Список контрольных вопросов по дисциплине «Физика» 2 семестр

по разделу Физические основы механики

 

Лекция 1. Вводная. Предмет физики. Физический объект, физическое явление, физический закон. Физика и современное естествознание. Системы отсчёта. Кинематика материальной точки. Угловые скорость и ускорение твёрдого тела. Классический закон сложения скоростей и ускорений при поступательном движении подвижной системы отсчета.

  1. Дать определение дисциплины физика, определить основные задачи физики. Дать определения, указать различия и взаимосвязь между экспериментальным и теоретическим методом в физике. Что называют фундаментальными физическими теориями? Привести примеры фундаментальных физических теорий.
  2. Определить значение категорий пространства, времени и материи при описании физических явлений. Какое пространство является пространством классической физики? Назвать основные свойства пространства и времени в классической физике.
  3. Дать определение кинематики. Что называют системой отсчета? Какие виды движения существуют? Дать определение основных характеристик движения. Отличие векторных характеристик движения от скалярных.
  4. Сформулировать прямую и обратную задачи кинематики. Записать связь линейных и угловых  кинематических величин. Сформулировать различие между полярными и аксиальными векторами.
  5. По какой траектории будет двигаться частица в случае, когда ее тангенциальное ускорение больше нуля и нормальное ускорение постоянно? Дать обоснование и изобразить траекторию частицы.

 

Лекция 2.«Закон сохранения импульса». Силы. Инерциальная система отсчёта. Динамика материальной точки. Механическая система и её центр масс. Уравнение изменения импульса механической системы. Закон сохранения импульса.

  1. Сформулировать основное отличие динамического подхода от кинематического. Дать определение силы, массы и импульса. Чем различаются инертная и гравитационная массы? Что утверждает принцип эквивалентности?
  2. Перечислить силы, рассматриваемые в задачах механики. Перечислить виды фундаментальных взаимодействий. Дать определение импульса частицы.
  3. Сформулировать три закона Ньютона. Какие системы отсчета называют инерциальными и неинерциальными? Перечислить виды сил инерции.
  4. Дать определение центра масс механической системы. Записать уравнение движения центра масс механической системы. Сформулировать закон сохранения импульса механической системы. Какую механическую систему называют замкнутой или изолированной? Какому свойству пространства соответствует закон сохранения импульса? 
  5. Дать определение приведенной массы механической системы. Чему равен импульс частицы в системе центра масс в терминах приведенной массы и относительной скорости?

 

Лекция 3.«Закон сохранения момента импульса». Момент силы. Моменты импульса материальной точки и механической системы. Уравнение моментов механической системы. Закон сохранения момента импульса механической системы.

  1. Дать определение момента сил и момента импульса. Определить различие между моментом импульса относительно точки и относительно фиксированной оси. Сформулировать закон изменения момента импульса относительно оси для материальной точки и механической системы.
  2. Привести пример сложного движения с поступательной и вращательной компонентами. Записать закон сохранения момента импульса. Какому свойству пространства соответствует закон сохранения момента импульса? 
  3. Что называют твердым телом в механике? Сформулировать понятие момента инерции относительно оси. Сформулировать основное уравнение динамики вращательного движения.
  4. Привести пример расчета момента инерции симметричного твердого тела относительно оси симметрии. Сформулировать теорему Штейнера.
  5. Рассчитать момент инерции тонкостенной сферы радиуса R и массы m относительно оси, проходящей через ее центр масс.

 


Лекция 4.«Закон сохранения энергии в механике». Работа и кинетическая энергия. Консервативные силы. Работа в потенциальном поле. Потенциальные энергии тяготения и упругих деформаций. Связь между потенциальной энергией и силой. Закон сохранения энергии.

  1. Дать определение работы механической силы. В каком случае сила совершает положительную или отрицательную работу? Дать определение мощности силы. Что называют кинетической энергией?
  2. Какие силы называют консервативными? Какие силы называют центральными? Дать определение потенциальной энергии.
  3. Какой смысл имеет градиент потенциальной энергии? Что называют эквипотенциальными поверхностями?
  4. Дать определение полной механической энергии. Сформулировать закон сохранения полной механической энергии. Какому свойству времени соответствует закон сохранения полной механической энергии? 
  5. Какие силы называют неконсервативными? Привести примеры неконсервативных сил. Чему равна скорость изменения полной механической энергии системы?

 

Лекция 5.«Колебания» (первая часть). Гармонические колебания. Векторная диаграмма. Сложение гармонических колебаний одного направления равных и близких частот. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний равных и кратных частот. Свободные незатухающие колебания. Энергия и импульс гармонического осциллятора. Физический маятник.

