МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Н.С. Кравченко, Е.В. Лисичко,

С.И. Твердохлебов

Физика 1

МЕХАНИКА

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Рекомендовано в качестве учебного пособия

Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

2011

	УДК 53(075.8) ББК 22.3я73 К78
К78	Кравченко Н.С. Физика 1. Механика. Молекулярная физика и термодинамика / Н.С. Кравченко, Е.В. Лисичко, С.И. Твердохлебов; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во. Томского политехнического университета, 2011. – 209 с. В авторской редакции

В учебном пособии рассмотрено содержание фундаментальных законов механики, молекулярной физики и термодинамики на основе понятия состояние механической и термодинамической системы с привлечением понятий о свойствах симметрии пространства и времени в инерциальных системах отсчета. Даны разъяснения основных законов, явлений, понятий классической, релятивистской механики.

Пособие подготовлено на кафедре теоретической и экспериментальной физики и предназначено для студентов ИДО, обучающихся по направлениям 140400 «Электроэнергетика и электротехника», 150700 «Машиностроение», 220400 «Управление в технических системах», 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230700 «Прикладная информатика», 280700 «Техносферная безопасность».

УДК 53(075.8)

ББК 22.3я73

Рецензенты

Доктор физико-математических наук, профессор ТГПУ

Ю.П. Кунашенко

Кандидат педагогических наук,

старший преподаватель ТГУ

О.Г. Ревинская

© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2011

©Кравченко Н.С., Лисичко Е.В., Твердохлебов С.И., 2011

© Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2011

Предисловие

Мир представляет собой совокупность материальных объектов, находящихся в постоянном взаимодействии и непрерывном движении. Под материальными объектами или просто материей следует понимать не только вещество, но и вообще все, что находится вне нашего сознания. Например, силовые поля – поле тяготения, электромагнитное поле, поле ядерных сил – это различные формы существования материи.

Неотъемлемым всеобщим свойством материи является движение, понимаемое как всякий происходящий в природе процесс: физический, химический, биологический, общественный. Движение является формой существования материи. Без движения материя существовать не может и наоборот – движения без материи тоже не существует. Движение материи может происходить только в пространстве и во времени. Другими словами, пространство и время являются так же, как и движение, формами существования материи. Таким образом, мир есть закономерное движение материи, совершающееся в пространстве и во времени.

Физика занимается изучением физических форм движения материи, под которыми понимают механическое, тепловое, электромагнитное, внутриатомное, внутриядерное движения. Эти формы движения являются простыми и вместе с тем наиболее общими. Физика – это наука о наиболее общих закономерностях природы, свойствах и строении материи, законах ее движения. Основным методом исследования в физике является опыт. Для объяснения экспериментальных фактов разрабатываются гипотезы. Гипотеза, выдержавшая проверку на опыте, превращается в закон или теорию. Физическая теория представляет собой систему основных идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные закономерности природы.

По объектам описания физические теории разделяются на теории физических систем и теории пространства-времени.

Под физической системой понимается некоторая совокупность материальных объектов, взаимодействующих между собой и с окружающими материальными объектами. Любая физическая теория описывает фрагмент объективного физического мира. К теориям физических систем относятся такие теории, как механика – теория механических систем, термодинамика – теория термодинамических систем, электродинамика – теория электромагнитных систем и др.

К физическим теориям пространства-времени относятся специальная теория относительности и классическая механика.

Основным понятием теории физических систем является понятие состояние системы, под которым понимается физическая ситуация, реализованная в системе в данный момент времени. Ценность физической теории в ее предсказательной и объяснительной функции. Физическая теория своими средствами, на своем уровне и в границах применимости объясняет экспериментально наблюдаемую внутреннюю сущность физического явления. Предсказательная функция физической теории реализуется динамическими уравнениями движения и законами. Динамическое уравнение движения механической системы позволяет по известному состоянию механической системы в данный момент времени предсказать состояние механической системы в произвольный момент времени.

В первой части пособия обсуждается физическое содержание основных положений механики в контексте понятия механической системы. Подробно описаны основные теоретические модели классической механики – материальная точка, ньютоновское пространство, ньютоновское время. Рассматриваются следствия из основных законов классической механики. Обсуждается инвариантность законов механики относительно преобразований Галилея. Рассматриваются основные положения и следствия специальной теории относительности.

Вторая часть пособия посвящена теории термодинамических систем. Подробно описаны основные теоретические модели термодинамики – замкнутая термодинамическая система, процесс, обратимый и необратимый процесс и др.

Пособие предназначено для студентов заочной формы обучения. Целью пособия является изучение основных физических теорий, физических методов и законов на русском языке. Пособие содержит необходимый перечень новых слов и терминологии по каждой теме, способствующих усвоению материала.

Данное пособие подготовлено на кафедре теоретической и экспериментальной физики ТПУ и соответствует программе курса физики высших технических учебных заведений. Небольшой объем учебного пособия достигнут путем тщательного отбора и лаконичного изложения материала. Ввиду краткости курса устранены излишние разъяснения, повторения и промежуточные выкладки. Пособие составлено доцентами кафедры теоретической и экспериментальной физики ТПУ Кравченко Н.С., Лисичко Е.В., Твердохлебовым С.И.