D.V.Sivukhin

CURSO DE FÍSICA GERAL. MECÂNICA T.I.

O conteúdo principal do curso proposto é uma apresentação extensa de palestras sobre física, que o autor leu por muitos anos (desde 1956) no Instituto de Física e Tecnologia de Moscou. Plano geral curso de palestras, bem como a abordagem básica para a apresentação de questões fundamentais da física, mudaram pouco ao longo dos anos. No entanto, todos os anos o curso era atualizado para incluir novas questões e exemplos particulares. Muitas questões anteriormente consideradas foram excluídas. Isto não foi feito por razões de princípio, mas por falta de tempo.

Este curso inclui quase todos os assuntos apresentados nas palestras em anos diferentes. Também foram incluídas questões que não foram discutidas nas palestras. Ocupam cerca de 10-15% do texto. Além disso, estão incluídos muitos problemas com respostas ou soluções detalhadas. Todo esse material pode ser benéfico para os alunos durante o estudo aprofundado da física e para os professores na condução de aulas de seminário. Espera o autor, contribuirá para o desenvolvimento das capacidades de pensamento físico dos alunos e da capacidade de colocar e resolver de forma independente questões fundamentais e problemas físicos específicos, que é o objetivo principal do manual proposto. É claro que nem todo esse material é necessário. Para comodidade do leitor, as questões principais estão impressas em fonte grande, todas as demais estão impressas em fonte pequena.

Prefácio
Introdução
	CINEMÁTICA
§ 1. Espaço e tempo
§ 2. Descrição cinemática do movimento. Ponto material
§ 3. Velocidade e aceleração durante o movimento linear. Canto
	velocidade e aceleração angular
§ 4. Velocidade e aceleração durante o movimento curvilíneo
§ 5. Limites de aplicabilidade do método clássico de descrição de movimento
	Sobre o significado da derivada e integral em aplicações à física
	questões
	Sobre vetores e adição de movimentos
	Graus de liberdade e coordenadas generalizadas
	LEIS DE NEWTON
	Lei da inércia. Quadro de referência inercial
§ 10. Missa. Lei da conservação do momento
§ 11. Segunda lei de Newton. Força

§ 12. Terceira lei de Newton e a lei da conservação do momento
§ 13. Interação à distância e interação de campo
§ 14. O papel das condições iniciais
§ 15. Princípio da relatividade de Galileu
§ 16. Aditividade e lei da conservação da massa
§ 17. Sobre as leis do atrito
ALGUMAS CONSEQUÊNCIAS E APLICAÇÕES DAS LEIS
§ 18. Impulso de força e mudança de impulso
§ 19. Teorema sobre o movimento do centro de massa
§ 20. Massa reduzida
§ 21. Movimento de corpos com massa variável. Jato-Propulsão
TRABALHO E ENERGIA
§ 22. Trabalho e energia cinética
§ 23. Relação entre energias cinéticas em vários sistemas
contagem regressiva. Teorema de Koenig
§ 24. Forças conservadoras e não conservadoras
§ 25. Energia potencial. Lei da conservação de energia em mecânica
§ 26. Impacto absolutamente inelástico
§ 27. Energia interna. Lei física geral de conservação de energia
§ 28. Impacto absolutamente elástico
§ 29. Forças e energia potencial
TORQUE DE MOVIMENTO
§ 30. Momento de força e momento angular em relação a um estacionário
§ 31. Relação entre o momento angular de um ponto material e o setor setorial
velocidade. Teorema da área
§ 32. Momento de impulso e momento de força em relação a um eixo fixo.
§ 33. Equação do momento angular para rotação em torno de um estacionário
eixos. Momento de inércia
§ 34. Exemplos sobre a lei da conservação do momento rotacional
§ 35. Teorema de Huygens - Steiner
§ 36. Cálculo de momentos de inércia
§ 37. Equação de momentos relativos a uma origem móvel e
eixo móvel
§ 38. Leis de conservação e simetria do espaço e do tempo
VIBRAÇÕES HARMÔNICAS
§ 39. Cinemática do movimento oscilatório harmônico
§ 40. Vibrações harmônicas de uma carga em uma mola

§ 41. Pêndulo físico
§ 42. Suspensões bifilares e trifilares
§ 43. Invariantes adiabáticos
MECÂNICA SÓLIDA
§ 44. Corpo rígido em mecânica. Equações de movimento e equilíbrio
sólido
§ 45. Eixo de rotação instantâneo
§ 46. Velocidade angular como vetor. Adição de rotações
§ 47. Teorema de Euler. Movimento geral de um corpo rígido
§ 48. Rolamento de corpos a partir de um plano inclinado
§ 49. Giroscópios. Movimento giroscópio livre
§ 50. Giroscópio sob influência de forças. Teoria aproximada
§ 51. Aplicações de giroscópios.
§ 52. Fundamentos da teoria exata de um giroscópio simétrico
§ 53. Tensor e elipsóide de inércia
§ 54. Rotação de um corpo rígido por inércia em torno de um ponto fixo
GRAVIDADE
§ 55. Leis de Kepler e a lei da gravitação universal
§ 56. Aceleração de planetas e cometas ao se moverem ao longo de seções cônicas
§ 57. Condições para elípticas, parabólicas e hiperbólicas
movimentos
§ 58. Cálculo de parâmetros orbitais
§ 59. Levando em consideração o movimento do Sol
§ 60. Aplicação da lei da gravitação universal ao problema da terra
§ 61. Velocidades cósmicas
§ 62. Derivação das leis do movimento planetário da lei da gravitação universal
MOVIMENTO RELATIVO A SISTEMAS NÃO INERCIAIS
§ 63. Forças inerciais durante o movimento translacional acelerado do sistema
§ 64. Forças inerciais durante movimento acelerado arbitrário do sistema
§ 65. Equação do movimento relativo de um ponto material em
campo gravitacional da Terra levando em consideração sua rotação
§ 66. Peso e pesagem de corpos
§ 67. Desvio de corpos em queda da direção do fio de prumo
§ 69. Marés

§ 70. Massa gravitacional e lei generalizada de Galileu
§ 71. O princípio da equivalência de forças gravitacionais e forças inerciais
§ 72. Deslocamento gravitacional de linhas espectrais
MECÂNICA DE CORPOS ELÁSTICOS
§ 73. Corpos idealmente elásticos
§ 74. Tensões elásticas
§ 75. Tensão e compressão de hastes
§ 76. Deformações de um paralelepípedo retangular sob a ação de três
forças mutuamente perpendiculares
§ 77. Tensão e compressão total e unilateral
§ 78. Mudança
§ 79. Torção
§ 80. Flexão
§ 81. Velocidade de propagação de perturbações elásticas longitudinais em
varas
§ 82. Aplicações do princípio da superposição
§ 83. Velocidades de propagação de perturbações longitudinais e transversais em
ambiente ilimitado
§ 84. A velocidade de propagação de perturbações transversais em um tensionado
§ 85. Velocidade de propagação do som em líquidos e gases
SIMILARIDADE E MÉTODOS DIMENSIONAIS
§ 86. Dimensão e sistemas de unidades.
§ 87. Fórmula de dimensão
§ 88. Regra de dimensão
MECÂNICA DE LÍQUIDOS E GASES
§ 89. Propriedades gerais de líquidos e gases
§ 90. Equações básicas de equilíbrio e movimento de líquidos
§ 91. Hidrostática de fluido incompressível
§ 92. Fórmula barométrica
§ 93. Descrição cinemática do movimento de fluidos
§ 94. Movimento estacionário de um fluido ideal. Equação de Bernoulli
§ 95. Exemplos de aplicação da equação de Bernoulli. Fórmula de Torricelli
§ 96. Viscosidade
§ 97. Fluxo estacionário de líquido através de um tubo reto. Fórmula
Poiseuille
§ 98. Leis de similaridade hidrodinâmica
§ 99. Turbulência e instabilidade hidrodinâmica
§ 100. Paradoxo de D'Alembert. Correntes de retorno
§ 101. Aplicação da teoria das dimensões

