ФИЗИКА с нуля – современный учебник

В настоящее время нет ни одной естественнонаучной или технической области, где в той или иной степени не использовались бы достижения физики. А потому, единственная возможность узнать, как связаны между собой различные области науки и техники, это изучение основ физики. В то же время это и уникальная возможность познакомиться с новыми достижениями физики и их влиянием на другие области науки и техники. Предлагаемый вашему вниманию курс «Физика для чайников» на образовательном ресурсе FIZI4KA.RU удачно преподносит основы физики с нуля, неизменно востребованные все новыми поколениями.

Курс «Физика для чайников» — это не просто учебник, а интерактивный самоучитель по физике для начинающих, который доступен каждому любознательному и трудолюбивому школьнику и тем более студенту. От большинства учебников по физике FIZI4KA выделяется по пяти аспектам:

1. Полное и последовательное изложение всего курса физики с нуля.
2. Легкий и свободный стиль изложения физики для начинающих.
3. Нет сложной математики.
4. Продуманный подбор иллюстраций, схем и графиков, способствующих лучшему пониманию основ физики.
5. Использование большого числа примеров и решения задач по физике, имеющих реальное практическое значение в повседневной жизни.

Все эти неоспоримые достоинства делают курс «физика для чайников» незаменимым пособием для самообразования или дополнительного чтения.

Во всех случаях, когда это возможно, законы физики выводятся из основных принципов; таким образом, всюду подчеркивается различие между основными принципами и следствиями из них. В курсе прослеживаются взаимосвязи различных областей физики (а также науки и техники). Независимые на первый взгляд разделы воссоединяются друг с другом и образуют единую картину. При введении каждого нового «закона», например закона магнитном силы, действующей на движущийся заряд, или закона равнораспределения энергии, мы стремимся разъяснить, действительно ли это новый закон, или же его можно вывести, используя уже известным материал. В большинстве случаев, проделав простые действия, удается проследить логическую структуру и замечательное единство всего того, что в противном случае выглядело бы просто как энциклопедическое собрание разнообразных явлений и законов.

Некоторых читателей может смутить рассмотрение в этом курсе таких актуальных вопросов современной физики, как нейтронные звезды, черные дыры, энергия Ферми, сохранение четности, кварки, голография, замедление времени, которые слишком сложны для начинающих студентов. Но мы сочли нужным включить их курс «Физика для чайников«, поскольку все эти вопросы захватывают воображение студентов, узнающих о них из средств массовой информации; это означает, что читатели хотели бы ближе познакомиться с этими проблемами в курсе физики, тем более многие из вопросов современном физики легче усваиваются студентами, чем то, что кроется за третьим законом Ньютона.

Стоит также отметить, что в «физике для начинающих» предпринята попытка связать изучение физики с изучением других областей науки, а также обратить внимание на взаимосвязь науки и общества. Например, центральной темой, пронизывающей весь курс, является проблема сокращения мировых ресурсов энергии. Обсуждаются и другие общественные, политические, экономические и философские предпосылки научного знания. Предлагаемый курс основ физики предназначен не только для того, чтобы заложить теоретические основы будущей профессии студентов: он призван также способствовать общему культурному росту человека, который будет занят в сфере науки и техники!

Физика для чайников с нуля, основы химии

4.1 (82.68%) 82 votes

Физика для чайников — Класс!ная физика

Физика для чайников

«Не так уж твёрд гранит науки» — телекурс для начинающих или наука для «чайников».
Не обижайтесь на «чайников»!
Здесь все будет на понятном языке, просто, доходчиво и увлекательно!
Годится для старшеклассников, абитуриентов, студентов, преподавателей и всех заинтересованных лиц….
Ведет занятия на первом образовательном канале Борис Сергеевич Бояршинов — доцент, кандидат физико-математических наук.

Итак, физика для чайников

1. Физика — наука о природе ………………………смотреть

2. Азы стихосложения: кинематика ………………………смотреть

3. Главное об ускорении ………………………смотреть

4. Наложение движений: принцип независимости движений ………………………смотреть

5. Куда кривая вывезет: криволинейное движение ………………………смотреть

6. Познание силы: механика ………………………смотреть

7. Движение по наклонной плоскости ………………………смотреть

8. Интегралы движения. Закон сохранения энергии ………………………смотреть

9. Закон сохранения импульса ………………………смотреть

10. Сложение сил ………………………смотреть

11. Моменты сил ………………………смотреть

12. «Потусторонние» силы. Силы инерции ………………………смотреть

13. Волчки. Гироскопы ………………………смотреть

14. Сила, что движет мирами. Всемирное тяготение ………………………смотреть

15. Изо всех сил. Сила, рычаг, путь ………………………смотреть

16. Новое о колебаниях ………………………смотреть

17. Затухающие колебания ………………………смотреть

18. Резонанс ………………………смотреть

19. Гидростатика ………………………смотреть

20. О течении жидкости. Гидродинамика ………………………смотреть

21. Почему ткань после стирки «садится»? Поверхностное натяжение ………………………смотреть

22. Аэродинамика ………………………смотреть

23. Волны. Волновые процессы ………………………смотреть

24. Упругое тело. Растяжение. Сжатие ………………………смотреть

25. Почему рельсы зимой стучат? Тепловое расширение тел ………………………смотреть

26. Закон Бойля-Мариотта ………………………смотреть

27. Теплоемкость газов ………………………смотреть

28. Ближе к реальности. Реальные газы ………………………смотреть

29. Цикл инженера Карно. Идеальная паровая машина ………………………смотреть

30. Потрясающая вещь: число Авогадро ………………………смотреть

31. Вероятностный мир. Азы статистической физики ………………………смотреть

32. Энтропия ………………………смотреть

33. Электростатика ………………………смотреть

34. Напряженность и потенциал ………………………смотреть

35. Диполи, квадруполи, диэлектрики ………………………смотреть

36. Конденсаторы ………………………смотреть

37. Игры с конденсаторами ………………………смотреть

38. Пироэлектрики, сегнетоэлектрики и другие электрики ………………………смотреть

39. Закон Ома ………………………смотреть

40. Закон Джоуля-Ленца и правила Кирхгофа ………………………смотреть

41. Магнетизм ………………………смотреть

42. Молекулярные токи ………………………смотреть

43. Электромагнитная индукция ………………………смотреть

44. Движение заряда в магнитном поле ………………………смотреть

45. Переменный ток и напряжение ………………………смотреть

46. Электрические колебания ………………………смотреть

47. Классическая модель проводника ………………………смотреть

48. Подлинная история электронов. Квантомеханическое представление ………………………смотреть

49. Электроны в пустоте. Электровакуумные приборы ………………………смотреть

50. Явления в электрических контактах ………………………смотреть

51. Оптика. Принцип Ферма ………………………смотреть

52. Фокусы с линзами ………………………смотреть

53. Интерференция света ………………………смотреть

54. Волновая теория. Принцип Гюйгенса-Френеля ………………………смотреть

55. Дифракция ………………………смотреть

56. Поляризация света ………………………смотреть

57. Скорость света ………………………смотреть

58. Теория относительности ………………………смотреть

59. Абсолютно черное тело ………………………смотреть

60. Фотоны ………………………смотреть

61. Квантовая механика. Теория относительности ………………………смотреть

62. Волна-частица. Волна де Бройля ………………………смотреть

63. Проход сквозь стену. Туннельный эффект ………………………смотреть

64. Луч лазера. Вынужденное излучение ………………………смотреть

65. Ядро изнутри. Атомное ядро и его модели ………………………смотреть

66. Мы не люди и не птицы, нас в науке называют «виртуальные частицы» ………………………смотреть

67. Земные чудеса. Элементарные частицы ………………………смотреть

68. Творение. Рождение пространства, времени и материи ………………………смотреть

69. Чудеса небесные. Физика и астрономия ………………………смотреть

70. Прощание с физикой ……………………… смотреть

Глава 1. Как с помощью физики понять наш мир – FIZI4KA

В этой главе . . .

• Определяем место физики в нашем мире
• Жмем на тормоза
• Управляем окружающими нас силами и энергией
• Согреваемся с термодинамикой
• Знакомимся с электричеством и магнетизмом
• Ломаем голову над самыми трудными проблемами физики

Физика — это наука про вас и окружающий вас мир. Возможно, вы считаете ее обузой, т.е. неприятным обязательством, которое накладывает на вас школа или университет, но это совсем не так. Физика — это наука, которую вы начинаете постигать сразу же после рождения.

Ничто не может находиться вне физики, физика — это всеобъемлющая наука. Изучая разные аспекты мира природы, вы соответственно изучаете разные разделы физики: физику движущихся объектов, действующих сил, электричества, магнетизма, процессов, происходящих со скоростью близкой к скорости света, и т.п. Эти и многие другие темы подробно рассматриваются в данном курсе.

Физика окружает людей с их первых попыток ощутить окружающий мир. Само слово “физика” происходит от греческого слова, которое означает “природа”.

Что изучает физика

Наблюдая за окружающим нас сложным миром, можно заметить множество происходящих процессов. Солнце сияет, звезды мерцают, лампочки светят, машины едут, принтеры печатают, люди ходят пешком и ездят на велосипедах, реки текут и т.д. При более внимательном изучении этих процессов неизбежно возникает множество вопросов.

• Как мы видим?
• Почему мы теплые на ощупь?
• Из чего состоит вдыхаемый нами воздух?
• Почему мы соскальзываем вниз по заснеженному склону?
• Как устроены сияющие ночью звезды? Или это планеты? Почему они движутся?
• Как устроена эта крошка пыли?
• Существуют ли невидимые нами миры?
• Что такое свет?
• Почему одеяла согревают нас?
• Из чего состоит вещество?
• Что произойдет, если прикоснуться к линии высокого напряжения? (Ответ на этот вопрос вам, конечно, хорошо известен. Даже такое ограниченное знание основ физики порой может спасти жизнь.)

