- •Концепции современного естествознания
- •Оглавление
- •1. Естествознание в мировой культуре
- •1.1. Естествознание, как единая наука о природе
- •1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культура, их взаимодействие
- •1.3. Естественнонаучная картина мира
- •2. Структурные уровни организации материи и типы материальных систем
- •3. Концепции современной физики в макромире
- •3.1. Новые технологии и прогресс цивилизации
- •3.2. Механическое движение
- •3.3. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •3.3.1. Классическая механика и границы ее применения
- •3.3.2. Законы динамики
- •3.3.3. Виды взаимодействия и их учет
- •3.4. Динамика вращательного движения твердого тела
- •3.5. Элементы механики жидкостей
- •3.6. Колебательные и волновые процессы
- •3.6.1. Колебания
- •3.6.2. Свободные, запухающие и вынужденные колебания
- •3.6.3. Автоколебания
- •3.6.4. Волновое движение
- •3.6.5. Звук
- •3.7. Молекулярная физика и термодинамика
- •3.7.1. Основные характеристики и законы молекулярно-кинетической теории идеального газа
- •3.7.2. Основные понятия и законы термодинамики
- •3.7.3. Реальные газы
- •3.7.4. Некоторые свойства жидкостей
- •3.7.4.1. Диффузия в жидкости
- •3.7.4.2. Осмотическое давление
- •3.7.4.3. Поверхностное натяжение, капиллярность и испарение
- •3.8. Электрические и магнитные явления
- •3.8.1. Электрические заряд и поле
- •3.8.2. Постоянный электрический ток
- •3.8.3. Сопротивление однородного проводника. Сверхпроводимость
- •3.8.4. Высокотемпературная сверхпроводимость
- •3.8.5. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея
- •3.8.6. Газовые разряды. Плазма
- •3.8.7. Магнитное поле
- •3.8.8. Действие магнитного поля на проводник с током и движущийся заряд
- •3.8.9. Электромагнитная индукция
- •3.8.10. Электромагнитные волны и их свойства
- •3.9. Оптические процессы
- •3.9.1.Фотометрические понятия и единицы
- •3.9.2. Основы геометрической оптики
- •3.9.3. Волоконная оптика
- •3.9.4. Интерференция света
- •3.9.5. Дифракция и рассеивание света
- •3.9.6. Поляризация света
- •4. Микромир: концепции современной физики
- •4.1. Тепловое излучение
- •4.1.1. Некоторые примеры использования законов теплового излучения
- •4.2. Фотоэлектрический эффект
- •4.3. Давление света
- •4.4. Модели атома
- •4.5. Основы квантовой механики. Уравнение Шредингера
- •4.6. Принцип неразличимости одинаковых частиц. Принцип Паули. Распределение электронов в многоэлектронных атомах
- •4.7. Поглощение света
- •4.8. Вынужденное излучение
- •4.8.1. Лазерная технология
- •4.9. Понятие о зонной теории твердых тел
- •4.10. Основные характеристики и состав ядра атома
- •4.11. Реакции деления и синтеза атомных ядер
- •4.12. Понятие и типы взаимодействий элементарных частиц
- •5. Мегамир - современные концепции
- •5.1. Современные космологические модели Вселенной и Галактики
- •5.2. Строение и эволюция звезд. Солнечная система. Земля
- •Библиографический список
- •Алфавитно-предметный указатель
- •Часть I
- •644099, Омск, ул. Красногвардейская, 9
3.2. Механическое движение
Механика - раздел физики, изучающий простейшие формы движения материи, которые состоят в перемещении тел или частиц относительно друг друга.
Движение представляет собой способ существования материи. В самом общем смысле в слове «движение» содержатся все происходящие во Вселенной изменения и процессы: физические, химические, биологические, общественные. Но в механике изучается только самая простейшая форма движения: перемещение материальных тел, т. е. изменение их взаимного положения с течением времени.
В механике часто вместо физического тела используется понятие о материальной точке. Под материальной точкой подразумевается тело, размерами и формами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Для исследования явления полезно расчленить тело на ряд точек и тогда тело можно рассматривать как систему материальных точек. Поэтому будем рассматривать механическое движение как перемещение отдельных материальных точек или системы материальных точек в пространстве с течением времени. В прямоугольной системе координат движение точечного тела описывается тремя функциями х = x(t), у = y(t) и z = z(t), показывающими, как изменяются координаты этого тела (х, у, z) с течением времени.
Материальная точка при своем движении описывает некоторую линию. Эта линия называется траекторией. Расстояние, отсчитанное вдоль траектории, представляет собой пройденный точкой путь и, как любой непрерывный процесс, представляется в виде функции от времени: s = s(t).
Для количественной характеристики физических явлений вводятся физические величины и единицы их измерения. Система единиц измерения — это совокупность основных и производных единиц измерения физических величин. На основании международных соглашений в настоящее время принята интернациональная система «СИ». В данной системе единиц взято семь основных величин и единиц их измерения. Длина в метрах, масса в килограммах, время в секундах, сила тока в амперах, сила света в кандалах, температура в Кельвинах и количество вещества в молях. Дополнительные единицы: плоский угол в радианах и телесный угол в стерадианах.
Движение тела может быть: 1) поступательным, если любая прямая, проведенная на теле, остается при движении этого тела параллельной самой себе; 2) вращательным, если все точки тела описывают концентрические окружности, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения; 3) колебательным, если точки тела совершают периодические движения относительно некоторого центра.
Отношение пути, пройденного материальной точкой, к промежутку времени, за который этой путь пройден, называется средней скоростью движения . Средней скоростью часто пользуются на практике.
Так, например, расписание движения автомашин, поездов, теплоходов, самолетов, составляется на основе коммерческой (средней) скорости их движения. На практике применяется и истинная скорость или мгновенная скорость материальной точки в данный момент времени. Мгновенная скорость движения в любой точке траектории есть вектор, направленный по касательной к траектории в данной точке, а по модулю равный первой производной от пути ко времени . Скорость в системе СИ измеряется в м/с.
Если рассматривать общий случай движения, то скорость движения может меняться и по направлению, и по величине. Физическая величина, характеризующая изменение скорости, называется ускорением и определяется как первая производная от скорости по времени Измеряется ускорение в системе СИ в м/с2.
Путь, пройденный материальной точкой, определяется уравнением:
S=(v0±at)dt = v0t ± (3.1)
В случае равномерного прямолинейного движения ==const и а = 0, формула (3.1) примет вид:
S = vt (3.2)
Движение материальной точки по окружности, наряду с линейной скоростью v, характеризуется угловой скоростью . Угловой скоростью называется физическая величина, равная первой производной от угла поворота по времени . Единицей измерения в системе СИ является радиан в секунду. Время одного оборота точки по окружности называется периодом вращения (Т), а число оборотов в единицу времени называется частотой вращения ().При неравномерном движении материальной точки по окружности вводится понятие углового ускорения, под которым понимается первая производная от угловой скорости по времени . При равнопеременном движении материальной точки по окружности, выполняются соотношения:;, где - начальная угловая скорость движения материальной точки.