Кинематика твердого тела Силы Виды взаимодействий Эффективность реактивного движения Момент инерции Механические колебания Затухающие колебания Специальная теория относительности

Лекции по физике 1 курс Динамика

Силы

Виды взаимодействий

Закон Гука

Для того, чтобы сформулировать II закон Ньютона, необходимо ввести понятия силы и массы.

Какие системы отсчета называются инерциальными?

Слабые взаимодействия – отвечают за взаимопревращения многих элементарных частиц.

Физический смысл модуля Юнга: модуль Юнга равен такому нормальному напряжению, при котором относительное удлинение было бы равно единице.

Силы трения скольжения Силы трения.

Силы трения качения.

Силы вязкого трения Рассмотрим жидкое трение (вязкое, внутреннее).

Охарактеризуйте гравитационное взаимодействие.

Какое трение называют внешним? внутренним?

Законы сохранения Принцип Гамильтона. Функция Лагранжа.

Указанную совокупность первых членов разложения называют вариацией интеграла (в частности – первой вариацией). 

Однородность пространства и времени приводит к тому, что функция Лагранжа свободно движущейся материальной точки в инерциальной системе отсчета не может содержать явным образом ни радиус-вектора материальной точки, ни времени , т.е. функция Лагранжа является лишь функцией лишь скорости .

Интегралы движения При движении механической системы  величин  и  (при ), определяющих ее состояние, изменяются  со временем.

Энергией часто называют способность тела совершить работу. Энергия – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи.

 

Закон сохранения импульса Закон сохранения импульса связан с однородностью пространства.

Закон сохранения момента импульса Закон сохранения момента импульса связан с изотропией пространства.

От каких аргументов зависит функция Лагранжа.

Энергия и работа Кинетическая энергия и работа.

Центр масс Для системы материальных точек справедливо:, (5.15)

Консервативные силы

Консервативными (потенциальными) силами называются силы, работа которых не зависит от пути, по которому двигалась частица, а зависит лишь от начального и конечного положений частицы.

Потенциальная энергия Рассмотрим материальную точку во внешнем силовом поле.

Пусть частица движется в поле консервативных сил. При переходе из точки 1 в точку 2. Над ней совершается работа, равная приращению кинетической энергии частицы, с другой стороны эта же работа равна убыли потенциальной энергии.

Потенциальная энергия взаимодействия Рассмотрим систему, состоящую из двух взаимодействующих частиц.

 Все многообразие сил, рассматриваемых в физике, можно свести к 4 видам взаимодействия: 1) гравитационное; 2) электромагнитное; 3) сильное (или ядерное); 4) слабое. Рассмотрим кратко эти взаимодействия.

Гравитационное взаимодействие. Природа гравитационного взаимодействия в настоящее время не установлена. По общей теории относительности Эйнштейна силы тяготения связаны с изменением геометрических свойств пространства-времени под влиянием материи. В настоящее время выясняется возможность существования частиц, ответственных за существование гравитационного взаимодействия – гравитонов. Интенсивность гравитационного взаимодействия крайне мала. Гравитационные силы практически не  играют существенной роли при взаимодействии неастрономических тел. В подавляющем большинстве случаев хорошее описание гравитационного взаимодействия дается законом всемирного тяготения Ньютона:

,  (3.1)

где  - массы тел, находящихся на расстоянии  друг от друга;  - гравитационная постоянная.

Электромагнитное взаимодействие. Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическим и магнитным взаимодействием зарядов. Электромагнитное взаимодействие в  раз интенсивнее гравитационного. Взаимодействие может быть описано законом Кулона:

.  (3.2)

 Здесь:  - сила электромагнитного взаимодействия между электрическими зарядами , которые находятся на расстоянии  друг от друга;  - относительная диэлектрическая проницаемость среды;  - электрическая постоянная. При рассмотрении явлений областях пространства, которые больше размеров ядер, но меньше астрономических размеров, электромагнитное взаимодействие играет главную роль.

Ядерные (сильные) взаимодействия являются силами притяжения, действующими, в частности, между протонами и нейтронами в ядре. Эти взаимодействия проявляются лишь на расстоянии м (размер ядер) и являются короткодействующими. Интенсивность сильных взаимодействий примерно в 100 раз больше электромагнитного взаимодействия. Т.к. в отличие от электромагнитного взаимодействия, сильные взаимодействия – короткодействующие, то для ядер с массовым числом   энергия электрического отталкивания превышает общую энергию ядерного притяжения (энергия сильного взаимодействия не зависит от общего числа частиц, т.к. каждая частица взаимодействует только со своими соседями; а энергия электромагнитного взаимодействия зависит от числа частиц и растет с ростом числа частиц и, в конце - концов, становится выше, чем энергия сильного взаимодействия), т.е. отсутствуют стабильные ядра с таким числом нуклонов. Сильные взаимодействия зарядово-независимы (силы взаимодействия между протоном и нейтроном и между нейтроном и нейтроном равны между собой). Сильные взаимодействия зависят не только от относительного движения частиц, но и от взаимной ориентации их спина. Спин характеризует наличие внутреннего момента количества движения частиц. Спин образно может быть представлен как «вращение» частицы вокруг некоторой оси, проходящей через нее. Но это только наглядный пример, т.к. если бы частица вращалась, то при разумных предположениях о ее размерах пришлось бы допустить линейные скорости при вращении, большие, чем скорость света, что противоречит выводам специальной теории относительности. С наличием спина у частиц связано существование их магнитного момента (который является источником существования магнитного поля). По тем же соображениям, что и спин, магнитный момент не может быть объяснен наличием электрических токов внутри частиц. В настоящее время он рассматривается как первоначальная сущность, как источник магнитного поля, не сводящийся к другим известным источникам.


Физика выполнить лабораторную