150441 (Кінематика і динаміка матеріальної точки)

Лекції з навчальної дисципліни

фізика

Вступ

Метою цієї лекції є вивчення ролі фізики в розвитку техніки, житті суспільства, обороні держави і підготовці офіцерів військ зв’язку України, взаємозв’язок її з іншими дисциплінами, а також методику її вивчення.

Предмет фізики. наукові та методичні основи фізики. внесок вітчизняних вчених в розвиток фізики

Предметом фізики є точне кількісне визначення загальних закономірностей, які керують процесами, що відбуваються в матеріальному світі.

Фізика вивчає такі процеси - механічні, молекулярні, термодинамічні, електромагнітні, ядерні та інші. В ХХ сторіччі відбулося розширення фізичних досліджень, виникли другі науки, тісно зв’язані з фізикою: радіофізика, біофізика, фізична хімія, астрофізика, геофізика, напівпровідникова (і мікросхеми), лазерна, кріогенна техніка та інші.

Науковою та методологічною основою фізики є спостереження явищ в природних умовах або спеціально поставлених експериментах з подальшим математичним їх моделюванням.

Україна до революції 1917 року входила до складу Російської імперії, а після - до складу Радянського Союзу, аж до його розпаду. Тому наукові відкриття, зроблені в Росії і Радянському Союзу належать і Україні. Але слід відмітити окремих вчених і наукові досягнення, пов’язані з Україною. Зокрема ренгенівські промені були одночасно відкриті К. Рентгеном і І. Палюй (який народився в Києві в 1845 році). В 30-ті роки ХХ століття Д. Іваненко запропонував будову ядра атома. В 1926 році В. Орлов створив полтавську гравіметричну обсерваторію. В 1928 році в Харкові відкрито фізико-технічний інститут, де в 30-ті роки працював А. Ландау - Нобелівський лауреат по фізиці (1962 рік) і де вперше у СРСР здійснено поділ ядра атома (К. Сінєльніков, А. Лєйпунівський, А. Вальтер, Г. Латишев).

В 1930 році Ю. Кондратюк (Шаргей) полтавець, видав працю “Завоевание межпланетного пространства”. В цьому ж році радіофізики А. Слуцький і Штейнберг побудували прилад, який тепер відомий як радіолокатор. І в цьому році Є. Потон відкрив в Києві лабораторією електрозварювання, яка згодом перетворилася у всесвітньо відомий інститут електрозварювання ім. Потона.

Серед учених фізиків України можна назвати ще Д. Жорджа, Кістяковського - одного з “батьків” американської атомної бомби, С. Корольова - піонера завоювання міжпланетного простору (разом з Кондратюком), І. Сікорського - видатного авіаконструктора США, М. Пильчіков (ХІХ ст.). В усьому світі відомі досягнення України в найсучасніших областях техніки озброєння, ракетобудування (завод Південний танкобудування - Харків, завод ім. Малишева), літакобудування (конструкторське бюро Антонова, Київ, Харків), кораблебудування. В усьому світі відомі наукові центри в м. Києві, Харкові і Днепропетровську і ін. містах (інститут ядерної фізики, інститут напівпровідників, інститут матеріалів, КБ Південне, інститут електрозварювання.

Роль фізики в розвитку техніки та вплив техніки на розвиток фізики. Фізика і математика. Роль фізики у зміцненні обороноздатності країни. Фізика та філософія

Фізика тісно зв’язана з технікою і цей зв’язок носить двосторонній характер. Значні фізичні відкриття рано чи пізно приводять до технічних переворотів, створенню нових галузей техніки. Важко знайти таку галузь техніки, яка б не виросла з фізики. Фізика є найбільш широкою теоретичною олсновою техніки. Прогрес в техніці - впровадження нового в техніку - зв’язаний з новими науковими відкриттями у всіх галузях науки, і особливо, в області фізики. На підставі досягнень фізичної науки створені заново такі сучасні галузі, як атомне машинобудування, космічна техніка, електронна та мікроелектронна, мікробіологічна промисловість, лазерна техніка, виробництво штучних алмазів та інших синтетичних матеріалів.

Сучасна теорія електромагнетизму є основою розвитку всієї промислової електротехніки та радіотехніки. Фізика напівпровідників привела до створення надмініатюрних приладів, швидкодіючих обчислювальних машин, зручних нагрівників та холодильників. Важливе значення зараз має ядерна енергетика, що народилась з фізики атомного ядра.

