Общая физика: механика, термодинамика и основы кинетической теории

Онлайн-курс охватывает классический материал разделов общей физики: «Механика, термодинамика и основы молекулярно-кинетической теории». Курс читают преподаватели кафедры физики университета МИСИС и преподаватели других вузов. Лекции содержат теоретический материал, демонстрации физических экспериментов, примеры решения задач, задания на понимание темы. Большое внимание уделено рассмотрению физического смысла и содержания основных понятий и законов. Показано применение изучаемых законов при решении конкретных задач. Полученные при изучении курса знания необходимы при освоении различных технических специальностей. 

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук» (ИОФ РАН) рекомендовал данный онлайн-курс для использования в учебном процессе, отметив, что курс является академически проработанным, актуальным и соответствует требованиям, предъявляемым к результатам обучения образовательных программ, реализуемых в вузах.

Присоединяйтесь к Telegram-каналу МИСИС Онлайн и каналу МИСИС Онлайн в MAX или пишите на openedu@misis.ru. Мы ответим на все ваши вопросы.

В состав курса входят видеолекции продолжительностью 6-13 минут, материалы для самостоятельного изучения пользователями, анимационные ролики с инфографикой. Разделы курса завершаются тестами на понимание материала (10-15 вопросов).

1. Иродов И.Е. Механика. Основные законы / И.Е. Иродов. – Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2014. – 309 с.
2. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы / И.Е. Иродов. – Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2015. – 208 с.
3. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. В 3-х томах / Г.С. Ландсберг. – Москва : Физматлит, 2016.
4. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х томах. Том 1. Механика. Молекулярная физика / И.В. Савельев. – Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2018. – 432 с.
5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5-и томах. Том 1. Механика / Д.В.Сивухин. – Москва : Физматлит, 2013. – 560 с.
6. Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5-и томах. Том 2. Термодинамика и молекулярная физика / Д.В. Сивухин – Москва : Физматлит, 2017. – 544 c.
7. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – Москва : Высшая школа, 2000. – 542 с.

Для успешного освоения онлайн-курса слушателю желательно владеть основами математического анализа, знать основы теории вероятностей.

Курс состоит из 2 блоков, включающих 12 разделов, разбитых на уроки: 

Блок 1. Механика

Раздел 1. Кинематика
Урок 1. Основные понятия кинематики. Механическое движение. Перемещение. Траектория
Урок 2. Скорость при равномерном движении материальной точки
Урок 3. Ускорение. Путь при равноускоренном движении
Урок 4. Движение в поле силы тяжести. Свободное падение. Движение тела, брошенного под углом к горизонту
Урок 5. Равномерное движение материальной точки по окружности
Урок 6. Равнопеременное движение материальной точки по окружности

Раздел 2. Динамика поступательного движения
Урок 1. Динамика поступательного движения тел. Первый закон Ньютона. Масса 
Урок 2. Второй закон Ньютона. Понятие силы. Равнодействующая сил 
Урок 3. Третий закон Ньютона 
Урок 4. Фундаментальные взаимодействия 
Урок 5. Силы в механике. Центральные силы Гравитационное взаимодействие тел
Урок 6. Движение спутников
Урок 7. Силы упругости. Модуль Юнга. Модуль сдвига 
Урок 8. Силы трения. Силы сухого и вязкого трения 
Урок 9. Движение тела по наклонной плоскости 

Раздел 3. Динамика системы частиц 
Урок 1. Механическая система. Импульс системы. Внешние и внутренние силы. Импульс силы 
Урок 2. Центр масс системы. Уравнение движения центра масс 
Урок 3. Понятие замкнутой системы. Закон сохранения импульса 
Урок 4. Частные случаи сохранения импульса в незамкнутых системах
Урок 5. Примеры задач на закон сохранения импульса 
Урок 6. Момент импульса частицы. Момент силы. Закон сохранения момента импульса 
Урок 7. Закон сохранения момента импульса: 2-ой закон Кеплера 
Урок 8. Прибор Атвуда 

Раздел 4. Законы сохранения и превращения энергии при поступательном движении 
Урок 1. Работа постоянной и переменной силы. Понятие мощности 
Урок 2. Кинетическая энергия. Теорема об изменении кинетической энергии 
Урок 3. Консервативные и диссипативные силы. Потенциальная энергия 
Урок 4. Потенциальная энергия в поле тяготения 
Урок 5. Потенциальная энергия упругой деформации 
Урок 6. Закон сохранения и превращения энергии 
Урок 7. Соударения: абсолютно упругий и неупругий удар 
Урок 8. Абсолютно упругий нецентральный удар 
Урок 9. Неупругие соударения. Превращения энергии при неупругих соударениях 

Раздел 5. Динамика твердого тела 
Урок 1. Поступательное движение твердого тела. Центр масс твердого тела. Примеры определения положения центра масс. Центр тяжести 
Урок 2. Вращение твердого тела относительно неподвижной оси. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела 
Урок 3. Момент инерции тела. Примеры вычисления моментов инерции тел. Теорема Гюйгенса- Штейнера 
Урок 4. Закон сохранения момента импульса 
Урок 5. Кинетическая энергия вращательного движения твердого тела. Работа внешних сил при вращении твердого тела 
Урок 6. Главные оси инерции твердого тела 
Урок 7. Главные оси инерции твердого тела 
Урок 8. Гироскоп. Гироскопический эффект и его применение 

