Учебное пособие: Методические указания к выполнению компьютерной программы «Физика» по дисциплине «Концепции современного естествознания» санкт-петербург

⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Инженерная химия и естествознание»
к выполнению компьютерной программы «Физика»

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

Слово физика

происходит от греческого слова (физис - природа) и первоначально обозначало естествознание (в широком смысле). С ростом наших познаний о явлениях природы возникла необходимость в разделении областей исследований. Сейчас физика охватывает только исследование мертвой природы с тем ограничением, что рассматриваются только такие изменения состояния тел, при которых состав вещества остается без изменения; в крайнем случае, может изменяться их агрегатное состояние (твердое, жидкое, газообразное).
Вопрос «Как и почему движутся тела?» волновал людей с незапамятных времен. До первой половины XVII в. в механике господствовало учение Аристотеля. Считалось, что тело движется только когда на него действует сила. Необходим был коренной перелом в создании исследователей, чтобы вообразить тела, скользящие без трения по бесконечным горизонтальным плоскостям. И только Г. Галилею

удалось это сделать.
Новая физика начинается с Галилея (1564 - 1642), который первым ввел эксперимент как метод установления закономерных связей. При этом в основу физических исследований были положены мера и число.
Метод Галилея заключается в использовании сознательно видоизменяемых опытов и полученных из них серий измерений для установления обобщающих закономерностей. Этот путь от частного к общему называется индуктивным методом

; он широко применяется в экспериментальной физике. Индуктивному методу противопоставляется дедуктивный метод

. Предполагаемая причинная связь между различными физическими явлениями принимается как закон (гипотеза), и из нее выводятся соответствующие следствия для отдельных частных случаев. Если эти следствия подтверждаются экспериментом во всех без исключения случаев, то гипотеза превращается в теорию. Дедуктивный путь господствует в теоретической физике. Оба пути равноправны и применяются параллельно в физических исследованиях.
Современная физика включает большое количество разделов (механика, молекулярная физика, электродинамика, оптика и др.), направленных на изучение окружающего мира и создающих фундамент на котором развиваются такие отрасли техники как машиностроение, энергетика, радиотехника, электроника и многое – многое другое.
Механика изучает различные механические движения тел и причины, их вызывающие. Прочным фундаментом механики стали законы, разработанные И. Ньютоном (1643 - 1727) и изложенные впервые в 1687 г. в труде «Математические начала натуральной философии».
Эти законы, позволяют изучать самые разнообразные виды движения сложных механизмов и небесных тел.
Механическим движением

тела называется перемещение данного тела относительно других тел, принятых за неподвижные. Система тел, относительно которых перемещается данное тело, и часы для отсчета времени называются системой отсчета

. Положение тела в пространстве определяют координаты х, y, z. При механическом движении координаты тела меняются. Следовательно, механическое движение это изменение положения тела в пространстве с течением времени. Механическое движение имеет относительный характер.
Механика разделяется на кинематику, динамику и статику.
Кинематика изучает движение тел в пространстве без выяснения причин этого движения. По форме траектории движения разделяются на прямолинейные и криволинейные. Прямолинейным

называется движение, траектория которого прямая линия. Криволинейным

называется движение, траектория которого кривая линия. Примером криволинейного движения может быть движение тела по окружности или движение тела брошенного горизонтально и под углом к горизонту.
Траекторией

называется линия, которую описывает тело при своем движении. Расстояние, измеряемое вдоль траектории, называется путем

. Путь – скалярная величина, так как не указывает направление движения. Путь не всегда может указывать положение тела в пространстве с течением времени и определяется по формуле:
где v
– скорость

, также скалярная величина, показывающая численное значение длины пути, пройденного телом за единицу времени; t – время.
Для определения движения тела служит величина, называемая перемещением

. Перемещение тела - это вектор, соединяющий начальную и конечную точки траекторий, определяемое по формуле:
Пусть точка А
начального положения тела, движущегося прямолинейно и равномерно, определена координатой х 0

, тогда через время t оно окажется в точке В
с координатой х
. Перемещение
Численное значение перемещения равно х
– х 0

= v
t или х
= х 0

+ v
t.
Таким образом, зная координаты начального положения тела и вектор скорости, можно точно узнать координаты нахождения тела в любой момент времени. При совмещении в прямолинейном движении перемещения тела с направлением оси 0х, получим, что перемещение и путь окажутся численно равными. Поэтому при изучении прямолинейного и равномерного движения пользуются формулой пути (s= v
t).
Прямолинейное движение бывает равномерным, равнопеременным и неравномерным. При равномерном движении тело за равные промежутки времени проходит одинаковые отрезки пути.
Движение, при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые отрезки пути, называется равномерным

