Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Конспект лекцій дніпропетровськ 2010 вступ

Конспект лекцій дніпропетровськ 2010 вступ




Сторінка1/6
Дата конвертації28.05.2017
Розмір1.21 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3   4   5   6


ДНІПРОПЕТРОВСЬКА УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ ТА ПРАВА
КАФЕДРА ТОВАРОЗНАВСТВА І ТОРГОВЕЛЬНОГО ПІДПРИЄМНИЦТВА

В . Г. М’ячин
ФІЗИКА ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ СИРОВИНИ ТА МАТЕРІАЛІВ


  1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ




Дніпропетровськ

2010

ВСТУП
Світ навколо нас являє собою матерію. Невід’ємною властивістю матерії та формою її існування є рух. Рух у широкому розумінні слова - це різні зміни матерії - від простого переміщення до складних процесів мислення.

Фізика - наука про найбільш прості і разом з тим найбільш загальні форми руху матерії та їх взаємні перетворення. Форми руху матерії, що вивчаються фізикою (механічна, теплова та ін.), присутні в усіх вищих та більш складних формах руху матерії (хімічних , біологічних та ін.). Тому вони є у той же час найбільш загальними формами руху матерії. Вищі та більш складні форми руху матерії - предмет вивчення інших наук (хімії, біології та ін.).

Фізика тісно пов’язана з природничими науками (астрономією, геологією, хімією, біологією та ін.). В результаті була створена ціла низка нових суміжних дисциплін, таких як астрофізика, біофізика тощо.

Фізика тісно пов’язана і з технікою, причому цей зв’язок має двосторонній характер. Фізика виросла з потреб техніки (розвиток механіки у древніх греків, наприклад, був ініційований потребами будівельної та військової техніки того часу), і техніка, в свою чергу, визначає напрямок фізичних досліджень (наприклад, у свій час завдання створення найбільш економічних теплових двигунів викликала бурхливий розвиток термодинаміки).

Теплови́й двигу́н (англ. heat engine) - теплова машина для перетворення теплової енергії в механічну роботу. Для виконання двигуном роботи необхідно створити різницю тисків між обома сторонами поршня двигуна чи лопатей турбіни.

Те́хніка (від грец. techne - мистецтво, майстерність) - сукупність засобів, створених людством для обслуговування своїх потреб виробничого і невиробничого характеру. У техніці матеріалізовані знання і виробничий досвід, накопичені людством у процесі розвитку суспільного виробництва.

З іншого боку, від розвитку фізики залежить технічний рівень виробництва. Фізика - база для створення нових галузей тех­ніки (електронна техніка, ядерна та ін.).

Важко переоцінити роль фізики при дослідженні якості та властивостей різноманітних товарів. Підвищення якості суттєво залежить від створення нових, більш точних та досконалих методів контролю сировини, технологічних процесів та готової продукції.

У харчових галузях промисловості більша частка вимірювальної інформації надходить за допомогою лабораторних засобів інформації.

Гото́ва проду́кція - продукція (товар), вироблена з використанням давальницької сировини (крім тієї частини, що використовується для проведення розрахунків за її переробку) і визначена як кінцева у контракті між замовником і виконавцем.

Вимі́рювальна інформа́ція - інформація про вимірювані величини та залежності між ними у вигляді сукупності їх значень До вимірювальної інформації можуть також входити дані про похибку вимірювань, про число вимірювань тощо.

Технологі́чний проце́с - це впорядкована послідовність взаємопов'язаних дій та операцій, що виконуються над початковими даними до отримання необхідного результату.

Галузі - сукупність підприємств, які виготовляють однорідну продукцію, або надають однорідні послуги. У галузевій структурі господарства виділяють дві сфери - виробничу і невиробничу. Виробнича сфера забезпечує країну різноманітними товарами, невиробнича сфера - послугами матеріального і нематеріального характеру.

Створення нових засобів вимірювнь приводить до того, що все ширше впроваджуються такі прогресивні види вимірювальної техніки, як хроматографи, ЯМР – аналізатори та ін. Суттєві якісні зміни відбуваються з традиційними засобами вимірювань, що пов’язано з бурхливим розвитком обчислювальної техніки.

Електро́нна обчи́слювальна маши́на (ЕОМ) - загальна назва для обчислювальних машин, що є електронними (починаючи з перших лампових машин, включаючи напівпровідникові тощо) на відміну від електромеханічних (на електричних реле тощо) та механічних обчислювальних машин.



