- •1. Кинематическое описание движения. Перемещение, скорость.
- •2. Ускорение при криволинейном движении: нормальное и тангенциальное ускорение. Плоское вращение. Угловая скорость, ускорение.
- •3. Связь между векторами скорости и угловой скорости материальной точки. Нормальное, тангенциальное и полное ускорение.
- •4. Степени свободы и обобщенные координаты. Число степеней свободы абсолютно твердого тела.
- •5. Основная задача динамики. Понятие состояния в механике. Законы Ньютона.
- •6. Система единиц си. Границы применимости классической механики.
- •7. Импульс, закон сохранения импульса. Применение закона сохранения импульса к абсолютно неупругому удару. Движение тел с переменной массой.
- •Движение тел с переменной массой.
- •8. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса.
- •9. Момент силы. Основное уравнение динамики вращательного движения.
- •10. Силы в природе. Силы сухого и вязкого трения.
- •11. Упругая сила, закон Гука.
- •12. Консервативные и неконсервативные силы в механике. Потенциальная энергия.
- •13. Кинетическая энергия. Закон сохранения энергии в механике.
- •14. Закон всемирного тяготения. Движение в центральном поле. Космические скорости. Законы Кеплера.
- •15. Уравнение движения абсолютно твердого тела. Центр масс, примеры вычисления центра масс.
- •16. Плоское вращение абсолютно твердого тела и его кинетическая энергия.
- •17. Момент инерции тела и его физический смысл. Примеры вычисления момента инерции твердых тел. Теорема Штейнера.
- •19. Идеальная и вязкая жидкость. Гидростатика несжимаемой жидкости. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли.
- •20. Гидродинамика вязкой жидкости, коэффициент вязкости. Течение по трубе. Формула Пуазейля. Закон подобия. Формула Стокса. Турбулентность.Движение вязких жидкостей и газов
- •21. Основное уравнение молекулярно - кинетической теории идеального газа. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы.
- •22. Молекулярно - кинетический смысл температуры.
- •23. Внутренняя энергия идеального газа.
- •24. Теплоёмкость идеального газа при постоянном объеме и давлении.
- •25. Статистические распределения. Вероятность и флуктуации.
- •26. Распределение Максвелла.
- •27. Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости газовых молекул.
- •28. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.
- •29. Понятие о физической кинетике. Средняя длина свободного пробега, эффективный диаметр молекул и сечение рассеяния.
- •30. Вязкость, теплопроводность и диффузия в газах.
- •31. Обратимые и необратимые термодинамические процессы.
- •32.Первое начало термодинамики. Простейшие термодинамические процессы.
- •33. Кпд идеальной тепловой машины. Цикл Карно. Понятие термодинамической температуры.
- •34.Энтропия и ее термодинамический смысл. Второе начало термодинамики.
- •35. Уравнение Ван-дер-Вальса и его анализ. Экспериментальные изотермы.
- •36. Перегретая жидкость и перенасыщенный пар. Внутренняя энергия реального газа.
- •37.Эффект Джоуля - Томпсона. Сжижение газов.
- •38.Строение жидкостей. Силы поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения.
- •39. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа.
- •40. Явление на границе жидкости и твердого тела. Краевой угол. Капиллярные явления.
- •41. Твердые тела. Аморфные и кристаллические тела.
- •42. Анизотропия кристаллов. Дефекты кристаллов.
- •43. Фазовые переходы первого и второго рода. Кривая фазового равновесия.
- •44. Фазовая диаграмма состояния вещества. Тройная точка. Уравнение Клайперона - Клаузиуса.
- •45. Уравнение гармонического колебания и его основные параметры.
- •48. Физический и математический маятники. Приведенная длина и центр качания физического маятника.
- •49. Уравнение затухающих колебаний. Декремент затухания.
- •50. Действие периодической силы на затухающий гармонический осциллятор. Резонанс.
- •51. Сложение гармонических колебаний одинаковой частоты и направления. Векторная даграмма.
- •5°. Если одновременно совершаются два гармонических колебания одинаковой частоты и разных амплитуд:
- •52. Сложение гармонических колебаний разной частоты. Биения.
- •53. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
- •54. Уравнение плоской гармонической волны и ее основные параметры: длина волны, волновое число, фазовая скорость волны. Продольные и поперечные волны.
- •55. Волновое уравнение. Фазовая скорость волны в твердых телах и жидкостях.
- •56.Скорость звука в газах.
- •57. Передача информации с помощью волн.
- •58. Групповая скорость волны. Дисперсия.
- •59.Стоячие волны. Колебания струны.
- •60. Громкость и высота тона звука.
- •61. Эффект Доплера.
- •62. Физические измерения. Погрешности измерений.
