Study
- 1 семестр
Механика
1. Предмет физики. Физические величины, единицы измерений СИ и СГС, внесистемные единицы. Кинематика материальной точки. Системы отсчёта и системы координат (декартова, полярная, сферическая). Радиус-вектор, линейные и угловые скорости и ускорения. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения. Описание движения вдоль плоской кривой, радиус кривизны траектории.
2. Динамика материальной точки. Задание состояния частицы в классической механике. Основная зада- ча динамики. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона. Импульс и сила. Инертная и гравитационная массы. Второй закон Ньютона. Уравнение движения частицы, роль начальных условий. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Центр инерции (центр масс). Динамика системы частиц. Закон движения центра инерции. Движение тел с переменной массой.
3. Работа силы. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы. Понятие силового поля. Потенциальная энергия, потенциал поля. Кинетическая энергия частицы. Закон сохранения энергии в механие. Общефизический закон сохранения энергии. Система центра инерции. Преобразование энергии при смене системы отсчёта. Теорема Кёнига.
4. Момент импульса материальной точки. Связь момента импульса материальной точки с секториальной скоростью. Момент импульса системы материальных точек. Момент силы. Уравнение моментов. За- кон сохранения момента импульса. Движение тел в центральном поле. Закон всемирного тяготения. Потенциальная энергия в гравитационном поле. Законы Кеплера.
5. Вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси.Кинематика твёрдого тела. Теорема Эйлера. Мгновенная ось вращения. Угловая скорость как вектор, сложение вращений. Независимость угловой скорости вращения твёрдого тела от положения оси, к которой отнесено вращение. Момент инерции. Вычисление моментов инерции твёрдых тел. Теорема Гюйгенса–Штейнера. Уравнение моментов при вращении вокруг неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося тела. Плоское движение твёрдого тела. Качение. Скатывание тел с наклонной плоскости. Регулярная прецессия свободного вращающегося симметричного волчка. Гироскопы.
6. Гармонические колебания материальной точки. Пружинный и математический маятники. Частота, круговая частота и период колебаний. Роль начальных условий. Энергия колебаний, связь средней кинетической и средней потенциальной энергий гармонического осциллятора. Механические колебания твёрдых тел. Физический маятник. Приведённая длина, центр качания. Теорема Гюйгенса о физическом маятнике. Комплексное описание колебаний. Затухающие колебания. Колебания под действием внешней силы.
7. Неинерциальные системы отсчёта. Относительное, переносное, кориолисово ускорения. Силы инерции: поступательная, центробежная, кориолисова. Второй закон Ньютона в неинерциальных системах отсчёта. Потенциальная энергия в поле центробежных сил. Вес тела, невесомость. Отклонение падающих тел от направления отвеса. Геофизические проявления кориолисовых сил. Маятник Фуко.
8. Элементы специальной теории относительности. Принцип относительности. Инвариантность скорости света. Преобразования Галилея и Лоренца. Интервал и его инвариантность относительно смены систе- мы отсчёта. Относительность понятия одновременности. Замедление времени, сокращение масштабов, собственная длина. Сложение скоростей. Эффект Доплера. Кинетическая энергия релятивистской частицы, энергия покоя, полная энергия. Инвариантность массы системы.
Термодинамика и статистическая физика
1. Термодинамика. Основные понятия. Уравнение состояния. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Теплоемкость. Адиабатический и политропический процессы.
2. Второе начало. Тепловая машина. Теоремы Карно. Неравенство Клаузиуса. Энтропия и закон ее возрастания.
3. Термодинамические потенциалы. Соотношения Максвелла. Разность теплоемкостей. Термодинамическая устойчивость.
4. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Тройная и критическая точка. Неидеальные газы.
5. Газ Ван-дер-Ваальса. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Равновесие фаз газа Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томпсона
6. Принципы статистической физики. Элементы теории вероятностей. Распределения Максвелла. Распре- деление по энергии.
7. Распределение Гиббса. Среднее число ударов молекул о стенку. Статистическая сумма и энтропия.
8. Явления переноса. Длина свободного пробега. Диффузия. Теплопроводность. Уравнения диффузии и теплопроводности. Броуновское движение. Формула Эйнштейна-Смолуховского.
