- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Механика
- •Содержание
- •Предисловие
- •Программа курса “Механика”
- •Место дисциплины в учебном процессе и виды учебной работы
- •Распределение учебных часов
- •Учебно-тематический план
- •Содержание курса
- •Примерная тематика семинарских занятий
- •Вычислительный эксперимент
- •Средства обеспечения дисциплины
- •Рекомендуемая литература
- •Лекция №1. Введение
- •1. Предмет физики, её связь с другими естественными науками
- •2. Методы физических исследований
- •3. Роль модельных представлений в физике
- •4. Физические величины, их измерение и оценка точности и достоверности полученных результатов
- •5. Системы единиц физических величин
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №2. Кинематика материальной точки при прямолинейном движении
- •1. Кинематические законы движения материальной точки
- •Зависимость (2.3)
- •2. Скорость и ускорение при прямолинейном движении
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №3. Кинематика материальной точки при криволинейном движении
- •1. Скорость материальной точки при криволинейном движении
- •2. Ускорение материальной точки при криволинейном движении
- •3.Ускорение при движении материальной точки по окружности
- •4. Кинематика вращательного движения материальной точки
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №4. Динамика материальной точки
- •1. Первый закон Ньютона
- •2. Масса
- •3. Сила
- •4. Второй закон Ньютона
- •5. Третий закон Ньютона
- •6. Импульс. Общая формулировка второго закона Ньютона
- •7. Виды взаимодействий тел
- •8. Гравитационные силы (силы тяготения)
- •9. Сила тяжести и вес. Невесомость
- •10. Силы трения
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №5. Динамика системы материальных точек
- •1. Центр масс системы материальных точек
- •2. Закон сохранения импульса
- •Движение каждой точки описывается вторым законом Ньютона:
- •3. Движение тел с переменной массой. Реактивное движение
- •4. Задача двух тел. Приведенная масса
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №6. Законы сохранения
- •1. Работа
- •2. Энергия и работа
- •3. Кинетическая энергия и работа
- •4. Потенциальная энергия
- •5. Закон сохранения и превращения механической энергии
- •6. Соударение двух тел
- •7. Момент силы относительно неподвижного центра
- •8. Момент импульса относительно неподвижного центра
- •9. Закон сохранения момента импульса
- •10. Законы сохранения и симметрия пространства и времени
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №7. Механика твердого тела
- •1. Понятие об абсолютно твердом теле
- •2. Твердое тело как система материальных точек
- •3. Поступательное движение твердого тела
- •4. Вращательное движение твердого тела
- •5. Плоское движение твердого тела
- •6. Момент силы относительно оси
- •7. Момент пары сил
- •8. Второй закон Ньютона для вращающегося твердого тела
- •9. Момент инерции твердого тела
- •10. Теорема Штейнера
- •11. Закон сохранения момента импульса при вращательном движении
- •12. Кинетическая энергия вращающегося тела
- •13. Кинетическая энергия тела при плоском движении
- •14. Свободные оси вращения
- •15. Гироскоп
- •16. Степени свободы и связи абсолютно твердого тела
- •17. Условия равновесия твердого тела. Виды равновесия
- •18. Центр тяжести
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №8. Механика деформируемых тел
- •1. Упругие силы
- •2. Виды упругих деформаций
- •3. Упругие и пластические деформации. Предел упругости и предел прочности
- •4. Всестороннее растяжение и сжатие
- •5. Энергия упругой деформации
- •Потенциальная энергия упруго деформированного стержня равна
- •6. Кручение
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №9. Механика жидкостей и газов
- •1. Механические свойства жидкостей и газов
- •2. Гидростатика
- •Кажущийся вес тела
- •3.Гидродинамика
- •4. Описание движения жидкостей. Уравнение неразрывности струи
- •5. Уравнение Бернулли
- •6. Вязкость
- •7. Ламинарное и турбулентное течения
- •8. Течение вязкой жидкости в круглой трубе. Формула Пуазейля
- •9. Движение тел в жидкостях и газах. Закон Стокса
- •10. Истечение жидкости из отверстия
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №10. Движение в неинерциальных системах отсчета
- •1. Неинерциальные системы отсчета
- •2. Силы инерции
- •3. Силы инерции при ускоренном поступательном движении системы отсчета
- •123 4. Силы инерции при равномерном вращательном движении системы отсчета. Центробежная сила инерции
- •5. Сила Кориолиса
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №11. Механические колебания и волны
- •1. Гармонические колебания и их характеристики
- •2. Динамика колебательного движения
- •3. Гармонический осциллятор. Пружинный, физический и математический маятники
- •4. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения
- •5. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •6. Свободные затухающие колебания
- •7. Вынужденные колебания
- •8. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс
- •9. Автоколебания
- •10. Распространение колебаний в однородной упругой среде
- •11. Уравнение плоской и сферической бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение
- •12. Принцип суперпозиции. Групповая скорость
- •13. Энергия упругой волны
- •14. Интерференция волн
- •15. Стоячие волны
- •16. Характеристика звуковых волн
- •17. Эффект Доплера в акустике
- •18. Ультразвук и eго применение
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №12. Всемирное тяготение
- •1. Законы Кеплера и закон всемирного тяготения
- •2. Гравитационная масса
- •3. Поле тяготения и его напряженность
- •4. Работа в поле тяготения. Потенциал поля тяготения
- •5. Космические скорости
- •6. Принцип эквивалентности гравитационных сил и сил инерции
- •Контрольные вопросы
- •Лекция № 13. Элементы специальной теории относительности
- •1. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности
- •2. Постулаты специальной (частной) теории относительности
- •3. Преобразования Лоренца
- •4. Следствия из преобразований Лоренца
- •5. Интервал между событиями
- •6. Основной закон релятивистской динамики материальной точки
- •7. Взаимосвязь массы и энергии
- •Контрольные вопросы
- •Фатыхов Миннехан Абузарович Механика
Зависимость (2.3)
есть векторное кинематическое уравнение движения материальной точки.