В свою чергу, розвиток техніки впливає на вдосконалення експериментальних методів фізичних досліджень, дає змогу застосування нових точніших приладів і установок, тобто сприяє прогресу в фізиці.

Науково-технічна революція спричинила швидкий зріст вимог до засобів зв’язку і одночасно відкрила широкий шлях для їх подальшого розвитку. Автоматичні системи керування технічними процесами, підприємствами і цілими галузями господарства зажадали створення сітки зв’язку для одержання вихідних даних, ввода їх в обчислювальні центри і передачі переробленої інформації споживачам.

Математика відіграє виключно важливу роль в фізиці. Без неї сучасна фізика немислима. Математика адекватний кількісний апарат для фізиків. В процесі розвитку фізика і математика взаємно збагачують одна одну. Але необхідно правильно уявляти істинну роль математики і фізики. Чиста математика має справу з абстрактними об’єктами і поняттями. При побудові теорії фізика замінює реальні об’єкти їх ідеалізованими моделями, що приблизно правильно передають не всі властивості реального об’єкт, а тільки ті з них, які суттєві в тому колі питань, що розглядаються. Які властивості реальних об’єктів суттєві, а які не відіграють помітної ролі - на це питання може відповісти тільки дослід, якому належить вирішальне слово в питанні про правильність будь-якої фізичної теорії і межах її-використання.

Досягнення в області фізики мають велике значення для обороноздатності України. Армія має саму сучасну техніку, яка постійно удосконалюється нашими вченими. Вдосконалення бойової техніки і створення нових їх зразків відбувалось і відбувається за рахунок використання нових досягнень в фізиці. Наприклад, в сучасних нових ракетах і літаках використали закон реактивного руху, а в атомних бомбах - реакцію поділу ядра, в водневих-термоядерну реакцію синтезу; лазерна зброя, нейтронна і багато іншого грунтується на знаннях законів фізики і її досліджень.

Сучасна військова техніка зв’язку широко використовує досягнення фізики. Десятки фізичних явищ використовуються для побудови радіоелектронних приладів (це лазерний ефект, тунельний ефект, ефект Холла, ефект Фарадея, ефект Ганна, Пельтьє та ін.) Розвиток радіофізики привів до створення дального та наддального зв’язку. Вивчення фізики атмосфери і умов розповсюдження радіохвиль привело до створення тропосферного та космічного зв’язку.

Фізика дуже тісно пов’язана з філософією. Вивчення фізики пов’язано з філософією. Вивчення фізики відіграє важливу роль у формуванні діалектико-матеріалістичного світогляду.

Діалектичний матеріалізм виходить з того, що світ матеріальний, існує незалежно від нашої свідомості, а наша свідомість об’єктивно відображає існуючий світ. Фізика підтверджує це положення діалектичного матеріалізму. Дійсно, якщо ми можемо за бажанням викликати, відтворити яке-небудь явище природи (наприклад, штучно створити блискавку), можемо використовувати в промисловості, в техніці відкриття і вивченні явища природи (електрика, магнетизм і т.д.), то це означає, що вони існують об’єктивно, а наш мозок відображає їх правильно.

Діалектичний матеріалізм стверджує, що матерія знаходиться в постійному русі, що рух і матерія незнищенні. Незнищенність руху стверджується законом збереження енергії.

Діалектичний метод розглядає природу як єдине ціле, де всі предмети і явища взаємодіють, залежать одне від одного. Фізика це стверджує. Наприклад, електричні властивості величини залежать від природи хімічних елементів, що входять до складу речовини, від типу взаємодії їх в речовині.

Діалектичний метод розглядає природу в стані неперервного руху, зміни, оновлення, де завжди щось виникає, розвивається. А щось руйнується, відмирає. Розвиток природи діалектичний метод розглядає як такий процес, в якому кількісні зміни ведуть до якісних змін, причому ці якісні зміни відбуваються стрибком. Яскравим фізичним ствердженням цього є зміна агрегатного стану речовини.

Одним з важливіших законів діалектики є закон єдності та боротьби протилежностей. Сучасна фізика яскраво це підтверджує. Доказано, що всі мікрочастини одночасно мають хвильові і корпускулярні властивості, хоч ці властивості протилежні, виключають одна одну.

Діалектичний матеріалізм як вища форма матеріалізму установлює загальні закони розвитку природи., суспільства, мислення. Він не установлює ніяких конкретних уявлень про будову матерії та формах її руху.

Таким чином, науковою методологією фізики, базою її світогляду є діалектичний матеріалізм.