ÍNDICE DE NOME

Aristóteles 64	Copérnico 66, 67, 321, 347, 357
Arquimedes 12, 44?, 449, 453	Coriolis 339, 345, 353, 35a, 375
Bernoulli Daniel 462, 464, 467, 468,	Pingente 77, 102
470, 479, 491, 493, 494, 496, 501,	Kuta 509, 511
	Lavoisier 98
Bessel 368	Laplace 392, 428
Boyle 427, 428, 442	Lebedev 87
Brahe Tranquilo 495	Leibniz 44
Braginsky 372	Le Châtelier 276
Venturi 464	Lomonosov 98
Berna Júlio 280	Lorenz 93, 97, 135
	Magno 512, 513
Heisenberg 43	Maxwell 256
Galileu 12, 91-97, 216, 348, 368	Marriot 427, 428, 442
Hamilton 161, 227
	Meshchersky 115
Helmholtz 310	Mössbauer 378
Gongo 73, 205, 380, 385-387, 395, 397	Newton 11-15, 44, 63, 64, 71, 73, 75,
Huygens 12, 183, 185, 187, 211-213,	78 - 85, 90, 98, 107, 114, 127,
	162, 163, 174, 199, 202, 208, 304,
d'Alembert 491, 492	305, 307. 313, 324, 330 333, 334,
Dezorm 465	346, 361, 364, 367, 368, 427, 428,
Dicke 370, 371
Euclides 19, 20	Oberbeck 191
Jukovsky 175-177, 180-182, 279,	Pascal 440
Cavendish 305	Pitot 466, 467
Bolso 504	Pitágoras 319
Koenig 129, 130, 195
Kepler 12, 302, 303, 305, 312, 322,	Prandtl 467, 501, 503
	Poiseuille 477-480
Kirchhoff 491	Poinsot 295, 299
Cláusio 141	Poisson 388, 397, 421
Clemente 465	Rutherford 321

Reynolds 483-485, 487, 489, 490,	Fletner 513
	Froude 483-486
Sules 370	Foucault 282, 284 - 287, 357, 359, 360
Esperry 287	Tsiolkovsky 116, 117, 129
Stoke 496, 497	Steiner 183, 185, 187, 250, 260
Strelkov 177	Euler 246, 247, 447, 452
Strouhal 483	Einstein 11, 13, 25-27, 97, 307,
Taylor 439
Tietjens 503	Eotvos 368, 370
Thomson William 310	Jung 385, 386, 388, 397, 426-428,
Torricelli 468
ÍNDICE DE ASSUNTO
Piloto automático 283	Chinês 279
Aditividade de massa 98	Rolamento 279
Invariante adiabático 223
Coeficiente 389	Unidos 25
Módulo 389	Locais 25
Processo 222	Torque de endireitamento 451
Acelerômetro 78	Altura da atmosfera homogênea 457
Amplitude de oscilação 72	Viscosidade 472
Maré 360	Dinâmico 479
Fórmula barométrica 457	Cinemático 479
Combinações adimensionais 435	Oscilador Harmônico 223
Binormal 38	Oscilação Harmônica 204
	Herpolódia 299
Vetor 48, 50	Degraus Gigantes 197
Eixo 57	Hidrodinâmica 441
Quadrado 56	Semelhança hidrodinâmica 483
Polar 57	Hidrostática 445
Produto vetorial 57	Paradoxo hidrostático 453
Quantidades básicas (primárias) 429	Girogorizonte 283
Derivados (secundário) 430	Giroscópio 263
Peso corporal 349	Principais 266, 288
Vetores mútuos 60	Eixo geométrico 263
Interação por toque 86	Rolamento 284
Forças virais 141	Eixo da figura 263
Rua Vortex Karman 504	Giroscópio, teoria aproximada 270
	Grátis 266
Deslocamento 451	2º simétrico
Medidor de água 464	Fulcro 263
Almofada de ar 104	Teoria exata 288
Movimentos possíveis 185	Equilibrado (astático)
263 principais

Fenômenos giroscópicos 263	Banco Zhukovsky 175
Bússola giroscópica 263, 283,	Lei de Arquimedes 448
	Gravidade universal 304
Casa normal 37	Gunas 73, 380, 386
Eixos principais 295	Segundo 302, 321 de Kepler
Estrela ano 40	Primeiro 302, 321
Tropical 23, 40	Terceiro 302, 321
Hodógrafo 34	Lei de Pascal 440
Constante gravitacional 304, 307	Área 171
Deslocamento gravitacional	Semelhanças de correntes 483
espectral	Reynolds 489
	Adição de velocidade
Carga gravitacional 366	não relativístico 93
Gradiente 160, 161, 446	Relativista 129
Movimento 11	Economia de peso 98
Absoluto 334	Substâncias 98
Rápido 12	Pulso 70, 80
Parafuso 240	Missas 98
Vórtice 497	Massa - energia 99
Fluido de retorno 503	Momento 168
Infinito 140, 314	Energias 137, 148
Lento 12	O segundo 63, 72 de Newton
Relativo 334	Primeiros 63, 64
Portátil 334	Terceiro 63, 78
Mas a inércia 64	Equivalência de inerte e
Uniforme 32	massa gravitacional 367
Acelerado uniformemente 32	Leis do atrito 100
Grátis 64	Moderação de nêutrons 156
Ultrarelativista 128	Sistema fechado 68
Finito 140, 314
Ação 78	Líquido ideal 444
A uma distância de 84.308	Corpo idealmente rígido 61, 230
Pequenas deformações 380	Corpo elástico 380
Heterogêneo 397
Homogêneo 397	Ponto de imagem 289
Plástico (residual) 379	Sistema isolado 68
Elástico 379	Atmosfera isotérmica 457
Joule (unidade de trabalho) 124	Coeficiente isotérmico 389
	Módulo 389
Dinâmica 63	Isotropia do espaço 200
Pressão dinâmica (velocidade)	Isocronismo de oscilação 206
	Impulso 42, 54, 70
Comprimento da haste móvel 27	Rotacional 174

	Ponto 466
Pontos fortes 107, 109	Torção 397
Sistemas de pontos materiais 107	Linha separatista 494
Invariante 57	Centros 150
Invariância das equações 51	Arraste 491, 495
Inversão 17	Corpos macroscópicos 12
Inércia 68	Água baixa 361
Vertical artificial 283	Pequenos distúrbios 411
Gravidade 351	Peso 63, 68
Horizonte artificial 283	Gravidade 366
Meio líquido-gota 441	Inerte 68, 366
Gimbal cardan 263	Variável 114
Forças tangenciais internas
fricção 472	Dado 112
Processo quase estático, 387	Entrou para 492
Leis de Kepler 302, 321	Relativista 70
Quilograma 69	Pesado 366
Cinemática 28	Ponto material 29
Abordagem clássica 14	Máquina Atwood 191
Covariância das Equações 51	Pêndulo balístico 146
Número de movimento 63	Giroscópico 272
Matéria 63	Dado o comprimento 273
Componentes vetoriais 50	Cônico 292
Cone herpolodpi 299	Matemática 210
Pólodia 299	Físico 209
Velocidade espacial segundo 117,	Pontos mútuos 211
	Dado o comprimento 210
Primeiros 117, 326	Pontos conjugados 211
Terceiro 117, 326, 327, 329	Físico, ponto de suspensão 209
Coeficiente de atrito interno	Centro de balanço 211
Dureza 73	Cicloidal 211
Poisson 388	Eixo de rotação instantânea 234
Compressibilidade 441 pontos 29 Semelhança mecânica 482 World ether 85 Módulo de compressão 393 Torção 215, 397 - alongamento unilateral 394 Turno 395 Jovem 385 Mole 428 Momento angular em torno do eixo Pontos 167 - inércia em torno do eixo 174 Pontos 184 - - seção transversal 401 Navio 451 - forças em torno do eixo 172 Pontos 166, 167 - tangencial 381 Tensão 384 Velocidade inicial 32 - fase 204 Condições iniciais 89 Gravidade Zero 351 Independência da ação das forças 77 Plano constante 298 Linha neutra 400 Seção neutra 401 Neutrino 149 Fluido incompressível 443 Newton (unidade de força) 75 Leis de Newton 63, 64 Região de estagnação 103, 494 Coordenadas generalizadas 61 Velocidades 61 Lei generalizada de Galileu 348 Problema inverso da mecânica 345 Volume densidade de força 446 Energia elástica 388, 391, 393, 396, 397 Simultaneidade 26 Trilho único Estrada de ferro 287 Uniformidade de tempo 200 - espaço 200 Região simplesmente conectada 497 Alongamento unidirecional 393 Compressão 393 Operador Hamilton 160, 161 Equação básica da hidrodinâmica líquido ideal 447 - - hidrostática 447 Eixo de flexão 400 Direção de prumo 349 Desvio de corpos em queda da direção prumo 353 Força de deflexão 290 Ebb 360 Compressão lateral relativa Compressão 385 Extensão 385 Reflexão na origem 17 Paradoxo de D'Alembert 492 Oscilações paramétricas 226 Movimento perimétrico giroscópio 280 Período de oscilação 205 Eixos permanentes de rotação 296 Braço de força 173 Movimento do plano 240 - fluxo 498 Densidade real 46 Linear 424 - meio 46 Superfície nivelada 161 Camada limite 501 Suspensão bifilar 213 Trifilarny 214 Relatividade 96 Força de elevação 491, 495 Galiléia 94 Einstein 97 Gravidade 375 Superposições de gravitacional Velocidades 459 Interação de campo 86 Pequenos distúrbios 415 Água cheia 360 Deformações 387 Pressão total 466 Velocidades 415 Cabeça cheia 466 Deslocamentos 415 Pólodia 299 Tensões elásticas 415 Equivalência de gravitacional Constante de Kepler 303 Constante forças de inércia 374 Distância de observação 321 Potencial de velocidade 498 Balanço simples 204 Curva potencial 140 Contra-ação 78 Problema direto de mecânica 345 Movimento potencial 497 Pseudovetor 57 Fluxo com circulação 498 Pseudoescalar 57 Barreira potencial 140 Pistola pulverizadora 465 Regra de Gimlet 17 Pulsares 198 Paralelogramo 48 Jó 123 Dimensões 437 Na viagem final 123 Elementar 123 Raio de inércia Limite elástico 379 Rolando 251 Dimensão 430 Transformação galileana 92 Correntes de retorno 490, 494 Lorena 93 Fluxo de fluido 464 reações Precessão rápida 291 conexões 74 Rotor vetorial 499 Forçado 270 Lento 291 Eixos de rotação livre 296 Pseudo-regular 275 Normal 275 Perfeito 165 Turno 395 Segundo Grátis 267 24 Força 63, 64, 71 Hora aplicada 361 Inércia 335 Maré 360 Coriolis 341 Potencial de maré 363 Portátil 341 Grandes marés (sizígia) 365 Progressivo 336 Quadratura 365 Centrífuga 342 Pequeno 365 Força de Lorentz 135 Princípio de Le Chatelier 276 Maré 363 Resultante 76 Incertezas 43 Jato 115

