Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 636193)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Физика с основами биофизики. Ч. 1 (290,00 руб.)

0   0
Первый авторДырнаева Елена Валериевна
АвторыКирсанов Роман Григорьевич
ИздательствоРИЦ СГСХА
Страниц223
ID226825
АннотацияИздание содержит основные вопросы по общему курсу физики и биофизики.
Кому рекомендованоПредназначен для студентов, обучающихся по специальностям: «Зоотехния» (111100.62), «Ветеринария» (111801.65), «Биоэкология» (020803.65).
ISBN978-5-88575-322-7
УДК53(07):57(07)
ББК22.3:28
Дырнаева, Е.В. Физика с основами биофизики. Ч. 1 : курс лекций / Р.Г. Кирсанов; Е.В. Дырнаева .— Самара : РИЦ СГСХА, 2013 .— 223 с. : ил. — ISBN 978-5-88575-322-7 .— URL: https://rucont.ru/efd/226825 (дата обращения: 18.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Курс лекций содержит три раздела: «Физические основы механики», «Молекулярная физика и термодинамика», «Электричество». <...> Например, химия изучает атомы, образованные из них вещества и превращения одного вещества в другое. <...> Новая теория не всегда отрицает старую, чаще всего включает ее в себя как часть, частный случай, т.е. является более широкой и всеохватывающей (например, классическая механика стала составной частью релятивистской механики). <...> Классическая механика делится на 3 раздела: кинематику, динамику и статику. <...> Материальная точка – это тело, размерами которого можно пренебречь (они пренебрежимо малы по сравнению с масштабами движения и расстояниями) в данной задаче. <...> Пусть материальная точка перемещается по кривой из положения А в положение В (рис. <...> Пусть материальная точка, двигаясь по криволинейной траектории, за время Δt переместилась из положения А в положение В. <...> Законы Ньютона В основе классической механики лежат три закона Ньютона, сформулированные им в 1687 г. I закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на тело не действуют другие тела или действия тел компенсируют. <...> Свойство материальных тел сохранять состояние равномерного и прямолинейного движения называется инерцией, а первый закон Ньютона часто называют законом инерции. <...> Сила – физическая величина, характеризующая механическое действие, оказываемое одним телом на другое. <...> Сила – величина векторная и характеризуется величиной, направлением и точкой приложения, подчиняется правилу сложения векторов. <...> II закон Ньютона: ускорение a, приобретаемое телом под действием силы F, прямо пропорционально этой силе и обратно пропорционально массе тела m: F dv d mv  отсюда F  ma  m , <...> III закон Ньютона: силы, с которыми две материальные точки (или тела) действуют друг на друга, равны по величине и направлены в противоположные стороны вдоль одной прямой: <...> Внутренние <...>
Физика_с_основами_биофизики_курс_лекций._Ч._1.pdf
Стр.1
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Стр.11
Физика_с_основами_биофизики_курс_лекций._Ч._1.pdf
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» Е. В. Дырнаева, Р. Г. Кирсанов Физика с основами биофизики Курс лекций Часть 1 Самара 2013
Стр.1
УДК 53(07):57(07) ББК 22.3 Р : 28Р Д-90 Рецензенты: канд. пед. наук, зав. кафедрой физики и методики обучения ФГБОУ ВПО «Поволжская социально-гуманитарная академия» Е. В. Галиева; канд. пед. наук, доцент кафедры математики ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» О. Н. Беришвили Дырнаева, Е. В. Д-90 Физика с основами биофизики : курс лекций / Е. В. Дырнаева, Р. Г. Кирсанов. – Самара : РИЦ СГСХА, 2013. – Ч.1. – 224 с. ISBN 978-5-88575-322-7 Издание содержит основные вопросы по общему курсу физики и биофизики. Курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по «Зоотехния» специальностям: (111801.65), «Биоэкология» (020803.65). (111100.62), «Ветеринария» © Дырнаева Е. В., Кирсанов Р. Г., 2013 © ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА, 2013 2
Стр.2
ПРЕДИСЛОВИЕ Курс лекций разработан согласно требованию Государственного образовательного стандарта третьего поколения высшего профессионального образования, рекомендованного Государственным комитетом России по образованию. Цель издания – помочь студентам в изучении фундаментальных законов классической и современной физики, выработать умения по применению законов физики в сельскохозяйственном производстве. В процессе изучения данного издания у студентов должны формироваться следующие профессиональные компетенции: способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования. Курс лекций содержит три раздела: «Физические основы механики», «Молекулярная физика и термодинамика», «Электричество». Каждый раздел включает необходимый объем учебной информации, контрольные вопросы. В приложении предлагаются тестовые задания, позволяющие студентам осмыслить предлагаемый материал. Авторы искренне благодарят рецензентов и всех коллег, чьи рекомендации позволили улучшить издание. 3
Стр.3
РАЗДЕЛ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ Лекция 1. Значение и роль физики в системе АПК 1.1. Предмет физики. 1.2. Методы физического исследования. 1.3. Роль физики в развитии аграрных наук. 1.4. Связь физики с другими науками. 1.5. Физические основы механики. 1.1. Предмет физики Физика (от греч. – природа) – наука о наиболее простых, и, вместе с тем, наиболее общих формах движения материи и их взаимных превращениях. Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая и др.) присутствуют во всех высших и более сложных формах движения материи (химических, биологических и др.) и являются предметом изучения этих и других наук. Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности – Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку обе дисциплины пытаются объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика выделилась в отдельное научное направление. В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физиче4
Стр.4
ские теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы. Физика – это наука о природе в самом общем смысле. Она изучает различные субстанции бытия (материю, вещество, поля) и наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, – их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы, образованные из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика. Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий. 1.2. Методы физического исследования Процесс познания в физике начинается с наблюдения явлений в естественных условиях. Умозрительное обобщение результатов наблюдений приводит к выдвижению гипотезы – предположения о закономерностях, которые требуют проверки и доказательства опытным путем, т.е. постановки эксперимента. В результате – ошибочные гипотезы (например, флогистона, эфира и др.) отбрасываются, а на основе правильных, подтвержденных экспериментами, формируется физическая теория. Физическая теория дает качественное и количественное объяснение целой об5
Стр.5
ласти явлений природы с единой точки зрения – вскрывает механизм этих явлений и формулирует их закономерности. Развитие науки – от опыта к теории, от теории к опыту – этим не ограничивается. Обнаруживаются новые области явлений и факты, объяснение которых не укладывается в рамки существующей теории и требует выдвижения новых гипотез. Новые открытия ведут к исправлению или дополнению теорий, созданию новых, более глубоко и точно отражающих объективные закономерности природы. Новая теория не всегда отрицает старую, чаще всего включает ее в себя как часть, частный случай, т.е. является более широкой и всеохватывающей (например, классическая механика стала составной частью релятивистской механики). Таким образом, по непрерывно восходящей спирали идет развитие науки. 1.3. Роль физики в развитии аграрных наук Уместно несколько подробнее отметить роль физики в сельскохозяйственном производстве. Еще в 1788 г. один из основателей отечественной агрономии И. М. Комов писал в книге «О земледелии», что «земледелие же и с высокими науками тесный союз имеет, каковы суть история естественная, наука лечебная, химия, механика и почти вся физика, и само оно не что есть иное, как часть физики опытной, только всех полезнейшая». В течение многих лет большим энтузиастом в деле внедрения физики в сельское хозяйство был один из крупнейших советских физиков – академик А.Ф. Иоффе. Не останавливаясь на таких общеизвестных вопросах, как механизация, электрификация и автоматизация сельскохозяйственного производства и внедрение во все его отрасли современной контрольно-измерительной аппаратуры, укажем на некоторые специфические направления творческого содружества физики с сельским хозяйством. Процессы жизнедеятельности сельскохозяйственных растений в значительной мере определяются физическими условиями среды, в которой развивается растение: световым, тепловым, водным и воздушным режимами. Задача физики состоит в изучении этих условий и установлении наиболее благоприятных режимов для роста сельскохозяйственных культур. Не менее важным явля6
Стр.6
ется решение аналогичной задачи применительно к сельскохозяйственным животным. Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства большое значение имеет изучение проблемы фотосинтеза и исследование методом меченых атомов процессов питания растений и животных. 1.4. Связь физики с другими науками Физика тесно связана с другими естественными науками. Эта связь привела к тому, что физика тесно переплелась с астрономией, геологией, химией, биологией, агрономией и др. Физика тесно связана с философией. В основе научного познания мира лежит метод диалектического материализма. Диалектика – это наука о всеобщих законах движения, изменения, обновления и развития материи в наиболее далеком от односторонности виде. Такие крупные открытия в области физики, как закон сохранения и превращения энергии, соотношение неопределенностей и др. являются ареной борьбы между материализмом и идеализмом. 1.5. Физические основы механики Простейшей формой движения материи является механическая – изменение взаимного положения тел в пространстве с течением времени. Исторические приоритеты в развитии механики обусловили потребности военного дела и техники еще в древнейшие времена. Развитие механики начинается со времен Архимеда (III век до н.э.), когда он сформулировал закон равновесия рычага и закон равновесия плавающих тел. Основные законы механики установлены Галилеем (XYI век) и окончательно сформулированы Ньютоном (XYII век). В настоящее время механика условно подразделяется на три части: 1) классическая механика Галилея – Ньютона; 2) релятивистская механика, основанная на специальной теории относительности; 3) квантовая механика. Классическая механика делится на 3 раздела: кинематику, динамику и статику. 7
Стр.7
Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин, которые вызвали это движение. Динамика изучает законы движения тел во взаимосвязи с причинами, которые вызывают или изменяют движение. Статика изучает законы равновесия этих сил. Контрольные вопросы 1. Приведите примеры основных физических единиц в Международной системе. 2. Какие процессы составляют физическую форму движения материи? 3. В чем состоят задачи физики? 4. Из каких разделов состоит механика? 5. Назовите основоположников развития механики как науки. 6. Какими открытиями в области физики знамениты Аристотель, Ньютон, Галилей? 7. Как связана физика с другими науками (математикой, химией, философией и т.д.)? 8. Сформулируйте определения следующих понятий: гипотеза, метод, способ, теория. 9. Покажите роль физики в развитии агрономии. Лекция 2. Основы кинематики 2.1. Модели в механике. Система отсчета. Кинематические характеристики движения. 2.2. Скорость материальной точки. 2.3. Ускорение материальной точки. 2.1. Модели в механике. Система отсчета. Кинематические характеристики движения В физических исследованиях часто используют научную абстракцию. При изучении движения или свойств тел не принимают во внимание несущественные для данной задачи характеристики тела, например, его размеры, строение, внутреннее состояние и т.п. Простейшим примером научной абстракции или физической моделью является понятие материальной точки. Материальная точка – это тело, размерами которого можно пренебречь (они пренебрежимо малы по сравнению с масштабами движения и расстояниями) в данной задаче. Например, рассмат8
Стр.8
ривая движение Земли в Солнечной системе, молекулы в сосуде, их можно считать материальными точками. Система материальных точек. Всякое тело можно мысленно разделить на такие части, каждую из которых можно рассматривать как материальную точку в данном масштабе движения. Тогда изучение движения тела или системы тел сводится к изучению движения системы материальных точек. Абсолютно твердое тело – тело, которое ни при каких условиях в данной задаче не может деформироваться и расстояние между двумя частицами этого тела остается постоянным. Изучение механического движения начнем с простейшего – поступательного. Поступательное движение – это движение, при котором любая прямая, жестко связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному положению. Движение в механике рассматривается как перемещение материальных точек (или просто точек) или их систем в пространстве и во времени. Положение материальной точки определяется по отношению к телу отсчета, считаемому неподвижным. Связанная с ним система координат и часов называется системой отсчета. Положение точки А в декартовой системе координат в данный момент времени определяется координатами x, y, z или радиусом – вектором r (рис. 1.1).  Рис. 1.1 При движении материальной точки координаты с течением времени изменяются, т.е. являются функциями времени. Скалярные уравнения:   ;y y t ;  9   . (1) z z x x t t
Стр.9
В общем случае (1) являются кинематическими уравнениями движения точки. Система уравнений (1) эквивалентна векторному уравнению: r r( )t  . Числом степеней свободы материальной точки называют число независимых координат, которые полностью определяют ее положение в пространстве. Если точка движется в пространстве, то ее положение определяется тремя координатами x, y, z и она обладает тремя степенями свободы. При движении по плоскости у точки две степени свободы, а при движении по прямой точка обладает только одной степенью свободы. Траекторией движения называют линию, описываемую движущейся точкой. Пусть материальная точка перемещается по кривой из положения А в положение В (рис. 1.2). Рис. 1. 2 Тогда дуга АˇВ будет траекторией, а длина этой дуги ∆s будет длиной пути. Длина пути ∆s представляет собой скалярную функцию времени ∆s= ∆s (t). Начальное положение материальной точки задается радиусом-вектором 0 r вектором r  . Вектор за рассматриваемый промежуток времени) называется перемещением. При прямолинейном перемещении    r r0 (приращение радиуса – вектора r  s . 2.2. Скорость материальной точки Быстрота и направление движения точки характеризуется скоростью. Скорость векторная величина. Пусть точка перемещается из положения А в положение В (рис. 1.3). 10 r  , а конечное – радиусом
Стр.10
Рис. 1. 3 В момент времени t положение материальной точки характеризует радиус-вектор 0 r  . За малый промежуток времени Δt точка прошла путь Δs до положения В и совершила элементарное перемещение r  . Вектором средней скорости называют отношение t Направление  совпадает с направлением r  .     r стремящемуся к нулю v   lim t v  t o    r dt , dr т.е. v есть первая производная радиуса-вектора по времени. В пределе при Δt→0, секущая АВ совпадает с касательной и, следовательно, мгновенная скорость v направлена по касательной в каждой точке траектории. По мере уменьшения Δt путь Δs будет приближаться к значению модуля перемещения скорости будет равен: v  v  lim t  t o     r t  0lim t    r  0 t t lim s    dt . ds Путь s, пройденный за время Δt, найдем, интегрируя выражение ds dt в пределах от t до t +Δt ращения радиуса-вектора точки r  к промежутку времени Δt, Мгновенной скоростью v называют предел отношения при. r  , поэтому модуль мгновенной 11   
Стр.11

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Антиплагиат система на базе ИИ