ПРЕДМЕТ ФИЗИКА

1.1. Что изучает физика?

Физика — это наука о природе. Физика изучает физические тела, физические процессы и физические явления.

Например:

— стол, дом, Солнце, вода, воздух — это физические тела;

— камень падает — это физический процесс;

— автобус движется — это физический процесс;

— идёт дождь — это физическое явление.

1.2. Физическая величина

Ф и з и ч е с к а я в е л и ч и н а — это характеристика физического тела, физического процесса, физического явления.

Пример (рис. 1). Это тело. Тело имеет массу, длину, объем. Длина, масса, объем — это характеристики тела.

Длина, масса, объем — это физические величины.

Пример (рис. 2). Это автобус. Автобус движется.

Скорость автобуса равна 60 км/ч (шестидесяти километрам в час).

Скорость — это характеристика движения (характеристика физического процесса).

Скорость — это физическая величина.

Физические величины мы обозначаем буквами латинского алфавита и греческого алфавита, например:

— массу мы обозначаем буквой m (читаем «эм»),

— длину мы обозначаем буквой ℓ (читаем «эль»),

— время мы обозначаем буквой t (читаем «тэ»),

— плотность мы обозначаем буквой ρ (читаем «ро»).

1.3. Методы определения физических величин

Как мы можем найти физическую ве­личину? Физическую величину мы можем измерить.

Пример (рис. 3).

1. Длину тела ℓ мы измеряем линейкой (рис. 3, а). Линейка — это прибор для измере­ния длины.

2. Массу тела m мы измеряем на весах (рис. 3, б). Весы — это прибор для измерения массы.

3. Время t мы измеряем секундомером (рис. 3, в). Секундомер (часы) — это прибор для измерения времени.

Физическую величину мы можем найти по формуле.

Пример (рис. 4). Тело имеет форму параллелепипеда. Объем параллелепипеда мы определяем по формуле.

Длину ℓ, ширину b, толщину d мы измеряем линейкой.

Если мы знаем массу тела m и объем V, то мы можем найти плотность вещества ρ (читаем «ро») по формуле

Мы можем найти по формулам и другие физические величины, например скорость, силу, работу.

С д е л а е м в ы в о д ы:

1) физическую величину мы можем измерить физическим прибором;

2) физическую величину мы можем найти по формуле.

1.4. Единицы измерения физических величин

Е д и н и ц ы д л и н ы

1 км = 1000 м (один километр равен тысяче метров),

1 м = 100 см (один метр равен ста сантиметрам),

1см = 10 мм (один сантиметр равен десяти миллиметрам).

Единица измерения обозначается символом физической величины в квадратных скобках:

[ℓ] = 1 м, [ℓ] = 1 см, [ℓ] = 1 км.

Е д и н и ц ы м а с с ы

1 кг (один килограмм), 1 г (один грамм),

1 т (одна тонна) — это единицы массы.

[m] = 1 кг, [m] = 1 г, [m] == 1 т.

1 т = 1000 кг (в одной тонне — тысяча килограммов),

1 кг = 1000 г (в одном килограмме — тысяча граммов),

1 г =1000 мг (в одном грамме — тысяча миллиграммов).

Е д и н и ц ы в р е м е н и

1 ч (один час), 1 мин (одна минута), 1 с (одна секунда) — это единицы времени.

[t] = 1 ч, [t] = 1 мин., [t] = 1 с.

1 ч = 60 мин (один час равен шестидесяти минутам),

1 мин. = 60 с (одна минута равна шестидесяти секундам),

1 ч = 3600 с (один час равен трём тысячам шестистам секундам).

Рассмотрим некоторые производные единицы измерения.

Е д и н и ц ы о б ъ ё м а

Формула объема параллелепипеда V = ℓ·b·d. В этой формуле ℓ, b и d измеряются в единицах длины, например в метрах или в сантиметрах. Тогда единицы объема:

[V] = [ℓ] ³.

[V] = l м³ (один кубический метр) или [V] =1 см³ (один кубический сантиметр).

Е д и н и ц ы п л о т н о с т и

Формула плотности вещества .

Если масса измеряется в килограммах, а объём — в кубических ­метрах, то единица плотности

1кг/м³ (один килограмм на кубический метр).

Единицы измерения объема, плотности, скорости, силы, работы и других физических величин — это производные единицы.

1.5. Система единиц

Система единиц состоит из основных и производных единиц.

единица длины [ℓ] = 1 м — один метр,

единица массы [m] = 1 кг — один килограмм,

единица времени [t] = 1 с — одна секунда.

