BSc: GeneralPhysics I

Название дисциплины

Квалификация выпускника: бакалавр/магистр

Направление подготовки: __________________

Направленность (профиль) образовательной программы: (Указывается направленность (профиль) образовательной программы

Программу разработал(а): Клименок К. Л.

1. Краткая характеристика дисциплины

Изучение дисциплины обеспечивает формирование и развитие компетенций обучающихся в области общей физики, их применение для решения различных прикладных задач в рамках профессиональной деятельности. В ходе освоения дисциплины обучающиеся рассматривают основные закон классической механики, термодинимики и статистической физики, а также их применениее для описания моделей окружающего мира.

2. Перечень планируемых результатов обучения

Целью освоения дисциплины является освоение студентами базовых знаний в области классической механики и термодинамики изучения дальнейших разделов физики

Задачами дисциплины являются:

• формирование у обучающихся базовых знаний в области классической механики и термодинамики;
• формирование умений и навыков применять изученные теоретические законы и математические инструменты для решения различных физических задач;
• формирование общефизической культуры: умения выделять существенные физические явления и пренебрегать несущественными; умения проводить оценки физических величин; умения строить простейшие теоретические модели, описывающие физические процессы.

Общая характеристика результата обучения по дисциплине

Знания: сформированы систематические знания:

• Сформированы систематические знания о законах классической механики, включая законы Ньютона, закон всемирного тяготения, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса, а также основные принципы механики жидкости и газа.
• Понимание основ термодинамики, включая первый и второй законы термодинамики, понятие внутренней энергии, энтропии, термодинамические циклы и основы статистической механики.
• Знакомство с математическими методами физики, используемыми для решения задач классической механики и термодинамики, включая дифференциальное и интегральное исчисление, векторный анализ и методы численного анализа.

Умения: сформированы умения:

• Сформированы умения применять законы классической механики и термодинамики для решения физических задач, включая задачи на движение тел под действием сил, равновесие твердых тел, а также расчеты тепловых процессов, энергетических циклов и явлений переноса.
• Развитие навыков математического моделирования физических процессов, что предполагает способность к абстрактному мышлению, формулировке и решению задач с использованием математических инструментов.
• Умение анализировать физические эксперименты и интерпретировать результаты, что включает в себя планирование экспериментов, сбор и анализ данных, а также использование компьютерных технологий для обработки результатов.

Навыки (владения): сформировано владение навыками:

• Владение навыками работы с физическим оборудованием и измерительными приборами, позволяющими проводить эксперименты в области классической механики и термодинамики.
• Развитие умения автоматизировать процессы сбора и анализа данных с помощью программного обеспечения, такого как MATLAB, Python (с библиотеками NumPy, SciPy) или других специализированных инструментов.
• Формирование навыков критического мышления и самостоятельного научного исследования, способствующее развитию инновационного подхода к решению задач и способности к самообразованию в области физики и смежных дисциплин.

