Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет

ФИЗИКА

Механика

Учебно-методическое пособие

Электронное издание

Красноярск

СФУ

2012

УДК 531(07) ББК 22.3я73 Ф503

Составители: МаторинЕвгений Евдокимович Иванова Наталья Борисовна

Ф503 Физика. Механика: учеб.-метод. пособие [Электронный ресурс] / сост. Е.Е. Маторин, Н.Б. Иванова. – Электрон.дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – Систем.требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; AdobeReader V8.0 и выше. – Загл. с экрана.

В учебно-методическом пособии представлены основные положения по курсу физики (Ч.1, Механика). Курс лекций систематизирован в форме, удобной для самостоятельного изучения студентами технических специальностей. Подробно рассмотрены вопросы, наиболее трудные для понимания. Даны отдельные примеры применения теоретических сведений к решению конкретных задач по механике.

Предназначено для студентов очного отделения, специальностей 140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника», 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника», 150100.62 «Материаловедение и технология материалов», 150700.62 «Машиностроение», 151000.62 «Технологические машины и оборудование», 151600.62 «Прикладная механика», 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», 190100.62 и 190109.65 «Наземные транспортно-технологические комплексы и средства», 190401.65 «Эксплуатация железных дорог», 190600.62 «Эксплуатация транс- портно-технологических машин и комплексов», 190700.62 «Технология транспортных процессов», 140700.62 «Ядерная энергетика и теплофизика», 162107.65 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования», 210400.62 «Радиотехника», 210601.65 «Радиоэлектронные системы и комплексы», 223200.62 «Техническая физика», 131000.62 «Нефтегазовое дело», 190110.65 «Транспортные средства специального назначения», 280705.65 «Пожарная безопасность».

УДК 531(07) ББК 22.3я73 © Сибирский федеральный

университет, 2012

Учебное издание

Подготовлено к публикации редакционно-издательским отделом БИК СФУ

Подписано в свет 27.11.2012 г. Заказ 10723. Тиражируется на машиночитаемых носителях.

Редакционно-издательский отдел Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

Тел/факс [phone]. E-mail [e-mail] http://rio.sfu-kras.ru

3

ВВЕДЕНИЕ

Среди многих наук о природе и происходящих вокруг нас явлениях физика выделяется тем, что изучает наиболее фундаментальные, основные формы движения материи и соответствующие им наиболее общие законы. Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая, электромагнитная и т. д.) являются наиболее простыми и составляют основу для других, сколь угодно сложных видов движения, изучаемых другими науками (химией, биологией и др.). Часть вопросов, поднимаемых физикой, например, таких как происхождение Вселенной или борьба хаоса и порядка сближают ее с философией. Отсюда важность физики – основы современного естествознания.

Накопление и осмысление знаний, составляющих современную физику, далось человечеству очень непросто. История развития физики весьма драматична и совсем не похожа на прямую дорогу. Проблемы, встающие на пути познания, как в прошлом, так и сейчас, порой являются очень сложными, и двигателем для их преодоления являются не только свойственные человеку пытливость и любознательность, но, в первую очередь, потребности технического прогресса. Так, перед древними греками в первую очередь стояла задача создания сельскохозяйственных и военных машин, что привело к созданию основ механики. Среди задач сегодняшнего дня одними из важнейших являются проблемы энерго- и ресурсосбережения, развитие промышленности на основе высоких технологий. Решать эти задачи придется вам – сегодняшним студентам технических ВУЗов. И во многом ваш успех будет предопределен знанием физики, поскольку современная техника и индустрия немыслимы в отрыве от нее.

В своей основе физика, в отличие, например, от математики, базируется на опыте. Все установленные физические законы, теории почерпнуты из наблюдений и экспериментов. Даже ―чистые теории‖ в своих истоках всѐ же базируются, хотя бы косвенно, на опыте. Критерием верности теории является опыт: если выводы теории противоречат ему, то теория явно не верна; если выводы теории согласуются с опытом, то это служит еѐ подтверждением. Появление экспериментальных данных, не укладывающихся в рамки теории, приводит к ее пересмотру или замене этой теории новой.

Физика – наука точная. Язык физики – это язык математических уравнений, являющихся приближѐнным отражением действительных явлений.

4

Изучая физику, мы будем иметь дело с физическими величинами. Определением физической величины называют соотношение, в котором подчѐркивается еѐ основная особенность и даѐтся способ определить еѐ численное значение.

Законом называют почерпнутый из опытов факт, справедливый для большого круга явлений. Физический закон устанавливает связь между физическими величинами.

Физические величины являются наблюдаемыми и могут быть измерены. Для этого необходимо сравнивать их с соответствующими эталонами. Необходимо ввести систему единиц, в которой определяются основные единицы физических величин, а на их базе строятся другие, производные единицы. В настоящее время общепринятой является Международная Система единиц (СИ) (System International – SI).

Основные единицы:

Метр (м) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/29979246 c. Килограмм (кг) – масса, равная массе международного прототипа кило-

грамма (платиноиридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов во Франции).

Секунда (с) – время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Ампер (А) – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создает между ними силу взаимодействия, равную 2∙10-7 Н на метр длины.

Кельвин (К) – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклеиде 12С массой

0,012 кг.

Кандела (кд) – сила света, испускаемого в заданном направлении источником монохроматического излучения частотой 540∙1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Дополнительные единицы:

Радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.