1611143568-6c414b7a65a7cc66444fbd70877c8701 (825027), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Особо выдел!пот в физике учение о колебаниях и волнах. Это обусловлено общпостыо закопомерпостей колебательных процессов различпой физической природы и общпостыо методов их исследовапия. При этом рассматриваются механические, акустические, электрические и оптические колебания и волны с единой точки зрения.
Вследствие глубокой впутреппей взаимосвязи э!ежду объекгамв магериепэьпого мира и процессами, в которых опи участвуют, указапные разделы физики части шо перекрываются. Предлагаемый впимапинэ читателей курс физики имеет традиционное деление па разделы: элехапика, молекулярная физика и термодинамика, электромагпетизм, колебания и волпы, оптика, основы квантовой физики. Первая книга посвящена меха- пике.
ГДАВЛ1 КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЯКИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА Кинематика это раздел механики. в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учета их массы и дейс~вующ~х сил. Исходными г кипе~а~яке являются понятия пространства и времени, которые невозможно определить через какие-либо другие более простые нопя1ия.
Свойства нрострапстга 1прострапство трехмерно, однородно и изотропно) и времени (время одномерно н однородпо) имеют принципиальное значение для построения кинематики и механики в пелом. Историческое развитие физических представлений о пространстве и времени проходи.чо по двум направлениям. В основе одного лежали идеи Демокрита (У век до н.э.), который рассматриьал пустоту (пространство) как особый род бытия. Идеи Демокрита нашли наиболее полное воплощение в ньютоновских понятиях абсолютного пространства и абсолютного времени. Другое направление восходит к Аристотелю (1Ъ век до н.э.) и, позднее, к Г.В.
Лейбницу (1646 — 1716), который рассматривал прострапстго и времч как определенные типы отношений между материальными объектами. Согласно этим представлениям, пространство и время не имеют самостоятельного существовашля. Концепция Лейбница была развиса А. Эйшпсейпом (1879 — 1955) в специальной и общей теории относительности. В данной книге мы ограничимся изложением основных законов класси геской ньютоновской механики.
Некоторые вопросы релятивистской механики рассматриваются в других разделах курса. й 1, Пространственно-временные системы отсчета. Постулаты классической механики о пространстве, времени и движении Относительность движения. Мартини зеским дввлсенигм называется изменение положения тела в пространстве с течением времени. Положение тела в пространстве может быть определено только по отпошепик1 к каким-либо другим телам. Это же касаешься и движения тела. В связи с этим вводится понятие тела отсчета. 12 Кинематики ~ггь ! Телом отс югпа пазывается тело (система тел), отпосителыго которого определяется положепие в пространстве иптересуюгцего нас обьекта. Так, движепие артиллерийского снаряда удобно описывать отпосительпо поверхности Земли, движение межпланетного космического корабегя относительно Солпца.
И нервом случае телом отсчета является Земля. во втором Солпце. Система координат. Для описания движения па практике с телом отсчета всегда жестко связывают какую-либо систему координат. Декарпзовп прямоугольная система координат это три пересекающиеся в одной точке (начало координат) взаимпо перпендикулярные оси т, й, г (рис. 1). Существуют два вида коордипат- пых систем: правая и левая. В правой О системе координат кратчайший переход от положительного конца оси и к положительпому концу оси у, если его паб.чюдать от положительпоРис.
1 го коица оси с, осуществляется в па- правлении против часовой стрелки. В левой системе координат по часовой стрелке. Мьз будем пользоваться правой системой координат. 1(оордипаты л. рд г неболыпого тела 1, которое можно считать материальной точкой (см, ниже), определяют его положение в п1зостранстве. Три координаты удобпо объединить в один паправлепный отрезок или радиус-векьюр г, проведезгиый из пачала коорди- А нат к тезю: г .= тй + уз + 21с, где 1. 1, 1с . единичные векторы, иаправле~гиыс зздоль коордипагпых осей О (орты). Положение тела па плоскости удоб- рис.
2 по определять в поллрной системе координат с помощью двух параметров г и гр (рис. 2), которые представляют собой, соответствеппо, длину проведенпого изиача.ча координат (гочка О) к телу Л радиуса-вектора г, и угол между радиусом-вектором г и некоторой фиксированной осью, обозначенной Ол.
Просо)раз<со)сонно-орсмснь<нс снстсмы отснооьо В сфери <есной системе координат положение тела в пространств<) зыдя<зг<зя тр<зхья <и<лами 1, 0 н <р (рис. 3), ьд<1 г длина проведеьшого из начала координат (точка 0) к телу А радиуса-вектора г, 0 — полярный угол, образованный радиусом- Вектором Г <' ВРртика.11 ной ОсыО Ои декартовой системы коорди- г наг; <р . Взимутальный угол (угол А между проекцией на плоскость ху радиуса-вектора г и осью О в декар- г товой системы координат).
