Основы механики для чайников. Введение

АВТОКОЛЕБАНИЯ - незатухающие колебания физической системы, которые поддерживаются источником энергии, находящимся в самой системе. Амплитуда и период А.К. определяются свойствами системы.

АКУСТИКА - 1) Область физики, изучающая процессы возникновения, распространения и регистрации звуковых волн. 2) Звуковая характеристика помещений.

АМПЛИТУДА КОЛЕБАНИЙ - наибольшее значение x m , которого достигает физическая величина х (смещение, сила тока, напряженность электрического поля и т.д.), совершающая гармонические колебания, т. е. изменяющаяся по закону x = x m соs(ω . t + φ ) , где t - время, x m , ω , φ - постоянные (при гармонических колебаниях) величины. Другими словами А. определяет "размах" колебаний. В этом смысле термин А. может применяться к негармоническим колебаниям.

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ – процесс изменения амплитуды колебаний с частотой, значительно меньшей частоты самих колебаний. Применяется в радиотехнике.

АРЕОМЕТР - прибор для измерения плотности жидкости. Действие А. основано на законе Архимеда. Плотность определяется по глубине погружения А. Наиболее распространенными являются А. постоянного веса, у которых шкалы обычно градуируются в единицах плотности. В быту применяются для определения жирности молока (лактометры, лактоденсиметры), содержания спирта (спиртомеры), сахара (сахаромеры), концентрации электролита в аккумуляторах автомобилей. В этих случаях шкалы могут быть проградуированы в % по объему или массе.

АРХИМЕДА ЗАКОН - закон гидро- и аэростатики: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная против действия силы тяжести, числено равная весу жидкости или газ, вытесненного телом, и приложенная в центре тяжести погруженной части тела. Открыт др. гр. ученым Архимедом в 212г. до н.э. Является основой теории плавания тел.

БЕГУЩИЕ ВОЛНЫ - волны, переносящие энергию вдоль направления их распространения. (Ср.).

– одно из основных уравнений гидродинамики, выражающее закон сохранения энергии для установившегося течения идеальной жидкости, т.е. течения, при котором ее параметры (скорость, давление) не за висят от времени: сумма давления и плотностей кинетической и потенциальной энергий при стационарном течении идеальной жидкости остается постоянной для любого сечения потока:

БЛОК - простейшее приспособление в виде колеса с желобом по окружности, через которое натянуты нить, веревка, канат или цепь. Применяется с целью изменения направления действия силы (неподвижный) или получения выигрыша в силе (подвижный). Род рычага.

ВЕС - сила, с которой тело вследствие земного притяжения действует на опору или подвес. В. – сила, парная по 3-ему з-ну Ньютона силе упругости (реакции опоры или натяжению подвеса).

ВОЛНОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ - совокупность точек среды, в которых в данный момент времени фаза волны имеет одно и то же значение.

ВОЛНЫ - возмущения (изменения состояния среды или поля), распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. Распространение волн связано с переносом энергии без переноса вещества, при этом возможны явленияотражения, преломления, , интерференции. дифракции, поляризации, поглощения и рассеяния волн. (См. , электромагнитные волны ).

ДВИГАТЕЛЬ - машина, преобразующая различные виды энергии в механическую работу.

ДВИЖЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ – процесс изменения положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

ДВИЖЕНИЕ ПО ИНЕРЦИИ – механическое движение, происходящее при компенсации или без внешних воздействий. В быту, в отличие от научных представлений, под Д.И. понимают Д. под действием сил сопротивления.

ДЕФОРМАЦИЯ - изменение формы или размеров тела (или части тела) вследствие механического действия внешних тел, при нагревании или охлаждении, изменении влажности и др. взаимодействиях, вызывающих изменение относительного расположения частиц тела. См. также .

ДЕФОРМАЦИЯ ПЛАСТИЧЕСКАЯ - вид Д., признаком которого является сохранение изменения формы и размеров деформированного тела после прекращения внешнего воздействия.

ДЕФОРМАЦИЯ УПРУГАЯ – вид Д., признаком которого является восстановление формы и размеров деформированного тела после прекращения внешнего воздействия.

ЗАТУХАНИЕ КОЛЕБАНИЙ - постепенное ослабевание собственных колебаний , обусловленное потерями энергии колебательной системой. З.к. приводит к уменьшению амплитуды колебаний.

ЗВУК (звуковые волны) - упругие волны, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. В зависимости от частоты колебаний З. условно подразделяется на (частотой до 16 Гц ), слышимый звук (16 Гц - 20 кГц ), ультразвук (20 кГц - 1 ГГц ) и гиперзвук (более 1 ГГц ).

ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ - переменное давление, избыточное над равновесным, возникающее при прохождении звуковой волны в жидкой или газообразной среде.

ИЗЛУЧЕНИЕ - 1) И. волн и частиц - процесс испускания звуковых волн источниками звука, радиоволн - антеннами, света и рентгеновских лучей - атомами и молекулами, α -, β -частиц и γ -лучей атомными ядрами. 2) Сами эти волны и частицы как движущиеся объекты. (См. Альфа-лучи, Бета-лучи и т.д.)

ИМПУЛЬС СИЛЫ - векторная физическая величина, применяемая для описания действия на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению вектора силы на этот промежуток времени. Единица И.с. в СИ - ньютон-секунда. При постоянной силе И.с. равен изменению импульса тела, на которое действовала данная сила в течение данного промежутка времени.

ИМПУЛЬС ТЕЛА , количество движения - векторная физическая величина, равная произведению массы тела и его скорости. И. механической системы равен векторной сумме И. всех частей системы. Для замкнутой системы выполняется . Единица И. в СИ - килограмм-метр в секунду.

ИМПУЛЬСА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН - закон механики: импульс любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянным (сохраняется) и может только перераспределяться между частями системы в результате их взаимодействия.

ИНЕРТНОСТЬ - свойство различных материальных объектов приобретать разные ускорения при одинаковых внешних воздействиях со стороны других тел. Присуща разным телам в разной степени. Величиной, позволяющей описать свойство И. тела в поступательном движении, является его масса, а при вращательном движении – момент инерции. Ср. .

ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЕТА - система отсчета, в которой тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии взаимодействия с другими телами или компенсации внешних воздействий (см. ). Система отсчета, покоящаяся или движущаяся прямолинейно и равномерно относительно какой-либо И.с.о., сама является инерциальной. В И.с.о. выполняются Галилея принцип относительности и Эйнштейна принцип относительности.

ИНЕРЦИИ ЗАКОН - первый закон Ньютона (см. ).

ИНЕРЦИЯ - явление сохранения скорости прямолинейного равномерного движения или состояния покоя при отсутствии или компенсации внешних воздействий. Ср. .

ИНТЕНСИВНОСТЬ ВОЛНЫ , плотность потока излучения - физическая величина, равная при равномерном распределении энергии излучения отношению мощности волны, к площади волнового фронта. Единица в СИ - .

ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗВУКА , сила звука – физическая величина, равная отношению энергии, переносимой звуковой волной через поверхность, расположенную перпендикулярно к направлению распространения волны, к площади поверхности и промежутку времени, в течение которого происходил процесс. Единица И.з. в СИ - .

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН - явление наложения двух или нескольких волн, при котором в пространстве происходит перераспределение энергии результирующей волны. Если волны когерентны , то в пространстве получается устойчивое во времени распределение амплитуд с чередующимися максимумами и минимумами (интерференционная картина). Имеет место для всех волн независимо от их природы. Ср.дифракция волн .

ИНФРАЗВУК - упругие волны с частотой менее 16 Гц, которые не воспринимаются ухом человека. Источники И.: газовые разряды в атмосфере, ветер, колебания земной коры и поверхности моря. См. звук, ультразвук, гиперзвук.

