- •Вопрос № 1 Система отсчёта. Траектория, путь, перемещение. Средняя и мгновенная скорости. Вектор скорости, модуль вектора скорости. Вычисление пути.
- •Вопрос № 2 Ускорение. Нормальная и тангенциальная составляющие ускорения. Связь нормального ускорения с радиусом кривизны и скоростью.
- •Вопрос № 4 Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.
- •Вопрос № 5 Масса и импульс. Второй и третий законы Ньютона.
- •Вопрос № 6 Гравитационное взаимодействие. Гравитационная и инертная масса. Напряжённость гравитационного поля.
- •Вопрос № 7 Движение относительно неинерциальных систем отсчёта, двигающихся поступательно. Силы инерции.
- •Вопрос № 8 Покоящееся тело во вращающейся системе отсчёта. Центробежная сила инерции. Ускорение свободного падения тела, наблюдаемое относительно Земли.
- •Вопрос № 9 Движение тела относительно вращающейся системы отсчёта. Кориолисова сила инерции.
- •Вопрос № 11 Консервативные силы. Работа консервативных сил на примере силы тяжести. Работа центральных сил.
- •Вопрос № 10 Кинетическая энергия и работа. Формы записи выражения для работы. Работа результирующих нескольких сил.
- •Вопрос № 12 Потенциальная энергия во внешнем поле сил. Связь потенциальной энергии и силы. Закон сохранения механической энергии для систем невзаимодействующих частиц. Диссипативные силы.
- •Вопрос № 14 Закон сохранения импульса. Упругое и неупругое соударение двух тел (без вывода). Частные случаи.
- •Вопрос № 16 Центр масс твёрдого тела. Теорема о движении центра масс твёрдого тела.
- •Вопрос № 18 Момент инерции: выражение через плотность, интеграл по объёму тела.
- •Вопрос № 19 Теорема Штейнера, доказательство (момент инерции относительно произвольной оси).
Вопрос № 12 Потенциальная энергия во внешнем поле сил. Связь потенциальной энергии и силы. Закон сохранения механической энергии для систем невзаимодействующих частиц. Диссипативные силы.
Когда
работа сил поля зависит лишь от начального
и конечного положений частицы, каждой
точке поля можно сопоставить некоторую
функцию U(x,y,z)
такую, что разность значений этой функции
в точках 1
и 2
будет определять работу сил при переходе
частицы из первой точки во вторую:
Пусть
на частицу действуют только консервативные
силы. Тогда работа, совершаемая над
частицей на пути 1—2,
может быть представлена в виде
.
Эта работа идет на приращение кинетической
энергии частицы.
Величина
для частицы, находящейся в поле
консервативных сил, остается постоянной,
т. е. является интегралом движения.
Функцию
U(x,у,z)
называют потенциальной
энергией частицы во внешнем поле сил.
Величину E-
полная
механическая энергия частицы.
Работа,
совершаемая над частицей консервативными
силами, равна
убыли потенциальной энергии частицы.
Зная
вид функции U(x,y,z),
можно найти силу, действующую на частицу.
Рассмотрим перемещение частицы
параллельно оси х
на dx.
При этом совершается работа dA =Fx dx.
Выражение,
стоящее справа, представляет собой
производную функции U(x,y,z),
вычисленную в предположении, что
переменные у
и z
остаются неизменными – частная
производная.
Консервативная
сила
равна градиенту потенциальной энергии,
взятому с обратным знаком:
Конкретный
вид функции U(x,y,z)
зависит от характера силового поля.
Найдем в качестве примера потенциальную
энергию частицы в поле сил тяжести.
,
.
Пусть
на частицу, кроме консервативных сил,
действует также неконсервативная сила
. Тогда при переходе частицы из точки
1
в точку 2
над ней будет совершаться работа
Работа
неконсервативных сил затрачивается на
приращение полной механической энергии
частицы.
В
системе, состоящей из N
не
взаимодействующих между собой частиц,
находящихся в поле консервативных сил
каждая из частиц обладает кинетической
энергией Ti = miui2/2
и потенциальной энергией Ui=U(xi,yi,zi)
Полная
механическая энергия системы
невзаимодействующих частиц, на которые
действуют только консервативные силы,
остается постоянной. Это закон сохранения
энергии.
Если
на частицы действуют неконсервативные
силы, полная энергия системы не остается
постоянной
.
При
наличии в системе сил трения полная
механическая энергия системы уменьшается,
переходя в немеханические формы энергии.
Такой процесс называется диссипацией
энергии.
Силы, приводящие к диссипации энергии,
называются диссипативными.
Вопрос № 13
Потенциальная энергия взаимодействия. Работа внутренних сил в системе 2х взаимодействующих частиц. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия. Закон сохранения энергии для системы взаимодействующих частиц.
П
усть
системы состоит из двух взаимодействующих
друг с другом частиц. Система замкнутая.
Допустим, что модуль сил взаимодействия
зависит только от расстояния между
частицами.
,
,
Левая
часть - приращение кинетической энергии
системы за время dt,
правая часть –– работу внутренних сил
за то же время.
Скалярное
произведение
равно
— приращению расстояния между частицами
.
Выражение
можно рассматривать как приращение
некоторой функции от
.
dAвнутр=dT
= –dU
Величина
E = T + U
для рассматриваемой замкнутой системы
сохраняется. Функция U(R12)
представляет собой потенциальную
энергию взаимодействия.
Она зависит от расстояния между частицами.
Работа сил не зависит от путей, по которым
перемещались частицы, и определяется
лишь начальным и конечным расстояниями
между частицами. Силы
взаимодействия являются консервативными.
Закон
сохранения энергии:
Полная механическая энергия замкнутой
системы тел, между которыми действуют
только консервативные силы, остается
постоянной.
Если
в замкнутой системе действуют
неконсервативные силы, то полная
механическая энергия системы не
сохраняется.
Если
система незамкнута, то полная механическая
энергия системы тел, на которые действуют,
лишь консервативные силы, остается
постоянной — закон сохранения энергии
для незамкнутой системы.
Найдем
вид функции Uвз
в том случае, когда сила взаимодействия
обратно пропорциональна квадрату
расстояния между частицами:
.
В
случае притяжения между частицами a
>
0,
а в случае отталкивания частиц друг от
друга a
<
0.
Потенциальная
энергия взаимодействия определяется
с точностью до произвольной постоянной.
Обычно полагают, что при
потенциальная
энергия обращается в нуль.
Сила
гравитационного притяжения:
