Основные задачи механики физика: «В чем состоит основная задача механики?» – Яндекс.Кью

Содержание

Основная задача механики (определение, формула в общем виде)

Основная задача механики. Основной задачей механики является описание механического движения тел, то есть установление закона (уравнения) движения тела на основе характеристик, описывают (координаты, перемещение, длина пройденного пути, угол поворота, скорость, ускорение и т.п.).

Иными словами, если с помощью составленного закона (уравнения) движения можно определить положение тела в любой момент времени, то основная задача механики считается решенной. В зависимости от выбранных физических величин и методов решения основной задачи механики ее разделяют на кинематику, динамику и статику.

Кинематика – раздел механики, в котором изучается механическое движение без рассмотрения его причин. Кинематика дает ответ на вопрос, где будет тело в пространстве с течением времени, если известны его первоначальные характеристики.

Динамика – раздел механики, в котором изучают закономерности механического движения тел под действием приложенных к ним сил. Динамика дает ответ на вопрос, почему именно так движется тело.

Статика – раздел механики, изучающий условия равновесия материальных тел под действием приложенных к ним сил.

Следует также заметить, что законы классической механики не всегда могут быть применимы. Например, движение одной молекулы можно описать законами механического движения, а движение их совокупности в теле описывается уже другими – статистическими законами. Движение тела со скоростью, близкой к скорости света (скорость света обозначают буквой с. С = 300 000 км / с), описывается релятивистскими законами. Движение и взаимодействие элементарных частиц микромира описывают в квантовой механике.

Говоря «механика», мы будем понимать именно классическую механику, которая базируется на законах механического движения, сформулированных Ньютоном, которая стала толчком к созданию современной квантовой физики.

Изучение механики мы начинаем с ее первого раздела – кинематики.

Статья «Основная задача механики»

ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА МЕХАНИКИ

Она заключается в следующем: в любой момент времени знать положение тела в пространстве и уметь находить его в любой последующий или предыдущий момент времени.

На решение ОЗМ задач в школьном курсе много.

К числу тривиальных задач можно отнести задачи № 23 (ПРД) и № 86 (ПРУД) из сборника задач по физике А.П. Рымкевича. Для них графики зависимостей кинематических величин от времени иллюстрируют аналитические решения. Возможен и обратный вариант: по приведенному графику записать уравнения.

Из этих простых задач можно сделать далеко не пустяковые выводы:

1. Графиками являются прямые, параллельные осям, наклоненные к осям или параболы.

2. Подобные графики в курсе математики задаются функциями у(х):

y = kx + b

y = ax2 + bx + c

Частным случаем является расположение (принадлежность) графика оси абсцисс или ординат.

3. Цепочка связей «ускорение – скорость – координата» для ПРД и ПРУД показывает следующее:

Позиция

ПРД

Описание графика

ПРУД

Описание графика

ПУД

Описание графика

(ускорение ускорения) εх

 

прямая

принадлежит оси времени

прямая

параллельна оси времени

Ускорение ах

прямая

принадлежит оси времени

прямая

параллельна оси времени

прямая

наклонена к оси времени

Скорость Vх

прямая

параллельна оси времени

прямая

наклонена к оси времени

парабола

Координата х

прямая

наклонена к оси времени

парабола

кубическая парабола

Интересно, что перемещение информации по таблице происходит слева направо и вверх.

4. Пройденный путь находится как площадь фигуры под графиком проекции скорости. Распространяя данный метод на движение с равнопеременным ускорением, можно найти скорость в любой момент времени как площадь фигуры под графиком ускорения.

 

Физика: механика | Новый физтех. Университет ИТМО

Содержание курса

Лекция 1    Введение
    “Современная картина мира. Микро- и макромир. Задачи современной физики.
Понятия пространства и времени. Классическое представление. Эталоны длины и времени. Способы измерения промежутков времени и длины. Границы применимости классической нерелятивистской механики. Система отсчета. Различные системы координат и связь между ними.”
Лекция 2    Нерелятивистская кинематика материальной точки
    Основные понятия кинематики материальной точки: радиус-вектор, траектория, перемещение, путь, скорость, ускорение. Выражение скорости и ускорения в различных системах координат. Естественная параметризация движения.

Ускорение материальной точки при криволинейном движении, его тангенциальная и нормальная составляющие. Вращательное движение. Циклоида, брахистрона и таутохрона. Баллистическое движение. Кривизная траектории.
Лекция 3    Нерелятивистская динамика материальной точки
    Основные понятия динамики материальной точки. Понятие инерции. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Импульс. Масса как мера инертности. Сила. Импульс. Второй закон Ньютона. Закон сохранения импульса материальной точки. Третий закон Ньютона. Импульс системы материальных точек. Сохранение импульса замкнутой системы. Центр масс системы материальных точек. Система центра масс. Закон движения центра масс. Приведенная масса. Аддитивность и сохранение массы. Уравнение движения. Закон движения. Начальные условия. Прямая и обратная задача динамики.
Лекция 4    Нерелятивистская динамика материальной точки
    Интегрирование уравнений движения. Трение. Пример задачи: баллистическое движение с учетом сопротивления воздуха. Движение тел переменной массы. Реактивное движение. Уравнение Мещерского, формула Циолковского. Поворот ракеты.
Лекция 5    Нерелятивистская динамика системы материальных точек
    Работа силы. Мощность. Понятие кинетической энергии. Кинетическая энергия системы материальных точек. Преобразование энергии при переходе от одной ИСО к другой и теорема Кенига. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Связь потенциальной энергии и силы. Градиент. Закон сохранения полной механической энергии.
Лекция 6    Нерелятивистская динамика
    “Эквипотенциальные поверхности и смысл градиента. Примеры потенциалов, встречающихся в физике. Финитное и инфинитное движение.
Столкновения частиц. Упругие столкновения. Векторные диаграммы. Неупругие столкновения. Каналы реакции. Порог реакции.”
Лекция 7    Нерелятивистская динамика
    Момент силы и момент импульса материальной точки и системы материальных точек. Уравнение динамики вращательного движения для материальной точки и системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса. Момент импульса относительно оси. Вращение относительно движущегося центра. Рассеяние частиц. Формула Резерфорда. Дифференциальное сечение рассеяния.
Лекция 8    Нерелятивистская динамика
    Секториальная скорость. Закон всемирного тяготения. Опыт Кавендиша. Потенциальная и полная энергия гравитационного взаимодействия. Вывод законов Кеплера.
Лекция 9    Гравитационное взаимодействие
    “Типы орбит и их связь с полной энергией. Космические скорости. Межпланетные полеты. Приливные силы.
Теорема Гаусса для гравитационного поля, примеры ее применения.”
Лекция 10    Элементы космологии
    Элементы космологии. Космологический постулат. Закон Хаббла. Критическая плотность.
Лекция 11    Нерелятивистская динамика в неинерциальных системах отсчета
    Неинерциальные системы отсчета. Принцип относительности для НИСО. Силы инерции. Закон движения в НИСО. Частные случаи: поступательное движение НИСО и движение с вращением. Ускорение д’Аламбера, Кориолиса, центробежное. Маятник Фуко.
Лекция 12    Нерелятивистская динамика в неинерциальных системах отсчета, введение в СТО
    “Динамика движения материальной точки в окрестности поверхности Земли. Отклонение отвеса от направления на центр Земли. Связь инертной и гравитационной масс.

Экспериментальные обоснования СТО”
Лекция 13    Релятивистская кинематика материальной точки
    Постулаты специальной теории относительности. Относительность одновременности событий. Способы синхронизации часов. Вывод преобразований Лоренца. Интервал. Причинность. Собственное время. Распад мю-мезонов. Лоренцево сокращение продольных размеров объекта и фотосъемка быстро движущихся объектов.
Лекция 14    Релятивистская кинематика материальной точки
    Диаграммы Минковского. Парадокс “пенала”. Экспериментальная проверка замедления времени. Релятивистский закон преобразования скоростей. Аберрация света. Продольный и поперечный эффект Доплера для периодической последовательности сигналов. Парадокс близнецов, связь с эффектом Доплера.

Лекция 15    Релятивистская динамика
    Релятивистский импульс и релятивистская энергия. Четырехвектор энергии-импульса. Энергия покоя. Преобразование энергии и импульса при переходе между инерциальными системами отсчета. Релятивистский закон сохранения энергии. Связь энергии и массы.
Лекция 16    Релятивистская динамика
    Столкновения и распад релятивистских частиц. Порог реакции. Ускорители частиц.
Лекция 17    Кинематика АТТ
    “Понятие абсолютно твердого тела (АТТ). Элементы кинематики АТТ. Независимость угловой скорости от начала отчета в ТТ. Сложение вращений. Разложение плоского движения на поступательное и вращательное. Мгновенная ось вращения.
Момент импульса и момент инерции твердого тела. Теорема Гюйгенса-Штайнера. Вычисление моментов инерции. Понятие о тензоре инерции.”

Лекция 18    Динамика АТТ
    Динамика вращательного движения АТТ вокруг фиксированной оси. Движение относительно центра масс. Маятник Максвелла. Скатывание тел с наклонной плоскости. Кинетическая энергия вращения. Аналогия между вращательным и поступательным движением.
Лекция 19    Нерелятивистсткая динамика абсолютно твердого тела
    Свободный гироскоп. Приближенная теория движения гироскопа под действием внешних сил. Симметричный волчок. Нутация. Тензор и эллипсоид инерции
Лекция 20    Основы теории колебаний
    Гармонические колебания материальной точки. Уравнение колебаний. Общее решение и начальные условия. Понятия фазы, частоты, амплитуды. Энергия коллебаний гармонического осциллятора. Метод комплексных амплитуд. Связь колебательного движения с движением по окружности. Сложение колебаний. Фигуры Лиссажу. Фазовое пространство.
Лекция 21    Основы теории колебаний
    Затухающие колебания материальной точки при вязком трении, понятие декремента затухания. Вынужденные колебания затухающего осциллятора: различные режимы. Добротность системы. Понятие резонанса. Лоренцева форма резонанса.
Лекция 22    Основы теории колебаний
    Установление колебаний. Биения. Связанные осцилляторы. Резонанс Фано. Колебания со многими степенями свободы. Нормальные колебания. Цепочка связанных осцилляторов. Оптические аналогии.
Лекция 23    Основы теории колебаний
    Физический маятник. Приведенная длина и центр качания. Адиабатические инварианты. Нелинейные колебания.
Лекция 24    Элементы теории упругости
    Деформация простого растяжения. Модуль Юнга. Коэффициент Пуассона. Плотность энергии упругой деформации. Всестороннее гидростатическое сжатие. Деформация сдвига. Модуль сдвига. Деформация кручения. Модуль кручения.
Лекция 25    Элементы механики сплошных сред
    Гидростатика несжимаемой жидкости. Закон Архимеда. Стационарное течение жидкости. Идеальная жидкость. Уравнение Бернулли, примеры. Кинематика вязкой жидкости. Вязкость. Внутреннее трение. Ламинарное течение вязкой жидкости по трубке. Формула Пуазейля.
Лекция 26    Элементы механики сплошных сред
    Обтекание тел жидкостью и газом. Лобовое сопротивление. Турбулентное движение. Число Рейнольдса. Подъемная сила. Эффект Магнуса. Элементы теории размерности.
Лекция 27    Элементы теории волн
    Кинематика волнового движения. Уравнение плоской и сферической волны. Поляризация механических волн. Волновое уравнение, скорость распространения волн. Волны в цепочках связанных осцилляторов.
Лекция 28    Элементы теории волн
    Энергия волн в упругой среде. Поток энергии, вектор Умова. Понятие волнового пакета. Групповая скорость, дисперсия. Упругие возмущения. Динамика струны. Звук.