Физика — это особого рода исследование мира и принципов его устройства: от самых основных (как, например, законов инерции, согласно которым так трудно вручную сдвинуть с места неподвижный автомобиль) до более экзотичных (законов крошечных миров внутри элементарных частиц, которые являются фундаментальными строительными блоками вещества). В своей основе физика охватывает все, что мы знаем о нашем мире.

Наблюдаем, за движущимися объектами

Некоторые наиболее фундаментальные вопросы об устройстве мира связаны с движением объектов. Замедлит ли свое движение катящийся вам навстречу огромный камень? Как быстро нужно двигаться, чтобы избежать столкновения с ним? (Секундочку, сейчас я подсчитаю на калькуляторе…) Движение было одной из первых тем исследований, которыми издавна занимались физики и пытались получить убедительные ответы на свои вопросы.

В части I этого курса рассматривается движение разных объектов: от бильярдных шаров до железнодорожных вагонов. Движение является фундаментальным явлением нашей жизни и одним их тех явлений, о которых большинство людей знает достаточно много. Достаточно нажать на педаль газа, и машина придет в движение.

Но не все так просто. Описание принципов движения является первым шагом в понимании физики, которое проявляется в наблюдениях и измерениях и создании мысленных и математических моделей на основе этих наблюдений и измерений. Этот процесс не знаком большинству людей, и именно для таких людей предназначен курс.

Простой, на первый взгляд, процесс изучения движения является началом начал. Если внимательно присмотреться, то можно заметить, что реальное движение постоянно меняется. Взгляните на торможение мотоцикла у светофора, на падение листка на землю и продолжение его движения под действием ветра, на невероятное движение бильярдных шаров после замысловатого удара мастера.

Движение постоянно меняется под действием силы, о чем будет рассказываться в части II. Все мы понемногу знаем основные законы приложения сил, но иногда для их правильного измерения нужно обладать более обширными знаниями. Иначе говоря, для этого требуется настоящий физик, как вы.

Поглощаем энергию вокруг нас

Примеры других проявлений физики никогда не приходится долго искать. Каждый день на дорогах происходят аварии автомобилей, движущихся с огромными скоростями.

Благодаря законам физики (а точнее, законам физики из части III этого курса) можно выполнять все необходимые измерения и предсказания, чтобы избежать таких неприятных ситуаций. Чтобы внезапно остановить быстро движущийся автомобиль, требуется много чего. Но него именно?

Вот когда для описания движения объектов нам могут пригодиться представления об их энергии и импульсе. Энергия движения называется кинетической. Помните, что когда ваша машина за 10 с ускоряется с места до скорости около 100 км/ч, то она приобретает достаточно много кинетической энергии.

Откуда берется кинетическая энергия? Нельзя сказать, что ниоткуда, иначе нам не приходилось бы заботиться о цене на топливо. Потребляя топливо, двигатель автомобиля совершает работу по ускорению автомобиля.

Рассмотрим другой пример. Допустим, что вам нужно затащить пианино в свою новую квартиру на шестом этаже. В это самое время стоит снова вспомнить о физике, достать калькулятор и подсчитать необходимую для этого работу.

При перемещении пианино вверх по ступеням оно приобретает потенциальную энергию, поскольку вам приходится совершать работу по преодолению силы гравитации.

Допустим, что, к величайшему сожалению, вашим соседям не понравилось ваша игра на пианино и они выкинули его в окно. Что в таком случае произойдет? В процессе падения в гравитационном поле Земли потенциальная энергия пианино преобразуется в кинетическую энергию, т.е. энергию движения. Это очень интересный для наблюдения процесс, в ходе которого можно оценить финальную скорость движения пианино в момент столкновения с тротуаром. Не унывайте, предъявите соседям счет за пианино и сбегайте в магазин за ударной установкой.

Получаем удовольствие от тепловых процессов

Тепло и холод являются неотъемлемыми компонентами повседневной жизни, а потому физика и в этом отношении сопровождает нас и летом, и зимой. Доводилось ли вам видеть капли конденсированной влаги на стакане с холодной водой в теплой комнате? Теплые пары воды в воздухе резко охлаждаются при соприкосновении с холодным стаканом и конденсируются на нем, образуя капельки воды. Пары воды таким образом передают свою энергию холодной воде в стакане, которая постепенно становится все теплее и теплее.

Именно термодинамике полностью посвящена часть IV этого курса. С помощью термодинамики можно определить, сколько тепла излучается нашим телом в холодный день, сколько мешочков льда нужно для охлаждения жерла вулкана, какова температура поверхности Солнца и дать ответ на многие другие вопросы, связанные с тепловой энергией.

Физика не ограничивается только нашей планетой. Почему космос холодный? Он практически пуст, так почему же он стал таким холодным? Почти все тепло в космосе распространяется в виде излучения и только очень малая его часть возвращается назад. В обычной окружающей нас среде все объекты излучают тепло и поглощают тепло друг друга. Но в космосе тепло преимущественно излучается, и потому все объекты преимущественно охлаждаются.

Излучение тепла — это только один из трех способов переноса тепла. Более подробно разнообразные тепловые процессы, будь то тепло от Солнца или от трения объектов, описываются в части IV этого курса.

Играем с зарядами и магнитами

После овладения основными законами видимого мира движущихся объектов и скрытого мира работы и энергии можно будет приступать к изучению еще более загадочных объектов. В части V читателю предлагается заглянуть в тайны еще одной части невидимого мира — электричества и магнетизма.

Действие электричества и магнетизма можно почувствовать не прямым, а только косвенным образом. Комбинируя электричество и магнетизм, можно генерировать свет, который лежит в основе видимости мира. Свойства света и его поведение при взаимодействии с линзами и другими объектами описываются в части V.

Большая часть физики связана с невидимым окружающим нас миром. Само вещество состоит из частиц, которые переносят электрические заряды, а в самих нас собрано невероятное количество таких зарядов.

При накоплении зарядов мы можем наблюдать такие явления, как статическое электричество и вспышки молний. Движение зарядов проявляется как привычное нам электричество из розетки.

Электричество, как часть физики, проявляется и в молнии, и лампочке. В этой книге показано не только, где проявляется, но и как ведет себя электричество. Кроме того, здесь кратко описываются принципы работы резисторов, конденсаторов и индукторов.

Готовимся решить самые трудные задачи физики

Даже начиная с очень простых и скучных вопросов физики, можно быстро прийти к самым экзотическим явлениям и проблемам. В части VI приведены 10 наиболее интересных фактов из специальной теории относительности Эйнштейна и 10 наиболее интересных проблем современной физики.

Альберт Эйнштейн является одним из наиболее известных и талантливых физиков. Для многих людей он является типичным гением, который предложил совершенно необычный взгляд на природу и заглянул в самые темные уголки наших представлений о природе.

Но что конкретно сделал Эйнштейн? Что означает его знаменитая формула Е=шс²? Означает ли это эквивалентность массы и энергии, т.е. что можно преобразовать вещество в энергию и энергию обратно в вещество? Да, конечно, означает.

Это довольно неожиданный физический факт, с которым нам не приходится сталкиваться в повседневной жизни. Но на самом деле мы сталкиваемся с ним каждый день. Для генерации своего теплового излучения Солнце должно ежесекундно преобразовывать в энергию около 4,79 млн т вещества!

Согласно теории Эйнштейна, еще более странные явления происходят при достижении скорости света.

“Посмотри на этот звездолет”, — скажете вы, глядя на ракету, пролетающую рядом почти со скоростью света. — Похоже, что вдоль направления движения он стал вдвое короче во время этого полета, чем в состоянии покоя.”

“Какой еще звездолет?” — спросят ваши друзья. — Он пролетел слишком быстро, и мы ничего не заметили.”

“Время, измеренное на этом звездолете, течет медленнее, чем время на Земле. По нашим меркам требуется около 200 лет, чтобы достичь ближайшей звезды, а по меркам экипажа звездолета потребуется всего 2 года.”

“Как это понять?” — спросят все.

Физика окружает нас повсюду— в любом известном нам месте. Хотите испытать свои возможности, тогда физика — именно то, что вам нужно. В конце книги перечислено несколько самых сложных проблем современной физики: возможное существование чревоточин в пространстве и строение черной дыры, которая притягивает все, включая свет. Узнайте об этом побольше и наслаждайтесь знаниями!

Глава 1. Как с помощью физики понять наш мир

4.9 (98%) 10 votes

Глава 2. Постигаем основы физики – FIZI4KA

В этой главе …

• Концепции физики и почему они так важны
• Учимся измерять (и решать уравнения)
• Оцениваем значимость и ошибку величин
• Освежаем свои знания алгебры и тригонометрии

Представьте себе, что вы бьетесь над решением почти неразрешимой физической задачи и пытаетесь найти подход к ней. Задача очень сложна и многим так и не поддалась. Внезапно в результате озарения все становится предельно ясным.

“Ну конечно, — говорите вы, — это же элементарно! Мяч в максимальной точке поднимется на высоту 9,8 м”.

Глядя на правильное решение задачи, преподаватель одобрительно кивнет головой, а вы, окрыленные успехом, с удвоенной силой приметесь за решение следующей задачи.

В физике, как и в любой другой области деятельности, заслуженный успех и слава достаются только в результате упорного труда. Не бойтесь работы, ведь цель оправдывает средства. По окончании чтения этого курса вы настолько овладеете предметом, что сможете решать те задачи, которые прежде казались вам просто неразрешимыми.

Эта глава начинается с описания некоторых базовых сведений и навыков, которые потребуются для освоения следующих глав. В ней описываются способы научных измерений, научные обозначения, базовые сведения по алгебре и тригонометрии, а также правила оценки значимости величин и точности полученных результатов. Полагаясь на эти твердые и незыблемые сведения, вы сможете овладеть всем другим материалом в этом курсе.

Не бойтесь, это всего лишь физика

Многих от слова “физика” бросает в дрожь. Легко прийти в ужас, если представить себе физику, как нечто совершенно чуждое с высосанными из пальца абстрактными числами и правилами. Однако истина заключается в том, что физика призвана помочь нам понять реальный мир. Погружение в физику — это увлекательное путешествие, которое совершает человечество в попытке понять устройство мира.

Хотя может показаться справедливым и обратное утверждение, но нет никакой загадки в целях и методах физики: физика просто моделирует мир. Идея заключается в том, чтобы создать мысленные модели, описывающие поведение мира: как бруски скользят по наклонной плоскости, как образуются и светят звезды, как черные дыры захватывают свет, что происходит при столкновении автомобилей и т.п. В момент создания модели она совсем не содержит чисел, а только описывает самую суть явления. Например, звезда образуется из этого слоя, потом из того слоя, дальше возникает реакция, за ней другая и — бац, вот вам новая звезда!

По мере совершенствования модели ее описание становится количественным, и именно с этого момента изучения физики у учеников и студентов возникает большинство проблем. С изучением физики было бы меньше проблем, если бы можно было просто сказать: “Тележка, скатываясь по наклонной плоскости, движется все быстрее и быстрее”. Но для полного физического описания этого явления недостаточно сказать, что тележка движется быстрее, нужно сказать, насколько именно быстрее движется тележка.

Суть физики заключается в следующем: сделать наблюдение, создать модель для имитации явления, добавить математическое описание и — все! В таком случае вы сможете предсказывать развитие событий в реальном мире. Математика нужна, чтобы занять более уверенную позицию в реальном физическом мире и чтобы помочь в исследовании принципов и причин такого явления.

Учитесь у гения: не отгораживайтесь математикой от физики

Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года “За фундаментальные работы по квантовой электродинамике, имевшие глубокие последствия для физики элементарных частиц*, в 1950-1960 годах заработал уникальную репутацию среди физиков. Свой метод исследования он объяснял так: нужно мысленно “на пальцах” описать задачу с указанием аналогии из реальной жизни, тогда как другие стремились сразу перейти к математическому описанию. Когда ему встречалась очень длинная теория с подозрительным результатом, он стремился найти какое-то физическое явление, которое можно было бы объяснить этой теорией. Если в своих размышлениях он достигал точки, в которой ему становилось очевидно несоответствие предлагаемой теории и факта реального мира, он сразу же заявлял: “Это не верно, проблема в том-то и том-то”. Он всегда оказывался прав, что озадачивало многих его коллег и буквально лишало их дара речи. Многие современники считали и считают его настоящим гением. Хотели бы стать супергением? Поступайте так же: не дайте математике запугать вас и скрыть от вас физику.

Всегда имейте в виду, что реальный мир находится на первом месте, а математика — на втором. Для успешного решения физической задачи важно не утонуть в математических выкладках и сохранить глобальное видение явления, чтобы удержать контроль над ситуацией. После обучения физике студентов колледжа в течение многих лет я столкнулся с одной из самых крупных проблем в изучении физики: студенты часто напрочь запуганы математикой.

А теперь зададимся одним из наиболее важных вопросов: для чего вам нужна физика? Если вы хотите продолжить свою карьеру в физике или смежной области, то ответ прост: вам нужно знать физику для “ежедневного применения”. Но даже если вы не планируете карьеру физика, вы все еще можете извлечь достаточно много пользы от овладения этим предметом. Многие сведения из вводного курса физики можно применять на практике. Но еще более важным преимуществом овладения физикой является не ее применение на практике, а приобретенные навыки решения задач. Решение физических задач учит вас настойчивости, умению учитывать все варианты решения и выбирать наиболее оптимальный, а также поиску простейшего метода решения.

Измеряем окружающий мир и делаем предсказания

Физики прекрасно умеют измерять и предсказывать явления реального мира. В конце концов, именно потому физика оказалась такой жизнеспособной. Измерение является начальной точкой, на основе которой создается модель явления и делаются предсказания. Множество мер предусмотрено для измерения длины, веса, времени и т.д. Овладение искусством измерения величин является залогом успешного изучения физики.

Для достижения согласия в измерениях физики и математики сгруппировали меры в системы единиц измерения. Наиболее распространенными являются система СГС (сантиметр-грамм-секунда) и СИ (система интернациональная). Например, в табл. 2.1 показаны основные единицы измерения в системе СГС. (Пока не стоит напрягаться и запоминать эти единицы, поскольку мы вернемся к ним позже.)

В табл. 2.2 перечислены основные единицы измерения в системе СИ и их сокращения.

Никогда не смешивайте единицы из разных систем

Поскольку в разных системах используются разные единицы длины, то в зависимости от используемой системы можно получать разные численные значения. Например, для измерения глубины плавательного бассейна можно использовать систему СИ, с помощью которой ответ будет выражен в метрах; в системе СГС она будет представлена в сантиметрах, а в еще менее популярной системе — в дюймах.

Предположим, однако, что вам нужно узнать давление воды на дне бассейна. Измеряем глубину бассейна и подставляем найденное значение в формулу давления (см. главы 14 и 15). Однако в этом месте нужно обратить пристальное внимание на используемую систему единиц измерения.

Всегда помните, что в процессе решения задачи нужно использовать одну и ту же систему единиц измерения. Если вы начали решать задачу с помощью системы СИ, то придерживайтесь ее до конца. Иначе вместо правильного ответа вы получите бессмысленную смесь разных величин, поскольку в таком случае вы фактически приравниваете величины, измеренные с помощью разных мерок. Эта ситуация подобна ошибке кулинара, когда, читая рецепт, вместо двух ложек муки он использует два стакана.

В течение многих лет мне приходилось видеть, как студенты ошибочно смешивали величины, полученные с помощью разных систем измерения, и не могли понять причину неправильного решения. Конечно, их намерения были совершенно благородны, идеи прекрасны, выводы уравнений безупречны, а численные значения в ответах получались неверными. Например, в ответе для величины ускорения приведено значение 15, а студент получил 1500. Оказывается, в ответе используется система СИ и ответ дан в метрах на секунду в квадрате, а студент решал задачу с помощью системы СГС и получил правильный ответ, но выраженный в сантиметрах на секунду в квадрате. Численный ответ получился другим именно из-за использования другой системы единиц измерения.

От метров к дюймам и обратно: преобразуем значения из разных единиц измерения

Физики используют разные системы измерения для записи измеренных значений. Но как преобразовать эти значения при переходе от одной системы к другой? При решении физических задач часто приходится иметь дело с величинами, выраженными в разных системах: одни величины могут быть измерены в метрах, другие — в сантиметрах, а третьи — даже в дюймах. Не пугайтесь. Нужно просто научиться их преобразовывать из одной системы в другую. Как проще всего это сделать? Используйте коэффициенты преобразования! Рассмотрим следующую задачу.

Допустим, что за 3 дня вы преодолели расстояние 4680 миль. Впечатляет. Подсчитаем среднюю скорость движения. Как показано в главе 3, в физике скорость определяется так же, как и в жизни: нужно пройденное расстояние поделить на время. Итак, с помощью приведенной ниже формулы получим конечный результат:

Полученный ответ выражен в нестандартных единицах измерения. Обычно для скорости используют другие единицы, например мили в час (в США), а потому нам придется преобразовать полученный ответ в более понятные единицы.

Для преобразования величин из одной системы единиц измерения в другую нужно использовать коэффициенты преобразования. Коэффициент преобразования — это значение, после умножения на которое все нежелательные единицы измерения устраняются, а остаются только нужные.

В предыдущем примере результат получен в милях в день и записан как миль/день. Для вычисления количества миль в час нужно использовать коэффициент преобразования, который позволит исключить дни и оставить часы, т.е. нужно умножить на величину “количество дней в час” (дней/час) и таким образом избавиться от дней:

Коэффициентом преобразования в данном случае является количество дней в час. После подстановки всех значений, упрощения полученного выражения и умножения на коэффициент преобразования получим следующее выражение:

Слова “секунда” (или “метр”) можно рассматривать как некие переменные \( x \)или ​\( y \)​, которые исключают друг друга из соотношения, если встречаются одновременно в числителе и знаменателе.

Если числа затуманивают голову, взгляните на единицы измерения

Хотите узнать об одной хитрости, которую применяют учителя при решении задач по физике? Внимательно следите за единицами измерения! Мне приходилось тысячи раз решать задачи “лицом к лицу” со студентами, и я убедился в том, что преподаватели всегда пользуются этим трюком.

Допустим, что нужно определить скорость по заданному расстоянию и времени. Эта задача решается практически мгновенно, потому что всем известно, что расстояние (например, выраженное в метрах), деленное на время (например, выраженное в секундах), дает скорость (выраженную в метрах в секунду).

Однако в более сложных задачах может быть гораздо больше величин, например масса, расстояние, время и т.д. В таких случаях приходится вылавливать в формулировке задачи численные значения и единицы измерения. Как определить количество энергии? Как показано в главе 10, единица энергии выражается как единица массы, умноженная на квадрат единицы длины и деленная на квадрат единицы времени. Если вы сможете легко выделить величины и их единицы измерения, то сможете не запутаться и представить их в решении.

