ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ 5В071200, 5В072400

Модуль 1. Механика

Лекция 1 Введение

1. Физика какнаука о простейших формах движения материи и соответствующих им наиболее общих законах природы. Важнейшие этапы развития физики – от механики И.Ньютона к теории электромагнитного поля Дж.К.Максвелла и рождению квантовых представлений, созданию теории относительности и квантовой механики, ставших теоретической базой атомной, ядерной физики и других разделов современной физики.

2. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в создании и развитии новых отраслей техники и новых технологий. Влияние техники на развитие физики. Физика и другие науки. Физическое моделирование. Общая структура и задачи курса физики.

Тезисы

1.Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами по­средством ощущений представляет собой материю. Неотъемлемым свойством материи и формой ее существования является дви­жение. Движение в широком смысле сло­ва — это всевозможные изменения мате­рии — от простого перемещения до слож­нейших процессов мышления.

Разнообразные формы движения мате­рии изучаются различными науками, в том числе и физикой. Предмет физики, как, впрочем, и любой науки, может быть раск­рыт только по мере его детального изло­жения. Дать строгое определение пред­мета физики довольно сложно, потому что границы между физикой и рядом смежных дисциплин условны. На данной стадии развития нельзя сохранить определение физики только как науки о природе.

Академик А.Ф.Иоффе определил физику как науку, изучающую общие свойства и за­коны движения вещества и поля. В на­стоящее время общепризнанно, что все вза­имодействия осуществляются посредством полей, например гравитационных, элек­тромагнитных, полей ядерных сил. Поле наряду с веществом является одной из форм существования материи. Неразрыв­ная связь поля и вещества, а также разли­чие в их свойствах будут рассмотрены по мере изучения курса.

Физика - наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и их взаимных превра­щениях. Изучаемые физикой формы дви­жения материи (механическая, тепловая и др.) присутствуют во всех высших и бо­лее сложных формах движения материи (химических, биологических и др.). Поэто­му они, будучи наиболее простыми, явля­ются в то же время наиболее общими формами движения материи. Высшие и бо­лее сложные формы движения материи — предмет изучения других наук (химии, биологии и др.).

Физика тесно связана с естественными науками. Как сказал академик С.И.Ва­вилов (1891-1955; физик и об­щественный деятель), эта теснейшая связь физики с другими отраслями естествознания привела к тому, что физи­ка глубочайшими корнями вросла в астро­номию, геологию, химию, биологию и дру­гие естественные науки. В результате об­разовался ряд новых смежных дисциплин, таких, как астрофизика, геофизика, физи­ческая химия, биофизика и др.

Физика тесно связана и с техникой, причем эта связь носит двусторонний ха­рактер. Физика выросла из потребностей техники (развитие механики у древних греков, например, было вызвано запро­сами строительной и военной техники того времени), и техника, в свою очередь, опре­деляет направление физических исследований (например, в свое время задача создания наиболее экономичных тепловых двигателей вызвала бурное развитие термодинамики). С другой стороны, от развития физики зависит технический уро­вень производства. Физика - база для создания новых отраслей техники (элек­тронная техника, ядерная техника и др.).

Физика тесно связана и с философией. Такие крупные открытия в области физи­ки, как закон сохранения и превращения энергии, соотношение неопределенностей в атомной физике и др., являлись и явля­ются ареной острой борьбы между матери­ализмом и идеализмом. Верные философ­ские выводы из научных открытий в об­ласти физики всегда подтверждали основ­ные положения диалектического материа­лизма, поэтому изучение этих открытий и их философское обобщение играют большую роль в формировании научного миро­воззрения.

Бурный темп развития физики, расту­щие связи ее с техникой указывают на двоякую роль курса физики во втузе: с од­ной стороны, это фундаментальная база для теоретической подготовки инженера, без которой его успешная деятельность невозможна, с другой — это формирова­ние диалектико-материалистического и на­учно-атеистического мировоззрения.

2.Основным методом исследования в физике является опыт — основанное на практике чувственно-эмпирическое познание объек­тивной действительности, т. е. наблюдение исследуемых явлений в точно учитывае­мых условиях, позволяющих следить за ходом явлений и многократно воспроизво­дить его при повторении этих условий.

Для объяснения экспериментальных фактов выдвигаются гипотезы. Гипоте­за — это научное предположение, выдви­гаемое для объяснения какого-либо явле­ния и требующее проверки на опыте и тео­ретического обоснования для того, чтобы стать достоверной научной теорией.

В результате обобщения эксперимен­тальных фактов, а также результатов дея­тельности людей устанавливаются физические законы — устойчивые повторяющи­еся объективные закономерности, су­ществующие в природе. Наиболее важные законы устанавливают связь между физи­ческими величинами, для чего необходимо эти величины измерять. Измерение физи­ческой величины есть действие, выполняе­мое с помощью средств измерений для нахождения значения физической величи­ны в принятых единицах. Единицы физи­ческих величин можно выбрать произволь­но, но тогда возникнут трудности при их сравнении. Поэтому целесообразно ввести систему единиц, охватывающую единицы всех физических величин и позволяющую оперировать с ними.

Для построения системы единиц про­извольно выбирают единицы для несколь­ких не зависящих друг от друга физиче­ских величин. Эти единицы называются основными. Остальные же величины и их единицы выводятся из законов, связываю­щих эти величины с основными. Они на­зываются производными.

В Республике Казахстан обязательна к применению Система Интернациональ­ная (СИ), которая строится на семи основ­ных единицах — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела — и двух дополнительных — радиан и стерадиан.

Метр (м) —длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 с.

Килограмм (кг) — масса, равная мас­се международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, храняще­гося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа).

Секунда (с) — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соот­ветствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состоя­ния атома цезия-133.

Ампер (А) — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводни­кам бесконечной длины и ничтожно ма­лого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от дру­гого, создает между этими проводниками силу, равную 2•10^-7Н на каждый метр длины.

Кельвин (К) — 1/273,16 часть термо­динамической температуры тройной точ­ки воды.

Моль (моль) — количество вещества системы, содержащей столько же струк­турных элементов, сколько атомов содер­жится в нуклиде ¹²С массой 0,012 кг.

Кандела (кд) — сила света в задан­ном направлении источника, испускающе­го монохроматическое излучение частотой 540•10¹² Гц, энергетическая сила света ко­торого в этом направлении составляет 1/683Вт/ср.

Радиан (рад) — угол между двумя ра­диусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан (ср) — телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Для установления производных еди­ниц используют физические законы, связывающие их с основными единицами. На­пример, из формулы равномерного прямо­линейного движения v = s/t (s — пройден­ный путь, t — время) производная едини­ца скорости получается равной 1 м/с.

Размерность физической величины есть ее выражение в основных единицах. Исходя, например, из второго закона Ньютона, получим, что размерность силы dim F = MLT^-2, где М — размерность массы; L — размер­ность длины; Т — размерность времени.

Размерности обеих частей физических равенств должны быть одинаковыми, так как физические законы не могут зависеть от выбора единиц физических величин. Исходя из этого, можно проверять пра­вильность полученных физических формул (например, при решении задач), а также устанавливать размерности физических величин.