5ª ed., apagada. - M.: 2006.- 352 p.

O livro apresenta de forma concisa e acessível material sobre todas as seções do programa do curso de Física - da mecânica à física do núcleo atômico e das partículas elementares. Para estudantes universitários. Útil para revisão do material abordado e na preparação para exames em universidades, escolas técnicas, faculdades, escolas, departamentos preparatórios e cursos.

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ÍNDICE
Prefácio 3
Introdução 4
Disciplina de física 4
Conexão da física com outras ciências 5
1. FUNDAÇÕES FÍSICAS DA MECÂNICA 6
Mecânica e sua estrutura 6
Capítulo 1. Elementos de cinemática 7
Modelos em mecânica. Equações cinemáticas de movimento de um ponto material. Trajetória, comprimento do caminho, vetor deslocamento. Velocidade. Aceleração e seus componentes. Velocidade angular. Aceleração angular.
Capítulo 2 Dinâmica de um ponto material e movimento de translação de um corpo rígido 14
A primeira lei de Newton. Peso. Força. Segunda e terceira leis de Newton. Lei da conservação do momento. Lei do movimento do centro de massa. Forças de atrito.
Capítulo 3. Trabalho e energia 19
Trabalho, energia, poder. Energia cinética e potencial. Relação entre força conservativa e energia potencial. Energia total. Lei da conservação de energia. Representação gráfica de energia. Impacto absolutamente elástico. Impacto absolutamente inelástico
Capítulo 4. Mecânica dos Sólidos 26
Momento de inércia. Teorema de Steiner. Momento de poder. Energia cinética de rotação. Equação da dinâmica do movimento rotacional de um corpo rígido. Momento angular e a lei de sua conservação. Deformações de um corpo sólido. Lei de Hooke. Relação entre tensão e estresse.
Capítulo 5. Gravidade. Elementos da teoria de campo 32
A lei da gravitação universal. Características do campo gravitacional. Trabalhe em um campo gravitacional. Relação entre o potencial do campo gravitacional e sua intensidade. Velocidades cósmicas. Forças de inércia.
Capítulo 6. Elementos da mecânica dos fluidos 36
Pressão em líquido e gás. Equação de continuidade. Equação de Bernoulli. Algumas aplicações da equação de Bernoulli. Viscosidade (atrito interno). Regimes de fluxo de fluidos.
Capítulo 7. Elementos da teoria da relatividade especial 41
Princípio mecânico da relatividade. As transformações de Galileu. Postulados da SRT. Transformações de Lorentz. Corolários das transformações de Lorentz (1). Corolários das transformações de Lorentz (2). Intervalo entre eventos. Lei básica da dinâmica relativística. Energia na dinâmica relativística.
2. FUNDAMENTOS DE FÍSICA MOLECULAR E TERMODINÂMICA 48
Capítulo 8. Teoria cinética molecular de gases ideais 48
Seções de física: física molecular e termodinâmica. Método de pesquisa termodinâmica. Escalas de temperatura. Gás ideal. Leis de Boyle-Marie-Otga, Avogadro, Dalton. Lei de Gay-Lussac. Equação de Clapeyron-Mendeleev. Equação básica da teoria cinética molecular. Lei de Maxwell sobre a distribuição de velocidades de moléculas de gás ideal. Fórmula barométrica. Distribuição de Boltzmann. Caminho livre médio das moléculas. Algumas experiências confirmando o MCT. Fenômenos de transferência (1). Fenômenos de transferência (2).
Capítulo 9. Fundamentos da Termodinâmica 60
Energia interna. Número de graus de liberdade. A lei da distribuição uniforme de energia entre os graus de liberdade das moléculas. A primeira lei da termodinâmica. O trabalho de um gás quando seu volume muda. Capacidade térmica (1). Capacidade térmica (2). Aplicação da primeira lei da termodinâmica aos isoprocessos (1). Aplicação da primeira lei da termodinâmica aos isoprocessos (2). Processo adiabático. Processo circular (ciclo). Processos reversíveis e irreversíveis. Entropia (1). Entropia (2). Segunda lei da termodinâmica. Motor térmico. Teorema de Carnot. Máquina de refrigeração. Ciclo de Carnot.
Capítulo 10. Gases, líquidos e sólidos reais 76
Forças e energia potencial de interação intermolecular. Equação de Van der Waals (equação de estado dos gases reais). Isotermas de Van der Waals e sua análise (1). Isotermas de Van der Waals e sua análise (2). Energia interna do gás real. Líquidos e sua descrição. Tensão superficial de líquidos. Molhar. Fenômenos capilares. Sólidos: cristalinos e amorfos. Mono e policristais. Característica cristalográfica dos cristais. Tipos de cristais de acordo com características físicas. Defeitos em cristais. Evaporação, sublimação, fusão e cristalização. Transições de fase. Diagrama de status. Ponto Triplo. Análise do diagrama de fases experimental.
3. ELETRICIDADE E ELETROMAGNETISMO 94
Capítulo 11. Eletrostática 94
Carga elétrica e suas propriedades. Lei da conservação da carga. Lei de Coulomb. Intensidade do campo eletrostático. Linhas de intensidade de campo eletrostático. Fluxo vetorial de tensão. Princípio da superposição. Campo dipolo. Teorema de Gauss para o campo eletrostático no vácuo. Aplicação do teorema de Gauss ao cálculo de campos no vácuo (1). Aplicação do teorema de Gauss ao cálculo de campos no vácuo (2). Circulação do vetor de intensidade do campo eletrostático. Potencial de campo eletrostático. Diferença potencial. Princípio da superposição. A relação entre tensão e potencial. Superfícies equipotenciais. Cálculo da diferença de potencial em relação à intensidade do campo. Tipos de dielétricos. Polarização de dielétricos. Polarização. Intensidade de campo em um dielétrico. Viés elétrico. Teorema de Gauss para um campo em um dielétrico. Condições na interface entre dois meios dielétricos. Condutores em um campo eletrostático. Capacidade elétrica. Capacitor plano. Conectando capacitores em baterias. Energia de um sistema de cargas e de um condutor solitário. Energia de um capacitor carregado. Energia do campo eletrostático.
Capítulo 12. Corrente elétrica contínua 116
Corrente elétrica, força e densidade de corrente. Forças externas. Força eletromotriz (EMF). Tensão. Resistência do condutor. Lei de Ohm para uma seção homogênea em um circuito fechado. Trabalho e potência atual. Lei de Ohm para uma seção não uniforme de um circuito (lei de Ohm generalizada (GLO)). Regras de Kirchhoff para cadeias ramificadas.
Capítulo 13. Correntes elétricas em metais, vácuo e gases 124
A natureza dos portadores atuais nos metais. Teoria clássica da condutividade elétrica dos metais (1). Teoria clássica da condutividade elétrica dos metais (2). A função trabalho dos elétrons que saem dos metais. Fenômenos de emissão. Ionização de gases. Descarga de gás não autossustentável. Descarga de gás independente.
Capítulo 14. Campo magnético 130
Descrição campo magnético. Características básicas do campo magnético. Linhas de indução magnética. Princípio da superposição. Lei Biot-Savart-Laplace e sua aplicação. Lei de Ampère. Interação de correntes paralelas. Constante magnética. Unidades B e H. Campo magnético de uma carga em movimento. O efeito de um campo magnético sobre uma carga em movimento. Movimento de partículas carregadas em
campo magnético. Teorema da circulação do vetor B. Campos magnéticos do solenóide e toróide. Fluxo vetorial de indução magnética. Teorema de Gauss para o campo B. Trabalhe no movimento de um condutor e de um circuito com corrente em um campo magnético.
Capítulo 15. Indução Eletromagnética 142
Os experimentos de Faraday e as consequências deles. Lei de Faraday (lei da indução eletromagnética). Regra de Lenz. Fem de indução em condutores estacionários. Rotação da moldura em um campo magnético. Correntes parasitas. Indutância de loop. Autoindução. Correntes ao abrir e fechar um circuito. Indução mútua. Transformadores. Energia do campo magnético.
Capítulo 16. Propriedades magneticas substâncias 150
Momento magnético dos elétrons. Dia- e paramagnetos. Magnetização. Campo magnético na matéria. A lei da corrente total para o campo magnético na matéria (o teorema da circulação do vetor B). Teorema da circulação do vetor H. Condições na interface entre dois ímãs. Ferromagnetos e suas propriedades.
Capítulo 17. Fundamentos da teoria de Maxwell para campo eletromagnetico 156
Campo elétrico de vórtice. Corrente de polarização (1). Corrente de polarização (2). Equações de Maxwell para o campo eletromagnético.