  1. Какой тип движения называют колебаниями? Что называют осциллятором? Какие колебания называют собственными? Какие колебания называют гармоническими?
  2. Определить понятия амплитуды, частоты и периода колебаний. Записать уравнение гармонических колебаний.
  3. Дать определение физического и математического маятников. Привести выражения периода колебаний физического и математического маятников в случае малых амплитуд колебаний. Что называют приведенной длиной физического маятника?
  4. Принцип сложения однонаправленных колебаний. Какой процесс называют биениями? Принцип сложения взаимно перпендикулярных колебаний. Какие траектории осцилляторов называются фигурами Лиссажу?
  5. Чему равна полная механическая энергия и импульс гармонического осциллятора?

 

Лекция 6.«Колебания» (вторая часть). Фазовая траектория. Квазиупругая сила. Свободные затухающие колебания. Декремент и логарифмический декремент колебаний. Вынужденные колебания. Установившиеся вынужденные колебания. Механический резонанс.

  1. Что называют фазовым пространством и фазовой плоскостью? Что является координатами в фазовом пространстве? Что называют фазовой траекторией и фазовым портретом механической системы? Изобразить фазовый портрет гармонического осциллятора.
  2. Какие колебания называют затухающими? Записать уравнение затухающих колебаний. Изобразить фазовую траекторию системы, совершающей затухающие колебания.
  3.  Дать определение частоты собственных затухающих колебаний, коэффициента затухания и декремента затуханий. Чему равно время релаксации?
  4. Записать уравнение вынужденных колебаний. Дать определение механического резонанса. Изобразить амплитудно-частотную характеристику осциллятора, совершающего вынужденные колебания. Что называют добротностью осциллятора?
  5. Привести пример параметрического резонанса.  

 

Лекция 7.«Механические волны». Виды механических волн. Упругие волны в стержнях. Волновое уравнение. Плоская гармоническая волна, длина волны, фазовая скорость. Сферические волны. Объёмная плотность энергии волны. Вектор Умова-вектор плотности потока энергии. Когерентные волны. Интерференция волн. Стоячая волна.

  1. Какие процессы называют волновыми? В чем различие между продольными и поперечными механическими волнами? Дать определение волнового фронта и волновой поверхности.
  2. Записать волновое уравнение в декартовых и сферических координатах.
  3. Записать решение волнового уравнения в виде плоской и сферической волн. Дать определение длины волны и фазовой скорости.
  4. Дать определение вектора плотности потока энергии. Определить интенсивность плоской и сферических волн. Каковы различия между активными и диссипативными средами?
  5. Что называют интерференцией? Какие волны являются когерентными? Записать уравнение стоячей волны. Что называется узлами и пучностями стоячей волны?   

 

Лекция 8.«Элементы релятивистской механики» (первая часть). Преобразования Галилея. Инвариантность уравнений механики относительно преобразований Галилея. Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Кинематические следствия из преобразований Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей.

  1. Сформулировать смысл принципа относительности Галилея. Сформулировать постулаты Эйнштейна. Сформулировать принцип относительности в СТО.
  2. Записать прямые и обратные преобразования Лоренца. Сформулировать основные следствия преобразований Лоренца.
  3. Сформулировать принцип соответствия для случая СТО. При каких условиях преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея?
  4. Какое значение имеет скорость света в вакууме в СТО?
  5. Сравнить скорость света в вакууме в неподвижной системе отсчета и в системе отсчета, движущейся относительно первой со скоростью v вдоль выделенного направления на основе релятивистского сложения скоростей.

 

Лекция 9. «Элементы релятивистской механики» (вторая часть). Интервал событий. Элементы релятивистской динамики. Взаимосвязь массы и энергии. Связь между импульсом и энергией релятивистской частицы. Основное уравнение релятивистской динамики.

  1. Какой физический смысл имеет точка в четырехмерном пространстве-времени СТО – пространстве Минковкого?  Что называют мировой линией?
  2. Доказать инвариантность интервала между двумя событиями. Какие интервалы называют времениподобными и пространственноподобными? Что называют световым конусом?
  3. Записать четырехмерные скорости и ускорения. Записать основное уравнение динамики релятивистской частицы.
  4. Записать связь между энергией и импульсом для массивной и безмассовой релятивистской частицы.
  5. В чем отличие релятивистского эффекта Доплера от классического? На чем основано явление аберрации светового луча?