На самом деле единицы измерения — это наши друзья. Они упрощают нам жизнь, в общем, и путь к решению, в частности. Потому если вы чувствуете, что “погрязли» в числах, то проверьте используемые единицы измерения.

Обратите внимание, что в сутках 24 часа, т.е. коэффициент преобразования равен 1/24. Потому преобразование единиц измерения (дней на часы) происходит при умножении величины 1560 миль/день на этот коэффициент преобразования.

При исключении дней во время умножения отношений получается следующий ответ:

Итак, средняя скорость равна 65 милям в час, что достаточно быстро, если ехать с такой средней скоростью на протяжении 3 суток!

Совсем не обязательно использовать коэффициент преобразования. Если инстинктивно вам понятно, что для преобразования единицы измерения “миль в день” в единицу “миль в час” нужно поделить числовое значение на 24, то нечего такой огород городить. Но если вы все же пребываете в сомнениях, то лучше все-таки найти и использовать все нужные коэффициенты преобразования. Лучше пройти этот длинный путь преобразования единиц измерения, чем поспешить и людей насмешить. Мне довольно часто встречались студенты, которые умели успешно решать задачи, но не справлялись с такими преобразованиями.

Преобразование суток в часы выполняется легко и просто, поскольку всем известно, что в сутках содержится 24 часа. Однако не все преобразования единиц измерения столь очевидны. Далеко не всем хорошо известны системы единиц СГС и СИ. Потому всегда полезно иметь под рукой табличку преобразований единиц из одной системы в другую, как, например, табл. 2.3. (Расшифровка приведенных здесь сокращений приводится в табл. 2.1 и 2.2.)

Поскольку разница между величинами в двух этих системах практически всегда кратна степеням 10, то преобразование величин выполняется достаточно просто. Например, если шар падает с высоты 5 метров, но вам нужно выразить расстояние в сантиметрах, то для этого достаточно умножить результат на отношение 100 сантиметров/1 метр:

А как преобразовать величины в единицы измерения Английской системы мер на основе фута-фунта-дюйма (foot-pound-inch — FPI)? Нет проблем. Все необходимые сведения о таких преобразованиях приведены в шпаргалке. Держите ее под рукой при чтении этой книги или при решении задач.

Исключаем нули: представляем числа в экспоненциальном виде

Физики часто мысленно погружаются в самые темные глубины и отправляются в самые далекие дали, а потому вынуждены использовать чудовищно большие или малые величины. Например, расстояние от Солнца до Плутона приблизительно равно 5 890 000 000 000 метрам. Что делать с таким огромным количеством метров и нулей? Физики для более удобной работы с такими очень большими или очень малыми величинами используют экспоненциальное представление чисел. В этом представлении нули выражаются в степенях 10. Чтобы определить степень, нужно подсчитать все цифры справа налево до первой цифры (первая цифра будет находиться перед запятой в итоговом экспоненциальном представлении). Итак, расстояние от Солнца до Плутона можно выразить следующим образом:

Экспоненциальное представление чисел также используется для записи очень маленьких значений, где степень имеет отрицательный знак. В таком случае нужно подсчитать количество цифр слева направо от десятичной запятой до места после первой ненулевой цифры (опять первая ненулевая цифра будет находиться перед запятой в итоговом экспоненциальном представлении):

Если число больше 10, то в экспоненциальном представлении оно будет иметь положительную степень, а если меньше 1, то — отрицательную. Как видите, операции с очень большими или малыми числами в экспоненциальном представлении выполняются гораздо проще. Именно поэтому во многих калькуляторах встроена возможность такого представления чисел.

Проверяем точность измерений

Точность имеет огромную важность для измерения и анализа физических параметров. Нельзя считать, что измерение стало более точным, если к измеренной величине необоснованно добавить дополнительное количество значащих цифр. Кроме того, всегда следует указывать оценку ошибки измерения с помощью знака ±. В следующих разделах более подробно описываются указания точности измерения физических величин.

Определяем значащие цифры

В измеренной величине значащими цифрами считаются те, которые были фактически получены в ходе измерения. Так, например, если после измерения ученые сообщили, что ракета прошла расстояние 10,0 за 7,00 секунд, то в результате этих измерений получено по три значащие цифры.

Чтобы определить скорость ракеты, эти данные можно ввести в калькулятор и после деления 10,0 на 7,00 получить, казалось бы, очень точный результат: 1,428571429. Но это совсем не так: если после измерения расстояния и времени для них получено всего по три значащие цифры, то в результате манипуляций с числами точность измерений не может возрасти до десяти значащих цифр. Ведь после измерения расстояния с помощью линейки с миллиметровыми делениями нельзя утверждать, что результат получен с точностью до нескольких микрон.

В примере с ракетой получено только по три значащие цифры, потому величина скорости равна 1,43, а не 1,428571429. Если записать больше цифр, то в таком случае будет сделано ничем необоснованное заявление о повышенной точности измерений, которой не было на самом деле.

При округлении числа нужно учитывать следующее простое правило. Если цифра справа от округляемой цифры больше или равна 5, то округление выполняется в сторону увеличения, а если эта цифра меньше 5, то округление выполняется в сторону уменьшения. Например, число 1,428 округляется до 1,43, а число 1,42 — до 1,4.

А что если в результате двух измерений ракета преодолела 10,0 метров за 7,0 секунд? Одно число имеет три, а другое — две значащих цифры. В таком случае нужно учитывать перечисленные ниже правила округления чисел с разным количеством значащих цифр.

• При умножении или делении чисел результат будет иметь то же количество значащих цифр, что и исходное число с наименьшим количеством значащих цифр.

В примере с ракетой, где нужно поделить расстояние на время, результат будет иметь только две значащие цифры, т.е. правильный ответ равен 1,4 м/с.

• При сложении или вычитании чисел нужно расположить их в столбик и выровнять по положению десятичной запятой в числах; самая последняя значащая цифра в результате будет соответствовать самой правой значащей цифре в том столбце, в котором все числа в столбике имеют значащие цифры.

Например, при сложении чисел 3,6, 14 и 6,33 получим:

Здесь нужно округлить результат до целого числа, поскольку число 14 не имеет значащих цифр после десятичной запятой, т.е. до 24.

По соглашению нули, используемые доя заполнения пустых мест до или после десятичной запятой, не считаются значащими цифрами. Например, по умолчанию число 3600 имеет только две значащие цифры. Но если некая величина измерена с высокой точностью и действительно равна 3600, то для подчеркивания точности измерения ее иногда приводят с указанием знака, отделяющего целую часть числа от десятичной дроби 3600,0.

Оцениваем точность

Физики при записи результатов измерений не всегда полагаются только на значащие цифры, и иногда можно встретить следующую запись:

Символ ± обозначает оценку физика возможной ошибки измерения. Физик сообщает таким образом, что действительное значение измеряемой величины находится в промежутке от 5,36+0,05 (т.е. 5,41) до 5,36-0,05 (т.е. 5,31) метров. (Это не значит, что именно настолько измеренное значение отличается от “истинного”. Это просто оценка точности измерения, т.е. насколько надежно это измерение.)

Определяем размер ±

С недавних пор символ ± стал чрезвычайно популярным, и его можно встретить даже в объявлениях о продаже недвижимости, например “продается 35± акров”. Иногда даже публикуются объявления о продаже ±35 акров. Значит ли это, что в итоге вы можете приобрести участок площадью в диапазоне от «-35 до +35 акров? Что значит приобрести -15 акров? Может быть, то, что после приобретения такого участка вы будете должны 15 акров?

Вспоминаем алгебру

В физике используется довольно много уравнений, и чтобы умело работать с ними, нужно овладеть основными приемами манипулирования частями уравнения. Сейчас самое время напомнить некоторые основные сведения из курса алгебры.

Следующее уравнение выражает расстояние ​\( s \)​, которое проходит объект с ускорением ​\( a \)​ за время ​\( t \)​:

Допустим, что нужно определить ускорение по известному времени движения и пройденному расстоянию. Манипулируя отдельными членами уравнения, получим следующее соотношение:

Для получения такого соотношения для ​\( a \)​ нужно обе стороны предыдущего выражения умножить на 2 и поделить на ​\( t^2 \)​.

А что если нужно найти время \( t \)? С помощью несложных манипуляций с переменными и числами получим следующее соотношение:

Нужно ли запоминать все эти три варианта одного уравнения? Конечно же, нет. Достаточно запомнить только один вариант, который связывает эти три величины (расстояние, ускорение и время), а потом извлекать из него соотношение для нужной переменной. (В шпаргалке приводится несколько основных соотношений, которые следует помнить.)

Немного тригонометрии

Кроме базовых сведений из алгебры для решения физических задач необходимо также иметь некоторые сведения из тригонометрии, например о синусе, косинусе, тангенсе. Для этого нужно запомнить простые соотношения на основе прямоугольного треугольника, который показан на рис. 2.1 во всей своей красе.

Для определения тригонометрических величин с помощью треугольника на рис. 2.1 нужно поделить длину одной стороны на длину другой, как показано ниже:

Эти простые соотношения пригодятся нам при изучении векторов в главе 4 и при решении многих задач по физике.

Зная величину одного острого угла и длину одной стороны этого треугольника, можно найти величину другого угла и длины двух других сторон. Ниже приводится несколько примеров, которые по мере изучения курса станут для вас просто родными, но которые вовсе не нужно запоминать наизусть. Если вы знаете предшествующие соотношения для синуса, косинуса и тангенса, то вы сможете легко вывести приведенные ниже соотношения:

Помните, что можно пойти и в “обратную сторону”, т.е. вычислить обратные функции для синуса (\( sin^{-1} \), или \( arcsin \)), косинуса (​\( cos^{-1} \)​, или ​\( arccos \)​) или тангенса (\( tan^{-1} \), или ​\( arctg \)​). Вот как они определяются:

(Строго говоря, обратной синусу функцией является функция “арксинус”, или \( arcsin(x) \), обратной косинусу — “арккосинус”, или \( arccos(x) \), обратной тангенсу — “арктангенс”, или ​\( arctg(x) \)​. Обозначения \( sin^{-1}(x) \), \( cos^{-1}(x) \) и \( tg^{-1}(x) \) часто используются в иностранной литературе для обозначения функций “арксинус”, “арккосинус” и “арктангенс”, но их не рекомендуется употреблять, чтобы не путать с функциями ​\( 1/sin(x) \)​, \( 1/cos(x) \) и \( 1/tg(x) \). — Примеч. ред.)

Глава 2. Постигаем основы физики

5 (100%) 6 votes

Физика для «чайников» читать онлайн, Андрей Задумавшийся

1. Механика.

Состоит из трёх основных частей: кинематики, динамики и статики.

Проще всего это объяснить так. Например, ты идёшь по улице, и вдруг на пути появляется яма. Не заметив её, ты падаешь. Говоря умным словом — движешься.

И все эти три раздела смотрят на это движение каждый со своей стороны. Так вот, кинематика — это как ты движешься (вниз, ускоряясь), когда остановишься (когда долетишь до дна), через какое расстояние (ровнёхонько глубина ямы, ну и углубление, оставленное туловищем, если хорошо упадёшь).

Динамика — это почему ты начал двигаться, почему продолжаешь это делать и почему закончил (если закончил). Например, начал потому, что это сила притяжения Земли к тебе такая вредная, и продолжаешь лететь, потому что она по-прежнему действует.

А статика — это что надо делать, чтобы ты оставался в равновесии. То есть когда занёс одну ногу над ямой, надо было успеть сообразить, что делаешь, и убрать её обратно.

Говоря чуть более умным языком: кинематика как бы отвечает на вопрос «как тело движется?», динамика — «почему тело движется?», а статика — «при каких условиях тело будет в равновесии?».

Вот было умное слово: движение. Оказывается, это тоже понятие! Причём настолько заумное, что означает всего-навсего изменение. Просто изменение, и всё. В широком смысле. Если брать более узко, то механическое движение — это когда что-то меняет своё положение. Но есть один подкол. Например, если ты будешь двигаться (неважно, как — хоть просто идти), то относительно себя ты будешь по-прежнему неподвижен! А вот если на тебя посмотрит кот из окна первого этажа дома, мимо которого проходишь — ему будет казаться, что ты движешься. Более того, если чуть-чуть прикинуться сумасшедшим, то можно сказать, что и дом движется относительно тебя — ты вроде бы стоишь на месте, а его стена потихоньку движется мимо тебя. И асфальт едет под тобой. Ну или вспомним детство: едем на машине, автобусе, электричке… это не так важно, — и смотрим в окно. И кажется, будто дома или деревья едут мимо тебя, а ты стоишь на месте.

Короче, суть всей этой маленькой шизофрении — движением можно считать, только если это движется относительно чего-то. Нет, это ещё не страшная теория относительности Эйнштейна, не надо пугаться. Это всего лишь обзывается «системой отсчёта». Вот поставил на себе жирную белую точку мелом — всё, теперь считаешь себя точкой с координатами (0;0;0). А когда поставил точку — это считаешь, что пошло время (с 0 секунд и до бесконечности… плюс бесконечности — для особых умников). Всё, теперь ты — система отсчёта! Относительно тебя, например, крутятся Земля и другие планеты. Ну прямо центр Вселенной!

Вкратце и поумнее: для положения тела необходимо определить систему отсчёта (это «отправная» точка с координатами (0;0;0) и начало отсчёта времени), относительно которой будет считаться всё, что связано с тем, как оно движется. Если относительно данной системы отсчёта тело меняет своё положение, то считаем, что оно двигается.

Ну вот не могут физики без упрощений, хоть убей. Что мешает взять, например, самолёт целиком и посчитать, как он летит? Нет, это слишком сложно для умных мозгов местных учёных! Для этого, видите ли, надо считать, как движется чуть ли не каждая точка сего транспортного средства. А из скольких точек состоит самолёт? А пёс его знает. Даже что такое точка, те же умники учёные сказать не могут — это настолько простой термин, что его и не определить. Поэтому тут в мозгах у них происходит что-то, похожее на деление на ноль в калькуляторе — точек настолько много, что их всех не посчитаешь, а значит, не посчитаешь и весь самолёт! Ну и что делать тогда?

А вот что. Мы встанем далеко-далеко от самолёта — говоря проще, вернёмся с неба на землю. Нет, совсем на землю. А самолёт поднимем ещё выше. Настолько высоко, чтобы он казался точечкой. Во, теперь получилась материальная точка. Он кажется отсюда настолько малым, что его размерами можно пренебречь — сколько он там метров в длину, и какой размах крыльев, уже не интересует. Летит себе одной точкой, и всё — одну эту точку можно посчитать. Материальную точку, выражаясь умным языком. Но главное — не отрываться при этом от земли! Ну и, чтобы всё совсем было хорошо, надо на земле поставить точечку (0;0;0) и включить секундомер. Всё, поехали… то есть полетели. Считать.

Вкратце и поумнее: материальная точка — это модель тела, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Для простоты счёта все тела, которые можно рассматривать как материальные точки, рассматриваем именно так.

Ну хорошо, выбираем самолёт. Посмотрим, как он летит весь свой путь. Вот он разгоняется на взлётно-посадочной полосе в аэропорту, отрывается от земли, взмывает ввысь, летит… Затем снова снижается, тормозит и останавливается уже на месте назначения. Если бы он чертил за собой линию, то получилась бы дуга. По-умному эта дуга называется траекторией. Если померить её длину, то получится путь. Тот самый, который в начальной школе считается, как скорость, умноженная на время. Но если бы всё было так просто… Помимо пути, есть ещё перемещение. Слово похожее, но значит другое. Перемещение — это если соединить начальную и конечную точки прямой. То есть, получается, самый короткий из всех возможных путей… вроде бы. А не совсем так. Потому что перемещение — это ещё и направленный отрезок, в отличие от обычного пути, который может быть изогнут хоть буквой Зю. Зачем такое умное нагромождение? Потому, что физика тесно сплетена с математикой. Мы же не просто так поставили точку (0;0;0) и включили время — теперь в тех координатах, которые мы создали, можно считать всё, что требуют от бедных нас в тоннах задач. И считать нужно именно по перемещению, а не по пути. В конце концов, нам же выгоднее добираться до места назначения быстрее всего и кратчайшим путём? А стрелочка ставится затем, чтобы точно знать, откуда и куда держим наш путь… нет, наше перемещение.

Вкратце и поумнее: траектория — воображаемая линия, по которой движется материальная точка. Путь — длина траектории. Перемещение — направленный отрезок (или уж совсем по-умному — вектор), соединяющий начальное и конечное положения тела.

Всё, наконец-то все приготовления закончили. Теперь, собственно, а зачем всё это было нужно. Считается, что полный венец любой решённой задачи механики, когда всё становится хорошо — когда мы можем знать, в какой момент наше подопытное туловище где находится, суметь предсказать его движение в дальнейшем или вспомнить, что было «до того». Вроде бы кажется страшно сложным, но строгая математика тут грозит пальцем: для неё ничего сложного здесь нет. Почему? Потому, что можно выделить всего три вида движения: равномерное прямолинейное, неравномерное и равномерное движение по окружности. Равномерное прямолинейное — это как на шоссе. Вдарил 120 — и езжай хоть целый день, если дорога достаточно длинная. Всё время едешь постоянно 120 км/ч — значит, движешься равномерно. И прямолинейно, если без крутых поворотов. Если 120 вдарить на кольцевом стадионе, получится движение по окружности. А если нажать на тормоз и держать педаль в одном положении, пока не остановишься — получится неравномерное движение, если совсем точно — равнозамедленное: тормозишь, едешь всё медленнее и медленнее, причём каждую секунду скорость понижается одинаково.

То есть, по-русски: равномерное — значит, за любой промежуток времени у тебя будет одно и то же перемещение. Если взять ту же машину, то за каждый час это будет 120 километров ровно, за каждую минуту — 20 км, ну и так далее. Неравномерное — это всё, что отличается от равномерного. За один час проехал 119 км, а за второй 120 — всё, если считать строго, это уже неравномерно. Движение по окружности стоит особняком: там перемещение получается всегда меньше, чем любой из путей, особенно если приезжаешь ровно в ту же точку, откуда уехал. Но если скорость по значению остаётся одна и та же, то оно будет равномерным.

Да. Скорость. К счастью, это та же самая скорость, с которой привыкли обычно иметь дело, только мерят её не в километрах в час, а в метрах в секунду. Это если говорить о её значении, или — по-умному – о модуле. Да-да, тот самый модуль с палочками из математики. К сожалению, он не полностью определяет скорость в физике. Полностью будет, если ещё и задать ей направление. То есть — по-умному — получается вектор. Отрезок со стрелочкой: если знаешь, куда направлен и сколько длина, только тогда всё хорошо. Тогда скорость известна.