КЕПЛЕРА ЗАКОНЫ - законы движения планет Солнечной системы. 1-й закон : каждая планета движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце. 2-й закон: радиус-вектор, проведенный из Солнца к планете, за равные промежутки времени "ометает" равные площади. 3-й закон: квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их эллиптических орбит.

КИНЕМАТИКА - раздел механики, изучающий способы описания движений и связь между величинами, описывающими эти движения без учета их массы и действующих на них сил. Ср. динамика, статика.

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ – вид механической энергии, энергия движущегося тела. Скалярная величина, равная половине произведения массы тела на квадрат скорости его поступательного движения. Показывает какую работу необходимо совершить, чтобы разогнать тело данной массы из состояния покоя до данной скорости. К.э. механической системы равна сумме кинетических энергий всех частей системы. Единица в СИ - джоуль. Ср. потенциальная энергия .

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА - физическая теория, устанавливающая законы движения макроскопических тел со скоростями, значительно меньшими по сравнению со скоростью света . В основе К.м. лежат .

КОГЕРЕНТНОСТЬ - согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Когерентными наз. колебания с одинаковой частотой (длиной волны) и постоянной разностью фаз. К.- необходимое условие возникновения интерференции (см.интерференция волн, интерференция света) .

КОЛЕБАНИЯ - движения (изменения состояния), характеризующиеся той или иной степенью повторяемости во времени. Различают К.: механические (К. маятников, струн, пластин, замкнутых объемов воздуха и т.д.), электромагнитные (К. электрического тока и напряжения в колебательном контуре или волноводе, переменный ток и т.д.) и электромеханические (К. пьезоэлектрических и магнитострикционных излучателей и т.д.). Простейшие периодические колебания - .

КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА – система тел, способная совершать свободные колебания. Признаки К.с. – наличие положения устойчивого равновесия, малое трение (электрическое сопротивление).

КОЛИЧЕСТВО ДВИЖЕНИЯ - то же, что импульс.

КОНСЕРВАТИВНЫЕ СИЛЫ – силы, работа которых не зависит от формы траектории, а определяется только положениями начальной и конечной точки.

КРУГОВАЯ ЧАСТОТА - то же, что угловая частота

ЛАМИНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ - упорядоченное течение вязкой жидкости или газа, характеризующееся отсутствием перемешивания между соседними слоями жидкости или газа. Ср. Турбулентное течение.

ЛОРЕНЦА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ – соотношения между координатами и моментами времени какого-либо события, рассматриваемого в двух , движущихся одна относительно другой с любыми возможными скоростями. Важны в относительности теории. При скоростях, значительно меньших скорости света в вакууме, переходят в Галилея преобразования.

МАЙКЕЛЬСОНА ОПЫТ - опыт, поставленный с целью измерить влияние движения Земли на значение скорости света . Отрицательный результат М.о. стал одним из экспериментальных оснований относительности теории .

Скалярная величина, применяющаяся для количественного описания свойств инертности и явления тяготения материальных объектов. Согласно специальной теории относительности пропорциональна полной энергии тела: , где с 2 – квадрат скорости света в вакууме. Единица в СИ - килограмм (кг).

МАССА ПОКОЯ - масса элементарной частицы (тела) в системе отсчета, в которой эта частица (тело) покоится (напр., в собственной СО).

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА – мысленная модель тела бесконечно малых размеров, но имеющего массу. Реальное тело может рассматриваться как М.т., если его размеры малы по сравнению с другими характерными размерами, существенными для данной задачи. Напр., при рассмотрении движения спутника вокруг Земли, спутник можно принять за материальную точку, т.к. его собственные размеры не пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до Земли или длиной орбиты.

МАЯТНИК - твердое тело (или система тел), способное совершать колебания около неподвижной точки или оси. См. математический маятник, физический маятник.

МАЯТНИК МАТЕМАТИЧЕСКИЙ – идеализированный объект: колебательная система, состоящая изматериальной точк и, подвешенная к неподвижной точке на невесомой нерастяжимой нити (или стержне) и центра тяготения (напр., Земли). М.м. совершает колебания в вертикальной плоскости. При малых колебаниях период колебаний М.м. не зависит от амплитуды и выражается формулой , где ℓ - длина нити, а g - . Ср.маятник пружинный.

МАЯТНИК ПРУЖИННЫЙ – идеализированный объект: колебательная система, состоящая изматериальной точк и, прикрепленной к концу невесомой пружины. При малых колебаниях период колебаний М.п. не зависит от амплитуды и выражается формулой , где m – масса материальной точки, k – жесткость пружины. Ср. маятник математический.

МЕХАНИКА - наука о взаимных перемещениях тел в пространстве и происходящих при этом взаимодействиях между ними. Делится на кинематику, динамику и статику. Основная задача - определение положения тела в пространстве относительно других тел в любой момент времени. См.классическая механика, релятивистская механика.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ - энергия механического движения и взаимодействия тел системы или их частей. Равна сумме кинетической и потенциальной энергии этой системы. Ср. внутренняя энергия.

МЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ - то же, что Галилея принцип относительности.

МИКРОФОН – устройство для преобразования звуковых колебаний в электрические.

– постоянная для данного материала физическая величина, являющаяся коэффициентом пропорциональности между механическим напряжением и относительным удлинением в : . М.Ю. Е равен механическому напряжению, возникающему в деформированном теле при увеличении его длины в 2 раза. Единица измерения в СИ – паскаль.

(момент количества движения) – это физическая величина, равная векторному произведению импульса материальной точки на радиус-вектор: . В простейшем случае материальной точки, вращающейся по круговой орбите, равен L=m × r . Для замкнутой системы тел остается постоянным (сохраняется).

МОМЕНТ СИЛЫ относительно некоторой оси – физическая величина, описывающая вращательный эффект силы при действии ее на твердое тело и равная произведению модуля силы на плечо силы (сила расположена в плоскости, перпендикулярной оси вращения). Если вращение происходит против часовой стрелки моменту силы приписывается знак "+", если по часовой стрелке "-". Единица измерения в СИ ньютон-метр (Н. м ).

МОЩНОСТЬ - скалярная величина, равная отношению работы к промежутку времени, за которое она совершена. Единица в СИ - ватт(Вт).

– физическая величина равная отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения деформируемого тела . Единица в СИ - паскаль.

НЕВЕСОМОСТЬ - состояние механической системы, при котором действующее на систему внешнее гравитационное поле не вызывает взаимного давления одной части системы на другую и их деформации. Возникает при свободном падении тел, в искусственных спутниках и космических кораблях, движущихся с выключенными двигателями, т.е. когда на тело действуют только силы тяготения.

НЕИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЕТА - любая система отсчета, движущаяся с ускорением относительно некоторой инерциальной системы отсчета. См. система отсчета.

НЬЮТОНА ЗАКОНЫ - три закона, лежащие в основе ньютоновской классической механики . 1-й закон (закон инерции): существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или покоится, если на него не действуют другие тела или их действия скомпенсированы. 2-й закон (основной закон динамики): ускорение, полученное телом в результате взаимодействия, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе тела (). 3-й закон: тела действуют друг на друга силами одинаковой природы, равными по величине и противоположными по направлению(). Границы применимости Н.з.: для материальных точек или поступательно движущихся тел, для скоростей много меньше скорости света в вакууме, только в инерциальных СО.

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП - один из постулатов , утверждающий, что в любых все физические (механические, электромагнитные и др.) явления при одних и тех же условиях протекают одинаково. Является обобщением Галилея принципа относительности на все физические явления (кроме тяготения).