3. Структура и содержание дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание дисциплины по темам
1.	Общие сведения о физике	Предмет физики. Физические величины, единицы измерений СИ и СГС, внесистемные единицы.
2.	Кинематика и динамика материальной точки	Системы отсчёта и системы координат Радиус-вектор, линейные и угловые скорости и ускорения. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения. Описание движения вдоль плоской кривой. Радиус кривизны траектории. Задание состояния частицы в классической механике. Основная задача динамики. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона. Импульс и сила. Второй закон Ньютона. Уравнение движения частицы, роль начальных условий. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса.
3.	Работа и энергия	Работа силы. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы. Понятие силового поля. Потенциальная энергия, потенциал поля. Кинетическая энергия частицы. Закон сохранения энергии в механике. Общефизический закон сохранения энергии. Динамика системы частиц. Центр инерции (центр масс). Закон движения центра инерции. Система центра инерции. Преобразование энергии при смене системы отсчёта. Теорема Кёнига. Задача двух тел, приведённая масса. Анализ столкновения двух частиц для абсолютно упругого и неупругого ударов.
4.	Момент импульса материальной точки. Закон всемирного тяготения	Момент импульса материальной точки. Связь момента импульса материальной точки с секториальной скоростью. Момент импульса системы материальных точек. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса. Движение тел в центральном поле. Закон всемирного тяготения. Потенциальная энергия в гравитационном поле. Законы Кеплера. Классификация траекторий в поле центральных гравитационных сил, финитные и инфинитные движения. Критерий финитного движения. Первая и вторая космические скорости. Связь параметров орбиты планеты с полной энергией и моментом импульса планеты
5.	Статика и динамика твердого тела	Вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Вычисление моментов инерции твёрдых тел. Теорема Гюйгенса–Штейнера. Уравнение моментов при вращении вокруг неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинематика твёрдого тела. Теорема Эйлера. Мгновенная ось вращения. Независимость угловой скорости вращения твёрдого тела от положения оси, к которой отнесено вращение. Условие равновесия твёрдого тела. Плоское движение твёрдого тела. Качение, скатывание тел с наклонной плоскости. Общее вращение твёрдого тела. Понятие о тензоре инерции и эллипсоиде инерции. Центробежные моменты инерции. Главные оси инерции. Регулярная прецессия свободного вращающегося симметричного волчка. Гироскопы. Движение свободного гироскопа. Уравнение движения гироскопа под действием сил (приближённая теория). Применения гироскопов.
6.	Механические колебания и волны	Гармонические колебания материальной точки. Пружинный и математический маятники. Частота, круговая частота и период колебаний. Роль начальных условий. Энергия колебаний, связь средней кинетической и средней потенциальной энергий гармонического осциллятора. Механические колебания твёрдых тел. Физический маятник. Приведённая длина, центр качания. Теорема Гюйгенса о физическом маятнике.
7.	Элементы теории упругости и гидродинамики	Упругие и пластические деформации. Растяжение и сжатие стержней. Коэффициент упругости, модуль Юнга, коэффициент Пуассона. Жидкость и газ в состоянии равновесия. Условие равновесия во внешнем поле сил. Идеальная жидкость. Кинематическое описание движения жидкости. Линии тока, стационарное течение идеальной жидкости и газа. Уравнение Бернулли. Формула Торричелли. Вязкость. Стационарное течение вязкой жидкости по прямолинейной трубе. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течения.
8.	Основные понятия молекулярной физики	Основные понятия молекулярной физики и термодинамики. Макроскопические и микроскопические параметры. Уравнения состояния. Идеальный и неидеальный газы. Давление идеального газа как функция кинетической энергии молекул. Соотношение между температурой идеального газа и кинетической энергией его молекул. Термодинамическая система. Термодинамические параметры. Нулевое начало термодинамики. Определение температуры идеального газа. Равновесное и неравновесное состояния. Квазистатические, обратимые и необратимые термодинамические процессы.
9.	Термодинамические процессы. Первое начало термодинамики	Работа, теплота, внутренняя энергия. Функции состояния. Термическое и калорическое уравнения состояния. Первое начало термодинамики. Циклические процессы. Работа при циклическом процессе.
10.	Второе начало термодинамики. Энтропия	Формулировки второго начала. Тепловая машина. Определение КПД тепловой машины. Цикл Карно. Теорема Карно. Неравенство Клаузиуса. Максимальность КПД цикла Карно по сравнению с другими термодинамическими циклами.
11.	Фазовые переходы. Реальные газы.	Фазовые переходы I и II рода. Химический потенциал. Условие равновесия фаз. Кривая фазового равновесия. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса. Диаграмма состояния двухфазной системы «жидкость–пар». Зависимость теплоты фазового перехода от температуры. Критическая точка. Тройная точка. Диаграмма состояния «лёд–вода–пар». Метастабильные состояния. Перегретая жидкость и переохлаждённый пар. Газ Ван-дер-Ваальса как модель реального газа. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Области разных фаз.
12.	Элементы теории вероятностей. Основы статистической физики.	Распределение Максвелла. Распределение частиц по компонентам скорости и абсолютным значениям скорости. Распределение Больцмана в однородном поле сил. Барометрическая формула. Статистическое определение энтропии. Аддитивность энтропии. Закон возрастания энтропии. Статистическая температура.
13.	Элементы физической кинетики	Столкновения. Эффективное газокинетическое сечение. Длина свободного пробега. Распределение молекул по длинам свободного пробега. Число столкновений молекул между собой. Явления переноса: вязкость, теплопроводность и диффузия. Законы Фикаи Фурье. Коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии в газах. Подвижность. Закон Эйнштейна–Смолуховского. Связь подвижности частицы и коэффициента диффузии.

