WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 20 |
Е.В. Полицинский МЕХАНИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА:

конспекты лекций 2010 П 50 Механика, молекулярная физика и термодинамика: конспекты лекций / Е.В.

Полицинский. – Юргинский технологический институт Национального исследовательского Томского политехнического университета, 2010 – 206с.

Учебное пособие написано на основе курса лекций, читаемых для студентов механико-машиностроительного факультета Юргинского технологического института Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Содержание соответствует программе курса физики для технических университетов.

Изложены физические основы механики, молекулярной физики и термодинамики.

Главное внимание уделено рассмотрению физического смысла и содержания основных понятий и законов. Автор широко использует таблицы и схемы для обобщения и систематизации теории, приводит аналогию между параметрами и уравнениями, связями между физическими величинами. Пособие хорошо иллюстрировано, может использоваться для самостоятельного изучения теоретического материала, для работы на лекционных занятиях в комплексе с лекциями-презентациями, в качестве ориентировочной основы действий для самостоятельного написания студентами конспектов.

Учебное пособие предназначено для студентов и преподавателей технических вузов.

УДК 53 (075) ББК 22.3:74.202 я73 © Полицинский Е.В., 2010 2 Оглавление Введение 5 Международная система единиц СИ 7 Механика 11 Предмет изучения и разделы 11 Равномерное прямолинейное движение 13 Равнопеременное прямолинейное движение 15 Прямолинейное движение с переменным ускорением 17 Движение тела брошенного горизонтально 19 Движение пикирующего тела 19 Движение тела, брошенного пол углом к горизонту 20 Движение по окружности 21 Равнопеременное и переменное движение по окружности 23 Законы Ньютона 26 Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции. 34 Силы в механике. Сила тяжести и вес тела. Сила упругости.

Закон Гука Упругие свойства реальных тел Сила трения Законы сохранения импульса и движения центра масс Уравнение движения тела переменной массы Механическая работа и мощность Кинетическая и потенциальная энергия Закон сохранения энергии Графическое представление энергии Удар абсолютно упругих и неупругих тел Условие равновесия тел Вращательное движение твёрдого тела Момент инерции тела относительно оси вращения Теорема Штейнера Кинетическая энергия твёрдого тела при вращении Уравнение динамики вращательного движения твёрдого тела Момент импульса и закон его сохранения Тяготение. Элементы теории поля. Законы Кеплера Закон всемирного тяготения Гравитационное поле. Ускорение свободного падения Характеристики гравитационного поля Работа в гравитационном поле Потенциал гравитационного поля Напряжённость как градиент потенциала Космические скорости Элементы гидро- и аэродинамики Элементы релятивисткой механики Основы молекулярной физики и термодинамики Статистический и динамический методы исследования Основы молекулярно-кинетической теории. Идеальный газ Основные понятия молекулярно-кинетической теории Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов Уравнение состояния идеального газа Средняя квадратичная скорость молекул Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа Изопроцессы в идеальном газе Распределение молекул по скоростям. Закон Максвелла Барометрическая формула Больцмановское распределение частиц в потенциальном поле.

Закон Максвелла-Больцмана Экспериментальный метод определения числа Авогадро Эффективный диаметр молекулы. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекулы Явления переноса в термодинамически неравновесных системах Основы термодинамики. Внутренняя энергия системы. Работа.

Количество теплоты Первое начало термодинамики Степени свободы молекул. Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы Теплоёмкости. Уравнение Майера Качественная экспериментальная зависимость CV от температуры Применение первого начала термодинамики к изопроцессам Круговой процесс и его термодинамический КПД. Обратимый и необратимый процессы Тепловые двигатели и холодильные машины Цикл Карно Второе начало термодинамики Приведённое количество теплоты. Неравенство Клаузиуса Энтропия. Свойства энтропии. Закон возрастания энтропии в замкнутых системах Изменение энтропии Агрегатные состояния вещества и фазовый преход Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса Экспериментальные изотермы. Критические состояния Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона Экзаменационные вопросы Приложение Литература КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Механика, МКТ, термодинамика) Полицинский Е.В.

Введение Физика — это наука, изучающая общие свойства движения вещества и поля.

(А.И.Иоффе).

Физика наука о простейших формах движения материи и соответствующих им наиболее общих законах природы. Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая, электрическая, магнитная и т.д.) являются составляющими более сложных форм движения материи (химических, биологических и др.), поэтому физика является основой для других естественных наук (астрономия, биология, химия, геология и др.).

Физика – база для создания новых отраслей техники — фундаментальная основа подготовки инженера.