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ - физическая теория пространства и времени (специальная теория относительности, СТО), а также тяготения (общая теория относительности, ОТО). СТО основана на и инвариантности (неизменности) скорости света в вакууме относительно инерциальных систем отсчета. ОТО - релятивистская теория тяготения - основана на обобщении принципов СТО на случай неинерциальных систем отсчета и на эквивалентности принципе .

ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА – процесс возвращения звуковой волны при ее встрече с границей раздела двух сред, имеющих различную плотность и сжимаемость, обратно в первоначальную среду. Одно из проявлений о.з. - эхо.

ОТРАЖЕНИЯ ВОЛН ЗАКОН - луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, причем угол падения равен углу преломления. Закон справедлив для зеркального отражения.

ПАДЕНИЕ ТЕЛ – процесс движения тел в гравитационном поле с начальной скоростью, равной нулю. Идеализированный процесс падения только под действием силы тяжести (без учета сопротивления среды) в однородном гравитационном поле наз. свободным падением (См. ).

Минимальная скорость, при которой космический аппарат в гравитационном поле Земли может стать искусственным спутником Земли и двигаться по круговой орбите: , где G - гравитационная постоянная, M - масса Земли, R - расстояние от центра Земли до космического аппарата. У поверхности Земли V=7,91 км/с.

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ – 1. Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории. 2. Векторная физическая величина, введенная для описания изменения положения материальной точки относительно выбранной системы отсчета за некоторый промежуток времени. Единица в СИ – метр. В общем случае равна изменению радиус-вектора точки.

ПЕРИОД - наименьший промежуток времени, по истечении которого повторяются значения физических величин, характеризующих данный периодический процесс (напр., период колебаний).

ПЛЕЧО СИЛЫ – величина, равная кратчайшему расстоянию от данной точки (центра) до линии действия силы. Применяется при расчете момента силы, момента импульса и т.д.

ПОДЪЕМНАЯ СИЛА – составляющая полной силы давления жидкой или газообразной среды на движущееся в ней тело. При горизонтальном движении тела направлена вертикально вверх.

ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА - волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой колеблются частицы среды (для упругой волны) или в которой расположены векторы электрической напряженности и магнитной индукции (для электромагнитной волны). Ср. продольная волна .

ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ - один из простейших видов движения твердого тела, при котором отрезок, соединяющий две произвольные точки твердого тела, перемещается параллельно самому себе. При этом все точки твердого тела описывают одинаковые траектории и в каждый момент времени имеют одинаковые скорости и ускорения.

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ - часть энергии механической системы, зависящая от взаимного расположения частиц системы и их положения во внешнем силовом поле. Величина П.э. зависит от выбора системы отсчета . Ср. кинетическая энергия.

ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА - волна, в которой колебания происходят в направлении ее распространения. Ср. поперечная волна .

– физическая величина, равная изменению механической энергии тела вследствие действия силы: . М.р. постоянной силы () равна: , где α – угол между направлением вектора силы и вектора перемещения. Единица в СИ - джоуль.

РАВНОВЕСИЕ механической системы - состояние механической системы, находящейся под действием внешних сил, при котором все ее точки покоятся относительно рассматриваемой системы отсчета. Имеет место в случае, когда все действующие на систему силы и моменты сил уравновешены. Различают устойчивое (при малых отклонениях тело возвращается в положение равновесия), неустойчивое и безразличное равновесие. В положении устойчивого равновесия потенциальная энергия тела минимальна.

РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ СИЛА - сила, по своему действию на твердое тело полностью эквивалентная рассматриваемой системе сил, приложенных к телу. Система сил имеет равнодействующую только в том случае, если для нее существует точка, относительно которой главный момент сил системы равен нулю. Р. равна геометрической сумме всех сил системы и приложена в центре приведения, т.е точке пересечения линий действия всех сил.

РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ - модель движения материальной точки или поступательного движения твердого тела, при котором они за любые сколь угодно малые промежутки времени проходят одинаковые расстояния. При этом модуль скорости остается постоянным, а траектория криволинейна. Ср. равномерное прямолинейное движение. Вращательное движение называется равномерным, если оно совершается с постоянной угловой скоростью вокругнеподвижной оси.

РАВНОМЕРНОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ - модель движения материальной точки или поступательного движения твердого тела, при котором они за любые сколь угодно малые промежутки времени совершают одинаковые перемещения. В этом случае значение вектора скорости не меняется с течением времени. РАВНОПЕРЕМЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ (равноускоренное) – модель движения материальной точки или поступательного движения твердого тела, при котором скорость за любые сколь угодно малые промежутки времени изменяется одинаково, т.е. ускорение остается неизменным. Если постоянным является вектор изменения скорости (и, соответственно, вектор ускорения), то Р.д будет еще и прямолинейным.

РАВНОУСКОРЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ – 1) то же, что и равнопеременное движение ; 2) частный случай равнопеременного движения, при котором модуль скорости увеличивается (для этого вектора ускорения и начальной скорости должны быть противоположно направлены). Обратный случай называют равнозамедленным движением.

РАДИУС-ВЕКТОР точки - вектор, направленный в некоторую точку пространства из фиксированной точки, которая принята за начало координат в выбранной системе отсчета). Координаты радиус-вектора совпадают с координатами точки.

РЕЗОНАНС – явление более или менее резкого возрастания амплитуды установившихся вынужденных колебаний , когда частота внешнего воздействия приближается к частоте собственных колебаний системы.

РЕЗОНАТОР - система (тело или специальное устройство), в которой может происходить резонанс. Примеры Р.: камертон, воздушная полость (акустический Р.), колебательный контур (электрический резонатор).

РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА - механика тел, движущихся со скоростями, близкими к скорости света в вакууме. Законы Р.м. соответствуют требованиям относительности теории и справедливы при любых скоростях тел, вплоть до скоростей, сколь угодно близких к скорости света, тогда как ньютоновская механика (см. ) справедлива лишь при малых скоростях (V<< c ). См. также классическая механика.

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ - см. падение тел.

СДВИГ ФАЗ - разность фаз переменных физических величин, изменяющихся по синусоидальному закону с одинаковой частотой. Измеряется в радианах.

СИЛА - векторная физическая величина, равная произведению массы тела, на сообщаемое этой силой ускорение. Применяется для описания механического воздействия на данное тело со стороны других тел, приводящего к изменению характера движения тела или его деформации. Единица в СИ - ньютон.

СИЛА ЗВУКА – то же, что и .

СИЛА ТЯЖЕСТИ – сила, с которой тело притягивается к Земле (или другой планете) вблизи ее поверхности. С.т. тела с массой m выражается формулой: F тяж =mg , где g - , зависящее от географической широты места и его высоты над уровнем моря.

СИЛА УПРУГОСТИ – сила, действующая со стороны деформированного тела на соприкасающиеся с ним тела и направленная в сторону противоположную перемещению частей тела при его деформации.

СИСТЕМА ОТСЧЕТА – мысленная модель, которая представляет из себя совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и способа измерения времени. В физике преимущественно пользуются инерциальными системами отсчета .

СКОРОСТЬ - одна из основных величин, применяемых для описания движения материальной точки (тела). С. (мгновенная скорость) – векторная величина, равная пределу отношения перемещения точки к промежутку времени, за который это перемещение произошло, при неограниченном уменьшении последнего. С. направлена по касательной к траектории движения тела. Единица С. в СИ - метр в секунду (м/с ).

СКОРОСТЬ ЗВУКА - скорость распространения звуковых волн в среде. В газах с.з. меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, чем в твердых телах. В воздухе при нормальных условиях с.з. 330 м/с , в воде - 1500 м/с , в тв. телах 2000 - 6000 м/с .