4. Методические и оценочные материалы

Задания для практических занятий:

№ п/п	Наименование раздела дисциплины (модуля)	Перечень рассматриваемых тем (вопросов)
1.	Общие сведения о физике
2.	Кинематика и динамика материальной точки
3.	Работа и энергия
4.	Момент импульса материальной точки. Закон всемирного тяготения
5.	Статика и динамика твердого тела
6.	Механические колебания и волны
7.	Элементы теории упругости и гидродинамики
8.	Основные понятия молекулярной физики
9.	Термодинамические процессы. Первое начало термодинамики
10.	Второе начало термодинамики. Энтропия
11.	Фазовые переходы. Реальные газы.
12.	Элементы теории вероятностей. Основы статистической физики.
13.	Элементы физической кинетики

Текущий контроль успеваемости обучающихся по дисциплине:

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Форма текущего контроля	Материалы текущего контроля
1.	Общие сведения о физике	Устный / письменный опрос	1. Основы и предмет физики • Что такое физика и почему она важна для изучения мира вокруг нас. • Какие основные разделы и подразделы физики существуют. • Роль физики в развитии науки и технологий. 2. Физические величины • Что такое физические величины и как они классифицируются. • Примеры основных физических величин и их значений. • Различие между скалярными и векторными величинами. 3. Единицы измерений в физике • История и развитие систем единиц измерения. • Основные единицы системы СИ (Международная система единиц) и их определения. • Сравнение системы СИ и СГС (Система Гаусса), преимущества и недостатки каждой системы. • Примеры внесистемных единиц, их использование и важность. 4. Перевод единиц измерения • Методы и правила перевода физических величин между различными системами единиц. • Практические примеры перевода единиц измерения. 5. Практическое применение знаний о физических величинах и единицах измерения • Важность точности и стандартизации в научных исследованиях. • Роль физических величин и единиц измерения в инженерии и технологиях. • Примеры использования знаний о физических величинах и единицах измерения в повседневной жизни и профессиональной деятельности.
2.	Кинематика и динамика материальной точки	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос	1. Системы отсчёта и системы координат • Что такое система отсчёта в физике и зачем она нужна. • Основные типы систем координат: декартова, полярная, цилиндрическая и сферическая. 2. Радиус-вектор и его применение • Определение радиус-вектора и его роль в описании положения тела в пространстве. • Различие между вектором перемещения и радиус-вектором. 3. Линейные и угловые скорости • Определение и различия между линейной и угловой скоростями. • Связь угловой скорости с линейной скоростью на примере кругового движения. 4. Линейные и угловые ускорения • Определение линейного и углового ускорений. • Взаимосвязь между угловым и линейным ускорениями. 5. Нормальное и тангенциальное ускорения • Определение и физический смысл нормального (центростремительного) и тангенциального ускорений. • Применение понятий нормального и тангенциального ускорений для анализа движения по криволинейной траектории. 6. Полное ускорение • Определение полного ускорения и его вычисление. • Связь полного ускорения с нормальным и тангенциальным ускорениями. 7. Описание движения вдоль плоской кривой и радиус кривизны траектории • Методы описания движения вдоль плоской кривой. • Определение и методы вычисления радиуса кривизны траектории. 8. Задание состояния частицы в классической механике и основная задача динамики • Параметры, определяющие состояние частицы в классической механике. • Формулировка основной задачи динамики. 9. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта • Определение инерциальных и неинерциальных систем отсчёта. • Примеры и особенности динамики в неинерциальных системах отсчёта. 10. Законы Ньютона • Первый закон Ньютона и понятие инерции. • Второй закон Ньютона и его значение для уравнения движения частицы. • Третий закон Ньютона и взаимодействие тел. • Примеры применения законов Ньютона. 11. Закон сохранения импульса • Формулировка и условия применения закона сохранения импульса. • Примеры задач на закон сохранения импульса.
