Физика как наука. Методы физического исследования. Связь физики с другими науками. Физика и техника. Физические модели

конце контрольной работы указать, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики (название учебника, автор, год издания). Это делается для того, чтобы рецензент в случае необходимости мог указать, что следует студенту изучить для завершения контрольной работы.

Контрольная работа, признанная рецензентом  удовлетворительной, хорошей или отличной оценивается словом «зачтено». Работа, признанная рецензентом неудовлетворительной оценивается словом «не зачтено». Если контрольная работа при рецензировании не зачтена, студент обязан представить её на повторную рецензию, включив в неё те задачи, решения которых оказались неверными. Повторную работу необходимо представить вместе с незачтённой. Если выполнен не свой вариант или не по действующим методическим указаниям, то она возвращается студенту без рецензирования. Студент должен быть готов дать пояснения по существу решения задач, входящих в контрольные работы. Если при собеседовании по контрольной работе установлено, что работа выполнена не самостоятельно, то работа не зачитывается.

Раздел 1.МЕХАНИКА

Основные формулы механики

К И Н Е М А Т И К А

Криволинейное движение

-направлено перпендикулярно вектору скорости

Полное ускорение:

;          

Связь между линейными и угловыми величинами:

u = wR;

a_t = eR;

a_n = w²R;

w = 2pn = 2p/ T;

u = 2pnR = 2pR/ T.

Д И Н А М И К А

Закон сохранения энергии:

Полная механическая энергия замкнутой системы остается постоянной, если между телами системы действуют только консервативные силы

W_к + W_п = const

Консервативные силы – силы, работа которых не зависит от формы траектории. К ним относятся силы тяжести, тяготения, упругости. Примером неконсервативных (диссипативных) сил являются силы сопротивления. Если в системе действуют не консервативные силы или система является не замкнутой, то есть действуют внешние силы, то энергия системы меняется на величину работы этих сил.

DW = A

Потенциальная энергия:

а) упруго деформированного тела

W_п =

где К- жесткость образца(пружины), X – абсолютная деформация б) тела, поднятого над землей

W_п= -

где G – гравитационная постоянная, m и m – массы тела(тела рассматриваются как материальные точки), r – расстояние между ними.

в) гравитационного взаимодействия

W_п = mgh

Силы, рассматриваемые в механике:

а) сила гравитационного взаимодействия

F =

б) сила тяжести

P=mg

в) сила трения

F_тр= m× F_нд = mN

m- коэффициент трения, F_н.д- сила нормального давления, N - сила реакции опоры.

г) сила упругости (закон Гука):                      F_упр = -kx

Закон Гука можно записать в иной форме : s = Е×e

где s - напряжение, возникающее в образце.

s =  ,  где S – площадь поперечного сечения образца. Е – модуль Юнга.

e =  - относительная деформация (относительное изменение)

Уравнение Бернулли

Примеры решения задач:

К И Н Е М А Т И К А

При решении задач по кинематике следует: определить характер движения тела; проанализировать, как меняются величины, характеризующие движение; записать уравнения, связывающие данные величины и те величины, которые надо найти при решении задачи.

Пример 1. Тело брошено вертикально вверх со скоростью 20 м/с. Найти максимальную высоту, на которую поднимается тело, и время движения. Сопротивление не учитывать.

На максимальной высоте u = 0. Так как сопротивление отсутствует, то время движения вверх и вниз одинаково

t= t_¯ = t/2.

Для движения имеют место уравнения:  u = u_о - gt                    (1)

u² - u_о ² = -2gh             (2

Если t = 2t, то u = 0, тогда 0 = u₀ - gt.

Откуда t = u_о/g, всё время движения:    t = 2t = 2 u_о/g                           (3)

Если h = h_max, то u = 0, и из уравнения (2) имеем u₀²=2gh_max,

откуда                                              h_max = u_о²/2g                                       (4)

Размерность (3) и (4): [t] = м×c²/c×м = c; [h] = м²с²/c²м = м;

Вычисления: t = 2×20/10 = 4 c, h_max = 400/2×10 = 20 м.

Ответ: t = 4c, h_max = 20 м.

Пример 2. Тело брошено под углом 60^о к горизонту со скоростью 20 м/с. Найти дальность полета по горизонтали, максимальную высоту подъёма и радиус кривизны траектории через 1с после начала движения. Сопротивление не учитывать.

Разложим вектор начальной скорости на две составляющие - горизонтальную u_x= u₀cosa и вертикальную u_oy = u₀sina. Движение по криволинейной траектории можно рассматривать как сложное, состоящее из двух движений: по горизонтали - с постоянной скоростью (т.к.   в   этом   направлении    силы   не   действуют) u_x = const, тогда

                             S = u_xt,                                                  (1)

а по вертикали - равнопеременное движение с ускорением свободного падения g. Уравнения для этого движения:

u_y = u_oy - gt                                                (2)

h = u_oy t - gt²/2                                           (3)

u_y²  - u_oy² = -2gh                                         (4)

Так как в верхней точке траектории u_y = 0, тогда из уравнения (4) имеем              

u_oy² = 2gH_max .

Откуда             H_max = u_oy² / 2g  = u_o²sin²a/2g                                   (5)

Из уравнения (2) найдём время подъёма тела на максимальную высоту, учитывая, что в верхней точкеu_y = 0

u = u_0y  - gt_.

Откуда t = u_oy/g = u_osina/g.

Всё время движения      t = t + t_¯ = 2t, t = 2u_osina / g.                   (6)

Подставляя в уравнение (1), найдём дальность полёта тела по горизонтали