Роль і місце фізики в підготовці військових фахівців з освітньо-кваліфікаційним рівнем бакалавр військових наук. Зв’язок фізики з іншими дисциплінами. Структура побудови навчальної дисципліни

Фізика - найважливіше джерело знань про навколишній світ, основа науково-технічного прогресу і теоретичної бази підготовки військових фахівців, і разом з цим - один з найважливіших компонентів людської культури (духовної та матеріальної). Цим визначається освітнє та виховне значення фізики як навчальної дисципліни у вищому навчальному закладі. Вивчення фізики, як базової дисципліни, передує вивченню професійно-орієнтованих дисциплін.

Фундаментальна підготовка курсантів з фізики є необхідною умовою для успішного вивчення таких дисциплін як “Технічна електроніка", “Теорія електричних кіл”, “Антени і розповсюдження радіохвиль", “Електрозабезпечення". Тому, викладачам фізики необхідно знати як використовуються знання і уміння з фізики при вивченні цих дисциплін.

Викладання фізики базується на знаннях і уміннях курсантів з фізики і математики, сформованих в середній школі і на знаннях і уміннях з фізики, сформованих при вивченні попередніх розділів і тем.

Дисципліна складається з УІ розділів, що містять 22 теми, вступ і закінчення, а саме:

Розділ 1 - Фізичні основи механіки,

Розділ 2 - Фізичні основи молекулярної фізики та термодинаміки,

Розділ 3 - Електрика та магнетизм,

Розділ 4 - Коливання та хвилі,

Розділ 5 - Елементи квантової фізики та фізики твердого тіла,

Розділ 6 - Фізика атомного ядра та елементарних частинок.

Порядок вивчення фізики. Звітність. Структура і зміст кваліфікаційних тестів і контрольних робіт та їх призначення. Рекомендації по самостійному поглибленню знань

Основну роль у вивченні фізики відіграють лекції, на яких вивчаються фізичні явища і закони та їх застосування на практичних заняттях формуються уміння курсантів застосувати фізичні закони і явища для розв’язання практичних задач.

На лабораторних роботах курсанти займаються експериментальними дослідженнями фізичних явищ і законів і формують навички експлуатації електро-радіовимірювальних приладів.

В інституті знання курсантів контролюються на кожному занятті: на лекціях, практичних і лабораторних роботах.

Підсумковий контроль знань і умінь курсантів проводиться в письмовій формі після закінчення вивчення кожного змістовного модуля. В кінці кожного семестру проводиться підсумковий контроль в письмовій формі за семестр. При цьому знання курсантів оцінюються за модульно-рейтинговою системою.

Завдання для контрольної роботи складаються з тем, які входять до певного модуля і носять як практичний, так і теоретичний характер.

При всій цінності аудиторні заняття не можуть проте до кінця рішити проблему переробки інформації, що одержали курсанти на заняттях: закріпити знання, зробити їх міцними, переробити набуті знання в уміння, навички, переконання. Ці завдання вирішуються у процесі систематичної, добре організованої і керованої викладачем самостійної роботи курсантів.

Основна мета самостійної роботи курсантів з фізики - розвинути навички роботи над конспектами, підручниками, навчальними посібниками, розширити й поглибити знання з даної дисципліни.

Опрацювання лекційного матеріалу є складною та відповідальною самостійною роботою. Її зміст може складати такі види завдань, як вивчення лекційного матеріалу, доповнюючи його матеріалом з рекомендованої літератури, письмова відповідь на питання, які поставив лектор, з використанням навчальних посібників. При обмеженому лекційному курсі деякі питання курсанти повинні опрацювати на основі рекомендованої літератури, вивчити й скласти конспект за заданими питаннями, тощо.

У самостійній роботі курсантів значне місце займає самостійне розв’язування прикладних задач. Розв’язування задач - це складова частина процесу вивчення фізики, вона дозволяє збагачувати фізичні поняття, розвивати фізичне мислення курсантів, формувати уміння, визначені освітньо-кваліфікаційною характеристикою на випускника вищого військового навчального закладу.

Висновки

Фізика була і є фундаментом науково-технічного прогресу.

Фізика стала не лише теоретичною основою сучасної техніки, а й її невід’ємною частиною

Вивчення фізики потребує глибоких знань з математики.

Фізика є теоретичним фундаментом для вивчення професійно-орієнтованих, військово-технічних і військових дисциплін.

Тема 1. Кінематика і динаміка матеріальної точки

Навчальний потік інженери

Час 2 години

Місце

Навчальна та виховна мета