3.	Работа и энергия	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос	1. Работа силы • Определение работы силы и условия, при которых работа совершается. • Расчёт работы для различных типов сил. 2. Мощность • Определение мощности и единицы её измерения. • Связь между работой и мощностью. 3. Консервативные и неконсервативные силы • Чем отличаются консервативные силы от неконсервативных. • Примеры консервативных и неконсервативных сил. 4. Понятие силового поля. Потенциальная энергия • Определение силового поля и потенциальной энергии. • Связь между потенциальной энергией и консервативными силами. 5. Потенциал поля • Определение и физический смысл потенциала поля. • Различие между потенциальной энергией и потенциалом. 6. Кинетическая энергия частицы • Определение и вычисление кинетической энергии. • Зависимость кинетической энергии от скорости частицы. 7. Закон сохранения энергии в механике • Формулировка закона сохранения механической энергии. • Примеры применения закона сохранения энергии. 8. Общефизический закон сохранения энергии • Расширение понятия энергии за пределы механики. • Примеры общефизического закона сохранения энергии. 9. Динамика системы частиц • Основные понятия и подходы к описанию движения системы частиц. • Взаимодействие частиц внутри системы. 10. Центр инерции (центр масс) • Определение и методы нахождения центра инерции системы. • Значение центра инерции для описания движения системы частиц. 11. Закон движения центра инерции • Формулировка и следствия закона движения центра инерции. 12. Система центра инерции • Особенности описания движения системы относительно центра инерции. • Преобразование энергии при смене системы отсчёта • Влияние смены системы отсчёта на виды энергии. 13. Теорема Кёнига • Формулировка и применение теоремы Кёнига для анализа энергии системы. 14. Задача двух тел, приведённая масса • Понятие приведённой массы и её роль в задаче двух тел. 15. Анализ столкновения двух частиц • Критерии абсолютно упругого и неупругого ударов. Законы сохранения при столкновениях.
4.	Момент импульса материальной точки. Закон всемирного тяготения	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос	1. Момент импульса материальной точки: • Определение и расчет момента импульса для материальной точки. • Связь момента импульса с секториальной скоростью. 2. Момент импульса системы материальных точек: • Расчет момента импульса для системы материальных точек. • Отличия момента импульса системы точек от одиночной точки. 3. Момент силы. Уравнение моментов: • Понятие момента силы и его влияние на движение тел. • Применение уравнения моментов в динамике. 4. Закон сохранения момента импульса: • Формулировка и применение закона сохранения момента импульса. • Условия и системы, для которых применим закон. 5. Движение тел в центральном поле: • Описание движения тел в центральном гравитационном поле. • Особенности движения в таком поле. 6. Закон всемирного тяготения. Потенциальная энергия в гравитационном поле: • Формулировка закона всемирного тяготения. • Определение потенциальной энергии в гравитационном поле. 7. Законы Кеплера: • Основные положения законов Кеплера и их применение для описания орбитального движения. 8. Классификация траекторий в поле центральных гравитационных сил: • Типы траекторий в гравитационном поле и критерий финитного движения. 9. Первая и вторая космические скорости: • Описание первой и второй космических скоростей и их связь с условиями запуска космических аппаратов. 10. Связь параметров орбиты планеты с полной энергией и моментом импульса: • Зависимость параметров орбиты планеты от ее полной энергии и момента импульса. • Использование этой связи для изучения движения небесных тел.
