Примерный список вопросов к экзамену по дисциплине «Физика»
Для студентов специальности
Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры»
Введение. Место физики в системе наук о природе. История развития механики. Метод принципов. Эксперимент и теория в физических исследованиях. Относительность движения. Пространство и время (пространственно-временная система отсчета). Связь физики и математики. Физические модели. О смысле производной и интеграла в приложениях к физическим вопросам. О векторах и сложении движений. Единицы физических величин.
Элементы кинематики. Координатная и векторная формы описания движения. Скорость и ускорение при прямолинейном движении. Движение по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Радиус кривизны траектории. Тангенциальное и нормальное ускорения. Связь линейных и угловых характеристик движения. Понятие состояния в классической механике. Степени свободы и обобщенные координаты.
Динамика материальной точки. Закон инерции. Инерциальные системы отсчета. Масса, сила. Второй закон Ньютона. Импульс. Уравнения движения. Импульс силы. Закон сохранения и изменения импульса. Третий закон Ньютона. Роль начальных условий. Теорема о движении центра масс. Движение тела переменной массы.
Работа и энергия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность. Кинетическая энергия, ее связь с работой силы. Поле центральных сил. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия, ее связь с действующей силой. Понятие о градиенте скалярной функции координат. Условие равновесия механической системы. Полная энергия. Закон сохранения энергии в механике. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары. Диссипация энергии. Внутренняя энергия. Общефизический закон сохранения энергии.
Силы в классической механике. Закон всемирного тяготения. Потенциальная энергия, потенциал, напряженность поля тяготения. Свойства сил тяжести, упругости, трения. Потенциальные кривые. Силы инерции. Второй закон Ньютона в неинерциальной системе отсчета. Неинерциальность системы координат, связанной с Землей, ее проявления в геофизических явлениях.
Динамика вращательного движения твердого тела. Момент инерции. Момент инерции твердых тел разной формы. Теорема Штейнера. Момент силы и момент импульса относительно неподвижного начала. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса. Уравнение момента импульса для вращения вокруг неподвижной оси. Основное уравнение динамики вращательного движения. Работа и кинетическая энергия вращательного движения. Законы сохранения и симметрии пространства и времени.
Элементы механики жидкости и газов. Давление в жидкости и газе. Закон Паскаля. Гидростатическое давление. Закон Архимеда. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости.
Классические статистические распределения. Распределение молекул идеального газа по скоростям (распределение Максвелла). Определение интегральных параметров системы по распределению молекул. Распределение молекул в поле потенциальных сил (распределение Больцмана). Барометрическая формула.
Элементы неравновесной термодинамики. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Кинетические явления. Теплопроводность. Закон Фурье. Диффузия. Закон Фика. Внутреннее трение. Закон Ньютона.
Основы термодинамики. Число степеней свободы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия как термодинамическая функция состояния. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении объема. Количество теплоты. Теплоемкость.
Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Уравнение Майера. Адиабатный процесс. Уравнение Пуассона. Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно. Второе начало термодинамики. Энтропия как термодинамическая функция состояния. Теорема Нернста или третье начало термодинамики.
Реальные газы и пары. Отступление от законов идеальных газов. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Эффективный диаметр молекул. Уравнение Ван-дер–Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными. Сжижение газов. Фазовые равновесия и фазовые переходы. Критическое состояние. Внутренняя энергия реального газа.
Жидкости и твердые тела. Испарение и кипение жидкостей. Насыщенный пар. Точка росы. Поверхностное натяжение жидкости. Смачивание. Капиллярные явления. Представления о структуре жидкостей. Твердые тела. Ближний и дальний порядок в расположении атомов. Кристаллические решетки.