1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ
Механіка – частина фізики, яка вивчає закономірності механічного руху та причини, що викликають чи змінюють цей рух.

Механічний рух - зміна взаємного розташування тіл або їх частин у просторі з плином часу. Розділ фізики, що вивчає закономірності механічного руху, називається механікою. В більшості випадків під механікою розуміють класичну механіку, в якій вивчають рух макроскопічних тіл, що рухаються зі швидкостями, які в багато раз менші за швидкість світла у вакуумі.

Механічний рух – це зміна протягом часу взаємного розташування тіл чи їх частин.

Механіка поділяється на три розділи: 1) кінематику; 2) динаміку; 3) статику.

Кінематика вивчає рух тіл, не розглядаючи причини, котрі цей рух обумовлюють.

Динаміка вивчає закони руху тіл та причини, котрі викликають чи змінюють цей рух.

Статика вивчає закони рівноваги системи тіл.

Найпростішою моделлю механіки є матеріальна точка – тіло, розмірами котрого у даній задачі можна знехтувати.

Рівня́ння ру́ху - рівняння або система рівнянь, яке задає закон еволюції механічної системи з часом.

Матеріа́льна то́чка (частинка) -це фізична модель, яку використовують замість тіла, розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати.



Траєкторія руху матеріальної точки - лінія, що описується цією точкою у просторі. Залежно від форми траєкторії рух може бути прямолінійним чи криволінійним.

Довжина ділянки траєкторії, пройдена матеріальною точкою з моменту початку відрахунку часу, називається довжиною шляху і є скалярною функцією часу.

Вектор , проведений від початкового місцезнаходження точки в місцезнаходження її в даний момент часу (приріст радіус - вектора точки за даний проміжок часу), називається переміщенням.

Момент часу - точка на часовій осі. Про події, що відповідають одному моменту часу, говорять як про одночасні.



Вектором середньої швидкості <> називають відношення приросту радіус - вектора точки до проміжку часу ?t:

. (1.1)

Модуль миттєвої швидкості дорівнює першій похідній шляху від часу:



. (1. 2)

Миттєвим прискоренням (прискоренням) матеріальної точки у момент часу t є границя середнього прискорення:



. (1. 3)

Таким чином, прискорення є векторна величина, яка дорівнює першій похідній швидкості за часом.

Геометричний вектор - у фізиці і математиці - величина, яка характеризується числовим значенням і напрямком. У фізиці існує чимало важливих величин, котрі є векторами, наприклад сила, положення, швидкість, прискорення, кутовий момент, імпульс, напруженість електричного і магнітного полів.

Тангенціальна складова прискорення:

, (1. 4)

тобто дорівнює першій похідній за часом від модуля швидкості, визначаючи тим самим швидкість зміни швидкості за модулем.



Нормальна складова прискорення

(1. 5)

спрямованa за нopмaллю до тpaєктopії до цeнтpy її викривлення (тoмy її нaзивaють тaкож цeнтpocпрямованим прискоренням).



Повне прискорення тіла є геометрична cyмa тангенціальної та нормальної складових (рис. 1.1):

. (1.6)

Рис. 1.1
Таким чином, тангенціальна складова прискорення xapaктepизує швидкість зміни швидкості за мoдyлем (спрямована до дотичної до тpaєктopії), a нopмaльнa cкладова прискopeння - швидкість зміни швидкості за напрямком (спрямована до цeнтpу викривлення тpaєктopії).

Кутовою швидкістю є векторна величина, що дорівнює першій похідній кута повороту тіла за часом:

. (1. 7)

Вектор спрямований уздовж осі обертання за правилом правого гвинта, тобто у напрямку вектора (рис. 2а). Одиниця вимірювання кутової швидкості.

Кутова́ шви́дкість - відношення зміни кута при обертанні до відрізку часу, за який ця зміна відбулася.

Одини́ця вимі́рювання (англ. measuring unit, unit of measure) - певний умовний розмір фізичної величини, прийнятий для кількісного відображення однорідних з нею величин.



Лінійна швидкість точки

v = ?R. (1. 8)

Якщо ? = const, тo обертання pівнoміpне і його мoжна xapaктepизувати пepіoдoм обертання T - часом, зa який тoчкa здійснює oдин пoвний oбеpт, тобто обертається нa кут 2?.



.

Чиcлo пoвниx oбеpтів, що здійснюються тілoм пpи pівнoміpнoму його русі пo колу, за одиницю часу нaзивaєтьcя чacтoтoю обертання:



n = ,

звідки


? = 2? .

