Курс физики. Введение

ВВЕДЕНИЕ
Круг вопросов, изучаемых физикой чрезвычайно широк – от процессов, происходящих в микромире до теории «Большого взрыва», сценарий которого представлен следующей иллюстраций и в таблице.

1922 — советский математик Ал. Ал. Фридман нашёл нестационарные решения гравитационного уравнения Эйнштейна и предсказал расширение Вселенной в результате Большого взрыва.
1948 — выходит работа Г. А. Гамова о "горячей
вселенной", построенная на теории расширяющейся
после Большого взрыва вселенной Фридмана. Гамов
предположил, что первичное вещество было не только
очень плотным, но и очень горячим, в нем происходили
ядерные реакции, и за несколько минут были синтези-
рованы лёгкие химические элементы. Самым эффектным
результатом этой теории стало предсказание космического фона излучения. Электромагнитное излучение должно было, по законам термодинамики, существовать вместе с горячим веществом в "горячую" эпоху ранней Вселенной и сохраняется — только сильно охлаждённым — и до сих пор. В 1950 году Гамов эту температуру в 3 К. 1964 — американс-кие радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон открыли космический фон излучения и измерили его температуру: она оказалась равной 3 К!

ВВЕДЕНИЕ
Достижения физики последних лет наглядно иллюстрируются следующими примерами.
Графен
Представьте себе углеродную пластину толщиной всего в один атом, но более прочную, чем алмаз, и пропускающую электричество в 100 раз лучше, чем кремний компьютерных чипов. — Графен — самый тонкий и самый прочный материал во вселенной, — заявил 19 июня английский физик Андре Гейм (Andre Geim) из Университета Манчестера.

ВВЕДЕНИЕ
За «передовые опыты с двумерным материалом графеном» А. К. ГеймуЗа «передовые опыты с двумерным материалом графеном» А. К. Гейму и К. С. НовосёловуЗа «передовые опыты с двумерным материалом графеном» А. К. Гейму и К. С. Новосёлову была присуждена Нобелевская премияЗа «передовые опыты с двумерным материалом графеном» А. К. Гейму и К. С. Новосёлову была присуждена Нобелевская премия по физикеЗа «передовые опыты с двумерным материалом графеном» А. К. Гейму и К. С. Новосёлову была присуждена Нобелевская премия по физике за 2010 год

ВВЕДЕНИЕ
105 лет с момента открытия сверхпроводимости.
В 1908 году нидерландский физик и химик Хейке
Камерлинг-Оннес (1853 - 1926) впервые получил жидкий гелий и достиг рекордно низкой на тот момент температуры 0.9 K. В 1911 году он впервые
наблюдал резкое падение электрического сопротив-ления ртути при темперературе ниже 4.1 K. Это явление получило название сверхпроводимоcти. Нобелевская премия по физике 1913 г.
Большой адронный коллайдер. Сверхпроводящий магнит длиной 29 км

ВВЕДЕНИЕ
Телескоп Хаббл

ВВЕДЕНИЕ

I.Механика. Кинематика
Механика – раздел физики, изучающий простейшую форму движения материи – механическую, т.е. изменение положения тела в пространстве и во времени. Обычная или классическая механика справедлива для малых скоростей << и макроскопических размеров. Для скоростей сравнимых со скоростью света используется механика СТО, а для микромира – квантовая механика, которые в пределе переходят в классическую механику. Механика делится на кинематику, динамику и статику.
Кинематика изучает движение тел без учета действия сил (причин его вызывающих).
Динамика изучает движение тел под действием сил.
Статика изучает равновесие тел под действием сил.
Кинематика материальной точки
Материальная точка – тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь. Двигаясь в пространстве тело описывает некоторую кривую, называемую траекторией. В зависимости от ее формы движение бывает прямолинейным, криволинейным, по окружности и т.д. Для описания движения используется радиус-вектор, соединяющий в данный момент точку на траектории с началом координат.

I.Механика. Кинематика
Пусть в начальный момент времени t1 материальная точка нахо-дится на траектории в положении 1, а в момент времени t2 – в положении 2 (рис.2). Путь – длина участка 12 вдоль траектории, пройденного телом за рассматриваемый промежуток времени. – неубывающая положительная скалярная величина. Перемещением называется вектор, соединяющий точки 1 и 2 траектории:

I.Механика. Кинематика
Для характеристики движения вводится средняя скорость на участке 12

I.Механика. Кинематика
При неравномерном движении средняя скорость постоянно меня-ется, поэтому вводят мгновенную скорость или просто скорость. Она определяется как предел средней скорости при
При модуль перемещения стремится к соответст-вующей длине пути, поэтому модуль или величина скорости
.
Обратное соотношение имеет вид .

I.Механика. Кинематика
Скорость в данной точке направлена по касательной к траектории
,
где - единичный вектор, определяющий направление касательной в данной точке траектории.
Для определения пройденного пути на конечном участке 12 траекто-рии его необходимо разбить на отрезки
В пределе при получим .

I.Механика. Кинематика
Ускорение – быстрота изменения скорости. Среднее значение ус-
корения равно ,
а мгновенное ускорение или просто ускорение
Обратное соотношение имеет вид
Используя связь между и , можно получить закон движения
или x(t), y(t), z(t). При равнопеременном движении с
постоянным ускорением ax вдоль оси x получим:

I.Механика. Кинематика
, где – начальная скорость, а .
Для координаты x получим:
или
.
Найдем путь, пройденный телом, движущимся из начала координат с постоянным ускорением ax, если его скорость возросла от до . Выразим t из соотношения между скоростью и ускорением и
подставим его в выражение для перемещения вдоль оси x. Полученная формула полезна при решении ряда задач.

I.Механика. Кинематика
Ускорение при криволинейном движении
В общем случае криволинейного движения материальной точки ускорение равно
- единичный вектор, поэтому . Продифференцируем
это равенство . Каждый из векторов и отличен от
нуля, поэтому угол между ними равен 90°, перпендикулярен
вектору и направлен по нормали к касательной в данной точке.
Модуль этого вектора равен ,
т.е. И , где - единичный вектор
нормали.

I.Механика. Кинематика
Окончательно, получим . Первое слагаемое –
тангенциальное ускорение , а второе – нормальное
ускорение ,