1611143568-6c414b7a65a7cc66444fbd70877c8701 (Леденев 2005 Механика кн1u)

УДК 530.1 ББК 22.3 Л39 Л е д е н е в А. Н. Физика: Учебное пособие: Для вузов. В 5 кн. Кн. 1. Механика. — Мл ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 240 с. — !ЯВИ 5-9221-0461-6. Основу настоящего курса физики составляют лекции, читаемые автором слушателям Института криптографии, связи и информатики Академии ФСБ России. Тематически курс разделен на пять основных физических разделов, оформленных в виде отдельных книг: «Механика», «Молекулярная физика и тормодинамнка», «Электромагнетнзм», «Колебания и волны.

Оптика», «Основы квантовой физики». В первой книге рассмотрены кинематика, динамика материальной точки, законы сохранения импульса, энергии и момента нмульса, динамика твердого тела, механические колебания. Большое внимание уделено кинематике твердого тела, преобразованиям скорости и ускорения при переходе от одной системы отсчета к другой, понятию потенциальной энергии и ее свойствам. Механика жидкости и газа не рассматривается.

Свою основную задачу автор видел в отборе основных вопросов механики в соответствии с учебной программой и кратком, но достаточно строгом нх изложении в виде системы понятий, определений, законов и теорем. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Информатика н вычислительная техника».

Рецензенты: кафедра физики Московского института радиоэлектроники и автоматики; проф. А.Н. Сафронов (Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ им. М.В. Ломоносова) © ФИЗМАТЛИТ, 2005 ® А. Н. Леденев, 2005 1БВ)т) 5-9221-0461-6 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие Введепио 8 9 52 56 60 65 73 Глава 1 Кинематика материальной точки и твердого тела 3 1. Прострапствеипо-временные системы отсчета .

2. Векторный и координатный способы описания движения час- тицы 3. Естественно-параметрический способ описания движения частицы . 4. Твердое тело в механике. Вилы движения . 3 5. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси 2 6. Вращение твердого тела вокруг неподвижной точки...... 5 7. Плоское движение твердого тела 3 8. Положение мгновенной оси вращения при плоском движении 3 9.

Своболяое яви>кение твердого тела, ............... 3 10. Сложение вращений вокруг пересекающихся осей 3 11. Производная по времени вектора постоянной длины и меняющегося направления . 5 12. Преобразование скорости и ускорения частицы при переходе к другой> системе отсчета Задачи Глава П Динамика материальной точки 13. Первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея 3 14. Второй и третий законы Ньютона 3 15. Классификация сил в природе. Законы сил 3 16.

Движение относительно пеиперциальпых систем отсчета. Силы инерции . Задачи 21 25 29 32 33 37 40 40 43 5() Оглавлеви» Глава 1П 74 Э 31. Момент импульса частицы и момент силы. Уравнение момептов125 128 129 133 139 Глава Пу Динамика твердого тела 141 141 146 148 154 160 163 165 171 Глава У Механические колебания 173 5 42. Гармонические колебания. Колебаптгя тела под действием упругой силы ..

173 Законы сохранения импульса, энергии и момента импульса 4 17. Заков сохранения импульса Э 18. Теорема о движении центра масс 3 19. Движение гела г переменной массой. Реактивная гила 5 20. Приведенная масса 'Э 21. Работа силы. Ыощпость Э 22. Теорема о кинетической энергии 5 23.

Преобразование кинетической мп ргии при переходе ь другой системе отсчета."!еорома Кеиига э' 24. Силовое поле. Консервативные силы и их свойства 5 25. Потенциальная энергия частицы и ео свойства 5 26. Вычи(тгецие потенциальной энергии частицы 5 27. Свясь потенциальной энергии и силы поля. Эквипотепциальиые поверхности . Э 28. Закон сохранения полной механической эвергии частицы ... 5 29. Потенциальная энергия в закон сохранения полной механическойг энергии системы частиц '3 30. Заков сохранения энергии при движении в гравитациоюптом поле. Космические скорости 3 32.

Момент импульса частицы при движении в гравитационном поле. Заков площадей . 3 33. Закон сохранения момента импульса системы частиц 3 34. Преобразование моментов импульса и силы при изменении неподвижного начала Зада ш Э 35. Уравнение вращения твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент иверпив . 5 36. Кинетическая энергия твердого тела и работа внешних сил .

Э 37. Динамика плоского движения твердого тела 5 38. Гироскопы 5 39. Вычисление моментов инерции однородных тел 9 40. Теорема Г1ойгенса-Штайнера о параллельном переносе оси момента инерции 3 41. Тепзор гп|ерции Задачи 74 9 81 83 86 93 97 99 101 104 106 111 113 120 Оглавлевие З 43. Колебания математического и физического маяг|шков.

