Физика

Кафедра прикладной математики

Специальность: Прикладная информатика

Преподаватель: Грезина А.В. Никифорова И.В.

Целями  освоения дисциплины являются:

  • изучение и практическое освоение основных принципов и законов физики, а также вытекающих из них теоретических и практических следствий;
  • приобретение навыков математического моделирования различных процессов и закономерностей реального мира;
  • подготовка фундаментальной базы для изучения дисциплин: “Концепции современного естествознания”, “Методы оптимизации”, “Интеллектуальные информационные системы”.
  • воспитание у студентов естественно-научной культуры;
  • формирование способностей использовать базовые знания естественных наук и математики в профессиональной деятельности.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: понятия, основные законы и принципы, описывающие физические явления,  а также следствия, вытекающие из этих законов и принципов, имеющие теоретическое и прикладное значение.

Уметь:  решать физические задачи и проблемы, адекватно описывать физические явления, составлять и анализировать их математические модели.

Владеть:  представлениями о современном состоянии возможности описания физических явлений, о методах составления их математических моделей; навыками анализа составленных моделей объектов и процессов в физике и в других исследуемых предметных областях.

Содержание

Введение в предмет:

Краткие сведения о разделе "Механика" курса "Физика". Исторический обзор. Основные области применения принципов и законов механики. Постулаты нерелятивистской механики (пространство, время, системы отсчета, принцип детерминизма, принцип суперпозиции). Размерность физических величин. Сравнение подхода Ньютона и Лагранжа к описанию механических явлений. Характеристика основных разделов курса и литературы.

Кинематика точки:

Понятия о материальной точке, пространстве и времени. Способы задания движения материальной точки:

Векторный способ. Координатный способ. Естественный способ. О связи декартовых и криволинейных координат.

Кинематики твердого тела:

Поступательное движение. Вращение вокруг неподвижной оси. Плоское движение твердого тела. Сложение угловых скоростей. Вращение твердого тела вокруг неподвижной точки.

Теорема Даламбера о существовании оси конечного поворота тела.

Основы динамики материальной точки и системы материальных точек:

Инерциальные системы отсчета. Закон инерции. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Основные законы ньютоновской динамики. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Силы. Основное уравнение динамики:

В проекциях на оси декартовых координат. В проекциях на касательную и нормаль к траектории в данной точке. Неинерциальные системы отсчета. Теорема Кориолиса. Силы инерции. Центробежная сила. Сила Кориолиса

Основное уравнение динамики в неинерциальной системе отсчета.

Законы сохранения и изменения импульса:

О законах сохранения и интегралах движения. Импульс точки. Импульс системы. Закон сохранения импульса. Уравнение движения центра масс. Движение тела переменной массы (уравнение Мещерского).

Закон сохранения энергии:

Работа и мощность. Работа упругой силы. Работа гравитационной (или кулоновской) силы. Работа однородной силы тяжести. Мощность. Понятие силового поля. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Консервативные силы

Поле центральных сил. Потенциальная энергия и силы. Кинетическая энергия. Полная механическая энергия частицы. Потенциальная энергия системы. Закон сохранения механической энергии системы. Диссипативные силы. Кинетическая энергия системы. Элементарная теория столкновений. Центральный удар шаров.

Закон сохранения момента импульса:

Момент импульса точки. Момент силы. Момент импульса системы. Уравнение моментов.

Динамика твердого тела:

Уравнения движения твердого тела. Тензор инерции. Плоскопараллельное движение твердого тела. Движение твердого тела с неподвижной точкой.

Всемирное тяготение:

Закон всемирного тяготения. Зависимость ускорения силы тяжести от широты местности. Масса инертная и масса гравитационная. Законы Кеплера. Космическая скорость.

Колебательное движение:

Общие сведения о колебаниях. Колебания линейного осциллятора. Квазиупругие силы и гармонические колебания. Колебания осциллятора при наличии вязкого трения. Вынужденные колебания. Резонанс.

Элементы аналитической механики:

Понятие связей. Основные типы связей.

Виртуальное перемещение и виртуальная работа. Пространство конфигураций, фазовое пространство, число степеней свободы голономной и неголономной системы. Принцип виртуальных перемещений. Общее уравнение динамики. Принцип стационарного действия. Уравнения Лагранжа 2-го рода.

Электростатическое поле в вакууме:

Заряды, силы поля. Электрический заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность поля Е. Теорема Остроградского – Гаусса. Понятие о потоке. Интегральная форма теоремы. Дифференциальная форма теоремы. Примеры применения теоремы. Работа, энергия, потенциал. Работа кулоновских сил. Теорема о циркуляции вектора E. Энергия и потенциал электростатического поля. Связь между напряженностью электростатического поля и его потенциалом. Системы зарядов и электрические поля. Электрический диполь. Поле системы зарядов на больших расстояниях.

Электрическое поле в диэлектриках:

Поле и вещество. Поляризация диэлектрика. Поляризованность P  и связанные заряды. Вектор электрического смещения D. Условия на границе двух диэлектриков.

Проводники в электрическом поле:

Поле внутри и снаружи проводника. Замкнутая проводящая оболочка. Общая задача электростатики. Метод изображений. Электроемкость. Конденсаторы. Емкость уединенного проводника. Конденсаторы и их соединения.

Энергия электрического поля:

Энергия заряженных проводников и конденсаторов. Энергия электрического поля. Энергия системы двух тел. Энергия электрического поля и силы.

Постоянный ток:

Основные понятия и определения. Уравнение непрерывности. Закон Ома для участка цепи. Интегральная форма. Закон Ома с точки зрения электронной теории металлов. Дифференциальная форма закона. Зависимость сопротивления от температуры. Стороннее поле. Электродвижущая сила и напряжение. Стороннее поле и ЭДС. Закон Ома для замкнутой цепи. Разветвленные цепи. Правила (законы) Кирхгофа. Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца.

Электромагнетизм.

Поле в вакууме:

Развитие представления о природе магнетизма. Основные понятия и представления. Сила Лоренца. Поле В. Магнитное поле равномерно движущегося заряда. Вращающий момент. Индукция и напряженность магнитного поля. Магнитное поле тока. Закон Био - Савара – Лапласа.

Основные законы магнитного поля:

Теорема Гаусса для поля В. Теорема о циркуляции вектора В. Применение теоремы о циркуляции вектора В. Дифференциальная форма законов. Сила Ампера. Закон Ампера. Сила взаимодействия параллельных токов. Сила, действующая на контур с током. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

Магнитное поле в веществе:

Намагничение вещества. Намагниченность J. Циркуляция вектора J.Вектор H. Граничные условия для векторов B и H. Поле в однородном магнетике. Типы магнетиков. Ферромагнетизм.

Электромагнитная индукция:

Явление электромагнитной индукции и сила Лоренца. Электродвижущая сила индукции. Явление индукции в неподвижном проводнике.  Закон индукции Фарадея и правило Ленца. Электромагнитная индукция и закон сохранения энергии. Частные случаи индукции. Индукционные токи в сплошных  проводниках. Явление самоиндукции. Взаимная индукция. Энергия электромагнитного поля.

Цепи переменного тока:

Стационарные цепи переменного тока. Элементарные сведения о комплексных числах. Основы символического метода расчета электрических цепей. Нестационарные состояния (переходные процессы) в цепях переменного тока.

Уравнения Максвелла:

Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Энергия поля и ее поток. Вектор Умова-Пойнтинга.

Литература

а) основная литература:

  1. Иродов И.Е. Механика: основные законы: уч. пос. для ст. физ. спец.-М: Бином. Лаборатория знаний, 2010. -309с.
  2. Савельев И.В. Курс общей физики. В 5-и т. Том 1. Механика: учебное пособие. 5-е изд.- СПб.: Издательство: "Лань", - 352 с. (доступно в ЭБС «Лань», режим доступа: : http://e.lanbook.com/).
  3. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. Том 1. Механика. Молекулярная физика: учебное пособие. 4-е изд.- СПб.: Издательство: "Лань", - 352 с. (доступно в ЭБС «Лань», режим доступа: http://e.lanbook.com/)
  4. Иродов И. Е. Электромагнетизм. Основные законы [Электронный ресурс]. 9-е изд. (эл.). - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 319 с. (доступно в ЭБС «com», режим доступа: www.znanium.com).
  5. Копылов А. Ф. Основы теории электрических цепей. Основные понятия и определения. Методы расчета электрических цепей постоянного и переменного тока. [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А. Ф. Копылов, Ю. П. Саломатов, Г. К. Былкова. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. - 666 с. (доступно в ЭБС «com», режим доступа: www.znanium.com).
  6. Крамм М. Н. Сборник задач по основам электродинамики: учебное пособие. - СПб.: Издательство: "Лань", - 256 с. (доступно в ЭБС «Лань», режим доступа: http://e.lanbook.com/).

 

б) дополнительная литература:

  1. Канн К.Б. Курс общей физики: учебное пособие. - М.: КУРС: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 360 с. (доступно в ЭБС «Znanium.com», режим доступа: znanium.com).
  2. Иродов, И. Е. Задачи по общей физике [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов. 10-е изд. (эл.). - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 431 с. (доступно в ЭБС «com», режим доступа: www.znanium.com).

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

  1. Фонд образовательных электронных ресурсов ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
  2. http://www.unn.ru/books/resources.html
  3. http://e-learning.unn.ru/

Отчетность

  • Семестр 4: Зач
  • Семестр 5: Экз