Современная формулировка

Многие явления в природе объясняются действием сил всемирного тяготения. Движение планет в Солнечной системе, искусственных спутников Земли, траектории полета баллистических ракет, движение тел вблизи поверхности Земли – все они находят объяснение на основе закона всемирного тяготения и законов динамики.

Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так принято называть силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности. Если M – масса Земли, R _З – ее радиус, m – масса данного тела, то сила тяжести равна

где g – ускорение свободного падения у поверхности Земли:

Гравитационное взаимодействие - фундаментальное дальнодействующее взаимодействие. В отличие от электромагнитного взаимодействия, при Г.в. возможно только притяжение, зависящее от массы частиц и расстояния между ними. Г.в. - наиболее универсальное: ему подвержены все частицы, поля, волны. В то же время, на уровне микромира оно самое слабое и во взаимодействиях элементарных частиц практически не проявляется. Г.в. становится заметным на макроуровне, а на мегауровне - там, где скапливаются большие массы, - оно становится преобладающим. Движение небесных тел, а также элементарных частиц, движущихся в космических гравитационных полях со скоростями порядка 1000 км/с и менее, практически полностью определяется Г.в.   ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ, пространство вокруг предмета, чья масса способна притягивать другой предмет. Сила этого притяжения, разделенная на массу второго предмета, и есть сила гравитационного поля. Предмет с большой массой, такой как Земля, имеет мощное гравитационное поле, и оказываемое им воздействие называется силой гравитации (или тяготения). Слабая гравитационная сила существует даже между очень маленькими частицами

7. Вес. Зависимость веса от ускорения.

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения. В соответствии со вторым законом Ньютона , следовательно, . Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зависимости от высоты над поверхностью Земли и географической широты положения тела ускорение свободного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли и в средних широтах ускорение свободного падения равно .

В технике и быту широко используется понятие веса тела. Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате гравитационного притяжения к планете (рис. 5). Вес тела обозначается . Единица веса — ньютон (Н). Так как вес равен силе, с которой тело действует на опору, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо определить, чему равна сила реакции опоры.

Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой не движется. В этом случае сила реакции опоры, а следовательно, и вес тела равен силе тяжести (рис. 6):

.

В случае движения тела вертикально вверх вместе с опорой с ускорением по второму закону Ньютона можно записать (рис. 7, а).

В проекции на ось : , отсюда .

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и находится по формуле .

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают на себе космонавты как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при вы-полнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

Если тело движется вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем ; ; ; , т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет меньше силы тяжести (рис. 7, б).

Если тело свободно падает, то в этом случае .

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью

8. Импульс. Закон сохранения импульса.

Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц)замкнутой системы есть величина постоянная.

В классической механике закон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона. Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил.

Как и любой из фундаментальных законов сохранения, закон сохранения импульса описывает одну из фундаментальных симметрий, — однородность пространства.

9. Сила трения покоя. Сила трения скольжения.

Трение покоя - наблюдается при предварительных микросмещениях (при недостаточных сдвигающих усилиях) до перехода к движению на макроуровне, когда начинает действовать сила трения качения или скольжения. Интерес представляет наибольшая сила трения покоя

Трение скольжения - скорости тел в точке касания могут быть различны и по модулю и по направлению в любых комбинациях. Интерес представляет сила трения скольжения.

Коэффициент трения он же коэффициент сцепления (для трения покоя) - отношение указанных сил трения к нормальной (перпендикулярной) относительно трушихся поверхностей прижимающей тела силе (нагрузке). Для параллельных земле поверхностей очень часто эта нагрузка - вес.

10. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Сила Кориолиса.

Как известно, законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета. Системы отсчета, которые движутся относительно инерциальной системы с ускорением, называются неинерциальными. В неинерциальных системах законы Ньютона, вообще говоря, уже применять нельзя. Однако законы динамики можно применять и для них, если кроме сил, которые обусловленны воздействием тел друг на друга, ввести в рассмотрение понятие силы особого рода - так называемую силу инерции.

При учете сил инерции второй закон Ньютона будет справедлив для любой системы отсчета: произведение массы тела на ускорение в рассматриваемой системе отсчета равно сумме всех сил, действующих на данное тело (учитывая и силы инерции). При этом силы инерции F _in должны быть такими, чтобы вместе с силами F, обусловленными воздействием тел друг на друга, они сообщали телу ускорение а', каким оно обладает в неинерциальных системах отсчета, т. е.
Так как F =m a (a - ускорение тела в инерциальной системе отсчета), то

Силы инерции — силы, обусловленные ускоренным движением неинерциальной системы отсчета (НСО) относительно инерциальной системы отсчета (ИСО). Основной закон динамики для неинерциальных систем отсчета: , где
— сила, действующая на тело со стороны других тел;

— сила инерции, действующая на тело относительно поступательно движущейся НСО. — ускорение НСО относительно ИСО. Она появляется, например, в самолете при разгоне на взлетной полосе;

— центробежная сила инерции, действующая на тело относительно вращающейся НСО. — угловая скорость НСО относительно ИСО, — расстояние от тела до центра вращения;

— кориолисова сила инерции, действующая на тело, движущееся со скоростью относительно вращающейся НСО. — угловая скорость НСО относительно ИСО (вектор направлен вдоль оси вращения в соответствии с правилом правого винта).