Раздел 6. Движение в неинерциальных системах отсчета (НИСО). Элементы СТО 
Урок 1. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции при поступательном движении системы отсчета. Принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения 
Урок 2. Центробежные силы инерции. Проявление центробежной силы инерции на Земле (Часть 1) 
Урок 2. Центробежные силы инерции. Сила Кориолиса. Маятник Фуко (Часть 2)
Урок 3. Элементы специальной теории относительности (СТО). Относительность Галилея-Ньютона. Опыты Майкельсона-Морли. Постулаты Эйнштейна. Одновременность 
Урок 4. Преобразования Галилея и Лоренца. Некоторые следствия из преобразований Лоренца (парадокс близнецов, сокращение длины) 
Урок 5. Релятивистский импульс. Формула Эйнштейна 

Раздел 7. Механические колебания и волны 
Урок 1. Примеры колебательных движений в природе. Основные понятия – амплитуда, частота, период на примере колебаний груза на пружине 
Урок 2. Гармонические колебания. Уравнение движения гармонического осциллятора. Начальные условия. Энергия гармонического осциллятора. Связь гармонических колебаний с равномерным движением по окружности 
Урок 3. Сложение гармонических колебаний. Сложение колебаний одинакового направления (Часть 1) 
Урок 3. Сложение гармонических колебаний. Сложение взаимноперпендикулярных колебаний. Биения. Фигуры Лиссажу (Часть 2) 
Урок 4. Математический маятник. Период колебаний математического маятника. Физический маятник. Центр качания. Теорема Гюйгенса о центре качания 
Урок 5. Затухающие гармонические колебания. Логарифмический декремент затухания. Фазовая плоскость. Фазовые траектории маятника без затухания и с затуханием 
Урок 6. Вынужденные колебания. Резонанс. Резонансная частота.  Добротность 
Урок 7. Волновое движение. Характеристики волнового движения. Продольные и поперечные волны. Бегущая волна. Стоячая волна. Гармоники. Источники звука: колебания струны и столба воздуха 
Урок 8. Звук. Источники звука: колебания струны и столба воздуха. Эффект Доплера

Блок 2. Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамика
Раздел 8. Молекулярно-кинетическая теория 
Урок 1. Основные положения МКТ и их опытные обоснования  
Урок 2. Масштабы физических величин в МКТ. Характерные значения масс молекул и атомов 
Урок 3. Основное уравнение МКТ. Макроскопическая система и ее параметры 
Урок 4. Уравнение состояния идеального газа. Закон Дальтона 
Урок 5. Изопроцессы в идеальном газе. Примеры изопроцессов в природе и технике 
Урок 6. Распределение молекул газа по скоростям: математическое введение. Основные понятия теории вероятности 
Урок 7. Распределение молекул газа по скоростям: распределение Максвелла 
Урок 8. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Влияние температуры, массы молекулы 
Урок 9. Газокинетические параметры. Средняя длина свободного пробега. Среднее время свободного пробега 

Раздел 9. Первое начало термодинамики 
Урок 1. Равновесные состояния и процессы 
Урок 2. Внутренняя энергия. Степени свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа 
Урок 3. Работа в термодинамике. Ее вычисление в различных процессах 
Урок 4. Первое начало и его применение к различным процессам. Количество теплоты. Первое начало и примеры его применения 
Урок 5. Адиабатный процесс. Равновесные и неравновесные адиабатные процессы. Уравнение Пуассона 
Урок 6. Теплоемкость газа. Теплоемкость в зависимости от процесса, теплоемкость смесей 
Урок 7. Политропические процессы. Вывод уравнения политропы, теплоемкость при политропических процессах 

Раздел 10. Второе и третье начала термодинамики 
Урок 1. Основной постулат второго начала термодинамики 
Урок 2. Круговые процессы. Тепловые машины 
Урок 3. Цикл Карно. КПД цикла Карно. Теоремы Карно. Термодинамическая температура 
Урок 4. Приведенная теплота. Энтропия как функция состояния. Неравенство Клаузиуса. Закон возрастания энтропии 
Урок 5. Энтропия в изопроцессах. Основное уравнение термодинамики 
Урок 6. Статистический смысл второго начала термодинамики. Формула Больцмана 
Урок 7. Границы применимости второго начала в классической термодинамике. Третье начало термодинамики 

Раздел 11. Реальные газы 
Урок 1. Отклонения от идеального газа. Газ Ван-дер-Ваальса как модель реального газа 
Урок 2. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса и его принципиальные особенности 
Урок 3. Критическая температура и критическое состояние. Критические параметры 
Урок 4. Стандартные и метастабильные состояния 
Урок 5. Фазовая диаграмма и границы раздела 
Урок 6. Фазовые переходы жидкость-газ, критическая температура. Перегретая жидкость и переохлаждённый пар 
Урок 7. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона 

Раздел 12. Конденсированное состояние вещества 
Урок 1. Жидкости. Переохлажденные жидкости, жидкие кристаллы. Межмолекулярные силы
Урок 2. Ближний порядок, средний и дальний порядок расположения атомов. Экспериментальные методы определения структуры 
Урок 3. Силы поверхностного натяжения. Границы раздела 
Урок 4. Пузыри и капли. Формула Лапласа. Смачивание. Капиллярные явления 
Урок 5. Фаза, фазовые диаграммы, правило фаз. Фазовые переходы 
Урок 6. Тройная точка. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса 
 

В результате освоения курса слушатель:
- знает основные алгоритмы, принципы и критерии построения суждений при анализе информации для решения поставленной задачи;
- знает основные концепции и физические модели механики, молекулярной физики и термодинамики для описания  физических явлений;
- умеет применять алгоритмы решения типовых задач;
- умеет анализировать и описывать явления и процессы, используя физическую научную терминологию.

ОПК-1: Способен решать задачи профессиональной деятельности, применяя методы моделирования, математического анализа, естественно-научные и общеинженерные знания.

УК-1: Способен осуществлять поиск, критический анализ и синтез информации, применять системный подход для решения поставленных задач.