А если рядом с нашей едущей машиной проедет другая? Тоже со скоростью 120 километров в час? Тогда получится, что относительно нас она стоит на месте. Потому что скорости одинаковые. Если будет чуть быстрее (например, 121) — то очень медленно станет двигаться вперёд. Чуть медленнее (ну, скажем, 119) — так же медленно, но назад. То есть скорость нашей машины вычитается из той, второй. 121 минус 120 будет 1 — понятно, медленно ползёт вперёд. А 119 — 120 будет -1 (минус один). Что означает — она по-прежнему едет, но не вперёд, а в противоположную сторону, задом наперёд. Что нам и кажется — она как бы медленно даёт задний ход с той же скорость 1 км/ч.

Вкратце и поумнее: при равномерном прямолинейном движении тело за один и тот же промежуток времени совершает одинаковые перемещения. Если хотя бы для одного промежутка времени это не соблюдается, движение не равномерное. Скорость при равномерном движении — это перемещение, которое совершили, делить на время, за которое оно было совершено, т.е. тоже вектор — и, как даже можно догадаться, постоянный по модулю. Единица измерения — метр в секунду (м/с). При движении двух тел в некоторой системе отсчёта, чтобы посчитать скорость движения второго тела относительно первого, достаточно из скорости второго …

ФИЗИКА. Опорные конспекты на сайте УЧИТЕЛЬ.ПРО

Конспекты по предмету «ФИЗИКА»

Изучение Физики шаг за шагом. Онлайн-учебник и сборник задач.

Кодификатор ОГЭ   Проверить свои знания   Разбор заданий ОГЭ

Физика — наука о простейших и, вместе с тем, наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Часть 1. Физические методы. Строение вещества. Движение и взаимодействие тел. Силы вокруг нас. Давление тел. Работа, мощность, энергия.

(обычно изучается в 7 классе)

В конспектах использованы ВИДЕОУРОКИ от YouTube-канала ВЕБ-ШКОЛА

Ещё 45 конспектов для 7 класса

 

Часть 2. Тепловые явления. Электрические явления. Электромагнитные явления. Световые явления.

(обычно изучается в 8 классе)

Ещё 50 конспектов для 8 класса

 

---

Часть 3. Законы взаимодействия и движения тел. Механические колебания. Звук. Электромагнитное поле. Строение атома и атомного ядра. ОГЭ

(обычно изучается в 9 классе)

Ещё 55 конспектов для 9 класса

 

---

Часть 4. Кинематика. Динамика. Статика. Законы сохранения в механике. Основы МКТ. Свойства газов. Основы термодинамики. Свойства твёрдых тел и жидкостей. Электростатика. Электрический ток. Магнитное поле. Электромагнитная индукция. Механические и электромагнитные колебания и волны. Оптика. Атомное ядро, фотоны. Строение Вселенной. ЕГЭ

(обычно изучается в 10-11 классах)

---

---

Кодификатор ОГЭ-2019   Проверить свои знания   Подобрать репетитора

---

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

---

Источники идей и источники цитат для конспектов по «Физике»:

• ОГЭ Физика. Справочник с комментариями ведущих экспертов / Г.Н. Степанова, И.Ю. Лебедева — М.: Просвещение (В помощь выпускнику)
• Наталия Пурышева: ОГЭ. Физика. Новый полный справочник М.: АСТ — 2017
• учебники физики Перышкина А.В. (Дрофа, 2013) для 7, 8, 9 классов,
• учебники физики Белага В.В. (Просвещение, 2013) для 7, 8, 9 классов,
• Гайкова И.И. — Физика. Учимся решать задачи. 7-8 класс (БХВ-Петербург, 2016),
• Гайкова И.И. — Физика. Учимся решать задачи. 9 класс (БХВ-Петербург, 2018),
• Генденштейн Л.Э и др. — Решения ключевых задач по физике для основной школы (Илекса, 2017)
• Лукашик В.И., Иванова Е.В. — Сборник задач по физике. 7-9 классы (М.: Просвещение, 2011)
• Янчевская О.В. — Физика в таблицах и схемах (Литра, 2016).
• Марон А.Е, Марон Е.А. — Опорные конспекты и разноуровневые задания (Виктория плюс, 2009)
• Попов А.В. — Физика. Справочник школьника. Все темы ОГЭ и ЕГЭ (Эксмо-Пресс, 2017)

---

(с) Цитаты из вышеуказанных учебных пособий использованы на сайте в незначительных объемах, исключительно в учебных и информационных целях (пп. 1 п. 1 ст. 1274 ГК РФ).  

 

Андрей «Dront» ИльинФизика для «чайников». Несерьезное пособие

Дизайнер обложки Марта Миронова

Иллюстратор Екатерина Аникина

© Андрей «Dront» Ильин, 2018

© Марта Миронова, дизайн обложки, 2018

© Екатерина Аникина, иллюстрации, 2018

ISBN 978-5-4490-2051-2

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

От автора

В школьные годы меня очень раздражало то, что учебники по всем предметам пишутся сухим академическим языком. По мне, читать такие учебники, не имея представления о предмете, – адская мука из серии «без пол-литра не разберёшь». Иногда мне даже казалось, что именно по этой причине особо тянущиеся к знаниям ученики (равно как и те, кто школьные знания жёстче всего отторгают) могут быстро начать пить.

Ладно, глупые шутки в сторону. Поскольку школьная и студенческая жизнь у меня остались позади вместе со всеми наивными надеждами на тему «есть ещё такие учебники или неофициальные издания, в которых объясняются все те же вещи, что и в школе, но как можно более простым языком», я решил написать собственный опус на эту тему.

Почему именно физика? Полагаю, потому, что у меня техническое образование, и сей предмет впрессовывали в мою голову тысячами часов и сотнями страниц (я серьёзно), как в школе, так и в университете. Однако, смотря на то, как мучаются другие люди в попытке понять, как, зачем и почему происходят все те природные явления (не побоюсь этого заумного выражения), факты о которых так скрупулезно и точно разъясняются в учебниках (или читаются на лекциях), возникло желание помочь всем страждущим. А поскольку вся техника держится на физике, то волей-неволей приходилось разбираться во всех свалившихся на голову умных изречениях.

А вот дальше нужно написать большими красными буквами:

ВНИМАНИЕ! Это «собрание сочинений» нельзя использовать как учебник!

Книгу вполне можно считать за шпаргалку, «объяснялку», или даже использовать не по назначению (мало ли будет плохое настроение, да ещё вдобавок не поймёте очередную порцию умных мыслей… всякое бывает). Но если будет соблазн прийти на экзамен, держа в зубах только эту книгу, – не надо. Не поймут. Или поймут, но неправильно. Система образования (и – уж тем более – науки) терпеть не может, когда научные вещи объясняют простыми словами. Именно поэтому в конце каждого раздела я буду подсказывать, как можно рассказывать объяснённые вещи более сухим, но и более правильным языком.

1 / 5: Механика

Кинематика
Что это вообще такое, и зачем это нужно?

Раздел школьной механики про движение состоит из трёх основных частей: кинематики, динамики и статики.

Проще всего это объяснить так. Например, ты идёшь по улице, и вдруг на пути появляется яма. Не заметив её, ты падаешь. Говоря умным словом – движешься.

И все эти три раздела смотрят на это движение каждый со своей стороны.

Так вот. Кинематика – это:

Как ты движешься? (Вниз, ускоряясь.) Когда остановишься? (Когда долетишь до дна.) Через какое расстояние остановишься? (Ровнёхонько глубина ямы, ну и углубление, оставленное туловищем, если хорошо упадёшь.)

Динамика – это: почему ты начал двигаться, почему продолжаешь это делать и почему закончил (если закончил). Например: начал потому, что это сила притяжения Земли к тебе такая вредная, и продолжаешь лететь, потому что она по-прежнему действует.

А статика – это что надо делать, чтобы ты оставался в равновесии. То есть когда занёс одну ногу над ямой, надо было успеть сообразить, что делаешь, и убрать её обратно, и в то же время податься туловищем немного назад.

Говоря чуть более умным языком: кинематика как бы отвечает на вопрос «как тело движется?», динамика – «почему тело движется?», а статика – «при каких условиях тело будет в равновесии?».

Кругом умное слово: движение. Оказывается, и это тоже понятие! Причём оно настолько заумное, что означает всего-навсего изменение. Просто изменение, и всё. В широком смысле – то есть в физике вообще. Если брать более узко, то механическое движение – это когда что-то меняет своё положение.

Но есть один подкол. Вспомним детство: едем на машине, автобусе, электричке… это не так важно, – и смотрим в окно. И кажется, будто дома или деревья едут мимо тебя, а ты стоишь на месте. А вот если на тебя посмотрит кот из окна первого этажа дома (мимо которого проезжаешь) – ему будет казаться, что ты движешься.

Короче, суть всей этой маленькой шизофрении – движением можно считать что-то, только если это движется относительно чего-то.

Нет, это ещё не страшная теория относительности Эйнштейна, не надо пугаться. Обзывается сие хозяйство «системой отсчёта». Вот поставил на себе жирную белую точку мелом – всё, теперь считаешь себя точкой с координатами (0;0;0). А тот момент, когда поставил точку – это считаешь, что пошло время (с 0 секунд и до бесконечности… плюс бесконечности – для особых умников). Всё, теперь ты – система отсчёта! Относительно тебя, например, крутятся Земля и другие планеты. Ну прямо центр Вселенной!

Вкратце и поумнее: для положения тела необходимо определить систему отсчёта (это «отправная» точка с координатами (0;0;0) и начало отсчёта времени), относительно которой будет считаться всё, что связано с тем, как оно движется. Если относительно данной системы отсчёта тело меняет своё положение, то считаем, что оно двигается.

Материальная. И точка!

