Введение (по времени 5 минут)

Кафедра физики и теплообмена

 

 

ЛЕКЦИЯ

по дисциплине Физика

для проведения занятий со слушателями ФЗО

специальность 280705 Пожарная безопасность

(квалификация «специалист»)

 

ТЕМА № 1-3«Физические основы механики»

 

Занятие 1 «Кинематика поступательного и вращательного движения. Динамика материальной точки.Импульс. Момент импульса. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса.Закон сохранения механической энергии. Динамика твердого тела. »

 

Формируемые компетенции:

1) общекультурных компетенций (ОК):

· способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ОК-4);

· способность к познавательной деятельности (к абстрагированию, анализу и синтезу, критическому мышлению, обобщению, принятию нестандартных решений, разрешению проблемных ситуаций, резюмированию и аргументированному отстаиванию своих решений) (ОК-8);

· готовность к саморазвитию, самообразованию (ОК-14).

2) профессиональных компетенций (ПК):

· знание механизма воздействия опасностей на человека, характера взаимодействия организма человека с опасностями среды обитания (ПК-8);

· способность ориентироваться в причинно-следственном поле опасностей среды обитания, знать свойства опасностей, содержания мероприятий и способов защиты аварийно-химических опасных веществ (ПК-10);

3) профессионально-специализированных компетенций (ПСК):

· умение проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов (ПСК-32).

 

Цели лекции:

Учебные:

– Продолжить формирование представлений о механическом движении.

– Расширить знания о кинематических характеристиках движения материальной точки.

– Ввести понятия мгновенной скорости, мгновенного ускорения.

– Продолжить формирование представлений о движении по окружности.

Воспитательные:

– Воспитание убежденности в практической значимости получаемых знаний.

– В целях профессиональной подготовки увязать материал с будущей специальностью.

– Продолжить формирование представлений о динамике материальной точки.

– Продолжить формирование знаний о законах динамики: первого, второго и третьего законов Ньютона.

– Ввести и уточнить понятия свободного тела, инерциальной системой отсчета, инертности, силы, массы и импульса материальной точки, импульса силы, силы трения, силы тяжести, веса тела.

– Продолжить формирование представлений о зависимости силы тяжести от географической широт местности, зависимости веса тела от ускорения, невесомости.

– Ввести понятия центра масс системы материальных точек, работы, мощности, мгновенной мощности, консервативных и неконсервативных сил, стационарных и нестационарных сил, кинетической энергии материальной точки, потенциальной энергии во внешнем поле сил, полной механической энергии, момента импульса материальной точки, момента импульса твердого тела.

– Ввести закон сохранения и изменения импульса материальной точки, закон сохранения и изменения импульса системы материальных точек, теорему о движении центра масс, уравнение Мещерского, уравнение Циолковского; закон сохранения механической энергии; закон сохранения момента импульса.

– Продолжить формирование представлений о движении тела переменной массы, принципе реактивного движения; о графическом представлении потенциальной энергии в виде потенциальной кривой;о применении закона сохранения момента импульса твердого тела в гироскопах.

– Продолжить формирование представлений о динамике вращательного движения.

– Ввести понятия момента инерции твёрдого тела, момента силы.

– Ввести теорему Штейнера.

– Ввести уравнение динамики вращательного движения твердого тела.

Продолжить формирование представлений об аналогии между поступательным и вращательным движением

Развивающие:

– Развитие умений устанавливать единые, общие признаки и свойства.

– Развивать навыки аналитического мышления.

– Развитие инициативы и умений действовать самостоятельно.

– Развитие умений делать обобщенные выводы.

 

Методы применяемые на занятии:объяснительно-иллюстративные.

Время:90 мин.

Место проведения: лекционная аудитория.

Учебно- материальное обеспечение:

1. Наглядные пособия (схемы): мультимедиа презентация.

Литература, использованная при подготовке лекции:

1. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Основы физики. – М.: Высшая школа, 2001.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: пособие для вузов/Т.И. Трофимова. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.

3. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. Пособие: В 3 кн. Кн.1. Механика. – М.: Физматлит, 2004.

4. Калашников Н.П. Основы физики: Учеб. Для вузов: в 2 т./Н.П. Калашников, М.А. Смондырев. – М.: Дрофа, 2004. (т. 1)

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Учеб. Пособие для вузов. В 5 т. Т. I. Механика. – М.: Физматлит, 2005.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5 мин.)

Введение (по времени 5 минут).

3. Вопросы лекции:

1. Механическое движение.

2. Траектория, путь, перемещение, скорость (средняя, мгновенная), ускорение (среднее, мгновенное).

3. Угловая скорость, угловое ускорение.

4. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.

5. Масса и импульс материальной точки. Второй и третий законы Ньютона.

6. Силы трения, упругие силы. Сила тяжести, вес. Практическое применение законов Ньютона.