Открытое образование – Физические основы механики. Колебания и волны. Элементы релятивистской механики

  • от 9 до 10 недель
  • от 7 до 9 часов в неделю
  • 3 credit points

Пользователи курса «Физические основы механики» смогут овладеть основными разделами курса «Кинематика. Динамика материальной точки и твердого тела. Законы сохранения в

механике. Механические колебания и волны. Основы СТО: элементы релятивистской механики»: Курс Физические основы механики содержит следующие разделы: Кинематика. Динамика материальной точки и твердого тела. Законы сохранения в механике. Предмет физики. Материя, её виды, способы и формы существования. Физический объект, физическое явление, физический закон. Методы физических исследований. Физика и современное естествознание. Системы отсчета. Кинематика материальной точки. Силы. Инерциальная система отсчета. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Механическая система и её центр масс. Уравнение изменения импульса механической системы. Закон сохранения импульса и однородность пространства. Момент силы. Момент импульса материальной точки и механической системы. Уравнение моментов для механической системы. Момент инерции твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса механической системы и его связь с изотропностью пространства. Работа и кинетическая энергия. Консервативные силы. Работа в потенциальном поле. Потенциальные энергии тяготения и упругих деформаций. Связь между потенциальной энергией и силой. Закон сохранения энергии и его связь с однородностью времени. Колебания и волны Гармонические колебания. Векторная диаграмма. Сложение гармонических колебаний одного направления равных и близких частот. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний равных и кратных частот. Свободные незатухающие колебания. Физический маятник. Квазиупругая сила. Энергия и импульс гармонического осциллятора. Фазовая траектория. Свободные затухающие колебания. Декремент и логарифмический декремент колебаний. Добротность колебательной системы. Вынужденные колебания. Установившиеся вынужденные колебания. Механический резонанс. Виды механических волн. Упругие волны в стержнях. Волновое уравнение. Плоская гармоническая волна, длина волны, фазовая скорость. Сферические волны. Энергия упругой волны. Объемная плотность энергии волны. Вектор Умова – вектор плотности потока энергии. Когерентные волны. Интерференция волн. Стоячая волна. Основы СТО: элементы релятивистской механики Преобразования Галилея. Инвариантность уравнений классической механики относительно преобразований Галилея. Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Кинематические следствия из преобразований Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал.

Элементы релятивистской динамики. Кинетическая энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь массы и энергии. Связь между импульсом и энергией релятивистской частицы. Основное уравнение релятивистской динамики. Курс нацелен на обучение всем базовым физическим понятиям, законам и закономерностям по разделу «Физические основы механики», которые используются в инженерной практике, так и во многих инженерных курсах – теоретической механике, сопротивлении материалов, механике сплошных сред, информационных технологиях, и многих других. Наличие примеров расширяет кругозор обучающегося и позволяет понять, где используются физические законы в инженерной практике. Курс также может быть использован для повышения физико-математической подготовки инженеров.

About

Курс «Физические основы механики» является базовой дисциплиной по физике в техническом университете и включает разделы «Кинематика. Законы сохранения в механике. Механические колебания и волны. Элементы релятивистской механики», в которых излагаются понятия и законы движения материальной точки и твердого тела, рассматриваются законы сохранения импульса, момента импульса и механической энергии тела (тел) в замкнутых системах, в которых действуют консервативные силы, теория свободных механических колебаний, свободных затухающих колебаний, вынужденных колебаний и характеристики колебательного движения, распространение волн в механических системах, основы специальной теории относительности, как теории, объясняющей особенности движения тел со скоростями близкими к скорости света и показывающей границы применимости классической механики, а также основные физические явления и основные законы разделов, включая границы их применимости и применение в важнейших практических приложениях, основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения, фундаментальные физические опыты и их роль в формировании и развитии данного раздела.

Format

Курс рассчитан на 9 учебных недель. Недельная нагрузка обучающегося по курсу – 7 академических часов. Еженедельные занятия будут включать: просмотр тематических видео-лекций; просмотр тематических видео-семинаров с решением типовых задач; самостоятельное изучение примеров решения задач, выполнение многовариантных теоретических тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов; выполнение многовариантных заданий по решению практических задач с автоматизированной проверкой результатов Предусмотрено промежуточное контрольное тестирование по каждому разделу курса и итоговое контрольное тестирование по всему содержанию курса с автоматизированной проверкой результатов.

Information resources

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Механика.- М. : Наука. Физматлит, 2004, 1998.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Волны. Оптика – М. : Наука. Физматлит, 2004, 1998.

3. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. – М.-С.-П.:Физматлит, 2006, 2000

4. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М.-С.-П.:Физматлит, 2006, 1999.

5. Иродов И.Е. Задачи по общей физике.- М.: Бином, 1998¸2001.

6. Иродов И.Е. Задачи по общей физике.- М.: Наука, 1988.

7. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике.- М.: Высшая школа, 2003, 1988.

8. Гладков Н.А., Романов А.С. Методические указания к домашнему заданию по курсу общей физики по теме «Законы сохранения. Колебания. Волны», 2012 г.

Дополнительная литература (ДЛ)

9. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1986.

10. Сивухин Д.В. Курс общей физики. Том I. Механика. -М.: Наука,1989.

11. Методические указания к решению задач по курсу общей физики. Раздел «Механика» под редакцией Яковлева М.А. – М: Изд-во МГТУ, 2001,1983.

Методические пособия, изданные в МГТУ (МП)

1. Голубев В.Г., Яковлев М.А. Олимпиадные задачи по физике. Разделы: Механика, термодинамика. .-М.: Изд-во МГТУ, 2006.-44с

2. Веретимус Д.К., Веретимус Н.К., Креопалов Д.В. Механические колебания. – .-М.: Изд-во МГТУ, 2008.-24с.

3. Веретимус Д.К., Веретимус Н.К., Креопалов Д.В. Механические волны. -М.: Изд-во МГТУ, 2009.-29с.

Requirements

Курс опирается на объем ранее изученного только школьного материала, но требует знания основ аналитической геометрии, интегрального исчисления, векторной алгебры

Course program

Курс «Физические основы механики» состоит из 3 разделов:

Раздел 1. Кинематика. Динамика материальной точки и твердого тела. Законы сохранения в механике.

Неделя 1. Кинематика точки. Поступательное и вращательное движения.

1.1.Предмет физики. Материя, её виды, способы и формы существования. Физический объект, физическое явление, физический закон. Методы физических исследований. Физика и современное естествознание. Системы отсчета. Кинематика материальной точки.

Неделя 2. Динамика точки и механической системы при поступательном движении. Закон сохранения импульса.

1.2.Силы. Инерциальная система отсчета. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Механическая система и её центр масс. Уравнение изменения импульса механической системы. Закон сохранения импульса и однородность пространства.

Неделя 3. Динамика точки и твердого тела при вращательном движении. Закон сохранения момента импульса.

1.3.Момент силы. Момент импульса материальной точки и механической системы. Уравнение моментов для механической системы. Момент инерции твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса механической системы и его связь с изотропностью пространства.

Неделя 4. Работа. Механическая энергия твердого тела. Закон сохранения механической энергии.

1.1.Работа и кинетическая энергия. Консервативные силы. Работа в потенциальном поле.
1.2.Потенциальные энергии тяготения и упругих деформаций. Связь между потенциальной энергией и силой.

1.3.Закон сохранения энергии и его связь с однородностью времени.

Раздел 2. Механические колебания и волны.

Неделя 5. Механические колебания.

1. Свободные колебания.

1.1. Гармонические колебания. Векторная диаграмма. Сложение гармонических колебаний одного направления равных и близких частот. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний равных и кратных частот.

1.2. Свободные незатухающие колебания. Физический маятник. Квазиупругая сила. Энергия и импульс гармонического осциллятора. Фазовая траектория.

Неделя 6. Механические колебания.

2. Свободные затухающие колебания.

2.1. Свободные затухающие колебания. Декремент и логарифмический декремент колебаний. Добротность колебательной системы.

3. Вынужденные колебания.

3.1. Вынужденные колебания. Установившиеся вынужденные колебания. Механический резонанс.

Неделя 7. Механические волны.

1.1.Виды механических волн. Упругие волны в стержнях. Волновое уравнение. Плоская гармоническая волна, длина волны, фазовая скорость. Сферические волны. Энергия упругой волны. Объемная плотность энергии волны. Вектор Умова – вектор плотности потока энергии.

1.2.Когерентные волны. Интерференция волн. Стоячая волна.

Раздел 3. Основы специальной теории относительности: элементы релятивисткой механики.

Неделя 8. Основы специальной теории относительности.

1.1 Преобразования Галилея. Инвариантность уравнений классической механики относительно преобразований Галилея.

1.2 Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Кинематические следствия из преобразований Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал.

Неделя 9. Основы СТО. Релятивистская динамика.

1.3 Элементы релятивистской динамики. Кинетическая энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь массы и энергии. Связь между импульсом и энергией релятивистской частицы. Основное уравнение релятивистской динамики.

Education results

В результате освоения курса «Физические основы механики» студент будет способен:

  • Использовать методы адекватного физического и математического моделирования,  применять методы и принципы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем.
  • Объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий; указать, какие законы описывают данное явление или эффект.
  • Записывать уравнения для физических величин в системе СИ.

