Шпаргалка по "Физике"

Вопрос 1.

Предмет Физика.

 

Физика — это наука о природе  в самом общем смысле (часть  природоведения). Она изучает материю (вещество и поля) и наиболее простые  и вместе с тем наиболее общие  формы её движения, а также фундаментальные  взаимодействия природы, управляющие  движением материи. Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и  др.) описывают только некоторый  класс материальных систем, подчиняющихся  законам физики. Например, химия  изучает атомы, образованные из них  вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими  свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика. Физика тесно связана с математикой.

 

 

Вопрос2.

Общие представления  о механике.

 

Классическая механика — вид  механики (раздела физики, изучающего законы изменения положений тел  в пространстве со временем и причины, это вызывающие), основанный на законах  Ньютона и принципе относительности  Галилея. Поэтому её часто называют «Ньютоновской механикой». Классическая механика подразделяется на:

  статику (которая рассматривает  равновесие тел)

 кинематику (которая изучает  геометрическое свойство движения  без рассмотрения его причин)

   динамику (которая рассматривает  движение тел).

Классическая механика даёт очень  точные результаты, если её применение ограничено телами, скорости которых  много меньше скорости света, а размеры  значительно превышают размеры  атомов и молекул. Обобщением классической механики на тела, двигающиеся с  произвольной скоростью, является релятивистская механика, а на тела, размеры которых  сравнимы с атомными — квантовая  механика. Квантовая теория поля рассматривает  квантовые релятивистские эффекты.

Тем не менее, классическая механика сохраняет своё значение, поскольку:

 она намного проще в понимании  и использовании, чем остальные  теории

в обширном диапазоне она достаточно хорошо описывает реальность.

Классическую механику можно использовать для описания движения таких объектов, как волчок и бейсбольный мяч, многих астрономических объектов (таких, как планеты и галактики), и  иногда даже многих микроскопических объектов, таких как молекулы.

 

Вопрос 3.

 

Кинематика  вращательного движения.

 

Вращательным  называется движение, при котором  все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной  прямой – оси вращения.

 

Вопрос 4.

 

Основные законы динамики поступательного движения(законы Ньютона).

 

 Дина́мика — раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения. Динамика оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, энергия.

Законы Ньютона:

• Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.
• В инерциальной системе отсчета сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению массы этого тела на векторное ускорение этого же тела (действие на тело силы, проявляется в сообщении ему ускорения).(Для реакттивного движения импульс/время. Таким образом, сила характеризует быстроту изменения импульса.)
•     Тела действуют друг на друга силами равными по модулю и противоположными по направлению.

 

Вопрос 5.

Опыт Кавендиша.

 Экспериме́нт Ка́вендиша — первое экспериментальное измерение гравитационной постоянной, осуществлённое Генри Кавендишем в 1797—1798 годах. Установление Ньютономзакона всемирного тяготения явилось важнейшим событием в истории физики. Его значение определяется прежде всего универсальностью гравитационного взаимодействия. На законе всемирного тяготения основывается один из центральных разделов астрономии — небесная механика. Мы ощущаем силу притяжения к Земле, однако притяжение малых тел друг к другу неощутимо. Требовалось экспериментально доказать справедливость закона всемирного тяготения и для обычных тел. Именно это и сделал Г.Кавендиш, попутно определив среднюю плотность Земли.

Опыт: Установка представляет собой деревянное коромысло с прикреплёнными к его концам небольшими свинцовыми шарами диаметром 5 см и массой 775 г. Оно подвешено на нити из посеребрённой меди длиной 1 м. К шарам подносят шары большего размера диаметром 20 см и массой 49,5 кг, сделанные также из свинца. В результате действия гравитационных сил коромысло закручивается на некий угол. Жёсткость нити была такой, что коромысло делало одно колебание за 15 минут. Угол поворота коромысла определялся с помощью луча света, пущенного на зеркальце на коромысле, и отражённого в микроскоп. Зная упругие свойства нити, а также угол поворота коромысла, можно вычислить гравитационную постоянную. Для предотвращения конвекционных потоков установка была заключена в ветрозащитную камеру. Угол отклонения измерялся при помощи телескопа. Заподозрив в качестве причины закручивания нити магнитноевзаимодейстивие железного стержня и свинцовых шаров, Кавендиш заменил стержень медным, получив те же результаты.

 

Вопрос 6.

Момент инерции  твердого тела.

 

Момент  инерции — скалярная физическая величина, мера инертности тела во вращательном движении вокруг оси, подобно тому, как масса тела является мерой  его инертности в поступательном движении. Характеризуется распределением масс в теле: момент инерции равен  сумме произведений элементарных масс на квадрат их расстояний до базового множества (точки, прямой или плоскости).

 

Вопрос 7.

Физический смысл  момента инерции.

 

Физический  смысл момента инерции: момент инерции  играет при вращательном движении тела такую же роль, какую масса при  поступательном движении, т.е. момент инерции  является мерой инертности тела при  вращательном движении.

 

Вопрос 8.

Теорема Штейнера. Применение теоремы для стержня и маховика.

 

Теоре́ма Гю́йгенса — Ште́йнера, или просто теорема Штейнера: момент инерции тела J относительно произвольной оси равен сумме момента инерции этого тела JC относительно параллельной ей оси, проходящей через центр масс тела, и произведения массы тела m на квадрат расстояния d между осями:

J=J*C+(md)^2(маховик)       JC= 2/5 mR^2 для стержня

Где

JC —  известный момент инерции относительно  оси, проходящей через центр  масс тела,

    J — искомый момент инерции  относительно параллельной оси,

    m — масса тела,

    d — расстояние между указанными  осями.

 

Вопрос 9.

Основное уравнение  динамики вращательного движения.

