Основные положения классической механики.
Концепции современного естествознания.
Содержание дисциплины.
Содержание дисциплины
Перечень основных разделов и тем дисциплин
1. История создания точного естествознания. Галилео Галилей, Исаак Ньютон – основатели точного естествознания. Выдающиеся открытия девятнадцатого века в области естествознания. Революция в физике в первой трети двадцатого века. Российские и советские ученые – лауреаты Нобелевских премий в области естествознания.
2.Физические концепции описания Природы. Основные положения физики макромира. Основные положения классической механики. Законы сохранения. Основные положения релятивистской механики. Термодинамика. Электромагнитные взаимодействия.Основные положения физики оптических явлений.Основные положения физики микро- и мегамира. Квантовая механика. Атомная физика. Ядерная физика. Астрофизика.Классы элементарных частиц.
3. Химическое и биологическое описания Природы. Типы химических связей.Конденсированные среды. Основные обобщения биологических наук.Эволюция живых систем.
4. Биосфера и цивилизация. Международное сотрудничество по проблемам экологии.Проблема устойчивого развития.
Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем дисциплины
Тема 1. История создания точного естествознания. Галилео Галилей, Исаак Ньютон – основатели точного естествознания. Выдающиеся открытия девятнадцатого века в области естествознания. Революция в физике в первой трети двадцатого века. Российские и советские ученые – лауреаты Нобелевских премий в области естествознания.
Галилео Галилей, Исаак Ньютон – основатели точного естествознания. В основе естествознания лежит физика и ее законы. И не удивительно – ведь физика изучает простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. Физика как наука берет свое начало от Галилео Галилея (15.2.1564 г. –8.1.1642 г.), выдающегося итальянского ученого (прежде всего – физика и астронома), одного из основателей точного естествознания. В 1581 году поступил в Пизанский университет, где изучал медицину. Но, увлекшись геометрией и механикой, в частности, сочинениями Архимеда и Евклида, оставил университет с его схоластическими лекциями и вернулся во Флоренцию, где четыре года самостоятельно изучал математику. С 1589 года – профессор Пизанского университета, в 1592–1610 –Падуанского, в дальнейшем – придворный философ герцога Медичи. Галилео Галилей оказал значительное влияние на развитие научной мысли.
Галилею человечество обязано двумя принципами механики, сыгравшими большую роль в развитии не только механики, но и всей физики. Это известный галилеевский принцип относительности для прямолинейного и равномерного движения и принцип постоянства ускорения силы тяжести. Исходя из галилеевского принципа относительности, Исаак Ньютон пришел к понятию инерциальной системы отсчета, а второй принцип, связанный со свободным падением тел, привел Ньютона к понятию инертной и гравитационной (тяжелой) массы. Альберт Эйнштейн распространил механический принцип относительности Галилея на все физические процессы, в частности, на свет. Из этого принципа он вывел следствия о природе пространства и времени (при этом преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца). Объединение же второго галилеевского принципа, которыйЭйнштейн толковал как принцип эквивалентности сил инерции силам тяготения, с принципом относительности привело его к общей теории относительности.
Нобелевские премии– международные премии, названные в честь их учредителя, шведского инженера-химика А. Б. Нобеля (1833—1896 г.), который в 1867 году изобрел динамит. Присуждается ежегодно (с 1901 г.) за выдающиеся работы в области физики, химии, медицины и физиологии, экономики (с 1969 г.), за литературные произведения, за деятельность по укреплению мира.
Основные положения классической механики.
Движение в механике рассматривается как перемещение отдельных материальных точек или систем материальных точек в пространстве с течением времени. Для этого необходимо иметь систему отсчета положений материальной точки. Таковой является система координат, связанная с произвольно выбранным материальным телом, которое называется телом отсчета и которое условно считается неподвижным. В качестве примера возьмем прямоугольную систему координат OXYZ. Математически это записывается так:
, (1.1)
(1.2)
Совокупность последовательных положений, занимаемых в процессе ее движения, образует в пространстве линию, называемую траекторией движения точки. В зависимости от траектории движения делятся на прямолинейные и криволинейные.