Formed competencies

  • способность использовать базовые знания естественных наук, математики и информатики, основные факты, концепции, принципы теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой (ОПК-1 ФГОС ВО 01.03.02)-начальный уровень
  • способность консультировать и использовать фундаментальные знания в области математического анализа, комплексного и функционального анализа алгебры, аналитической геометрии, дифференциальной геометрии и топологии, дифференциальных уравнений, дискретной математики и математической логики, теории вероятностей, математической статистики и случайных процессов, численных методов, теоретической механики в профессиональной деятельности (ОПК-1 ФГОС ВО 02.03.01) -начальный уровень
  • способность анализировать социально-экономические задачи и процессы с применением методов системного анализа и математического моделирования (ОПК-2) (ФГОС ВО 09.03.03)-начальный уровень
  • способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин и современные информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности (ОПК-3 ФГОС ВО 09. 03.03)-начальный уровень
  • владение широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для решения практических задач в области информационных систем и технологий (ОПК-1) (ФГОС ВО 09.03.02)-начальный уровень
  • способность (умение) использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-2 ФГОС ВО 09.03.02, ОПК-1 ФГОС ВО 15.03.01)-начальный уровень
  • способность применять соответствующий математический аппарат для решения профессиональных задач (ОПК-2) (ФГОС ВО 10.03.01)-начальный уровень
  • способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ОПК-1 ФГОС ВО 11.03.03, ФГОС ВО 11.03.04, ФГОС ВО 12.03.02, ФГОС ВО 12.03.05, ФГОС ВО 27.03.04, ОПК-2 ФГОС ВО 15.03.03) – начальный уровень
  • способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ОПК-2 ФГОС ВО 11. 03.03, ФГОС ВО 11.03.04, ФГОС ВО 27.03.04, ОПК 3 ФГОС ВО 12.03.02, ФГОС ВО 12.03.05, ФГОС ВО 15.03.03) –начальный уровень
  • способность применять соответствующий физико-математический аппарата, методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач (ОПК-2 ФГОС  ВО 13.03.03)-начальный уровень
  • способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовность использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК -2 ФГОС ВО 14.03.01)-начальный уровень
  • способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ОПК-1 ФГОС ВО 15.03.06) -начальный уровень
  • владение физико-математическим аппаратом, необходимым для описания мехатронных и робототехнических систем (ОПК-2 ФГОС ВО 15. 03.06) -начальный уровень
  • способность использовать фундаментальные законы природы и основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности (ОПК-1 ФГОС ВО 16.03.01) -начальный уровень
  • способность применять методы математического анализа, моделирования, оптимизации и статистики для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ОПК-2 ФГОС ВО 16.03.01) -начальный уровень
  • способность выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их анализа соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1 ФГОС ВО 16.03.03)-начальный уровень
  • готовность применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2 ФГОС ВО 16.03.03)-начальный уровень
  • способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных наук и экономических наук при решении профессиональных задач (ПК-22 ФГОС ВО 20. 03.01) -начальный уровень
  • готовность применять фундаментальные математические, естественнонаучные и общеинженерные знания в профессиональной деятельности (ОПК-3 ФГОС ВО 22.03.01)-начальный уровень
  • способность сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ОПК-4  ФГОС ВО 22.03.01) -начальный уровень

способностью использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач (ОПК-4 ФГОС ВО 23.03.02) -начальный уровень

  • способность использовать в профессиональной деятельности знания и методы, полученные при изучении математических и естественнонаучных дисциплин (ОПК-2 ФГОС ВО 24.03.01) -начальный уровень
  • готовность использовать фундаментальные научные знания в качестве основы инженерной деятельности (ОПК-1 ФГОС ВО 24.03.03) -начальный уровень

Предмет механики и ее задачи [wiki.eduVdom.

com]

Приступая к изучению новой учебной дисциплины, полезно ответить на вопросы: что она изучает, какой метод исследования применяет, а также какое место занимает в системе естествознания и образования среди других наук и дисциплин.

В отношении механики это особенно важно, поскольку в школьных и вузовских учебниках она традиционно ассоциируется с разделом физики, что невольно отводит ей место в ряду таких общеобразовательных дисциплин, как физика или математика. На самом деле механика играет гораздо более важную роль в подготовке специалиста в области строительства или архитектуры.

Напомним, что механика – это наука, изучающая механическое движение материальных объектов, то есть их взаимное перемещение в пространстве и во времени. В качестве материальных объектов помимо дискретных тел могут выступать среды – например, жидкость или газ и поля, поэтому круг объектов, изучаемых механикой очень широк.

В зависимости от физических свойств этих объектов и их размеров всю механику можно разделить на классическую или ньютонову и неклассическую.

Неклассическая механика – это действительно часть физики, в которой исследуются объекты микро- и макромира с учетом пространственно-временной зависимости.

Классическая механика имеет дело с объектами, протяженность которых приблизительно и с точностью до нескольких порядков заключена в интервале от 10-10 до 1010 метра. При их изучении свойства пространства и времени можно считать постоянными. Именно такую ньютонову механику мы и будем рассматривать в дальнейшем.

В зависимости от особенностей модели реальных объектов классическая механика делится на теоретическую механику – с моделью абсолютно твердого тела и механику сплошной среды с моделью деформируемого тела.

Основным методом исследования в механике является гипотетико- дедуктивный. Его суть заключается в выдвижении гипотезы, которая подтверждается или опровергается опытом.

Рис. 1

Схематически место механики в системе естествознания можно определить так, как показано на рис.1. При этом механика деформируемого тела или механика сплошной среды, образующая ядро этой науки, окружена тремя сегментами, представляющими собой теоретическую механику, неклассическую механику микро- и макромира и прикладную механику, которые примыкают соответственно: к математике, физике и практике в широком смысле этого слова.

Под прикладной механикой понимают раздел механики, в котором ее выводы и методы применяют для решения задач проектирования, строительства и эксплуатации сооружений. Этот термин близок к понятиям «техническая» или «строительная» механика и объединяет такие учебные дисциплины строительного направления, с которыми студенты встречаются в процессе обучения, как «теоретическая механика», «сопротивление материалов», «строительная механика», металлические, железобетонные и другие виды конструкций.

Механическое движение – материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

 


Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: механическое движение и его виды, относительность механического движения, скорость, ускорение.

Понятие движения является чрезвычайно общим и охватывает самый широкий круг явлений. В физике изучают различные виды движения. Простейшим из них является механическое движение. Оно изучается в механике.
Механическое движение — это изменение положение тела (или его частей) в пространстве относительно других тел с течением времени.

Если тело A меняет своё положение относительно тела B, то и тело B меняет своё положение относительно тела A. Иначе говоря, если тело A движется относительно тела B, то и тело B движется относительно тела A. Механическое движение является относительным — для описания движения необходимо указать, относительно какого тела оно рассматривается.

Так, например, можно говорить о движении поезда относительно земли, пассажира относительно поезда, мухи относительно пассажира и т. д. Понятия абсолютного движения и абсолютного покоя не имеют смысла: пассажир, покоящийся относительно поезда, будет двигаться с ним относительно столба на дороге, совершать вместе с Землёй суточное вращение и двигаться вокруг Солнца.
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта.

Основной задачей механики является определение положения движущегося тела в любой момент времени. Для решения этой задачи удобно представить движение тела как изменение координат его точек с течением времени. Чтобы измерить координаты, нужна система координат. Чтобы измерять время, нужны часы. Всё это вместе образует систему отсчёта.

Система отсчёта — это тело отсчёта вместе с жёстко связанной с ним («вмороженной»» в него) системой координат и часами.
Система отсчёта показана на рис. 1. Движение точки рассматривается в системе координат . Начало координат является телом отсчёта.

Рисунок 1.

 

Вектор называется радиус-вектором точки . Координаты точки являются в то же время координатами её радиус-вектора .
Решение основной задачи механики для точки состоит в нахождении её координат как функций времени: .
В ряде случаев можно отвлечься от формы и размеров изучаемого объекта и рассматривать его просто как движущуюся точку.

Материальная точка — это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Так, поезд можно считать материальной точкой при его движении из Москвы в Саратов, но не при посадке в него пассажиров. Землю можно считать материальной точкой при описании её движения вокруг Солнца, но не её суточного вращения вокруг собственной оси.

К характеристикам механического движения относятся траектория, путь, перемещение, скoрость и ускорение.

Траектория, путь, перемещение.

 

В дальнейшем, говоря о движущемся (или покоящемся) теле, мы всегда полагаем, что тело можно принять за материальную точку. Случаи, когда идеализацией материальной точки пользоваться нельзя, будут специально оговариваться.

Траектория — это линия, вдоль которой движется тело. На рис. 1 траекторией точки является синяя дуга, которую описывает в пространстве конец радиус-вектора .
Путь — это длина участка траектории, пройденного телом за данный промежуток времени.
Перемещение — это вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.
Предположим, что тело начало движение в точке и закончило движение в точке (рис. 2). Тогда путь, пройденный телом, это длина траектории . Перемещение тела — это вектор .

Рисунок 2.

 

Скорость и ускорение.

 

Рассмотрим движение тела в прямоугольной системе координат с базисом (рис. 3).
Рисунок 3.

 

Пусть в момент времени тело находилось в точке с радиус-вектором

Спустя малый промежуток времени тело оказалось в точке с
радиус-вектором

Перемещение тела:

(1)

Мгновенная скорость в момент времени – это предел отношения перемещения к интервалу времени , когда величина этого интервала стремится к нулю; иными словами, скорость точки – это производная её радиус-вектора:

(2)

Из (2) и (1) получаем:

Коэффициенты при базисных векторах в пределе дают производные:

(Производная по времени традиционно обозначается точкой над буквой.) Итак,

Мы видим, что проекции вектора скорости на координатные оси являются производными координат точки:

Когда стремится к нулю, точка приближается к точке и вектор перемещения разворачивается в направлении касательной. Оказывается, что в пределе вектор направлен точно по касательной к траектории в точке . Это и показано на рис. 3.

Понятие ускорения вводится похожит образом. Пусть в момент времени скорость тела равна , а спустя малый интервал скорость стала равна .
Ускорение – это предел отношения изменения скорости к интервалу , когда этот интервал стремится к нулю; иначе говоря, ускорение – это производная скорости:

Ускорение, таким образом, есть “cкорость изменения скорости”. Имеем:

Следовательно, проекции ускорения являются производными проекций скорости (и, стало быть, вторыми производными координат):

Закон сложения скоростей.

 

Пусть имеются две системы отсчёта. Одна из них связана с неподвижным телом отсчёта . Эту систему отсчёта обозначим и будем называть неподвижной.
Вторая система отсчёта, обозначаемая , связана с телом отсчёта , которое движется относительно тела со скоростью . Эту систему отсчёта называем движущейся. Дополнительно предполагаем, что координатные оси системы перемещаются параллельно самим себе (нет вращения системы координат), так что вектор можно считать скоростью движущейся системы относительно неподвижной.

Неподвижная система отсчёта обычно связана с землёй. Если поезд плавно едет по рельсам со скоростью , это система отсчёта, связанная с вагоном поезда, будет движущейся системой отсчёта .

Заметим, что скорость любой точки вагона (кроме вращающихся колёс!) равна . Если муха неподвижно сидит в некоторой точке вагона, то относительно земли муха движется со скоростью . Муха переносится вагоном, и потому скорость движущейся системы относительно неподвижной называется переносной скоростью.

Предположим теперь, что муха поползла по вагону. Скорость мухи относительно вагона (то есть в движущейся системе ) обозначается и называется относительной скоростью. Скорость мухи относительно земли (то есть в неподвижной системе ) обозначается и называется абсолютной скоростью.

Выясним, как связаны друг с другом эти три скорости – абсолютная, относительная и переносная.
На рис. 4 муха обозначена точкой .Далее:
– радиус-вектор точки в неподвижной системе ;
– радиус-вектор точки в движущейся системе ;
– радиус-вектор тела отсчёта в неподвижной системе .

