Модуль 1. Механіка. Молекулярна фізика і основи термодинаміки.

1. Механічний рух. Система відліку. Матеріальна точка. Радіус-вектор. Вектор переміщення. Довжина шляху. Прямолінійний рух.

Механічний ру х - зміна положення даного тіла (або його частини) відносно інших тіл (частин тіла) з часом.Один і той самий рух, який розглянуто відносно різних тіл, буде здаватися іншим.

Система відліку – це тіло, годинник, і система координат, яка пов язана з цим тілом.З цого можна зробити висновок, що рух завжди розглядається відносно чогось. У різних системах відліку тіло поводить себе по-різному. Наприклад, пасажир, який сидить у вагоні потягу, знаходиться у спокою відносно вагону і рухається відносно залізничних рейок.

У фізиці розглядають різні види руху:Рух тіла, при якому всі його точки рухаються однаково, називають поступальним рухом. Поступально рухається автомобіль на прямолінійній ділянці шляху, коливається маятник годинника, а стрілки годинника обертаються навколо нерухомої осі. Коливаннями називають фізичні процеси, які точно чи майже точно повторюються через однакові проміжки часу. Рух по будь-якій криволінійній траєкторії називається обертальним.

Тіло, розмірами якого в умовах даного завдання можна зневажити, називається матеріальною точкою. Лінія, описувана матеріальною точкою при її русі в просторі, називається траєкторією. Відстань між двома положеннями точки, обмірюване уздовж траєкторії називається шляхом, пройденим тілом. (Шлях – довжина траєкторії.)

Вектор, що з'єднує початкове положення тіла з кінцевим положенням, називається вектором переміщення .ABCD – траєкторія - переміщення

Радіус - вектор точки - це вектор, початок якого збігається з початком системи координат, а кінець - з цією точкою.

Залежно від форми траєкторії розрізняють прямолінійний і криволінійний рух точки.Якщо траєкторія тіла представляє пряму лінію, то рух – прямолінійне, криву – криволінійне. Рух з постійною швидкістю називається рівномірнимпрямолінійним рухом. При рівномірному прямолінійному русі тіло рухається по прямій і за будь-які рівні проміжки часу проходить однакові шляхи.Рух, при якому тіло за рівні проміжки часу здійснює неоднакові переміщення, називають нерівномірним рухом. При такому русі швидкість тіла змінюється з часом.

2. Вектор швидкості і прискорення. Рівномірний рух. Прискорений рух. Середня і миттєва швидкість.

Вектор швидкості спрямований у бік руху точки по дотичній до траєкторії її руху. Шви́дкість — фізична величина, що відповідає відношенню переміщення тіладо проміжку часу, за який це переміщення відбувалось. Швидкість — величинавекторна, тобто вона має абсолютну величину і напрямок.Швидкість, як векторна величина здебільшого позначається літерою або ,

Прискорення – це бистрота зміни швидкості, яка дорівнює відношенню зміни швидкості до проміжку часу, за якого відбулася ця зміна. Прискоренням називається векторна фізична величина, що дорівнює відношенню дуже малої зміни вектора швидкості до малого проміжку часу, за яке сталося це зміна, тобто це міра швидкості зміни швидкості:Метр за секунду за секунду - це таке прискорення, при якому швидкість тіла, що рухається прямолінійно і рівноприскореному, за час 1 з змінюється на 1 м / с. Напрямок вектора прискорення збігається з напрямком вектора зміни швидкості При дуже малих значеннях проміжку часу, за який відбувається зміна швидкості.Якщо тіло рухається по прямій і його швидкість зростає, то напрям вектора прискорення збігається з напрямком вектора швидкості; при убуванні швидкості - протилежно напрямку вектора швидкості.При русі по криволінійній траєкторії напрям вектора швидкості змінюється в процесі руху, вектор прискорення при цьому може виявитися спрямований під будь-яким кутом до вектора швидкості.

Середньою швидкістю на якій-небудь ділянці траєкторії називається відношення збільшення радіус-вектора точки за проміжок часу t+ Δtдо його тривалості Δt.

Середньою швидкістю тіла на якій-небудь ділянці траєкторії називається відношення довжини Sцієї ділянки вчасно t, протягом якого тіло пройшло цю ділянку.)