9. Момент силы. Основное уравнение динамики вращательного движения.
В физике момент силы можно понимать как «вращающая сила». В системе СИ единицами измерения для момента силы является ньютон-метр, хотя сантиньютон-метр (cN•m), футо-фунт (ft•lbf), дюйм-фунт (lbf•in) и дюйм-унция (ozf•in) также часто используются для выражения момента силы. Символ момента силы τ (тау). Момент силы иногда называют моментом пары сил, это понятие возникло в трудах Архимеда над рычагами. Вращающиеся аналоги силы, массы и ускорения есть момент силы, момент инерции и угловое ускорение соответственно. Сила, приложенная к рычагу, умноженная на расстояние до оси вращения рычага, есть момент силы. Например, сила в 3 ньютона, приложенная к рычагу, расстояние до оси вращения которого 2 метра, это то же самое, что 1 ньютон, приложенный к рычагу, расстояние, до оси вращения которого 6 метров. Более точно, момент силы частицы определяется как векторное произведение:
где — сила, действующая на частицу, а— радиус-вектор частицы.
Моментом силы наз. физ. величина численно равная векторному произведению радиуса вектора силы на вектор силы M =[r*F] r- радиус вектор силы. Линия в доль которой действуют силы наз. линией действия силы. M=rRsin r*sin=l M=F*l l- плече силы, перпендикуляр кратчайшее расстояние до линии действия силы. Моментом силы относительно оси Z наз. проекция момента силы на выбранное направление Z Mz=[r*F]z
Согласно уравнению (5.8) второй закон Ньютона для вращательного движения
По определению угловое ускорение и тогда это уравнение можно
переписать следующим образом
с учетом (5.9)
или
|
(5.10) |
Это выражение носит название основного уравнения динамики вращательного движения и формулируется следующим образом: изменение момента количества движения твердого тела , равно импульсу моментавсех внешних сил, действующих на это тело.
10. Силы в природе. Силы сухого и вязкого трения.
Несмотря на разнообразие сил, имеется всего четыре типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Гравитационные силы заметно проявляются в космических масштабах. Одним из проявлений гравитационных сил является свободное падение тел. Земля сообщает всем телам одно и то же ускорение, которое называют ускорением свободного падения g. Оно незначительно меняется в зависимости от географической широты. На широте Москвы оно равно 9,8м/с2. Электромагнитные силы действуют между частицами, имеющими электрические заряды. Сильные и слабые взаимодействия проявляются внутри атомных ядер и в ядерных превращениях. Гравитационное взаимодействие существует между всеми телами, обладающими массами. Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, гласит: Сила взаимного притяжения двух тел, которые могут быть принятыми за материальные точки, прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
Коэффициент пропорциональности у называют гравитационной постоянной. Она равна 6,67 • 10-11 Н•м2/кг2. Если на тело действует лишь гравитационная сила со стороны Земли, то она равна mg. Это и есть сила тяжести G (без учета вращения Земли). Сила тяжести действует на все тела, находящиеся на Земле, вне зависимости от их движения. При движении тела с ускорением свободного падения (или даже с меньшим ускорением, направленным вниз) наблюдается явление полной или частичной невесомости. Полная невесомость - отсутствие давления на подставку или на подвес. Вес - сила давления тела на горизонтальную опору или сила растяжения нити со стороны подвешенного к ней тела, которая возникает в связи с гравитационным притяжением данного тела к Земле. Силы притяжения между телами неуничтожимы, тогда как вес тела может исчезнуть. Так, в спутнике, который двигается с первой космической скоростью вокруг Земли, вес отсутствует так же, как в лифте, падающем с ускорением g. Примером электромагнитных сил являются силы трения и упругости. Различают силы трения скольжения и силы трения качения. Сила трения скольжения намного больше силы трения качения. Сила трения зависит в некотором интервале от приложенной силы, которая стремится сдвинуть одно тело относительно другого. Прикладывая различную по величине силу, увидим, что небольшие силы не могут сдвинуть тело. При этом возникает компенсирующая сила трения покоя. При отсутствии сил, сдвигающих тело, сила трения покоя равна нулю. Наибольшее значение сила трения покоя приобретает в момент, когда одно тело начинает двигаться относительно другого. В этом случае сила трения покоя становится равной силе трения скольжения:
где n - коэффициент трения, N - сила нормального (перпендикулярного) давления. Коэффициент трения зависит от вещества трущихся поверхностей и их шероховатости.
Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.
Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям. Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону.
Коэффициент трения μ – величина безразмерная. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей.
При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa вязкого трения. Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя.
Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. При достаточно малых скоростях Fтр ~ υ, при больших скоростях Fтр ~ υ2. При этом коэффициенты пропорциональности в этих соотношениях зависят от формы тела.