. Движение, при котором за единицу времени скорость изменяется на постоянную величину, называется равнопеременным

.
Величина, характеризующая изменение скорости за единицу времени, называется ускорением

. При равнопеременном движении ускорение величина постоянная. Величина выражается формулой:
где v –
конечная скорость; v 0
–
начальная скорость; t – время, за которое произошло данное изменение скорости.
Ускорение и скорость характеризуются не только численным значением, но и направлением, т.е. являются векторными величинами.
Если скорость равнопеременного движения возростает ( v > v 0

), то ускорение будет положительным, и движение называется равноускоренным

. Если скорость равнопеременного движения уменьшается ( v 0
> v
), то ускорение бедет отрицательным, и движение называется равнозамедленным

. За единицу измерения ускорения в системе СИ принято такое ускорение, при котором скорость изменяется на один метр в секунду (1 м/с) за секунду, т.е. 1 м/с 2
.
Мгновенной скоростью

неравномерного движения называется скорость в данный момент времени. Мгновенная скорость для равнопеременного движения, выражается формулой:
Если начальная скорость v 0
= 0, то v = а
t.
Средней скоростью

неравномерного движения называется скорость такого равномерного движения, при котором тело проходит такой же путь и за такое же время, как и при данном неравномерном движении:
Для равнопеременного движения средняя скорость определяется как среднее арифметическое начальной и конечной скоростей:
Путь равнопеременного движения с начальной скоростью выражается как произведение средней скорости на время движения: или .
Свободным падением

называется падение тел в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести. Свободное падение является равноускоренным движением. Ускорение свободного падения тел зависит от географической широты и высоты над уровнем моря. При решении задач принято пользоваться средним значением ускорения свободного падения, равным 9,81 м/с 2
.
Формулы свободного падения тел записываются аналогично формулам равноускоренного движения. Если начальная скорость равна нулю, эти формулы будут иметь вид:
где h – высота падения, g – ускорение свободного падения.
Динамика рассматривает движение тел в пространстве с изучением причин данного движения. Причиной изменения состояния движения (скорости) тел является сила

.
В природе нет сил как таковых. В природе существуют только тела и поля (гравитационное – поле тяготения, электрическое и магнитное), которые и взаимодействуют между собой. Под силой в механике понимают величину взаимодействия между телами и полями, в результате, которого происходит изменение состояния движения этих тех или их деформация. Если говорят, что на тело действует сила, то это значит, где-то рядом существует другое тело или поле, которое и оказывает действие на данное тело.
Сила – векторная величина, характеризующаяся численным значением, направлением и точкой приложения. Действие силы на тело не изменяется, если точку приложения ее переносить вдоль прямой, в направлении которой действует сила. В основу динамики легли три закона Ньютона.
Первый закон Ньютона.

Всякое тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, пока действие других тел не выведет его из этого состояния. Свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инерцией,

поэтому первый закон Ньютона называется законом инерции.
Так как в природе тело не может быть изолировано от действия других тел и полей, то относительный покой, равномерное и прямолинейное движение наблюдаются только в тех случаях, когда результирующая действия всех сил на данное тело равно нулю.
Первый закон Ньютона выполняется в системах отсчета, находящихся в покое или прямолинейном и равномерном движении относительно Земли. Такие системы отсчета называются инерциальными

. В системах отсчета, движущихся относительно Земли с ускорением, закон инерции не выполняется. Такие системы отсчета называются неинерциальными

.
Второй закон Ньютона

Ускорение, сообщаемое телу данной силой, прямо пропорционально величине этой силы и обратно пропорционально массе тела.
где а
– ускорение; F
– действующая сила или равнодействующая нескольких сил; m
– масса тела.
Ускорение –векторная величина, совпадающая с направлением действующей силы. За единицу измерения силы в системе СИ принята такая сила, которая телу массой в 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 2
. Такая единица называется Ньютоном (Н):
Свойство тела, от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью

.
то формула второго закона Ньютона может выглядеть так:
Произведение силы F на время ее действия t называется импульсом

силы, произведение массы движущегося тела на скорость – количеством движения

(К = m v
). Величина m v 2
-
m v 1

представляет собой изменение количества движения. Таким образом, второй закон Ньютона можно сформулировать так: изменение количества движения тела пропорционально импульсу силы, действующей на него.
Сила – это векторная величина, которая характеризуется модулем, направлением и точкой приложения.
Третий закон Ньютона

