Безруков Л.В. ФИЗИКА -- 1

161

П Р И Л О Ж Е Н И Е А

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

А1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

АБСОЛЮТНО НЕУПРУГИЙ УДАР. Удар (резкое кратковременное взаимодействие) двух и более тел, после которого тела движутся как одно целое (например, в результате возникновения пластической деформации тел). Примерами А.н.у. могут служить удар двух кусков мокрой глины, столкновение пули с мешком песка, удар молота копра по забиваемой им свае и др. При А.н.у. строго выполняются закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса и универсальный закон сохранения энергии, но не выполняется закон сохранения механической энергии.

Закон сохранения импульса:

m1v1 m2v2 m1 m2 u;

Закон сохранения энергии:

где m1 и m2 – массы шаров; v1 и v2 – их скорости до удара, u – скорость после удара, Q – та часть механической энергии, которая перешла в энергии деформации, трения, тепловую.

АБСОЛЮТНО УПРУГИЙ УДАР. Удар (резкое кратковременное взаимодействие) двух и более тел, после которого во взаимодействующих телах не остается никаких деформаций и суммарная кинетическая энергия, которой обладали тела до удара, равна кинетической энергии тел после удара (т.е. механическая энергия системы не изменяется). При А.у.у. строго выполняются три закона: закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса и закон сохранения механической энергии. Тела при А.у.у., испытывая только упругие деформации, сохраняют прежнюю форму и размеры. Чтобы удар был абсолютно упругим, взаимодействующие тела должны обладать определенными свойствами. А именно, силы, возникающие при ударе, должны зависеть от величины деформации и не зависеть от ее скорости. Наиболее близкими к этим свойствами обладают хорошие сорта стали, слоновая кость. Явление А.у.у. строго присуще в основном столкновениям молекул и атомов, которые часто при этом ведут себя как материальные точки. У макротел всегда наблюдается некоторые отклонения от А.у.у.

Закон сохранения импульса:

m1v1 m2v2 m1u1 mu2 ;

Закон сохранения энергии:

m1v12 m2v22 m1u12 mu22 .

где m1 и m2 – массы шаров; v1 и v2 – скорости шаров до удара, u1 и u2 – их скорости после удара.

АБСОЛЮТНО ТВЁРДОЕ ТЕЛО. Модельное понятие классической механики, обозначающее совокупность материальных точек, расстояния между которыми сохраняются в процессе любых движений, совершаемых этим телом. Иначе говоря, абсолютно твердое тело не только не изменяет свою форму, но и сохраняет неизменным распределение массы внутри. А.т.т. – механическая система, обладающая только поступательными и вращательными степенями свободы. «Твѐрдость» означает, что тело не может быть

162

деформировано, то есть телу нельзя передать никакой другой энергии, кроме кинетической энергии поступательного или вращательного движения.

А.т.т. – второй опорный объект механики наряду с материальной точкой. Механика абсолютно твердого тела полностью сводима к механике материальных точек (с наложенными связями), но имеет собственное содержание (полезные понятия и соотношения, которые могут быть сформулированы в рамках модели абсолютно твердого тела), представляющее большой теоретический и практический интерес.

В трѐхмерном пространстве и в случае отсутствия (других) связей абсолютно твѐрдое тело обладает 6 степенями свободы: три поступательных и три вращательных. Исключение составляет двухатомная молекула или, на языке классической механики, твѐрдый стержень нулевой толщины. Такая система имеет только две вращательных степени свободы. Абсолютно твѐрдых тел в природе не существует, однако в очень многих случаях, когда деформация тела мала и ей можно пренебречь, реальное тело может (приближенно) рассматриваться как абсолютно твѐрдое тело без ущерба для задачи.

Модель абсолютно твердого тела совершенно неприменима к случаю быстрых движений (сопоставимых по скорости со скоростью света), а также к случаю очень сильных гравитационных полей

БЕРНУЛЛИ УРАВНЕНИЕ. Одно из основных уравнений гидродинамики, выражающее закон сохранения энергии для установившегося (стационарного) ламинарного движения несжимаемой идеальной жидкости или газа внутри трубки тока в однородном поле тяжести: сумма давления P и плотностей потенциальной и кинетической энергий при стационарном течении идеальной жидкости остается постоянной для любого сечения потока:

где P – статическое давление внутри рассматриваемого сечения трубки тока; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; h – высота рассматриваемого сечения относительно базового горизонтального уровня; v – скорость жидкости в рассматриваемом сечении. Все слагаемые Б.У.имеют размерность давления и в сумме образуют полное давление в различных сечениях трубки тока, поэтому второе слагаемое называют часто

гидравлическим (весовым) давлением, а третье слагаемое – динамическим давлением. Из Б.У.

следует, что полное давление в любом сечении выбранной трубки тока в установившемся режиме течения жидкости сохраняется постоянным, но может изменяться при переходе от одной трубки тока к другой.

ВЕКТОР, векторная величина. Величина, имеющая числовое значение (модуль), направление и точку приложения. Напр., в механике свойствами В. обладают любые силы, перемещение, скорость и ускорение частицы. Над векторами можно выполнять следующие алгебраические операции: сложение, вычитание, умножение вектора на скалярную величину, скалярное произведение двух векторов, векторное произведение двух векторов. Над векторами также можно выполнять операции дифференцирования и интегрирования.

Операции деления вектора на вектор не существует.

ВЕКТОРНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА. Физ. вел., имеющая числовое значение, единицу измерения, направление и точку приложения. Геометрически В.ф.в. изображается вектором, т. е. отрезком прямой линии, имеющим определѐнные направление и длину.

ВЕКТОРНАЯ ЛИНИЯ векторного поля А(x,y,z). Линия, в каждой точке которой касательная совпадает с направлением вектора А(x,y,z). Векторная линия обычно называется линией тока для поля скоростей, силовой линией для силового поля и т.д.

ВЕКТОРНОЕ СИЛОВОЕ ПОЛЕ. Область пространства, в каждой точке которого, задана векторная величина А(x,y,z) (вектор поля, силовая характеристика поля), являющаяся функцией координат, через которую однозначно может быть определена сила, воздействующая на частицу, помещенную в эту точку. Примерами В.с.п. могут служить

163

гравитационное поле, электростатическое поле. Каждая точка этих полей характеризуется векторной физ. вел. – напряжѐнностью.

ВЕКТОРНОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ. Математическая операция над векторными величинами. В.п. двух векторов А и В называется вектор С, определяемый следующим

образом: 1) модуль В. п. численно равен произведению модулей векторов на синус угла α между ними, иными словами, равен площади параллелограмма,

построенного на исходных векторах, С = |АВ| sinα; 2) вектор С перпендикулярен плоскости, в которой лежат сомножители, С А, С В; 3) вектор С не имеет определѐнной точки приложения; 4) векторы A, B, С образуют правую (правовинтовую) тройку векторов, т. е. кратчайший поворот вектора A к вектору B виден из конца вектора C как поворот против часовой стрелки (рисунок). Этот же результат даѐт правило буравчика. В.п. может записываться в виде: C = А В, С = [А, В] или С = [АВ].

ВЕС. Сила G, с которой тело по нормали действует на опору или натягивает подвес, удерживающий его от свободного падения. В.т. всегда приложен не к самому телу, а к опоре или подвесу. Если горизонтальная опора или подвес неподвижны или движутся с постоянной скоростью относительно Земли, то вес тела совпадает с силой тяжести тела (G = mg). Если же тело и опора (подвес) движутся с некоторым ускорением a относительно Земли, то В.т. определяется выражением G = m(g – a). При свободном падении (a = g) В.т. оказывается равным нулю и возникает состояние невесомости (G = 0). Если тело поднимается с ускорением, то В.т. G = m(g + a) оказывается больше силы тяжести и возникают перегрузки. Единицей В.т. в СИ является ньютон (Н).

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ. Один из видов движения тела, при котором каждая его точка описывает в пространстве окружность с центром на общей прямой, называемой осью вращения. Все точки твердого тела вращаются с одинаковой угловой скоростью ω. Если ось неподвижна и еѐ ориентация в пространстве задана, то вращающееся тело имеет всего одну степень свободы. В.д. определяется основным уравнением динамики вращения тела и уравнениями кинематики.

ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ. Сумма моментов всех действующих на вращающееся тело сил относительно оси вращения. В.м. обеспечивает вращение тела и совершает положительную работу. В.м. Мвр может быть выражен через угловое ускорение ε тела равенством:

Мвр = Jε, где J – момент инерции тела относительно оси вращения. См. момент силы.

ВРЕМЯ. Первичное понятие, известное из повседневного опыта. Отражает смену и длительность процессов и явлений природы. В ньютоновской механике время абсолютно, непрерывно, одномерно и необратимо (не имеет обратного хода). Отсчет времени связан с наблюдениями за периодическими процессами. Интервал линейного времени t12 между двумя событиями в одной точке пространства может быть измерен с помощью часов. В релятивистской механике ход времени связан с характеристиками пространства. Пространство и время перестают быть независимыми и образуют единое четырехмерное пространство-время. В Международной системе единиц время T принимается за основную величину. Единицей времени является секунда (с).

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА, основной закон динамики. В инерциальных системах отсчѐта скорость изменения импульса p материальной точки массой т равна силе F, действующей на материальную точку, и направлена в ту же сторону:

164

dp F . dt

Эта формулировка закона справедлива как в классической, так и в релятивистской

относительности. Фундаментальный принцип классической механики: в любых инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково при одинаковых начальных условиях. Т.о. все инерциальные системы отсчета равноправны.

ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ. Кривая определѐнного типа, обобщение понятия «прямая» в искривлѐнных пространствах. Конкретное определение геодезической зависит от типа пространства. Например, на двумерной поверхности, вложенной в евклидово трѐхмерное пространство, геодезические линии – это линии, достаточно малые дуги которых являются на этой поверхности кратчайшими путями между их концами. На плоскости это будут прямые, на круговом цилиндре – винтовые линии, на сфере – большие круги. Геодезические линии активно используются в релятивистской физике. Так, например, траектория свободно падающего незаряжѐнного пробного тела в общей теории относительности и вообще в метрических теориях гравитации является геодезической линией наибольшего собственного времени, то есть времени, измеряемого часами, движущимися вместе с телом.

ГРАВИТАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. Один из видов фундаментальных взаимодействий. Наиболее слабое среди других видов взаимодействия, отличается от них своей универсальностью: Г.в. присуще всем материальным объектам – от элементарных частиц до звезд галактики. Осуществляется посредством гравитационного поля. Играет очень важную роль в явлениях космического масштаба.

ГРАДИЕНТ скалярной функции θ(x, y, z). Вектор, направленный в сторону максимально быстрого возрастания функции θ и численно равный скорости еѐ возрастания в указанном

Иначе: градиентом скалярной функции θ(x, y, z) называется вектор, проекции которого на координатные оси OX, OY, OZ соответственно равны ∂θ/∂x; ∂θ/∂y и ∂θ/∂z. Вектор grad θ направлен по нормали к поверхности уровня, проходящей через точку, в сторону возрастания функции. Модуль вектора grad θ вычисляется по формуле

ГИДРОСТАТИКА. Раздел гидродинамики, в котором изучаются условия равновесия жидкости и воздействие покоящейся жидкости на погружѐнные в неѐ тела. Фундамент Г. составляют закон Паскаля и закон Архимеда. Основной задачей Г. является изучение распределения давления в жидкости. Напр., Г. позволяет рассчитать давление на подводную лодку и глубоководный батискаф, определить условия плавания и устойчивости корабля.

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ, весовое давление. Суммарное давление в жидкости, которое складывается из давления P0, производимого внешними силами на поверхность жидкости, и давления gh, обусловленного весом столба жидкости:

P = P0 + gh, где ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; h – глубина погружения тела относительно поверхности жидкости. Г.д. передаѐтся жидкостью равномерно во всех направлениях (закон Паскаля).

165

ДАВЛЕНИЕ P. Скалярная величина, равная отношению нормальной силы, равномерно действующей на участок некоторой поверхности к площади этой поверхности. Единица Д.

в СИ – паскаль (Па).

ДВИЖЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ. Процесс изменения положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

ДЕФОРМАЦИЯ. Изменение формы и (или) размеров тела (или частей тела) вследствие механического действия внешних тел, при нагревании или охлаждении, изменении влажности и др. взаимодействиях, вызывающих изменение относительного расположения частиц тела. См. также Гука закон.

ДЕФОРМАЦИЯ ПЛАСТИЧЕСКАЯ. Вид Д., признаком которого является сохранение изменения формы и размеров деформированного тела после прекращения внешнего воздействия.

ДЕФОРМАЦИЯ УПРУГАЯ. Вид Д., признаком которого является восстановление первоначальной формы и размеров деформированного тела после прекращения внешнего воздействия.

ДИНАМИКА. Раздел механики, изучающий закономерности механического движения макроскопических тел на основе анализа их взаимодействий.

