Физические основы механики в задачах и опытах

Онлайн-курс является составной частью ядерной дисциплины «Физика» модуля «Научно-фундаментальные основы профессиональной деятельности», созданного в Уральском федеральном университете для студентов бакалавриата и специалитета технических направлений подготовки.

Освоение курса обеспечивает комплексное представление основных законов механики через решение задач и анализ демонстрационных физических опытов.

Цель курса заключается в формировании у студентов компетенций, позволяющих применять физические принципы и законы механики для успешного решения задач и анализа физических экспериментов. Курс закладывает базу для изучения других разделов физики и освоения студентами дисциплин профессионального блока.

Общий подход к обучению, ориентированный на практическое использование знаний, делает этот курс актуальным и полезным для всех, кто желает систематизировать представления о физических основах механики и научиться применять знания для решения практических задач.

Курс состоит из 9 разделов, каждый из которых состоит из нескольких тем, содержащих теоретические и практические компоненты.

Учебные активности курса представлены разнообразными форматами:

1. тематические видео-лекции студийного формата;
2. видеозаписи демонстрационных физических опытов;
3. текстовые учебные материалы;
4. тестовые задания для самоконтроля по изученным материалам;
5. анимированные видеозаписи разбора решения задач;
6. учебные задание тренажёрного типа с автоматизированной системой проверки и обратной связи, предусматривающие поэтапное решение тематических задач;
7. оценочные многовариантные задания с автоматизированной проверкой результатов по итогам освоения каждого раздела и курса в целом.

Слушателям для освоения курса достаточно обладать знаниями по физике в объеме школьной программы.

Введение

Раздел 1. Кинематика

• Тема 1.1. Относительность движения. Основные характеристики механического движения
• Тема 1.2. Средняя и мгновенная скорость. Среднее и мгновенное ускорения
• Тема 1.3. Тангенциальное и нормальное ускорение  
• Тема 1.4. Кинематика вращательного движения

Раздел 2. Динамика

• Тема 2.1. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Сила, инертность и масса тела
• Тема 2.2. Второй и третий законы Ньютона
• Тема 2.3. Механическая работа и мощность
• Тема 2.4. Кинетическая энергия. Теорема о связи механической работы с кинетической энергией

Раздел 3. Механические работа и энергия. Закон сохранения энергии

• Тема 3.1. Консервативные силы. Работа консервативных сил  
• Тема 3.2. Связь работы консервативных сил с убылью потенциальной энергии. Свойства потенциальной энергии. Связь консервативной силы с потенциальной энергией
• Тема 3.3. Работа неконсервативных сил. Закон превращение механической энергии в другие виды энергий  
• Тема 3.4. Закон сохранения механической энергии

Раздел 4. Законы сохранения импульса и момента импульса. Динамика вращательного движения материальной точки

• Тема 4.1. Импульс. Закон сохранения импульса
• Тема 4.2. Абсолютно упругое соударение
• Тема 4.3. Абсолютно неупругое соударение
• Тема 4.4. Закон сохранения момента импульса и момент силы

Раздел 5. Механика вращательного движения абсолютно твердого тела

• Тема 5.1. Момент инерции абсолютно твердого тела. Основное уравнение динамики абсолютно твердого тела
• Тема 5.2. Закон сохранения момента импульса абсолютно твердых тел
• Тема 5.3. Работа при вращательном движении
• Тема 5.4. Кинетическая энергия вращательного движения. Связь изменения кинетической энергии при вращательном движении с работой внешних сил

Раздел 6. Механические колебания

• Тема 6.1. Незатухающие механические колебания. Основные характеристики и условия возникновения незатухающих гармонических колебаний на примере пружинного маятника  
• Тема 6.2. Математический и физический маятники
• Тема 6.3. Затухающие механические гармонические колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение
• Тема 6.4. Вынужденные механические колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Механический резонанс

Раздел 7. Волны в упругой среде

• Тема 7.1. Продольные и поперечные механические волны. Основные характеристики волн
• Тема 7.2. Уравнение плоской механической волны. Волновое уравнение
• Тема 7.3. Стоячие волны. Колебания струны

Раздел 8. Кинематика специальной теории относительности

• Тема 8.1. Преобразования Галилея. Постулаты теории относительности
• Тема 8.2. Преобразования Лоренца. Его следствия  
• Тема 8.3. Относительность интервалов времени
• Тема 8.4. Изменения размеров движущихся тел

Раздел 9. Релятивистская динамика

• Тема 9.1. Релятивистский импульс
• Тема 9.2. Релятивистская масса
• Тема 9.3. Полная энергия релятивистской частицы
• Тема 9.4. Кинетическая энергия релятивисткой частицы. Энергия покоя

• уметь использовать физические основы механики для объяснений физических явлений;
• уметь решать практико-ориентированные задачи по механике, используя методы физико-математического моделирования на основе фундаментальных положений механики;
• уметь анализировать результаты эксперимента;

• способность использовать физические основы механики для объяснений физических явлений в природе;
• готовность решать практико-ориентированные задачи по механике, используя методы физико-математического моделирования на основе фундаментальных положений механики;