СКОРОСТЬ РАВНОМЕРНОГО ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ – векторная физическая величина, равная отношению перемещения к промежутку времени, за который это перемещение произошло.

СКОРОСТЬ УГЛОВАЯ – см. .

СКОРОСТЬ ФАЗОВАЯ – физическая величина, равная произведению длины волны на частоту. Скорость, с которой распространяется в пространстве фаза монохроматической синусоидальной волны.

СЛОЖЕНИЕ СИЛ - нахождение геометрической суммы сил путем последовательного применения правила параллелограмма для сложения векторов. Для сил, приложенных в одной точке С.с. приводит к нахождению их равнодействующей.

СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ , свободные колебания - колебания, возникающие в колебательной системе , которая не подвергается переменным внешним воздействиям, вследствие какого-либо начального отклонения этой системы от состояния устойчивого равновесия. В реальных макроскопических системах из-за потери энергии с.к. всегда затухают.

СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ - сосуды, соединенные между собой в нижней части. Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне независимо от формы сосудов (в случае, если можно пренебречь капиллярными явлениями).

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ - см. .

СТАТИКА - раздел механики, изучающий условия равновесия тел под действием сил. Ср. динамика, .

СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ - колебания в резонаторе (струне, мембране, камертоне и т.п.), характеризующиеся чередованием максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. Возникают в результате интерференции двух бегущих волн , амплитуда которых одинакова, а направления распространения взаимно противоположны.

ТЕМБР звука - качественная субъективная оценка звука, издаваемого музыкальным инструментом, звуковоспроизводящим устройством или голосовым аппаратом людей и животных. Характеризует оттенок звучания и зависит от того, какие обертоны сопутствуют основному тону и каковы их интенсивность.

ТОРРИЧЕЛЛИ ФОРМУЛА – формула, выражающая зависимость скорости вытекания жидкости через отверстие в стенке сосуда только под действием тяготения от расстояния; 2) Т. внутреннее - совокупность процессов, происходящих в твердых, жидких и газообразных телах при их деформировании, приводящее к необратимому рассеянию механической энергии, т.е. к ее превращению во внутреннюю энергию. Внутреннее т. в жидкостях и газах наз. вязкостью.

ТРЕТЬЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ - минимальная скорость, необходимая для того, чтобы космический аппарат, запущенный с Земли покинул Солнечную систему. У поверхности Земли Т. к. с. равна 16,67 км/с . Ср.первая космическая скорость, вторая космическая скорость.

ТЯГОТЕНИЕ - взаимное притяжение любых двух тел, обусловленное наличием у них масс. Для двух материальных точек справедлив . Т. определяет орбиты движения планет (см. Кеплера законы ), фигуры равновесия небесных тел, приливные линии и т.д. Современной теорией т. является общая теория относительности. См. .

УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ - векторная величина, применяемая для описания вращательного движения твердого тела и направленная по оси вращения согласно правилу правого винта. У.с. равна пределу отношения угла поворота радиус-вектора (углового перемещения) к промежутку времени, за который этот поворот произошел, при неограниченном уменьшении последнего. При равномерном движении точки по окружности – физическая величина, равная отношению угла поворота радиус-вектора к промежутку времени, за который этот поворот произошел. Единица в СИ - рад/с . См. скорость.

УПРУГИЕ ВОЛНЫ - механические возмущения (деформации), распространяющиеся в среде, обладающей упругостью. В жидкостях и газах могут образовываться только продольные у.в., при которых среда испытывает только деформацию сжатия (растяжения) и частицы среды колеблются вдоль направления распространения волены. В твердых телах возникают как продольные, так и поперечные у.в. При поперечных у.в. среда испытывает деформацию сдвига, и частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны.

УПРУГОСТЬ - свойство тел восстанавливать свою форму и объем (твердые тела), либо только объем (жидкие и газообразные тела) после прекращения действия сил или других причин, вызвавших деформацию тела. Для упругих деформаций твердых тел справедлив . Обусловлена взаимодействием и тепловым движением частиц тела.

УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ материальной точки - закон изменения во времени координат материальной точки при ее движении в пространстве.

УСКОРЕНИЕ - векторная величина, применяемая для описания движения материальной точки, и равная пределу отношения вектора изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло, при неограниченном уменьшении последнего. При равнопеременном (равноускоренном) прямолинейном движении У. равно отношению вектора изменения скорости к соответствующему промежутку времени. При криволинейном движении складывается из касательного (описывает изменение модуля скорости) и нормального (описывает изменение направления скорости) у. Единица в СИ - м/с 2 .

УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ - ускорение, сообщаемое свободной материальной точке силой тяжести. Зависит от географической широты места и его высоты над уровнем моря. Стандартное (нормальное) значение g= 9,80665 м/с 2 .

Физическая величина, применяемая для описания состояния периодического колебательного процесса в каждый момент времени: , где ω - угловая частота , φ 0 - значение фазы в начальный момент времени (начальная фаза). Выражается в угловых единицах (напр., радианах) или долях периода колебаний.

ХРУПКОСТЬ - способность твердых тел разрушаться при механических воздействиях после незначительной пластической деформации. Ср. пластичность.

ЦЕНТР МАСС , центр инерции – геометрическая точка, которая движется так, как двигалась бы материальная точка с массой, равной массе всей системы тел под действием равнодействующей всех внешних сил, приложенных к этой системе. Положение Ц.м. определяется распределением масс внутри системы тел.

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ – точка пересечения линий действия сил тяжести, действующих на это тело при любом его положении в пространстве. Для однородных тел с центром симметрии (шар, куб и т.д.) центр тяжести находится в центре симметрии. Ц.т. твердого тела совпадает с положением его центра масс.

– сила, сообщающая материальной точке нормальное (центростремительное) ускорение. , где m - масса материальной точки, V - его скорость, R - радиус кривизны траектории. Направлена к центру кривизны траектории. Роль центростремительной могут выполнять центральные силы (величина которых пропорциональная квадрату расстояния), сила Лоренца, а также равнодействующие нескольких сил.

ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ - см. .

ЦИКЛИЧЕСКАЯ ЧАСТОТА - см. .

ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ – физическая величина, равная отношению числа полных оборотов, совершаемых телом, к промежутку времени, за которое они совершены. Применяется для описания вращательного движения. Единица в СИ - с -1 .

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ - физическая величина, равная отношению числа полных колебаний, совершаемых телом, к промежутку времени, за которое они совершены. Применяется для описания колебательного процесса. Обратно пропорциональна периоду колебаний. Единица в СИ - Герц .

ЭХО - волна, отраженная от какого-либо препятствия и принятая наблюдателем (приемником). Радиоэхо используют в радиолокации, звуковое эхо - в гидролокации.

Физика - одна из основных наук естествознания. Изучение физики в школе начинается с 7 класса и продолжается до конца обучения в школе. К этому времени у школьников уже должен быть сформирован должный математический аппарат, необходимый для изучения курса физики.

• Школьная программа по физике состоит из нескольких больших разделов: механика, электродинамика, колебания и волны оптика, квантовая физика, молекулярная физика и тепловые явления.

Темы школьной физики

В 7 классе идет поверхностное ознакомление и введение в курс физики. Рассматриваются основные физические понятия, изучается строение веществ, а также сила давления, с которой различные вещества действуют на другие. Кроме того изучаются законы Паскаля и Архимеда.

В 8 классе изучаются различные физические явления. Даются начальные сведения, о магнитном поле и явления, при которых оно возникает. Изучается постоянный электрический ток и основные законы оптики. Отдельно разбираются различные агрегатные состояния вещества и процессы, происходящие при переходе вещества из одного состояния в другое.

