Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Введение. Механика

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

1.1.  Кинематика. Основные кинематические характеристики криволинейного движения: скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения: угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейной скоростью и ускорением. Пространство и время в механике Ньютона. Физический смысл производной и интеграла.

1.2.  Динамика. Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона. Масса, импульс, сила. Уравнение движения материальной точки. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Связь закона сохранения импульса с однородностью пространства. Силы трения. Интегрирование уравнений движения, роль начальных условий. Центр масс механической системы, закон движения центра масс. Движение тел с переменной массой. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.

1.3.  Энергия. Сила, работа и потенциальная энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Работа и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии в поле потенциальных сил. Связь закона сохранения энергии с однородностью времени. Связь между силой и потенциальной энергией. Градиент скалярной функции. Столкновения тел. Абсолютно упругое столкновение.

1.4.  Момент импульса. Момент импульса материальной точки и механической системы. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса механической системы. Связь закона сохранения момента импульса с изотропностью пространства.

1.5. Динамика вращательного движения. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела с закрепленной осью вращения. Момент импульса тела. Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела.

1.6.  Элементы механики сплошных сред. Общие свойства жидкостей и газов. Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Идеально упругое тело. Упругие напряжения и деформации. Закон Гука. Модуль Юнга. Энергия упругих деформаций твердого тела.

1.7.  Закон всемирного тяготения. Движение в поле центральных сил. Законы Кеплера. Космические скорости. Неинерциальные системы отсчета.

Релятивистская механика. Принцип относительности и преобразования Галилея. Неинвариантность электромагнитных явлений относительно преобразований Галилея. Постулаты специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Относительность одновременности и преобразования Лоренца. Парадоксы релятивистской кинематики: сокращение длины и замедление времени в движущихся системах отсчета. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии в СТО. СТО и ядерная энергетика. Преобразование скоростей в релятивистской кинематике. Сохранение релятивистского импульса. Релятивистская энергия. Четырехмерное пространство-время в СТО и его псевдоевклидова метрика. Понятие релятивистского интервала. Границы применимости классической механики.

Раздел 2. Термодинамика и статистическая физика

2.1.  Статистический и термодинамический методы исследования. Феноменологическая термодинамика. Термодинамическое равновесие и температура. Нулевое начало термодинамики. Эмпирическая температурная шкала. Квазистатические процессы. Уравнение состояния идеального газа. Изохорический, изобарический, изотермический процессы в идеальных газах.

2.2.  Молекулярно-кинетическая теория. Давление газа с точки зрения МКТ. Распределение Максвелла для модуля и проекций скорости молекул идеального газа. Экспериментальное обоснование распределения Максвелла. Распределение Больцмана и барометрическая формула. Наиболее вероятная, средняя и среднеквадратичная скорости.

2.3.  Элементы физической кинетики. Явления переноса. Диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Броуновское движение. Число столкновений и длина свободного пробега молекул идеального газа. Эмпирические уравнения переноса: Фика, Фурье и Ньютона. Релаксация к состоянию равновесия.

2.4.  Внутренняя энергия идеального газа. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Связь теплоемкости идеального газа с числом степеней свободы молекул. Уравнение Майера. Адиабатический процесс. Политропический процесс и его частные случаи. Преобразование теплоты в механическую работу.

2.5. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия. Энтропия. Третье начало термодинамики.

2.6.  Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическая изотерма. Фазовые превращения.