0 Измерение длины. Оиу)вдлРние координа1 1ела В кОЯРчном счете сво.<ится к измерению ра<стоя ни и 1;[ли н О грсзкОВ), Под измерением длины мы имеем ВВиду ш1Рдующую ОИРрацию. Ряс. 3 Некоторььй твердый стержень принимается за эьялон, а <))о данна за единшзу длины. При измерении расстояния между двумя точками (нли длины тела) определяет<<я число, показываьощее, сколько раз в отрезке проходящей через эги точки )<рамой укладывается выбранный эталон. Это число и называется расстоянием или длиной отрезка. В<ли число не целое, предварительно длину эталона делят на более мелкие <асти: десятые, сотые и т.д. Длину всякого отрезка можно представать в виде целого пнша с десятичной дробью. Инструментом для измерения д, зины мож<"т служить, например, линейка с нанесенной на нее миллиметровой шкалой (простезьший эталон).
Сущ<.ствуьот и значительно более то шые методы иззп)р<зния. 1як, при изьпьр<)нии О нзнь малых длин. с которыми им<)ст дело физика атомов и молекул, применяются методы электронной микроскопии, при измерении рас<иоянпй до удал<.ннь.ьх Обь<зктов —. Опти и)сан<. м<то;ьь,ь и т.д. Одьгзко принципиальный способ измерения длины отрезка Всегда сводится к его сравнеьппо с эталоном. За единицу длины в СИ 1тяк принято обо:тачать Междуной)одньую систему единиц) пршиьт сиен)1) (м).
Первоначально (<ь 1799 г.) в качеств<' эталона использовали платиновый прото<илп метра в вид<,шнейки ширины 25 см толщины около 4 мм с расстоянием между концами 1 м, причем метр был определен как одна десятимиллионная часть зехшого меридиана. С конца Х1Х до середины ХХ в, международный эталон хьетрьз был р< ялизован В виде с)ержня пз сплава п.лелины и иридия. Начиная с 1983 г, метр определен как длина пути,проходимая в вакууме плоской электромагнитной волной за 1,'299 792 458 долн) секунды.
Кива|яани(ха ~Г.!.! Измерение времени. Движение тел происходит в пространстве и Во времени. Дпя (|Го описания необходимо измерять не только длины отрезков, по и промежутки времени. Это делается с помощью часов. Под часиеии понимают л|обое устройство, в котором совершается пригодный для измерения времени п(|рподнческнй процесс. В качеств() прихпзрОВ испо„!ь:зг(|мых В |асах пс1л|одич(зских процессов ыожпо привести колебаш|я маятника с постоянной амплитудой, вращение Земли вокруг собственной осп.
колебания электромагнитного поля и др. За едшпщу времени в СИ принята, се»7(вда 1С). Эталон секунды промежуток вр(Висни, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебанш| электром(1ГнитнОГО изл|'п||шя, соотве)тствукиц(зго пер('х0„11 ггеж.ту Определеш|ыми сверхтонкими энергетическими уровнями основного состояния атох!а цезия-133 В Отсутс!Ви(1 Вн(|шпик пол(Й.
Синхронизации часов. Д|!я описания механического движения необходимо пользоваться единым для всего пространства временем и, следовательно, синхронизовать размещенные в различных частях пространства часы, то есть установить их так, чтобы они показывали одинаковое время. Это можно сделать, например, с помо|цьн) световых импульсов. Из пункта А посылают в пункт В световой импульс. которьпл, отразившись от рас|ппоженного в пункте В зеркала.
возвращается в А. Полагают. что скорости распространения светового сигнала нз пункта А в пункт В и ОО1»гтно одинаковы. ПЗсть 1 В1»|мя на расположенных в пункте А часах в момент отправз!ения сигнала, т— время распространения сигнала пз А в В и обратно. измеренное по тем же часам. Тогда на часах в пункте В в момент прихода в этот пункт светового импульса (шедует установить время Р+т ,'2. В результате чш;ы в точках А и В будут показывать одинаковое время. Пространственно-временная система отсчета.
Мы установи.|п, что для опгп вппя движения в прострв|пта(' и во времени необходимо име||п и) тело Отеч(зт! и связаннг к) с нны систем1 ко(й)|!инат: б) прибор для измерения длин отрезков 1л!!Нейку): В) устройство для и|зги".репин прохп ж1 тков В1» м()нп (часы); 1 ) метод сиихро|п1'.запив '1асОВ. Совокупность перечисленных условий и образует так называему|о прис|при невгвин|ное ирел|е нн(бю Г пс|пемй отс "шпгп. ПОнятие! сис|еъл! От(яп'та явл|пзтся фундамезнта.зьныы В физике.
Пространственно-временное описание движения при помо- 'З З1 Бенепоуны<1 и но«убив«ты»<И способы описонио деилсенил 15 щи расстояний и промежутков времени возможно только тогда, когда выбрана определенная сист<ша отсчета. Постулаты классической механики о пространстве, времени и движении. В классической пьзотоновской механикс раз)пры тел и промежутки времени между <зобьггияхш рассматриваются как вбсолютшяе вели шны. Это озяа оп)т, что можно говорить о дзшне тела 1«тело имеет дгшну 1,5 м»), пе 1каз! 1Вая, покОится или дВижется т<'.ЛО В данной С1(ст(зы(з Отс шта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
