1. Вводные сведения
1.1. Предсказание будущего - задача науки
Зачем естественные науки нужны людям? Одно из основных назначений наук о природе - предсказывать будущее состояние (поведение) изучаемых объектов.
1.2. Предмет физики
В чем состоит специфика физики, как одной из естественных наук, каков предмет физики? Физика - наука о наиболее простых общих свойствах окружающего нас мира.
1.3. Физическая модель
Как выделяют физики из бесконечного многообразия окружающего мира интересующие их немногочисленные простые свойства? Что такое физическая модель?
|
|
|
|
|
|
исследователь
Модель какой-либо реальной системы - это другая система, в которой сохранены только существенные для рассматриваемой задачи свойства реальной системы и которую можно описать на языке данной науки. Модель какой-либо области явлений - это научная теория, изучающая эти явления. Физика строит модели действительного мира, которые может описать язык физики.
1.4. Язык физики?
На каком языке "говорит" физика? Язык физики количественный, точный. Он широко использует математику, иногда говорят: "Математика - язык физики". Предсказания (1.1) физических теорий - это точные, количественные предсказания.
1.5. Экспериментальная и теоретическая физика
Экспериментальная физика - это опыты, проводимые для:
а) обнаружения новых фактов; б) проверки истинности предсказаний теории.
Теоретическая физика формулирует физические законы, на основе которых объясняются обнаруженные на опыте факты и делаются предсказания новых явлений. Если предсказания теории подтверждаются большой совокупностью опытов, то теорию считают верной. Если на опыте не подтверждается хотя бы одно из предсказаний теории, то такую теорию необходимо либо изменить, либо заменить другой, более удовлетворительной. Старая теория в этом случае обычно не отбрасывается, но ее область применения уточняется и ограничивается.
Физические основы механики
Классическая механика, релятивистская механика, квантовая механика
Элементы кинематики
Динамика материальной точки
Законы сохранения
Кинематика вращательного движения
Динамика вращательного движения
Элементы специальной теории относительности
2. Классическая механика, релятивистская механика, квантовая механика
2.1. Классическая механика
Классическая механика справедлива для любых тел, кроме элементарных частиц. Скорости движения тел должны быть малы по сравнению со скоростью света, c = 3·108 м/с. В основе классической механики лежат законы Ньютона.
2.2. Релятивистская механика
Релятивистская механика, или специальная теория относительности. Согласно специальной теории относительности скорости тел не могут превышать скорость света. Релятивистская механика справедлива и при скоростях, сравнимых со скоростью света.
2.3. Квантовая механика
Квантовая механика изучает движение элементарных частиц. Элементы квантовой механики будут рассмотрены в третьей части конспекта.
2.4. Предмет классической механики, ее основная задача
2.4.1. Предмет механики
Механика изучает изменение с течением времени взаимного положения материальных тел в пространстве и происходящие при этом взаимодействия между ними.
2.4.2. Кинематика
Кинематика - раздел механики, изучающий движения тел в пространстве и времени без рассмотрения вызывающих это движение взаимодействий.
2.4.3. Динамика
Динамика изучает движение тел учитывая взаимодействия между телами, которые обуславливают тот или иной характер движения.
2.4.4. Статика
Статика изучает законы равновесия системы тел. Эти законы следуют из законов динамики.
2.4.5. Основная задача механики
Основная задача механики - предсказывать будущее положение тел.
3. Элементы кинематики
3.1. Материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело - простейшие физические модели
3.1.1. Материальная точка
Материальная точка - это одна из простейших физических моделей (1.3).
|
|
|
|
|
|
|
реальный мир |
|
исследователь |
|
модельный мир |
Тело из реального мира (см. рис.) иногда можно без ущерба для решаемой задачи заменить точкой в модельном мире, сохранив из всех многообразных свойств этого тела лишь два: положение в пространстве и массу. Эти две характеристики легко описать языком физики (1.4). Массу задают числом. Положение - координатами в выбранной системе координат (3.4.1).
Традиционное определение материальной точки: это тело, размерами которого можно пренебречь при описании его движения. Здесь вместе присутствуют понятия, описывающие и реальный мир, и модельный мир.
3.1.2. Система материальных точек Если решается задача о движении нескольких материальных тел и каждое из них можно в условии данной задачи заменить материальной точкой, то моделью этой системы (1.3) будет система материальных точек.
Пример:
|
|
|
|
|
|
|
реальный мир |
|
исследователь |
|
модельный мир |