 

Это основное уравнение динамики для вращательного движения твердого тела. Произведение момента инерции тела на его угловое ускорение равно сумме моментов всех сил относительно оси вращения. Из уравнения

 

Вопрос 10.

Момент импульса. Закон  сохранения момента импульса.

 

Момент  импульса характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение.  Закон сохранения импульсаутверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.

 

Вопрос 11.

Общие свойства жидкостей и газов.

 

Закон Паскаля гласит: жидкости и  газы передают оказываемое на них  давление равномерно во всех направлениях. Жидкости и газы могут принимать форму сосуда.

 

Вопрос 12.

Уравнения неразрывности.

 

Уравнения непрерывности — (сильная) локальная  форма законов сохранения.

V=SUt; U1\U2=S2\S1;

 

 

Вопрос 13.

Уравнение Бернулли.

Закон Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего  трения) несжимаемой жидкости:

Здесь

 — плотность жидкости,

 — скорость потока,

 — высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,

 — давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,

 — ускорение свободного падения.

Константа в правой части  обычно называется напором, или полным давлением, а также интегралом Бернулли. Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости.

 

Вопрос 14.

Вязкость жидкости. Число Рейнольдса.

 

очень большие  числа Гейнольдса эквивалентны очень  малой вязкости, в результате чего жидкость может рассматриваться  при таких R как идеальная. Однако такое приближение во всяком случае непригодно для движения жидкости вблизи твердых стенок. Граничные условия  для идеальной жидкости требуют  лишь исчезновения нормальной составляющей скорости; касательная же к поверхности  обтекаемого тела компонента скорости остается, вообще говоря, конечной. Между  тем, у вязкой реальной жидкости скорость на твердых стенках должна обращаться в нуль. Вязкостью жидкости называют свойство реальных жидкостей оказывающих сопротивление одной части жидкости относительно другой.

 

Вопрос 15.

Постулаты СТО.

Специальная теория относительности (СТО; также частная теория относительности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности. Постулаты: СТО полностью выводится на физическом уровне строгости из пяти постулатов (предположений):

1. Справедлив принцип относительности Пуанкаре-Эйнштейна, являющийся расширением принципа относительности Галилея на все явления.
2. Скорость света не зависит от скорости движения как источников, так и приёмников во всех инерциальных системах отсчёта. Это позволяет дистанционно произвести однозначную первоначальную синхронизацию всех имеющихся часов как в неподвижной, так и в движущейся системе отсчёта.
3. Справедливость симметрий относительно поворотов в пространстве-времени Евклида.
4. Справедливость симметрий относительно сдвигов в пространстве-времени Евклида.
5. Пространственно-временные измерения осуществляются с помощью электромагнитных волн.

 

Вопрос 16.

Принцип относительности  Галилея.

Преобразова́ния Галиле́я — в классической механике (механике Ньютона) преобразования координат и времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета (ИСО) к другой. Преобразования Галилея подразумевают одинаковость времени во всех системах отсчета («абсолютное время»^[3]) и выполнение принципа относительности.Иным образом этот принцип формулируется (следуя Галилею) так: если в двух замкнутых лабораториях, одна из которых равномерно прямолинейно (и поступательно) движется относительно другой, провести одинаковый механический эксперимент, результат будет одинаковым.

 

Вопрос 17.

Основные  уравнения СТО

 

(время)            

   (длина)

 

(скорость)    

 

(где   это скорость)

 

Вопрос 18.

Основные представления  об электрических зарядов.

 

Электрические заряды представляют собой избыток  электронов, что под действием  внутренних факторов (электромагнитное поле, химические процессы, фотонные явления  и т.д.) стремятся перейти на противоположную  клемму этого источника электропитания.

 

Вопрос 19.

Закон Кулона. Принцип  суперпозиции электрических полей

 Зако́нКуло́на — это закон о взаимодействииточечных электрических зарядов.закон Кулона и принцип суперпозиции для электрических полей выполняются тогда и только тогда, когда выполняются уравнения Максвелла для электростатики и, наоборот, уравнения Максвелла для электростатики выполняются тогда и только тогда, когда выполняются закон Кулона и принцип суперпозиции для электрических полей.

 

Вопрос 20.

Теорема Гаусса

Теорема Гаусса (закон Гаусса) — один из основных законов электродинамики, входит в  систему уравнений Максвелла. Выражает связь (а именно равенство с точностью  до постоянного коэффициента) между  потоком напряжённости электрического поля сквозь замкнутую поверхность  и зарядом в объёме, ограниченном этой поверхностью.

 

Вопрос 21.

Теорема о циркуляции вектора направленности электрического поля.

 

 Если  циркуляция равна нулю, то в  поле нет силовых линий и  оно вихревое.

 

Вопрос 22.

Связь между направления  поля поля и его потенциалом

Потенциал является важной характеристикой электрического поля, он определяет всевозможные энергетические характеристики процессов, проходящих в электрическом поле. Кроме того, расчет потенциала поля проще расчета  напряженности, хотя бы потому, что  является скалярной (а не векторной) величиной. Безусловно, что потенциал  и напряженность поля связаны  между собой достаточно сложными формулами. 
ПОПРОБУЕМ ВЫЯСНИТЬ СВЯЗЬ ПРОСТЫМИ СЛОВАМИ:.  
Eсли перемещать единичный заряд даже и в неоднородном эл. поле, то энергия на его перемещение и есть потенциал между точками,между которыми его перемещали. 
Напряженность - это силовая характеристика эл.поля, а разность потенциалов - энергетическая характеристика эл.поля, поэтому разность потенциалов равна произведению напряженности на перемещение заряда U=E*S  
Связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом можно выразить с помощью понятия градиента потенциала:  
E = - grad Ф .