Рисунок 4.

 

Как видно из рисунка,

Дифференцируя это равенство, получим:

(3)

(производная суммы равна сумме производных не только для случая скалярных функций, но и для векторов тоже).
Производная есть скорость точки в системе , то есть абсолютная скорость:

.

Аналогично, производная есть скорость точки в системе , то есть относительная скорость:


А что такое ? Это скорость точки в неподвижной системе, то есть – переносная скорость движущейся системы относительно неподвижной:

В результате из (3) получаем:

Закон сложения скоростей. Скорость точки относительно неподвижной системы отсчёта равна векторной сумме скорости движущейся системы и скорости точки относительно движущейся системы. Иными словами, абсолютная скорость есть сумма переносной и относительной скоростей.

Таким образом, если муха ползёт по движущемуся вагону, то скорость мухи относительно земли равна векторной сумме скорости вагона и скорости мухи относительно вагона. Интуитивно очевидный результат!

Виды механического движения.

 

Простейшими видами механического движения материальной точки являются равномерное и прямолинейное движения.
Движение называется равномерным, если модуль вектора скорости остаётся постоянным (направление скорости при этом может меняться).

Движение называется прямолинейным, если направление вектора скорости остаётся постоянным (а величина скорости при этом может меняться). Траекторией прямолинейного движения служит прямая линия, на которой лежит вектор скорости.
Например, автомобиль, который едет с постоянной скоростью по извилистой дороге, совершает равномерное (но не прямолинейное) движение. Автомобиль, разгоняющийся на прямом участке шоссе, совершает прямолинейное (но не равномерное) движение.

А вот если при движении тела остаются постоянными как модуль скорости, так и его направление, то движение называется равномерным прямолинейным.

В терминах вектора скорости можно дать более короткие определения данным типам движения:

    • равномерное движение
    • прямолинейное движение
    • равномерное прямолинейное движение

Важнейшим частным случаем неравномерного движения является равноускоренное движение, при котором остаются постоянными модуль и направление вектора ускорения:

  • равноускоренное движение

Наряду с материальной точкой в механике рассматривается ещё одна идеализация – твёрдое тело.
Твёрдое тело это система материальных точек, расстояния между которыми не меняются со временем. Модель твёрдого тела применяется в тех случаях, когда мы не можем пренебречь размерами тела, но можем не принимать во внимание изменение размеров и формы тела в процессе движения.

Простейшими видами механического движения твёрдого тела являются поступательное и вращательное движения.
Движение тела называется поступательным, если всякая прямая, соединяющая две какие-либо точки тела, перемещается параллельно своему первоначальному направлению. При поступательном движении траектории всех точек тела идентичны: они получаются друг из друга параллельным сдвигом (рис. 5).

Рисунок 5.

 

Движение тела называется вращательным, если все его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. При этом центры данных окружностей лежат на одной прямой, которая перпендикулярна всем этим плоскостям и называется осью вращения.

На рис. 6 изображён шар, вращающийся вокруг вертикальной оси. Так обычно рисуют земной шар в соответствующих задачах динамики.

Рисунок 6.

 

Лаборатория краевых задач механики сплошных сред

Основным направлением исследований лаборатории является математический анализ движений сплошных сред со сложной реологией. Среди рассматриваемых моделей – уравнения Навье-Стокса динамики вязкого теплопроводного газа, математические проблемы теории нелинейных волн, уравнения динамики неньютоновских сред, уравнения, описывающие рост биологических материалов.

Рассматриваемые модели находят широкое применение в астрофизике при описании процессов эволюции звезд и движения газовых облаков во вселенной. Исследование волновых процессов в жидкости необходимо для точного описания таких явлений, как цунами, спорадические гигантские волны, процессы переносы энергии и массы в океане.

Неньютоновские жидкости находят весьма широкое применение в технологических процессах. Все биологические среды являются неньютоновскими. Знание законов их движения необходимо для моделирования процессов кровообращения и конструирования трансплантов. Теория роста биологических материалов является сравнительно новой дисциплиной, лежащей на стыке теории упругости, биохимии и термодинамики открытых систем. Ее основная цель – прогнозирование развития онкологических заболеваний и выбор оптимальной стратегии их лечения.

Результаты работы лаборатории:

  • доказана корректность задачи о плоском течении изотермического вязкого газа. Эта задача имеет простую формулировку и была первой задачей теории уравнений динамики вязкого газа, для которой в 1985 году была анонсирована глобальная разрешимость. Доказательство оказалось ошибочным, и в течение тридцати лет задача оставалась нерешенной; 
  • установлено существование слабых решений стационарных уравнений Навье-Стокса динамики вязкого газа для всех показателей адиабаты больше единицы. Раннее этот результат был известен для показателей адиабаты больше 3/2 (задача Лионса). Этот результат имеет принципиальное значение, так как отсутствие решений для малых показателей адиабаты говорит о наличии сингулярностей в форме волокон в газовых облаках. Для межгалактических облаков показатель адиабаты равен единице. Полученные результаты дают возможность исследовать этот предельный случай;
  • построена и обоснована квазистатическая модель для роста биологического материала, которая учитывает влияние напряжений и температуры на процесс роста. Показано, что в каждый момент времени решение удовлетворяет принципу минимума внутренней энергии и аналогу принципа Пригожина минимального производства энтропии.

Международные партнеры лаборатории: 

Центр математики и фундаментальных приложений Лиссабонского университета, Институт Elie Cartan и Лаборатория LEMTA, Нанси, Франция.

Кафедра прикладной математики Механико-математического факультета НГУ
Институт гидродинамики СО РАН

механиков | Определение, примеры, законы и факты

Механика , наука, изучающая движение тел под действием сил, включая особый случай, когда тело остается в покое. В первую очередь проблема движения – это силы, которые тела действуют друг на друга. Это приводит к изучению таких тем, как гравитация, электричество и магнетизм, в зависимости от природы задействованных сил. Учитывая силы, можно искать способ, которым тела движутся под действием сил; это предмет собственно механики.

Британская викторина

Викторина “Все о физике”

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Исторически механика была одной из первых возникших точных наук.Его внутренняя красота как математической дисциплины и ранний замечательный успех в количественном учете движений Луны, Земли и других планетных тел оказали огромное влияние на философскую мысль и послужили толчком для систематического развития науки.

Механику можно разделить на три части: статика, которая имеет дело с силами, действующими на покоящееся тело и в нем; кинематика, описывающая возможные движения тела или системы тел; и кинетика, которая пытается объяснить или предсказать движение, которое произойдет в данной ситуации.В качестве альтернативы механику можно разделить по типу изучаемой системы. Простейшей механической системой является частица, определяемая как настолько маленькое тело, что его форма и внутренняя структура не имеют значения в данной задаче. Более сложным является движение системы из двух или более частиц, которые действуют друг на друга и, возможно, испытывают силы, действующие со стороны тел вне системы.

Принципы механики были применены к трем общим областям явлений.Движение таких небесных тел, как звезды, планеты и спутники, можно предсказать с большой точностью за тысячи лет до того, как они произойдут. (Теория относительности предсказывает некоторые отклонения от движения в соответствии с классической или ньютоновской механикой; однако они настолько малы, что их можно наблюдать только с помощью очень точных методов, за исключением задач, затрагивающих всю или большую часть обнаруживаемой Вселенной. ) Как вторая область, обычные объекты на Земле вплоть до микроскопических размеров (движущиеся со скоростью намного ниже скорости света) правильно описываются классической механикой без значительных исправлений.Инженер, проектирующий мосты или самолеты, может с уверенностью использовать ньютоновские законы классической механики, даже если силы могут быть очень сложными, а вычислениям не хватает прекрасной простоты небесной механики. Третья область явлений включает поведение вещества и электромагнитного излучения в атомном и субатомном масштабах. Хотя вначале были достигнуты ограниченные успехи в описании поведения атомов в терминах классической механики, эти явления должным образом рассматриваются в квантовой механике.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Классическая механика занимается движением тел под действием сил или равновесием тел, когда все силы уравновешены. Этот предмет можно рассматривать как разработку и применение основных постулатов, впервые сформулированных Исааком Ньютоном в его книге Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687), широко известной как Principia . Эти постулаты, называемые законами движения Ньютона, изложены ниже.Их можно использовать для предсказания с большой точностью самых разных явлений, от движения отдельных частиц до взаимодействий очень сложных систем. В этой статье обсуждается множество этих приложений.

В рамках современной физики классическую механику можно понять как приближение, вытекающее из более глубоких законов квантовой механики и теории относительности. Однако такой взгляд на место объекта сильно недооценивает его важность в формировании контекста, языка и интуиции современной науки и ученых.Наш современный взгляд на мир и место человека в нем прочно укоренен в классической механике. Более того, многие идеи и результаты классической механики выживают и играют важную роль в новой физике.

Центральными понятиями классической механики являются сила, масса и движение. Ни сила, ни масса не очень четко определены Ньютоном, и оба они были предметом многих философских спекуляций со времен Ньютона. Оба они наиболее известны своими эффектами. Масса – это мера склонности тела сопротивляться изменениям в состоянии движения.С другой стороны, силы ускоряют тела, то есть они изменяют состояние движения тел, к которым они приложены. Взаимодействие этих эффектов – основная тема классической механики.

Хотя законы Ньютона фокусируют внимание на силе и массе, три другие величины приобретают особое значение, потому что их общее количество никогда не меняется. Эти три величины – энергия, (линейный) импульс и угловой момент. Любой из них может быть перемещен из одного тела или системы тел в другое.Кроме того, энергия может менять форму, будучи связанной с единственной системой, проявляясь как кинетическая энергия, энергия движения; потенциальная энергия, энергия позиции; тепло или внутренняя энергия, связанная со случайными движениями атомов или молекул, составляющих любое реальное тело; или любая комбинация из трех. Тем не менее полная энергия, импульс и угловой момент во Вселенной никогда не меняются. Этот факт выражается в физике, говоря, что энергия, импульс и угловой момент сохраняются. Эти три закона сохранения вытекают из законов Ньютона, но сам Ньютон их не выражал. Их нужно было обнаружить позже.

Примечателен тот факт, что, хотя законы Ньютона больше не считаются фундаментальными и даже не совсем правильными, три закона сохранения, вытекающие из законов Ньютона – сохранение энергии, импульса и момента количества движения – остаются в точности верными даже в квантовая механика и теория относительности. Фактически, в современной физике сила больше не является центральным понятием, а масса – лишь одним из множества атрибутов материи.Однако энергия, импульс и угловой момент по-прежнему прочно занимают центральное место. Сохраняющаяся важность этих идей, унаследованных от классической механики, может помочь объяснить, почему этот предмет сохраняет такое большое значение в современной науке.

