотенциальные поверхности
- •5.4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия электростатического поля
- •Плоский конденсатор
- •5.5. Соединения конденсаторов
- •6. Постоянный электрический ток
- •6.1. Сила тока и плотность тока
- •6.2. Сопротивление проводников
- •6.3. Разность потенциалов. Эдс. Напряжение
- •6.4. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи
- •6.5. Соединения резисторов
- •6.6. Работа и мощность тока
- •Образцы решения типовых задач
- •Задача №6
- •Задача №13
- •Решение
- •Задача №14
- •Задача №24
- •Часть 1
Силы трения
Это тангенциальные (касательные) силы, возникающие на границе соприкасающихся тел и препятствующие их относительному перемещению. Силы трения направлены вдоль границы соприкосновения тел. Различают внешнее и внутреннее трение. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел, называется внешним, а трение между частями жидкости или газа внутри их объема принято называть внутренним. Трение, возникающее при движении твердого тела относительно жидкой или газообразной среды, относится к внутреннему трению. Трение между поверхностями твердых тел называют сухим трением.
Если вдоль поверхности соприкосновения тел к одному из них приложена «сдвигающая» сила, но перемещения тел нет, говорят о силе трения покоя (рис. 11,а), которая равна по величине и противоположна по направлению «сдвигающей» силе. При увеличении «сдвигающей» силы до некоторого ее значения, начинается скольжение одной поверхности по другой, и сила трения покоя переходит в силу трения скольжения (рис. 11,б). По определению, сила трения скольжения
, (14)
где – реакция опоры, а -коэффициент трения скольжения (безразмерная величина).
а)
|
движения нет: |
б)
|
движение есть: , так как в этом случае . |
Рис.11. Сила трения покоя (а) и сила трения скольжения (б)
Силы трения скольжения зависят от рода соприкасающихся поверхностей и их механической обработки. Если направление внешней силы меняется на противоположное, сила трения также меняет свое направление на противоположное. Поэтому сила трения всегда направлена в сторону, противоположную относительному движению или попытке вызвать такое движение. Одной из причин, вызывающих движение тел по поверхности Земли, как раз и является сила трения покоя, которая, как это ни странно, направлена в сторону движения тел.
1.2.6. Энергия. Механическая работа. Мощность.
Закон сохранения и превращения механической энергии
Энергия – общая количественная мера движения, преобразования и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает из ничего и не исчезает; она только переходит из одной формы движения материи в другую. Понятие энергии связывает воедино все явления природы.
Понятие работы вводится для количественной характеристики процесса обмена энергией между телами.
Механическая работа () – это скалярная физическая величина, характеризующая действие силы на определенном пути (рис.12). Работа определяется соотношением:
. (15)
Рис.12. Пояснения к формуле механической работы
Мощность ()– это скалярная физическая величина, характеризующая скорость совершения работы:
, (16)
где - работа,- время, за которое она была совершена.
Мощность измеряется в ваттах (Вт).
Коэффициент полезного действия (КПД) механизма определяется отношением полезной работы к работе совершенной:
; (17)
КПД измеряется в долях.
Кинетическая энергия () определяется работой, которую необходимо совершить, чтобы остановить тело массы, двигающееся со скоростью. Кинетическая энергия, которой обладает движущееся тело, определяется формулой:
(18)
Кинетическая энергия системы зависит от скоростей тел системы, а скорости, в свою очередь, зависят от выбора системы отсчета. В разных системах отсчета скорости одного и того же тела в один и тот же момент времени могут существенно различаться. Следовательно, кинетическая энергия – величина относительная.
Потенциальная энергия () – это энергия взаимного расположения тел или частей одного и того же тела по отношению друг к другу (например, при деформации пружины) и определяемая характером сил взаимодействия между ними. Она численно равна работе, которую совершает тело при изменении своего пространственного положения, например, в поле силы тяжести Земли. Лишено физического смысла утверждение: «потенциальная энергия отдельно взятого тела», поскольку она рассматривается по отношению к другим телам.Потенциальная энергия, как и кинетическая, есть величина относительная.
Потенциальная энергия тела массы , поднятого над поверхностью Земли на высоту :
. (19)
Потенциальная энергия сжатой пружины:
. (20)
Кинетическая и потенциальная энергии относятся к одной форме энергии – механической и могут взаимно превращаться друг в друга.
Закон сохранения и превращения механической энергии можно сформулировать следующим образом: полная механическая энергия системы тел, взаимодействующих между собой лишь силами тяготения и упругости, есть величина постоянная. При этом кинетическая энергия может переходить в потенциальную и наоборот (пример: изменение кинетической и потенциальной энергии тела, брошенного вертикально вверх).
В общем случае справедливо следующее определение работы. Работа - это мера изменения энергии. Единица измерения энергии и работы одинакова – джоуль (Дж).