Лекция 10.Статистический и термодинамический методы описания макроскопических тел. Термодинамическая система. Термодинамические состояния, обратимые и необратимые термодинамические процессы. Внутренняя энергия и температура термодинамической системы. Теплота и работа. Адиабатически изолированная система. Первое начало термодинамики.

  1. Дать определение термодинамической системы. Привести примеры микроскопических и макроскопических параметров состояния системы. Какое состояние термодинамической системы называют равновесным?
  2.  Что называют релаксацией термодинамической системы? Определить различие между обратимыми и необратимыми процессами. Какие процессы называют равновесными? Привести примеры обратимых и необратимых процессов.
  3. Дать определение температуры. Какие факторы определяют значение внутренней энергии термодинамической системы? Что называют функцией состояния системы?
  4. Дать определение теплоты, сообщаемой системе. Как вычислить работу, совершаемую системой при расширении? Является ли работа полным дифференциалом? Какие процессы называют циклическими?
  5. Сформулировать смысл первого начала термодинамики. Возможно ли, сообщая системе тепло, уменьшить ее температуру?

 

Лекция 11.Уравнения состояния термодинамических систем. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Идеально-газовый термометр. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Эффективный диаметр и средняя длина свободного пробега молекул газа. Экспериментальные подтверждения молекулярно-кинетической теории.

  1. Что называют уравнением состояния системы? Назвать приближения, которые используются в модели идеального газа. Записать уравнение состояния идеального газа.
  2. Какие положения лежат в основе молекулярно-кинетической теории? Как от уравнения состояния идеального газа перейти к основному уравнению молекулярно-кинетической теории? Дать определение температуры на основе представлений молекулярно-кинетической теории.
  3. Сколько степеней свободы имеют молекулы одноатомного, двухатомного и многоатомного газа? Чему равна средняя энергия, приходящаяся  на каждую степень свободы молекулы идеального газа? Чему равна внутренняя энергия идеального газа, состоящего из N молекул?
  4. Дать определение длины свободного пробега молекулы. Что называют эффективным сечением взаимодействия молекул?
  5. В чем заключались опыт Штерна и опыт Ламмерта? Привести схему опытов и интерпретацию их результатов.

 

Лекция 12.Теплоемкость идеального газа при изопроцессах. Адиабатический процесс, уравнение Пуассона. Политропический процесс. Теплоемкость и работа в политропических процессах. Газ Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса.

  1. Дать определение теплоемкости. Что называют молярной и удельной теплоемкостью? Зависит ли величина теплоемкости от способа, которым системе сообщается тепло?
  2. Какие процессы называют политропическими? Записать уравнение политропического процесса. 
  3. Дать определение изотермического, изобарного и изохорного процессов. Определить связь между теплоемкостями при постоянном давлении и объеме. 
  4. Дать определение адиабатического процесса. Чему равен показатель адиабаты?
  5. Каковы отличия модели газа Ван-дер-Ваальса от модели идеального газа? Как проявляется действие сил Ван-дер-Ваальса? От каких термодинамических параметров зависит внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса?

Лекция 13.Тепловые и холодильные машины. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Теорема Карно. Термодинамическая шкала температур. Неравенство Клаузиуса. Термодинамическая энтропия. Закон  возрастания энтропии. Третье начало термодинамики.

  1. Дать термодинамическое определение энтропии. Является ли приращение энтропии полным дифференциалом? Является ли энтропия функцией состояния системы? Как изменяется энтропия при циклическом процессе?
  2. Сформулировать второе начало термодинамики. Чему равно изменение энтропии при изотермическом сжатии идеального газа? Что называют вечным двигателем первого и второго рода?
  3. В чем заключается принцип работы тепловых и холодильных машин? Как определить к.п.д. тепловой машины? В чем заключается формулировка Клаузиуса второго начала термодинамики?
  4. Дать формулировку первой и второй теорем Карно. Являются ли прием тепла от нагревателя и передача тепла холодильнику обратимыми процессами для цикла Карно? Изобразить цикл Карно на диаграммах давление-объем и температура-энтропия. Записать неравенство Клаузиуса для тепловых машин.
  5. Сформулировать третье начало термодинамики. Возможно ли существование классических термодинамических систем с отрицательной температурой? Ответ аргументировать.

Лекция 14.Основное неравенство и основное уравнение термодинамики. Понятие о термодинамических потенциалах. Эффект Джоуля-Томпсона. Принцип Ле-Шателье-Брауна. Введение в термодинамику необратимых процессов.