Каждую из приведенных формул (2.1) и (2.3) называют также кинематическим законом движения материальной точки. Для полного описания движения точки достаточно знать кинематические законы движения.
2. Скорость и ускорение при прямолинейном движении
Линию, которую описывает материальная точка при своем движении в пространстве, называют траекторией. В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным. Исключив из (2.4) или (2.7) время, можно определить уравнение траектории.
Расстояние,
пройденное по траектории, называется
путем. Обозначается
как
.
Путь всегда
выражается положительным числом. Поэтому
пути, пройденные за отдельные промежутки
времени, в течение которых материальная
точка не изменяет направления своего
движения, складываются арифметически.
Отрезок
прямой, проведенный из начального
положения материальной точки в конечное,
называется перемещением.
Перемещение
обозначается как
или
.
Кроме
числового значения перемещение
характеризуется также и направлением.
Следовательно, перемещение – векторная
величина. Поэтому перемещения складываются
геометрически.
Пусть материальная точка движется вдоль прямой линии. Примем эту прямую за координатную ось Х, поместив начало координат О в какой-то произвольной ее точке. Положение материальной точки в рассматриваемом случае определяется одной координатой:
(2.4)
При
прямолинейном движении вектор перемещения
совпадает с соответствующим участком
траектории и длина пути равна модулю
перемещения, т.е.
.
Пусть
в какой-то фиксированный момент времени
материальная точка находится в положении
.
В этот момент времени ее координата
равна
.
В более поздний момент времени материальная
точка переместится в положение
с координатой
.
За время
материальная точка проходит путь
.
Он считается положительным, если
перемещение совершается вправо, и
отрицательным, если перемещение
совершается влево. Отношение пройденного
пути
к промежутку времени
называется средней
скоростью материальной точки
за время
.
Таким образом, по определению средняя
скорость равна
(2.5)
Такое
определение средней скорости имеет
смысл для любых как угодно малых значений
,
но отличных от нуля.
Вообще,
средняя скорость зависит не только от
,
но и от
.
Теперь, оставляя момент времени
неизменным, промежуток времени
будем брать все меньше и меньше, устремляя
его к нулю. Тогда к нулю будет стремиться
и пройденный путь
.
Как показывает опыт, отношение
при этом будет стремиться к вполне
определенному пределу, который может
зависеть только от
,
но уже не будет зависеть от
.
Этот предел называется истинной или
мгновенной скоростью материальной
точки в момент времени
:
(2.6)
В
математике предел, определяемый формулой
(2.6), называется производной функции
по аргументу
.
Таким образом, по определению производной
следует, что истинная
или мгновенная скорость
материальной точки
есть производная координаты
по времени, или производная пройденного
пути s
по времени:
(2.7)
Если
за равные, сколь угодно малые промежутки
времени материальная точка проходит
одинаковые пути, движение материальной
точки называется равномерным.
Разделив путь s
на время
,
за который он пройден, получим величину
,
(2.8)
которую в обыденной жизни называют скоростью материальной точки. Она в данном случае совпадает с мгновенной скоростью.
Если
движение неравномерное,
величина, получаемая делением s
на время
,
дает среднее значение скорости за
промежуток времени
:
(2.9)
Скорость
материальной точки, вообще говоря,
является функцией времени:
.
Зная
мгновенную скорость, можно вычислить
путь, пройденный материальной точкой
от момента времени
до момента
по формуле
(2.10)
С учетом данного выражения можно получить формулу для средней скорости:
(2.11)
Производная скорости по времени называется ускорением материальной точки. Ускорение мы обозначим через а. Таким образом, по определению ускорения
, (2.12)
или
(2.13)
Производная (2.12) называется также второй производной координаты x или пути s по времени и обозначается символами
(2.14)
В
общем случае ускорение является функцией
времени
.
При
равноускоренном движении
.
В существовании производных координаты по времени убеждаемся опытным путем, а не путем логических рассуждений.
