Курс лекций по физике

 

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Курс лекций по электротехнике
Теория электрических сигналов
Начертательная геометрия
Компьютерная графика
Курс лекций по физике
Электростатика
Электромагнетизм
Курс лекций по оптике
Материаловедение
Курс лекций по математике
Линейная алгебра
История искусства
Основные направления в искусстве
Общая энергетика
Экологические проблемы
в теплоэнергетике
Курс лекций по информатике
Практикум по компьютерной
графике

Физика – в переводе с греческого означает «природа», и как трудно дать краткое внятное определение понятию «природа», так трудно дать определение и предмету «физика» из-за чрезвычайной широты области знания, изучаемой этой наукой.

Приборными (инструментальными) погрешностями средств измерений называют такие, которые принадлежат данному средству измерений (СИ), определены при его испытаниях и занесены в его паспорт. Теоретическая погрешность СИ есть разница между значением величины, полученным при помощи этого средства, и истинным значением. Вместо неизвестного истинного значения на практике обычно используется значение, полученное при помощи более точного СИ. По точности СИ делят на рабочие (серийные), образцовые и эталонные. Для рабочего СИ более точным является образцовое, а для образцового СИ – эталонное.

ПРИМЕР. Будем рассматривать все расчеты и рассуждения применительно к конкретному примеру. Задача – измерение ускорения свободного падения g путем измерения продолжительности свободного падения тела с высоты h.

Используются 2 способа обработки результатов косвенного измерения: метод перенесенной погрешности и выборочный метод, дающие близкие результаты.

  В разделе “механика” применяются две основные модели: материальная точка и абсолютно твердое тело. Материальной точкой или частицей называется тело в тех случаях, когда изучается только поступательное движение тела как целого, при условии, что размеры, форма и другие его структурные свойства, а также протекающие в нем процессы в пределах точности измерений не влияют на движение тела.

Характеристики движения – перемещение, траектория, путь.

Тангенциальное ускорение есть проекция вектора полного ускорения на касательную к траектории, на направление вектора скорости и характеризует быстроту изменения величины скорости (её модуля)

Основы специальной теории относительности (СТО). Предпосылки создания, работы Майкельсона-Морли, Фитцджеральда, Лоренца, Эйнштейна.

 Концепция  Эйнштейна позволяет отказаться от существования эфира и построить теорию, называемую ныне специальной теорией относительности (СТО) и и подтверждаемая всеми известными сегодня опытами.

Широко известным экспериментальным фактом справедливости утверждения о различном ходе времени в движущихся и неподвижных системах является возможность наблюдения на Земле m - мезонов («мюонов»). Они возникают в результате бомбардировки кислорода и азота атмосферы космическими лучами на  высотах 10-30 км. Выяснено, что эти частицы имеют собственное время жизни tо (в собственной системе координат, относительно которой они считаются неподвижными) ~2×10-6 с, после чего распадаются

Основы классической динамики Общей целью механики (а с небольшими оговорками – и всей физики) является создание методов решения задач типа: дана определенная физическая система в определенных внешних условиях; требуется найти, что произойдет с этой системой через какой-то промежуток времени.

Законы Ньютона в классической механике. Роль законов Ньютона в физике необозримо велика. На основе ограниченного числа законов построена целая наука – механика, скоро 300 лет используемая человечеством в своей практической и научной деятельности.

Нефундаментальные взаимодействия. Внутриатомные силы (если не рассматривать внутриядерные) удовлетворительно описываются электромагнитным взаимодействием. Межатомные и межмолекулярные силы бывают довольно разнообразными, но все взаимодействия объясняются электростатическими силами. Конденсированное состояние вещества – твердое тело - характеризуется способностью сопротивляться как силам сжатия, так и силам растяжения. Из ряда фундаментальных сил природы - гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое - лишь электромагнитное взаимодействие способно обеспечить силы, достаточные для обеспечения межатомных и межмолекулярных сил, прочных, жестких и пластичных одновременно.