ДИССИПАТИВНАЯ СИЛА. Сила, действие которой приводит к диссипации (рассеянию) энергии по объѐму системы и превращению еѐ в энергию теплового движения. К Д.с. относятся все силы трения и силы сопротивления. Д.с. всегда противоположна скорости, следовательно, элементарному перемещению. Работа Д.с. всегда отрицательна, т. к. Д.с. всегда препятствуют движению тел, энергия которых преобразуется в теплоту. Д.с. относятся к категории неконсервативных сил, т.к. работа этой силы всегда зависит от формы и длины пути.

ЕДИНИЦА ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ, единица измерения. Физ. вел. фиксированного размера, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице. Е.ф.в. применяется для количественного выражения однородных физических величин.

ЖЕСТКОСТЬ. 1) свойство (способность) тела или конструкции сопротивляться деформированию; 2) физическая величина, характеризующая свойство Ж. В случае деформаций растяжения (сжатия) Ж. – величина, равная отношению модуля силы упругости, возникающей при деформации, к величине F абсолютной деформации: k = Fупр/Δl. Единица в СИ – Н/м.

ЗАКОН АРХИМЕДА. На погружѐнное в жидкость (или газ) тело в поле тяжести в статических условиях действует выталкивающая сила, равная весу вытесненного им объѐма жидкости (газа), направленная по вертикали вверх и приложенная к центру масс вытесненного объѐма. Выталкивающая сила играет роль подъѐмной силы. 3.А. был установлен в III в. до н. э. и относится к основным законам гидро- и аэростатики. Является основой теории плавания тел.

ЗАКОН БЕРНУЛЛИ. При стационарном течении жидкости давление меньше в тех сечениях, где скорость больше, и наоборот, давление больше, где скорость течения меньше.

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ. Между двумя материальными точками действуют центральные силы взаимного притяжения (силы тяготения), прямо пропорциональные массам т1 и т2 этих точек и обратно пропорциональные квадрату расстояния r12 между ними. Сила тяготения F21, с которой материальная точка 1 притягивает к себе материальную точку 2, определяется выражением

166

где G – гравитационная постоянная, G ≈ 6,67·10–11 Н·м2/кг2, указанный в скобках единичный вектор r12 r12 определяет направление действия силы тяготения. Как всякая центральная

сила тяготения совпадает с прямой, соединяющей центры масс тел. Знак минус в выражении означает, что сила F21 противоположна радиус-вектору rп.

3.в.т. в указанной форме справедлив не только для двух материальных точек, но и для тел со сферически симметричным однородным распределением масс, а также для тел произвольной формы, если их размеры во много раз меньше расстояний между центрами масс. Например, для расчѐтов гравитационных взаимодействий между Солнцем и Землѐй, между Землѐй и человеком может непосредственно использоваться 3.в.т. Закон открыт в 1687 г. И. Ньютоном на основе обобщения экспериментальных законов Кеплера о движении планет Солнечной системы и является одним из фундаментальных законов природы.

ЗАКОН ГУКА. Эмпирический закон теории упругости, устанавливающий наличие линейной зависимости между механическими напряжениями и малыми деформациями в упругой среде. Cила упругости, возникающей при деформации тела, прямо пропорциональна удлинению тела и направлена противоположно перемещению частиц тела относительно других частиц при деформации:

F k r,

где k – коэффициент упругости ( или жесткость). Направление силы упругости противоположно направлению смещения частиц тела при деформации. 3.Г. справедлив для малых деформаций. При больших деформациях твѐрдые тела наряду с упругими свойствами обнаруживают свойства текучести, и 3.Г. нарушается. Количественная граница применимости 3. Г. определяется экспериментально.

При продольных упругих деформациях в изотропной среде 3. Г. связывает модуль

нормального механического напряжения ζ и модуль относительной продольной

деформации |ε| числовое значение деформации

E ,

где E – модуль Юнга.

При деформации сдвига 3.Г. связывает модуль касательного напряжения η и угол сдвига

γ

G ,

где G – модуль сдвига (аналог модуля Юнга).

При упругой деформации кручения в стержнях и трубках З.Г. связывает крутящий момент M и угол закручивания θ (в радианах)

M D ,

где D – модуль кручения, зависящий не только от материала, но также от радиуса и длины стержня (трубки).

ЗАКОН ПАСКАЛЯ. Жидкость или газ в условиях равновесия передают давление внешних сил во всех направлениях одинаково.

