- •Вступ Що вивчає фізика
- •Фізичні величини. Вимір фізичних величин
- •Спостереження і досліди - джерела фізичних знань.
- •Будова речовини
- •Розділ 1 механіка Механічний рух. Простір і час
- •Положення тіла або точки можна задати тільки відносно іншого тіла, яке називається тілом відліку.
- •Елементи кінематики
- •§1. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення
- •Кінематикою називають розділ механіки, в якому рух тіл розглядається без з'ясування причин цього руху.
- •§2. Швидкість і прискорення руху
- •Прискорення
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Рух тіл з прискоренням вільного падіння
- •§ 3. Рух по колу
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Динаміка поступального руху
- •§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила
- •Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.
- •Взаємодія тіл. Сила.
- •Інерція. Маса тіла
- •Густина речовини
- •Перший закон Ньютона ( закон інерції)
- •§ 5. Другий закон Ньютона
- •§ 6. Третій закон Ньютона
- •§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
- •Сила тяжіння.
- •Вага тіла Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.
- •Невагомість
- •Сила тертя
- •Доцентрова сила
- •Відцентрова сила
- •Сила пружності. Закон Гука
- •§ 8. Закон збереження імпульсу
- •Тема 3 Робота і енергія
- •§ 9. Робота, енергія, потужність
- •Потужність. Одиниці потужності
- •Енергія. Закон збереження енергії.
- •Потенціальна енергія
- •Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
- •Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.
- •Закон збереження механічної енергії
- •Сума потенціальної і кінетичної енергії тіла або декількох тіл називається повною механічною енергією.
- •§ 10. Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії
- •Розв’язок:
- •Тема 4 Динаміка обертального руху
- •§11. Рівновага тіл, які мають закріплену вісь обертання.
- •§12. Момент сили і момент інерції тіла відносно осі обертання.
- •Кінетична енергія обертального руху. Момент інерції.
- •Моменти інерції деяких тіл.
- •Теорема Штейнера.
- •§13. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •§14. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •Розділ 2 основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •Тема 5
- •Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •§15. Дослідне підтвердження основних положень мкт Існування проміжків між частками
- •Малість розмірів часток речовини
- •Рух часток речовини
- •Дифузія
- •Взаємне притягання і відштовхування молекул
- •Швидкість руху часток і температура
- •Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.
- •§16. Три стани речовини
- •§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
- •Кристалізація аморфних тіл.
- •§ 18. Будова рідин
- •§ 19. Газоподібні тіла
- •Тема 6 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу § 20. Ідеальний газ і його параметри
- •§ 21. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 22. Газові процеси
- •§ 23. Основне рівняння мкт газів
- •§24. Температура
- •§25. Розподіл молекул за швидкостями
- •§ 26. Барометрична формула.
- •§ 27. Короткі відомості про атмосферу.
- •§ 28. Розподіл Больцмана
- •§ 29. Явища переносу
- •Середня довжина вільного пробігу і число зіткнень за секунду молекул газу.
- •Дифузія.
- •Теплопровідність
- •Внутрішнє тертя (в'язкість)
- •Тема 7 Перший закон термодинаміки
- •§ 30. Внутрішня енергія
- •§ 31. Перший закон термодинаміки Способи зміни внутрішньої енергії
- •§ 32. Теплоємність
- •§ 33. Перший закон термодинаміки для різних термодинамічних процесів
- •§ 34. Адіабатичний процес
- •Тема 8 Другий закон термодинаміки
- •§ 35. Теплові двигуни. Термодинамічні цикли. Цикл Карно
- •Двигун внутрішнього згорання
- •§ 36. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки
- •§ 37. Статистичний зміст ентропії
- •Питання і задачі :
- •Розділ 3 електромагнетизм
- •Тема 8 Електростатика
- •§ 38. Електричний заряд. Закон Кулона
- •§ 39. Електричне поле
- •Принцип суперпозиції електричного поля.
- •§ 40. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Гауса для електричного поля у вакуумі
- •Лінії напруженості електричного поля
- •§41. Робота електричного поля по переміщенню заряду. Потенціал
- •§ 42. Діелектрики і провідники в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електроємність. Конденсатори
- •Електрична ємність
- •З'єднання конденсаторів
- •При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
- •§43. Енергія електричного поля
- •Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
- •Тема 9 Електричний струм
- •§ 44. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга
- •§ 45. Закон Ома
- •§ 46. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Правила Кірхгофа
- •При послідовному з'єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.
- •Правила Кірхгофа для розгалужених кіл
- •§ 47. Робота і потужність струму. Закону Джоуля-Ленца
- •Робота dA електричного струму I, що протікає по нерухомому провідникові з опором r, перетвориться в теплоту dQ, що виділяється в провіднику.
