ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ Проф ВЕДЕНЯПИН Евгений Николаевич Веденяпин

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ Проф. ВЕДЕНЯПИН Евгений Николаевич Веденяпин Е. Н. (С) 2010 1

Основная литература Д. В. Сивухин «Общий курс физики. Механика. Том 1» Иродов И. Е. «Механика. Основные законы» Дополнительная литература Берклеевский курс физики. Киттель Ч. , Найт В. , Рудерман М. «Механика. Том 1» Фейнман Р. , Лейтон Р. , Сэндс М. «Фейнмановские лекции по физике» вып. 1 - 2

Виды учебной деятельности v Лекции Аттестация на 7 и 14 неделях v Семинары Зачет v Лабораторный практикум Дифференцированный зачет v Курсовая работа ЭКЗАМЕН Веденяпин Е. Н. (С) 2010 3

1. ВВЕДЕНИЕ Рассматриваемые вопросы: v Предмет и методы физики v Измерение физических величин v Элементы алгебры векторов Веденяпин Е. Н. (С) 2010 4

1. 1. Предмет и методы физики Предметом естествознания является познание окружающего нас мира. Задача естественных наук состоит в том, чтобы сформировать в нашем сознании такую модель физического мира, которая наиболее полно отражала бы его свойства и обеспечивала бы такие соотношения между элементами модели, какие существуют между элементами внешнего мира. «Точные науки стремятся к тому, чтобы свести загадки природы к определению некоторых величин путем операций над числами» . Дж. Максвелл Источником чисел, которыми Джеймс Кларк оперирует математика и которые должны фигурировать в уравнениях, выражающих те или иные закономерности МАКСВЕЛЛ природы, служит сама природа. (1831 – 1879) Веденяпин Е. Н. (С) 2010 5

Апология физики «Физика есть сколько приятная, столько и полезная наука, толкующая свойства тел или предметов, нас окружающих. Физика научает нас обо всем рассуждать здраво и основательно, а через то самое и необходимо нужна для всякого человека» . Краткое руководство к физике, для употребления в народных училищах Российской Империи, изданное по Высочайшему Повелению Царствующей Императрицы Екатерины II в Санкт. Петербурге, 1787 года Веденяпин Е. Н. (С) 2010 6

Методология физики Эксперимент Гипотеза Выводы Теория Галилео ГАЛИЛЕЙ (1564 - 1642) Веденяпин Е. Н. (С) 2010 7

Принципы научного познания v в основе научного знания лежит эксперимент (практика); v любые измерения выполняются с определенной погрешностью; v воспроизводимость эксперимента; v пределы применимости физических законов; v принципиальная опровергаемость гипотез; «Никакое количество экспериментов не v недоказуемость небытия; может доказать, что я прав; v «бритва Оккама» . опровергнуть же меня может один единственный эксперимент. » «Сущности не следует умножать без необходимости. » Х. Гюйгенс У. Оккам Христиан ГЮЙГЕНС (1629 - 1695) Уильям ОККАМ (1284 – 1349) Веденяпин Е. Н. (С) 2010 8

О разнице вопросов «как? » и «почему? » Наука в принципе может ответить на вопрос «КАК? » Наука НЕ МОЖЕТ ответить на вопрос «ПОЧЕМУ? » Веденяпин Е. Н. (С) 2010 9

Абстракции в физике В реальном мире связи между различными предметами и явлениями столь многообразны, что охватить их все невозможно ни в практическом, ни даже в принципиальном смысле. Метод физики заключается в выделении наиболее существенных характеристик явлений и отбрасывании всех прочих, то есть в построении моделей физических явлений (физических абстракций). Физические модели всегда являются приближенными, и их справедливость может быть гарантирована лишь в пределах применимости употребляемых допущений. Вне этих пределов модель может оказаться неприменимой и даже бессмысленной. Веденяпин Е. Н. (С) 2010 10

Физическая теория Физические модели и теории предназначены для приведения в соответствие между собой тех сведений, которые мы получаем, исследуя явления природы. Ни одна из теорий не может претендовать на звание истинной, она лишь дает наилучшее для данного времени описание той области, в которой она применяется. Веденяпин Е. Н. (С) 2010 11

Хорошая теория … v объясняет как факты, с которыми успешно справлялись прежние теории, так и факты, которых те теории объяснить не смогли; Веденяпин Е. Н. (С) 2010 12

Хорошая теория … v интегрирует в одну целостность гипотезы, прежде не связанные между собой; Веденяпин Е. Н. (С) 2010 13

Хорошая теория … v содержит проверяемые следствия; Веденяпин Е. Н. (С) 2010 14

Хорошая теория … v выдерживает процедуру строгой проверки; Веденяпин Е. Н. (С) 2010 15

Хорошая теория … просто красива, наконец: «Физические законы должны иметь математическую красоту. » Поль Дирак Поль Адриен Морис ДИРАК (1902 1984) Веденяпин Е. Н. (С) 2010 16

Место классической механики среди других наук о движении тел Веденяпин Е. Н. (С) 2010 17

