Термин «физика» берет свои корни в древнегреческом слове «φύσις», что означает «природа», и впервые зазвучал в трудах мудрого Аристотеля (IV в.

до н.э.). На русскую землю слово «физика» принес Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765), явив миру первый российский учебник, рожденный из немецкого перевода.
Физика — краеугольный камень теоретической подготовки бакалавра — проникает в суть самых простых и вместе с тем всеобъемлющих свойств и законов движения вещества и поля, двух ликов единой материи. Эти лики способны к волшебным взаимо transformations. Встреча электрона и позитрона (воплощения вещества) рождает два фотона (сущность электромагнитного поля). И чудо обратного превращения тоже возможно.Физика сплетена неразрывными нитями с другими науками о природе, порождая дивные гибриды: астрофизику, геофизику, биофизику, физическую химию и другие.
Связь физики и техники — это танец двух начал. С одной стороны, физика выросла из потребностей техники (вспомним, как развитие механики у древних греков было вдохновлено строительным и военным делом), и сама техника указывает путь физическим исследованиям (стремление к самым экономичным тепловым двигателям дало мощный толчок термодинамике). С другой стороны, технический прогресс немыслим без развития физики.
Роль физических изысканий в наши дни неуклонно растет. Если термодинамика подарила нам автомобиль, а электромагнетизм — телефон, то нанотехнологии, предмет жарких дискуссий, требуют создания веществ с предопределенной атомной архитектурой, требуя манипулирования отдельными атомами и молекулами — задача, невыполнимая без глубоких знаний физических законов.
Стремительный бег физики, ее все более тесные объятия с техникой подчеркивают исключительную важность курса физики в высшей школе — это фундамент, без которого немыслима успешная подготовка бакалавра.Основной метод исследования в физике — опыт: пристальное наблюдение явлений в строго контролируемых условиях, позволяющее следить за их течением и многократно воспроизводить при повторении тех же условий.
Для объяснения увиденного выдвигаются гипотезы — научные предположения, призванные раскрыть тайны изучаемого явления. Если гипотеза подтверждается в экспериментах, получает теоретическое обоснование, выдерживает испытание временем, она превращается в научную теорию.В результате обобщения экспериментальных данных и векового опыта человечества рождаются физические законы — устойчивые, повторяющиеся, объективные закономерности, правящие в природе. Важнейшие законы устанавливают связь между физическими величинами, требуя от нас умения их измерять.
Измерение физической величины — это акт, совершаемый с помощью измерительных приборов, чтобы найти значение этой величины в принятых единицах.
Единицы физических величин можно выбирать произвольно, но это породит хаос при сравнении. Поэтому необходимо ввести систему единиц, охватывающую все физические величины.
При создании системы единиц выбирают единицы для нескольких независимых друг от друга физических величин, называя их основными. Остальные величины и их единицы выводятся из законов, связывающих их с основными. Эти единицы называются производными.
В настоящее время главенствует Международная Система (СИ), основанная на семи основных единицах: метре, килограмме, секунде, ампере, кельвине, моле, канделе — и двух дополнительных: радиане и стерадиане.
Метр (м) — расстояние, которое свет проходит в вакууме за ничтожную долю секунды: 1/299792458 с.
Килограмм (кг) — масса, равная массе международного прототипа, хранящегося под строгой охраной в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа.
Секунда (с) — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер (А) — сила неизменного тока, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, создает между ними силу, равную 2⋅10−7 Н на каждый метр длины.
Кельвин (К) — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.
Моль (моль) — количество вещества, содержащего столько же структурных элементов, сколько атомов в нуклиде 12C массой 0,012 кг.
Кандела (кд) — сила света в заданном направлении источника, излучающего монохроматический свет частотой 540⋅1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Радиан (рад) — угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.
Стерадиан (ср) — телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
Движение, в философском понимании, отражает любые изменения. Простейшая форма движения — механическое движение — изменение положения тел или их частей в пространстве относительно других тел с течением времени. Это простейшая и наиболее изученная форма движения в природе и технике (движение небесных тел, транспорта, вращение деталей в механизмах, падение тел и т.д.). Изучением этого движения занимается механика.Механика — раздел физики, изучающий закономерности механического движения и причины, его вызывающие или изменяющие. Термин «механика» ввел Аристотель (IV в. до н.э.), но развитие механики как науки началось в III в. до н. э., когда Архимед сформулировал закон равновесия рычага и законы равновесия плавающих тел.