При вращении диска более далёкие от центра точки движутся с большей касательной скоростью, чем менее далёкие (группа чёрных стрелок вдоль радиуса). Переместить некоторое тело вдоль радиуса так, чтобы оно оставалось на радиусе (синяя стрелка из положения «А» в положение «Б») можно, увеличив скорость тела, то есть придав ему ускорение. Еслисистема отсчёта вращается вместе с диском, то видно, что тело «не хочет» оставаться на радиусе, а «пытается» уйти влево — это и есть сила Кориолиса.

10. Момент силы. Второй закон Ньютона для вращательного движения.

Моментом силы относительно точки (рисунок 1.1) называется векторное произведение радиус-вектора точки приложения силы на вектор силы.

Рисунок 1.1

Вектор момента направлен перпендикулярно плоскости, в которой лежат сила и точка, в ту сторону, откуда поворот от действия силы виден происходящим против хода часовой стрелки. Вектор момента характеризует положение плоскости и направление вращательного действия силы, а также дает меру этого действия:

|M_o(F)| = F⋅r⋅sinα = F⋅h,

где h – плечо силы (кратчайшее расстояние от точки O – центра момента – до линии действия силы). Если сила проходит через точку, то ее момент относительно этой точки равен нулю.

Момент силы относительно точки не меняется от переноса силы вдоль линии ее действия.

12. Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея.

13. Механическая работа. Мощность. Энергия.

14. Потенциальная энергия тела, кинетическая энергия тела. Закон сохранения энергии.

15. Гидростатика. Распределение давления в покоящейся жидкости.

16. Сила Архимеда. Условия плавания тел.

17. Идеальная жидкость. Трубка тока. Уравнение неразрывности струи.

18. Уравнение Бернулли. Зависимость давления от скорости.

19. Обтекание жидкостью твердого тела. Лобовое сопротивление и подъемная сила.

20. Реальная жидкость. Вязкая жидкость. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса.

21. Колебания. Виды колебаний.

22. Уравнение колебаний. Скорость и ускорение колебаний.

23. Волны. Уравнение волны. Характеристики волны.

24. Атомно-молекулярная теория строения вещества. Моль вещества. Число Авогадро.

25. Газ. Уравнение состояния. Газовые законы (Шарля, Бойля-Мариотта, Гей-Люсака). Абсолютная температура.

26. Идеальный газ. Уравнения Клайперона, Менделеева-Клайперона.

27. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Вальса.

28. Молекулярно-кинетическая теория газов. Основная формула кинетической теории газов.

1. Электрический заряд.

2. Закон Кулона.

3. Электрическое поле, напряженность, потенциал.

4. Дивергенция и ротор электростатического поля.

5. Теорема Гаусса

6. Диполь. Поле диполя. Диполь в силовом поле.

7. Полярные и неполярные молекулы.

8. Поляризация диэлектриков

9. Поле внутри диэлектрика.

10. Равновесие зарядов на проводнике.

11. Проводник во внешнем электрическом поле.

12. Электроемкость, конденсаторы.

13. Электрический ток, природа носителей тока.

14. Электродвижущая сила.

15. Закон Ома, сопротивление, сверхпроводимость.

16. Мощность тока, закон Джоуля-Ленца.

17. Взаимодействие токов, магнитное поле.

18. Дивергенция и ротор магнитного поля.

19. Закон Био-Савара, сила Лоренца, закон Ампера.

20. Намагничивание магнетика.

21. Виды магнетиков, диамагнетизм, парамагнетизм,

22. Ферромагнетизм, явление гистерезиса.

23. Электромагнитная индукция, токи Фуко.

24. Самоиндукция, ток при размыкании цепи.

25. Уравнения Максвелла.

26. Электромагнитное поле, электромагнитная волна.

27. Свет. Световая волна.

28. Процесс спонтанного излучения света.

29. Процесс вынужденного излучения. Лазер.

30. Геометрическая оптика. Принцип Ферма.

31. Принцип Гюйгенса.

32. Интерференция.

33. Способы наблюдения интерференции.

34. Дифракция.

35. Принцип Гюйгенса-Френеля, зоны Френеля.

36. Поляризация света. Закон Малюса

37. Голография. Голограммы Габора и Денисюка.

29. Поверхностное натяжение. Смачивающие и не смачивающие жидкости. Условие прилипания жидкости.