ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ.. Физические основы механики.

1 ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ.. Физические основы механики. Скорость мгновенная dr r- радиус-вектор материальной точки, t- время, Модуль мгновенной скорости s- расстояние вдоль траектории движения, Длина пути Ускорение: мгновенное тангенциальное нормальное полное τ- единичный вектор, касательный к траектории; R- радиус кривизны траектории, n- единичный вектор главной нормали. СКОРОСТЬ УГЛОВАЯ ds = S t t t d a d a a n n R a a a, n a a a n d φ- угловое перемещение. Ускорение угловое d.. Связь между линейными и.. угловыми величинами s= φr, υ= ωr, а τ = εr, a n = ω R.3. Импульс.4. материальной точки p масса материальной точки. Основное уравнение динамики материальной точки (второй закон Ньютона)

2 a dp Fi, Fi Закон сохранения импульса для изолированной механической системы Радиус-вектор центра масс Сила сухого трения μ- коэффициент трения, N- сила нормального давления. Сила упругости k- коэффициент упругости (жесткость), Δl- деформация..4.. Сила гравитационного r F i i onst r i N F уп =k Δl, i i.4.. взаимодействия.4.3. F G r и - массы частиц, G-гравитационная постоянная, r- расстояние между частицами. Работа силы A FdS da Мощность N F Потенциальная энергия: k( l) упругодеформированного тела П= гравитационного взаимодействия двух частиц П= G r тела в однородном гравитационном поле g- напряженность гравитационного поля (ускорение свободного падения), h- расстояние от нулевого уровня. П=gh

3 .4.4. Напряженность гравитационного.4.5. поля Земли g= G ( R h) 3 масса Земли, R 3 - радиус Земли, h- расстояние от поверхности Земли. Потенциал гравитационного поля Земли 3 Кинетическая энергия материальной точки φ= G Т= ( R 3 3 h) p Закон сохранения механической энергии для механической системы Е=Т+П=onst Момент инерции материальной точки J=r r- расстояние до оси вращения. Моменты инерции тел массой относительно оси, проходящей через центр масс: тонкостенного цилиндра (кольца) радиуса R, если ось вращения совпадает с осью цилиндра J о =R сплошного цилиндра (диска) радиуса R, если ось вращения совпадает с осью цилиндра J о = R шара радиуса R J о = 5 R тонкого стержня длиной l, если ось вращения перпендикулярна стержню J о = l Момент инерции тела массой относительно произвольной оси (теорема Штейнера) J=J +d

4 J - момент инерции относительно параллельной оси, проходящей через центр масс, d-расстояние между осями. Момент силы, действующей на материальную точку относительно начала координат r- радиус-вектор точки приложения силы Момент импульса системы.4.8. относительно оси Z r F N.4.9. L z J iz iz i.4.. Основное уравнение динамики.4.. вращательного движения Закон сохранения момента импульса для изолированной системы Работа при вращательном движении dl, J.4.. Σ J i ω i =onst A d Кинетическая энергия вращающегося тела J T= L J Релятивистское сокращение длины l l lо длина покоящего тела с- скорость света в вакууме. Релятивистское замедление времени t t t о собственное время. Релятивистская масса о масса покоя Энергия покоя частицы Е о = о с

5 .4.3. Полная энергия релятивисткой.4.4. частицы.4.5. Е=.4.6. Релятивистский импульс Р=.4.7. Кинетическая энергия.4.8. релятивистской частицы.4.9. Т=Е- Е о = Релятивистское соотношение между полной энергией и импульсом Е =р с +Е о Закон сложения скоростей в релятивистской механике и и и - скорости в двух инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друг друга со скоростью υ, совпадающей по направлению с и( знак -) или противоположно ей направленной (знак +) u u u Физика механических колебаний и волн. Смещение колеблющейся материальной s Aos( t ) точки А- амплитуда колебания, - собственная циклическая частота, φ о - начальная фаза. Циклическая частота T