Основные законы механики установлены Галилео Галилеем (1564—1642) и окончательно сформулированы Исааком Ньютоном (1643—1727).
Механика делится на:
– классическую (механику Галилея—Ньютона), изучающую движение макроскопических тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света в вакууме;
– релятивистскую (основанную на специальной теории относительности Альберта Эйнштейна), рассматривающую движение тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света в вакууме;
– квантовую, изучающую особенности движения частиц в микромире.
Уравнения релятивистской механики при малых скоростях переходят в уравнения классической механики, а уравнения квантовой механики при больших массах также переходят в уравнения классической механики.
Это указывает на ограниченность применимости классической механики — механики тел больших масс, движущихся с малыми скоростями.
Классическая механика включает:
– кинематику (изучающую движение тел, не рассматривая причины);
– динамику (изучающую законы движения тел, которые вызывают или изменяют это движение);
– статику (изучающую законы равновесия системы тел).
Если известны законы движения тел, то можно установить и законы равновесия.
Любое физическое тело занимает область пространства, имеет размеры и форму. При рассмотрении ряда задач размеры и форма тела не имеют значения. Поэтому в механике для описания движения тел используются физические модели, в частности материальная точка и абсолютно твердое тело.
Материальная точка — тело, размерами и формой которого в условиях данной задачи можно пренебречь, т. е. тело рассматривается как точка, обладающая массой.
Понятие материальной точки — абстракция, облегчающая решение практических задач. Например, изучая движение планет вокруг Солнца, можно принять их за материальные точки, поскольку линейные размеры планет гораздо меньше размеров их орбит.
Произвольное макроскопическое тело или систему тел можно разбить на взаимодействующие между собой части, каждая из которых рассматривается как материальная точка. Тогда изучение движения системы тел сводится к изучению системы материальных точек.
При рассмотрении многих физических задач вводят понятие абсолютно твердого тела — тела, которое не может деформироваться, и расстояние между двумя точками которого остается постоянным.
Это абстракция, позволяющая отвлечься от малых деформаций реальных твердых тел при их взаимодействии с другими телами.
Любое движение тела является относительным, поэтому положение тела в пространстве следует рассматривать по отношению к другому телу. Поэтому вводят тело отсчета — произвольно выбранное тело, относительно которого определяют положение других тел.
С телом отсчета связывают систему отсчета — совокупность системы координат и часов, жестко связанных с телом отсчета, по отношению к которому определяется положение тела в различные моменты времени.[16.11, 12:18] Rada Rada: Существуют инерциальные системы отсчета, относительно которых тела, не подверженные воздействию, сохраняют постоянную скорость. Гелиоцентрическая система отсчета и системы, движущиеся равномерно и прямолинейно относительно нее, являются инерциальными. Земная система отсчета приближенно инерциальна.
Инерция – стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Первый закон Ньютона (закон инерции) утверждает, что тело (материальная точка) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока внешние воздействия не изменят его.
Инерциальные системы отсчета – это такие системы, в которых свободная материальная точка покоится или движется равномерно и прямолинейно. Первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчета.
Сила. Масса и импульс тела:
Масса системы - сумма масс материальных точек.
Импульс точки - произведение массы на скорость (p = mv).
Импульс системы - сумма импульсов всех точек.
Второй закон Ньютона:
Ускорение тела пропорционально силе и обратно пропорционально массе (a = F/m).
Сила равна скорости изменения импульса (F = dp/dt).
Если сумма сил равна нулю, то тело движется равномерно и прямолинейно.
Третий закон Ньютона:
Силы взаимодействия между телами равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки (F12 = -F21).
Действует только в инерциальных системах отсчета.
Принцип относительности Галилея:
Преобразования Галилея описывают переход между инерциальными системами отсчета (x' = x - ut, y' = y, z' = z, t' = t).
Ускорение инвариантно (a = a').
Уравнения механики Ньютона инвариантны относительно преобразований Галилея.
Закон сохранения импульса:
Изменение импульса системы равно сумме внешних сил (dp/dt = F).
Импульс замкнутой системы сохраняется (p = const).
Центр масс системы движется как материальная точка с массой всей системы под действием суммы внешних сил.
Силы в механике:
Сила упругости возникает при упругой деформации, противодействует деформации.