Кутовим прискоренням нaзивaєтьcя вeктopна вeличина, що дорівнює похідній кутової швидкості за часом:

. (1.9)

Одиниця вимірювання кутового прискорення.



Пpи обертанні тілa навколо нeрухомої ocі вeктop кутовoгo прискopeння спpямований уздoвж ocі обертання у бік вeктopa елeмeнтapнoгo пpиpосту кyтовoї швидкості. Пpи приcкopeнoму русі напрямки вeктopів та співпадають (рис. 2 б), пpи уповільненому - протилежні (рис. 2 в).

а б в


Рис. 1. 2
Тангенціальна складова прискорення:

.

Hopмaльнa cкладова прискорення:

.

Нижче зіставлені формули кінематики поступового та обертального руху:




Поступальний рух

Обертальний рух

Формули переходу

Шлях s

Швидкість v

Прискорення a

s = vt

v=v0 at

s = v0t


Кут ?

Кутова швидкість ?

Кутове прискорення ?

? = ?t

w = w0 ?t

? = w0t


s = ?R

v = ?R





2. ЗАКОНИ ДИНАМІКИ
Перший закон Ньютона: будь-яка матеріальна точка (тіло) зберігає стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху до тих пір, доки вплив з боку інших тіл не вимусить її змінити цей стан. Властивість тіла зберігати стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху називається інертністю. Тому перший закон Ньютона називають також законом iнерціі.

Стан спокою або гіпобіоз - стан зниженої функціональної активності живих організмів, зумовлений факторами середовища (низькою й високою температурою, відсутністю вологи й т.д.), при зберіганні їхньої високої життєздатності.

Зауваження: В цій статті векторні величини позначаються жирним шрифтом, тоді як скалярні - курсивом.

Другий закон Ньютона - основний закон динаміки поступового руху - відповідає на запитання, як змінюється механічний рух матеріальної точки (тіла) під дією прикладених до неї сил.



Другий закон Ньютона: прискорення, набуте матеріальною точкою (тілом), пропорційне викликаючій його силі, збігається з нею за напрямком та обернено пропорційне масі матеріальної точки (тіла):

чи . (2.1)

Другий закон Ньютона діє тільки в інерціальних системах відліку.

Конститу́ція (лат. constitutio - установлення, устрій, порядок) - основний державний документ (закон), який визначає державний устрій, порядок і принципи функціонування представницьких, виконавчих та судових органів влади, виборчу систему, права й обов'язки держави, суспільства та громадян.

Інерці́альна систе́ма ві́дліку - система відліку, в якій тіло, на яке не діють жодні сили (або сили, що діють на нього компенсують одна одну, тобто рівнодійна дорівнює нулю), рухається рівномірно й прямолінійно.

Взаємодія між матеріальними точками (тілами) визначається третім зако­ном Ньютона: будь–який вплив матеріальних точок (тіл) одна на іншу носить характер взаємодії; сили, з якими діють одна на одну материальні точки, завжди рівні за модулем, протилежно спрямовані та діють уздовж прямої, що поєднує ці точки:

. (2. 2)

Кількістю руху тіла з масою m, що рухається із швидкістю , називається вектор m. Якщо тіло в короткий термін ?t знаходилось під дією сили F, то другий закон Ньютона можна сформулювати наступним чином: зміна кількості руху тіла дорівнює імпульсу сили, діючої на тіло, і відбувається у напрямку дії сили:

,

де - імпульс сили;

Імпульс сили - векторна фізична величина, яка дорівнює добутку сили на час її дії.

- зміна кількості руху тіла за термін ?t.



Закон збереження кількості руху. Якщо на систему тіл не діють зовнішні сили, тоді внутрішні сили не зможуть змінити кількість руху системи і вона залишається постійною:

при .

Зо́внішні си́ли - сили взаємодії між розглядуваним елементом конструкції та пов'язаними з ним тілами. Зовнішні сили можуть бути класифіковані за декількома ознаками.

Зовнішніми силами називаються сили, що діють на тіла певної системи з боку інших тіл, які не належать до даної системи. Внутрішніми називаються сили, що діють між тілами однієї системи.

Якщо тіло під дією прикладеної до нього сили здійснило переміщення , тоді скалярний добуток векторів та називається роботою сили на переміщенні :



Одиницею вимірювання механічної роботи є джоуль (Дж) – робота, що здійснює сила в 1Н на шляху в 1м.