Единицы измерения других физических

величин — производные единицы:

единица скорости [υ] = 1 м/с — один метр в секунду,

единица ускорения [а] = 1 м/с² — один метр на секунду в квадрате,

единица силы [F] — 1 кг·м/с² = 1 Н — один ньютон,

единица работы [А] = 1 Н·м = 1 Дж — один джоуль,

единица плотности [ρ] = 1 кг/м³ — один килограмм на кубический метр.

единица массы [m] = 1 г (один грамм),

единица времени [t] = 1 с (одна секунда).

Некоторые производные единицы в СГС:

единица скорости [υ] = 1 см/с,

единица ускорения [а] = 1 см/с²,

единица силы [F] = 1 г×см/с² = 1 дин — одна дина,

единица работы [А] = 1 дин·см = 1 г×см ² /с² = 1 эрг.

Мы можем переводить единицы измерения из одной системы единиц в другую. Например, единица плотности в СИ [ρ] = 1 кг/м³. Найдем значение этой единицы в системе СГС:

1 кг/м³ = 1 кг/1м³ = 10³ г/10⁶ см³= 10^-3 г/см³.

??? ОТВЕТЬТЕ НА ВОПРОСЫ:

1. Что изучает физика?

2. акие физические тела вы знаете?

3. Какие физические величины вы знаете?

4. Каким прибором мы измеряем длину?

5. Какую физическую величину измеряют секундомером?

6. Сколько сантиметров в одном километре?

7. Сколько секунд в одном часе?

2. СКАЛЯРНЫЕ И ВЕКТОРНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

2.1. Скалярные величины

С к а л я р н а я в е л и ч и н а — это физическая величина, которая имеет численное значение и единицу измерения.

Скалярная величина может быть положительной или отрицательной.

Примеры скалярных величин: температура, масса, объём, время, плотность. Математические действия со скалярными величинами — это алгебраические действия с числами.

2.2. Векторные величины

В е к т о р н а я в е л и ч и н а — это физическая величина, которая имеет:

1) численное значение, которое всегда положительно (модуль вектора);

2) направление;

3) единицу измерения.

Примеры векторных физических величин: скорость, ускорение, сила.

Векторная величина обозначается буквой и стрелкой над этой буквой. Например:

— вектор скорости обозначается символом ,

— вектор ускорения обозначается символом ,

— вектор силы обозначается символом .

Модуль вектора обозначается так:

½ ½ или υ — модуль вектора ,

½ ½ или а — модуль вектора ,

| | или — модуль вектора .

На рисунке (графически) вектор изображается направленным отрезком прямой линии (рис. 5). Модуль вектора равен длине отрезка в зáданном масштабе (рис. 6).

3. ДЕЙСТВИЯ С ВЕКТОРАМИ

Математические действия с векторными величинами — это действия векторной алгебры.

3.1. Сравнение векторов

Рассмотрим два вектора и (рис. 7).

Равные векторы. ( = ). Два вектора равны, если они имеют:

— равные модули,

— одинаковые направления.

Равнопротивоположные векторы. ( = - ). Два вектора равнопротивоположны, если они имеют:

— равные модули,

— противоположные направления.

3.2. Сложение векторов

Мы можем сложить два вектора геометрически по правилу параллелограмма и по правилу треугольника.

Пусть заданы два вектора и (рис. 8).

Найдём сумму этих векторов

.

Векторы и — это составляющие векторы, вектор — это результи­рующий вектор.

Правило параллелограмма для сложения двух векторов:

1. Нарисуем вектор .

2. Нарисуем вектор так, чтобы его начало совпадало с началом вектора ; угол между векторами равен a (альфа).

3. Через конец вектора проведём
прямую линию, параллельную вектору .

4. Через конец вектора проведём

прямую линию, параллельную вектору . Мы построили параллелограмм. Стороны этого параллелограмма — составляющие векторы и .

5. Проведем диагональ параллело­грамма из общей точки начала вектора и начала вектора .

6. Модуль результирующего вектора
равен длине диагонали параллелограмма
и определяется по формуле

начало вектора совпадает с началом вектора и началом вектора (направ­ление вектора показано на рисунке).

Правило треугольника для сложения
двух векторов (рис. 9):

1. Нарисуем составляющие векторы
и так, что начало вектора совпадает
с концом вектора . При этом угол меж­ду сторонами треугольника равен b (бета).

2. Результирующий вектор — это вектор, начало которого совпадает с началом вектора , а конец совпадает с концом вектора .

Модуль результирующего вектора на­ходим по формуле

=