Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата ↓


Классическая механика


Классическая механика - это раздел физики, который изучает движение объектов и силы, действующие на них. Она составляет основу для многих углубленных исследований в физике и инженерии. Первоначально разработана Исааком Ньютоном и позже уточнена другими физиками, классическая механика описывает, как макроскопические объекты ведут себя под действием различных сил. Она включает несколько ключевых понятий, таких как законы Ньютона о моменте, энергии, импульсе и угловом моменте.

Законы движения Ньютона

Первый закон: закон инерции

Первый закон Ньютона гласит, что объект в покое остается в покое, а объект в движении продолжает двигаться по прямой линии с постоянной скоростью, если не действует внешняя сила. Это называется законом инерции.

Второй закон: закон ускорения

Второй закон устанавливает связь между силой, приложенной к объекту, и его ускорением. Он выражается математически следующим образом:

F = ma

Где F — сила, приложенная к объекту, m — масса объекта, и a — ускорение.

Вес

Круг представляет объект, на который действует вниз сила (вес) из-за гравитации.

Третий закон: действие и противодействие

Третий закон Ньютона утверждает, что на каждое действие существует равное и противоположное противодействие. Это означает, что силы всегда действуют парами. Если объект A оказывает силу на объект B, то объект B оказывает равную и противоположную силу на объект A.

Пример: Когда пловец отталкивается от стены бассейна, по третьему закону Ньютона, стена толкает пловца в противоположном направлении с равной силой, заставляя пловца двигаться вперед.

Понятия силы

Сила — это любое взаимодействие, изменяющее движение объекта без противодействия. Силы могут заставить объекты ускоряться, замедляться, оставаться на месте или изменять форму. Единица силы в Международной системе (СИ) — ньютон (Н).

Работа и энергия

Работа

Работа — это энергия, переданная силой, перемещающей объект на расстояние. Она рассчитывается следующим образом:

W = Fd cos theta

Где W — выполненная работа, F — приложенная сила, d — расстояние, пройденное объектом, и theta — угол между направлением силы и направлением движения.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия, которую имеет объект благодаря своему движению. Она задается формулой:

KE = frac{1}{2}mv^2

Где KE — кинетическая энергия, m — масса объекта, и v — его скорость.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это энергия, которая хранится в объекте благодаря его положению в силовом поле, обычно гравитации. Гравитационная потенциальная энергия рассчитывается следующим образом:

PE = mgh

Где PE — потенциальная энергия, m — масса объекта, g — ускорение свободного падения, и h — высота над точкой отсчета.

Законы сохранения

Сохранение энергии

Принцип сохранения энергии утверждает, что энергия не может быть создана или уничтожена, но может переходить из одной формы в другую. Общая энергия в изолированной системе остается постоянной.

Пример: В американских горках общая механическая энергия сохраняется. В самой высокой точке потенциальная энергия максимальна, а кинетическая энергия минимальна. При спуске потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Сохранение импульса

Импульс — это произведение массы и скорости объекта. Закон сохранения импульса гласит, что если на замкнутую систему не действует внешняя сила, то ее общий импульс остается постоянным.

p = mv

Где p — импульс, m — масса, а v — скорость.

Пример: При столкновении импульс до столкновения равен импульсу после столкновения, при условии, что отсутствуют внешние силы, вмешивающиеся в процесс.

Столкновения

Упругое столкновение

В упругом столкновении сохраняются как импульс, так и кинетическая энергия. Объекты сталкиваются друг с другом без деформации или выделения тепла.

Неупругое столкновение

В неупругом столкновении импульс сохраняется, но кинетическая энергия — нет. Объекты могут прилипнуть друг к другу или деформироваться, что приводит к превращению кинетической энергии в другие формы, такие как тепло или звук.

Простое гармоническое движение

Простое гармоническое движение (ПГД) — это периодическое движение, в котором восстанавливающая сила прямо пропорциональна смещению. Примером этого является масса, прикрепленная к пружине.

F = -kx

Где F — восстанавливающая сила, k — коэффициент упругости пружины, и x — смещение от равновесия.

Масса

Синий круг представляет массу, находящуюся в простом гармоническом движении на пружине.

Пример: Маятник, качающийся на малых углах, аппроксимирует простое гармоническое движение, потому что действующие силы удовлетворяют критерию ПГД.

Угловая скорость

Угловая скорость и ускорение

Угловая скорость — это скорость изменения углового смещения, измеряемая в радианах в секунду. Угловое ускорение — это скорость изменения угловой скорости.

omega = frac{Delta theta}{Delta t}, alpha = frac{Delta omega}{Delta t}

Где omega — угловая скорость, Delta theta — изменение угла, Delta t — изменение времени, а alpha — угловое ускорение.

Крутящий момент

Крутящий момент — это мера силы, которая может вращать объект вокруг оси. Это векторная величина, имеющая как величину, так и направление.

tau = rF sin theta

Где tau — крутящий момент, r — расстояние до рычага, F — приложенная сила, и theta — угол между силой и рычагом.

Сила

Фигура выше показывает рычаг, вращающийся вокруг точки опоры путем приложения силы под углом.

Сохранение углового момента

Угловой момент сохраняется в замкнутой системе, где нет внешнего крутящего момента. Угловой момент вращающегося объекта выражается как:

L = Iomega

Где L — угловой момент, I — момент инерции, и omega — угловая скорость.

Пример: Фигуристка, кружащаяся с вытянутыми руками, начнет крутиться быстрее, если она подтянет руки, поскольку угловой момент сохраняется.

Применение в повседневной жизни

Классическая механика видна в повседневных действиях и объектах. От основного действия ходьбы, где мышцы нашего тела прикладывают силу к земле, до управления транспортным средством, где задействованы различные силы и движения.

Понимание классической механики помогает разрабатывать эффективные машины, предсказывать погодные условия и даже запускать спутники в космос, тщательно рассчитывая силы и движения.


Студент бакалавриата → 1


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

Следующий (1.1) →
динамика

Комментарии 



Классическая механика

https://www.physicsflow.com/ug/1?pfal=ru