- •§ 48. Класична теорія електропровідності металів
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля-Ленца.
- •Нині ведуться інтенсивні роботи по пошуку нових речовин з ще вищими значеннями Tкр.
- •Тема 10 Магнітне поле і його характеристики.
- •§49. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
- •§ 50. Закон Біо - Савара - Лапласа
- •§ 51. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля
- •§ 52. Сила Лоренца
- •Тема 11
- •§ 53. Магнітне поле в речовині
- •Тема 12 Електромагнітна індукція
- •§ 54. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •§ 55. Самоіндукція. Енергія магнітного поля
- •Енергія магнітного поля
- •Література
- •Тема 1
- •Національна металургійна академія України
- •49600, Г. Дніпропетровськ 5, пр. Гагаріна, 4
- •Редакційно-видавничий відділ нМетАу
§ 6. Третій закон Ньютона
На тіло діють сили тільки тоді, коли воно взаємодіє з іншими тілами. Наведемо декілька прикладів. При зіткненні двох більярдних куль міняють свою швидкість, тобто отримують прискорення обидві кулі. Коли при формуванні залізничного потяга вагони натрапляють один на одного, буферні пружини стискуються в обох вагонів. Земля притягує місяць і примушує його рухатися по криволінійній траєкторії. У свою чергу місяць притягує Землю (ця дія виражається приливами і відливами в океанах). Ці приклади показують, що сили завжди виникають не "самостійно", а по дві відразу: якщо одне тіло діє з деякою силою на інше (дія), то і друге тіло діє з деякою силою на перше (протидія).
Третій закон Ньютона кількісно характеризує цю взаємодію: сили, з якими тіла діють один на одного, рівні за величиною і протилежні по напряму і діють уздовж прямої, яка сполучає ці тіла:
. (1.16)
Рисунок 1.10.
Рисунок 1.10 ілюструє третій закон Ньютона. Людина діє на вантаж з такою ж по модулю силою, з якою вантаж діє на людину. Ці сили спрямовані в протилежні сторони. Вони мають одну і ту ж фізичну природу - це пружні сили канату.
Сили, діючі між частинами одного і того ж тіла, називаються внутрішніми. Якщо тіло рухається як ціле, то його прискорення визначається тільки зовнішньою силою. Внутрішні сили виключаються з другого закону Ньютона, оскільки їх векторна сума дорівнює нулю. В якості прикладу розглянемо (рис.1.11), на якому зображено два тіла з масами m1 і m2, жорстко зв'язані між собою невагомою нерозтяжною ниткою і рухаються з однаковим прискоренням як єдине ціле під дією зовнішньої сили F.
Рисунок 1.11.
Між тілами діють внутрішні сили, що підпорядковуються третьому закону Ньютона F1=-F2. Рух кожного тіла залежить від сили взаємодії між ними. Другий закон Ньютона, застосований до кожного тіла окремо, дає:
.
Складаючи ліві і праві частини цих рівнянь і зважаючи, що F1=-F2, а1=а2=а, отримаємо: . Внутрішні сили виключилися з рівняння руху системи двох пов'язаних тіл.
Закони Ньютона дають можливість розв’язати будь-яке завдання механіки. Знаючи прискорення можна знайти швидкість, переміщення і координати тіла у будь-який момент часу. Для цього треба знати початкові умови - початкове положення тіла і початкову швидкість.
Так, наприклад, вченим, які управляють польотом космічного корабля, необхідно наперед знати положення корабля у будь-який момент часу. Їм відоме початкове положення корабля на стартовому майданчику, початкова швидкість і сили, які діють на корабель в будь-якій точці траєкторії. Користуючись цими даними, вони вирішують задачу механіки відносно космічного польоту. Так, як сили, які діють на корабель, увесь час міняються, то ці обчислення дуже складні.
§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
Дослід показує, що Земля притягує до себе усі тіла, що знаходяться на ній і поблизу неї: людей, воду морів, океанів і річок, будинки, Місяць і т. д. Але і ці тіла притягують до себе Землю. Наприклад, тяжіння з боку місяця викликає на Землі приливи і відливи води, величезні маси якої піднімаються в океанах і морях двічі в добу на багато метрів. Земля і усі інші планети, що рухаються навколо Сонця, притягуються одна до одної. Притягуються один до одного і усі тіла на Землі. Взаємне тяжіння Всесвіту називається всесвітнім тяжінням.
Тіла притягуються один до одного з силою, яка прямо пропорційна добутку мас тіл m1, m2 і обернено пропорційна до квадрата відстані між ними r2 (рис. 1.12).
Рисунок 1.12.
. (1.17)
G - гравітаційна стала G=6,67 ·10-11 Н·м2/кг2.