9 класс посвящен основным законам движения тел и взаимодействия их между собой. Рассматриваются основные понятия механических колебаний и волн. Отдельно разбирается тема звука и звуковых волны. Изучается основы теории электромагнитного поля и электромагнитные волны. Кроме того происходит знакомство с элементами ядерной физики и изучается строение атома и атомного ядра.

В 10 классе начинается углубленное изучение механики (кинематики и динамики) и законов сохранения. Рассматриваются основные виды механических сил. Происходит углубленное изучение тепловых явлений, изучается молекулярно-кинетическая теория и основные законы термодинамики. Повторяются и систематизируются основы электродинамики: электростатика, законы постоянного электрического тока и электрический ток в различных средах.

11 класс посвящен изучению магнитного поля и явления электромагнитной индукции. Подробно изучаются различные виды колебаний и волн: механические и электромагнитные. Происходит углубление знаний из раздела оптики. Рассматриваются элементы теории относительности и квантовая физика.

• Ниже идет список классов с 7 по 11. Каждый класс содержит темы по физике, которые написаны нашими репетиторами. Данные материалы могут использоваться как учениками и их родителями, так и школьными учителями и репетиторами.

Механика - это наука о движущихся телах и о взаимодействиях между ними во время движения. При этом внимание уделяется тем взаимодействиям, в результате которых изменилось движение или произошла деформация тел. В статье мы расскажем Вам о том, что такое механика.

Механика бывает квантовая, прикладная (техническая) и теоретическая.

1. Что такое квантовая механика? Это раздел физики, который описывает физические явления и процессы, действия которых сравнимо с величиной постоянной Планка.
2. Что такое техническая механика? Это наука, раскрывающая принцип работы и устройство механизмов.
3. Что такое теоретическая механика? Это наука и движение тел и общих законов движения.

Механика изучает движение всевозможных машин и механизмов, летательных аппаратов и небесных тел, океанические и атмосферные течения, поведение плазмы, деформацию тел, движение газов и жидкостей в природных условиях и технических системах, поляризующейся или намагничивающейся среды в электрических и магнитных полях, устойчивость и прочность технических и строительных сооружений, движение по дыхательному тракту воздуха и крови по сосудам.

Закон Ньютона лежит у основ, с помощью него описывают движение тел с малыми в сравнении со скоростью света скоростями.

В механике существуют следующие разделы:

• кинематика (о геометрических свойствах движущихся тел не учитывая их массу и действующие силы);
• статика (о нахождении тел в равновесии с использованием внешнего воздействия);
• динамика (о движущихся телах при воздействии силы).

В механике существуют понятия, отражающие свойства тел:

• материальная точка (тело, размеры которого можно не учитывать);
• абсолютно твердое тело (тело, в котором расстояние между любыми точками неизменно);
• сплошная среда (тело, молекулярной структурой которого пренебрегают).

Если вращением тела по отношению к центру масс в условиях рассматриваемой задачей можно пренебречь или же оно движется поступательно, тело приравнивается к материальной точке. Если не учитывать деформацию тела, то его нужно считать абсолютно недеформируемым. Газы, жидкости и деформируемые тела можно рассматривать как цельные среды, в которых частицы непрерывно заполняют весь объем среды. В этом случае, при исследования перемещения среды используется аппарат высшей математики, который применяется для непрерывных функций. Из фундаментальных законов природы - законов сохранения импульса, энергии и массы следуют уравнения, описывающие поведение сплошной среды. В механике сплошных сред содержится ряд самостоятельных разделов - аэро- и гидродинамика, теория упругости и пластичности, газовая динамика и магнитная гидродинамика, динамика атмосферы и водной поверхности, физико-химическая механика материалов, механика композитов, биомеханика, космическая гидроаэромеханика.

Теперь Вы знаете, что такое механика!

Механика

Формулы кинематики:

Кинематика

Механическое движение

Механическим движением называется изменение положения тела (в пространстве) относительно других тел (с течением времени).

Относительность движения. Система отсчета

Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат следует выбрать -тело отсчета и связать с ним систему координат . Часто телом отсчета служит Земля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат. Для определения положения точки в любой момент времени необходимо также задать начало отсчета времени.

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для измерения времени образуют систему отсчета , относительно которой рассматривается движение тела.

Материальная точка

Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой .

Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до других тел.

Траектория, путь, перемещение

Траекторией движения называется линия, вдоль которой движется тело. Длина траектории называется пройденным путем . Путь – скалярная физическая величина, может быть только положительным.

Перемещением называется вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории.

Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением . Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.

Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением.

Метр и секунда

Чтобы определить координаты тела, необходимо уметь измерять расстояние на прямой между двумя точками. Любой процесс измерения физической величины заключается в сравнении измеряемой величины с единицей измерения этой величины.

Единицей измерения длины в Международной системе единиц (СИ) является метр . Метр равен примерно 1/40 000 000 части земного меридиана. По современному представлению метр – это расстояние, которое свет проходит в пустоте за 1/299 792 458 долю секунды.

Для измерения времени выбирается какой-нибудь периодически повторяющийся процесс. Единицей измерения времени в СИ принята секунда . Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения атома цезия при переходе между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния.

В СИ длина и время приняты за независимые от других величины. Подобные величины называются основными .

Мгновенная скорость

Для количественной характеристики процесса движения тела вводится понятие скорости движения.

Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения s к малому промежутку времени t, за который произошло это перемещение:

;
.

Мгновенная скорость – векторная величина. Мгновенная скорость перемещения всегда направлена по касательной к траектории в сторону движения тела.

Единицей скорости является 1 м/с. Метр в секунду равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Ускорение

Ускорением называется векторная физическая величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение, т.е. это мера быстроты изменения скорости:

;
.

Метр в секунду за секунду – это такое ускорение, при котором скорость тела, движущегося прямолинейно и равноускоренно, за время 1 с изменяется на 1 м/с.

Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости (
) при очень малых значениях промежутка времени, за который происходит изменение скорости.

Если тело движется по прямой и его скорость возрастает, то направл-ение вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости; при убывании скорости – противоположно направлению вектора скорости.

При движении по криволинейной траектории направление вектора скорости изменяется в процессе движения, вектор ускорения при этом может оказаться направлен под любым углом к вектору скорости.

Равномерное, равноускоренное прямолинейное движение

Движение с постоянной скоростью называется равномерным прямолинейным движением . При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.

Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением . При таком движении скорость тела изменяется с течением времени.

Равнопеременным называется такое движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, т.е. движение с постоянным ускорением.

Равноускоренным называется равнопеременное движение, при котором величина скорости возрастает. Равнозамедленным – равнопеременное движение, при котором величина скорости уменьшается.

Сложение скоростей

Рассмотрим перемещение тела в подвижной системе координат. Пусть – перемещение тела в подвижной системе координат, – перемещение подвижной системы координат относительно неподвижной, тогда – перемещение тела в неподвижной системе координат равно:

.

Если перемещения и совершаются одновременно, то:

.

Таким образом

.

Мы получили, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна сумме скорости тела в подвижной системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной. Это утверждение называется классическим законом сложения скоростей .

Графики зависимости кинематических величин от времени
в равномерном и равноускоренном движении

При равномерном движении:

График скорости – прямая y = b;

График ускорения – прямая y = 0;

График перемещения – прямая y = kx+b.

При равноускоренном движении:

График скорости – прямая y = kx+b;

График ускорения – прямая y = b;

График перемещения – парабола:

• если a>0, ветви вверх;

  чем больше ускорение, тем уже ветви;

  вершина совпадает по времени с моментом, когда скорость тела равна нулю;

  как правило, проходит через начало отсчета.