1. 2. Измерение физических величин Физический закон – некоторые утверждения (уравнения) о связи между теми или иными величинами. Измерение любой физической величины – сравнение ее с каким-то эталоном. Число единиц измерения физических величин равно числу физических величин. Различные физические величины не являются независимыми. Между ними существуют многообразные связи (физические законы). Используя эти связи, можно выразить одни физические величины через другие и ограничиться небольшим числом величин, называемые основными, через единицы измерения которых можно выразить все остальные величины, называемые производными. Веденяпин Е. Н. (С) 2010 18

Система СИ метр м секунда с килограмм кг ампер А единица температуры кельвин К единица силы света кандела кд единица количества вещества моль единица длины единица времени единица массы единица электрического тока Веденяпин Е. Н. (С) 2010 19

Кратные и дольные единицы множитель приставка обозначение 1012 тера Т 10 -1 деци д 109 гига Г 10 -2 санти с 106 мега М 10 -3 милли м 103 кило к 10 -6 микро мк 102 гекто г 10 -9 нано н 10 дека да 10 -12 пико п Веденяпин Е. Н. (С) 2010 20

Пространство и время Ньютона В классической механике предполагается абсолютность пространства и времени. v v Абсолютность пространства и времени означает, что измеряемые расстояния и интервалы времени не зависят от системы отсчета. Наш опыт ограничен небольшими расстояниями и малыми скоростями тел отсчета. Веденяпин Е. Н. (С) 2010 Исаак НЬЮТОН (1643 – 1727) 21

Эталон длины Метр (1889 – 1960): 1/40 000 часть парижского меридиана - эталон из платинового сплава в Международном бюро мер и весов в Париже. Метр (1960 – 1983): 1 650 763. 73 длин волны оранжевой линии спектра, излучаемого изотопом криптона-86 в вакууме. Метр (с 1983): расстояние, проходимое светом в вакууме за время t = 1/299 792 458 секунды. Иначе: постулировано значение скорости света c = 299 792 458 м/с, а длина стала производной единицей. Веденяпин Е. Н. (С) 2010 22

Пространственные масштабы в природе Веденяпин Е. Н. (С) 2010 23

Измерение времени Секунда (до 1965): 1/86 400 средних солнечных суток. Секунда (с 1965): продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний световой волны, излученной атомом цезия. Цезиевый стандарт очень точен: за 6 000 лет двое цезиевых часов могут разойтись лишь на одну секунду. Секунда в будущем: в часах на водородном мазере разница в секунду набегает за 30 млн. лет. Веденяпин Е. Н. (С) 2010 24

Временные интервалы в природе Веденяпин Е. Н. (С) 2010 25

Масштабы скоростей различных процессов Веденяпин Е. Н. (С) 2010 26

1. 3. Векторы Типы физических величин v скалярные величины, то есть не имеющие направления; v векторные величины, которым кроме величины приписывается некое направление. Джозайя Уиллард ГИББС (1839 – 1903) Веденяпин Е. Н. (С) 2010 27

Проекции вектора Любой вектор а можно задать тремя компонентами (ax, ay, az) проекциями вектора на оси 0 x, 0 у, 0 z некоторой декартовой прямоугольной системы координат Веденяпин Е. Н. (С) 2010 28

Длина вектора Замечание: Длина вектора не изменяется при поворотах системы координат. Веденяпин Е. Н. (С) 2010 29

Умножение вектора на число Произведение вектора а на число является вектором компоненты которого определяются как Веденяпин Е. Н. (С) 2010 30

Сложение векторов Сумма двух векторов а и b - это вектор с чьи компоненты определяются как сумма компонент слагаемых Веденяпин Е. Н. (С) 2010 31

Единичный вектор n это вектор с длиной, равной единице Единичный вектор n в направлении некоторого вектора а равен Единичные векторы вдоль положительных направлений осей 0 x, у, 0 z системы координат называются ортами. Разложение вектора по координатным осям Веденяпин Е. Н. (С) 2010 32

Скалярное произведение векторов Скалярное произведение двух векторов а и b это число, равное сумме произведений компонент Квадрат модуля вектора Коммутативность скалярного произведения Веденяпин Е. Н. (С) 2010 33

Теорема косинусов Теорема Пифагора Веденяпин Е. Н. (С) 2010 34

Векторное произведение двух векторов а и b это вектор с, чьи компоненты равны Веденяпин Е. Н. (С) 2010 35

Антикоммутативность векторного произведения Дистрибутивность векторного произведения Ассоциативность векторного произведения Веденяпин Е. Н. (С) 2010 36

Модуль векторного произведения Веденяпин Е. Н. (С) 2010 37

Правило буравчика Веденяпин Е. Н. (С) 2010 38

Производная вектора a это вектор, чьи компоненты равны производным от соответствующих компонент вектора а Производная от скалярного произведения векторного произведения Веденяпин Е. Н. (С) 2010 39

Веденяпин Е. Н. (С) 2010 40