Вот не могут физики без упрощений, хоть убей. Что мешает взять, например, самолёт и посчитать, как он летит? Нет, это слишком сложно для умных мозгов местных учёных! Для этого, видите ли, надо считать, как движется чуть ли не каждая точка сего транспортного средства. А из скольких точек состоит самолёт? А пёс его знает. Даже что такое точка, те же умники учёные сказать не могут: это настолько простой термин, что его даже не определить. Поэтому тут в мозгах у них происходит что-то, похожее на деление на ноль в калькуляторе: точек настолько много, что их всех не посчитаешь. А значит, не посчитаешь и весь самолёт! Ну и что тогда делать?

А вот что. Мы встанем далеко-далеко от самолёта – говоря проще, вернёмся с неба на землю. Нет, совсем на землю. А самолёт поднимем ещё выше. Настолько высоко, чтобы он казался точечкой. Во, теперь получилась материальная точка.

Самолёт кажется отсюда настолько малым, что его размерами можно пренебречь: сколько он там метров в длину, и какой у него размах крыльев, уже не интересует. Летит себе одной точкой, и всё: одну эту точку теперь можно посчитать. Материальную точку, выражаясь умным языком. Но главное – не отрываться при этом от земли! Ну и, чтобы всё совсем было хорошо, надо на земле поставить точечку (0;0;0) и включить секундомер. Всё, поехали… то есть полетели. Считать.

Вкратце и поумнее: материальная точка – это модель тела, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Для простоты счёта все тела, которые можно рассматривать как материальные точки, рассматриваем именно так.

Траектория? Перемещение? Не, не слышал

Ну хорошо, выбираем самолёт. Посмотрим, как он летит весь свой путь. Вот он разгоняется на взлётно-посадочной полосе в аэропорту, отрывается от земли, взмывает ввысь, летит… Затем снова снижается, тормозит и останавливается уже на месте назначения. Если бы он чертил за собой линию, то получилась бы дуга. (Напоминаю, мы смотрим по-прежнему настолько издалека, что самолёт кажется точкой. Будь мы ближе – конечно, это была бы не дуга.) По-умному сия дуга называется траекторией. Если померить её длину, то получим путь. Тот самый, который в начальной школе считается, как скорость, умноженная на время. Но если бы всё было так просто… Помимо пути, есть ещё перемещение. Слово похожее, но значит другое. Перемещение – это если соединить начальную и конечную точки прямой линией. То есть, получается, самый короткий из всех возможных путей: обычный путь может быть изогнут хоть буквой Зю, а этот всегда только отрезок. Но здесь есть ещё один подвох. Перемещение – это ещё и направленный отрезок. Зачем такое умное нагромождение? Потому, что физика тесно сплетена с математикой. Мы же не просто так поставили точку (0;0;0) и включили время – теперь в тех координатах, которые мы создали, можно считать всё, что требуют от бедных нас в тоннах задач. И считать нужно именно по перемещению, а не по пути. В конце концов, нам же выгоднее добираться до места назначения быстрее всего, то бишь кратчайшим путём? А стрелочка ставится затем, чтобы точно знать, откуда и куда держим наш путь… нет, наше перемещение.

Вкратце и поумнее: траектория – воображаемая линия, по которой движется материальная точка. Путь – длина траектории. Перемещение – направленный отрезок (или уж совсем по-умному – вектор), соединяющий точки, соответствующие начальному и конечному положению тела.

И всё-таки: ну зачем нужны все эти упрощения?!

Всё, наконец-то все приготовления закончили. Теперь, собственно, а зачем всё это было нужно. Считается, что полный венец любой решённой задачи механики, когда всё становится хорошо, – это когда мы можем знать:

а) в какой момент наше подопытное туловище где находится;

б) суметь предсказать его движение в дальнейшем,

или в) по нынешнему его движению показать, что было «до того». (Ну прямо как детектив.)

Вроде бы кажется страшно сложным, но строгая математика тут грозит пальцем: для неё ничего сложного здесь нет. Почему? Потому, что можно выделить всего три основных вида движения: равномерное прямолинейное, неравномерное и равномерное движение по окружности.

 

Равномерное прямолинейное – это как на шоссе. Втопил газу до круиз-контроля на 120 – и езжай хоть целый день, если дорога достаточно длинная. Всё время едешь постоянно 120 км/ч – значит, движешься равномерно. И прямолинейно, если без крутых поворотов. Если 120 вдарить на кольцевой дороге, получится движение по окружности. А если нажать на тормоз и держать педаль в одном положении, пока не остановишься – получится неравномерное движение. Если совсем точно – равнозамедленное: тормозишь, едешь всё медленнее и медленнее, причём каждую секунду скорость понижается одинаково.

То есть, по-русски: равномерное – значит, за любой промежуток времени у тебя будет одно и то же перемещение. Если взять ту же машину, то за каждый час это будет 120 километров ровно, за каждую минуту – 20 км, ну и так далее. Неравномерное – это всё, что отличается от равномерного. За один час проехал 119 км, а за второй 120, – всё, если считать строго, это уже неравномерно. Движение по окружности стоит особняком: там перемещение получается всегда меньше, чем любой из путей (особенно если приезжаешь ровно в ту же точку, откуда уехал). Но если скорость по значению остаётся одна и та же, то оно будет равномерным.

Да. Скорость. К счастью, это та же самая скорость, с которой привыкли обычно иметь дело. Только в физике мерят её не в километрах в час, а в метрах в секунду. Это если говорить о её значении, или – по-умному – о модуле. Да-да, тот самый модуль с палочками из математики. К сожалению, он не полностью определяет скорость в физике. А полностью будем определять, если ещё и зададим ей направление. То есть – по-умному – получается вектор. Отрезок со стрелочкой: если знаешь, куда он направлен и сколько у него длина, только тогда всё хорошо. Тогда скорость известна.

А если рядом с нашей едущей машиной проедет другая? Тоже со скоростью 120 километров в час? Тогда получится, что относительно нас она стоит на месте. Потому что скорости одинаковые. Если будет чуть быстрее (например, 121) – то очень медленно станет двигаться вперёд. Чуть медленнее (ну, скажем, 119) – так же медленно, но назад. То есть скорость нашей машины вычитается из той, второй. 121 минус 120 будет 1 – понятно, медленно ползёт вперёд. А 119 – 120 будет -1 (минус один). Что означает – она по-прежнему едет, но не вперёд, а в противоположную сторону, задом наперёд. Что нам и кажется – она как бы медленно даёт задний ход с той же скоростью 1 км/ч.

Вкратце и поумнее: при равномерном прямолинейном движении тело за один и тот же промежуток времени совершает одинаковые перемещения. Если хотя бы для одного промежутка времени это не соблюдается, движение не считается равномерным. Скорость при равномерном движении – это перемещение, которое совершили, делить на время, за которое оно было совершено, т.е. тоже вектор, причём постоянный по модулю. Единица измерения – метр в секунду (м/с). При движении двух тел в некоторой системе отсчёта, чтобы посчитать скорость движения второго тела относительно первого, достаточно из скорости второго тела вычесть скорость первого.

А в реальности всё по-другому…

Ну, это всё был идеал. Равномерное движение – это то, чего хотят составители расписания автобусов, поездов метро и прочего транспорта. Которое, как мы видим, толком и не соблюдается (а даже если и соблюдается, то не секунда в секунду, а всё равно с отклонениями). Потому что движение там хоть и прямолинейное, но никак не равномерное. Трудно очень удержать одну и ту же скорость в наше нелёгкое время. Для этого физика предусмотрела более широкий вариант под названием «переменное движение».

При переменном движении тоже есть скорость, только она имеет немного другой характер. Это всё то же «перемещение поделить на время», но есть одно «но». Скорость-то, зараза такая, всё время меняется… если смотреть от того момента, как начал двигаться, до того, как закончил. То есть за большое время. А если посмотреть время поменьше – скорость будет меняться не так резко. Ну и, наконец, если совсем-совсем сузить обзор, то будет казаться, что скорость вообще постоянная (но за очень маленький промежуток времени). Вот за это и можно зацепиться!

Поэтому здесь получается так: очень маленькое перемещение делить на очень маленькое время. Они настолько маленькие, что первое стремится к точке, а второе – к мигу. То бишь, оба стремятся к нулю. В страшной математике (на которую, увы, физика опирается) такую дробь называют производной. Если совсем по-русски – то это скорость изменения по тому, по чему «производят». То есть получается, что наша многострадальная скорость – это скорость, с которой перемещение меняется во времени. Или, совсем по-простому, – как с течением времени меняется то самое разное расстояние, которое мы проезжаем на нашей машине.

И всё бы хорошо, да не помогает это избавиться от основной головной боли: скорость-то эта всё равно меняется всё время! И считать её получается совсем невыгодно: чтобы точно знать, как что движется, придётся считать эту скорость чёрт-те сколько раз. (Сколько? Ну, попробуйте посчитать, сколько бесконечно маленьких промежутков времени, например, в одной секунде.) Поэтому придумали ещё одну фишку.

Называется она ускорением. Это как бы вторая производная – оно показывает, как меняется скорость. Если смотреть так же: при очень маленьком времени это будет изменение нашей «типа постоянной» скорости (тоже может быть близким к нулю, хотя по факту точно не ноль) делить на наше очень маленькое время. То есть получается, что ускорение – скорость изменения скорости. Тоже получается всё тот же несчастный вектор (из-за того, что скорость векторная, а время – число, на которое вектору по барабану, умножат его или разделят). А в чём мерят ускорение, можно даже догадаться. Если скорость (метр в секунду) разделить на время (секунду), получится метр на секунду в квадрате. Звучит странно, но именно в таких единицах и мерят. Хорошо ещё, что не обзывают никак дополнительно. А то в физике местами есть такие загоны – все величины называть именами кого-нибудь. (К счастью, в механике это ещё не так заметно.)

