Физика исследует неживую природу и развивает технологии Физика изучает все явления неживой природы. Ее законы позволяют использовать современные компьютеры, телефоны и высокотехнологичное оборудование как в гражданской, так и в военной промышленности. Обучение начинается с нескольких основополагающих понятий.
Материя существует как субстанция и Поле Материя - это все, что существует, независимо от того, можно ли это увидеть, услышать или потрогать. Это включает планеты, вселенную и людей. Материя проявляется в двух формах: веществе и поле. К веществам относятся металлы, дерево и пластмассы, а к полям - постоянные магнитные поля и гравитационное поле Земли.
Вещества образуют Физические Тела Из веществ образуются самые разнообразные объекты. Из одного и того же вещества могут быть изготовлены различные тела — например, алюминиевые автомобильные рамы и кухонная посуда, пластиковые ручки и другие предметы. Все окружающие объекты в совокупности называются физическими телами.
Физические явления и их качественные и количественные описания Изменения, которые не изменяют химический состав тела, являются физическими явлениями. Механические явления включают движение и столкновения; тепловые явления включают нагрев и охлаждение; электромагнитные явления включают электризацию и индукцию; оптические явления включают прямолинейное распространение, дифракцию и поляризацию. Явления можно наблюдать и описывать качественно с помощью слов или количественно с помощью чисел и вычислений.
Физические величины и способы их измерения Для количественного описания явлений физика вводит такие физические величины, как скорость и температура. Эти величины можно измерить: объем деревянного куба можно определить путем измерения объема воды в мерном цилиндре или путем измерения края и вычисления V = a ^ 3. Считывание показаний шкалы прибора - это прямое измерение; вычисление по формулам - это косвенное измерение.
Международная система единиц измерения (СИ) Чтобы избежать путаницы в единицах измерения, в физике используется Международная система единиц (СИ). Ее базовые единицы включают метр для обозначения длины, килограмм для обозначения массы и секунду для обозначения времени; другие единицы являются производными от них. Решение задач выполняется в системе СИ.
Скаляры и векторы Физические величины делятся на скаляры и векторы. Скаляры имеют только величину — например, массу, температуру воздуха и временные интервалы. Векторы имеют как величину, так и направление — например, силу и скорость. Существуют векторные вычисления, но они выполняются по правилам, отличным от обычных чисел.
Векторы: Представление, величина и противоположность Вектор изображается в виде направленного отрезка с началом и концом; его величина равна длине отрезка. Векторы обозначаются стрелками, а величины записываются без стрелок. Для любого вектора противоположный вектор имеет ту же величину и противоположное направление.
Правила сложения и вычитания векторов Чтобы сложить векторы по правилу треугольника, поместите хвост второго треугольника в начало первого и соедините свободные концы, чтобы получить сумму. По правилу параллелограмма проведите оба вектора от общего хвоста и возьмите диагональ в качестве суммы. Вычитание обрабатывается как сложение наоборот: A − B = A + (−B).
Векторные проекции и косинусное соотношение Проекция точки на ось - это начало перпендикуляра, опущенного на эту ось. Проекция вектора на ось - это отрезок между проекциями его конца и вершины. Вектор имеет направление, но его проекция представляет собой число (длина со знаком), которое характеризует вектор вдоль этой оси. Если α - это угол между вектором и осью, длина проекции равна |A| cos α.
Механическое перемещение: Изменение положения с течением времени Механика изучает механическое движение, взаимодействие тел, а также условия покоя и равновесия. Механическое движение - это изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел. Описание движения требует точного определения геометрической траектории и векторных величин.
Типы траектории, пути следования, перемещения и скорости Траектория - это линия, по которой движется тело; траектория - это длина отрезка траектории, пройденного за определенный промежуток времени. Смещение - это вектор, соединяющий начальное и конечное положения. Траектория - это скаляр, который игнорирует направление, в то время как смещение - это вектор. Используются три понятия скорости: скорость прохождения пути равна пути за единицу времени, скорость перемещения равна перемещению за единицу времени, а мгновенная скорость - это значение в данный момент. При прямолинейном движении две средние скорости совпадают по величине, но после полного круга на трассе смещение равно нулю, поэтому скорость смещения может быть нулевой, в то время как скорость движения по траектории отлична от нуля.
Системы отсчета, методы описания движения и типы движений Движение является относительным: тело может перемещаться относительно одних объектов и оставаться неподвижным относительно других. Система отсчета содержит тело отсчета, систему координат и устройство для измерения времени. Движение может быть описано координатами x(t), y(t), z(t), которые при равномерном прямолинейном движении линейно изменяются со временем, или радиус−вектором r(t) со смещением Δr = r - r0. Классификация по скорости дает равномерное движение (скорость остается неизменной) и неравномерное движение (скорость изменяется). Классификация по траектории дает прямолинейное движение по прямой линии и криволинейное движение по кривым, таким как круги, эллипсы или синусоиды.