Понятие о фундаментальных силах. Силы в механике. Силы упругости. Закон Гука. Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Принцип эквивалентности. Силы трения.

Фундаментальные силы - четыре основные силы, которые известны современной физике. Это гравитационное электромагнитное, ядерное (или сильное) и слабое взаимодействие. В механике Ньютона можно рассматривать только гравитационное и электромагнитное взаимодействия. В отличие от короткодействующих ядерного и слабого взаимодействия, гравитационное и электромагнитное взаимодействия – дальнодействующие: их действия проявляются на очень больших расстояниях

Си́ла упру́гости — сила, возникающая в теле в результате егодеформациии стремящаяся вернуть тело в исходное положение. Сила упругости имеетэлектромагнитнуюприроду, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. Вектор силы противоположен направлению деформации тела (смещению его молекул). Если исчезает деформация тела, то исчезает и сила упругости.

Закон Гука

, где — жёсткость тела, — величина деформации.

Сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации.

Рассмотрим систему из двух электрически нейтральных частиц m1 и m2, удалённых друг от друга на расстояние r. Вследствие всемирного тяготения эти частицы притягивают друг друга F=γm1m2/r2 - Гравитацией называется универсальное взаимодействие между любыми видами материи.

Закон всемирного тяготения: материальные точки с массами m1и m2 притягивают друг друга с силой, прямопропорциональной массам этих точек, и обратно пропорц. Квадрату расстояния между ними F=Gm1m2/r² G-гравитационная постоянная.

Эквивалентности принцип- утверждение, согласно которому поле тяготения в небольшой области пространства и времени по своему проявлению тождественно ускоренной системе отсчёта.

Силы трения Они появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении тел называется внешним трением; если при этом нет смазки, то трение называют сухим. Формула, определяющая силу трения: F=k*N, где N - прижимающая сила. k - коэффициент, значение которого находят экспериментальным путем. Различают вязкое трение, сухое трение, трение качения, трение покоя и для каждого находят свой коэффициент.

Билет №10

Вопрос №2

Сущность первого начала термодинамики заключается в следующем:

При сообщении термодинамической системе некоторого количества теплоты Q в общем случае происходит изменение внутренней энергии системы DU и система совершает работу А:

 

Q = DU + A

Является определением изменения внутренней энергии системы (DU), так как Q и А — независимо измеряемые величины.

Адиабатный процесс - процесс, происходящий в физической системе без теплообмена с окружающей средой. А. п. можно осуществить в системе, окруженной теплоизолирующей (адиабатной) оболочкой.

А. п. можно реализовать и при отсутствии адиабатной оболочки; для этого он должен протекать настолько быстро, чтобы за время процесса не произошло теплообмена между системой и окружающей средой. Адиабатное расширение газа с совершением работы против внешних сил и сил взаимного притяжения молекул вызывает его охлаждение. А. п. могут протекать обратимо и необратимо. В случае обратимого А. п. энтропия системы остаётся постоянной. Поэтому обратимый А. п. называют ещё изоэнтропийным.

Адиабата - линия, изображающая на любой термодинамической диаграмме равновесный адиабатный процесс. Уравнение А. в этом случае: pug = const., где р — давление газа, u — его удельный объём, g — показатель адиабаты, постоянная для данного газа величина, равная отношению теплоёмкостей газа, определённых при постоянном давлении (c_p) и постоянном объёме (c_u); g = с_р /c_u.

Политропный процесс - термодинамический процесс, характеризующийся постоянной теплоемкостью; для идеального газа описывается уравнением pVn=const, где n - постоянная, называемая показателем политропы.

Билет №11 Вопрос №1 Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея.

Инерциальной называется такая система отсчета, в которой свободное движение тела с постоянной массой происходит с постоянной по величине и направлению скоростью.

Механический принцип относительности: Во всех инерциальных системах отсчета законы механики одинаковы + предложение об одинаковости течения времени во всех ИСО наз. принципом относительности Галилея.

Рассмотрим две ИСО, K(x, y, z, t) и K’(x’, y', z', t'), движущиеся друг относительно друга с постоянной скоростью , вдоль направленияOX, рис.

Предположим, что в начальный момент времени t обе координатные системы совпали, тогда

. (1)

Запишем (1) в проекциях

(2)

аналогичные соотношения между остальными координатами. Формулы обратного преобразования имеют вид

(3)

. (4)

Формулы (1) - (4) носят название преобразований Галилея. В них время считается абсолютным и поэтому не преобразуется.

Все физические величины, связанные со скоростью неинвариантны, а величины, связанные с ускорением, инвариантны по отношению к преобразованию Галилея.

Билет №11

Вопрос №2

Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Классическая МКТ теплоемкости идеального газа. Связь числа степеней свободы с показателем адиабаты.

Важной характеристикой термодинамической системы является ее внутренняя энергия U - энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т.д.) и энергия взаимодействия этих частиц. К внутренней энергии не относятся кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы во внешних полях.

Число степеней свободы i - это число независимых координат, полностью определяющих положение тела в пространстве. Для одноатомных молекул газа (He, Ne, Ar) i=3, для двухатомных молекул газа (H₂, O₂, N₂) с жесткой связью атомов i=5, для трех- и более атомных молекул газа с жесткой связью атомов (CO₂, NH₃) i=6.

Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы: на каждую степень свободы молекулы в среднем приходится одинаковая кинетическая энергия, равная kТ/2.

Следовательно, средняя кинетическая энергия молекулы, имеющей i степеней свободы, <W_k> = ikT/2.(1)

Так как в идеальном газе взаимная потенциальная энергия молекул равна нулю (т.е. молекулы между собой не взаимодействуют), то внутренняя энергия U представляет собой кинетическую энергию его молекул.

Для одного моля ,(2)

для произвольной массы m газа , где М - масса моля, n=m/M - число молей.

Таким образом, внутренняя энергия идеального газа пропорциональна температуре газа и зависит от числа степеней свободы его молекул.

Согласно классической молекулярно-кинетической теории теплоемкости

идеального газа

CV= iR/2

Cp= (i + 2)R/2

Показатель адиабаты

Билет №12

Вопрос №1