В своей основе физика – экспериментальная наука: её законы базируются на фактах, установленных опытным путем. В результате обобщения экспериментальных фактов устанавливаются физические законы – устойчивые повторяющиеся объективные закономерности, существующие в природе, устанавливающие связь между физическими величинами.



Все, что мы узнали о материальном мире, возникло из опыта. И любые заключения и предположения, которые мы делаем о свойствах материальных объектов, в конечном счете, проверяются на опыте. Опыт является окончательным критерием правильности наших представлений. В процессе опыта мы определяем те или иные физические величины, например скорость или температуру. Таким образом, определить физическую величину означает указать способ ее измерения. Физические величины являются наблюдаемыми. Напротив, если мы говорим о какой-либо величине и не можем указать способ её измерения, то она не является наблюдаемой. Такие величины просто не рассматриваются в физике, не являются её предметом. Физические величины являются достоверными в том смысле, что физический опыт должен обладать свойством повторяемости. Это значит, что при повторении опыт, проведенный в равных условиях, должен приводить всякий раз к одинаковому результату. В других науках это не всегда так, и чем менее выполняется это требование, тем менее эта наука достоверна.

Физические величины обладают свойством размерности. Под размерностью физической величины понимают совокупность параметров, необходимых для её определения. Другими словами, указать размерность физической величины означает указать, какие измерения нужно произвести, чтобы её определить. Самые простые физические величины – это длина, время и масса. Они имеют, как говорят, собст КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Механика, МКТ, термодинамика) Полицинский Е.В.

венные размерности, обозначаемые соответственно буквами L, T и M, потому что для их определения никаких других измерений производить не нужно. Но уже, например, для определения скорости тела необходимо произвести два независимых измерения – длины L и времени T. Поэтому размерность скорости есть отношение L/T. Как мы увидим, размерность физической величины находится с помощью формулы, которая служит её определением.

Подчеркнем, что размерность физической величины и единицы её измерения – это разные понятия. Например, скорость может измеряться в см/с, или в м/с, или в км/ч, а размерность её при этом не меняется – она всегда есть L/T, потому что независимо от того, в каких единицах мы измеряем скорость, мы всегда производим измерения одних и тех же двух параметров – длины L, и времени T. Размерность физической величины представляет её важнейшее свойство. Часто приходится сравнивать между собой различные величины. Физические величины можно сравнивать, только если они обладают одинаковой размерностью. Например, нельзя сравнивать между собой длину пути и отрезки времени:

это бессмысленно – они обладают разной размерностью.

Все то, что может быть выражено количественно, называют величиной. Физическая величина – это характеристика свойств физических объектов или явлений, имеющая числовое значение, которое получается в результате измерений. Каждая физическая величина должна иметь свою единицу измерения. Число, показывающее, сколько в измеренной величине содержится единиц, называют числовым значением этой величины. Измерение, при котором значение величины определяется непосредственным сравнением с её единицей, называют прямым измерением. Прямое измерение – измерение, полученное с помощью измерительного прибора, например – температуры с помощью термометра, длины с помощью линейки, микрометра, штангенциркуля.

Прямое измерение далеко не всегда дает достаточно точный результат, не всегда выполнимо и удобно. Например, при определении объема шара, мы не можем воспользоваться каким либо прибором для проведения прямого измерения, но известно что V = R3. Воспользовавшись например штангенциркулем и тем, что D = 2 R – объём может быть найден, если использовать записанную выше формулу. Измерение, при котором числовое значение величины находится путем вычисления по формуле, называется косвенным измерением. На практике чаще приходится выполнять косвенные измерения.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Механика, МКТ, термодинамика) Полицинский Е.В.

Таким образом, для установления количественных соотношений между физическими величинами их необходимо измерять, т.е. сравнивать их с соответствующими эталонами. Для этого вводится система единиц, которая постулирует основные единицы физических величин и на их базе определяет единицы остальных физических величин, которые называются производными единицами.

Сначала в разных странах использовались свои единицы измерения, например меры длины в Англии и США – дюйм (25,4 мм), фут (12 дюймов); в России – вершак (4,445 см), аршин (0,7112 м), сажень (2,13336 м), верста (1,0668 км) и т.д. Это вносило неудобства, которые необходимо было ликвидировать.

Совокупность основных единиц с выведенными из них производными единицами называется системой единиц. Конечно, ряд внесистемных единиц, безусловно, широко используется. Например, на флоте – миля (1852 м), в быту – литр (10-3 м3) и т.д.

Международная Система единиц (СИ) (System International – SI).

Основные единицы:

Метр (м) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 с.

Килограмм (кг) – масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа).

