1-ДӘРІС. КІРІСПЕ.

1. Физика пәні және оның басқа ғылымдармен байланысы. Физикалық шамалардың өлшемділігі және өлшеу бірліктері.
2. Механиканың мазмұны. Механикадағы моделдер. Кеңістік пен уақыттың қасиеттері.
3. Векторлар және оларға амалдар қолдану.

1.1 Физика пәні және оның басқа ғылымдармен байланысы. Физикалық шамалардың өлшемділігі және өлшеу бірліктері.

Физика-табиғат құбылыстарының қарапайым және жалпы заңдылықтарын, материяның қасиеттері мен құрылымын және оның қозғалыс заңдылықтарын зерттейтін ғылым.

Физика- зат пен өріс қозғалысының жалпы қасиеттері мен заңдылықтарын зерттейтін ғылым (А.Ф. Иоффе).

Материя-бізге тәуелсіз Әлемде өмір сүретін көрінетін және көрінбейтін барлық нәрселер. Материяның өмір сүру формалары: зат және өріс. Материяның ажырамас қасиеті қозғалыс, яғни материяның әр түрлі өзгерісі. Материя қозғалысының формалары әртүрлі: механикалық, электромагниттік, жылулық, және т.б.

Физиканың басқа ғылымдармен байланысы. Физика ғылым ретінде техниканың қажеттіліктерінен өсті. Физика - жаңа салаларды дамыту базасы болып табылады. Кестеде физиканың басқа ғылымдармен байланысы көрсетілген. Сол байланыстың нәтижесінде аралас ғылымдар ашылған.

Физикалық заңдар. Физиканың негізгі зерттеу әдісі тәжірибе болып табылады. Тәжірибе практикада объективті нақтылықты сезімдік-эмперикалық тануға негізделген, яғни зерттелетін құбылысты және оның барысын бірнеше рет қайталап бақылауға мүмкіндік беретін дәл ескерілген жағдайларда бақылау. Эксперименттік фактілерді түсіндіру үшін гипотезалар ұсынылады. Гипотеза - бұл сенімді ғылыми теорияға айналу үшін тәжірибеде тексеруді және теориялық негіздеуді талап ететін қандай да бір құбылысты түсіндіруге ұсынылған ғылыми болжам. Эксперименттік фактілерді жалпылау нәтижесінде сонымен бірге адамдардың іс-әрекеттерінің нәтижесінде физикалық заңдар тағайындалады. Физикалық заң-табиғатта болатын тұрақты қайталанатын объективті заңдылықтар. Физика заңдары физикалық шамалардың арасындағы сандық қатысты тағайындайды. Осындай қатыстарды орындау үшін физикалық шамаларды өлшей алатындай жағдай болу керек. Физикалық шамаларды өлшеу оны бірлік үшін қабылданған сол түрдегі шамамен салыстыру. Физикалық шамалардың бірліктерін қалауымызша таңдауға болады, бірақ бұл кезде оларды салыстырғанда қиындықтар туындайды. Сондықтан барлық физикалық шамаларды қамтитын бірліктер жүйесін енгізген орынды. Мұндай бірліктер жүйесін құру үшін қалауымызша бірнеше бір-біріне тәуелсіз физикалық шамаларға бірліктер таңдау қажет. Бұл негізгі деп қабылданған физикалық шамалардың өлшем бірлігі негізгі бірліктер деп аталады. Туынды бірліктер осы шамаларды негізгілермен байланыстыратын физикалық заңдар негізінде құрылады. Осылай құрылған бірліктер жүйесіне Халықаралық бірліктер жүйесі (СИ) жатады. Халықаралық бірліктер жүйесі (СИ) жеті негізгі бірліктерді және туынды бірліктерді анықтайды.

Негізгі шамалар өзгерген кезде кандай да болсын шаманыц өлшеу бірлігінің өзгерісін көрсететін қатысты осы шаманың өлшемділігі деп атаймыз.

Негізгі шамалардың өлшемділігі

[l]=L; [m] =M; [t]=T

Физикалық шамалардың өлшемділігі мына түрде болады:

Мысалы,

1.2 Механиканың мазмұны. Механикадағы моделдер. Кеңістік пен уақыттың қасиеттері.

