3. Содержание обучения

Раздел курса общей физики «Основы механики, молекулярной физики и термодинамики» изучается студентами направлений подготовки бакалавров «Теплотехника и теплоэнергетика», «Электроэнергетика и электроэнергетика», «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» в первом учебном семестре. Студенты всех названных направлений формируют единый лекционный поток, им выделяется, согласно учебному плану, одинаковое число часов на лекции (18 ч.), практические (16 ч.) и лабораторные (32 ч.) занятия.

Как известно, современные ФГОСВО (стандарты 3⁺ поколения) не конкретизируют содержание обучения по отдельным учебным предметам. В связи с этим, при отборе изучаемого материала автор опирался на содержание обучения по курсу общей физики, разработанное УМО по физике для технических вузов [5].

В связи с тем, что студенты всех вышеназванных направлений образуют единый лекционный поток, и количество аудиторных часов, отводимых на изучение курса общей физики в первом семестре, у них одно и то же, рабочая программа всех трёх направлений по изучаемым разделам – одна и та же. Содержание изучаемых в первом семестре разделов рабочей программы представлено ниже.

Основы механики

1. Элементы кинематики. Материальная точка (МТ). Тело и система отсчета (СО). Траектория МТ. Перемещение. Длина пути. Скорость. Средняя скорость за интервал времени. Мгновенная скорость. Дифференциальная и интегральная связь скорости и длины пути. Графическое определение длины пути. Ускорение. Нормальное (вывод формулы), тангенциальное и полное ускорение. Дифференциальная связь ускорения и скорости. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь линейных и угловых кинематических параметров.

2. Законы Ньютона. 1-ый закон. Инерция. Инерциальные и неинерциальные СО. Импульс МТ. 2-ой закон. 3-й закон. Основная задача механики (два типа задач и примеры). Понятие состояния в классической механике, уравнения движения. Импульс механической системы. Механическая система. Замкнутая система. Вывод закона сохранения импульса замкнутой системы тел.

3. Работа и энергия. Элементарная работа силы по перемещению тела. Работа силы на участке траектории. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы. Кинетическая, потенциальная, полная механическая энергия системы тел. Связь между потенциальной энергией и силой. Силы тяготения. Потенциальная энергия, напряженность поля тяготения. Зависимость напряжённости поля тяготения от высоты. Потенциальная энергия упруго сжатой пружины. Закон сохранения механической энергии и теорема об изменении полной механической энергии системы. Абсолютно упругий и неупругий удар.

4. Силы инерции. Силы инерции, действующие на тело, находящееся в неинерциальной СО (НИСО), которая движется прямолинейно с ускорением. Силы инерции, действующие на тело, покоящееся во вращающейся СО. Силы инерции, действующие на тело, движущееся во вращающейся СО. Силы Кориолиса. Второй закон Ньютона в НИСО. Величина и направление сил инерции, действующих на точку поверхности Земли. Зависимость силы тяжести и ускорения свободного падения от широты местности.

5. Динамика твердого тела. Момент инерции материальной точки, системы материальных точек с дискретным и непрерывным распределением массы относительно оси вращения. Момент инерции сплошного, полого цилиндров, прямого тонкого длинного стержня. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Кинетическая энергия плоского движения. Момент силы относительно полюса, оси. Работа при вращательном движении. Основное уравнение динамики вращательного движения АТТ.

Момент импульса и закон его сохранения. Момент импульса материальной точки относительно полюса, неподвижной оси. Момент импульса твердого тела относительно оси. Закон сохранения момента импульса. Аналогия между величинами и законами, описывающими вращательное и поступательное движение. Мгновенные оси. Свободные оси. Гироскоп.

6. Кинематика и динамика жидкостей и газов. Уравнение непрерывности. Уравнение Бернулли. Движение тела в среде с сопротивлением. Число Рейнольдса.

7. Основы релятивистской механики. Экспериментальные основания специальной теории относительности (СТО): «светоносный эфир» и попытки его обнаружения (опыт Майкельсона-Морли). Постулаты СТО: принцип относительности и постоянство скорости света. Преобразования координат и времени Галилея и Лоренца (вывод формул). Правило сложения скоростей в релятивистской механике (вывод формул). Следствия из преобразований Лоренца: длительность событий и длина тел в различных ИСО. Инвариантность интервала между событиями. Релятивистский импульс (РИ). Уравнение движения релятивистской частицы. Закон сохранения РИ. Релятивистское выражение для энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Полная, кинетическая и энергия покоя. Связь энергии и РИ. Значение СТО и представление об общей теории относительности.