7. Закон сохранения импульса.

8. Закон сохранения механической энергии.

9. 1. Кинетическая энергия вращающегося тела.

10. 2. Момент инерции.

11. 3. Основное уравнение динамики вращательного движения твердых тел.

12. 4. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса

 

Вопрос № 1.

 

Механика изучает закономерности механического движения. Механика состоит из трех разделов: кинематики, динамики, статики. Кинематика изучает различные виды механического движения без рассмотрения их причин. Статикарассматривает условия равновесия тел. Динамикаизучает механическое движение в зависимости от причин, вызывающих тот или иной вид движения.

При анализе сложных процессов, где трудно проследить и выявить основные причинные связи, стараются прежде всего отделить главные закономерности от второстепенных. При этом с целью упрощения рассматривают условную схему явления, пользуясь научными абстракциями. Без применения физических абстракций, отображающих только частично процесс или какую-либо из его сторон, любая, даже простейшая, задача будет разрешимой.

В механике пользуются следующими абстракциями: а) материальная точка; б) абсолютно твердое тело; в) абсолютно упругое тело и др.

Материальная точка - понятие применимое к такому телу, размерами которого можно пренебречь по сравнению с размерами, характеризующими движение этого тела.

Пример. - движение Земли вокруг Солнца. Землю и Солнце можно считать материальными точками, хотя их радиусы соответственно 6х10⁶ м. и 7х10⁸ м. Однако эти расстояния малы по сравнению с расстоянием между центрами этих небесных тел (1,5х10¹¹ м). Однако при изучении вращения Земли вокруг своей оси представление о Земле как о точке неприменимо.

Аналогично можно рассматривать движение океанского лайнера в порту и океане и т.д.

Совокупность нескольких тел, каждое из которых можно считать материальной точкой - называется системой материальных точек (наша Галактика) в некоторых случаях газ, состоящий из молекул.

Абсолютно твердое тело - система материальных частиц, расстояние между которыми не изменяется при произвольных перемещениях этой системы. А.т.т. - тело, которое ни при каких условиях не деформируется. Например, диск, совершающий крутильно-гармонические колебательные движения. Период колебания диска зависит только от массы, его размеров, однородности материала, из которого он изготовлен, распределения масс относительно центра, но не зависит от его упругих свойств. При этом отдельные части диска не изменяют своего положе относительно друг друга.

Абсолютно упругое тело - тело, основными характеристиками которого являются его упругие свойства. А.у.т. - тело, для которого силыоднозначно определяют деформации и наоборот.

Правильность выбранной абстракции подтверждается совпадением, определенной точностью результатов теории и опыта.

Физика - наука, устанавливающая закономерные связи посредством наблюдений явлений в природе и посредством лабораторных опытов. Согласие результатов научного анализа с результатами опыта - критерий истинности наших познаний об окружающем мире.

Механическое движение – это процесс изменения относительного расположения тел или их частей. Всякое движение происходит в пространстве и времени. Основная задача кинематики найти закон движения. Закон движения – функция, с помощью которой можно определить положение тела в пространстве в любой момент времени.

Пространство и время – сложнейшие физические и философские категории. При изучении свойств пространства и времени важное значение приобретает измерение расстояний и промежутков времени. Расстояния измеряются с помощью эталона длины, промежутки времени – с помощью эталона времени. Эталоном длины может служить некоторое материальное тело – линейка или масштаб. Эталоном времени может служить длительность какого-либо периодического процесса, например вращения Земли вокруг своей оси.

И. Ньютон, создавая свою механику, постулировал, что время и пространство абсолютны. Что это означает? Это означает, что если имеется двое одинаковых, однажды выверенных (синхронизированных) часов, то эти часы всегда будут показывать одно и то же время, с какой бы скоростью они никель двигались друг относительно друга и как бы далеко друг от друга никель находились. Аналогично два одинаковых эталона длины будут всегда одинаковыми независимо от состояния их движения.

Механика, постулирующая абсолютный характер пространства и времени, называется классической или ньютоновской.

Свойства классического пространства.

1. Абсолютное пространство трехмерно (необходимо и достаточно задать три величины).

2. Абсолютное пространство непрерывно. Любые две его точки могут находиться сколь угодно близко друг к другу.

3. Абсолютное пространство однородно (в нем нет привелигерованных точек).

4. Абсолютное пространство изотропно (свойства пространства одинаковы во всех направлениях).

5. Абсолютное пространство Эвклидово. Его геометрия описывается геометрией Эвклида.

 

Свойства классического времени.

1. Абсолютное время однородно (в нем нет привелигерованных мгновений).

2. Абсолютное время непрерывно. Два его мгновения могут быть сколь угодно близки друг к другу.

3. Абсолютное время одномерно.

4. Абсолютное время анизотропно (оно течет только в одном направлении).