PHYS101: Введение в механику | Saylor Academy

  • Время: 38 часов

  • Рекомендуется зачет колледжа

  • Бесплатный сертификат

В общем, цель физики – разработать описания природного мира, которые близко соответствуют реальным наблюдениям. Учитывая это определение, история всего во Вселенной, от падающих камней до сияющих звезд, является историей физики. В принципе, события природного мира представляют собой не более чем взаимодействия элементарных частиц, из которых состоит материальная вселенная. Однако на практике все оказывается сложнее.

По мере того, как изучаемая система становится все более и более сложной, становится все менее и менее ясным, как основные законы физики объясняют наблюдения.Нужны и другие отрасли науки, например, химия или биология. В принципе, биология основана на законах химии, а химия основана на законах физики, но наша способность понять что-то столь сложное, как жизнь, с точки зрения законов физики, находится далеко за пределами наших нынешних знаний. Однако физика – это первая ступенька на лестнице нашего понимания физической вселенной.

В этом курсе мы будем изучать физику с нуля, изучая основные принципы физических законов, их применение к поведению объектов и использование научного метода для продвижения этих знаний. Это первый из двух курсов (следующий курс – Введение в электромагнетизм) будет охватывать область физики, известную как классическая механика. Классическая механика – это изучение движения, основанное на физике Галилео Галилея и Исаака Ньютона. Хотя математика – это язык физики, вам нужно будет знать только алгебру, геометрию и тригонометрию в средней школе. Небольшое количество дополнительных математических и математических расчетов, которые нам понадобятся, будут разработаны в ходе курса.

Сначала прочтите программу курса.Затем зарегистрируйтесь на курс, нажав «Записать меня на этот курс». Щелкните Раздел 1, чтобы прочитать введение и результаты обучения. После этого вы увидите учебные материалы и инструкции по их использованию.

4 Физические концепции, которые должен знать каждый

Связана ли физика с повседневной жизнью? Может показаться, что это не так, но физика окружает нас повсюду. Концепции физики важны не только для ученых – они важны для всех.

Понимание основных понятий физики поможет вам выглядеть умным перед начальником или на свидании.Это может помочь вам избежать автокатастроф или выбраться из канавы. Это может быть даже путь к большой карьере в самых разных областях. Но, пожалуй, самое главное: это поможет вам понять, как мир, в котором мы живем, работает .

Мы в Brainscape, тоже фанаты когнитивной науки об обучении, случайно оказались фанатами физики.

Что такое физика? Это изучение физического мира. Он охватывает широкий круг тем, включая материю (которая представляет собой любое вещество, имеющее массу) и движение этой материи в пространстве и времени во Вселенной.Это одна из фундаментальных наук, посвященная описанию того, как функционирует наш мир.

И сегодня мы поделимся с вами четырьмя основными физическими концепциями , чтобы помочь вам немного лучше понять этот предмет.

Четыре основных концепции физики

1. Классическая механика (законы движения)

Если вы изучали какую-либо науку, вы, вероятно, слышали историю Исаака Ньютона, сидящего под яблоней и формулирующего основные законы движения. Хотя эта история отчасти апокрифическая, на самом деле в ней есть доля правды.

В 1687 году Ньютон опубликовал Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , первую книгу, в которой изложены фундаментальные законы движения или классической механики. В книге Ньютон изложил и объяснил три фундаментальных закона классической механики:

  1. Покоящиеся объекты останутся в состоянии покоя, а объекты в движении останутся в движении с той же скоростью, если только на объект не будет воздействовать внешнее воздействие. сила.
  2. Сила равна массе, умноженной на ускорение (F = м a).
  3. Когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает на первый равную и противоположную силу.

Это может показаться немного абстрактным, но если подумать, эти законы механики можно четко соблюдать в повседневной жизни. На плоской поверхности мяч будет оставаться неподвижным, если его не пинают или его не подует ветер. На холме на него действует сила тяжести и тянет вниз.

Что касается силы, мы все понимаем, что попасть в вышибалу, движущуюся со скоростью 30 миль в час, – это не то же самое, что попасть в машину, движущуюся с той же скоростью. Масса объекта влияет на силу. И, наконец, все мы понимаем, что если мы пробьем стену, мы, вероятно, сломаем себе руку. Мы можем сильно удариться о стену, но стена оказывает в ответ равную и противоположную силу. Ой.

2. Электромагнетизм

Электромагнетизм в конечном итоге отвечает за свет, радиоволны и даже электричество.

Что такое свет? Невозможно понять этот простой вопрос, не говоря об электромагнетизме, одной из четырех основных сил, управляющих Вселенной. Электромагнетизм относится к силам, создаваемым электронами, которые присутствуют в определенных типах материи по всей Вселенной. Некоторые типы материи, такие как соединения, содержащиеся в магнитах, имеют электроны, сконфигурированные таким образом, чтобы оказывать силу на другие электроны, находящиеся в «заряженных частицах».

Эти соединения воздействуют энергией на другие «заряженные частицы», поэтому магнит притягивает скрепку, а не ваш палец. Сила, переносимая электромагнитным полем, переносится фотонами, которые представляют собой частицы, которые иногда действуют как волны (или волны, которые иногда действуют как частицы).

Непонятно, знаю. Главное, что нужно понять, – это то, что электромагнитное излучение составляет большую часть нашей повседневной жизни. Сам по себе видимый свет представляет собой форму электромагнитного излучения. Другие типы электромагнитного излучения – это рентгеновские лучи, радиоволны и т. Д. Электричество, конечно же, создается за счет воздействия электромагнитных сил.

3. Относительность

Общая теория относительности – это базовое понятие в физике, которое часто описывается аналогично движущемуся транспортному средству. Допустим, вы едете в машине со скоростью 60 миль в час. Это кабриолет с опущенным верхом. Вы бросаете мяч прямо вверх. Относительность помогает объяснить тот факт, что есть два разных взгляда на то, что происходит с мячом.

С вашей точки зрения, внутри машины вы приложили к мячу одну направленную вверх силу. С точки зрения человека, стоящего за пределами машины, мяч уже двигался со скоростью 60 миль в час внутри машины, когда была приложена вторая сила.Это простой пример, но его можно расширить до более крупных масштабов: например, Земля в настоящее время вращается вокруг Солнца со скоростью около 67 000 миль в час, но из-за теории относительности нам это не кажется таким.

Общая теория относительности была расширена в начале 1900-х годов, когда Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности. В своих трудах Эйнштейн теоретизировал «абсолютный предел скорости» для света – скорость, которая не может быть превышена независимо от теории относительности. Представьте себе: вы стоите посреди космоса и измеряете скорость, с которой свет проходит мимо вас.Источник света рядом, стационарный. Вы измеряете скорость света как 671 миллион миль в час.

Затем вы проводите еще два эксперимента. В первом случае источник света уносится от вас со скоростью 300 миллионов миль в час. Во втором случае источник света движется к вам с той же скоростью. Однако каждый раз, когда вы измеряете скорость света, число одно и то же: 671 миллион миль в час.

Что это значит? Ну, во-первых, это растягивает время: чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее идет время.Да, это так же дико, как кажется. Правда намного страннее вымысла.

4. Термодинамика

Изучение термодинамики вращается вокруг взаимосвязи между теплотой, энергией и механической работой. Термодинамика вращается вокруг четырех законов (которые по какой-то причине нумеруются от нуля до трех). Законы возникают из базовой интерпретации тепла как движения

Это сложно, но в основном это то, что важно: на атомном уровне то, что мы воспринимаем как «температуру», на самом деле относится к движению атома .Например, в жаркий день солнечная энергия заставляет атомы в атмосфере Земли быстро колебаться. Эта вибрация несет энергию, которая передается нашей коже, заставляя нас чувствовать тепло. Точно так же «холодные» атомы – это те атомы, которые меньше двигаются. Дело не в том, что тепло заставляет атомы двигаться; дело в том, что движение атома – это тепла.

Они Физическая концепция термодинамики объясняет, как энергия солнца возбуждает атомы на Земле, создавая тепло.

Общие знания не заканчиваются на физике

Мы надеемся, что вам понравился этот краткий обзор физики, и что он пробуждает вашу жажду к большему обучению.Чем больше вы понимаете науку, тем больше вы понимаете и цените этот прекрасный мир, в котором мы живем.

И не только концепции физики полезны для ваших общих знаний. Есть масса других предметов (например, биология, математика, языки, искусство и т. Д.), Которые помогут вам немного лучше понять этот мир. Просто у нас не всегда есть время их изучать.

Вот почему Brainscape – идеальное решение, если вы хотите освежить свои общие знания.Наше гибкое и адаптивное приложение для карточек, которое поможет вам изучать новые концепции в два раза быстрее, чем при выполнении традиционных упражнений.

В рамках многолетнего проекта с участием сотен студентов, преподавателей, профессоров и экспертов из разных областей Brainscape собрал критически важный базовый набор знаний по огромному кругу предметов. Мы называем это «реабилитацией знаний». Хотите ли вы рассказать об искусстве, науке, социальных науках или даже о поп-культуре и развлечениях, все это здесь для вас.

А если вам нужна дополнительная помощь в изучении физики, посмотрите наши адаптивные карточки Brainscape как для Physics 101, так и для MCAT Physics!

Целей физического факультета | Кафедра физики

На главную & rtrif; Бакалавриат & rtrif; Цели обучения физического факультета

Физический факультет Джорджтаунского университета: программные цели обучения

Цели программного обучения для основных и несовершеннолетних на нашем факультете включают как общие, так и конкретные задачи.

1. Общие знания и возможности

  • Знание и умение использовать различные стратегии решения проблем
  • Умение обосновывать и объяснять конкретные подходы к решению задач
  • Умение синтезировать знания из разных областей физики
  • Умение работать в команде
  • Развитие письменного и устного общения навыки
  • Применение знаний в независимых исследовательских проектах.
  • Инструменты и поощрение, чтобы стать учениками на протяжении всей жизни
  • Понимание того, когда указываются числовые вычисления, и способность их выполнять.

2. Специальные знания физики
Развивайте твердое понимание физики, как концептуальное понимание, так и способность решать проблемы в следующих областях.

  • Вводная механика: фундаментальные принципы, управляющие импульсом, энергией и угловым моментом, с приложениями к динамике систем, взаимодействующих посредством гравитационных, электрических и контактных сил; связи между атомарной природой вещества и механикой макроскопических систем.
  • Электричество и магнетизм: концептуальное понимание электрических и магнитных полей, взаимодействия зарядов и полей, уравнения Максвелла, электромагнитное излучение, простые электронные схемы.
  • Статистическая физика: основные понятия энергии, энтропии, температуры и теплоемкости твердых тел.
  • Современная физика: специальная теория относительности, инерциальные системы отсчета, замедление времени, сокращение длины, парадоксы, принцип эквивалентности; основная квантовая механика, дуализм волна-частица, уравнение Шредингера, атом водорода.
  • Математические методы: развивать понимание и способность решать задачи в обычных и частных производных уравнениях, комплексных переменных, линейной алгебре, векторной алгебре и исчислении, частном дифференцировании, множественных интегралах, рядах Фурье, интегральных преобразованиях, вариационном исчислении и вероятности.
  • Экспериментальная физика: анализ ошибок, подгонка кривой, анализ данных, простые электронные схемы, выполнение фундаментальных экспериментов, таких как оптическая спектроскопия, электронная дифракция и интерферометрия; изучить основные экспериментальные методы, такие как усиление с синхронизацией, аналого-цифровое преобразование, захват изображения и т. д.

