Понятие о физической картине мира.

Пути развития физики.

Наблюдение - гипотеза - эксперимент – опыт - теория или закон.

Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Наблюдения проводятся непосредственно и с помощью технических средств. Результаты наблюдений фиксируются в описании.

Научная гипотеза ( греч. hypothesis – основание, предположение) – предсказанное утверждение, предположение или догадка. Гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдение. Гипотезу впоследствии или доказывают, превращая её в установленный факт, или же опровергают с помощью ряда экспериментов или опытов.

Эксперимент или опыт – представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующийся объект или явления для изучения его различных сторон, связей и отношений. Эксперимент позволяет увидетьобъект или процесс в чистом виде, исключает воздействие посторонних факторов. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теории, имеющих фундаментальное и прикладное значение. Благодаря наблюдениям или поставленным опытам были открыты законы. Теория подводит итог всему сказанному и рисует перспективы для дальнейшего исследования.

Теория – система знаний, обладающая предсказательной силой в отношении какого-либо явления. Теории формулируются, разрабатываются и проверяются в соответствии с научным методом.

Закон - вербальное или математически сформулированное утверждение, которое описывает соотношения, связи между различными научными понятиями.

Физика тесно связана с математикой: математика представляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причем используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий.

Понятие о физической картине мира.

Под физической картиной мира понимают целостную систему представлений о мире, его общих свойствах и закономерностях, возникающую в результате обобщения основных естественнонаучных теорий.

4. Понятие о величине и измерении.

Измерение – это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств.

Всё, что можно измерить, называется величиной.

Все физические величины с их основными единицами измерения составляют Международную систему единиц СИ, которая состоит из основных и производных величин.

Основные: длина, масса, время, температура, сила тока, сила света, молярная масса.

Производными величинами являются все остальные; например: площадь, скорость, сила, давление и т.д.

Единица измерения производной величины выражается через основные.

Например. Скорость [u]=м / с u=S / t

Сила [ F ] = H = F = m× g

Измерение бывает прямым и косвенным.

При прямом измерении значении физической величины определяется непосредственным сравнением с её единицей измерения.

При косвенном измерении значении величины определяется по формуле.

Лекционный материал к занятию № 3

Раздел 1. «МЕХАНИКА»

Механика – раздел физики, изучающий механическое движение тел и их взаимодействия.

Тема 1.1. Кинематика.

Кинематика – раздел механики, в котором изучаются виды движения тел без учета их массы и действующих на него сил.

Понятие механического движения.

Изменение положения тел в пространстве относительно других тел называется

м е х а н и ч е с к и м д в и ж е н и е м.

Механическое движение бывает поступательным и вращательным.

При поступательном движении все точки тела движутся одинаково.

При вращательном движении - по окружности.

Любое движение тела относительно, т.е. зависит от выбора системы отсчета.

В с и с т е м у о т с ч е т а входит тело, относительно которого происходит движение, система координат, связанная с этим телом, часы, отсчитывающие время.

Тело, размерами которого можно пренебречь, в рассматриваемых условиях называется

м а т е р и а л ь н о й т о ч к о й.

Кинематические элементы материальной точки: траектория, путь, перемещение, скорость, ускорение.

Т р а е к т о р и я - линия, описываемая телом в процессе движения.

П у т ь - S, расстояние, пройденное телом. [ S ] = м

П е р е м е щ е н и е - вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.

С к о р о с т ь - u, величина, характеризующая быстроту движения. [u] = м /с

У с к о р е н и е - а, величина, характеризующая изменение скорости. [ a ] = м /с²

Контрольные вопросы.

1. Что называется механическим движением? Назовите виды движения.

2. Что входит в систему отсчета?

3. Что называется материальной точкой?

4. Что характеризует скорость и ускорение? Какой буквой обозначаются и в каких единицах измеряются?

Лекционный материал к занятию № 4

Поступательное движение.

В и д ы д в и ж е н и й в з а в и с и м о с т и:

1. от траектории - прямолинейное и криволинейное;

2. от скорости: равномерное, равноускоренное.

a) равномерное - движение, при котором точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые промежутки пути.

u = const, а = 0
u, м/с

u = const

t, c

б) равноускоренное, т.е. тело движется с ускорением а;

u = u₀ + a· t - уравнение скорости;

- формула пути

Равноускоренное движение бывает равноускоренным и равнозамедленным.

При равноускоренном движении скорость увеличивается, a > 0, направление

вектора ускорения a совпадает с направлением вектора скорости u.

u, м/с

u = u₀ + аt

u₀

0 t, c

Если график расположен ближе к оси u, то тело движется с большим ускорением, если ближе к оси t, то с меньшим ускорением.

При равнозамедленном движении значение скорости уменьшается, a < 0, т.е. вектор ускорения a противоположно направлен вектору скорости u.

u, м/с

u = u₀ - аt

0 t, c

Частным случаем прямолинейного равноускоренного движения является свободное падение тела. Это движение происходит с одинаковым для всех тел ускорением свободного падения g = 9, 81 м / с²

Контрольные вопросы.

1. Назовите виды движения в зависимости от траектории и скорости.

2. Что можно сказать про скорость и ускорение при равномерном, равноускоренном и равнозамедленном движении?

3. Формулы скорости и пути при равномерном и равноускоренном движении.

Лекционный материал к занятию № 6

Свободное – значит без сопротивления воздуха, в вакууме. В этом случае на движение не влияют форма и размеры тела, его масса. Впервые подробно изучал Г. Галилей (1564-1642).

Частный случай равноускоренного движения. a º g – одинаково для всех тел.

Для задач: g = 10 м/с².

Обозначение перемещения: s = h (высота).

Свободное падение g_y> 0

- скорость

- пермещение

- координата

Тело брошено вертикально вверх g_y< 0

- скорость

- перемещение - координата

Лекционный материал к занятию № 7

Вращательное движение

Движение, при котором все точки тела движутся по окружности, называется вращательным.

Криволинейное движение - движение тела, траектория которого представляет собой кривую линию. Любое криволинейное движение можно представить как движение тела по окружностям с различными радиусами.

υ Движение тела по окружности характеризуется угловой скоростью.

υ Угловая скорость ω – физическая величина равная

ω = φ / t

[ ω ] = рад/с (радиан в секунду)

ω Угловая скорость показывает, на какой угол поворачивается

тело за единицу времени.

υ = ω R – формула связи линейной скорости с угловой

R – радиус-вектор, м

υ – линейная скорость, м/с

Линейная скорость направлена по касательной в каждой точке к окружности.

При движении тела по окружности скорость постоянно изменяет свое направление, следователь тело движется с ускорением а.

а _τ

Ускорение состоит из двух составляющих: тангенциального и нормального ускорения.

Тангенциальное (касательное) ускорение, a_τ – Характеризует изменение значения скорости и направленно по касательной к траектории, т.е. направление тангенциального ускорения совпадает с направлением линейной скорости.

Нормальное ускорение a_n – направленно вдоль нормали к окружности в данной точке т.е по радиусу.(перпендикулярно линейной скорости). Характеризует изменение скорости по направлению.

Полное ускорение:

Тема 1.2. Динамика.

Динамика – раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения.

Взаимодействие тел. Принцип суперпозиции сил.

Законы динамики Ньютона.

Динамические характеристики:

Сила - векторная величина, характеризующая воздействие на тело другого тела или поля. F - сила

[F] = H =

Равнодействующая сил F_р - векторная сумма всех сил, действующих на тело.

F_р = F₁ + F₂ +... + F_n = å F_i

Масса - скалярная величина, мера и н е р т н о с т и тела. [ m ] = кг.

В основе динамики лежат три закона Ньютона.

1-й закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действие других тел компенсируют друг друга. å F_i = 0

Такие системы отсчета называются инерциальными (ИСО).

Свойство тел сохранять свою скорость постоянной при отсутствии действия других тел называется инерцией.

Инертность – свойство присущее всем телам и заключающееся в том, что тела оказывают сопротивление изменению их скорости (как по модулю, так и по направлению).

2-ой закон Ньютона. Векторная сумма сил, действующих на тело, равна произведению массы тела на его ускорение.

å F_i = ma

Направление силы и ускорения всегда совпадают.

3-й закон Ньютона. Тела действуют друг на друга с силами, равными по абсолютной величине и противоположными по направлению.

F₁ = - F₂

Свойства этих сил:

1. Всегда действуют парами. 2. Одной природы.

3. Силы приложены к разным телам! (F₁ – к первому телу, F₂ – ко второму телу). Нельзя складывать! Не уравновешивают друг друга!

Механика, в которой рассматриваются тела, движущиеся с небольшими скоростями, называется классической механикой. В классической механике выполняются законы Ньютона.

Механика, в которой рассматриваются тела, движущиеся со скоростями

близкими к скорости света, называется релятивистской механикой.

Скорость света в вакууме с = 300000 км/с.

В релятивистской механике законы Ньютона не выполняются.

Контрольные вопросы.

1. Дать понятие силы и массы.

2. Какое движение и состояние описывает первый и второй законы Ньютона?

3. Какие ограничения существуют у законов Ньютона?

Лекционный материал к занятию № 10

Виды сил.

1. Силы упругой деформации

Силы упругой деформации возникают при деформации тела под внешним воздействием.

Деформация - изменение размеров и формы тела под действием внешних сил.

Упругая деформация – деформация, которые полностью исчезают после прекращения действия сил.

Пластическая деформация - деформация, которая не исчезает после действия сил.

Виды деформаций.

(тросы, цепи) (колонны, стены) (болты, заклёпки) (гайки, волы, оси) (мосты, балки)

Примеры сил упругости:

1. Сила упругости пружины и для малых упругих деформаций растяжения и сжатия выполняется закон Гука, инаправлена в сторону противоположную перемещению частиц тела.

F_упр = - k_упр· Dх - закон Гука,

k_упр - коэффициент упругости (жесткости) пружины, Н/м

Dх - изменение длины пружины, м.

2. Сила реакции опоры – N действует со стороны опоры на тело, всегда направлена перпендикулярно к поверхности, на которой находится тело.

N N

3. Сила натяжения – Т или F_нат направлена вдоль нити или троса от тела.