  1. Сформулировать основное неравенство термодинамики. Какому случаю соответствует знак равенства?
  2. В чем заключается метод термодинамических потенциалов? Записать термодинамические потенциалы и пояснить их физический смысл. Что называют химическим потенциалом?
  3. В чем заключается парадокс Гиббса?
  4. Какие явления называют отрицательным и положительным эффектами Джоуля-Томсона? Дать определение температуры инверсии.
  5. Сформулировать принцип Ле-Шателье-Брауна. Сформулировать второе начало термодинамики в терминах производства энтропии. Сформулировать принцип минимума производства энтропии.

Лекция 15.Статистическое описание равновесных состояний. Функция распределения. Барометрическая формула. Распределения Больцмана. Принцип детального равновесия. Распределение Максвелла. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Фазовое пространство. Распределение Максвелла-Больцмана. Равновесные флуктуации. Статистическое обоснование второго начала термодинамики. Формула Больцмана для статистической энтропии.

  1. Каков физический смысл функции распределения? Как определяется условие нормировки функции распределения?
  2. Записать распределение молекул по скоростям. Как определить наиболее вероятную, среднюю и среднюю квадратичную скорость на основе данного распределения? Можно ли различить молекулы, исходя из распределения Максвелла?
  3. Привести пример распределения молекул в поле внешних сил. Записать распределение Больцмана и барометрическую формулу.  Каким образом возникает выталкивающая архимедова сила в газах?
  4. Что называют микросостоянием системы? Какой смысл имеет термодинамическая вероятность? Каков статистический смысл равновесного состояния системы? Дать объяснение парадоксу Гиббса. 
  5. Что называют флуктуациями? Привести статистическое определение энтропии. Сформулировать второе начало термодинамики с позиций статистического подхода.

Лекция 16.Термодинамические потоки. Явления переноса в газах: диффузия, теплопроводность и вязкость. Эффузия в разреженном газе. Физический вакуум. Броуновское движение. Производство энтропии в необратимых процессах.

  1. Привести описание эффектов диффузии, теплопроводности и вязкого трения с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
  2. Дать определение явлению эффузии в разряженных газах. Записать условие равновесия для разряженных газов. Чем различаются тепловая и изотермическая виды эффузии?
  3. Что называют физическим вакуумом? Какие виды вакуума можно рассматривать, исходя из молекулярно-кинетической теории? Каков принцип работы термосов?
  4. Что является причиной броуновского движения?  Зависит ли коэффициент диффузии броуновской частицы от ее массы?
  5. Определить производство энтропии, соответствующее процессам теплопроводности и вязкости.  Чему равно производство энтропии для газов в равновесном состоянии? Какие процессы можно рассматривать как локально равновесные?

 

Лекция 17.Агрегатные состояния вещества. Условия равновесия фаз. Явления на границе раздела газа, жидкости и твердого тела. Капиллярные явления. Фазовые переходы первого и второго рода. Диаграммы состояния. Критические явления при фазовых переходах.

  1. Определить различия между агрегатными состояниями вещества. Записать формулу Ленарда-Джонса и пояснить ее смысл. Что называют ближним и дальним порядком при анализе структуры вещества?
  2. Что называют фазой термодинамической системы? Сформулировать условие термодинамического равновесия фаз. Сформулировать правило фаз Гиббса и пояснить его смысл.
  3. Какова причина возникновения капиллярных явлений? Пояснить смысл формулы Лапласа.
  4. Что называют фазовым переходом? Каково различие между фазовыми переходами первого и второго рода? Что характеризует температура Кюри? Записать уравнение Клайперона-Клаузиуса. Почему лед образуется только на поверхности водоемов?
  5. Что называют температурой кипения? Что является центрами парообразования, конденсации и кристаллизации? Дать определение точки росы.

Один раз в две недели студенты всех факультетов выполняют в лабораториях кафедры физики одночасовые лабораторные работы.

Модуль 1

Занятие 1. Входное тестирование, вводная беседа и начало выполнения лабораторной работы №1 (М-1)

Занятие 2. Продолжение выполнения лабораторной работы №1 (M-1)

Занятие 3. Лабораторная работа №2

Занятие 4. Лабораторная работа №3

Занятие 5. Коллоквиум (Рубежный контроль) модуля 1. Подведение итогов 1го модуля

Модуль 2

Занятие 6. Лабораторная работа №4

Занятие 7. Лабораторная работа №5

Занятие 8. Коллоквиум (Рубежный контроль) модуля 2. Подведение итогов 2го модуля

 

Лабораторные работы для студентов 2-го семестра

Методические указания по выполнению графических работ в физическом практикуме (Ю.И. Беззубов, Т.М. Иванова) (1986) pdf  PDF