3. Продвинутые знания физики
Кроме того, наша цель – дать студентам возможность углубленно изучить две или более областей специализации на уровне, достаточном для подготовки к работе в магистратуре.Эти области включают биофизику, оптику, микроэлектронику, передовую классическую механику, передовую статистическую механику, вычислительную физику, физику элементарных частиц, космологию, нанонауку и физику мягкой материи.

4. Конкретные цели по ученой степени:
B.S. студенты: приобретут достаточные знания и навыки, чтобы учащиеся могли поступить и преуспеть в программах высшего образования по физике (100 лучших вузов по физике).
Студенты A.B: приобретут достаточные знания и навыки, чтобы студенты могли поступить и преуспеть в программах магистратуры в других областях (например,грамм. медицинская школа) или на работе в промышленности и национальных лабораториях.
Несовершеннолетние: Приобретите базовые знания физики, достаточные для успешного поступления на работу в областях, связанных с наукой, например высокотехнологичный бизнес, среднее образование и др.

В чем разница между AP Physics 1, 2 и C? Что взять?

Заинтересованы ли вы в AP Physics? Вы могли заметить, что программа AP предлагает более одного курса физики. Так в чем разница между разными классами AP Physics – AP Physics 1, AP Physics 2 и AP Physics C? Мы познакомим вас с ними и поможем определиться с выбором.

2021 AP Test Changes из-за COVID-19

В связи с продолжающейся пандемией коронавируса COVID-19 тесты AP теперь будут проводиться в течение трех разных сессий с мая по июнь. Даты ваших экзаменов, а также то, будут ли они проводиться онлайн или в бумажном виде, будут зависеть от вашей школы. Чтобы узнать больше о том, как все это будет работать, а также получить последнюю информацию о датах тестирования, онлайн-обзоре AP и о том, что эти изменения значат для вас, обязательно ознакомьтесь с нашей статьей часто задаваемых вопросов о AP COVID-19 на 2021 год.

Какие уроки физики предлагаются?

Программа AP предлагала три класса физики: AP Physics B, AP Physics C: Mechanics и AP Physics C: Electricity and Magnetism.

Однако , программа AP недавно заменила AP Physics B, однолетний курс, двумя однолетними курсами: AP Physics 1 и AP Physics 2. Это оба курса физики, основанные на алгебре, что означает, что они не требуется знание математики помимо алгебры II.

Программа AP по-прежнему предлагает AP Physics C, , который разбит на два курса и экзамены: Физика C: Механика и Физика C: Электричество и магнетизм. Во многих школах они преподаются в одном классе или преподаются только по одной теме. Оба этих курса основаны на математическом анализе.

Это означает, что теперь существует четыре экзамена AP Physics:

  • AP Физика 1
  • АП Физика 2
  • AP Physics C: Электричество и магнетизм
  • AP Physics C: Механика

Тот факт, что сейчас существует четыре экзамена AP Physics , может сбивать с толку. Итак, вы берете Физику 1, Физику 2 и Физику C по порядку? Что нового в Physics 1 и Physics 2? Мы познакомим вас со всеми курсами и поможем решить, какой класс вам подходит.

AP Физика 1

AP Physics 1 – это вводный курс физики , основанный на алгебре, . Он исследует фундаментальные физические концепции, такие как движение, сила, ньютоновская механика, гравитация, энергия и импульс.

AP Physics 1 был разработан как курс физики для первого года обучения, который вы можете пройти без предварительного физического опыта. Это главное отличие от старого курса AP Physics B, который был разработан как класс физики второго года обучения.

Хотя технически не является предварительным условием для AP Physics 1, программа AP рекомендует студентам хотя бы изучать геометрию и одновременно изучать алгебру II во время прохождения этого курса. Если вы еще не так далеко продвинулись в математике, подумайте о том, чтобы пойти на другой урок естествознания, пока вас не догонят, поскольку математика очень важна в физике.

AP Физика 2

AP Physics 2 – это , также основанный на алгебре, курс физики на уровне колледжа .Однако он углубляется в некоторые более сложные темы, чем Физика 1.

Physics 2 исследует статику и динамику жидкости, термодинамику с кинетической теорией, фотоэлектрические диаграммы и вероятности, электростатику, электрические цепи с конденсаторами, магнитные поля, электромагнетизм, физическую и геометрическую оптику, а также квантовую, атомную и ядерную физику.

AP Physics 2 был разработан как второй курс физики. Это означает, что он должен поступить после AP Physics 1 или любого первого курса физики.Большая часть его содержания похожа на старый курс AP Physics B. Этот класс будет сосредоточен на более продвинутых физических навыках и знаниях, включая гидродинамику, электрические токи, магнетизм и квантовую физику.

Вы можете прочитать полное описание AP Physics 1 и Physics 2 на сайте AP College Board.

AP Physics C: Механика и AP Physics C: Электричество и магнетизм

Оба курса AP Physics C основаны на исчислении, означает, что вы должны были уже изучать математику или одновременно заниматься математикой во время прохождения курса AP Physics C. Это главный фактор, делающий Physics C более сложной задачей, чем Physics 1 и Physics 2.

Кроме того, AP Physics C требует, чтобы студентов были зачислены или уже прошли математический анализ.

Но в чем разница между AP Physics C: Mechanics и AP Physics C: Electricity and Magnetism?

Механика охватывает кинематику, законы движения Ньютона, работы, энергии, мощности, количества движения, кругового движения и вращения, колебаний и гравитации.Как видите, – это многие из тех же концепций, которые изучались в Physics 1. Однако этот курс более глубокий, чем Physics 1, и использует вычисления, что делает его намного более сложным.

Электричество и магнетизм охватывает электростатику, проводники, конденсаторы, диэлектрики, электрические цепи, магнитные поля и электромагнетизм. Обратите внимание, что есть некоторое совпадение с учебной программой по физике 2, хотя, опять же, физика C будет более сложной, поскольку она включает в себя математические вычисления.

Эти две темы иногда преподаются как один и тот же курс , хотя есть два разных экзамена, причем каждая тема преподается в течение одного семестра.При обучении в отдельном классе сначала преподают механику, а вторым – электричество и магнетизм.

Если в школах преподается только одна тема, это, как правило, механика, поскольку она основана на материалах, которые чаще всего преподаются на начальных уроках физики (законы Ньютона, работа, энергия, мощность и т.

Предполагается, что каждая тема эквивалентна одному семестру изучения математической физики в колледже. В связи с этим настоятельно рекомендуется пройти курс физики AP Physics C как минимум на второй год.Таким образом, хотя у вас нет , у вас есть , чтобы пройти Физику 1 или Физику 2, прежде чем вы начнете Физику C, рекомендуется пройти один (или оба!) Вводных курса физики.

Вы можете прочитать полное описание Physics C на сайте AP.

Ищете помощь в подготовке к экзамену AP?

Наши индивидуальные онлайн-услуги по обучению AP могут помочь вам подготовиться к экзаменам AP. Найдите лучшего репетитора, получившего высокие баллы на экзамене, на который вы готовитесь!

Какой класс физики AP выбрать?

Теперь, когда вы немного знаете о различных классах AP Physics, вы, вероятно, задаетесь вопросом, какой класс вам следует выбрать.Или, если вы хотите записаться на несколько занятий, вы, вероятно, задаетесь вопросом, в каком порядке лучше всего проходить занятия.

Мы представим несколько возможных последовательностей, но мы также дадим вам несколько шагов, которые следует предпринять в вашей школе , чтобы вы могли выбрать класс, который лучше всего подходит для вас!

Вариант 1: Обычная физика / с отличием, затем AP Physics 2

Если ваша школа не предлагает AP Physics 1 или вы не хотите, чтобы ваш первый урок физики был AP-классом, то один из вариантов – начать с обычного или отличного урока физики, где вы изучаете основные концепции физика.Затем вы можете взять AP Physics 2 в качестве второго урока физики.

Этот вариант идеально подходит для студентов, чьи школы не предлагают несколько классов AP Physics, а также для студентов, у которых нет времени или желания посещать несколько классов AP Physics. Physics 2 – лучший курс AP Physics, который можно пройти после обычного или отличного урока физики (Physics 1 в значительной степени просто повторяет то, что вы уже выучили). AP Physics C также подходит, если вы занимаетесь / уже занимались расчетом и имеете за плечами Physics 1 или Physics 2.

Вариант 2: AP Physics 1, затем AP Physics 2

Совет колледжа утверждает, что курсы по физике 1 и 2 обеспечивают прочную физическую базу для будущих студентов, изучающих медицинские факультеты, геологию и естественные науки. Они также говорят, что это хороший вариант для студентов, посещающих колледжи, где они должны будут выполнять требования по естествознанию, но не будут изучать естественные науки в качестве своей специальности.

Если в вашей школе преподается AP Physics 2, но не AP Physics 1, вы можете просто заменить AP Physics 1 любым вводным курсом физики, который предлагает ваша школа. Не переходите сразу к AP Physics 2 – это второй год обучения физике!

Если в вашей школе преподается AP Physics 1, но не AP Physics 2, вы можете пройти Physics 1, а затем пройти еще один курс естествознания (включая химию и биологию), естественнонаучный факультатив. Вы также можете подумать о прохождении AP Physics C, если это предлагает ваша школа.

Вариант 3: AP Physics 1, затем AP Physics C

AP рекомендует Physics C (вместе с AP Calculus AB или Calculus BC) студентам, желающим получить в колледже специальности инженерные или физические науки .Однако с AP Physics 1, Physics 2, и Physics C может оказаться излишним – вы потеряете время на другие научные курсы, такие как биология и химия. Знакомство со всеми тремя естественными науками важно для всесторонней и сложной карьеры в старшей школе, особенно если вы собираетесь заниматься наукой или инженерией. Вы также должны быть уверены, что можете вписаться хотя бы в один из классов AP Calculus.

Итак, если вы хотите пройти Physics C, начните с AP Physics 1 (или обычного курса физики), а затем возьмите AP Physics C, что даст вам в общей сложности два урока физики в средней школе.

Physics C предназначен как минимум для второго года обучения, поэтому не бросайтесь к нему неподготовленными. Также убедитесь, что вы выполнили или делаете расчет во время прохождения AP Physics C.

Следующие шаги

Теперь, когда у вас есть лучшее представление о том, что охватывают классы AP Physics и в каком порядке они должны проходить, что вам делать дальше? Прочтите этот раздел, чтобы узнать о пяти шагах, которым вы должны следовать.

# 1: Получите рекомендации эксперта

Сначала встретится со своим консультантом и узнает, какие курсы физики преподает в вашей школе.

