Физические основы механики Лабораторные работы

Физика
Атомная энергетика
Оптика
Физические основы механики
Квантовая механика
Электротехника
Расчеты цепей постоянного тока
Расчет трехфазной цепи
Лабораторные работы
Исследование полупроводниковых выпрямителей
Закон Ома 
Расчет электрических цепей
Электрические машины переменного тока
Электронные усилители и генераторы
Трехфазные выпрямители
Энергетика
Электрические сети энергосистем России
Основы энергосбережения
Экологические проблемы энергетики
Концепция развития атомной энергетики
Ядерный реактор
Быстрые реакторы
Ядерное оружие
Начертательная геометрия
Аксонометрические проекции
Взаимопринадлежность геометрических фигур
Конические сечения
Метод проецирующих секущих плоскостей
Метрические задачи
Инженерная графика
Спецификация
Основная надпись
Обозначения графические материалов
Правила нанесения размеров
Сопряжение
Геометрические построения
Метод проекций
Позиционные задачи
Курс «Детали машин»
Решение метрических задач
Информатика
Компьютерные сети
Курс лекций по информатике
Служба имен доменов DNS
Электронная почта
Пересылка писем
Браузеры
Протокол ftp
XHTML
Повышение производительности
Беспроводные веб-технологий
Цифровая обработка звука
Интернет-радио
Видео
Прокладка оптоволоконного кабеля
История искусства
Романская и готическая архитектура
Архитектура ренессанса
Нотер-Дам-де-Пари
Архитектура Германии
Русское деревянное зодчество
Русское барокко
Русский классицизм
Математика
Курс высшей математики
Математическая логика
Предел и непрерывность функции
Непрерывность функции в точке
Вычислить производную функции
Вычислить интеграл
Метод замены переменной

 

Механика делится на три раздела: статику, кинематику, динамику. Статика изучает законы равновесия системы тел. Она подробно изучается в курсе теоретической механики. Поэтому в предлагаемом пособии этот раздел мы опускаем.

Кинематические характеристики и уравнения поступательного движения. Кроме модели реального тела в виде материальной точки, в физике часто используется модель абсолютно твердого тела. Тело считается абсолютно твердым, если в условиях рассматриваемой задачи оно не деформируется, т.е. расстояние между любыми двумя произвольными точками сохраняется неизменным.

Кинематические характеристики вращательного движения. Вращательным называется такое движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения.

Классическая динамика базируется на трех законах Ньютона. Первый закон Ньютона: Если на материальную точку не действуют силы или приложенные силы взаимноуравновешены (т.е. суммарная или результирующая сила равна нулю), то материальная точка будет находиться в состоянии покоя (=0) или равномерного прямолинейного движения (=const).

Закон сохранения импульса. Рассмотрим общий случай - систему n взаимодействующих материальных точек (тел). На каждое тело действуют внутренние и внешние силы. Силы взаимодействия между телами системы называются внутренними, а силы, которые действуют со стороны тел, не входящих в рассматриваемую систему, называются внешними.

Принцип реактивного движения. Уравнение движения тела с переменной массой. Особый интерес представляет применение закона сохранения импульса к явлению «непрерывной отдачи», происходящему в реактивном двигателе (ракете). Если рассматривать ракету и выбрасываемые ею продукты сгорания как единую механическую систему, то для получения уравнения ее движения можно применить закон сохранения импульса. Эта идея была высказана в 1881 г. Н.И.Кибальчичем и развита в трудах К.Э.Циолковского. Уравнение движения тела с переменной массой было выведено в 1897г. И.В.Мещерским.

Кинетическая и потенциальная энергии. Полная механическая энергия Ем складывается из кинетической Ек и потенциальной Еп энергий Ем = Ек + Еп . Кинетическая энергия Ек – это энергия движущегося тела, она равна работе, которую могло бы совершать тело при торможении до полной остановки 

Динамика вращательного движения Основные характеристики динамики вращательного движения. Для описания вращательного движения используются следующие параметры : момент инерции J, момент силы , момент импульса тела. Аналогами их в поступательном движении являются масса m, сила , импульс тела .

Работа и кинетическая энергия при вращательном движении твердого тела. Найдем работу при вращательном движении твердого тела. Пусть ось вращения проходит через точку О, находящуюся на расстоянии r от точки приложения силы С, а a ‑ угол между векторами  и

Колебательное движение Основные характеристики гармонического колебания. Колебательным движением называется процесс, при котором система многократно отклоняясь от своего состояния равновесия, каждый раз вновь возвращается к нему. Промежуток времени Т, спустя который процесс полностью повторяется, называется периодом колебания.

