Физические основы измерений

Часть 1.Физические основы измерения механических и тепловых величин

1. Измерение. Физические законы как основа косвенных измерений. Измерение как установление посредством физического эксперимента численного соотношения между измеряемой величиной и единицей измерения. Значение измерений для науки, техники и обеспечения качества продукции. Классификация измерений по виду, методам, типу измеряемой величины, характера ее изменения во времени, области деятельности человека. Физические законы как основа косвенных измерений.

2. Математическое описание физических процессов. Система СИ. Математическое описание физических процессов как основа измерений. Системы координат и системы отсчета. Физические величины. Скаляры, векторы, тензоры. Основные и производные единицы. Системы единиц измерения. Система СИ.

3. Мгновенные и средние значения физических величин. Траектория. Способы задания траектории. Прямолинейное и криволинейное движение. Нормальный и тангенциальный векторы. Длина пути и перемещение. Скорость. Средняя скорость. Направление скорости. Связь между направлениями скорости и перемещения. Ускорение. Модуль. Направление. Ускорение при криволинейном движении. Нормальное ускорение. Тангенциальное ускорение.

4. Связь между угловыми и линейными величинами. Движение по окружности. «Угловые» переменные. Связь между угловыми и линейными величинами.

5. Состояние в механике материальной точки. Законы движения. Степени свободы. Состояние в механике. Уравнение движения материальной точки. 1-й закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. 2-й закон Ньютона. Сила. Масса. Измерение. Основные единицы. Производные единицы. Системы единиц. Размерности физических величин. 3-й закон Ньютона. Взаимодействие. Импульс. Импульс замкнутой системы. Движение тела с переменной массой. Реактивная сила.

6. Физические величины, описывающие движение абсолютно твердого тела. Движение абсолютно твердого тела. Импульс системы материальных точек. Центр масс. Импульс абсолютно твердого тела. Вращение абсолютно твердого тела вокруг оси. Момент силы. Модуль. Направление. Проекция на ось. Пара сил. Момент центральных сил. Момент импульса частицы. Момент импульса системы материальных точек. Момент импульса тела. Связь момента импульса с моментом силы.

7. Энергетические характеристики движения. Потенциальное поле. Работа и энергия. Механическая энергия. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Энергия в замкнутой системе. Работа. Консервативные силы. Поле сил. Потенциальное поле. Потенциальная энергия.

8. Описание движения непрерывных сред. Механика жидкостей и газов. Линии тока. Стационарные течения. Трубка тока. Условие неразрывности струи. Идеальная жидкость. Движение по гнутым трубопроводам и трубам переменного сечения. Трубки Пито и Вентури. Обтекание тел жидкостями и газами. Турбулентное течение. Лобовое сопротивление. Подъемная сила.

9. Осциллятор. Колебания. Гармонические колебания. Амплитуда, частота, фаза. Смещение, скорость, ускорение. Уравнение гармонического осциллятора. Энергия осциллятора. Затухание. Вынужденные колебания.

10. Описание макросистем. Молекулярно-кинетическая теория газа. Идеальный газ. Давление. Связь давления с концентрацией и температурой. Связь температуры с тепловым движением молекул. Уравнение Клайперона – Менделеева.

11. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана.

12. Явления переноса. Диффузия. Теплопроводность. Внутреннее трение. Длина свободного пробега молекул в газах.

13. Теплота. Первое начало термодинамики. Основные понятия. Теплота. Полная внутренняя энергия. Работа. Теплоемкость идеального газа. Теплоемкость при изопроцессах. Адиабатический процесс.

14. Тепловые машины. Измерение температуры. Тепловые машины. Обратимые и необратимые процессы. КПД тепловых машин. Цикл Карно. Температура. Международная шкала температуры.

15. Термодинамические потенциалы. Полная внутренняя энергия. Энтропия. Энтропия как функция состояния. Энтропия в обратимых и необратимых процессах в изолированных системах. Статистический смысл энтропии. Свободная энергия. Полезная работа.

16. Равновесные положения атомов в молекулярных системах и кристаллах. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Поправки, связанные с объемом и с давлением. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критические параметры. Испарение, плавление, кристаллизация с молекулярной точки зрения. Силы межатомного взаимодействия. Равновесные положения атомов в молекулярных системах, жидкостях, кристаллах.

17. Поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение. Силы поверхностного натяжения. Смачиваемость. Давление под изогнутой поверхностью. Жидкость в капилляре.

18. Фазовые переходы Строение тел. Газы, жидкости, твердые тела. Ближний и дальний порядок. Кристаллы, аморфные тела, жидкие кристаллы. Фазовые переходы. Скрытые теплоты парообразования и плавления.

а) основная литература:

1. Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. - М. : Изд. центр "Академия", 2010. – 557 с.

2. Трофимова Т. И. Сборник задач по курсу физики с решениями: учеб. пособие. - М. : Высш. шк., 2007. - 589 с.

3. Иродов И. Е. Механика. Основные законы: учеб. пособие. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 309 с.

4. Иродов И. Е. Физика макросистем. Основные законы: учеб. пособие. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 207 с.

5. Иродов И. Е. Электромагнетизм. Основные законы: учеб. пособие. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 319 с.

6. Иродов И. Е. Волновые процессы. Основные законы: учеб. пособие. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 263 с.

7. Иродов И. Е. Квантовая физика. Основные законы: учеб. пособие для вузов. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 256 с.

б) дополнительная литература:

1. Трофимова Т. И. Физика. Справочник с примерами решения задач. - М. : Юрайт : Высш. образование, 2010. - 447 с.

2. Шишмарев В. Ю. Физические основы получения информации. - М. : Изд. центр "Академия", 2010. - 446 с.

3. Раннев Г. Г., Тарасенко А. П. Методы и средства измерений. - М. : Изд. центр "Академия", 2010. - 330 с.

4. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин. - М. : Дрофа, 2005. - 415 с

5. Клаассен К. Б. Основы измерений. Датчики и электронные приборы - Долгопрудный : Интеллект, 2008. - 350 с.

6. Ратхор Т. С. Цифровые измерения. АЦП / ЦАП - М. : Техносфера, 2006. - 390 с.

7. Фрайден Дж. Современные датчики. - М. : Техносфера, 2006. - 588 с.