Применение регрессионного и корреляционного анализа для исследования зависимостей в физическом практикуме (Еркович С.П.) (1994) pdf  PDF

M-серия

  1. (М-1) Обработка результатов измерений при проведении физического эксперимента (А.И. Савельев, И.Н. Фетисов) (1990) pdf  PDF
  2. (М-4) Определение моментов инерции тел (Н.А. Гладков, М.А. Яковлев) pdf  PDF
  3. (М-5) Определение моментов инерции тел (Н.А. Гладков, М.А. Яковлев) icon PDF
  4. (М-6) Динамика вращательного движения (Л.С. Ермолаев, А.М. Кириллов, Л.А. Лунева) (1990) pdf  PDF
  5. (М-7) Механические колебания и волны в твердом теле (А. М. Кириллов, Л. Н. Климов) (1992) pdf  PDF
  6. (М-7А) Изменение скорости продольных упругих волн в металлическом стержне методом резонанса (Н. А. Гладков) (2010) pdf  PDF
  7. (М-8А, М-8Б) Механические колебания и волны в газе (Кириллов А.М., Климов Л.Н., Романов А.С.) (1992) pdf  PDF
  8. (М-10) Определение моментов инерции тел (И.Н. Фетисов) (1989) pdf  PDF
  9. (М-11) Исследование колебательной системы с двумя степенями свободы (Гладков Н.А., Морозов А.Н.) (1990) pdf  PDF
  10. (М-13) Изучение вынужденных колебаний маятника с движущейся точкой подвеса (Хаустова В.И.) (1990) pdf  PDF
  11. (М-16) Упругие свойства твердого тела (Н.А. Гладков, З.С. Никонова) (1994) pdf  PDF
  12. (М-17) Механический резонанс (И.Н. Фетисов) (2012) pdf  PDF
  13. (М-20, М-21) Определение коэффициента вязкости жидкости (А.В. Расторгуева, А.И. Савельева) (1983) pdf  PDF
  14. (М-23) Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва газового пузыря (Кириллов A.M., Расторгуева А.В., Романов А.С.) (1999) pdf  PDF
  15. (М-30) Определение скорости полета пули с помощью баллистического крутильного маятника (А.М. Кириллов, Л.Н. Климов) (1990) pdf  PDF
  16. (М-31) Изучение явления центрального удара шаров (В.И.Васюков, А.М.Кириллов, М.Б.Челноков) (1992) pdf  PDF
  17. (М-36) Определение коэффициента трения качения методом наклонного маятника (А.М.Кириллов, Е.И.Красавина) pdf  PDF
  18. (М-40) Интерференция и дифракция волн на поверхности жидкости (Ю.И. Беззубов, Ю.М. Шавруков) pdf  PDF
  19. (М-61) Стоячие ультразвуковые волны (С.В. Чумакова) (2015) pdf  PDF
  20. (М-101) Математический маятник (М.Ю. Константинов) (2014) pdf  PDF
  21. (М-102) Баллистический маятник (Н. А. Гладков, Ю. А. Струков, А. С. Чуев) (2016) Электронное издание
  22. (М-103) Определение момента инерции маятника максвелла (С. М. Вишнякова, В. И. Вишняков, Н. А. Гладков) (2016) Электронное издание
  23. (М-104) Оборотный маятник (С. В. Башкин, А. В. Косогоров, К. С. Мельникова, А. В. Семиколенов) (2018) Электронное издание
  24. (М-105) Связанные маятники (Н. А. Гладков, А. Н. Морозов, Е. В. Онуфриева) (2016) Электронное издание
  25. (М-106) Свободное падение (Д.В. Креопалов, М.Л. Поздышев) (2014) pdf  PDF
  26. (М-107) Момент инерции и крутильные колебания (А.Г. Андреев) (2014) pdf  PDF
  27. (М-108) Исследование свободных затухающих колебаний и вынужденных колебаний на примере крутильного маятника (И. С. Голяк, А. А. Есаков, А. М. Руцкая, С. О. Юрченко) (2018) Электронное издание
  28. (М-109) Изучение законов механики в системном представлении (А.С. Чуев) (2022)  pdf  PDF

