Динамика вращательного движения

Учебно-методическое пособие

Новокузнецк 2004

УДК 539.4(075)

Рецензент

Доктор химических наук, профессор,

зам.директора по научной работе

Новокузнецкого филиал-института

Кемеровского государственного университета

Ф.И. Иванов

Учебно-методическое пособие по физике // Н.К.Дорошенко. З.А.Масловская, С.В. Коновалов, Е.В. Мартусевич: ГОУВПО «СибГИУ». -Новокузнецк. 2004. - 138 с., ил.

В данном учебном пособии даны методические указания по изучению курса физики, разобраны примеры решений типовых задач, сформулированы индивидуальные семестровые задания по всем разделам физики, изучаемым в университете, поставлены контрольные вопросы и требования к оформлению заданий.

Пособие предназначено для студентов всех специальностей.

Содержание

Введение............................................................................................................................... 4

1. Методические рекомендации по изучению курса физики.......................................... 4

2. Требования к оформлению индивидуальных заданий................................................. 18

3. Примеры решения задач.................................................................................................. 18

4. Индивидуальные задания................................................................................................ 21

4.1. Кинематика. Динамика. Молекулярная физика и термодинамика. Электростатика. Постоянный ток........................................................................... 21

4.2. Электромагнетизм. Колебания и волны......................................................... 58

4.3. Оптика. Физика атома, ядра и элементарных частиц................................... 97

5. Приложение...................................................................................................................... 131

6. Рекомендуемая литература............................................................................................. 138

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие посвящено более глубокому изучению курса физики, в котором по каждому разделу даны конкретные рекомендации, приводятся примеры решения задач и порядок их оформления.

Для глубокого изучения и усвоения учебного материала по курсу общей физики предусматриваются индивидуальные семестровые задания в количестве 16-ти задач. Каждый студент выполняет определенный набор задач по всем темам изучаемого материала, которые выдает преподаватель, и защищает их на консультации или лабораторном занятии в часы собеседований.

Авторы надеются, что данное пособие окажет несомненную помощь студентам университета при изучении физики.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ

КУРСА ФИЗИКИ

КИНЕМАТИКА

1.1. Кинематика поступательного движения

Какие существуют способы описания движения? Как найти путь по заданной траектории движения? Как определить вектор скорости материальной точки через заданный вектор перемещения? Записать интегралы скорости и пути.

1.2. Ускорение при криволинейном движении

Как определить нормальное и тангенциальное ускорение движущейся точки по криволинейной траектории? Чем отличаются средние значения скорости и ускорения от их мгновенных значений?

1.3. Кинематика вращательного движения

Как связаны между собой угловая скорость, угловое ускорение и угол поворота? Каковы размерности угловых характеристик движения

материальной точки? Как, используя аналогию между кинематическими характеристиками поступательного и вращательного движений, найти зависимости между углом поворота, угловой скоростью и угловым ускорением?

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ - ЗАКОНЫ ДИНАМИКИ

2.1. Динамика материальной точки

При подготовке необходимо обратить особое внимание на законы Ньютона, составляющие основу классической динамики. Усвоить их формулировку и математическое выражение, установить их физическое содержание и взаимную связь, границы применения классической механики. Почему законы Ньютона в обычной формулировке несправедливы в неинерциальных системах отсчета? В чем принципиальное отличие неинерциальных систем отсчета от инерциальных?

2.2. Уяснить динамические характеристики: силу, массу, импульс

Необходимо уметь выражать силу как производную по времени от импульса движения тела, которая выступает как переносчик механического движения одного тела к другому.

Уяснить физическое содержание закона сохранения импульса, который является прямым следствием второго и третьего законов Ньютона. Основные размерности физических величин в системе СИ.

МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА. МОЩНОСТЬ, ЭНЕРГИЯ.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ

При изучении этой темы надо правильно различать величины энергии и работы, имеющие одинаковые размерности. Рассмотреть работу постоянной и переменной силы. Механика различает два вида энергии: кинетическую (энергию движения) и потенциальную (энергию положения, являющуюся функцией координат). Как рассчитываются эти энергии? Уметь рассчитывать работу силы тяжести, при этом обратить внимание на потенциальные (консервативные) и не потенциальные силы и системы. Какая существует связь между работой и энергией в механике?

Какую роль играют законы сохранения в физике? Фундаментальная роль закона сохранения энергии.

Какая существует связь между консервативными силами и потенциальной энергией? С помощью потенциальной кривой уметь анализировать характер движения тела, сформулировать условие устойчивого равновесия: уяснить физическое содержание понятий "потенциальная яма", "потенциальный барьер".

ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

При изучении этой темы необходимо проследить аналогию между физическими величинами, характеризующими поступательное и вращательное движение. Как, используя второй закон Ньютона, можно получить основное уравнение динамики вращательного движения? Уяснить физическое содержание момента инерции тела, момента силы и момента импульса относительно данной оси.

Какое свойство пространства отражает закон сохранения момента импульса? Существует ли аналогия законов поступательного и вращательного движения? Как для простейших тел (цилиндр, шар, стержень, диск) момент инерции выражается через массу тела?

Как определяется работа и кинетическая энергия при вращательном движении? Обратить внимание, что законы сохранения энергии, момента импульса и импульса относятся к числу наиболее фундаментальных законов физики, отражая объективно существующие свойства и связи действительности.