Если жидкость находится в поле силы тяжести, то согласно 3.П., на глубине h жидкость создаѐт одинаковое во всех направлениях давление P, равное сумме давления P0 на поверхности жидкости и гидростатического давления столба жидкости,

Р = Р0 + ρgh,

где ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

3.П. относится к основным законам гидростатики. Он составляет основу работы гидравлического пресса. Следствием З.П. является закон сообщающихся сосудов.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА. В инерциальных системах отсчѐта суммарный импульс замкнутой системы материальных точек сохраняется постоянным. Замкнутой (в данном случае) называют систему, на которую не действуют внешние силы или векторная

168

изотропности пространства. Область его применения выходит за рамки ньютоновской механики, распространяясь на релятивистскую механику и квантовую физику.

ЗАКОНЫ КЕПЛЕРА. Три экспериментальных закона, отражающих закономерности движения планет Солнечной системы вокруг Солнца.

1-й закон Кеплера: все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.

2-й закон Кеплера: радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает («заметает») равные секториальные площади.

3-й закон Кеплера: квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей эллипсов, описываемых планетами:

T12 a13 . T22 a23

3.К. открыты немецким учѐным И. Кеплером в 1619 г. Сыграли важную историческую роль в создании основ небесной механики, т. к. позволили Ньютону открыть закон всемирного тяготения.

ЗАКОНЫ НЬЮTOHA, основные законы механики (динамики). Три фундаментальных закона классической механики, сформулированные И. Ньютоном в 1687 г. Первый закон Ньютона – закон инерции; второй закон Ньютона – основной закон механики; третий закон Ньютона – закон взаимодействия.

1-й закон Ньютона (закон инерции): всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку приложенные силы не заставят его изменить это состояние.

Другая формулировка закона инерции: существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или покоится, если на него не действуют другие тела или их действия скомпенсированы.

2-й закон Ньютона (основной закон динамики): в инерциальных системах отсчѐта скорость изменения импульса p материальной точки массой т равна силе F, действующей на материальную точку, и направлена в ту же сторону

dp F . dt

Другая формулировка основного закона динамики: ускорение, полученное телом в результате взаимодействия, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе т тела:

a mFi .

3-й закон Ньютона: действие всегда вызывает равное и противоположное противодействие.

Другая формулировка закона взаимодействия: тела действуют друг на друга силами одинаковой природы, равными по величине и противоположными по направлению:

F12 = – F21.

Границы применимости 3.Н. Законы справедливы для материальных точек или поступательно движущихся тел, для скоростей много меньших скорости света в вакууме, только относительно инерциальных систем отсчета (ИСО). 3.Н. в совокупности образуют замкнутую систему уравнений классической механики, позволяя решать любую еѐ задачу, если известны законы взаимодействия конкретных тел.

169

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ. Фундаментальные законы природы, согласно которым числовые значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определѐнном классе процессов.

Наиболее фундаментальными среди них и справедливыми для любых изолированных систем являются: 3.с. импульса, 3.с. энергии, 3.с. момента импульса (момента количества движения), объединѐнный 3.с. массы и энергии и 3.с. электрического заряда. Близки к ним по универсальности нерелятивистские 3.с. массы и 3.с. механической энергии. Установлена группа 3.с. в физике элементарных частиц. Доказана тесная связь 3.с. со свойствами пространства-времени (см. теорема Нѐтер).

Роль 3. с. в физике исключительно велика. Объясняется это тем, что 3.с. в разных областях действия всегда выполняются точно и применимы либо ко всем явлениям природы, либо к широкому классу явлений природы. Особенно эффективно применять 3.с. при анализе тех процессов, закономерности которых во всех деталях неизвестны. В таких случаях 3.с. хотя и не дают полного решения задачи, но всѐ же позволяют понять наиболее важные стороны процесса.

ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА, изолированная система. Идеализированная модель реальной системы тел, «достаточно» удаленных от всех прочих, не входящих в данную систему тел окружающего мира. Реальную систему тел можно приближенно считать замкнутой, если окружающие ее внешние тела находятся на таком расстоянии от нее, что действующие на систему со стороны этих тел внешние силы много меньше сил взаимодействия частей этой системы между собой.

ИМПУЛЬС СИЛЫ. Векторная физ. вел., применяемая для описания действия на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению вектора силы F на этот промежуток времени t. Единица И.с. в СИ – Н·с. При постоянной силе И.с. равен изменению импульса тела, на которое действовала данная сила в течение данного промежутка времени: F t mv .

ИМПУЛЬС МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ (ТЕЛА), количество движения. Векторная физ.