Предлагают ли они как AP Physics 1, так и AP Physics 2, или они предлагают только базовый вводный курс физики? Они преподают AP Physics C? Если да, преподают ли они механику, электричество и магнетизм или и то, и другое? Получение этих ответов – первый шаг к планированию вашего расписания.

Также имейте в виду, что, поскольку Физика 1 и Физика 2 – это новые классы, школы могут по-прежнему включать их в свои расписания в течение следующих нескольких лет.

# 2: перепроверьте последовательность курса

Во время встречи с вашим консультантом спросите о рекомендуемой последовательности занятий физикой в ​​вашей школе.

Могут потребоваться предварительные курсы или вступительные тесты для курсов AP Physics, или в вашей школе может быть рекомендованный порядок занятий естественными науками, который включает биологию и химию.

# 3: Изучите своих учителей

Спросите своего консультанта и других учеников, которые преподают курсы AP Physics в вашей школе. Вы можете спросить других учеников, которые сейчас изучают AP Physics, что они думают об учителе и насколько они подготовлены к тесту AP.Вы можете спросить своего консультанта, каков процент сдачи теста AP Physics в вашей школе.

Получение некоторой информации о том, как проводятся занятия в вашей школе, может помочь вам решить, подходит ли вам AP Physics. В качестве краткого примера, в моей средней школе наш класс AP Physics включал в себя много самостоятельной работы и самообучения. Это было здорово для самомотивированных студентов, но сложно для студентов, которым нужна была дополнительная поддержка. Многие студенты решали, брать ли AP Physics, исходя из того, считают ли они, что смогут справиться с независимым характером класса.

# 4: Посмотрите программу

Если вас беспокоит прохождение AP Physics, то просмотр программ курса может дать вам представление о загруженности курсов и темах, которые они охватывают. Это может помочь вам выбрать между регулярным введением в курс физики или AP Physics 1 или между AP Physics 2 и AP Physics C.

# 5: Проверьте летнее домашнее задание

На курсах

AP часто бывают летние задания. В частности, AP Physics C, вероятно, будет работать летом, особенно если в вашей школе преподаются обе темы.Обязательно примите во внимание свое расписание и летние обязательства (например, лагеря, работу или поездки) перед регистрацией.

Итог

Постарайтесь сдать AP Physics C, если вы будущий инженер или специалист по естественным наукам, но берите его вместе с математическим анализом или после него. Если ваша школа не предлагает Physics C, возьмите AP Physics 2 или отдайте предпочтение физике, если можете. Достаточно взять AP Physics 1 и Physics 2, если вы не собираетесь изучать естественные науки или инженерное дело, так как вы хотите освободить место для других AP-классов в своем расписании.

Если вы рассматриваете инженерное дело в колледже, но не уверены, подходит ли оно вам, то прохождение AP Physics C может быть хорошим способом узнать, готовы ли вы к этой задаче, и получить удовольствие от тем, которые вы продолжите изучать в колледже.

Что дальше?

Хотите окунуться в физический бассейн, чтобы узнать, подходит ли вам физика в области AP? У нас есть простые статьи о законе сохранения массы, удельной теплоемкости воды и трех формулах, необходимых для расчета ускорения.

Сколько всего курсов AP вы должны пройти? Что делать, если вы хотите поступить в школу Лиги плюща? Прочтите наши советы по загрузке курса AP здесь.

Также готовитесь к SAT / ACT? Узнайте разницу между двумя тестами, в том числе почему один проверяет науку, а другой нет. Также выясните, с каким тестом вы справитесь лучше всего.

Хотите узнать, что нужно, чтобы получить высший балл за SAT? Прочтите совет от нашего бомбардира.

Одна из самых важных частей вашего заявления в колледж – это то, какие уроки вы выбираете в старшей школе (в сочетании с тем, насколько хорошо вы успеваете в этих классах). Наша команда экспертов по поступлению в PrepScholar объединила свои знания в это единственное руководство по планированию расписания вашего школьного курса. Мы посоветуем вам, как сбалансировать ваше расписание между обычными курсами и курсами с отличием / AP / IB, как выбрать дополнительные уроки и какие классы вы не можете позволить себе не посещать.

Что такое физика и почему это важно?

А. Физика. Определение

Изучая физику и обсуждая ее, мы уделяем большое внимание энергии, ключевому элементу науки.Чтобы лучше понять эту связь, полезно обратиться к твердому рабочему определению физики.

Физика. Наука, в которой материя и энергия изучаются как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.

И более подробное рабочее определение физики может быть следующим: наука о природе или то, что относится к естественным объектам, которая имеет дело с законами и свойствами материи и силами, которые действуют на них. Довольно часто физика концентрируется на силах, влияющих на материю, то есть гравитации, тепле, свете, магнетизме, электричестве и других.

Б. Физика. Ориентация

Поскольку физика использует элементы других областей наук, например биологии и химии, она имеет репутацию более сложной, чем другие науки.

Физика, в отличие от натурфилософии (с которой она была объединена до 19 -го века), опирается на научные методы для описания мира природы.

Чтобы понять фундаментальные принципы Вселенной, физика использует многие работы из других естественных наук.Из-за этого наложения явления, изучаемые в физике (например, сохранение энергии), являются общими для всех материальных систем. Конкретные способы их применения к энергии (отсюда и к физике) часто называют «законами физики».

Поскольку все остальные естественные науки – биология, химия, геология, материаловедение, медицина, инженерия и другие – работают с системами, которые подчиняются законам физики, физику часто называют «фундаментальной наукой».

В качестве примера того, как законы физики применимы ко всем другим наукам, рассмотрим, что химия, наука о материи, изучающая атомы и молекулы, соответствует теориям квантовой механики, термодинамики и электромагнетизма, чтобы производить химические соединения. .

C. Физико-математические науки

В целом, физика тесно связана с математикой, поскольку она обеспечивает логическую структуру, в которой могут быть сформулированы физические законы и количественно оценены их предсказания. Многие определения, модели и теории физики выражаются с помощью математических символов и формул.

Центральное различие между физикой и математикой состоит в том, что в конечном итоге физика занимается описанием материального мира, тогда как математика сосредоточена на абстрактных логических схемах, которые могут выходить за пределы реального мира.

Поскольку физика концентрируется на материальном мире, она проверяет свои теории с помощью процесса, известного как наблюдение или эксперимент. Теоретически может показаться, что относительно легче определить, где заканчивается физика и начинается математика. Однако в действительности такое четкое различие существует не всегда. Следовательно, серые области между физикой и математикой обычно называют «математической физикой».

И инженерия, и технология тоже связаны с физикой. Например, электротехника изучает практическое применение электромагнетизма.Вот почему вы довольно часто найдете физику в качестве компонента при строительстве мостов или в создании электронного оборудования, ядерного оружия, лазеров, барометров и других ценных измерительных устройств.

Д. Физика. Диапазон полей

Хотя нет однозначных ответов на вопрос, является ли физика более сложной, чем другие науки, можно с уверенностью сказать, что у физики явно больше разделов, как традиционных, так и современных.

Возьмем, к примеру, ряд существующих традиционных разделов физики: акустику, оптику, механику, термодинамику и электромагнетизм.А есть еще те, которые все еще считаются современными расширениями: атомная и ядерная физика, криогеника, физика твердого тела, физика элементарных частиц и физика плазмы.

Ниже приводится далеко не полный список головокружительного разнообразия дисциплин, существующих в физике:

  • Акустика. Изучение звука и звуковых волн.
  • Астрономия. Исследование космоса.
  • Астрофизика. Исследование физических свойств космических объектов.
  • Атомная физика. Изучение атомов, в частности электронных свойств атома.
  • Биофизика. Изучение физики живых систем.
  • Хаос. Изучение систем с высокой чувствительностью к начальным условиям, так что небольшое изменение в начале быстро превращается в серьезные изменения в системе.
  • Химическая физика. Изучение физики химических систем.
  • Вычислительная физика. Применение численных методов для решения физических задач, для которых количественная теория уже существует.
  • Космология. Изучение Вселенной в целом, включая ее происхождение и эволюцию.
  • Криофизика, криогеника и физика низких температур. Изучение физических свойств в условиях низких температур, намного ниже точки замерзания воды.
  • Кристаллография. Исследование кристаллов и кристаллических структур.
  • Электромагнетизм. Изучение электрических и магнитных полей, которые являются двумя аспектами одного и того же явления.
  • Электроника. Исследование потока электронов в цепи.
  • Гидродинамика и гидромеханика. Изучение физических свойств «текучих сред», в данном случае конкретно определяемых как жидкости и газы.
  • Геофизика. Изучение физических свойств Земли.
  • Физика высоких энергий. Изучение физики систем с чрезвычайно высокими энергиями, в основном в рамках физики элементарных частиц.
  • Физика высоких давлений. Изучение физики в системах с чрезвычайно высоким давлением, в основном связанных с гидродинамикой.
  • Лазерная физика. Исследование физических свойств лазеров.
  • Математическая физика. Дисциплина, в которой строгие математические методы применяются для решения задач, связанных с физикой.
  • Механика. Исследование движения тел в системе отсчета.
  • Метеорология и физика погоды. Физика погоды.
  • Молекулярная физика. Исследование физических свойств молекул.
  • Нанотехнологии. Наука о построении схем и машин из одиночных молекул и атомов.
  • Ядерная физика. Исследование физических свойств атомного ядра.
  • Оптика и световая физика. Исследование физических свойств света.
  • Физика элементарных частиц. Исследование элементарных частиц и сил их взаимодействия.
  • Физика плазмы. Исследование вещества в плазменной фазе.
  • Квантовая электродинамика. Изучение того, как электроны и фотоны взаимодействуют на квантовомеханическом уровне.
  • Квантовая механика и квантовая физика. Изучение науки, в которой становятся актуальными мельчайшие дискретные значения или кванты материи и энергии.
  • Квантовая оптика. Применение квантовой физики к свету.
  • Квантовая теория поля. Применение квантовой физики к полям, включая фундаментальные силы Вселенной.
  • Квантовая гравитация. Применение квантовой физики к гравитации и объединение гравитации с другими взаимодействиями фундаментальных частиц.
  • Относительность. Изучение систем, демонстрирующих свойства теории относительности Эйнштейна, которая обычно предполагает движение со скоростью, очень близкой к скорости света.
  • Статистическая механика. Изучение больших систем путем статистического расширения знаний о меньших системах.
  • Теория струн и теория суперструн. Изучение теории, согласно которой все фундаментальные частицы являются колебаниями одномерных струн энергии в многомерной вселенной.
  • Термодинамика. Физика тепла.

Причина, по которой появилось так много подразделений, заключается в том, что физика в целом представляет собой такую ​​обширную область исследования. Чтобы ученые могли проводить значимые исследования и исследования, они должны сузить круг своих интересов.Сужая область своих исследований, они избегают перегруженности объемом знаний и данных, которые существуют во всем естественном (физическом) мире.

