Основные законы и соотношения величин в механике
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t 2 |
||||
1. |
Скорость |
|
|
|
|
|
|
|
υ = υ0 +∫a dt ; |
||||||||||||||
если a =const, то |
υx = υ0 x + ax t и |
υ2 |
−υ2 = 2a s . |
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2. |
Пройденный |
путь |
|
|
|
|
|
|
|
|
s =∫υ dt , |
||||||||||||
где υ – скорость; t – время; если υ = const, то s = υ∙t. |
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
s1 + s2 +... + sn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|||||
3. |
Средняя скорость |
υ = |
|
, |
или |
υ = dt . |
|||||||||||||||||
t1 + t 2 + ... + tn |
|||||||||||||||||||||||
4. |
Средняя путевая скорость |
|
|
υ = |
l1 + l2 + ...+ ln |
, |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 + t2 + ...+ tn |
||||||||||
где |
l1 ,l 2 ,... – пути, пройденные за промежутки времени |
t1 ,t 2 ,... . |
|||||||||||||||||||||
5. Координата тела при равнопеременном поступательном |
|||||||||||||||||||||||
движении a = (const) |
|
|
|
x=x |
0 |
+ υ |
0 x |
t + |
ax t 2 |
, |
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
х0 – начальная координата; υ0х – проекция начальной скорости на |
||||||||||||||||||||||
ось Х; ах – проекция ускорения на ось Х; t – время. |
|
υ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
6. |
Нормальное ускорение |
|
|
|
an= |
; an= ω2 r , |
|||||||||||||||||
|
|
|
r |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где r – радиус дуги окружности; |
ω = 2 π ν ; ν – частота вращения. |
||||||||||||||||||||||
7. |
Полное |
ускорение |
|
|
|
a = an + aτ , |
|
|
a=√ |
|
, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
an2 + aτ2 |
||||||||||||||||||
где |
аτ = |
d υ |
|
– тангенциальное ускорение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8. |
Угловая скорость вращения |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
t2 |
||||||||||||
|
|
|
|
+ |
∫ z |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω=ω |
|
|
ε dt ; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
||||
если ε=const, |
то |
ω= ω0 + εt , |
или |
ωZ=ω0z + εz t ; |
ω22−ω12=2 ε φ . |
||||||||||||||||||
t 2
9. Угол поворота φ = ∫ω dt , где ω – угловая скорость; t – время; если ω = const, то φ = ω∙t. t 1
10.Зависимость угла поворота от времени при вращении с
постоянным угловым ускорением (ε =const) |
φ=φ0 + ω0 z t + |
εz t 2 |
. |
||
2 |
|||||
|
|
|
|
||
11. Сила упругости |
F упр х = −k x , |
или F упр =k l−l0 , |
|||
где F – сила упругости; k – жёсткость тела; х=l−l0 – деформация.
15
12. |
Сила гравитационного взаимодействия |
F гр=G |
m1 m2 |
|
, |
где G – гравитационная постоянная; m1 и m2 – массы |
|
r2 |
|
||
материальных |
|||||
точек; r – расстояние между ними. |
F тяж=m g , |
|
|||
13. |
Сила тяжести |
|
|||
где g – ускорение свободного падения. |
|
|
|
|
|
14. |
Сила сухого трения |
F тр = μN , |
|
||
где μ – коэффициент трения; N – сила нормальной реакции. |
|
||||
15.Уcловие равновесия материальной точки
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
1 + F2 + ...+ F n = 0. |
||||||||
|
|
d p |
|
|
m υ |
|
|
|
|
|||
16. Второй закон Ньютона |
F = |
|
|
, |
где p= |
|
|
|
|
; |
||
dt |
|
√ |
|
|
||||||||
|
1−υ2/c2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
d υ |
|
|||
если υc , p=m υ , то |
F |
= m a , где a |
= |
|
|
|
. |
|||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
17. Закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы тел не изменяется во времени: p1 + p2 + ... = const, где p1=mυ1 , p2=mυ2 , ... – импульсы тел.
18. |
Координата центра масс |
xC = |
m1 x1 + m2 x2 + ... + mn xn |
. |
||
|
||||||
|
|
|
|
|
m1 + m2 + ... + mn |
|
19. |
Работа силы |
если |
|
|||
A = ∫F d s ; |
F =const, то A = F s cosα, |
|||||
α – угол между векторами силы F и перемещения d s .
20. Взаимосвязь мощности, действующей силы и скорости
|
|
|
|
||
21. Мощность во вращательном движении |
N = F υ. |
||||
N = M ω. |
|||||
|
|
|
|
||
22. Коэффициент полезного действия |
η = |
Aпол |
, или η= |
N пол |
. |
Aзатр |
|
||||
|
|
|
N затр |
||
23.Кинетическая энергия материальной точки и тела,
движущегося поступательно, |
|
m υ2 |
|
|
K = 2 . |
||||
24. Теорема об изменении кинетической энергии: |
||||
А = Κ, |
||||
где А – работа равнодействующей силы, или сумма работ всех сил,
|
|
+ ...; |
Κ = Ккон – Кнач – |
действующих на тело, А =F 1 s1 |
+ F 2 s2 |
изменение кинетической энергии; Кнач и Ккон – начальная и конечная кинетические энергии.
16
25. |
Взаимосвязь консервативной силы и потенциальной энергии |
||||
|
|
F консx |
= − |
d Π |
. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
dx |
|
26. |
Работа консервативной силы |
Аконс = – П. |
|||
27.Потенциальная энергия тела в однородном поле тяготения
П= m g y ,
где y – координата тела. (Ось Y направлена в сторону, противоположную вектору силы тяготения; в начале отсчёта, где у0 = 0, П0 = 0).
28.Потенциальная энергия гравитационного
взаимодействия частиц |
П гр = G |
m1 m2 |
, |
|||
|
m1 и m2 – массы взаимодействующих частиц; |
|
|
r |
|
|
где |
r – расстояние |
|||||
между ними; G – гравитационная постоянная. |
|
|
|
|
|
|
29. |
Потенциальная энергия тела жёсткости k, подвергнутого |
|||||
упругой деформации x, |
П упр = |
k х2 |
. |
|||
|
|
2 |
|
|
||
30. |
Закон сохранения механической энергии: при отсутствии сил |
|||||
трения механическая энергия замкнутой системы тел не изменяется
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E = K + П = const. |
||||||
31. Моменты инерции тел |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Материаль- |
|
Шар |
Цилиндр, |
Тонкостенный |
Тонкий стержень |
|||||||||||||
ная точка |
|
|
диск |
цилиндр, |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
обруч |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
||||
r |
m |
|
r m |
|
|
m |
|
|
|
m |
|
• |
C |
• |
C |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m, l |
|
m, l |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
J = m r2 |
J = 2 m r 2 |
J = 1 m r 2 |
J = m r2 |
J = |
1 |
|
m l 2 |
J = |
1 m l2 |
|||||||||
12 |
||||||||||||||||||
|
|
5 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||||||
32. Теорема Штейнера:
где J и J0– моменты инерции тела относительно произвольной оси и параллельной ей оси, проходящей через центр масс; m – масса тела; d – расстояние между осями.
33. Условие равновесия тела относительно оси вращения Z
M 1 z + M 2 z + ... + M n z = 0.
17
34. |
Работа при вращательном движении |
|
∫ |
M d φ. |
||||
|
A = |
|||||||
35. Кинетическая энергия вращающегося тела |
|
K вр= |
J ω2 |
. |
||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
m υ2 |
|
J ω2 |
|
||
36. |
Кинетическая энергия катящегося тела |
K = |
C |
|
|
C |
|
|
2 + |
|
|
|
|
, |
|||
2 |
|
|||||||
|
|
|
||||||
где |
υС – скорость центра масс тела; JС – момент инерции тела |
|||||||
относительно оси, проходящей через центр масс тела. |
|
|
|
|
|
|
||
Основные формулы специальной теории относительности
37. Закон сложения скоростей |
υx = |
υx' + υ0 |
, |
|||
1 + υ υ |
/c2 |
|||||
|
|
|
||||
|
|
x' |
0 |
|
|
|
где υх – проекция на ось Х скорости частицы, движущейся вдоль оси х, относительно неподвижной системы отсчёта; υх' – проекция скорости частицы в движущейся системе отсчёта; υ0 – скорость движущейся системы отсчёта относительно неподвижной; с – скорость света в вакууме.
38. Взаимосвязь массы и энергии |
E= |
|
mс2 |
|
|
, |
|
|
|
|
|
||||
√1−υ2 |
/c2 |
||||||
|
|
|
|||||
где Е – полная энергия частицы, Е = К + Е0; К – кинетическая энергия; Ео = mc2 – энергия покоя частицы; m – масса частицы (инвариант2).
|
|
p= |
|
m υ |
||
39. |
Импульс релятивистской частицы |
|
|
|
. |
|
√ |
|
|
||||
1−υ2/c2 |
||||||
40. |
Импульс безмассовых частиц (фотон, нейтрино) |
|
p = E/c. |
|||
41. |
Взаимосвязь импульса р и полной энергии Е |
Е2 = Ео2 + р2с2. |
||||
42.Кинетическая энергия релятивистской частицы К = Е – Е0 .
43.Связь между кинетической энергией и импульсом частицы
1 |
|
|
|
если υ << c, p << mc, то К = |
m υ2 |
|
p2 |
|
√K (K +2 E0); |
|
|||||||
p = c |
2 |
= |
|
. |
||||
2m |
||||||||
2 Инвариант (лат. inυarians – не изменяющийся) – величина, значение которой не зависит от выбора системы отсчёта.
18
2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Электричество: формулы-определения и единицы величин
Электростатика
Напряжённость |
|
|
|
|
|
|||
электрического |
|
|
|
|
F |
|
|
|
E = |
q |
|||||||
поля |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Линейная |
|
|
|
|
dq |
|||
плотность заряда |
τ = dl |
|||||||
Диэлектрическая |
ε = |
|
E0 |
|||||
проницаемость3 |
|
|
E |
|
|
|||
Электрическое |
D=ε ε0 E |
|||||||
смещение 4 |
||||||||
Потенциал |
φ= |
|
Пэл |
|
||||
|
|
q |
||||||
|
|
|
|
|
||||
Разность |
φ −φ = Aэ |
|||||||
потенциалов |
1 |
|
2 |
|
|
q |
||
Электроёмкость |
C = |
q |
||||||
проводника |
φ |
|||||||
Электроёмкость |
C = |
|
|
|
q |
|||
конденсатора |
|
φ1−φ |
||||||
Таблица 3
Постоянный ток
В |
Сила тока |
I = dq |
A |
|||||||
м |
|
|
|
dt |
|
|||||
Кл |
Плотность |
|
|
dI |
А |
|||||
м |
тока |
j=dS |
м2 |
|||||||
1 |
Электродвижущая |
= |
|
Aст |
B |
|||||
сила |
|
q |
|
|||||||
Кл |
Напряжение |
U = |
Aст + Aкул |
B |
||||||
|
|
q |
||||||||
м2 |
|
|
|
|
|
|
||||
В |
Удельное |
ρ= |
R S |
|
Ом·м |
|||||
|
l |
|||||||||
|
сопротивление |
|
|
|
|
|
||||
В |
Проводимость |
G= |
|
1 |
|
|
|
См |
||
|
R |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ф |
Удельная |
|
γ= |
1 |
|
|
|
См/м |
||
проводимость |
|
ρ |
||||||||
Ф |
Объёмная плотность |
w = W |
Дж |
|||||||
|
энергии |
|
|
|
|
V |
м3 |
|||
Электричество: основные законы и соотношения величин
1.Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов
в вакууме (закон Кулона) |
F |
эл |
= |
q1 q2 |
, |
или F |
эл |
=k |
q1 q2 |
, |
|
4π ε r2 |
|
r2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
где q1 и q2 – электрические заряды; r – расстояние между зарядами; ε0 – электрическая постоянная; k = 4π1ε0 = 9 109 Ф/м .
3 Определение справедливо в изотропной среде.
4 См. сноску 3.
19