- •1. Кинематика частицы (основные понятия кинематики, прямолинейное и криволинейное движение).
- •2. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона и границы их применимости. Механический принцип относительности.
- •3. Законы сохранения в нерелятивистской механике.
- •4. Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле.
- •5. Механические колебания. Свободные, затухающие и вынужденные колебания линейного осциллятора.
- •6. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции в системах, движущихся поступательно и во вращающихся системах отсчета.
- •7. Мкт. Основное уравнение кинетической теории газов. Газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона.
- •8. Явления переноса в газах.
- •9.Внутренняя энергия. Теплота. Работа. Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики.
- •11. Равновесие фаз, фазовые переходы. Уравнения Клапейрона-Клаузиуса.
- •12. Взаимодействие неподвижных зарядов. Электростатическое поле и его характеристики.
- •13. Электрическое поле в проводниках и диэлектриках. Поляризация диэлектриков.
- •14. Постоянный электрический ток. Классическая теория электропроводности металлов.
- •15. Магнитное поле в вакууме. Взаимодействие токов. Сила Ампера. Сила Лоренца.
- •16. Магнитное поле в веществе. Диа-, пара- и ферромагнетизм
- •17. Явление электромагнитной индукции, опыты Фарадея.
2. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона и границы их применимости. Механический принцип относительности.
Динамика – раздел механики, в котором изучается механическое движение с учетом причин, вызывающих движение.
Основные понятия динамики – масса и сила.
Масса – физическая величина, характеризующая инертность тел. Инертность – это свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Проявляется в том, что тело нельзя мгновенно остановить или вывести из состояния покоя. За единицу массы принят эталон–сплав платины и иридия, хранящийся в палате мер и весов в Париже. m – величина скалярная, [m]=кг.
Сила – физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое, в результате чего у тела изменяется скорость, то есть появляется ускорение, или происходит деформация тела, либо имеет место и то, и другое. Действие силы зависит не только от ее величины, но и от направления, то есть сила – векторная величина, [ ] =Н (Ньютон).
Первый закон Ньютона гласит: существуют такие системы отсчета, относительно которых тело покоится или движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела или действие этих тел компенсировано. Такие системы отсчета называются инерциальными.
Второй закон Ньютона – основной закон динамики поступательного движения – отвечает на вопрос, как изменяется механическое движение материальной точки (тела) под действием приложенных к ней сил. Он гласит: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела): , где К – коэффициент пропорциональности. В системе СИ К=1. Тогда:
Соотношению (1) можно придать другой вид, представив его в виде:
. (2)
В классической механике масса тела есть величина постоянная (не зависящая от скорости), внесем ее под знак производной:
. (3)
Векторная величина , численно равная произведению массы материальной точки на ее скорость и имеющая направление скорости, называется импульсом этой материальной точки. Подставляя это выражение в (3), получим:
. (4)
Это выражение – более общая формулировка второго закона Ньютона: скорость изменения импульса материальной точки равно действующей на нее силе. Выражение (4) называется уравнением движения материальной точки.
Из второго закона также получим размерность силы: .
Третий закон Ньютона определяет взаимодействие между материальными точками (телами): всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия. Количественно это описывается третьим законом Ньютона: две материальные точки действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными в противоположные стороны вдоль соединяющей эти точки прямой:
,
где – сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй; – сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой.
Законы Ньютона в классической механике применимы для описания движения: а) макротел; б) для тел постоянной массы; в) при скоростях, значительно меньших скорости света.
В механике Ньютона все законы выполняются в инерциальных системах отсчета.
Пусть имеем две инерциальные системы отсчета, одну из которых мы будем условно считать неподвижной (система К с осями декартовых координат х,у,z). Другая же система (система К’ с осями декартовых координат х’, у’, z’) пусть равномерно и прямолинейно движется со скоростью относительно первой (см. рис.2.1)
(1)
(2)
(3)
(4)
Преобразования Галилея в векторной форме: . Дифференцируя эту формулу по времени, получим классический закон сложения скоростей:
Продифференцируем по времени и учтем, что . Получим:
(8)
В классической механике считается, что масса тела не зависит от системы отсчета, то есть . Умножим обе части равенства (8) на m:
или
Таким образом, закон Ньютона не изменяется при переходе от системы К в систему К’.
На этом основании сформулируем механический принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчета одни и те же механические явления протекают одинаковым образом, и никакими механическими опытами, проводимыми внутри данной инерциальной системы отсчета, невозможно установить, покоится система отсчета или движется равномерно и прямолинейно.
Механический принцип относительности свидетельствует о том, что в механике все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны. На основе законов механики нельзя выделить из множества инерциальных систем отсчета какую-то «главную» ИСО, которая бы обладала какими-либо преимуществами перед другими, так что движение тел относительно нее можно бы рассматривать как их «абсолютное движение», а покой – как «абсолютный покой».