4. OSCILAÇÕES E ONDAS 160
Capítulo 18. Vibrações mecânicas e eletromagnéticas 160
Vibrações: livres e harmônicas. Período e frequência das oscilações. Método vetorial de amplitude rotativa. Vibrações harmônicas mecânicas. Oscilador harmônico. Pêndulos: mola e matemáticos. Pêndulo físico. Oscilações livres em um circuito oscilatório idealizado. Equação de oscilações eletromagnéticas para um circuito idealizado. Adição de vibrações harmônicas de mesma direção e mesma frequência. Espancamento. Adição de vibrações mutuamente perpendiculares. Oscilações amortecidas livres e sua análise. Oscilações livres amortecidas de um pêndulo de mola. Decremento de atenuação. Oscilações amortecidas livres em um circuito oscilatório elétrico. Fator de qualidade do sistema oscilatório. Vibrações mecânicas forçadas. Oscilações eletromagnéticas forçadas. Corrente alternada. Corrente através de um resistor. Corrente alternada fluindo através de uma bobina de indutância L. Corrente alternada fluindo através de um capacitor de capacitância C. Um circuito de corrente alternada contendo um resistor, um indutor e um capacitor conectados em série. Ressonância de tensão (ressonância em série). Ressonância de correntes (ressonância paralela). Energia liberada em um circuito de corrente alternada.
Capítulo 19. Ondas elásticas 181
Processo de onda. Ondas longitudinais e transversais. Onda harmônica e sua descrição. Equação da onda viajante. Velocidade de fase. Equação de onda. Princípio da superposição. Velocidade do grupo. Interferência de ondas. Ondas estacionárias. Ondas sonoras. Efeito Doppler em acústica. Recebendo ondas eletromagnéticas. Escala de ondas eletromagnéticas. Equação diferencial
ondas eletromagnéticas. Consequências da teoria de Maxwell. Vetor de densidade de fluxo de energia eletromagnética (vetor Umov-Poinging). Pulso de campo eletromagnético.
5. ÓPTICA. NATUREZA QUÂNTICA DA RADIAÇÃO 194
Capítulo 20. Elementos de óptica geométrica 194
Leis básicas da óptica. Reflexão total. Lentes, lentes finas, suas características. Fórmula de lentes finas. Potência óptica da lente. Construção de imagens em lentes. Aberrações (erros) de sistemas ópticos. Quantidades de energia em fotometria. Quantidades de luz em fotometria.
Capítulo 21. Interferência de Luz 202
Derivação das leis de reflexão e refração da luz com base na teoria das ondas. Coerência e monocromaticidade das ondas de luz. Interferência de luz. Alguns métodos para observar a interferência luminosa. Cálculo do padrão de interferência de duas fontes. Listras de igual inclinação (interferência de uma placa plano-paralela). Listras de igual espessura (interferência de uma placa de espessura variável). Anéis de Newton. Algumas aplicações de interferência (1). Algumas aplicações de interferência (2).
Capítulo 22. Difração de luz 212
Princípio de Huygens-Fresnel. Método da zona de Fresnel (1). Método da zona de Fresnel (2). Difração de Fresnel por furo circular e disco. Difração de Fraunhofer por fenda (1). Difração de Fraunhofer por fenda (2). Difração de Fraunhofer por uma rede de difração. Difração por rede espacial. Critério de Rayleigh. Resolução do dispositivo espectral.
Capítulo 23. Interação de ondas eletromagnéticas com matéria 221
Dispersão da luz. Diferenças em difração e espectros prismáticos. Dispersão normal e anômala. Teoria elementar da dispersão do elétron. Absorção (absorção) de luz. Efeito Doppler.
Capítulo 24. Polarização da Luz 226
Luz natural e polarizada. Lei de Malus. Passagem da luz através de dois polarizadores. Polarização da luz durante reflexão e refração na fronteira de dois dielétricos. Birrefringência. Cristais positivos e negativos. Polarizando prismas e polaroids. Recorde de quarto de onda. Análise de luz polarizada. Anisotropia óptica artificial. Rotação do plano de polarização.
Capítulo 25. Natureza quântica da radiação 236
Radiação térmica e suas características. Leis de Kirchhoff, Stefan-Boltzmann, leis de Viena. Fórmulas de Rayleigh-Jeans e Planck. Derivando leis específicas de radiação térmica da fórmula de Planck. Temperaturas: radiação, cor, brilho. Características corrente-tensão do efeito fotoelétrico. Leis do efeito fotoelétrico. Equação de Einstein. Momento do fóton. Pressão leve. Efeito Compton. Unidade das propriedades corpusculares e ondulatórias da radiação eletromagnética.
6. ELEMENTOS DE FÍSICA QUÂNTICA DE ÁTOMOS, MOLÉCULAS-CORPOS SÓLIDOS 246
Capítulo 26. Teoria do átomo de hidrogênio de Bohr 246
Modelos de Thomson e Rutherford do átomo. Espectro linear de um átomo de hidrogênio. Postulados de Bohr. Experimentos de Frank e Hertz. Espectro de Bohr do átomo de hidrogênio.
Capítulo 27. Elementos da mecânica quântica 251
Dualismo partícula-onda das propriedades da matéria. Algumas propriedades das ondas de de Broglie. Relacionamento de incerteza. Abordagem probabilística para a descrição de micropartículas. Descrição de micropartículas utilizando a função de onda. Princípio da superposição. Equação geral de Schrödinger. Equação de Schrödinger para estados estacionários. Movimento de uma partícula livre. Uma partícula em um "poço de potencial" retangular unidimensional com "paredes" infinitamente altas. Barreira potencial de formato retangular. Passagem de uma partícula através de uma barreira de potencial. Efeito túnel. Oscilador harmônico linear em mecânica quântica.
Capítulo 28. Elementos física modernaátomos e moléculas 263
Átomo semelhante ao hidrogênio na mecânica quântica. Números quânticos. Espectro de um átomo de hidrogênio. ls-estado de um elétron em um átomo de hidrogênio. Rotação do elétron. Gire o número quântico. O princípio da indistinguibilidade de partículas idênticas. Férmions e bósons. Princípio de Pauli. Distribuição de elétrons em um átomo de acordo com os estados. Espectro de raios X contínuo (bremsstrahlung). Espectro característico de raios X. Lei de Moseley. Moléculas: ligações químicas, conceito de níveis de energia. Espectros moleculares. Absorção. Emissão espontânea e estimulada. Mídia ativa. Tipos de lasers. Princípio de funcionamento de um laser de estado sólido. Laser a gás. Propriedades da radiação laser.
Capítulo 29. Elementos da Física do Estado Sólido 278
Teoria de bandas de sólidos. Metais, dielétricos e semicondutores segundo a teoria das bandas. Condutividade intrínseca de semicondutores. Condutividade de impurezas eletrônicas (condutividade tipo i). Condutividade de impureza do doador (condutividade tipo p). Fotocondutividade de semicondutores. Luminescência de sólidos. Contato entre semicondutores de elétrons e buracos (junção pn). Condutividade da junção pi. Diodos semicondutores. Triodos semicondutores (transistores).
7. ELEMENTOS DE FÍSICA DO NÚCLEO ATÔMICO E PARTÍCULAS ELEMENTARES 289
Capítulo 30. Elementos da física do núcleo atômico 289
Núcleos atômicos e sua descrição. Defeito em massa. Energia de ligação nuclear. Spin nuclear e seu momento magnético. Infiltrações nucleares. Modelos de kernel. Radiação radioativa e seus tipos. Lei do decaimento radioativo. Regras de compensação. Famílias radioativas. a-Decomposição. decaimento p. Radiação y e suas propriedades. Instrumentos para registro de radiação e partículas radioativas. Contador de cintilação. Câmara de ionização de pulso. Medidor de descarga de gás. Contador de semicondutores. Câmara Wilson. Câmaras de difusão e bolhas. Emulsões fotográficas nucleares. Reações nucleares e sua classificação. Pósitron. P+-Decomposição. Pares elétron-pósitron, sua aniquilação. Captura eletrônica. Reações nucleares sob a influência de nêutrons. Reação de fissão nuclear. Reação em cadeia de fissão. Reatores nucleares. A reação de fusão de núcleos atômicos.
Capítulo 31. Elementos da física de partículas 311
Radiação cósmica. Múons e suas propriedades. Mésons e suas propriedades. Tipos de interações de partículas elementares. Descrição de três grupos de partículas elementares. Partículas e antipartículas. Neutrinos e antineutrinos, seus tipos. Hipérons. Estranheza e paridade de partículas elementares. Características dos léptons e hádrons. Classificação das partículas elementares. Quarks.
Tabela periódica de elementos por D. I. Mendeleev 322
Leis e fórmulas básicas 324
Índice de assunto 336

O curso geral “Mecânica” faz parte do curso de física geral. Os alunos familiarizar-se-ão com os fenómenos mecânicos básicos e os métodos da sua descrição teórica. As palestras incluem gravações de vídeo de demonstrações físicas dos fenômenos mecânicos em estudo.
A estrutura do curso é tradicional. O curso abrange material clássico do curso de física geral, a seção “Mecânica”, ministrada no primeiro ano da Faculdade de Física da Universidade Estadual de Moscou no primeiro semestre. O curso incluirá as seções “Cinemática e dinâmica de um ponto material e os sistemas mais simples”, “Leis de conservação”, “Movimento de um ponto material em sistemas de referência não inerciais”, “Fundamentos da mecânica relativística”, “Cinemática e dinâmica de um corpo rígido”, “Fundamentos da mecânica dos meios deformáveis”, “Fundamentos de hidromecânica e aeromecânica”, “Vibrações e ondas mecânicas”.
O curso destina-se a bacharéis especializados em ciências naturais, bem como a professores de física do ensino médio e professores universitários. Também será útil para crianças em idade escolar que estudam física em profundidade.

Formatar

A forma de estudo é por correspondência (a distância).
As aulas semanais incluirão a visualização de vídeo-aulas temáticas, incluindo gravações de vídeo de experimentos de palestras e apresentações tarefas de teste com verificação automatizada de resultados. Um elemento importante do estudo da disciplina é a solução independente de problemas físicos. A solução deverá conter um raciocínio rigoroso e logicamente correto que conduza à resposta correta.

Requisitos

O curso é destinado a bacharéis do 1º ano. É necessário conhecimento de física e matemática no nível do ensino médio (11ª série).

Programa do curso

Introdução
B.1 Espaço e tempo na mecânica newtoniana
B.2 Sistema de referência

Capítulo 1. Cinemática e dinâmica de sistemas simples
P.1.1. Cinemática de um ponto material e sistemas mais simples
P.1.2. Leis de Newton
P.1.3. Leis que descrevem as propriedades individuais das forças

Capítulo 2. Leis de conservação nos sistemas mais simples
P.2.1. Lei da conservação do momento
P.2.2. Energia mecânica
P.2.3. Relação entre leis de conservação e homogeneidade de espaço e tempo

Capítulo 3. Quadros de referência não inerciais
P.3.1. Sistemas de referência não inerciais. Forças de inércia
P.3.2. Manifestação de forças inerciais na Terra
P.3.3. Princípio de equivalência

Capítulo 4. Fundamentos da mecânica relativística
P.4.1. Espaço e tempo na teoria da relatividade
P.4.2. Transformações de Lorentz
P.4.3. Consequências das transformações de Lorentz
P.4.4. Intervalo
P.4.5. Adição de velocidade
P.4.6. Equação de movimento
P.4.7. Momento, energia e massa na teoria da relatividade

Capítulo 5. Cinemática e dinâmica de corpo rígido
P.5.1. Cinemática de corpo rígido
P.5.2. Dinâmica corporal rígida
P.5.3. Energia cinética de um sólido
P.5.4. Giroscópios, tops

Capítulo 6. Fundamentos da mecânica de corpos deformáveis
P.6.1. Deformações e tensões em sólidos
P.6.2. Razão de Poisson
P.6.3. Relação entre módulo de Young e módulo de cisalhamento
P.6.4. Energia das deformações elásticas

Capítulo 7. Oscilações
P.7.1. Vibrações livres de sistemas com um grau de liberdade
P.7.2. Vibrações forçadas
P.7.3. Adição de vibrações
P.7.4. Oscilações em sistemas acoplados
P.7.5. Oscilações não lineares
P.7.6. Oscilações paramétricas
P.7.7. Auto-oscilações

Capítulo 8. Ondas
P.8.1. Propagação de impulso em um meio. Equação de onda
P.8.2. Densidade e fluxo de energia em uma onda viajante. Vetor Umov
P.8.3. Reflexão de onda, modos de vibração
P.8.4. Elementos acústicos
P.8.5. Ondas de choque

Capítulo 9 Fundamentos de hidro e aeromecânica
P.9.1. Noções básicas de hidro e aerostática
P.9.2. Fluxo constante de fluido incompressível
P.9.3. Escoamento laminar e turbulento. Fluxo de líquido ou gás ao redor dos corpos

Resultados de aprendizagem

Como resultado do domínio da disciplina, o aluno deverá conhecer os fenómenos mecânicos básicos, métodos para a sua descrição teórica e métodos para a sua utilização em dispositivos físicos; ser capaz de resolver problemas da secção “Mecânica” do curso de física geral.

Ministério da Educação e Ciência da Ucrânia

Academia Marítima Nacional de Odessa

V.I.Mikhailenko

CURSO CURTO DE FÍSICA

(Livro didático para estudantes universitários)

Odessa – 2004

UDC 536.075

V. I. Mikhailenko Curso de curta duração em física. Livro didático para estudantes universitários. Parte 1. Odessa, ONMA, 2004.

O livro didático de física foi desenvolvido pelo Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, Professor V.I. Mikhailenko de acordo com o despacho do reitor da OGMA nº 248 de 7 de outubro de 1997 “sobre cuidados metódicos...” e destina-se a estudantes universitários.

O livro didático de física foi discutido em reunião do Departamento de Física e Química da ONMA, protocolo nº__2__datado de 17 de novembro de 2004, e do Conselho Acadêmico da Faculdade de Automação da ONMA, protocolo nº_______datado de ____________2004.

PREFÁCIO

O objetivo deste livro é auxiliar os alunos no estudo do curso de física.

A primeira parte do manual descreve brevemente seções como “Mecânica”, “Vibrações e ondas mecânicas”, “Física molecular”, “Fundamentos da termodinâmica”, “Eletrostática” e “Corrente elétrica direta”. Ao apresentar o material Atenção especial endereçado a significado físico quantidades, interpretação das leis físicas básicas e do mecanismo de ocorrência de certos fenômenos. O autor procurou evitar transformações matemáticas complexas sempre que possível, escolhendo as mais opções simples derivação de fórmulas básicas e leis da física.

INTRODUÇÃO.. 4

I. MECÂNICA.. 4

1. Cinemática de um ponto material. 4

1.1. Conceitos básicos de cinemática. 4

1.2. Aceleração normal e tangencial. 4

1.3. Movimento de um ponto em um círculo. Velocidade angular e aceleração. 4

2. Dinâmica do movimento para frente. 4

2.1. Leis de Newton. 4

2.2. Lei da conservação do momento. 4

3. Trabalho e energia. 4

3.1. Trabalho. 4

3.2. Relação entre trabalho e variação da energia cinética. 4

3.3. Relação entre trabalho e mudança na energia potencial. 4

3.4. Lei da conservação da energia mecânica. 4

3.5. Colisões. 4

4. Movimento rotacional de um corpo rígido. 4

4.1. Energia cinética do movimento rotacional. Momento de inércia. 4

4.2. A lei básica da dinâmica do movimento rotacional. 4

4.3. Lei da conservação do momento angular. 4

4.4. Giroscópio. 4

II. VIBRAÇÕES E ONDAS MECÂNICAS... 4

5. características gerais processos oscilatórios. Vibrações harmônicas. 4

6. Oscilações de um pêndulo de mola. 4

7. Energia de vibração harmônica. 4

8. Adição de vibrações harmônicas de mesma direção. 4

9. Oscilações amortecidas. 4

10. Vibrações forçadas. 4

11. Ondas elásticas (mecânicas).. 4

12. Interferência de ondas. 4

13. Ondas estacionárias.. 4

14. Efeito Doppler em acústica. 4

III. FÍSICA MOLECULAR.. 4

15. Equação básica da teoria cinética molecular dos gases. 4

16. Distribuição de moléculas por velocidade.. 4

17. Fórmula barométrica. 4

18. Distribuição de Boltzmann. 4

4. FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA.. 4

19. Conceitos básicos de termodinâmica. 4

20. A primeira lei da termodinâmica e sua aplicação aos isoprocessos.

21. Número de graus de liberdade. Energia interna de um gás ideal. 4

22. Teoria clássica da capacidade calorífica dos gases. 4

23. Processo adiabático. 4

24. Processos reversíveis e irreversíveis. Processos circulares (ciclos). Princípio de funcionamento de uma máquina térmica.. 4

25. Máquina térmica de Carnot ideal. 4

26. Segunda lei da termodinâmica. 4

27. Entropia. 4

V. ELETROSTÁTICA.. 4

28. Discreto carga elétrica. Lei da conservação da carga elétrica. 4

29. Lei de Coulomb. Intensidade do campo eletrostático.
Vetor de deslocamento elétrico. 4

30. Linhas de força. Fluxo vetorial. Teorema de Ostrogradsky-Gauss. 4

31. Aplicações do teorema de Ostrogradsky-Gauss ao cálculo de campos. 4

32. Trabalhe na movimentação de uma carga em um campo eletrostático.
Circulação vetorial .... 4

33. Relação entre força e potencial do campo.

34. Capacidade elétrica dos condutores. Capacitores.. 4

35. Energia do campo eletrostático. 4

VI. CORRENTE ELÉTRICA DC.. 4

36. Características básicas da corrente. 4

37. Lei de Ohm para uma seção homogênea de uma cadeia. 4

38. Lei de Joule-Lenz. 4

39. Regras de Kirchhoff. 4

40. Diferença de potencial de contato. 4

41. Efeito Seebeck. 4

42. Efeito Peltier. 4

INTRODUÇÃO

A física é uma ciência que estuda as leis mais simples e ao mesmo tempo mais gerais dos fenômenos naturais, as propriedades e estrutura da matéria e as leis de seu movimento. Os conceitos da física e suas leis fundamentam todas as ciências naturais. A física pertence às ciências exatas e estuda as leis quantitativas dos fenômenos.

De acordo com a variedade de objetos estudados e formas de movimento da matéria, a física é dividida em uma série de disciplinas (seções), de uma forma ou de outra conectadas entre si. Com base nos objetos estudados, a física é dividida em física de partículas elementares, física nuclear, física de átomos e moléculas, física de gases e líquidos, física do estado sólido e física de plasma.

De acordo com as várias formas de movimento da matéria na física, distinguem-se: a mecânica de um ponto material e de um corpo sólido, a mecânica dos meios contínuos, a termodinâmica e a física estatística, a eletrodinâmica (incluindo a óptica), a teoria da gravidade, a quântica mecânica e teoria quântica de campos. Esses ramos da física se sobrepõem parcialmente devido à profunda conexão interna entre os objetos do mundo material e os processos dos quais eles participam.

A física é a base para toda a engenharia geral e disciplinas especiais. O conhecimento no campo da física é necessário para os engenheiros tanto na operação de máquinas e mecanismos existentes quanto no projeto de novos.

Unidades básicas do SI

Metro (m) é uma unidade de comprimento. Até 1960, o padrão internacional para o medidor era uma medida linear de comprimento - uma barra feita de liga de platina-irídio. Em 1960 havia... Em 1983, foi adotada uma nova definição de metro, baseada no valor da velocidade... O quilograma (kg) é uma unidade de massa. A massa do protótipo internacional armazenada no International...

I. MECÂNICA

O movimento mecânico é entendido como uma mudança na posição relativa dos corpos ou de suas partes no espaço ao longo do tempo. Considerado em mecânica... Vamos começar a estudar o curso de física com a mecânica clássica. No cerne do clássico... A mecânica clássica é geralmente dividida em três seções:

Cinemática de um ponto material

Conceitos básicos de cinemática

Um ponto material é um corpo que possui massa, mas seu tamanho e forma podem ser desprezados nas condições deste problema.

Espaço e tempo são categorias que determinam as formas básicas de existência da matéria. O espaço determina a ordem de existência dos objetos individuais e o tempo determina a ordem de mudança dos fenômenos.

Arroz. 1.1

Um sistema de referência é um conjunto de sistemas de corpos mutuamente imóveis e relógios a eles associados, em relação aos quais se estuda o movimento de alguns outros corpos materiais. A escolha do sistema de referência é arbitrária e depende dos objetivos do estudo. Normalmente, um corpo (ou sistema de corpos) está associado a um sistema de coordenadas cartesianas, no qual a posição de um ponto material em este momento o tempo é dado por três coordenadas x, sim, z(Fig. 1.1).

Uma trajetória é uma linha contínua que um ponto material descreve durante seu movimento. Se a trajetória for reta, o movimento é denominado retilíneo, caso contrário é denominado curvilíneo. O tipo de trajetória depende da escolha do sistema de referência.

onde está a mudança no vetor raio ao longo do tempo dt(Fig. 1.3).

De (1.2) fica claro que a velocidade é numericamente igual ao caminho percorrido por um ponto material por unidade de tempo. O vetor velocidade é direcionado na direção do movimento tangencial à trajetória.

A aceleração é uma grandeza vetorial que caracteriza a taxa de mudança na velocidade, tanto em magnitude quanto em direção.

.

(1.3)

No dt=1, || = ||, ou seja a aceleração é numericamente igual à mudança na velocidade por unidade de tempo.

Aceleração normal e tangencial

No caso geral, a aceleração durante o movimento curvilíneo pode ser representada como uma soma vetorial da aceleração tangencial (ou tangencial) t e... A aceleração tangencial caracteriza a taxa de mudança no módulo de velocidade....

Dinâmica do movimento translacional

Leis de Newton

A primeira lei de Newton. Se nenhuma força atua sobre um corpo, então ele está em um estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme em relação a... A propriedade dos corpos de manter um estado de repouso ou retilíneo uniforme... Segunda lei de Newton. A aceleração com que um corpo se move é proporcional à força aplicada e inversamente proporcional...

Lei da conservação do momento

Seja um sistema de três pontos materiais interagindo (Fig. 2.2). Cada ponto material deste sistema atua como interno...

Trabalho e Energia

Trabalho

O trabalho é uma medida da ação de uma força, dependendo do valor e da direção da força, bem como da quantidade de movimento do seu ponto de aplicação.

Se a força estiver em valor e direção, então com movimento retilíneo o trabalho

Se a força for variável, calcule primeiro o trabalho elementar dA=Fdlcosa, onde - o ângulo entre a tangente à trajetória em um determinado ponto e a direção da força (Fig. 3.2).

O trabalho total na seção final da trajetória pode ser encontrado como integral ao longo da curva COM, coincidindo com a trajetória:

.

Relação entre trabalho e mudança na energia cinética

Tal movimento será acelerado: o valor inicial (no tempo t1) da velocidade mudará e no tempo t2 ele se tornará igual (Fig. 3.3). Neste caso, há uma dupla manifestação de força: por um lado, há... Trabalho A=Fl=mal. Como com movimento uniformemente acelerado, então

Relação entre trabalho e mudança na energia potencial

.

Lei da conservação da energia mecânica

A energia mecânica total de um sistema é a soma das energias cinética e potencial de todos os corpos incluídos neste sistema: W=Wk+Wp. Deixe o sistema transitar do estado 1, caracterizado pelos valores... W2 – W1=(Wk2+Wp2) - (Wk1+ Wp1)=(Wk2 - Wk1) + (Wp2 - Wp1).

Colisões

Impacto elástico.Um impacto absolutamente elástico é aquele em que a energia mecânica dos corpos em colisão não é convertida em outros tipos. ... Consideremos, como exemplo simples, um golpe central direto, no qual... Vamos. Então, em algum momento, o primeiro corpo ultrapassará o segundo e ocorrerá uma colisão. No momento do impacto...

Lei básica da dinâmica do movimento rotacional

Uma força tangencial fará com que uma aceleração tangencial apareça. De acordo com a segunda lei de Newton, Ft=mat ou F cos a=mat. Vamos expressar a aceleração tangencial em termos da aceleração angular: at=re. Então F cos a=mre. Vamos multiplicar...

Lei da conservação do momento angular

. (4.6) A expressão (4.6) representa a lei da conservação do momento angular: em... Quando um corpo absolutamente rígido gira em torno de um eixo fixo, seu momento de inércia permanece constante. Da lei...

Giroscópio

Se um giroscópio em rotação uniforme não é influenciado por momentos externos de forças, então, de acordo com a lei da conservação do momento angular, a direção de seu eixo... Vamos agora considerar o que acontecerá se o giroscópio livre for... O eixo de rotação do próprio giroscópio é vertical (coincide com o eixo z); o vetor momento angular está orientado ao longo deste...

II. VIBRAÇÕES E ONDAS MECÂNICAS

Características gerais dos processos oscilatórios. Vibrações harmônicas

Em tecnologia, dispositivos que utilizam processos oscilatórios podem realizar certas funções funcionais (pêndulo, circuito oscilatório,... As oscilações são chamadas periódicas se o sistema passa por certas iguais...

Oscilações de um pêndulo de mola

Quando um corpo é deslocado por uma quantidade x da posição de equilíbrio, surge uma força elástica F=-kx, (6.1)

Energia de vibração harmônica

É óbvio que a energia total do pêndulo de mola é W=Wk+Wp, onde as energias cinética Wk e potencial Wp são determinadas pelas expressões

Adição de vibrações harmônicas da mesma direção

A partir do ponto O tomado no eixo x, construímos um vetor que forma um ângulo j0 com o eixo (Fig. 8.1). A projeção deste vetor no eixo x é igual a

Oscilações amortecidas

Consideremos o caso em que um corpo oscilante está em um meio viscoso e sua velocidade v é pequena - Fig. 9.1. Então o corpo sofre a ação de uma força de resistência igual a (9.1)

Vibrações forçadas

Suponhamos que uma força externa (forçante) atue sobre o sistema oscilante, mudando de acordo com uma lei harmônica: Fin = F0 cos wt,

Ondas elásticas (mecânicas)

Ondas elásticas são o processo de propagação de deformações mecânicas em um meio elástico. A região do espaço coberta pelo processo ondulatório é chamada onda... A superfície em todos os pontos em que a onda em um determinado momento tem a mesma fase é chamada de frente de onda....

Interferência de onda

Ondas que têm a mesma frequência e uma diferença de fase independente do tempo (constante) são chamadas de coerentes. Vamos encontrar as condições para o aparecimento de máximos e mínimos de interferência em... Cada uma das fontes “envia” ondas para o ponto M, cujas equações têm a forma:

Ondas estacionárias

A onda incidente é descrita pela equação.

Efeito Doppler em acústica

As ondas sonoras em meios líquidos e gasosos são longitudinais. Em corpos sólidos, tanto o som longitudinal quanto transversal podem se propagar... O efeito Doppler consiste em alterar a frequência das vibrações sonoras durante o movimento... Denotemos: c - a velocidade do som em um determinado meio; u e v são as velocidades da fonte e do receptor, respectivamente, em relação a...

III. FÍSICA MOLECULAR

A física molecular é um ramo da ciência física que estuda propriedades físicas e estados agregados de corpos físicos dependendo de sua estrutura molecular, da natureza do movimento térmico das moléculas e das forças de interação entre elas.

Equação básica da teoria cinética molecular dos gases

1) os tamanhos das moléculas são tão pequenos que podem ser consideradas pontos materiais; 2) a energia potencial de interação entre moléculas é zero para qualquer... O movimento caótico das moléculas de gás pode ser representado como o movimento de 1/3 de seu número total na direção do eixo x, 1/3 - ao longo ...

Distribuição de moléculas por velocidade

Vamos contar o número de moléculas dN cujas velocidades estão dentro da faixa de velocidade de v a (Fig. 16.1). Obviamente, dN é proporcional ao número total... De (16.1) segue

Fórmula barométrica

Vamos encontrar a dependência da pressão atmosférica com a altitude acima do nível do mar usando o seguinte modelo simplificado: 1. A temperatura do gás e sua composição molecular não dependem da altitude; 2. A aceleração da queda livre em todas as altitudes onde existe atmosfera é constante. Arroz. 17.1…

Distribuição de Boltzmann

P =nkT; (18.1) P0 = n0kT. (18.2)

Conceitos básicos de termodinâmica

1. Um sistema termodinâmico é um conjunto de corpos macroscópicos que trocam energia entre si e o meio ambiente.

2. O estado de um sistema termodinâmico é determinado pela totalidade dos valores de seus parâmetros termodinâmicos (parâmetros de estado) - todas as grandezas físicas que caracterizam as propriedades macroscópicas do sistema (pressão, volume, temperatura, etc.). A relação entre os parâmetros termodinâmicos é determinada pela equação de estado. Assim, para um gás ideal, a equação de estado é a equação de Mendeleev-Clapeyron.

3. O estado de equilíbrio termodinâmico é uma generalização do conceito de equilíbrio mecânico e é formulado da seguinte forma. Num sistema em estado de equilíbrio termodinâmico, a pressão em todas as suas partes (condição de equilíbrio mecânico) e a temperatura (condição de equilíbrio térmico) devem ser iguais.

4. O processo termodinâmico é uma mudança no estado de um sistema termodinâmico, caracterizado por uma mudança nos seus parâmetros de estado.

5. Processo de equilíbrio - uma sequência infinita de estados de equilíbrio.

6. Energia interna - a energia cinética e potencial total de interação de todas as partículas (átomos ou moléculas) do corpo.

Para um gás ideal, a energia potencial de interação entre as moléculas pode ser desprezada, portanto a energia interna de um gás ideal é completamente determinada pela energia cinética de todas as suas moléculas localizadas em um certo volume limitado. A energia interna de um gás ideal pode ser encontrada como o produto da energia cinética média do movimento das moléculas do seu número. Como wav depende apenas da temperatura (ver fórmula (15.11)), pode-se argumentar que a energia interna de um gás ideal é completamente determinada pela sua temperatura.

6. O trabalho é uma medida quantitativa da conversão da energia do movimento caótico das moléculas ou do movimento direcionado dos corpos na energia do movimento direcionado dos corpos macroscópicos. Este processo de conversão de energia é mostrado esquematicamente na Fig. 19.1.

O processo 1 é acompanhado pela execução de um trabalho mecânico, que é numericamente igual à variação da energia cinética do corpo (3.4).

Onde dV=Sdx - mudança no volume do gás.

A fórmula (19.1) é uma expressão termodinâmica para trabalho elementar. Trabalho total realizado durante a expansão do gás com base no volume V1 ao volume V2 é determinado pela fórmula

.

(19.2)

Arroz. 19.3

O calor é uma medida quantitativa da conversão da energia do movimento direcionado ou caótico na energia do movimento caótico (Fig. 19.3).

O processo 1 ocorre quando os corpos desaceleram sob a influência do atrito. Este processo é acompanhado pela transformação da energia do movimento direcionado (energia cinética) de um corpo na energia do movimento caótico das partículas do ambiente, o que equivale à transferência para ele de uma certa quantidade de calor. A mesma conversão de energia é observada no processo oposto ao mostrado na Fig. 19.2 (ou seja, durante a compressão de gás).

O processo de conversão da energia do movimento caótico em energia do movimento caótico (canal 2 na Fig. 19.3) nada mais é do que o processo de transferência de calor de um corpo quente para um corpo frio.

A primeira lei da termodinâmica e sua aplicação aos isoprocessos

dQ=dA+dU. (20.1)

Número de graus de liberdade. Energia interna de um gás ideal

Um sistema de dois pontos materiais, cuja distância entre os quais permanece constante, tem cinco graus de liberdade: três deles estão em... A energia cinética média do movimento de translação de uma molécula é igual a 3/2 kT -... . (21.1)

Processo adiabático

Num processo adiabático, dQ = 0, portanto a primeira lei da termodinâmica em relação a este processo assume a forma dA + dU = 0; dA = -dU, (23,1)

Processos reversíveis e irreversíveis. Processos circulares (ciclos). Princípio de funcionamento de uma máquina térmica

1. Após passar por esses processos e retornar o sistema termodinâmico ao seu estado original em ambiente não deveria sobrar... 2. O processo pode ocorrer espontaneamente tanto no sentido direto quanto no reverso... Um exemplo de processos reversíveis são todos os processos mecânicos nos quais as leis de conservação de energia são satisfeitas,...

