- •Кинематика
- •Модели в механике
- •2.Кинематическое описание движения
- •4.Перемещение. Скорость. Вычисление пройденного пути
- •6. Плоское вращение. Угловая скорость и ускорение. Связь между векторами скорости и угловой скорости.
- •Динамика материальной точки
- •1.Основная задача механики. Законы Ньютона
- •2. Система единиц си. Границы применимости классической механики
- •3. Импульс. Закон сохранения импульса системы материальных точек. Применение закона сохранения импульса к абсолютно неупругому удару. Движение тел с переменной массой.
- •4.Момент импульса. Момент силы. Основное уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса.
- •5. Силы в природе. Четыре вида взаимодействия. Силы сухого и вязкого трения
- •6. Упругая сила.Закон Гука. Деформация тела
- •7. Энергия. Работа. Мощность. Кинетическия энергия
- •8. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия
- •9. Закон сохранения энергии в механике
- •10. Применение з-ов сохранения к абсолютно упругому удару
- •11.Закон всемирного тяготения. Движение в центральном поле. Космические скорости. Законы Кеплера
- •Динамика абсолютно твёрдого тела
- •Вращение абсолютно твёрдого тела вокруг неподвижной оси и его кинетическая энергия
- •3.Момент инерции тела и его физический смысл. Пример вычисления момента инерции твёрдого тела. Теорема Штейнера Согласно определению момент инерции твёрдого тела равен
- •Момент инерции тела относительно нецентральной оси Теорема Штейнера
- •6. Гироскоп. Угловая скорость прецессии
- •Колебания
- •1.Уравнения гармонических колебаний и его основные параметры
- •2..Колебания груза под действием упругой сил. Энергия гармонических колебаний
- •Математический и физич маятники
- •4.Уранение затухающих гармонических колебаний. Декремент затухания, добротность.
- •5.Вынужденные колебания. Резонанс
- •6.Сложение гармонических колебаний одинаковой частоты и направления. Векторная диаграмма
- •7. Сложение гармонических колебаний различной частоты. Биения
- •8. Сложение гармонических колебаний одинаковой частоты и взаимно перпендикулярного направления . Фигуры Лиссажу.
- •1.Волновые процессы. Продольные и поперечные волны
- •2.Уравнение плоской гармонической волны и её основный параметры. Фазовая скорость. Волновой пакет. Групповая скорость
- •3.Волновое уравнение
- •4.Фазовая скорость волны в твёрдых телах
- •5. Скорость звука в газах
- •6. Энергия упругой волны. Вектор Умова. Громкость звука
- •7. Стоячие волны. Колебания струны.
- •8. Эффект Доплера для акустических волн
- •Мкт газов
- •1.Статистический и термодинамический методы исследования. Опытные законы идеального газа. Уравнение Клайперона-менделеева
- •2,Основное уравнение молекулярно – кинетической теории газов.
- •Молекулярно-кинетический смысл температуры
- •3,Число степеней свободы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул газа. Внутренняя энергия идеального газа
- •4.Распределение Максвелла. Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости газовых молекул.Максвелловское распределение молекул по их скоростям и энергиям
- •5 Барометрическая формула. Распределение Больцмана
- •6.Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул
- •7. Явление переноса в термодинамическинеравноверстных системах. Тепло-проводимость. Диффузия. Вязкость
- •Термодинамика
- •1.Внутренняя энергия системы. Работа и теплота
- •2.Первое начало термодинамики. Графическое изображение термодинамических процессов и работы
- •3.Теплоёмкость вещества. Уравнение Майера
- •4.Адиабатный и политропный процессы идеального газа
- •5.Классическая теория теплоёмкостей идеального газа и её трудности. Квантомеханическое объяснение
- •6,Круговой процесс(цикл) Обратимые и необратимые процессы
- •7.Энтропия , её статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью
- •8,Второе начало термодинамики
- •9. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл карно. Теорема Карно
- •Реальные газы, жидкости и твёрдые тела
- •1.Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия
- •2. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •3.Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ. Критические состояния
- •4. Внутренняя энергия реального газа
- •5.Фазовые переходы 1и 11 рода. Диаграмма состояния. Тройная точка. Уравнение Клайперона-Клаузиуса
- •6.Свойчтва жидкостей. Поверхностное напряжение
- •7. Твёрдые тела. Типы кристаллических твёрдых тел
2..Колебания груза под действием упругой сил. Энергия гармонических колебаний
Энергия гармонических колебаний
Квазиупругая сила является консервативной силой. Поэтому полная энергия гармонического колебания должна оставаться постоянной. Как уже указывалось, колеблющаяся система обладает потенциальной энергией:
,
г
де
k
– положительная постоянная. Качественно
колебательное движение можно описать
с помощью потенциальной кривой, т.е.
графика функции
.
В процессе колебаний происходит
превращение кинетической энергии в
потенциальную и обратно, причем в моменты
наибольшего отклонения от положения
равновесия полная энергия E
состоит только из потенциальной энергии,
которая достигает своего наибольшего
значения:
.
При
прохождении же системы через положение
равновесия полная энергия системы
состоит лишь из кинетической энергии,
которая в эти моменты достигает своего
наибольшего значения
.
Эти
выражения равны друг другу, так как
.
Выясним, как изменяется со временем
кинетическая и потенциальная энергия
гармонического колебания.
-
кинетическая энергия гармонического
колебания.
-
потенциальная
энергия гармонического колебания.
Сложив эти два выражения и приняв во внимание, что , получим формулу для полной энергии:
Таким образом, полная энергия гармонического колебания действительно оказывается постоянной.
Математический и физич маятники
В физике под маятником понимают твердое тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг неподвижной точки или оси. Принято различать математический и физический маятники.Математическим маятникомназидеализированную систему, состоящую из невесомой и нерастяжимой нити, на которой подвешена масса, сосредоточенная в одной точке.
,где
m
– масса маятника, l
– расстояние между точкой
подвеса О
и центром инерции C
маятника. Знак “–” имеет тоже значение,
что и в случае квазиупругой силы
.
Обозначив момент инерции маятника
относительно оси, проходящей через
точку подвеса, буквой I,
можно написать основной закон динамики:
В
случае малых колебаний это уравнение
переходит в уже известное нам уравнение
незатухающих гармонических колебаний:
,где
через
обозначена в данном случае следующая
величина:
Из
этого уравнения следует, что при малых
отклонениях от положения равновесия
физический маятник совершает
гармонические колебания. При этом период
колебаний физического маятника
определяется выражением:
Проведенное
выше рассмотрение имеет место и для
математического маятника. В этом случае
маятник представляет собой материальную
точку, момент инерции которой относительно
оси, проходящей через точку подвеса,
равен
.
С учетом этого, получаем формулу для
периода колебаний математического
маятника:
Для
физического маятника вводится понятие
приведенной длины
.
Приведенная длина физического маятника
– это длина такого математического
маятника, период колебаний которого
совпадает с периодом колебаний данного
физического маятника, т.е.
Точка
на прямой, соединяющей точку подвеса с
центром инерции, лежащая на расстоянии
приведенной длины от оси вращения,
называется центром
качанияфиз-о маятника
Можно показать, что при подвешивании
маятника в центре качания
приведенная длина, а значит, и период
колебаний будут теми же, что и вначале.
След-но, точка подвеса и центр качания
обладают свойством взаимности: при
переносе точки подвеса в центр качания
точка подвеса становится новым центром
качания.