Скорость — векторная величина, характеризующая быстроту и направление движения в данный момент времени. При этом вводится понятие средней скорости, определяемой отношением:
. (1.3)
Величина мгновенной скорости или модуль вектора 
определится выражением:
(1.4)
Таким образом, численное значение скорости материальной точки равно первой производной от длины ее пути по времени.
Ускорение — это быстрота изменения скорости. При этом вводится понятие среднего ускорения. Средним ускорением неравномерного движения в интервале времени от tдо 
называется вектор 
, равный отношению вектора 
к промежутку времени Dt:
(1.5)
Мгновенным ускорением точки в момент времени t называют векторную величину 
, равную пределу, к которому стремится среднее ускорение этой точки в промежутке времени при неограниченном уменьшении Dt:
(1.6)
Таким образом, ускорение точки равно первой производной от ее скорости 
или второй производной от ее радиус-вектора 
по времени.
Первый закон Ньютона. Всякое тело находится в состоянии покоя или равномерно и прямолинейно движется, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние. Оба названные состояния характерны тем, что ускорение тела равно нулю. Поэтому формулировке первого закона можно придать следующий вид: скорость любого тела остается постоянной (в частности, равной нулю), пока воздействие на это тело со стороны других тел не вызовет ее изменения.
Математически этот закон записывается в виде
, (1.7)
где 
— векторная сумма всех сил, действующих на тело.
Второй закон Ньютона. Второй закон Ньютона гласит, что скорость изменения импульса тела во времени равна результирующей силе, действующей на тело:
(1.8)
Третий закон Ньютона. До сих пор мы рассматривали лишь одну сторону взаимодействия между телами — влияние других тел на характер движения данного тела. Такое влияние не может быть односторонним, взаимодействие должно быть, по сути, обоюдным. Этот факт отражается третьим законом Ньютона.
Третий закон утверждает, что силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению.
Если, например, тело 1 действует на тело 2 с силой 
, то и тело 2, в свою очередь, действует на тело 1 с силой 
. Используя приведенной здесь обозначение сил, содержание третьего закона можно представить в виде равенства:
(1.9)
По своему характеру силы взаимодействия могут быть гравитационными, электрическими или контактными (если тела 1 и 2 соприкасаются друг с другом).
Тема 2.Физические концепции описания Природы. Основные положения физики макромира. Основные положения классической механики. Законы сохранения. Основные положения релятивистской механики. Термодинамика. Электромагнитные взаимодействия. Основные положения физики оптических явлений. Основные положения физики микро- и мегамира. Квантовая механика. Атомная физика. Ядерная физика. Астрофизика. Классы элементарных частиц.
Законы сохранения энергии. Величина Е, равная сумме кинетической и потенциальная энергии, называется полной механической энергией материальной точки. Она является интегралом движения (т.е. сохраняющейся величиной). Математически закон сохранения энергии записывается в следующем виде:
(2.1)
Закон сохранения энергии — один из центральных моментов всей физики и техники. Этот закон налагает строгие ограничения на возможности извлечения энергии и ее преобразования из одной формы в другую. Закон сохранения энергии запрещает существование вечных двигателей такого типа, в которых замкнутая сила непрерывно «поставляет» механическую энергию наружу.
Закон сохранения импульса утверждает, что полный импульс замкнутой системы остается постоянным во времени. При этом под полным импульсом подразумевается векторная сумма импульсов всех частиц системы. Для замкнутой системы, состоящей из N частиц, закон сохранения импульса записывается так:
(2.2)
P — импульс замкнутой системы.
Выражению (2.2) эквивалентна следующая запись:
(2.3)
Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения момента импульса утверждает следующее. Момент импульса замкнутой системы материальных точек остается постоянным. Таким образом,
(2.4)
или
(2.5)
Закон сохранения механической энергии можно использовать для нахождения конечных (или начальных) скоростей в системах, где зависимость силы от времени оказывается сложной, или ее трудно вычислить.
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 163; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!