MT-серия

  1. (МТ-1) Внутреннее трение в газах (Н.А. Гладков, Л.Ю. Глазкова) (2005) pdf  PDF
  2. (МТ-5) Изучение энтропии твердого тела на примере нагревания и плавления олова (2006) pdf  PDF
  3. (МТ-10) Распределение микрочастиц в гравитационном поле (В.М. Бянкин, Н.А. Гладков, М.Ю. Константинов) (2009) default  PDF
  4. (МКТ-1) Определение динамической вязкости с помощью вискозиметра с падающим шариком (И.С. Голяк, И.Л. Фуфурин, А.О. Шишанин) (2014) pdf  PDF
  5. (МКТ-2) Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости и его зависимости от температуры методом отрыва кольца (И. С. Голяк, А. В. Новгородская, И. Л. Фуфурин, С. О. Юрченко) (2018)  Электронное издание

T-серия

  1. (Т-3аб) Изучение политропических процессов в идеальном газе (С.М.Вишнякова, В.И.Вишняков) (2002) pdf PDF
  2. (Т-3АН) Определение отношения теплоемкости воздуха при постоянном объеме и давлении (И.Н, Алиев, А.М. Кириллов) (2015) pdf  PDF
  3. (Т-6) Определение термодинамических параметров воздуха (Голубев В.Г., Кириллов А.М., Лунева Л.А.) (1992) pdf  PDF
  4. (Т-11) Измерение удельной теплоемкости воздуха (Ю.В. Герасимов, К.В. Глаголев, И.А. Константинова) (2014) pdf  PDF
  5. (Т-12) Измерение удельной теплоемкости воздуха с использованием аппаратно-программного комплекса COBRA-3 (Ю.В. Герасимов, К.В. Глаголев, И.А. Константинова) (2014) pdf PDF

 

Модуль 1

Рубежный контроль № 1 проводится на 9/10 неделе по материалу модуля 1 (лекции 1 – 7, практические занятия 1 – 5, лабораторные работы 1 – 4). На нём оценивается усвоение теоретического материала первых семи лекций, защита выполненных трех лабораторных работ, защита первого домашнего задания, посещаемость семинаров, решение текущих семинарских задач, запланированных в качестве самостоятельной работы.

Все теоретические вопросы необходимо знать с выводами и доказательствами

 

Вопросы к рубежному контролю (РК-1) по темам «Механика, колебания»

Физические основы механики

1. Перемещение, скорость, ускорение материальной точки и связь между ними. Тангенциальное (касательное) и нормальное ускорение.

2. Векторы угловой скорости и углового ускорения твёрдого тела при вращательном движении. Их связь с линейными величинами. Период и частота вращения.

3. I, II и III законы Ньютона. Сила упругости (закон Гука), сила тяжести (закон всемирного тяготения), сила трения скольжения и сила сопротивления среды. 

4. Импульс тела. Импульс силы. Механическая система. Центр масс. Уравнение изменения импульса механической системы. Закон сохранения импульса.

5. Момент инерции твердого тела относительно оси. Момент инерции шара (без вывода), стержня, трубки (обруча) и цилиндра (диска). Теорема Штейнера.

6. Момент силы. Момент импульса материальной точки и механической системы. Уравнение моментов механической системы. Закон сохранения момента импульса. Основное уравнение динамики вращательного движения.

7. Работа. Кинетическая энергия. Связь работы с изменением кинетической энергии. Кинетическая энергия твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Кинетическая энергия твёрдого тела, как сумма энергии поступательного движения со скоростью центра масс и вращательного движения вокруг оси, проходящей через центр масс (без вывода).

8. Консервативные и неконсервативные силы. Работа в потенциальном поле. Потенциальная энергия. Потенциальная энергия упругих деформаций и силы тяжести (в общем случае и для однородного поля). Связь между потенциальной энергией и силой, градиент.

9. Полная механическая энергия. Изменение полной механической энергии системы. Закон сохранения механической энергии.

Теория колебаний

10. Гармонические колебания. Амплитуда, частота, период, фаза колебаний. Понятия свободных и вынужденных колебаний.

11. Квазиупругая сила. Дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний.  Собственные частоты математического, физического и пружинного маятников.

12. Энергия и импульс гармонического осциллятора. Фазовая траектория.

13. Векторная диаграмма. Сложение гармонических колебаний одного направления равных частот. Сложение гармонических колебаний одинакового направления близких частот. Биения.

14. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний равных и кратных частот. Фигуры Лиссажу.

15. Свободные затухающие колебания. Дифференциальное уравнение и его решение. Частота свободных затухающих колебаний. Коэффициент затухания, время релаксации, декремент и логарифмический декремент затухания. Добротность колебательной системы.

16. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение. Установившиеся вынужденные колебания. Механический резонанс. Резонансная частота.