Скалярний добуток (англ. dot product, англ. scalar product, нім. Skalarprodukt, рос. скалярное произведение) - бінарна операція над векторами, результатом якої є скаляр.



Кінетичною енергією тіла, що рухається, є скалярна величина:

,

де m – маса;

Скаляр (від лат. scalaris - східчастий) - величина (можливо змінна, тобто функція), кожне значення якої може бути виражене одним числом (найчастіше мається на увазі дійсне число).

v – швидкість руху.



Потенційною енергією тіла чи системи тіл називається енергія, обумовлена взаємодією тіл.

Потенційна енергія стиснутої (чи розтягнутої) пружини дорівнює роботі, що здійснюється при її деформації:

,

де sабсолютне значення деформації; k – жорсткість пружини.



Потенційна енергія тіла вагою P на висоті h над поверхнею Землі дорівнює роботі при його підійманні:

.

Абсолютна величина чи модуль - у математиці, величина, значення або число незалежно від знака. Абсолютна величина числа n записується |x| (іноді - Abs(x) ) і визначається як додатній квадратний корінь з x².

Географі́чна оболо́нка (англ. geography envelope; нім. geografischer Mantel, m) - верхня комплексна оболонка Землі, що утворилася внаслідок взаємопроникнення і складної взаємодії окремих геосфер - літосфери, гідросфери, атмосфери і біосфери.



Закон збереження механічної енергії. Повна механічна енергія тіла чи системи тіл дорівнює сумі кінетичних та потенційних енергій тіл, що входять у систему:

.

Моментом інерції системи (тіла) відносно даної осі називається фізична величина, що дорівнює сумі добутків мас матеріальних точок системи на квадрати їхніх відстаней до осі:

.

Механі́чна ене́ргія - енергія, яку фізичне тіло має завдяки рухові чи перебуванні в полі потенціальних сил.

Фізи́чна величи́на - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їхніх станів і процесів, що в них відбуваються) та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них.

Якщо відомий момент інерції тіла відносно осі, що проходить крізь його центр мас, тоді момент інерції відносно будь-якої іншої паралельної осі визначається теоремою Штейнера: момент інерції тіла J відносно довільної осі дорівнює моменту його інерції Jc відносно паралельної осі, що проходить через центр мас С тіла, складеному з добутком маси т тіла на квадрат відстані а між осями:



J = Jc ma2.

Зіставлення рівнянь динаміки поступального та обертального рухів:


Поступальний рух: Обертальний рух:

Сила Момент сили

Маса m Момент інерції J

Кількість руху Момент кількості руху


Перший закон Ньютона

v = const при ?

Моме́нт си́ли - векторна фізична величина, рівна векторному добутку радіус-вектора, проведеного від осі обертання до точки прикладення сили, на вектор цієї сили. Момент сили є мірою зусилля, направленого на обертання тіла.

= соnst при

Другий закон Ньютона



Закон збереження

кількості руху момента кількості руху

Третій закон Ньютона



Робота


A = Fs A = M?

Кінетична енергія



Закон збереження енергії



А = const A = const

Потужність



N = N =

3.

Енергоконсервація (або більш прийняте в Україні поняття - Енергозбереження) стосується зменшення споживання енергії за рахунок використання меншої кількості енергетичних послуг. Енергозбереження відрізняється від енергоефективності, яке стосується використання меншої кількості енергії за тої самої послуги.

ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ ТА ТЕРМОДИНАМІКИ


  1   2   3   4   5   6



  • Д НІПРОПЕТРОВСЬКА УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ ТА ПРАВА КАФЕДРА ТОВАРОЗНАВСТВА І ТОРГОВЕЛЬНОГО П І ДПРИ Є МНИЦТВА В . Г. М’
  • 1 . ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ Механіка
  • Тра є кторія
  • Вектором середньої швидкості <
  • Нормальна складова прискорення (1. 5) спрямованa за нopмaллю до тpaєктopії до цeнтpy її викривлення (тoмy її нaзивaють тaкож ц
  • Одиниця вимірювання кутової швидкості
  • Тангенціальна складова прискорення : . Hopмaльнa cкладова прискорення
  • 2. ЗАКОНИ ДИНАМІКИ Пер ший закон Н ь ютона
  • третім зако­ном Нь ю тона : будь–який
  • К і лькістю руху тіла
  • Закон збереження кількості руху
  • Кінетичною енергією тіла
  • Потенційною енергією
  • Закон збереження механічної енергії
  • Моментом інерції системи (тіла)
  • МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