Механика – механикалық қозғалыс заңдарын және оның себептерін зерттейтін физиканың бөлімі. Механикалық қозғалыс материя қозғалысының ең қарапайым формасы, яғни дененің басқа бір денемен салыстырғандағы орнын өзгертуі.

Механиканың негізгі есебі- кез келген уақыт мезетіндегі дененің орнын және жылдамдығын (импульсін) табу.

Механиканың түрлері және олардың қарастыратын аймағы кестеде келтірілген.

Механика мынадай бөлімдерден тұрады.

Кинематика – денелер қозғалысын, осы қозғалысты тудыратын себептерінсіз қарастырады.

Динамика – денелер қозғалысының заңдарын, осы қозғалысты тудыратын және өзгертетін себептерімен бірге қарастырады.

Статика – денелер жүйесінің тепе-теңдік заңдарын қарастырады. Егер денелер қозғалысының заңдары белгілі болса, онда олардың көмегімен тепе- теңдік заңдарын тұжырымдауға болады. Сондықтан физикада статика заңдарын динамика заңдарынан бөліп-жарып қарастырмайды.

Нақты есептерге байланысты денелердің қозғалысын сипаттау үшін әртүрлі физикалық модельдер қолданылады. Сондай қарапайым модельдің бірі материалдық нүкте. Материалдық нүкте - қарасытырылып отырған есеп жағдайында мөлшерлерін ескермеуге болатын массасы бар дене. Берілген нақтылы денені материялық нүкте ретінде қарастыруға болатындығы, яғни болмайтындығы жайлы мәселе сол дененің өлшеміне емес, есептің шартына байланысты.

Еркін алынған макроскопиялық денені ойша материалдық нүкте болып табылатын өзара әсерлесетін бөлшектерге бөлуге болады. Онда еркін алынған дененің қозғалысын материалдық нүктелер жүйесінің қозғалысы ретінде қарастыруға келтіріледі. Механикада алдымен материалдық нүкте қозғалысын оқып үйренеді, кейін материалдық жүйелер қозғалысын оқып үйренуге өтеді.

Денелер өзере әсерлескен кезде деформациялануы, яғни өлшемдері мен пішінін өзгертуі мүмкін. Сондықтан механикада абсолют қатты дене деген модель енгізіледі. Абсолют қатты дене- ешбір жағдайлар да деформацияланбайтын дене және барлық жағдайларда да бұл дененің екі нүктесінің ара қашықтығы өзгеріссіз қалады. Абсолют қатты денелердің табиғатта жоқ екендігін есте сақтаған дұрыс. Тек дененің қозғалысы кезінде еформацияның еленбейтін азғантай ролі белгілі бір жағдайларда оны абсолют дене ретінде қарастыруға мүмкіндік береді.

Кез келген қатты дененің қозғалысын ілгерілемелі және айналмалы қозғалыстың комбинациясы сияқты қарастыруға болады. Ілгерілемелі қозғалыс-бұл қозғалыстағы дененің кез келген екі нүстесін қосатын түзудің өзіне параллель болып қалатын қозғалысы. Айналмалы қозғалыс-бұл дененің барлық нүктесі центрі айналу осі деп аталатын түзудің бойында жататын шеңберлер сызатын қозғалысы.

Оқиғаның бәрі әйтеуір бір жерде және кандай да бір мезгілде, басқаша айтқанда, кеңістік пен уақыт ішінде өтеді. Кеңістіктен орын алмай және кеңістіктен тыс өмір сүретін бірде-бір объекті болмайды, болуы да мүмкін емес, яғни кеңістік материямен тығыз байланысты. Механикалық қозғалыс дененің кеңістіктегі орнының уақыт өтуіне байланысты өзгеруін көрсетеді. Кеңістік пен уақыт-іргелі ұғым. Оларады ешқандай басқа ұғым арқылы өрнектеуге болмайды. Кеңістік пен уақыт – өздері де физикалық объекті болып табылады, олардың қасиеті тәжірибеде танылады.

Кеңістік пен уақыттың қасиеттері:

1.3 Векторлар және оларға амалдар қолдану.

Векторларды қосу

1) Үшбұрыш ережесі

және екі вектор берілсін. Осы екі векторды үшбұрыш ережесі бойынша қосайық, ол үшін векторын басы векторының ұшына түйісетіндей етіп параллель көшіреміз. Одан кейін векторының басы мен векторының ұщын қосамыз, ол ол қосынды вектор болып табылады (1.1-сурет).

1.1-сурет.

2) Параллелограмм ережесі

және векторды параллелограм ережесі бойынша қосайық. Ол үшін және векторларын бір нүктеден шығатындай етіп параллель көшіреміз. Сол кезде бұл векторлар парллелограммның екі қабырғасын құрайды. Одан кейін параллелограмның қалған екі қабырғасын саламыз. Паралеллограмда және векторлары түйіскен жерден диоганаль жүргіземіз. Осы жүргізілген диоганаль қорытқы вектор болып табылады (1.2-сурет).

1.2-сурет

3) Көпбұрыш ережесі

Егер векторлардың саны екіден артық болса, онда векторларды қосуда көпбұрыш ережесі қолданылады. Мысалы, , , және векторлары (1.3-сурет) берілген делік, векторларды, алдыңғы векторлардың басы келесі вектордың соңымен қосылатындай етіп, өз-өзіне параллель көшірелік. Осыдан сынық сызық шығады. Қорытқы вектор векторының қосылғыштарының біреуінің басынан ең соңғы -ның ұшына дейін жүргізілген векторы болады. Қорытқы векторы берілген вектор салынатын тізбекке байланысты болмайтынына оңай көз жеткізуге болады. 1.3, б-суретте жағдайы, ал 1.3, в-суретте жағдайы көрсетілген.

а) б) в)

1.3-сурет

3) Векторларды азайту

Векторларды косу ережесінен векторларды азайту ережесін шығарып алуға болады. Мысалы, векторын табу керек болсын. Бұл өрнекті түрінде жазуға болады, яғни векторлардың айырымын табу үшін азайғыш векторға модулі азайткыш векторға тең, бірақ оған карама-карсы бағытталған векторын жоғарыда қарастырған ержелерды қолданып қосу керек (1.4-сурет).

а) б) в)

1.4-сурет

Немесе екі векторды өз өзіне параллель көшіріп, бастары бір нүктеден шығатындай етіп орналастырамыз. Содан соң олардың ұштарын азайтқыштан азайғышқа қарай бағытталған вектормен қосамыз. Міне, осы векторы қорытқы вектор болады (1.5-сурет).

1.5-сурет

4) Векторларды скалярға көбейту (бөлу)

Берілген векторын кез келген скалярға көбейту (бөлу) үшін осы вектордың модулін берілген санға көбейтеміз (бөлеміз): . Қорытқы вектордың бағыты k көбейткішінің (бөлгішінің) таңбасымен анықталады. Егер k оң болса (k > 0), онда векторы векторымен бағыттас, ал k теріс болса (k < 0), векторының бағыты векторының бағытына қарама-қарсы болады (1.6-сурет).

а) б) в) г)

1.6-сурет

5) Векторларды векторға көбейту

а) Скалярлық көбейтінді

мен векторларының көбейтіндісі деп тең санды айтады, мұндағы — мен векторлары арасындағы бұрыш Белгілеулері: () немесе .

б) Векторлық көбейтінді

векторы мен векторының векторлық көбейтіндісі деп келесі шарттарды қанағаттандарытын векторын айтады:

- векторының ұзындығы және векторларының ұзындықтарының және олардың арасындағы бұрышының синусының көбейтіндісіне тең:

- векторы және векторларына перпендикуляр;

- векторының бағыты , , векторлар үштігі оң болатындай бағытталған, оң бұранда ережесі бойынша анықталады (1.7-сурет).

1.7-сурет.

6) Векторлардың осьтегі проекциясы.

Айталық бізге векторы және x, y координата остері берілсін (1.8-сурет). векторының басы мен ұшы арқылы x, y остеріне перпендикуляр түзу жүргізелік. Осы түзулердің x, y остерімен қиылысқан х₁ мен х₂ және у₁ мен у₂ нүктелерінің арасындағы және ось кесінділерінің шамасы х және у остеріндегі векторының проекциясы деп аталады. Вектор проекциясы — скаляр шама.

векторының бағытын (1.8-сурет) бағытын вектор мен координата остерінің оң бағыты арасындағы α немесе β бұрышпен беруге болады.