Программа по общей физике
РАЗДЕЛ 3. СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЯ-ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Разделы и темы модуля-дисциплины, их содержание
Механика
Задачи и методы физики.
1. Структура процесса познания. Теория и эксперимент. Роль эксперимента в процессе познания. Краткие сведения о погрешностях измерений и теории обработки результатов измерений.
2. Предмет механики. Фундаментальные физические модели и место механики среди них.
Кинематика материальной точки.
- Пространство и время. Важнейшие системы координат.
- Материальная точка. Способы описания положения и движения материальной точки. Закон движения.
- Основные понятия кинематики (радиус-вектор, координаты, траектория, путь, перемещение, средняя скорость, мгновенная скорость, ускорение).
- Нормальное и тангенциальное ускорения, радиус кривизны кривой.
- Вращательное движение материальной точки. Равномерное вращение. Угловая скорость и угловое ускорение.
- Задачи кинематики.
3.1.1.3 Основы динамики материальной точки.
- Аксиомы классической механики. Первый закон Ньютона. Свободное тело. Инерциальные системы отсчёта. Явление инерции.
- Второй закон Ньютона. Сила. Масса. Соотношение между первым и вторым законами Ньютона.
- Фундаментальные взаимодействия и силы. Приближённые силы. Действие и противодействие.
- Третий закон Ньютона.
- Принцип относительности и преобразования Галилея. Сложение скоростей в классической механике. Вариантные и инвариантные величины.
- Задачи динамики, роль начальных условий.
3.1.1.4. Неинерциальные системы отсчёта.
- Абсолютное, переносное и относительное движения. Преобразование скоростей и ускорений при переходе от инерциальной к неинерциальной системе отсчёта. Теорема Кориолиса.
- Уравнение движения материальной точки в неинерциальной системе отсчёта. Силы инерции. Эквивалентность сил инерции и гравитации.
3.1.1.5. Работа и энергия.
- Работа силы. Работа силы на криволинейном пути. Мощность силы.
- Работа однородной силы тяжести. Работа гравитационной силы. Работа силы упругости. Работа силы трения скольжения. Консервативные и неконсервативные силы.
- Силовое поле. Потенциальная энергия силовых полей. Связь между консервативной силой и потенциальной энергией. Нормировка потенциальной энергии.
- Работа консервативных сил в механической системе.
- Кинетическая энергия материальной точки и системы материальных точек.
- Полная механическая энергия. Закон изменения полной энергии.
- Закон сохранения механической энергии. Общефизический закон сохранения энергии.
3.1.1.6. Импульс. Момент импульса.
- Импульс материальной точки и системы материальных точек. Уравнение движения системы материальных точек.
- Закон сохранения импульса.
- Центр масс системы материальных точек. Теорема о движении центра масс.
- Момент силы и момент импульса материальной точки. Уравнение моментов для материальной точки.
- Момент импульса для системы частиц. Уравнение моментов для системы материальных точек.
- Закон сохранения момента импульса.
- Собственный момент импульса системы частиц.
- Законы сохранения в механике. Связь законов сохранения со свойствами симметрии пространства и времени.
3.1.1.7. Динамика твёрдого тела.
- Число степеней свободы. Связи. Правила определения числа степеней свободы в механических системах.
- Абсолютно твёрдое тело. Число степеней свободы абсолютно твердого тела.
- Уравнения движения твёрдого тела.
- Вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси. Векторы угловой скорости и углового ускорения.
- Уравнение динамики вращательного движения вокруг неподвижной оси. Момент инерции твёрдого тела относительно оси вращения.
- Теорема Гюйгенса-Штейнера. Понятие свободных и главных осей. Главный момент инерции.
- Кинетическая энергия твёрдого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.
- Работа внешних сил при вращении тела вокруг неподвижной оси.
- Гироскоп. Прецессия гироскопа. Нутация.
- Условия равновесия твердых тел.
3.1.1.8. Механика деформируемых тел
- Особенности молекулярного строения газов, жидкостей и твердых тел.
- Кристаллы (анизотропия, тепловое расширение) Аморфные тела. Полимеры. Жидкие кристаллы. Жидкости.
- Типы упругих деформаций. Внутренние напряжения.
- Закон Гука для упругих деформаций. Диаграмма растяжения.
- Энергия упругой деформации.
- Механические свойства биологических тканей.
3.1.1.9. Механические колебания.
- Определение колебаний. Условия их возникновения.
- Гармоническое колебание и его характеристики.
- Уравнение колебательного процесса.
- Кинематика колебательного движения. Векторные диаграммы.
- Сложение одинаково направленных колебаний. Биения.
- Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
- Динамика колебаний. Пружинный маятник. Физический и математический маятники. Квазиупругие силы.
- Кинетическая и потенциальная энергия колебательного движения.
- Свободные и затухающие колебания. Декремент затухания.
- Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания.
3.1.1.10. Механические волны и элементы акустики
- Волновой процесс. Характеристики волнового движения.
- Продольные и поперечные волны. Скорость волны.
- Энергия волнового движения. Вектор Умова-Пойтинга
- Распространение волн в упругой среде. Уравнение плоской и сферической волны, распространяющихся в произвольном направлении.
- Уравнение бегущей волны. Принцип суперпозиции. Отражение и интерференция волн. Стоячие волны. Резонатор. Эффект Доплера. Ударные волны.
- Природа звука. Характеристики звуковых ощущений и их связь с физическими характеристиками звуковой волны. Частотные характеристики звука.
- Ультразвук. Инфразвук. Энергетические характеристики звука. Звуковые измерения.
- Физика слухового восприятия. Физические аспекты функционирования наружного, среднего и внутреннего уха.
3.1.1.11. Механика несжимаемой жидкости.
- Несжимаемая жидкость. Линии и трубки тока.
- Уравнение неразрывности струи.
- Уравнение Бернулли.
- Вязкость. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса.
- Течение жидкости в трубах. Формула Пуазейля.