Свободное падение тел. Ускорение свободного падения

Свободным падением называется такое движение тела, когда на него действует только сила тяжести.

При свободном падении ускорение тела направлено вертикально вниз и примерно равно 9,8 м/с 2 . Это ускорение называется ускорением свободного падения и одинаково для всех тел.

Равномерное движение по окружности

При равномерном движении по окружности значение скорости постоянно, а ее направление изменяется в процессе движения. Мгновенная скорость тела всегда направлена по касательной к траектории движения.

Т.к. направление скорости при равномерном движении по окружности постоянно изменяется, то это движение всегда равноускоренное.

Промежуток времени, за который тело совершает полный оборот при движении по окружности, называется периодом:

.

Т.к. длина окружности s равна 2R, период обращения при равномерном движении тела со скоростью v по окружности радиусом R равен:

.

Величина, обратная периоду обращения, называется частотой обращения и показывает, сколько оборотов по окружности совершает тело в единицу времени:

.

Угловой скоростью называется отношение угла, на который повернулось тело, к времени поворота:

.

Угловая скорость численно равна числу оборотов за 2 секунд.

Ускорение при равномерном движении тел по окружности (центростремительное ускорение)

При равномерном движении по окружности тело движется с центростремительным ускорением. Определим это ускорение.

Ускорение направлено туда же, куда и изменение скорости, следовательно, ускорение направлено к центру окружности. Важное допущение: угол  настолько мал, что длина хорды AB совпадает с длиной дуги:

по двум пропорциональным сторонам и углу между ними. Следовательно:

– модуль центростремительного ускорения.

Основы динамики

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.
Принцип относительности Галилея

Любое тело остается неподвижным, пока на него не действуют другие тела. Тело, двигавшееся с некоторой скоростью, продолжает двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не него не подействуют другие тела. К таким выводам о законах движения тел впервые пришел итальянский ученый Галилео Галилей.

Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией .

Всякий покой и движение тел относительны. Одно и то же тело может находиться в состоянии покоя в одной системе отсчета и двигаться с ускорением в другой. Но существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела . Это утверждение называется первым законом Ньютона (законом инерции).

Системы отсчета, относительно которых тело при отсутствии внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно, называют инерциальными системами отсчета .

Инерциальных систем отсчета может быть сколь угодно много, т.е. любая система отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно по отношению к инерциальной, также является инерциальной. Истинных (абсолютных) инерциальных систем отсчета нет.

Масса

Причиной изменения скорости движения тел всегда является его взаимодействие с другими телами.

При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости и первого, и второго тела, т.е. оба тела приобретают ускорения. Ускорения двух взаимодействующих тел могут быть различными, они зависят от инертности тел.

Инертность – способность тела сохранять свое состояние движения (покоя). Чем больше инертность тела, тем меньшее ускорение оно приобретет при взаимодействии с другими телами, и тем будет ближе его движение к равномерному прямолинейному движению по инерции.

Масса – физическая величина, характеризующая инертность тела. Чем большей массой обладает тело, тем меньшее ускорение оно получает при взаимодействии.

За единицу массы в СИ принят килограмм: [m]=1 кг.

Сила

В инерциальных системах отсчета любое изменение скорости тела происходит под действием других тел. Сила – это количественное выражение действия одного тела на другое.

Сила – векторная физическая величина, за ее направление принимают направление ускорения тела, которое вызывается этой силой. У силы всегда есть точка приложения.

В СИ за единицу силы принимаются сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 2 . Эта единица называется Ньютоном:

.

Второй закон Ньютона

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение :

.

Таким образом, ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально его массе:

.

Сложение сил

При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые бы возникли под действием каждой силы в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов.

Векторная сумма всех сил, одновременно действующих на тело, называется равнодействующей силой .

Прямая, проходящая через вектор силы, называется линией действия силы. Если силы приложены к разным точкам тела и действуют не параллельно друг другу, то равнодействующая приложена к точке пересечения линий действия сил. Если силы действуют параллельно друг другу, то точки приложения результирующей силы нет, а линия ее действия определяется формулой:
(см. рисунок).

Момент силы. Условие равновесия рычага

Основным признаком взаимодействия тел в динамике является возникновение ускорений. Однако часто бывает нужно знать, при каких условиях тело, на которое действует несколько различных сил, находится в состоянии равновесия.

Существует два вида механического движения – поступательное движение и вращение .

Если траектории движения всех точек тела одинаковы, то движение поступательное . Если траектории всех точек тела – дуги концентрических окружностей (окружностей с одним центром – точкой вращения), то движение вращательное.

Равновесие невращающихся тел : невращающееся тело находится в равновесии, если геометрическая сумма сил, приложенных к телу, равна нулю.

Равновесие тела, имеющего неподвижную ось вращения

Если линия действия силы, приложенной к телу, проходит через ось вращения тела, то эта сила уравновешивается силой упругости со стороны оси вращения.

Если линия действия силы не пересекает ось вращения, то эта сила не может быть уравновешена силой упругости со стороны оси вращения, и тело поворачивается вокруг оси.

Вращение тела вокруг оси под действием одной силы может быть остановлено действием второй силы. Опыт показывает, что если две силы по отдельности вызывают вращение тела в противоположных направлениях, то при их одновременном действии тело находится в равновесии, если выполняется условие:

,
где d 1 и d 2 – кратчайшие расстояния от линий действия сил F 1 и F 2. Расстояние d называется плечом силы , а произведение модуля силы на плечо – моментом силы :

.

Если моментам сил, вызывающим вращение тела вокруг оси по часовой стрелке, приписать положительный знак, а моментам сил, вызывающим вращение против часовой стрелки, – отрицательный знак, то условие равновесия тела, имеющего ось вращения, можно сформулировать в виде правила моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю:

За единицу вращающего момента в СИ принимается момент силы в 1 Н, линия действия которой находится на расстоянии 1 м от оси вращения. Эту единицу называют ньютон-метром .

Общее условие равновесия тела : тело находится в равновесии, если равны нулю геометрическая сумма всех приложенных к нему сил и алгебраическая сумма моментов этих сил относительно оси вращения .

При выполнении этого условия тело необязательно находится в покое. Оно может двигаться равномерно и прямолинейно или вращаться.

Виды равновесия

Равновесие называют устойчивым , если после небольших внешних воздействий тело возвращается в исходное состояние равновесия. Это происходит, если при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сил, действующих на тело, становится отличной от нуля и направлена к положению равновесия.

Равновесие называется неустойчивым , если при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия.

Равновесия называется безразличным , если при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остается равной нулю.

Центр тяжести

Центром тяжести называется точка, через которую проходит равнодействующая сил тяжести при любом расположении тела.

Третий закон Ньютона

Тела действуют друг на друга с силами, вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одинаковую физическую природу; они приложены к разным телам и поэтому друг друга не компенсируют.

Сила упругости. Закон Гука

Сила упругости возникает в результате деформации тела и направлена в сторону, противоположную деформации.

При малых по сравнению с размерами тел деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине абсолютной деформации тела. В проекции на направление деформирования сила упругости равна

,
где x – абсолютная деформация, k – коэффициент жесткости.

Этот закон был установлен экспериментально английским ученым Робертом Гуком и называется законом Гука:

Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации.

Коэффициент пропорциональности в законе Гука называется жесткостью тела. Он зависит от формы и размеров тела и от материала, из которого оно изготовлено (уменьшается с увеличением длины и с уменьшением площади поперечного сечения – см. Молекулярную Физику).

В Си жесткость выражается в ньютонах на метр :
.

Упругая сила стремится восстановить форму тела, подвергнутого деформации, и приложена к телу, которое эту деформацию вызывает.

