Динамика и гидродинамика
План курса
О.Ю.Шведов
Динамика
Закон сохранения механической энергии и его применения
- Возможность взаимного превращения потенциальной энергии в кинетическую и наоборот (свободное падение, удар об абсолютно упругую стенку). Закон невозрастания механической энергии - следствие невозможности вечных двигателей.
- Периодические движения по гладкой горке в поле тяжести (опыты Галилея); периодические колебания груза, подвешенного к линейной или нелинейной пружине. Сохранение механической энергии при таком движении.
- Зависимость скорости тела, соскальзывающего с горки, от высоты. Ускорение при движении тела по наклонной плоскости. Пропорциональность ускорения и силы. Ускорение системы из двух грузов и блока в поле тяжести.
- Ускорение тела, прикрепленного к линейной или нелинейной пружине. Гармонические колебания пружинного маятника.
- Кинетическая энергия плоской фигуры, вращающейся вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Угловое ускорение плоской фигуры, его связь с моментом силы и моментом инерции. Гармонические колебания математического маятника.
- Скорость центра масс и импульс системы тел.
- Преобразование кинетической энергии и импульса при переходе в другую систему отсчета. Кинетическая энергия обруча; задача о скатывании обруча с наклонной плоскости.
Законы сохранения и принцип относительности. Сохранение импульса. Реактивное движение
- Сохранение импульса при ударе как следствие принципов относительности и невозможности вечных двигателей (рассуждение Гюйгенса).
- Абсолютно неупругий удар (расчет конечой скорости).
- Абсолютно упругий (центральный и нецентральный) удар, его исследование в системе отсчета, связанной с центром масс.
- Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Задача Циолковского о ракете.
Законы Ньютона как дальнейшее развитие законов сохранения
- Законы Ньютона как обобщение законов сохранения.
- Закон изменения импульса системы тел. Условие применимости закона сохранения импульса. Движение центра масс системы.
- Закон изменения кинетической энергии системы тел. Законы сохранения механической энергии консервативной системы и изменения механической энергии неконсервативной системы.
- Закон изменения кинетической энергии вращательного движения плоской фигуры. Уравнение вращательного движения.
Всемирное тяготение
- Законы Кеплера. Третий закон Кеплера - опытный факт, приведший к открытию закона всемирного тяготения. Измерение гравитационной постоянной в опыте Кавендиша.
- Аналогия между всемирным тяготением и электростатикой. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия точечных масс.
Системы с трением
- Сухое трение. Трение скольжения и трение покоя.
- Вязкое трение и сопротивление воздуха. Зависимость скорости тела от времени и координаты тела при движении в вязкой среде.
Гидродинамика и микроскопическая физика
Задачи гидродинамики
- Задача Торричелли о вытекании воды из отверстия.
- Задача Ньютона о сужении струи.
- Задача Бернулли о распределении давления в трубе.
- Задача об ускорении столба жидкости в U-образной трубке.
Понятие о плотности потока в физике
- Плотность потока вещества. Поток вещества через поверхность.
- Плотность потока вещества, испускаемого изотропным точечным источником, источником в виде длинной нити, плоскости, сферы.
- Плотность потока энергии и поток энергии излучения. Понятие об освещенности. Плотность потока энергии излучения точечного источника. Опыты Ламберта.
- Поток напряженности электрического поля через поверхность. Теорема Гаусса, ее применение к расчету напряженности электрического поля равномерно заряженной длинной нити, плоскости, сферы.
- Применимость закона всемирного тяготения к притяжению сферических тел.
Молекулярно-кинетическая теория
- Гипотеза Д.Бернулли (1738) о природе давления газа. Скорость теплового движения молекул: оценка по порядку величины, зависимость только от температуры.
- Расчет давления идеального газа на стенку сосуда по Джоулю (1848). Зависимость внутренней энергии идеального одноатомного газа от температуры, показатель адиабаты. Расчет давления идеального газа по Клаузиусу (1857).
Эффекты переноса, массы и размеры молекул
- Представление о потоке тепла. Теплопроводность. Оценка коэффициента теплопроводности воздуха по Клаузиусу.
- Представление о потоке импульса. Вязкость. Оценка коэффициента вязкости воздуха по Максвеллу (1860).
- Оценка длины свободного пробега в воздухе из экспериментальных данных для коэффициентов переноса.
- Связь длины свободного пробега, концентрации и размеров частиц. Оценка массы и размера молекул по Лошмидту (1865).
Архив курса (нужен допуск-3 )
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 7. Динамика
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 8. Гидродинамика и микроскопическая физика
- Приложение 8.1. Задания для разбора с преподавателем
- Приложение 8.2. Задания для самостоятельной проработки
- Приложение 8.3. Задания повышенной трудности
К обзору материалов кружка