Колебания и волны

Программа по физике – первый семестр

Введение

Физика в системе естественных наук. Общая структура и задачи дисциплины «Физика». Экспериментальная и теоретическая физика. Физические величины, их измерение, оценка погрешностей. Системы физических единиц. Физика и научно-технический прогресс.

Механика

1.1 Кинематика

Основная задача механики. Основные кинематические понятия: радиус- вектор, траектория, пройденный путь, перемещение. Равномерное движение, скорость. Неравномерное движение, средняя скорость, мгновенная скорость. Равноускоренное движение, ускорение. Мгновенное ускорение. Линейные характеристики вращательного движения: длина дуги, линейная скорость, нормальное, тангенциальное, полное ускорения. Угловые характеристики вращательного движения: угол поворота радиус-вектора, угловая скорость, угловое ускорение. Связь линейных и угловых характеристик движения. Кинематические связи.

1.2 Динамика

Первый закон Ньютона, инерциальные системы отсчета. Масса, сила, второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Силы в природе: сила всемирного тяготения, сила тяжести, сила упругости, силы сухого трения, сила сопротивления в вязкой среде. Механическое напряжение, модуль Юнга, закон Гука в дифференциальной форме. Диаграмма растяжения. Предел прочности.

Закон сохранения импульса. Теорема о движении центра масс. Движение тела переменной массы, уравнение Мещерского, формула Циолковского.

Закон сохранения механической энергии: кинетическая, потенциальная, полная механическая энергия. Работа, мощность. Консервативные и диссипативные силы, потенциальные поля.

Кинетическая энергия вращательного движения. Момент инерции. Момент силы. Основной закон динамики вращательного движения.

Момент импульса. Теорема Штейнера. Закон сохранения момента импульса. Гироскоп. Гироскопический эффект.

Условия равновесия тела. Виды равновесия.

Общие свойства жидкостей и газов. Гидростатика: законы Паскаля и Архимеда. Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Ламинарное и турбулентное течение жидкости, коэффициент Пуассона, число Рейнольдса.

1.3 Релятивистская механика

Принцип относительности и преобразования Галилея. Экспериментальные обоснования СТО. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Кинематические эффекты СТО. Релятивистский импульс. Связь массы и энергии.

Колебания и волны

2.1 Гармонические колебания

Гармонический осциллятор. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Амплитуда, частота, циклическая частота и фаза колебаний. Метод векторных диаграмм, сложение колебаний. Фигуры Лиссажу. Биения. Связанные колебания. Затухание колебаний в системах с вязким трением. Величины, характеризующие быстроту затухания колебаний: логарифмический декремент затухания, время релаксации, добротность колебательной системы. Вынужденные колебания под действием синусоидальной силы. Резонанс.

2.2 Упругие волны

Волновое движение. Виды волн. Величины, характеризующие волну: частота, амплитуда, фазовая скорость волны, длина волны, интенсивность волны. Уравнение плоской бегущей волны. Волновое число.

Интерференция волн. Стоячая волна. Собственные частоты колебаний тела. Звук, объективные и субъективные характеристики звука. Принцип Гюйгенса-Френеля. Отражение, преломление волн, дифракция волн.

Звук. Объективные и субъективные характеристики звука. Эффект Доплера.