Ладно, отвлеклись. Зачем вообще нужны все эти заумные скорости, ускорения, скорости изменения скорости и ещё чёрт знает чего… А вот зачем. Переменное движение, вообще говоря, может быть либо ускоренным, либо замедленным. Когда едем на той же машине, мы либо потихоньку ускоряемся, либо потихоньку тормозим. И в большинстве случаев это движение бывает равноускоренным или равнозамедленным. Это означает, что ускорение при нём постоянно!

То есть, если посчитать ускорение, то можно размотать клубок в обратном направлении: посчитать скорость в тот момент, который нам нужен, а из неё уже можно получить перемещение за общее время. Больше, как правило, не просят, так что дальше можно расслабиться. Более того, разница между ускоренным и замедленным движением состоит всего лишь в знаке ускорения. Когда ускоряемся – оно положительно (здравый смысл рулит), а когда замедляемся – оно отрицательно. Как это так? Отрицательное ускорение означает, что скорость со временем не увеличивается, а уменьшается. Чтобы узнать, насколько, надо то число, которое стоит после минуса, умножить на то время, за которое тормозим. Например, за две секунды машина равнозамедленно движется с ускорением -4 м/ (с²). Это значит, что за каждые 2 секунды скорость машины снижается на 2.4 = 8 метров в секунду. То есть ехала сначала 30 метров в секунду, через 2 секунды – 22 м/с, ещё через 2 – 14, ещё через 2 – 6, а до следующих двух дойти не успеем – она остановится.

Расстояние тут посчитать посложнее, но всё-таки возможно. Если посчитать, а сколько она метров проехала за эти 6 секунд, получится следующее. Надо умножить начальную скорость на общее время и сложить с этим следующее: ускорение, умноженное на квадрат общего времени, и всё это делённое пополам. Не спрашивайте, почему именно пополам – тут по-простому, без математики, к сожалению, не объяснишь. (А вот почему именно квадрат времени, могу кинуть подсказку: нам надо «метры, делённые на секунду в квадрате» умножить на что-то, чтобы получить метры. Логично, хотя и непривычно, предположить, что это должны быть секунды в квадрате. Это одна из фишек всех формул физики: смотри, чтобы размерность того, что считаешь, сошлась! Потом это ещё увидим.)

В общем, получается такая штука:

30.6 = 180 метров.

К этому надо ещё прибавить ту страшную дробь, а она получится так:

– 4.6²/2 = -2.36 = -72 метра. Именно с минусом, потому что ускорение отрицательное: не забываем, что мы тормозим!

И в итоге получим 180 + (-72) = 108 метров.

То есть, получается, если ты шпаришь на машине со скоростью 30 м/с (это 108 км/ч) и будешь плавно тормозить по 8 м/с (это почти 29 км/ч) в секунду, то значительно замедлишься только почти через 100 метров, а остановишься ещё дальше. (Для любознательных – вредное домашнее задание: посчитать, в какой момент времени наша машина остановится.)

Вкратце и поумнее: скорость переменного движения – это отношение перемещения тела к промежутку времени, за которое оно было совершено, при условии, что промежуток времени бесконечно мал (стремится к нулю). Ускорение – это скорость изменения скорости: отношение изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло – опять-таки, при условии, что промежуток времени бесконечно мал (иначе говоря – стремится к нулю). Это также векторная величина, в общем случае может меняться. Единица измерения – метр на секунду в квадрате (м/с²). Частные случаи переменного движения – равноускоренное и равнозамедленное движение, по характеру отличаются лишь знаком ускорения, по модулю же оно будет постоянно в обоих случаях. Подсчёт скорости (v) при равноускоренном или равнозамедленном движении такой: v = v₀ + a.t, где v₀ – начальная скорость (с которой двигались в начальный момент времени t = 0), a – ускорение, t – время. Перемещение считается следующим образом: s = v₀.t + a.t²/2.

Пони бегает по кругу. Ай, то есть, по окружности

Это всё было прямолинейное движение. То есть: когда беззаботно летим по шоссе, траектория наша является прямой линией, и всё хорошо. Но вот теперь мы въехали в город и едем по круглой площади. Это уже криволинейное движение – траектория не прямая. Если начать умничать, то перемещение здесь получится меньше пути, скорость будет менять своё направление и, более того, направления скорости и ускорения не будут совпадать. То есть если тут что-то надо будет считать – ребята, тушите свет. Если в общем случае…

Но здесь, опять-таки, есть случаи частные. Самый распространённый здесь – равномерное движение по окружности. При нём траектория – окружность, а скорость по модулю не меняется. Всего два уточнения, но от них становится легче. Почему?

Потому, что при этом гораздо проще посчитать путь (это просто длина окружности). Раз. Второе – гораздо проще посмотреть, куда направлено ускорение. Тут оно называется заумным словом «центростремительное» – типа, когда едешь по кругу, невольно стремишься к центру. Как следует из названия, его «стрелочка» направлена к центру окружности. Скорость же при этом направлена по касательной к окружности (едешь-то как будто прямо). Получается, что центростремительное ускорение всегда перпендикулярно скорости. Повёрнуто под 90 градусов по отношению к ней, то бишь.

То есть, по-русски. Когда ты едешь по кругу, то получается, что как будто всё время стремишься к центру: каждый момент поворачиваешь на какой-то маленький уголок, и эти повороты заставляет тебя ехать дальше не «абсолютно прямо», а «чуть криво», чтобы постоянно держать одно и то же расстояние от центра. Тогда, собственно, и получается окружность. Это самое центростремительное ускорение и показывает, насколько сильно меняется направление твоего движения (по-умному – направление вектора скорости).

А считается оно как квадрат скорости, делённый на радиус окружности. Опять бредовая формула? А это потому, что скорость берём линейную (метры в секунду). Если же мысленно смотреть из центра и крутить головой, смотря на едущую по кругу машину, то за какое-то время голова повернётся на какой-то угол. Скорость, с которой она повернётся, будет угловой (радианы в секунду). Вот если через такую скорость считать, то будет… квадрат угловой скорости, умноженный на радиус. Опять не угодил?! Почему квадрат? Да пёс его знает, если честно. Одно из лучших оправданий физиков при вопросах «Почему формула такая бредовая?!» – размерность. Если посчитать размерность по формуле, и она получится равной размерности того, что хотим получить, то в 75% случаев формула правильная. (Число 75% беру с потолка. Кто уже точно рассчитал, что на самом деле не 75, а 76%, – смело кидайте тухлые помидоры.)

 

Смеха ради проверим это предположение про размерность. Если для формулы ускорения взять обычную скорость, то получится: метры в квадрате, делённые на секунду в квадрате, делить на метры. Итого получится – метр на секунду в квадрате – размерность ускорения. Не придерёшься. Если брать угловую, то тут похитрее: радианы в подсчёте размерности считаются безразмерными. (Это одна из причин, почему радианы стали использовать как единицу измерения. Не просто так же брать какую-то непонятную цифирь в 57.3 градуса с потолка.) Поэтому здесь выходит так: метры умножить на обратную секунду в квадрате (1/c²). То есть – опять м/с².

Достаточно всех этих прибамбасов для того, чтобы посчитать, как же наше несчастное тело движется по окружности? Ну, хоть в той же машине? Почти. Остаётся последнее «но». В какое-то время мы проедем один круг и вернёмся в точности в то же положение, с которого начинали. Через такое же время (так как движение равномерное, то оно будет точно таким же) – опять вернёмся, и так до бесконечности. При таком раскладе путь считать становится накладным (может кто-нибудь навскидку сказать, как посчитать длину куска окружности?), а перемещение и вовсе теряет смысл. Чтобы внести ясность, через какое время мы будем в какой точке, придумали ещё одну величину: период. Это минимальное время, за которое мы вернёмся в первоначальное положение (которое было тогда, когда запустили тот самый воображаемый секундомер, и время побежало прочь от нуля). Измеряется в секундах, как обычное время. Но на случай, если период очень маленький, придумали вторую, родственную ему, штуку: частоту. Это число оборотов в единицу времени (читай: секунду). Соответственно, она обратна периоду и измеряется в обратных секундах (1/с). В простонародье… э-э, простите, в физике, это обозначается «Гц». По фамилии учёного Генриха Герца. У той же машины есть прибор под названием тахометр – он показывает количество оборотов в минуту или секунду, которые делает вал внутри двигателя. На них обычно пишут циферки от 1 до 10, но с припиской «умножить на тысячу». То есть количество этих оборотов измеряется тысячами! А что будет, если вместо частоты станет период? Некрасивые цифры в виде 0.005 и тому подобные. Как-то проще, когда имеешь дело с тысячами, а не с тысячными.

Вкратце и поумнее: равномерное движение по окружности – это движение тела с постоянной по модулю скоростью, при этом траекторией движения является окружность. Центростремительное ускорение показывает, как меняется направление вектора скорости, оно всегда направлено к центру. Может быть посчитано как v²/R или ω^2.R (v – линейная скорость, ω – угловая, R – радиус окружности). Угловая скорость – это отношение угла поворота радиуса, на котором находится наша движущаяся точка, ко времени, за которое произошёл этот поворот. Период обращения – минимальное время, за которое тело вернётся в первоначальное положение. Частота – величина, обратная периоду: количество оборотов, совершаемым телом, в единицу времени (секунду). Частота измеряется в герцах (Гц).