Контактные силы. Контактными называются силы, возникающие при соприкосновении тел и действующие со стороны одного тела на другое. При этом, конечно, возникают деформации, но они обычно невелики и тела рассматриваются как абсолютно твердые.

Механическая работа. Мощность. Механическая энергия. Физическая величина силы тесно связана с другой очень важной величиной – величиной работы. Из курса физики средней школы известно, что, если на частицу, движущуюся по прямой линии, действует сила F, направленная под углом a к направлению движению

Связь силы и потенциальной энергии. Каждой точке потенциального поля сил соответствует, с одной стороны, некоторое значение силы F, действующей на тело, с другой стороны – некоторое значение потенциальной энергии U для данной конфигурации взаимодействующих тел. Следовательно, между  и U должна существовать какая-то функциональная связь.

Потенциальная энергия тяготения двух тел. Рассмотрим потенциальную энергию физической системы, в которой осуществляется фундаментальное гравитационное взаимодействие, на примере  взаимодействия двух тел

Движение твердого тела Кинематика плоского движения твердого тела. Физической моделью, которую обычно используют для описания движения реальных тел, является уже упомянутая модель абсолютно твердого тела («система материальных точек, расстояние между которыми не меняется в процессе движения тела»).

Основной закон динамики вращательного движения Вывод основного уравнения динамики вращательного движения на простом примере вращения материальной точки, позднее ответ обобщим для любых тел.

Момент инерции стержня. Рассмотрим еще пример определения момента инерции тела относительно оси, проходящей через центр масс, но не являющейся осью симметрии. До сих пор мы вычисляли момент инерции относительно оси симметрии; вычисление же момента инерции относительно любой оси, проходящей через центр масс, представляет более сложную задачу.

Свойства молекул идеального газа. Параметры газового состояния. Идеальный газ рассматривается как совокупность материальных точек нулевого размера, лишенных механических свойств, или, в крайнем случае, как бесконечно малые идеально упругие шарики. Молекулы газа или покоятся или непрерывно и хаотически движутся, причем все направления движения строго равновероятны. Равновероятны не только направления движения, но и виды движения: поступательное, вращательное, колебательное. Известный опыт Перрена подтверждает разумность этих утверждений.

Абсолютная температура Т является фундаментальной термодинамической характеристикой газа. Поэтому для выявления связи с температурой величин скорости и средней кинетической энергии воспользуемся некоторыми представлениями термодинамики.

Реальные газы. Уравнение состояния реального газа. Уравнения идеального газа отлично выполняются для разряженных газов, когда р < 1 атм. Для 1 < р < 10 атм - выполняются хорошо, от 10 атм<р<100 атм – удовлетворительно (например, для азота отклонения в законе Бойля-Мариотта не превышают 7%), если же давление больше 100 атм – плохо (а в «коммерческом» баллоне с кислородом – 150 атм).

Тройная точка. Диаграмма состояния Возьмем вещество в виде жидкости и находящегося с ней в равновесии насыщенного пара и, не изменяя объема, станем отнимать от него тепло. Этот процесс будет сопровождаться понижением температуры вещества и соответствующим уменьшением давления. Поэтому точка К, изображающая состояние вещества на диаграмме (р,Т), перемещается вниз по кривой испарения (рис.9.7). Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута температура кристаллизации вещества, отвечающая равновесному значению давления.

Средняя длина свободного пробега молекул. Вакуум. Рассматривая состояние реального газа, пришлось прийти к убеждению, что молекулы имеют конечные размеры, и, следовательно, при движении будут сталкиваться друг с другом. Молекулы газа, находясь в тепловом движении, непрерывно сталкиваются друг с другом. Из-за хаотичности движения будут наблюдаться различные длины свободного пробега молекул газа, но, оказывается, существует некоторая средняя длина свободного пробега, характерная для данного состояния газа.

Явления переноса в газах. Общие закономерности. Беспорядочность теплового движения молекул газа, непрерывные соударения между ними приводят к постоянному перемешиванию частиц и изменению их скоростей и энергий. Если в газе существует пространственная неоднородность плотности, температуры или скорости упорядоченного перемещения отдельных слоев газа, то движение молекул выравнивает эти неоднородности.