 

Модуль 2

Рубежный контроль № 2 проводится на 15/16-й неделе по материалу модуля 2 (лекции 8 – 14, практические занятия 6 – 8, лабораторные работы 6 – 7). На аттестации оценивается усвоение теоретического материала, защита выполненных двух лабораторных работ по аттестуемой теме, защита второго домашнего задания, посещаемость семинаров и решение текущих семинарских задач, запланированных в качестве самостоятельной работы по аттестуемой теме.

Вопросы к рубежному контролю (РК-2) по темам «Волны, СТО, МКТ, термодинамика».

Механические волны

1. Виды механических волн. Упругие волны в стержнях. Волновое уравнение.

2. Плоская гармоническая волна. Амплитуда, частота, фаза, длина волны. Фазовая скорость волны. Сферические волны.

3. Энергия упругой волны. Объёмная плотность энергии волны. Вектор Умовавектор плотности потока энергии.

4. Когерентные волны. Интерференция волн. Стоячая волна. Узлы и пучности.

Основы специальной теории относительности

1. Преобразования Галилея. Инвариантность уравнений механики относительно преобразований Галилея.

2. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца.

3. Кинематические следствия из преобразований Лоренца.

4. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал.

5. Кинетическая энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь массы и энергии. Связь между импульсом и энергией релятивистской частицы. Основное уравнение релятивистской динамики.

Молекулярная физика и термодинамика

1. Статистический и термодинамический методы изучения макроскопических тел. Состояние вещества. Параметры состояния. Температура.

2. Идеальный газ. Основное уравнение кинетической теории идеального газа.

3. Распределение энергии по степеням свободы молекулы. Внутренняя энергия идеального газа.

4. Эффективное сечение молекулы. Среднее число соударений и средняя длина свободного пробега молекул. Понятие о физическом вакууме.

5. Равновесные термодинамические системы. Эквивалентность теплоты и работы. Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики.

6. Теплоёмкость газов. Работа идеального газа в изопроцессах. Адиабатический процесс. Политропный процесс.

7. Круговые процессы (циклы). Работа за цикл. Тепловые и холодильные машины. Коэффициент полезного действия тепловой машины. Цикл Карно. Теорема Карно. Приведённое количество тепла. Неравенство Клаузиуса.

8. Энтропия как функция состояния термодинамической системы. Второе начало термодинамики. Границы его применимости. 

Вопросы к экзамену по физике (1 курс 2 семестр)

Физические основы механики.
  1. Физика и современное естествознание. Системы отсчёта. Кинематика точки. Кинематика твёрдого тела при вращательном движении.
  2. Инерциальная система отсчёта, динамика материальной точки. Законы Ньютона. Силы.
  3. Механическая система (МС) и её центр масс. Уравнение изменения импульса МС. Закон сохранения импульса МС.
  4. Момент силы. Момент импульса материальной точки и МС. Закон сохранения момента импульса МС. Уравнение динамики твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.
  5. Работа и кинетическая энергия. Кинетическая энергия твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Консервативные силы. Работа в потенциальном поле. Потенциальные энергии тяготения и упругих деформаций. Связь между потенциальной энергией и силой. Закон сохранения механической энергии.
Колебания
  1. Гармонические колебания. Сложение гармонических колебаний одного направления равных и близких частот. Векторная диаграмма. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний равных и кратных частот.
  2. Свободные незатухающие колебания. Энергия и импульс гармонического осциллятора. Фазовая траектория. Физический маятник. Квазиупругая сила.
  3. Свободные затухающие колебания. Декремент и логарифмический декремент затухания. Добротность колебательной системы.
  4. Вынужденные колебания. Установившиеся вынужденные колебания. Механический резонанс.
Механические волны
  1. Виды механических волн. Упругие волны в стержнях. Волновое уравнение.
  2. Плоская гармоническая волна. Амплитуда, частота, фаза, длина волны. Фазовая скорость волны. Сферические волны.
  3. Энергия упругой волны. Объёмная плотность энергии волны. Вектор Умова - вектор плотности потока энергии.
  4. Интерференция волн. Стоячая волна. Узлы и пучности.
Основы специальной теории относительности
  1. Преобразования Галилея. Инвариантность уравнений механики относительнопреобразований Галилея.
  2. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца.
  3. Кинематические следствия из преобразований Лоренца.
  4. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал.
  5. Кинетическая энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь массы и энергии. Связь между импульсом и энергией релятивистской частицы. Основное уравнение релятивистской динамики
Физическая термодинамика
  1. Термодинамическая система. Термодинамические состояния, обратимые и необратимые термодинамические процессы. Внутренняя энергия и температура термодинамической системы. Теплота и работа. Адиабатически изолированная система. Первое начало термодинамики.
  2. Уравнения состояния. Уравнение Клапейрона - Менделеева. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Эффективный диаметр и средняя длина свободного пробега молекул газа. Экспериментальные подтверждения молекулярно-кинетической теории.
  3. Теплоемкость идеального газа. Уравнение Пуассона. Политропический процесс. Теплоемкость и работа в политропических процессах. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса.
  4. Тепловые и холодильные машины. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Теорема Карно. Термодинамическая шкала температур. Неравенство Клаузиуса. Термодинамическая энтропия. Третье начало термодинамики.
  5. Основное неравенство и основное уравнение термодинамики. Понятие о термодинамических потенциалах. Эффект Джоуля-Томпсона. Принцип Ле-Шателье-Брауна.
  6. Статистическое описание равновесных состояний. Функция распределения. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Распределение Максвелла. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Распределение Максвелла-Больцмана. Формула Больцмана для статистической энтропии. 
  7. Термодинамические потоки. Явления переноса в газах: диффузия, теплопроводность и вязкость. Эффузия в разреженном газе. Физический вакуум.
  8. Агрегатные состояния вещества. Условия равновесия фаз. Явления на границе раздела газа, жидкости и твердого тела. Капиллярные явления. Фазовые переходы первого и второго рода. Критические явления при фазовых переходах.