Природа силы упругости электромагнитная, т.к. сила упругости возникает в результате стремления электромагнитных сил, действующих между атомами вещества, вернуть атомы вещества в исходное положение при изменении их взаимного положения в результате деформации.

Упругая реакция опоры, нити, подвеса – пассивная сила, действующая всегда перпендикулярно поверхности опоры.

Сила трения. Коэффициент трения скольжения

Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей двух тел и всегда препятствует их взаимному перемещению.

Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения называется силой трения покоя . Сила трения покоя – упругая сила, она равна по модуля внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению.

При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения скольжения .

Сила трения имеет электромагнитную природу, т.к. возникает благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел – электромагнитных сил.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления (или упругой реакции опоры) и не зависит от площади поверхности соприкосновения тел {закон Кулона}:

, где  – коэффициент трения.

Коэффициент трения зависит от рельефа поверхности и всегда меньше единицы: «сдвинуть легче, чем оторвать».

Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения.
Сила тяжести

Согласно законам Ньютона, движение тела с ускорением возможно только под действием силы. Т.к. падающие тела движутся с ускорением, направленным вниз, то на них действует сила притяжения к Земле. Но не только Земля обладает свойством действовать на все тела силой притяжения. Исаак Ньютон предположил, что между всеми телами действуют силы притяжения. Эти силы называются силами всемирного тяготения или гравитационными силами.

Распространив установленные закономерности – зависимость силы притяжения тел к Земле от расстояний между телами и от масс взаимодействующих тел, полученные в результате наблюдений,– Ньютон открыл в 1682 г. закон всемирного тяготения : Все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

.

Векторы сил всемирного тяготения направлены вдоль прямой, соединяющей тела. Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной (постоянной всемирного тяготения) и равна

.

Силой тяжести называется сила притяжения, действующая со стороны Земли на все тела:

.

Пусть
– масса Земли, а
– радиус Земли. Рассмотрим зависимость ускорения свободного падения от высоты подъема над поверхностью Земли:

Вес тела. Невесомость

Вес тела – сила, с которой тело давит на опору или подвес вследствие притяжения этого тела к земле. Вес тела приложен к опоре (подвесу). Величина веса тела зависит от того, как движется тело с опорой (подвесом).

Вес тела, т.е. сила, с которой тело действует на опору, и сила упругости, с которой опора действует на тело, в соответствие с третьим законом Ньютона равны по абсолютному значению и противоположны по направлению.

Если тело находится в покое на горизонтальной опоре или равномерно движется, на него действуют только сила тяжести и сила упругости со стороны опоры, следовательно вес тела равен силе тяжести (но эти силы приложены к разным телам):

.

При ускоренном движении вес тела не будет равен силе тяжести. Рассмотрим движение тела массой m под действием сил тяжести и упругости с ускорением. По 2-му закону Ньютона:

Если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше силы тяжести; если ускорение тела направлено вверх, то все тела больше силы тяжести.

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой .

Если тело свободно падает, то из формулы * следует, что вес тела равен нулю. Исчезновение веса при движении опоры с ускорением свободного падения называется невесомостью .

Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении их с ускорением свободного падения независимо от скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением; поэтому в корабле наблюдается явление невесомости.

Движение тела под действием сил тяжести. Движение искусственных спутников. Первая космическая скорость

Если модуль перемещения тела много меньше расстояния до центра Земли, то можно считать силу всемирного тяготения во время движения постоянной, а движение тела равноускоренным. Самый простой случай движения тела под действием силы тяжести – свободное падение с нулевой начальной скоростью. В этом случае тело движется с ускорением свободного падения к центру Земли. Если есть начальная скорость, направленная не по вертикали, то тело движется по криволинейной траектории (параболе, если не учитывать сопротивление воздуха).

При некоторой начальной скорости тело, брошенное по касательной к поверхности Земли, под действием силы тяжести при отсутствии атмосферы может двигаться по окружности вокруг Земли, не падая на нее и не удаляясь от нее. Такая скорость называется первой космической скоростью , а тело, движущееся таким образом – искусственным спутником Земли (ИСЗ) .

Определим первую космическую скорость для Земли. Если тело под действием силы тяжести движется вокруг Земли равномерно по окружности, то ускорение свободного падения является его центростремительным ускорением:

.

Отсюда первая космическая скорость равна

.

Первая космическая скорость для любого небесного тела определяется таким же образом. Ускорение свободного падения на расстоянии R от центра небесного тела можно найти, воспользовавшись вторым законом Ньютона и законом всемирного тяготения:

.

Следовательно, первая космическая скорость на расстоянии R от центра небесного тела массой M равна

.

Для запуска на околоземную орбиту ИСЗ необходимо сначала вывести за пределы атмосферы. Поэтому космические корабли стартуют вертикально. На высоте 200 – 300 км от поверхности Земли, где атмосфера разрежена и почти не влияет на движение ИСЗ, ракета делает поворот и сообщает ИСЗ первую космическую скорость в направлении, перпендикулярном вертикали.

Законы сохранения в механике

Импульс тела

По 2-му закону Ньютона изменение скорости тела возможно только в результате его взаимодействия с другими телами, т.е. при действии силы. Пусть на тело массой m в течение времени t действует сила F и скорость его движения изменяется от v o до v. Тогда на основании 2-го закона Ньютона:

.

Величина
называется импульсом силы . Импульс силы – это векторная физическая величина, равная произведению силы на время ее действия. Направление импульса силы совпадает с направлением силы.

.

– импульс тела (количество движения) – векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость. Направление импульса тела совпадает с направлением скорости.

Импульс силы, действующей на тело, равен изменению импульса тела.

Закон сохранения импульса

Выясним, как изменяются импульсы двух тел при их взаимодействии. Обозначим скорости тел массами m 1 и m 2 до взаимодействия через и , а после взаимодействия – через и .

По 3-му закону Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению; поэтому из можно обозначить F и –F. Тогда:

Таким образом, векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.

Эксперименты показывают, что в любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, – в замкнутой системе – геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной. Импульс замкнутой системы тел есть величина постоянная – закон сохранения импульса (з.с.и.).

Реактивное движение

В реактивном двигателе при сгорании топлива образуются газы, нагретые до высокой температуры, которые выбрасываются из сопла двигателя. Двигатель и выбрасываемые им газы взаимодействуют между собой. На основании з.с.и. при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной. До начала работы двигателя импульс двигателя и горючего был равен нулю, следовательно, после включения двигателя сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:

.

Эта формула применима для вычисления скорости двигателя при условии небольшого изменения его массы в результате сгорания топлива.

Реактивный двигатель обладает замечательным свойством: для движения ему не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, т.к. он двигается в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому реактивный двигатель может двигаться в безвоздушном космическом пространстве.

Механическая работа

Механическая работа – это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения точки приложения силы и на косинус угла между направлением действия силы и направления перемещения (скалярное произведение векторов силы и точки ее перемещения):

.

Работа измеряется в Джоулях. 1 Джоуль – работа, которую совершает сила 1 Н при перемещении точки ее приложения на 1 м в направлении действия силы:

.

Работа может быть положительной, отрицательной, равной нулю:

 = 0  A = FS > 0;

0 <  < 90  A > 0;

 = 90  A = 0;

90 <  < 180 A < 0;

 = 180  A = –FS < 0.

Сила, действующая перпендикулярно перемещению, работы не совершает.

Мощность

Мощность – это работа, совершаемая в единицу времени:

– средняя мощность.

. 1 Ватт – это мощность, при которой совершается работа 1 Дж за 1 с.

Мгновенная мощность:

.