Секунда (с) – время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Ампер (А) – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенных в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, создает между этими проводниками силу, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины.





Кельвин (К) – 1/213,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода 12С.

Кандела (кд) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энер КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Механика, МКТ, термодинамика) Полицинский Е.В.

гетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Дополнительные единицы системы СИ:

Радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан (ср) – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающей на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Единицы, которые устанавливаются произвольно и независимо друг от друга называются основными, а те, которые выводятся из формул, называются производными.

A По определению мощность – работа в единицу времени N =.

t Далее подставляем единицы работы и времени получаем н м кг м м кг м1дж/с = 1 =1 = 1. Таким образом, получена единица изс с2 с смерения мощности названная ватт.

Важно уметь работать с единицами измерения, быстро и правильно переходить к системе СИ.

км 7201000м м 1). = 720 = = 200 ;

ч 3600с с 2). V = 10см3 (м3 ) 1м =100 см; 1м2=104 м2; 1м3=106 см3 и, следовательно, 1 см3 = 10-6м3, откуда 10 см3 = 10-5м3.

3). V = 2л (м3 ) 1 л = 1 дм3=10-3 м3V = 2·10-3 м3.

Физические величины могут быть скалярными и векторными. Физические величины, характеризующиеся числовым значением, направлением и геометрическим способом сложения, называются векторными.

Остановимся на действиях с векторами.

Коллинеарные векторы – векторы, направленные вдоль одной прямой или параллельные друг другу (векторы а и b, рис.1).

При умножении вектора a на скаляр k мы получим новый вектор p модуль, которого равен произведению модуля вектора a на модуль скаляра k p = k a.

Модуль вектора – скаляр.

При решении задач важно уметь переходить для нахождения числовых значений векторных величин к проекциям на соответствующие оси.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Механика, МКТ, термодинамика) Полицинский Е.В.

а a + b a + b b b а Рис. 1. Сложение коллинеарных векторов b На рис. 2 показаны способы а сложения неколлинеарных векторов Рис.2. Сложение неколлинеарных векторов Проекция вектора на соответствующую ось – длина отрезка на оси ограниченная проекциями начала и конца вектора на данную ось. Если от проекции начала вектора к проекции конца вектора мы идём против направления оси, то проекция отрицательна (рис.3).

y Если вектор перпендикулярен оси, то при любом направлении вектора его проекция на ось равна нулю.

Ay>Проекция суммы векторов на координатную ось равна алгебраиx Ax<ческой сумме проекций складываемых векторов на ту же ось.

Рис.3. Проекции вектора А на координатные оси Для полноценного понимания учебного материала необходимо:

1. Знать смысл и значение каждого понятия.

2. Знать и уметь устанавливать связи между понятиями.

3. Владеть использующимися действиями и операциями.

Для описания физических явлений и процессов широко используется математический аппарат. Без математических знаний, навыков и умений нельзя полноценно изучать физику. Поэтому настоятельно рекомендуем самостоятельно повторить (смотрите приложение):

1. Правила приближённого вычисления.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Механика, МКТ, термодинамика) Полицинский Е.В.

2. Правила действия со степенями и корнями, работу с числами, приведёнными к стандартному виду.

3. Характеристики геометрических фигур (площади, объёмы фигур).

4. Тригонометрические функции острого угла, основные тригонометрические тождества.

5. Основные производные.

6. Табличные интегралы.

Для самостоятельной работы с теорией, самостоятельному написанию конспектов рекомендуем использовать обобщённые планы изучения основных элементов физических знаний (рис. 4).

Физическое явление Физическая величина 1. Признаки явления, по которым оно обна- 1. Название физической величины и её руживается. условное обозначение.

2. Условия, при которых явление протекает. 2. Характеризуемое явление, процесс, 3. Связь данного явления с другими. свойство.

4. Объяснение данного явления на основе 3. Определение, физический смысл.

научной теории. 4. Формула, связывающая данную вели5. Примеры проявления явления в природе чину с другими.

или использования на практике. 5. Единицы измерения.

6. Способы измерения величины.

Физический закон Физическая теория 1. Словесная формулировка закона. 1. Опытное обоснование теории.

2. Математическое выражение закона. 2. Основные положения, законы, понятия, 3. Условия применимости закона. принципы в теории.

4. Опыты, подтверждающие справедли- 3. Границы применимости теории.

вость закона. 4. Основные следствия теории.

5. Примеры применения закона на практи- 5. Практическое применение теории.

ке.

Рис. 4. Обобщённые планы изучения КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Механика, МКТ, термодинамика) Полицинский Е.В.

Механика Механика – часть физики, в которой изучаются закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 20 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.