вел., равная произведению массы m точки (тела) и его скорости v:

p mv .

Релятивистский импульс

p mv 11 2 mv ,

где β = v/c (c – скорость света в вакууме).

И. механической системы равен векторной сумме импульсов всех частей системы. Для замкнутой системы тел выполняется закон сохранения импульса. Единица И. в СИ – кг м/с.

ИМПУЛЬСА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН. Фундаментальный закон механики: импульс любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянным (сохраняется) и может только перераспределяться между частями системы в результате их взаимодействия: mi vi const .

ИНВАРИАНТНОСТЬ. Неизменность какой-либо величины при тех или иных преобразованиях. Например, масса и ускорение инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея (т. е. не меняются при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, движущейся относительно первой).

ИНЕРТНОСТЬ. Свойство различных материальных объектов приобретать разные ускорения при одинаковых внешних воздействиях со стороны других тел. И. присуща разным телам в разной степени. Величиной, позволяющей описать свойство И. тела в поступательном движении, является его масса, а при вращательном движении – момент инерции.

ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЕТА (ИСО). Система отсчета, относительно которой тело при отсутствии взаимодействия с другими телами или компенсации внешних

170

воздействий сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (см. законы Ньютона). Система отсчета, которая либо покоится относительно какой-нибудь ИСО, либо движется относительно неѐ поступательно, равномерно и прямолинейно сама является инерциальной. С большой степенью точности можно считать ИСО гелиоцентрическую систему, начало координат которой находится в центре масс Солнца, а оси координат направлены на соответствующим образом выбранные удалѐнные ("неподвижные") звѐзды. Используются и более грубые ИСО: геоцентрическая (телом отсчета является Земля), лабораторные ИСО (телом отсчета является здание, комната, лабораторный стол). Все законы физики одинаковы в любой ИСО. При переходе от описания к.-л. явления в одной ИСО к его описанию в др. ИСО, движущейся относительно первой, координаты и время преобразуются по определенному закону (см. Лоренца преобразования, Галилея преобразования).

ИНЕРЦИЯ. Явление сохранения скорости прямолинейного равномерного движения или состояния покоя при отсутствии или компенсации внешних воздействий.

КИНЕМАТИКА. Раздел механики, изучающий способы описания движений и связь между величинами, описывающими эти движения без учета их массы и действующих на них сил.

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ Часть механической энергии, энергия движущегося тела. Скалярная вел., равная половине произведения массы тела на квадрат скорости его поступательного движения:

mv2

WK K 2 .

Показывает, какую работу необходимо совершить, чтобы разогнать тело данной массы из состояния покоя до данной скорости. К.э. механической системы равна сумме кинетических энергий всех частей системы. К.э. зависит от выбора системы отсчѐта. Единица в СИ – джоуль (Дж).

КОЛЛАПС. В астрономии – катастрофически быстрое сжатие звезды под действием гравитационных сил. Гравитационный коллапс – процесс гравитационного сжатия массивного тела.

КОНСЕРВАТИВНАЯ СИЛА. Сила, удовлетворяющая следующим условиям: во-первых, она зависит только от взаимного расположения тел и не зависит от их относительных скоростей; во-вторых, работа силы не зависит от формы траектории и закона движения, а определяется только начальным и конечным положением тела. Полная работа К.с. на замкнутом пути равна нулю. К.с. являются все центральные силы: сила Кулона, сила всемирного тяготения, сила тяжести, сила упругости. К.с. образуют в пространстве

потенциальное поле, обладающее потенциальной энергией.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ, КПД. Физ. вел., равная отношению полезной работы (мощности, энергии) ко всей затраченной работе (мощности, энергии). Вводится для оценивания степени совершенства технического устройства в отношении происходящих в нем процессов передачи энергии или преобразования ее из одной формы в другую.

МАССА. Скалярная физ. вел., одна из основных характеристик любого материального объекта, являющаяся мерой его инертности и гравитации. В определении импульса материальной точки и в основном законе динамики М. является постоянным коэффициентом и выступает как мера инерции материальной точки, поэтому получила название инерционной или инертной. В законе всемирного тяготения сила притяжения (тяготения) любых двух тел всегда пропорционально произведению их масс. Определенная таким образом М. оказывается мерой тяготения тел, поэтому ее называют гравитационной. Инертная М. и гравитационная М. в принципе самостоятельны. Однако опыт показал, что они равны друг другу, т.е. удовлетворяют принципу эквивалентности. Согласно