Основная литература (ОЛ)

 

 

1. Глаголев К.В., Морозов А.Н.. Физическая термодинамика. – М. : Изд-во МГТУ, 2004.

 

 

    

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Механика.- М. : Наука. Физматлит, 2004, 1998.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Молекулярная физика и термодинамика. - М. : Наука. Физматлит, 2004, 1998

4. Савельев И.В. Курс общей физики. Волны. Оптика - М. : Наука. Физматлит, 2004, 1998.

5. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. - М.-С.-П.:Физматлит, 2006, 2000

6. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. - М.-С.-П.:Физматлит, 2006, 1999.

7. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. . М.-С.-П.:Физматлит, 2006, 2001.

8. Иродов И.Е. Задачи по общей физике.- М.: Бином, 1998, 2001.

9. Иродов И.Е. Задачи по общей физике.- М.: Наука, 1988.

10. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике.- М.: Высшая школа, 2003, 1988

11. Гладков Н.А., Романов А.С. Методические указания к домашнему заданию по курсу общей физики по теме «Законы сохранения. Колебания. Волны», 2012 г. (электронное издание)

 

 

Дополнительная литература (ДЛ)

 

  1. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1986.
  2. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. - М.: Высшая школа, 1981.
  3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том II. Термодинамика и молекулярная физика. - М.: Наука, 1975.
  4. Сивухин Д.В. Курс общей физики. Том I. Механика. - М.: Наука, 1979.
  5. Методические указания к решению задач по курсу общей физики. Раздел "Механика" под редакцией Яковлева М.А. - М.: МВТУ, 1983. 

Методические пособия, изданные в МГТУ (МП)

  1. Еркович О.С., Морозов А.Н. Методические указания к решению задач по курсу общей физики. Статистическая физика.-М.: Изд-во МГТУ, 2007.-26с. (электронное издание)
  2. Еркович О.С., Морозов А.Н. Решение задач по курсу общей физики. Процессы переноса.- М. Изд-во МГТУ, 2009.-24с. (электронное издание)
  3. Голубев В.Г., Яковлев М.А. Олимпиадные задачи по физике. Разделы: Механика, термодинамика. .-М.:Изд-во МГТУ, 2006.-44с. (электронное издание)
  4. Веретимус Д.К., Веретимус Н.К., Креопалов Д.В. Механические колебания.- .-М.:Изд-во МГТУ, 2008.-24с. (электронное издание)
  5. Веретимус Д.К., Веретимус Н.К., Креопалов Д.В. Механические волны..-М.:Изд-во МГТУ, 2009.-32с. (электронное издание)
  6. Еркович О.С., Морозов А.Н. Методические указания к решению задач по курсу общей физики. Термодинамика.-М.: Изд-во МГТУ, 2006.-38с. (электронное издание)
  7. Н.А. Гладков, А.Н. Морозов, Ю.А. Струков. Механика в общем курсе физики. - М.:Изд-во МГТУ, 2019.- 124 с. (электронное издание)

 

Студенты, аспиранты и сотрудники МГТУ им. Н. Э. Баумана могут получать доступ к бесплатным ресурсам web-портала bmstu.press