Гармонический осциллятор. Примеры гармонических осцилляторов. Тела, которые при движении совершают гармонические колебания, называют гармоническими осциляторами. Рассмотрим ряд примеров гармонических осциляторов.

Волновые процессы Понятие о волнах. Виды волн. Если какую-либо частицу упругой среды заставить колебаться, то благодаря взаимодействию между частицами, соседние частицы тоже начнут колебаться, такой процесс вовлечения частиц в колебательное движение будет охватывать со временем все большее число частиц. Процесс распространения колебаний в среде называется волновым процессом или волной. В таком процессе сами частицы среды не перемещаются на большие расстояния, они только совершают колебания около положений равновесия, причем частицы в разных точках колеблются с некоторым сдвигом по фазе.

Элементы релятивистической механики Преобразования Галилея и механический принцип относительности. В механике Ньютона при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, движущейся относительно первой поступательно с постоянной скоростью, пользуются преобразованиями координат и времени, которые называются преобразованиями Галилея. Они основаны на двух аксиомах: Ход времени одинаков во всех системах отсчета; Размеры тела не зависят от скорости его движения. 

Основной закон динамики релятивистской частицы. Масса релятивистских частиц, т.е. частиц, движущихся со скоростями v ~ с не постоянна, а зависит от их скорости: . Здесь m0 – это масса покоя частицы, т.е. масса, измеренная в той системе отсчета, относительно которой частица покоится. Эта зависимость подтверждена экспериментально. На основании ее рассчитывают все современные ускорители заряженных частиц (циклотрон, синхрофазотрон, бетатрон и т.д.).

 

Лабораторная работа N102 Методика обработки физических измерений Физическими величинами называются характеристики свойств тел или процессов, которые могут быть определены количественно при помощи измерений. Измерение представляет собой познавательный процесс. заключающийся в сравнении данной величины опытным путем с некоторым ее значением, условно принятым за единицу измерения.

Методы учета инструментальных погрешностей Наиболее распространенными систематическими ошибками являются инструментальные (приборные) погрешности. Количественно они характеризуются предельной допустимой основной погрешностью Δпр- практически наибольшей по абсолютной величине воз­можной разностью между показанием (единичным) прибора и истинным значением измеряемой величины. В большинстве случаев Δпр определяется классом точности прибора или указывается в инструкции по его применению.

Параметры распределения случайных величин Законы распределения являются полными характерис-тиками случайных величин. Но они не всегда удобны для практики. На практике чаще случайную величину характеризуют определенными числовыми параметрами, связанными с законом ее распределения. Основные из них: математическое ожидание и дисперсия.

График функции плотности нормального распределения называется нормальной кривой распределения или кривой Гаусса.

Ошибка среднего арифметического

Выборочной метод

Погрешности косвенных измерений Часто приходится вычислять искомую величину по результатам измерений других величин, связанных с этой величиной определенной функциональной зависимостью. Например, объем шара  можно вычислить, измерив его радиус R . Также измерения называются косвенными.

Использование косвенных измерения в методе малых выборок В настоящее время нет универсального способа оценки границ доверительного интервала при заданной надежности для результата косвенных измерений. Поэтому здесь дается простой, хотя и недостаточно строгий метод такой оценки.

Графическое представление результатов измерений Для наглядного представления взаимной связи физических величин и их закономерного изменения результата наблюдений представляют графически.

Лабораторная работа 103 Измерение линейных размеров оптиметром ИКГ Цель работы: ознакомиться с устройством горизонтального оптиметра ККГ, провести измерение толщины алюминиевой фольги и статистическую обработку результатов прямого измерения.

Лабораторная работа 104 Изучение законов динамики и кинематики поступательного движения на машине АТВУДА Механика - это наука о простейших формах движения и силах, вызывающих это движение. Механическим движением называется изменение с течением времени взаимного положения тел или частей тела друг относительно друга.

В общем случае криволинейного (и прямолинейного) движения средняя скорость может быть различной на разных участках траектории и зависеть от пути Δs, или, что то же, от промежутка времени Δt.

Рассмотрим твердое тело, которое вращается вокруг неподвижной оси. Тогда отдельные точки этого тела будут описывать окружности разных радиусов, центры которых лежат на оси вращения. Пусть некоторая точка движется по окружности радиуса R

Второй закон Ньютона: Ускорение , приобретаемое телом под действием силы , прямо пропорционально этой силе и обратно пропорционально массе и направлено в сторону действия силы.

