М.А. Тарасова
Ю.В. Мосин
Т.С. Рогожина
Л.С. Екимова
С.Н. Ромашин
Механика
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
М.А. Тарасова, Ю.В. Мосин, Т.С. Рогожина,
Л.С. Екимова, С.Н. Ромашин
Механика
Рекомендовано редакционно-издательским советом ОрелГТУ
в качестве учебного пособия для вузов
Орел 2007
УДК 535.12(075)
ББК 22.343я7
Т91
Рецензенты:
Доктор физико-математических наук, профессор ОрелГТУ
В.С. Шоркин
Доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики
Орловского государственного университета
Г.В. Байдак
Т91 Тарасова, М.А. Механика: учебного пособия для вузов / М.А. Тарасова, Ю.В. Мосин, Т.С. Рогожина, Л.С. Екимова, С.Н. Ромашин. – Орел: ОрелГТУ, 2007. - 221 с.
В учебном пособии соответствии с программой по общему курсу физики рассмотрены физические основы механики. Показаны основные законы механического движения материальной точки, системы материальных точек, твердого тела, а также механические колебания и волновые процессы в упругой среде. В издании есть такие главы, как «Понятие об общей теории относительности», «Границы применимости ньютоновской механики», без которых современный курс физики был бы незавершенным.
Данное учебное пособие предназначено для студентов технических специальностей университета.
УДК 535.12(075)
ББК 22.343я7
ОрелГТУ, 2007
Оглавление
|
Предисловие………………………………………………………………6 |
|
Введение…………………………………………………………………..7 |
|
Глава 1. Кинематика…………………………………………………….9 1.1. Механическое движение…………………………………………9 1.2. Некоторые сведения о векторах………………………………..15 1.3. Скорость………………………………………………………….19 1.4. Ускорение………………………………………………………...23 1.5. Угловая скорость и угловое ускорение………………………...26 |
|
Глава 2. Динамика материальной точки……………………………32 2.1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета…….32 2.2. Второй закон Ньютона…………………………………………...33 2.3. Третий закон Ньютона…………………………………………...36 2.4. Сила. Силы трения……………………………………………….38 2.5 Импульс. Закон сохранения импульса…………………………..41 2.6 Центр масс. Движение тела переменной массы………………...43 |
|
Глава 3. Работа и энергия……………………………………………...47 3.1 Понятие о работе и энергии. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы……………………………………….........47 3.2. Кинетическая энергия……………………………………………50 3.3. Потенциальная энергия………………………………………….50 3.4. Закон сохранения механической энергии………………………53 3.5. Графическое представление энергии. Условия равновесия механических систем……………………………………55 3.6. Применение законов сохранения энергии и импульса к задаче об ударе упругих и неупругих тел…………………………58 3.7. Движение в центральном поле сил……………………………...64 |
|
Глава 4. Механика твердого тела…………………………………….68 4.1. Движение твердого тела…………………………………………68 4.2. Момент силы……………………………………………………..72 4.3. Центр масс твердого тела и его движение……………………...79 4.4. Момент импульса и закон его сохранения……………………...83 4.5. Основное уравнение динамики вращательного движения…….88 4.6. Момент инерции………………………………………………….90 4.7. Кинетическая энергия твердого тела……………………………95 |
|
Глава 5. Тяготение. Инерциальные системы отсчета……………100 5.1. Развитие представлений о природе тяготения (исторический экскурс)……………………………………………...100 5.2. Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения……………….103 5.3. Гравитационное поле и его характеристики………………….106 5.4. Сила тяжести и вес. Невесомость……………………………..109 5.5. Космические скорости…………………………………………111 5.6. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции………….112 |
|
Глава 6. Механика сплошных сред…………………………………121 6.1. Гидроаэростатика……………………………………………….121 6.2. Гидроаэродинамика…………………………………………….129 |
|
Глава 7.Элементы специальной теории относительности. Релятивистская механика……………………………………153 7.1 Принцип относительности Галилея. Классическая механика. Границы применимости…………………………………153 7.2 Постулаты специальной теории относительности…………….155 7.3 Преобразования Лоренца……………………………………….157 7.4 Следствия из преобразований Лоренца………………………..160 7.5 Интервал между событиями…………………………………….164 7.6 Релятивистская динамика. Релятивистский импульс…………166 7.7 Закон взаимосвязи массы и энергии……………………………169 |
|
Глава 8. Свободные гармонические колебания……………………174 8.1. Гармонические колебания и их характеристика………………174 8.2. Механические гармонические колебания……………………..176 8.3. Гармонический осциллятор. Пружинный, математический и физический маятники……………………………………………..178 8.4. Графическое изображение гармонических колебаний. Векторная диаграмма………………………………………………..184 8.5. Сложение колебаний одинакового направления………………185 8.6. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний……………187 |
|
Глава 9. Свободные затухающие колебания………………………..191 9.1. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний и его решение…………………………………………….191 9.2. Основные характеристики затухающих колебаний…………..193 |
|
Глава 10. Вынужденные колебания…………………………………198 10.1 Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение в комплексной форме…………………..198 10.2 Решение дифференциального уравнения вынужденных колебаний с помощью векторной диаграммы………………..........200 10.3 Резонанс. Примеры резонансных явлений……………………203 |
|
Глава 11. Волны в упругой среде……………………………………206 11.1. Упругие волны…………………………………………………206 11.2. Уравнение плоской и сферической волн……………………..207 11.3. Уравнение плоской волны, распространяющейся в произвольном направлении……………………………………….209 11.4. Волновое уравнение……………………………………………211 11.5. Скорость распространения упругих волн…………………….211 11.6. Энергия упругой волны………………………………………..213 11.7. Стоячие волны………………………………………………….215 11.8. Эффект Доплера для звуковых волн………………………….218 Литература……………………………………………………………...220 |