Теоре.аа Ггойге1юа о центре качания 180 2 44. Затухающие колебавия 186 2 46. Сложение гармонических колебаний одинакового направления методом векторных диаграмм 196 З 46. Вынужденные колебания. Резопапс................ 198 Задачи 205 Ответы к задачам 207 208 Предметвыг4 указатель Приложения 1. Основные определении и формулы механики Кипоматика Динамика . Законы сохранения Ливамика твердого тела 14ехапические колебания П. Системы единиц физических величин . 208 212 214 224 227 ПРЕДИСЛОВИЕ В основу издаваемого курса «Физика» легли лекции, которые автор в течение ряда лег штает слушателям Института кршггографин, связи и информатики Академии ФСБ России.

В первой из пяти охватывакпцих все содержание курса книге рассмотрены кинематпка материальной точки и твердого тела, динамика материальной точки, законы сохранения импу.зьса, энергии и»шмен>а импульса, динамика твердого тела, механические колебания. Свои> главнук> зада*>у автор видел в отборе в соотвотствии с учебной программой основных вопросов механики и кратком, но достаточно строгом нх изложении. В настоящее вр< мя студонтам вузов предлагается широкий выбор учебников и учебных пособий по физико, в ко<орых дае>ся фундаментальноее., всеобъемлницее изложение этой дисциплины. К таковым относятся ставшие классическими книги И.В. Савельева «Курс общей физики», П.В. Сивухина, «Общий курс физики> и другие.

За полноту содержания у*>ебника неизбежно приходится расплачиваться бо.>ьпп<м объемом книги. Пель, которук> ставил перед собой автор при создании настоящего пособия, заключалась в том, чтобы компактно изложить основные вопросы курса физики, его традиционной, устоявшейся части.,добиваясь краткости. легко превратить книгу из учебника в справочник. в набор формул и бездоказательных утверждений. Во избежание этой опасности матерна, > курса представлен в виде системы взаимо< вязанных понятий, опроделоний, пос>улатов, законов и гоорем физики.

Автор стремился добиз ься логической последовательное<и изложения и обоснованности выводов. Автор надеется, что краткое, достаточно полное по содержани<о и с<рогов по характеру изложения пособие ока>ке<ся полезным для студентов, нередко испытывающих недостаток времени для работы над учебниками большого объема. В конце кш<гн имеется приложение. содержащее определения физических понятий, форл<узп>у>овки законов н соответствующие математические формулы. Структура приложения отражает логику маге- риала основного текста.

Оно полезно как при первом чтении книги. так и в процессе ее повторения. Системой единиц, принятой в курсе, является Международная система однпиц (СИ), !!оскольку наряду с СИ допускается прил<енение системы СГС, в приложении к книге приводятся основные и производные единицы обеих систем и связь между ними. Автор глубоко признателен Д.А. Миртовой, огромный опьп и творческое учасп<е которой способствовали улу*ппеник> рукописи. Автор ВВЕДЕНИЕ Физика изучает фундаментальные и, вместе с тем. наиболее об|цие законота|ерности явлений природы, свойсп|а и строение материи, законы ее движения. Понятия и законы фи п|ки лежат в основе всего естествознания.

Слово «физика» происходит от греческого слова «рЗ|ув|в»». что означает природа. Границы, отдечяю|пие физику от других естественных наук, в значительной мере условны и меняются с течением времени. Физика изучает количественные закономерности явлений и потому относится к и|очны.н наукам. ,"Законы физики базируются прежде всего па фактах, установленных опытным путем, то есть физика в целом -- наука экс||ерил«енп|ильнаи Физика неразрывно связана с математикой. ее законы представляют собой количественные соотношения и формулируются на математнческол«языке. Газлича|от экспериментальную и теоретическую физику.

Экспериме|пильпая физика включает в себя опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и для проверки известных физических законов. Цель теоретической физики состоит и фоЗ|мулиЗ|овании законов при1»|»д| | и обвис|ненни конкЗ|етных явлений па основе этих законов, а |ак»ке в преасказапии новых явлений. При изучении любого явления опыт и теория в равной мере необходимы и взаимосвязаны. В соответствии с многообразием иссчедуем|их обьектов н форм движения материи физика подраздел»|етс»| на ряд ра:зделов, связанных друг с другом.

Это деление нооднознапю, его можно проводить, руководствуясь различными критериями. По изучаемым обаектам физика делится па физику элементарш|к частиц, физику ядра. физику атомов и молекул, физику жидкостей и газов, физику твердо|о тела, физику плазмы, астрофизику и т.д. ввкдкник Другой критерий деления фи'зики па разделы деление в соответствии с пзу !аемн!ми процегэсамв или формами двиэ!се!!ил и!и!пер!э!!. Соответствеппо, в физике выделяют механику материальной точки и абсолютно твердого тела, механику сплошных сред, термодинамику и статистическую физику, электродинамику и Оп!'яку, тео1эикэ тяготепиэ!, кжюэтовукэ механику и к!заптовую теорию поля.