Момент инерции материальной точки относительно какой-либо оси называется произведение массы этой точки на квадрат расстояния от ее оси

Моментом силы относительно неподвижной точки О называется физическая величина, определяемая векторным произведением радиуса-вектора   , проведенного из точки О в точку А приложения силы, на силу :

Цель работы: проверка второго закона Ньютона и уравнений равноускоренного прямолинейного движения. Проверка состоит в установлении пропорциональности между ускорением  и ускоряющей силой  (4). Ускоряющая сила может изменяться путем подбора добавочных грузов при неизменной массе всей системы.

Лабораторная работа 105 Изучение вращательного движения твердого тела

Третий закон Ньютона (закон действия и противодействия): Два взаимодействующих тела действуют друг на друга с силами равными по значению и противоположными по направлению

Цель работы: экспериментальная проверка основного закона динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси:

Лабораторная работа 106 Определение моментов инерции тел методом колебаний

Динамика – это раздел механики, который изучает движение совместно с причинами, вызывающими или изменяющими это движение. В основе динамики лежат три закона Исаака Ньютона, сформулированные им в 1687 г. Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются (как и все физические законы) обобщением результатов огромного человеческого опыта. Их рассматривают как систему взаимосвязанных законов и опытной проверке подвергают не каждый отдельный закон, а всю систему в целом.

 Лабораторная работа № 106а Измерение метода инерции твердого тела методом крутильных колебаний Цель работы: Ознакомиться с элементами теории крутильных колебаний твердого тела и методикой измерения моментов инерции твердых тел с помощью крутильного маятника. Приобрести навыки работы с крутильным маятником.

Лабораторная работа 108 Определение коэффициента восстановления и времени соударения упругих шаров Основные законы механики

Закон сохранения и изменения механической энергии Предположим, что мы имеем замкнутую систему материальных точек, в которой действуют только консервативные силы. Состояние такой системы будет определяться ее конфигурацией и скоростями материальных точек, образующих систему.

.Лабораторная работа 108 Виды ударов и их характеристики Принадлежности: электромеханическая установка для центрального соударения шаров. Рассмотрим центральный абсолютно упругий удар двух шаров. Пусть шары с массами m1 и m2 движутся до ударения со скоростями V1 и V2, а после соударения со скоростями U1 и U2.

Лабораторная работа 109 Изучение движения маятника Максвела ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление со сложным движением твердого тела, совершающего вращательное движение одновременно с поступательным перемещением на примере движения маятника Максвелла. Экспериментальное определение момента инерции маятника и сопоставление его с теоретически рассчитанным значением.

Лабораторная работа 110 Колебаниями называются процессы, в той или иной степени повторяющиеся во времени. При периодических колебаниях изменение наблюдаемой величины в точности повторяется через совершенно определенное время - период. Они описываются периодической функцией времени  (1) где Т – период функции, n – произвольное целое число.

Затухающие колебания В реальных колебательных системах кроме квазиупругих сил присутствуют силы сопротивления среды. Наличие сил трения приводит к рассеянию (диссипации) энергии и уменьшению амплитуды колебаний. Замедляя движение, силы трения увеличивают период, т.е. уменьшает частоту колебаний. Такие колебания не будут гармоническими.

Вынужденные колебания и резонанс Если на тело с массой m действуют упругая сила Fу = -kX, сила трения и внешняя периодическая сила , то оно совершает вынужденные колебания

Связанные колебания Источником внешней периодической силы может служить вторая колебательная система, упруго связанная с первой. Обе колебательные системы могут действовать одна на другую

 Стоячие волны – это результат особого вида интерференции волн. Они образуются при наложении двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу с одинаковыми частотами и амплитудами.

Определение характеристик затухания камертона Цель работы: изучить затухающие колебания и определить основные пареметры затухания камертона.

Лабораторная работа 111 Изучение стоячих волн в натянутой струне Цель работы: изучить образование стоячих волн в натянутой струне и определить ее линейную плотность.

Определение ускорения свободного падения при помощи оборотного маятника Цель работы: исследование законов колебательного движения на примере физического и математического маятников; определение ускорения свободного падения.

Методические указания к лабораторной работе 112a Исследование явления трения качения методом наклонного маятника

Методика определения коэффициента трения качения с помощью наклонного маятника Определение коэффициента трения качения методом наклонного маятника основано на измерении уменьшения амплитуды его колебаний со временем. Когда маятник совершит n колебаний, угол отклонения его от положения равновесия уменьшится от α0 до αn.

Лабораторная работа 113 Изучение колебаний в связанных системах ЦЕЛЬ РАБОТЫ: получение биений в сопряженных маятниках и представление их через нормальные моды колебаний связанной системы.

Физика, начертательная геометрия - лекции и примеры решения задач