Кинетическая энергия

Установим связь между работой постоянной силы и изменением скорости тела. Рассмотрим случай, когда на тело действует постоянная сила и направление действия силы совпадает с направлением перемещения тела:

. *

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на его скорость называется кинетической энергией тела:

.

Тогда из формулы *:
– теорема о кинетической энергии: Изменение кинетической энергии тела равно работе всех сил, действующих на тело .

Кинетическая энергия всегда положительна, т.е. зависит от выбора системы отсчета.

Вывод: в физике абсолютное значение энергии вообще, и кинетической энергии в частности, смысла не имеет. Речь может идти только о разнице энергий или об изменении энергии.

Энергия – способность тела совершать работу. Работа – мера изменения энергии.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел, зависит от взаимного их расположения.

Работа силы тяжести (потенциальная энергия тела в поле силы тяжести)

Если тело перемещается вверх, работа силы тяжести отрицательна; вниз – положительна.

Работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела, а зависит лишь от перепада высот (от изменения положения тела над поверхностью земли).

Работа силы тяжести по замкнутому контуру равна нулю.

Силы, работа которых по замкнутому контуру равна нулю, называются потенциальными (консервативными) . В механике потенциальными являются сила тяжести и упругая сила (в электродинамике – сила Кулона), непотенциальными – сила трения (в электродинамике – сила Ампера, Лоренца).

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести:
.

Работа потенциальной силы всегда равна убыли потенциальной энергии:

.

Работа упругой силы (потенциальная энергия упруго деформированного тела)

/* Если какая-то физическая величина изменяется по линейному закону, ее среднее значение равно полусумме начального и конечного значений – F y */

Потенциальная энергия упруго деформированного тела:
.

Закон сохранения полной механической энергии

Полная механическая энергия – сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел, входящих в систему:

.

По теореме о кинетической энергии работа всех сил, действующих на все тела . Если в системе все силы потенциальные, то справедливо утверждение: . Следовательно:

Полная механическая энергия замкнутой системы есть величина постоянная (если в системе действуют только потенциальные силы).

Если в системе есть силы трения, то можно применить следующий прием: силу трения назначаем внешней силой и применяем закон изменения полной механической энергии:

.

Работа внешней силы равна изменению полной механической энергии системы .

Жидкости и газы

Давление

Давление – это физическая величина, численно равная силе нормального давления, действующей на единицу площади:

.

Сила нормального давления всегда действует перпендикулярно поверхности.

.

1 Паскаль – это такое давление, которое производит сила 1 Н на перпендикулярную к ней поверхность площадь 1 м 2 . На практике применяют и внесистемные единицы давления:

Закон Паскаля для жидкостей и газов

Давление, оказываемое на жидкость, передается ей по всем направлениям одинаково. Давление не зависит от направления .

Гидростатическим давлением называется вес столба жидкости, приходящегося на единицу площади:

.

Такое давление жидкость оказывает на дно и стенки сосуда на глубине h.

Сообщающиеся сосуды

Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (если влияние капиллярных сил пренебрежимо мало).

Если в сообщающиеся сосуды налиты жидкости с различной плотностью, то при равенстве давлений высота столба жидкости с меньшей плотностью будет больше высоты столба жидкости с большей плотностью, т.к. на одной высоте давление одинаково.

Принцип устройства гидравлического пресса

Основными частями гидравлического пресса являются два цилиндра с поршнями. Под цилиндрами находится мало сжимаемая жидкость, цилиндры соединены трубкой, по которой может перетекать жидкость.

При действии силы F 1 на поршень в узком цилиндре создается некоторое давление. По закону Паскаля такое же давление создается внутри жидкости во втором цилиндре, т.е.

.

Гидравлический пресс дает выигрыш во столько раз, во сколько раз площадь его большего поршня больше площади малого поршня.

Гидравлический пресс используется в домкратах и тормозных системах.

Атмосферное давление. Изменение атмосферного давления
с высотой

Под действием силы тяжести верхние слои воздуха в земной атмосфере давят на нижележащие слои. Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление, называемое атмосферным , имеет у поверхности Земли.

В ртутном барометре вес ртутного столбика, приходящийся на единицу площади (гидростатическое давление ртути), уравновешивается весом столба атмосферного воздуха, приходящегося на единицу площади – атмосферным давлением (см. рисунок).

С увеличение высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается (см. график).

Архимедова сила для жидкостей и газов. Условия плавания тел

На тело, погруженное в жидкость или в газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости (газа), взятому в объеме погруженного тела.

Формулировка Архимеда: тело теряет в жидкости в весе ровно столько, сколько весит вытесненная их жидкость.

.

Вытесняющая сила приложена в геометрическом центре тела (для однородных тел – в центре тяжести).

На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две силы: силы тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы, то тело тонет.

Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии на любой глубине.

Если архимедова сила по модулю больше силы тяжести, то тело всплывает. Всплывшее тело частично выступает над поверхностью жидкости; объем погруженной части тела таков, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела.

Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного тела, и наоборот.

Определение

Механикой называется часть физики, изучающая движение и взаимодействие материальных тел. При этом механическое движение рассматривается как изменение с течением времени взаимного положения тел или их частей в пространстве.

Основоположниками классической механики являются Г. Галилей (1564-1642) и И. Ньютон (1643-1727). Методами классической механики изучается движение любых материальных тел (кроме микрочастиц) со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света в вакууме. Движение микрочастиц рассматривается в квантовой механике, а движение тел со скоростями, близкими к скорости света - в релятивистской механике (специальной теории относительности).
Свойства пространства и времени, принятые в классической физике Дадим определения вышеуказанным определениям.
Одномерное пространство - параметрическая характеристика, в которой положение точки описывается одним параметром.
Евклидово пространство и время означает, что сами по себе они не искривлены и описываются в рамках евклидовой геометрии.
Однородность пространства означает, что его свойства не зависят от расстояния до наблюдателя. Однородность времени означает, что оно не растягивается и не сжимается, а течет равномерно. Изотропность пространства означает, что его свойства не зависят от направления. Поскольку время одномерно, то об изотропности его говорить не приходится. Время в классической механике рассматривается как «стрела времени», направленная из прошлого в будущее. Оно необратимо: нельзя вернуться в прошлое и что-то там «подправить».
Пространство, и время континуальны (от лат. continuum - непрерывное, сплошное), т.е. их можно дробить на все более мелкие части сколь угодно долго. Иначе говоря, в пространстве и времени нет «прорех», внутри которых они бы отсутствовали. Механику делят на Кинематику и Динамику

Кинематика изучает движение тел как простое перемещение в пространстве, вводя в рассмотрение так называемые кинематические характеристики движения: перемещение, скорость и ускорение.

При этом скорость материальной точки рассматривается как быстрота ее перемещения в пространстве или, с математической точки зрения, как векторная величина, равная производной по времени ее радиус вектора:

Ускорение материальной точки рассматривается как быстрота изменения ее скорости или, с математической точки зрения, как векторная величина, равная производной по времени ее скорости или второй производной по времени ее радиус-вектора:

Динамика

Динамика изучает движение тел в связи с действующими на них силами, оперируя так называемыми динамическими характеристиками движения: массой, импульсом, силой и др.

При этом масса тела рассматривается как мера его инерции, т.е. сопротивляемости по отношению к действующей на данное тело силе, стремящейся изменить его состояние (привести в движение или, наоборот, остановить, или изменить скорость движения). Масса может рассматриваться также как мера гравитационных свойств тела, т.е. его способности взаимодействовать с другими телами, также обладающими массой и находящимися на некотором расстоянии от данного тела. Импульс тела рассматривается как количественная мера его движения, определяемая как произведение массы тела на его скорость:

Сила рассматривается как мера механического действия на данное материальное тело со стороны других тел.