6 T период колебаний - частота Скорость колеблющейся материальной точки Ускорение колеблющейся материальной точки Кинетическая энергия материальной точки, совершающей гармонические v ds d s a колебания v T Потенциальная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания Ï kx коэффициент жесткости (коэффициент упругости) Полная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания A sin( t ) dv E T Ï A os( t ) A A A sin ( t ) os ( t ) d s Дифференциальное уравнение s свободных гармонических незатухающих колебаний величины s d s ds Дифференциальное уравнение s свободных затухающих колебаний величины s, - коэффициент затухания A( t) T Логарифмический декремент ln T A( T t) затухания, время релаксации d s ds Дифференциальное уравнение s F ost Период колебания маятников: пружинного T, k

7 физического T J, gl - масса маятника, k- жесткость пружины, J- момент инерции маятника, g- ускорение свободного падения, l- расстояние от точки подвеса до центра масс. Уравнение плоской волны, распространяющейся в направлении оси Ох, v скорость распространения волны Длина волны Т- период волны, v- скорость распространения волны, частота колебаний Волновое число Скорость распространения звука в газах γ - отношение теплоемкостей газа, при постоянном давлении и объеме, R- молярная газовая постоянная, Т- термодинамическая температура, М- молярная масса газа x ( x, t) Aos[ ( t ) ] v v T v vt v RT Молекулярная физика и термодинамика..4.. Количество вещества N N A, N- число молекул, N А - постоянная Авогадро - масса вещества М молярная масса. Уравнение Клапейрона-Менделеева р = ν RT,

8 р- давление газа, - его объем, R- молярная газовая постоянная, Т- термодинамическая температура. Уравнение молекулярно-кинетической теории газов Р= 3 n <εпост >= 3 nо <υ кв > n- концентрация молекул, <ε пост >- средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы. о - масса молекулы <υ кв >- средняя квадратичная скорость. Средняя энергия молекулы <ε>= i kt i - число степеней свободы k- постоянная Больцмана. Внутренняя энергия идеального газа U= i νrt Cкорости молекул: средняя квадратичная <υ кв >= 3kT = 3RT ; средняя арифметическая <υ>= 8 8RT = kt ; наиболее вероятная <υ в > = Средняя длина свободного kt = RT ; пробега молекулы d-эффективный диаметр молекулы Среднее число столкновений ( d n) молекулы в единицу времени z d n v

9 Распределение молекул в потенциальном поле сил П-потенциальная энергия молекулы. Барометрическая формула p - давление газа на высоте h, p - давление газа на уровне, принятому за нулевой, - масса молекулы, Закон диффузии Фика j -плотность потока массы, n n exp kt gh p p exp kt j d ds d =-D dx d -градиент плотности, dx D- коэффициент диффузии, ρ-плотность, d -масса газа, ds- элементарная площадка, перпендикулярная оси Оx. Закон теплопроводности Фурье j - плотность теплового потока, Q j Q dq ds dt =-æ dx dt -градиент температуры, dx æ- коэффициент теплопроводности, Сила внутреннего трения η- коэффициент динамической вязкости, dv df ds dz d - градиент скорости, dz Коэффициент диффузии D= 3 <υ><λ> Коэффициент динамической вязкости (внутреннего трения) v 3 D Коэффициент теплопроводности æ = 3 сv ρ<υ><λ>=ηс v

10 с v удельная изохорная теплоемкость, Молярная теплоемкость идеального газа изохорная изобарная Первое начало термодинамики i C v R i C p R dq=du+da, da=pd, du=ν C v dt Работа расширения газа при процессе изобарном А=р( - )= ν R(T -T ) изотермическом p А= ν RТ ln = ν RТ ln p адиабатном A C T T ) γ=с р /С v ( RT A ( ) p A= ( ) Уравнения Пуассона Коэффициент полезного действия цикла Карно.4.. Q н и T н - количество теплоты полученное от нагревателя и его температура; Q х и T х - количество теплоты переданное холодильнику и его температура. Изменение энтропии при переходе системы из состояния в состояние Р γ =onst Т γ- =onst Т γ р - γ =onst Qí Q Q S S í õ Tí T T dq T í õ