Раздел I механика. Молекулярная физика. Термодинамика.

Механика - наука о перемещениях одних тел относительно других и о причинах этих перемещений. Основные понятия и законы механики используются практически во всех разделах физики и во всех естественных науках.

Молекулярная физика изучает явления, обусловленные молекулярным строением тел, взаимным расположением, взаимодействием и движением молекул. К молекулярным явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение, плавление и кристаллизация, поверхностные явления, вязкость, диффузия и др. Молекулярные явления играют важную роль в жизненных процессах, в процессах лекарственного воздействия на организм, при производстве лекарственных веществ.

Термодинамика изучает макропроцессы (процессы, обусловленные движением и взаимодействием большого числа микрочастиц: молекул, атомов и т. д.) на основе исследования превращений энергии, сопровождающих эти процессы.

Термодинамические законы важны для физики и биофизики, а также химии и других естественных наук.

Глава 1 законы динамики ньютона. Законы сохранения.

1.1. Законы ньютона. Основные дифференциальные уравнения движения.

Механика изучает перемещения одних тел относительно других.

Раздел механики - кинематика исследует перемещения без изучения их причин, например, изучаемые в школе кинематика прямолинейного движения, кинематика движения по окружности.

Другой раздел механики - динамика занимается изучением причин движений. В основе динамики - знаменитые три закона Ньютона, также входящие в программу курса физики средней школы.

Первый закон динамики Ньютона (закон инерции): «Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело при отсутствии внешних воздействий или, если они скомпенсированы, сохраняет свою скорость. Изменение скорости тела вызывается действием на него других тел - действием сил со стороны других тел».

Согласно второму закону Ньютона, векторная сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое телу этими силами ускорение:

(1.1)

Третий закон Ньютона говорит о том, что каждой силе действия одного тела на другое соответствует сила противодействия - сила, с которой второе тело действует на

первое; эти силы равны по модулю и направлены по одной прямой, но противоположно друг другу (рис.1.1):

Рис. 1.1. К третьему закону Ньютона (объяснения в тексте).

На основе второго закона Ньютона можно написать основные дифференциальные уравнения движения, широко используемые для решения многих задач механики. Векторное уравнение второго закона Ньютона заменим тремя скалярными уравнениями:

ma_x =

ma_y =

ma_z=

Здесь аx , аy , аz - проекции вектора ускорения на оси координат X , y и z;

, , - суммы проекций сил на оси координат.

Поскольку, по определению, ускорение - производная скорости по времени, для проекций ускорения на оси координат можно написать:

a_x=

a_y=

a_z=

А скорость-производная координаты по времени и её проекции на оси координат:

v_x=

v_y=

v_z=

Скалярные уравнения второго закона Ньютона можно написать в виде дифференциальных уравнений второго порядка :

m =

m =

m =

Эти уравнения и называются основными дифференциальными уравнениями движения материальной точки. Решив их, можно найти закон движения материальной точки - её координаты и скорость в любой момент времени:

x = f ( t, x_o, v_xo ),

y = f ( t, y_o, v_yo ),

z = f ( t, z_o, v_zo ).

Здесь x_o, y_o, z_o, v_xo , v_yo, v_zo- начальные координаты и компоненты скоростей тела.