Máquina térmica de Carnot ideal

O ciclo de Carnot consiste em duas adiabats e duas isotermas (Fig. 25.1). Nesta figura 1®2 é a expansão isotérmica à temperatura T1; 2®3 -... Em uma máquina de Carnot ideal, fontes de perdas como atrito entre os cilindros e o pistão, vazamento de calor são desprezadas...

Segunda lei da termodinâmica

1. É impossível construir uma máquina térmica operando ciclicamente que funcione apenas resfriando algum corpo. Um carro desses...

É impossível um processo cujo único resultado seria a transferência de calor de um corpo frio para um corpo quente.

Entropia

Usando a fórmula (21.7), escrevemos a expressão da primeira lei da termodinâmica...

V. ELETROSTÁTICA

Discreto de carga elétrica. Lei da conservação da carga elétrica

Existem dois tipos de cargas elétricas: positivas e negativas. A carga elétrica é discreta: a carga de qualquer corpo é um múltiplo inteiro... Uma das leis estritas fundamentais da natureza é a lei da conservação... 29. Lei de Coulomb. Intensidade do campo eletrostático. Vetor de deslocamento elétrico

Energia do campo eletrostático

Transferiremos sequencialmente porções de carga dq de uma placa para outra - Fig. 35.1 Ao transferir uma carga dq, o trabalho é realizado dA=Udq. De (34.2) segue-se que... Integrando esta expressão de Q a 0, obtemos:

VI. CORRENTE ELÉTRICA CC

Principais características da corrente

A intensidade da corrente é numericamente igual à carga que passa pela seção transversal do condutor por unidade de tempo: . (36.1) A intensidade da corrente é medida em amperes (definição dada na Introdução). O vetor densidade de corrente é numericamente igual à intensidade da corrente,...

Lei de Ohm para uma seção homogênea de uma cadeia

Ohm estabeleceu experimentalmente que a intensidade da corrente em uma seção homogênea do circuito é proporcional à tensão e inversamente proporcional à resistência: ... Fig. 37.1 Vamos representar a lei de Ohm (37.1) na forma diferencial. Para fazer isso, selecionamos uma seção elementar dentro do condutor condutor de corrente...

Lei de Joule-Lenz

Apresentamos a lei de Joule-Lenz (38.1) de forma diferencial. Vamos destacar como...

Regras de Kirchhoff

A primeira regra de Kirchhoff. A soma algébrica das correntes convergindo em um nó é igual a zero, ou seja, .

Diferença de potencial de contato

os elétrons são capazes de se mover de um condutor para outro e vice-versa. O estado de equilíbrio de tal sistema ocorrerá quando... A magnitude da diferença de potencial de contato é determinada pela diferença nas funções de trabalho1...

Efeito Seebeck

Se os contatos forem mantidos em temperaturas diferentes (aquecendo ou resfriando um deles), então uma fem diferente de zero surgirá no circuito (Fig. 41.1): ... .

Efeito Peltier

O calor Peltier liberado ou absorvido no contato durante o tempo t, em contraste com o calor Joule-Lenz, é proporcional à intensidade da corrente elevada à primeira potência: ..., onde P é o coeficiente Peltier, dependendo da natureza do entre em contato com os condutores e a temperatura de contato. ...

O que faremos com o material recebido:

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Ministério dos Transportes da Federação Russa

Agência Federal de Transporte Ferroviário

Universidade Estadual de Transporte de Omsk

__________________

S. N. Krokhin

Curso de curta duração em mecânica

Aprovado pelo Conselho Editorial e Editorial da Universidade

como programa e diretrizes para o estudo do curso “Física”

para estudantes formulário de correspondência treinamento

CDU 530,1(075,8)

Curso de curta duração em mecânica: Programa e diretrizes ao estudar o curso “Física” / S. N. Krokhin; Estado de Omsk Universidade de Comunicações. Omsk, 2006. 25 p.

As orientações contêm o programa de trabalho da secção “Mecânica” da disciplina “Física” e uma breve apresentação teórica dos principais temas desta secção.

São fornecidas definições de grandezas físicas, suas unidades de medida no sistema SI e as leis da mecânica clássica.

destinado a trabalho independente estudantes de meio período.

Bibliografia: 4 títulos. Arroz. 7.

Revisores: Dr. Ciências, Professor V. A. Nekhaev;

Ph.D. física e matemática Ciências, Professor Associado V. I. Strunin.

________________________

© Estado de Omsk. universidade

Ferrovias, 2006

SOBRE O CAPÍTULO

Introdução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1. Programa de trabalho da disciplina “Física”. Mecânica. . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Cinemática e dinâmica de um ponto material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3. Cinemática e dinâmica de rotação de um corpo rígido ao redor

eixo fixo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

4. Leis de conservação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Lista bibliográfica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Introdução

A mecânica é um ramo da física que estuda os padrões do movimento mecânico e as razões que causam ou alteram esse movimento. O movimento mecânico existe em todas as formas mais elevadas e complexas de movimento da matéria (química, biológica, etc.). Essas formas de movimento são estudadas por outras ciências (química, biologia, etc.).

No principal livros didáticos questões sobre o estudo do movimento mecânico são apresentadas em detalhes, muitas vezes com cálculos matemáticos complicados, o que complica significativamente o trabalho independente dos alunos.

As instruções metodológicas fornecem o programa de trabalho da seção “Mecânica”, definições de conceitos físicos, descrevem brevemente as leis físicas básicas e regularidades da mecânica clássica e registram essas leis em forma matemática.

A seção “Mecânica” examina a cinemática e a dinâmica de um ponto material, a cinemática e a dinâmica de rotação de um corpo rígido em torno de um eixo fixo e as leis de conservação.

Para estudar a seção “Mecânica”, você precisa de conhecimentos de matemática: elementos de álgebra vetorial (projeção de um vetor em um eixo, escalar e produto vetorial etc.), cálculo diferencial e integral (cálculo das derivadas mais simples e localização de antiderivadas).

Devido a limitações no volume da publicação, as diretrizes não refletem material experimental.

Estas orientações ajudarão os alunos a estudar de forma independente o curso de mecânica durante o período de exames.

1. Programa de trabalho da disciplina “física”

MECÂNICA

1. Relatividade do movimento mecânico. Sistema de referência. Ponto material (partícula). Vetor de raio. Trajetória. Caminho e movimento. Velocidade e aceleração.

2. Movimento retilíneo e curvilíneo de uma partícula. Aceleração tangente (tangencial) e normal.

3. Inércia. Sistemas de referência inerciais. A primeira lei de Newton. Adição de velocidades e princípio da relatividade na mecânica clássica.

4. Interação de corpos. Força. Inércia. Densidade de massa. Segunda e terceira leis de Newton.

5. Forças em mecânica: gravitacional, gravidade, elasticidade, peso, flutuabilidade, fricção (repouso, deslizamento, rolamento, viscoso).

6. Movimento corporal em campo gravitacional. Queda livre. O movimento de um corpo sob a influência de diversas forças. Resultante.

7. Corpo absolutamente sólido (ATB). O centro de inércia (centro de massa) do ATT e a lei do seu movimento. Movimento translacional e rotacional do ATT. Sistema de centro de inércia.

8. Deslocamento angular, velocidade angular e aceleração angular. Relação entre as características cinemáticas do movimento translacional e rotacional.

9. Momento de força. Momento de inércia. Teorema de Steiner. Equação básica para a dinâmica do movimento rotacional.

10. Sistema isolado. Impulso (quantidade de movimento) do corpo. Lei da conservação do momento.

11. Momento angular (momento angular). Momento angular próprio. Lei da conservação do momento angular.

12. Trabalho mecânico, potência. Trabalho de força constante e variável. Trabalho do momento das forças durante o movimento rotacional.

13. Energia cinética. Forças conservadoras. Energia potencial. Energia mecânica total. Lei da conservação da energia em mecânica. Dissipação de energia. Lei física geral de conservação de energia.

14. Colisão de partículas absolutamente elástica e absolutamente inelástica.

15. Mecanismos simples: plano inclinado, bloco, alavanca. “Regra de ouro” da mecânica. Eficiência do mecanismo.