Методические указания к практическим занятиям по дисциплине физика (стр. 1 )

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего образования

Тульский государственный университет

Кафедра физики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическии занятиям

по дисциплине

ФИЗИКА

Механика и молекулярная физика

Тула 2017

Методические указания к практическим занятиям составлены доц. и асс. , обсуждены на заседании кафедры физики ЕНИ

протокол от " " 2017 г.

Зав. кафедрой физики ___________

Методические указания пересмотрены и утверждены на заседании кафедры физики ЕН института

протокол № ___ от «____» ________ 200_ г.

Зав. кафедрой физики ___________

1. Цели и задачи практических занятий:

а) Изучение основных физических явлений и идей, овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями современной и классической физики, а также методами физического исследования.

б) Формирование научного мировоззрения и современного физического мышления.

в) Овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики.

Объём и сроки выполнения данного вида работ соответствуют учебным планам студентов дневной формы обучения инженерных направлений.

2. План занятий.

1. Разбор вопросов студентов по домашнему заданию.

2. Решение типовых задач на доске.

3. Самостоятельное решение студентами некоторых задач на занятии и подведение итогов.

4. Формулировка домашнего задания.

3. Темы занятий.

1. Кинематика поступательного и вращательного движения. Тангенциальное и нормальное ускорение, радиус кривизны.

2. Динамика поступательного и вращательного движения.

3. Законы сохранения импульса, момента импульса и механической энергии

4. Контрольная работа из 4 задач по темам, рассмотренным на первых трех занятиях.

5. Механические колебания: собственные незатухающие и затухаюшие, вынужденные.

6. Идеальный газ: уравнение состояния, работа, внутренняя энергия, теплоемкость. Первое начало термодинамики.

7. Второе начало термодинамики. КПД тепловой машины. Распределения Максвелла и Больцмана.

8. Контрольная работа из 4 задач по темам, рассмотренным на 5-7 занятиях.

Занятие 1.

Кинематика поступательного и вращательного движения.

Тангенциальное и нормальное ускорение, радиус кривизны.

Положение частицы в пространстве определяется радиус-вектором , который начинается в начале системы координат и заканчивается на частице.

Скорость частицы (перемещение за единицу времени). Кроме понятия скорости часто используют понятие средней скорости .

Ускорение частицы (изменение скорости за единицу времени)

Для решения кинематических задач поступательного движения удобно пользоваться декартовой системой координат, в которой любой вектор можно разложить на три проекции вдоль осей х, y и z:

Радиус-вектор . (1.1,а)

Скорость частицы . (1.1,б)

Ускорение частицы . (1.1,в)

Здесь – единичные векторы (орты), направленные по осям соответственно.

Прямая задача кинематики

Если известны зависимости , то можно определить проекции скорости и ускорения на оси ,:

(1.2,а)

(1.2,б)

Величины (модули) векторов можно найти, используя теорему Пифагора: ; ; . (1.3)

Обратная задача кинематики

Если известны зависимости и начальные условия , , , , , , то можно определить проекции скорости, а затем и координаты частицы в любой момент времени, т. е. определить закон ее движения:

; ; (1.4,а)

; ; (1.4,б)

Величина перемещения частицы

(1.4,в)

есть кратчайшее расстояние между начальным и конечным положением частицы в пространстве. Если движение частицы происходит не по прямой линии, то длина траектории, называемая путем, больше перемещения . Путь, пройденный частицей за время t:

(1.5)

Кинематика вращательного движения.

Если твердое тело вращается вокруг закрепленной оси z и известна зависимость угла поворота , то можно рассчитать проекции на ось вращения его угловой скорости и углового ускорения :

. (1.6)

Если известна зависимость и начальные условия и , то можно найти проекцию и угол поворота в зависимости от времени:

и (1.7)

Связь линейных и угловых величин в кинематике.

При криволинейном движении ускорение частицы имеет тангенциальную и нормальную составляющие, причем

, , (1.8)

где R – радиус кривизны траектории. Полное ускорение

. (1.9)

Линейные и угловые величины связаны следующим образом:

; ; (1.10)

1.1. Радиус-вектор частицы зависит от времени по закону:

. Найдите тангенс угла между вектором скорости и осью х в момент времени 2 с.

1.2. Частица начала свое движение из начала координат с начальной скоростью м/с, и с ускорением, которое зависит от времени по закону м/с2. Каков модуль скорости частицы в момент времени = 3 с.

1.3. Через сколько секунд ускорение частицы будет перпендикулярно оси y, если радиус-вектор частицы зависит от времени по закону