Якщо для ділянок будь-якої довжини, узятих у різних місцях траєкторії, це відношення однакове, то швидкість тіла уздовж траєкторії постійна й такий рух називається рівномірним.

Швидкістю (миттєвою швидкістю) точки називається векторна величина, рівна першої похідній за часом від радіуса-вектора розглянутої точки: (Швидкість точки в момент часу tдорівнює межі середньої швидкості v_сер приΔt→0) Миттєва швидкість - векторна величина. Миттєва швидкість переміщення завжди спрямована по дотичній до траєкторії в бік руху тіла. Одиницею швидкості є 1 м / с. Метр за секунду дорівнює швидкості прямолінійно і рівномірно рухається точки, при якій точка за час 1 з переміщається на відстань 1 м.

Рівноприскореним називається равнопеременное рух, при якому величина швидкості зростає.

3. Відносність руху. Додавання швидкостей і прискорень. Принцип відносності Галілея.

Відносність механічного руху полягає в тому, що вид траєкторії, шлях і переміщення залежать від вибору системи відліку.

Класичний закон додавання швидкостей:швидкість тіла відносно системи, яку вважають нерухомою, дорівнює геометричній сумі швидкості тіла в рухомій системі відліку й швидкості власне рухомої системи відліку (рис. 9):

Приско́рення — векторна фізична величина, похідна швидкості зачасом та за величиною дорівнює зміні швидкості тіла за одиницю часу.

Оскільки швидкість — похідна по часу від радіус-вектора рухомої матеріальної точки, то прискорення можна записати, як другу похідну по часу від радіус-вектора:

Прискорення, як векторна величина здебільшого позначається літерою або , а коли йде мова тільки про кількісне значення прискорення — a (

Теорема додавання швидкостей [ред. • ред. код]

Абсолютна швидкість точки при складному русі дорівнює векторній сумівідносної та переносної швидкостей:

Теорема про додавання прискорень (теорема Коріоліса)[ред. • ред. код]

Абсолютне прискорення точки при складному русі дорівнює векторній сумі відносного , переносного прискорень та прискорення Коріоліса :

де

Величина прискорення Коріоліса може бути обчислена за:

Принцип відносності у класичній механиці (прнцип Галілея):

 ніякими механічними дослідами всередині інерціальної системи відліку (ІСВ) не можна визначити, чи знаходиться вона у спокої, чи рухається з V = const;

 перехід від однієї ІСВ до іншої не впливає на жодний механічний процес (математичний опис будь-якого закону механіки однаковий в усіх ІСВ).

Отже, всі ІСВ рівноправні.

Систему відліку, пов язану із Землею, можна вважати інерціальною лише приблизно (це пов язано головним чином з добовим обертанням Землі і її обертанням навколо Сонця). Взагалі неможливо вибрати таке тіло відліку, щоб пов язана з ним система відліку була в точності інерціальною. Справа в тому, що у Всесвіті немає тіла, на рух якого не впливали б інші тіла.

Проте якщо є одна система відліку, яку можна вважати інерціальною, то таких систем відліку можна вказати безліч: досить розглянути ті, що рухаються відносно першої прямолінійно рівномірно.

Розглянемо, наприклад, систему відліку, пов язану з судном. Якщо воно рухається відносно Землі прямолінійно рівномірно, то людина, яка знаходиться у трюмі, зовсім не помічає цього руху. Усі механічні явища відбуваються так само, як і для нерухомого відносно Землі судна.

Якщо ж судно збільшує швидкість руху, то людина помітить: тіла, що падають, відхиляються від вертикалі у бік корми судна. Якщо тіла, що падають, відхиляються до правого або лівого борту, це свідчить про поворот судна. В усих цих випадках судно рухається з прискоренням відносно землі, і пов язана з ним система відліку є неінерціальною.

Принцип відносності в релятивістській механиці (в теорії відносності), який називається принципом Енштейна, узагальнює принцип Галілея, поширюючи його з механічних законів на всі фізичні. Принцип Енштейна доповнює принцип Галілея твердженням про незалежність швидкості світла у вакуумі (с = 3^.10⁸ м/с) від руху джерела і приймача світла.

4. Кінематичні рівняння (Приклад руху тіла, кинутого вертикально вгору).

Дата добавления: 2015-11-14