Действия тел друг на друга всегда равны по величине и противоположны по направлению:
Знак минус ставится потому, что силы F 1
и F 2
имеют противоположные направления. Эти силы приложены к разным телам и поэтому не уравновешиваются.
Все силы притягиваются Землей. Сила, с которой тела притягиваются к Земле, называется силой тяжести. Под действием силы тяжести все тела падают на Землю и давят на ее поверхность. Ускорение падения тел на Землю, без учета сопротивления воздуха, называется ускорением свободного падения. На основании второго закона Ньютона можно записать:
где Р
– сила тяжести; m
– масса тела; g – ускорение свободного падения.
В практике широко используется понятие веса тела

. Весом тела называется сила, с которой притягиваемое Землей тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес. Вес тела и сила тяжести – это разные понятия. Вес тела – это сила, приложенная к горизонтальной подставке или вертикальному подвесу, а сила тяжести приложена к самому телу. Вес тела и сила тяжести только в инерциальных системах численно равны. Если тело находится в лифте, поднимающемся вверх с ускорением а, то сила давления этого тела на пол будет равна:
т.е. вес тела будет больше силы тяжести.
На тело, находящееся в лифте, действуют две силы: сила тяжести Р = mg (центростремительную силу в расчет не принимаем), направленная вниз, и сила реакции F пола лифта, направленная вверх. При движении лифта вверх с ускорением а
F – P = ma
или F = P + ma = m(g+a).

По третьему закону Ньютона сила давления тела на пол численно равна силе реакции пола:
,т.е. вес тела равен Р '
= m (g + а)
.
Это и объясняет перегрузку, испытываемую космонавтами при подъеме спутника.
При движении лифта (системы отсчета) вниз с ускорением а
P – F = ma
или F = P – ma = m(g - a)
.
Закон сохранения количества движения

. Пусть при взаимодействии двух тел первое тело с массой m 1
под действием второго тела (силы F 1
) получило ускорение а 1
, а второе тело с массой m 2
под действием первого тела (силы F 2
) получило ускорение а 2
, т.е. F 1
= m 1
a 1

и F 2
= m 2
a 2

. Сделав преобразования, на основании третьего закона Ньютона можно записать: m 1
v 1
+ m 2
v 2
= m 1
u 1
+ m 2
u 2
. Следовательно, сумма количеств движения взаимодействующих тел до взаимодействия равна сумме количеств движения тел после взаимодействия. Этот закон носит название Закон сохранения количества движения.
Закон всемирного тяготения.

Два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:
Коэффициент пропорциональности γ называется гравитационной постоянной

, численно равной силе, с которой притягиваются две материальные точки массой 1 кг каждая, и находящиеся друг от друга на расстоянии 1 м.
Для тел, поднятых над Землей, при условии, что Земля – однородный шар, h<Учебное пособие: Методические указания к выполнению компьютерной программы «Физика» по дисциплине «Концепции современного естествознания» санкт-петербург
Дипломная работа по теме Формирование познавательной потребности у учащихся средствами информационных технологий
Совершенствование Организации Труда Работников Предприятия Курсовая
Русская Осень Сочинение
Участково Уполномоченный Полиции Реферат
Контрольная работа: Статистика коммерческой деятельности
Курсовая работа по теме Бухгалтерский учет основной деятельности коммерческого банка
Реферат: Ревізійні комісії підприємств і організацій
Реферат На Тему Возникновение Чисел
Дипломная работа по теме Библия в системе поэтики романа Достоевского "Братья Карамазовы"
Курсовая работа: Використання музично-дидактичних ігор на уроках музичного мистецтва
Реферат: Полководец и военноначальник Великой Отечественной войны К. К. Рокоссовский
Купить Контрольную Работу В Спб
Выполнение Отчета По Практике
Реферат: Осциллограф . Скачать бесплатно и без регистрации
Дипломная работа: Влияние церковной благотворительности на развитие и становление социальной работы на Урале. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме США
Контрольные Работы Начальных Классов
Реферат: Кризис 17 августа 1998
Реферат: Уроки в інтегральній технології навчання за В. Гузеєвим
Контрольная работа: Контрольная работа по Экономике предпрития
Статья: Особенности регуляции произвольной моторики у больных детскими церебральными параличами
Курсовая работа: Буровые установки глубокого бурения
Реферат: Holocaust Essay Research Paper What is Holocaust