Закон распределения молекул по скоростям Максвелла. При выводе основного уравнения кинетической теории газов мы считали, что молекулы имеют различные скорости. Опыт подтверждает это предположение. Средняя квадратичная скорость, использованная нами выше, является одной из характеристик движения всей совокупности молекул. Она, разумеется, не имеет смысла применительно к одной какой-либо молекуле или к небольшому числу молекул.

Барометрическая формула. Распределение Больцмана. При выводе основного уравнения кинетической теории газов и закона Д. К. Максвелла предполагается, что на молекулы газа не действуют никакие внешние силы. Поэтому молекулы равномерно распределяются по объему сосуда. Фактически молекулы любого газа всегда находятся в поле тяготения Земли. Если бы не было теплового движения молекул атмосферного воздуха, то все они упали бы на Землю. Если бы не было тяготения, то атмосферный воздух рассеялся бы по всей Вселенной. Тяготение и тепловое движение приводят газ в состояние, при котором его концентрация убывает с высотой.

Основы термодинамики При термодинамическом методе изучения процессов не рассматривается поведение и движение отдельных молекул, что свойственно физико-статистическим методам изучения свойств газов. В термодинамике основные понятия – это внутренняя энергия, количество теплоты, совершенная работа, энтропия и другие специфические термодинамические функции, а основными параметрами состояния газа служат температура, плотность.

Первый закон термодинамики Первый закон (или начало) термодинамики является выражением одного из основных законов природы - закона сохранения и превращения энергии, о котором мы уже говорили в разделе «Механика».

Вероятность термодинамического состояния. При анализе путей развития той или иной физической системы общепринято определять вероятности тех или иных состояний и максимально ожидаемой является ситуация с наибольшей вероятностью. Количественной характеристикой вероятности теплового состояния тела является число микроскопических способов, которым это макроскопическое состояние может быть реализовано.

Теплоемкость вещества. Изопроцессы идеального газа Большую роль в изучении тепловых свойств вещества играет понятие теплоемкости. Удельной теплоемкостью с называется физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое надо сообщить единице массы этого вещества для увеличения ее температуры на 1° К

Изотермический процесс происходит при постоянной температуре (Т = const). Из уравнения Менделеева — Клапейрона следует, что для этого процесса справедлив закон Бойля—Мариотта: pV = const. Для практического осуществления изотермического процесса необходимо обеспечить идеальный теплообмен - тепловой контакт между газом и массивным телом, имеющим постоянную температуру. Или процесс нужно вести бесконечно медленно, чтобы постоянно успевало происходить выравнивание температуры во всем объеме. Изотермический процесс сжатия и конденсации отработанного пара осуществляется в конденсаторе паровой машины.

Процессы обратимые и необратимые. Обратимым процессом называется такой процесс, который может быть проведен в обратном направлении таким образом, что система будет проходить через те же состояния, что и при прямом ходе, но в обратной последовательности. Обратимым может быть только равновесный процесс.

Второе начало термодинамики Второе начало термодинамики, как и первое, может быть сформулировано несколькими способами. В наиболее очевидной формулировке второе начало гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

Энтропия Для описания предсказуемого хода термодинамических процессов, особенно связанных с преобразованием теплоты в работу, Клаузиус предложил специальную термодинамическую функцию состояния – энтропию S (от греческого слова «преобразовывать»). Сама величина энтропии большой роли не играет, важно знать её изменение в том или ином процессе.

Для вычисления энтропии системы в данном состоянии относительно какого-нибудь состояния, принятого за нулевое, нужно вычислить значение  при каком-нибудь обратимом процессе, приводящем систему из данного состояния в нулевое. Энтропия замкнутой системы остается постоянной, если система претерпевает обратимое изменение состояния.

Начертательная геометрия, инженерная графика, основы конструирования Компьютерная графика, физика