E. Методы производства энергии

Энергия и работа (энергия, определяемая как способность выполнять работу) занимают важную часть нашей обычной жизни и являются одними из самых важных тем в физике. Работа, с точки зрения определения, связанного с физикой, имеет совершенно иное значение, чем тип работы, о котором мы обычно думаем.В физике работа выполняется только тогда, когда объект перемещается в направлении приложенной силы.

Энергия в физике определяется как способность выполнять работу. Не кажется ли это логичным? Чем больше у вас энергии, тем больше работы вы можете выполнить и тем больше действий вы можете выполнить. С точки зрения используемой формулы, работа – это сила, приложенная к пройденному расстоянию, или W = Fxd.

F. История физики

а. Доисторическая эра

Вплоть до промышленной революции в конце 1800-х годов у людей была ограниченная потребность в энергии.С помощью огня для приготовления пищи, обогрева и безопасности, а также животных для силы и транспортировки люди действительно смогли удовлетворить большинство своих основных потребностей.

Помимо огня и животных, люди также использовали ветер в качестве энергии. Эти знания были приобретены около 1200 г. до н.э. в Полинезии, где люди научились использовать ветер в качестве метода движения своих лодок с помощью отростка , известного как «парус».

Примерно 5000 лет назад китайцы первыми применили магнитную энергию.Они полагались на притяжение магнитных железных объектов, чтобы направлять навигаторов и, благодаря магнитному полю Земли, указывать им направление на север.

Около 2500 лет назад греческому философу Фалесу приписывают открытие электрической энергии. Потерев мех о кусок янтаря, Фалес обнаружил, что пыль и другие частицы прилипают к янтарю с так называемой электростатической силой.

А в 1000 г. до н.э., поскольку он горит медленнее и дольше, чем дрова, и дает больше тепла, китайцы начали использовать уголь в качестве источника топлива.Это топливо, признанное превосходным источником энергии, было введено в западный мир Марко Поло в 1275 году и использовалось в течение бесчисленных столетий после этого.

г. 17 Век

В 1600-х годах Нидерланды обнаружили запасы угля и начали поставлять его странам по всей Европе. В 1700-х годах Англия открыла собственный источник угля и стала производителем и поставщиком угля в соседние страны. За короткое время Англия расширила свой маршрут сбыта, став крупнейшим в мире производителем и поставщиком.В этот же период европейцы обнаружили, что солнечное тепло позволяет выращивать растения в помещении в холодные месяцы.

г. 18 Век

В 1700-х годах из-за уменьшения засаженных деревьями территорий основным источником топлива для Англии был уголь. Еще один вклад в спрос на уголь в то время было изобретение паровой машины. Разработанный для откачки воды из угольных шахт, более поздние модели паровых машин имели увеличенное количество цилиндров и более эффективный метод сжигания угля.

В конце концов, недавно улучшенная паровая машина послужила основным толчком для промышленной революции.

г. 19 Век

В течение века промышленная революция шла полным ходом. Начиная с Англии и распространяясь по Европе, Северной Америке и остальному миру, модель Revolution была отмечена массовым производством, побочным продуктом недавно представленного оборудования. С появлением такой процветающей механизированной деятельности возникла беспрецедентная потребность в дополнительных источниках энергии.

Наряду с паровым двигателем, первый пароход дебютировал в 1807 году, а первый паровоз – в 1804 году. И снова с появлением новых технологий возросла потребность в производительных двигателях большой мощности и более недорогих формах энергии.

В ту эпоху ученые знали, что поставки энергии ограничены, и начали искать альтернативные источники, например, солнечную энергию, гидроэлектрическую энергию и геотермальную энергию. Их беспокоила не только нехватка угля, но и остаточные эффекты (выхлопные газы и т. Д.), Вызванные горючими продуктами угля (ископаемое топливо).

В середине 1800-х годов альтернативные источники энергии были предметом многочисленных исследований, исследований и экспериментов. Мушу разработал солнечную энергию в 1860 году. Хотя Чарльз Телье, Джон Эрикссон, Генри Э. Уилси, Энеас, и др. ., все внесли заметные улучшения в солнечный двигатель; он не получил коммерческого успеха, потому что уголь был широко доступен и значительно дешевле.

В 19, и годах, в число дополнительных основных моментов, связанных с энергетикой, входили:

  • Строительство малых гидроэлектростанций.
  • Ветряные мельницы, разработанные для производства электроэнергии.
  • Геотермальная энергия, используемая для обогрева домов и к концу века способная внести свой вклад в производство электроэнергии.
  • Сырая нефть, добытая из земли в Титусвилле, штат Пенсильвания.
  • Двигатели внутреннего сгорания, установленные на автомобилях.
  • Нефть постепенно стала доминировать в угольной промышленности.
  • Французский изобретатель Ленуар изобрел двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива использовался бензин.
  • Немецкие изобретатели Даймлер и Бенц изобрели первый автомобиль, установив двигатель на тележку.
  • Впоследствии Генри Форд начал массовое производство автомобилей, что сделало их обычным средством передвижения.
  • Братья Райт изобрели первый самолет с бензиновым двигателем и, таким образом, положили начало эре более быстрых и дешевых перевозок.

Современные времена

В наше время некоторые из тех же источников энергии, которые ученые исследовали в -х годах века, такие как солнечная, ветровая, гидроэлектроэнергия, биомасса и геотермальная энергия, теперь рассматриваются как возможные альтернативные варианты.Другой современный источник энергии – ядерная энергия. Несмотря на широкое распространение, многие ученые обеспокоены последствиями, связанными с остаточными эффектами ядерной энергии, одним из которых является влияние радиоактивности на окружающую среду.

Из-за некоторых злоупотреблений и эксплуатации мир исчерпал многие из давно установленных источников энергии. В этих все более ужасающих обстоятельствах ученые продолжают искать альтернативные формы энергии. Их основные требования – найти источники энергии, которые не вредны для окружающей среды, доступны, недороги и доступны в массовых количествах.

Что я могу делать со степенью физика?

Диплом по физике – отличная отправная точка для карьеры в научных исследованиях, а также в различных сферах бизнеса, финансов, информационных технологий и инженерии

Варианты работы

Вакансии, непосредственно связанные с вашей степенью, включают:

Вакансии, на которых ваша степень будет полезна:

Помните, что многие работодатели принимают заявки от выпускников с любой степенью, поэтому не ограничивайте свое мышление вакансиями, перечисленными здесь.

Потратьте несколько минут, чтобы ответить на викторину о подборе вакансий и выяснить, какая карьера вам подойдет.

Попробуйте подобрать вакансию

Опыт работы

Используйте все возможности для получения соответствующего опыта работы, например, место работы или годовой выход в промышленности как часть вашей степени. Используйте это время, чтобы получить практические навыки, чтобы дополнить академические занятия и наладить сеть контактов.

Присоединяйтесь к группам специалистов и соответствующим профессиональным организациям, таким как Институт физики.

Если вы хотите сделать карьеру в науке, ищите работу на неполный рабочий день или в отпуске в лаборатории в качестве лаборанта или ассистента. Также полезны работа на каникулах или летние стажировки, которые развивают командные навыки, лидерские качества и коммуникативные навыки.

Какой бы профессией вы ни интересовались, получение соответствующего опыта повысит ваши шансы на получение работы. Например, если вы хотите быть учителем, попробуйте получить опыт в классе, наблюдая за учениками и работая с ними.

Найдите места для работы и узнайте больше об опыте работы и стажировках.

Типичные работодатели

Работодатели выпускников факультетов физики включают академические учреждения, школы и колледжи, правительственные исследовательские организации, вооруженные силы и промышленность.

Отрасли, в которых работают физики, разнообразны и включают:

  • авиакосмическая промышленность и оборона
  • образование
  • энергетика и возобновляемые источники энергии
  • машиностроение
  • здравоохранение и медицина
  • приборостроение
  • производство
  • метеорология и изменение климата
  • нанотехнологии
  • нефть и газ
  • наука и телекоммуникации.

Выпускники факультета физики также делают карьеру вне науки. Популярные варианты включают банковское дело и финансы, а также отрасли программного обеспечения, вычислений и консалтинга. Другие области включают бухгалтерский учет, право и транспорт.

Найдите информацию о работодателях в машиностроении и производстве, информационных технологиях, науке и фармацевтике, а также в других сферах занятости.

Навыки для вашего резюме

Изучение физики развивает ваше понимание основной физики и дает вам ряд предметных навыков в таких областях, как астрономия, вычислительная и экспериментальная физика, конденсированное вещество, динамика, электромагнетизм и квантовая механика.

Вы также развиваете передаваемые навыки, которые ценят целый ряд технических и нетехнических работодателей. Эти навыки включают:

  • решение проблем – с прагматическим и аналитическим подходом
  • рассуждения – построение логических аргументов и понимание сложных проблем
  • исследования и анализ данных – проведение исследований и применение аналитических навыков
  • математика – навыки использования математики для поиска решений научных проблем, математического моделирования, интерпретации и графического представления информации
  • практические навыки – планирование, выполнение и составление отчетов об экспериментах, использование технического оборудования и внимание к деталям
  • коммуникация – передача сложные идеи и правильное использование технического языка, обсуждение идей и принятие других точек зрения
  • работа в команде – совместная работа над проектами в группах
  • управление временем и организация – соблюдение сроков проекта и исследования s
  • Информационные технологии (ИТ) – включая специальные пакеты программного обеспечения и некоторые программы.

Дальнейшее обучение

Некоторые выпускники физики продолжают обучение в аспирантуре, чтобы улучшить свои знания в определенной области физики. Соответствующие предметы включают:

  • астрофизика
  • квантовая физика
  • физика элементарных частиц
  • математическая физика
  • термодинамика
  • нанотехнологии.

Выпускники физики также могут получить квалификацию преподавателя, например PGCE (PGDE в Шотландии), чтобы перейти к преподавательской карьере, в то время как другие получают степень доктора философии, чтобы начать карьеру в области исследований.

Есть также возможность пройти курсы по маркетингу, финансам, бизнесу, праву, информационным технологиям и журналистике, в зависимости от ваших карьерных интересов.

Чтобы получить дополнительную информацию о дальнейшем обучении и найти интересующий вас курс, см. Степени магистра и выполните поиск по физическим курсам для аспирантов.

Чем занимаются выпускники факультетов физики?

Самая популярная работа для выпускников факультетов физики, работающих в Великобритании, – это программист и специалист по разработке программного обеспечения, причем 18% считают это своей самой важной деятельностью.

Другие популярные должности: ИТ-бизнес-аналитик, архитектор и системный проектировщик, преподаватель среднего образования, специалист по информационным технологиям и телекоммуникациям, а также физик.

92695
Пункт назначения Процент
Занятые 53
Дальнейшее обучение 27,5
Работаю и учусь
Другое 6,3
Направления для выпускников по физике
Тип работы В процентах
Информационные технологии 33 Бизнес, HR и финансы
Инженерное дело и строительство 9,1
Наука 7,3
Прочие 32,9
Типы работ, поступивших в Великобританию

Подробная разбивка того, чем занимаются выпускники физики , см.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *