Кинематика вращательного движения Реактивное движение Потенциальная энергия упругой деформации Параметры гармонического колебания Элементы механики сплошных сред Практическое занятие по физике Контрольная работа

Классическая механика или механика Ньютона

Потенциальная энергия упругой деформации.

Движение материальной точки в потенциальной яме. Рассмотрим материальную точку, которая находится в потенциальном поле сил.

Динамика вращательного движения твердого тела Кинетическая энергия вращениятвёрдого тела.

Пример 1: Вычисление момента инерции тонкого стержня массы m и длинной l, вращающегося вокруг оси перпендикулярной стержню и проходящей через центр масс.

Момент инерции тела относительно нецентральной оси Теорема Штейнера

Заметим, что в случае вращения однородного симметричного тела, силы бокового давления подшипников на ось не возникают.

В случае главной оси вращения при суммарном моменте внешней силы, действующем на тело, равном нулю, имеет место закон сохранения момента импульса твёрдого тела:  - закон сохранения момента импульса твёрдого тела.

Гироскопы Гироскопом (или волчком) называется массивное симметричное тело, вращающееся с большой скоростью вокруг оси симметрии.

Движение тела в центральном гравитационном поле. Законы Кеплера

Приступим теперь к рассмотрению движения тела: Удобно перейти к системе отсчета, которая связана с и вращается с угловой скоростью . ( - угловая скорость)

Перейдем к полярной системе координат и выразим r как функцию угла , т.е. .

Посмотрим, от каких физических величин зависит эксцентриситет орбиты   и параметр . Вернемся к неподвижной системе отсчета.

Законы Кеплера. 1)  Все планеты движутся по эллиптическим орбитам, причем Солнце находится в одном из фокусов орбиты.

Малые колебания вблизи положения равновесия.

В качестве примера рассмотрим систему, состоящую из шарика массы m, подвешенного на пружине, массой которой можно пренебречь по сравнению с m.

Потенциальной энергией может обладать не только система взаимодействующих тел, но и отдельно взятое упруго деформированное тело (например, сжатая или растянутая пружина и т.п.).

В этом случае потенциальная энергия зависит от взаимного расположения отдельных частей тела (например, от расстояния между соседними витками пружины). Возьмем материальную точку , закрепленную на конце пружины. Положение этой точки будет описываться радиус-вектором , на неё действует возвращающая сила упругой деформации . Вычислим элементарную работу, которую необходимо затратить на дополнительное растяжение пружины на величину . Эта работа увеличит запас потенциальной энергии на . Вычислить массу столба воздуха высотой 1 км и сечением 1 м2, если плотность воздуха у поверхности Земли а давление Р0 = 1,013 ∙ 105 Па. Температуру воздуха считать одинаковой.

.

Итак, мы получили формулу для потенциальной энергии упруго сжатой или растянутой пружины.

  – потенциальная энергия, обусловленная действием сил упругости.

Потенциальные кривые. Потенциальные ямы и барьеры

Потенциальная кривая – это кривая, выражающая зависимость потенциальной энергии от координаты. Потенциальные кривые позволяют качественно описать характер движения тела. Приведем примеры потенциальных кривых:

  Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой. Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется прямым, если за цикл совершается отрицательная работа  (цикл протекает против часовой стрелки), то он называется обратным. Прямой цикл используется в тепловых двигателях — периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл

используется в холодильных машинах — периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой. Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса: , где - количество теплоты, полученное системой,  - количество теплоты, отданное системой. Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым. Отношение теплоты Q, полученной телом в изотермическом процессе, к температуре Т теплоотдающего тела, называется приведенным количеством теплоты: . Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу в любом обратимом круговом процессе, равно нулю: . Функция состояния, дифференциалом которой является , называется энтропией и обозначается . Для обратимых процессов: ; для необратимых процессов:  (соотношения приведены для замкнутых систем). Неравенство Клаузиуса , т. е. энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов). Приведем примеры изменения энтропии для изопроцессов. Адиабатический процесс: ; изотермический процесс: ; изохорический процесс: .


Расчеты курсовой по физике