5.	Статика и динамика твердого тела	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси: • Основные принципы вращения твёрдого тела вокруг неподвижной оси. • Введение в момент инерции и его влияние на вращение. 2. Вычисление моментов инерции твёрдых тел: • Методы вычисления моментов инерции для различных тел. • Применение теоремы Гюйгенса–Штейнера для расчета момента инерции. 3. Уравнение моментов при вращении вокруг неподвижной оси: • Формулировка и применение уравнения моментов для анализа вращения. 4. Кинетическая энергия вращающегося тела: • Расчет кинетической энергии тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. 5. Кинематика твёрдого тела. Теорема Эйлера: • Основы кинематики твёрдого тела и применение теоремы Эйлера. 6. Мгновенная ось вращения: • Определение и свойства мгновенной оси вращения твёрдого тела. 7. Угловая скорость вращения твёрдого тела: • Независимость угловой скорости от положения оси вращения. 8. Условие равновесия твёрдого тела: • Формулировка условий равновесия для твёрдого тела. 9. Плоское движение твёрдого тела: • Концепции качения и скатывания тел с наклонной плоскости. 10. Общее вращение твёрдого тела: • Введение в тензор инерции и эллипсоид инерции. • Определение и роль центробежных моментов инерции и главных осей инерции. 11. Гироскопы: • Описание явления регулярной прецессии и его применения в гироскопах. 12. Движение свободного гироскопа: • Анализ движения и уравнение движения гироскопа под действием внешних сил.
6	Механические колебания и волны	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Гармонические колебания материальной точки: • Основы гармонических колебаний и их характеристики (амплитуда, период, частота). • Введение в понятия частоты, круговой частоты и периода колебаний. 2. Пружинный и математический маятники: • Сравнение пружинного и математического маятников и их характеристик. • Формулы для расчета периода колебаний для обоих типов маятников. 3. Роль начальных условий в колебаниях: • Влияние начальных условий на поведение колебательной системы. • Примеры влияния начальных условий на амплитуду и фазу колебаний. 4. Энергия колебаний и связь средних энергий в гармоническом осцилляторе: • Описание энергетических процессов в гармоническом осцилляторе. • Связь между средней кинетической и средней потенциальной энергиями. 5. Механические колебания твёрдых тел: • Основы механических колебаний твёрдых тел и их особенности. 6. Физический маятник: • Определение физического маятника и ключевые параметры, влияющие на его колебания. • Приведённая длина и центр качания физического маятника. 7. Теорема Гюйгенса о физическом маятнике: • Формулировка и значение теоремы Гюйгенса для анализа колебаний физического маятника.
7	Элементы теории упругости и гидродинамики	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос	1. Упругие и пластические деформации: • Различие между упругими и пластическими деформациями. • Понятие растяжения и сжатия стержней. 2. Коэффициент упругости, модуль Юнга, коэффициент Пуассона: • Введение в коэффициент упругости и его значение. • Значение модуля Юнга и коэффициента Пуассона для материалов. 3. Жидкость и газ в состоянии равновесия: • Основы равновесия жидкостей и газов. • Условие равновесия во внешнем поле сил. 4. Идеальная жидкость и кинематическое описание движения: • Определение идеальной жидкости. • Кинематическое описание движения жидкости, включая линии тока и стационарное течение. 5. Уравнение Бернулли и формула Торричелли: • Применение уравнения Бернулли к идеальной жидкости. • Объяснение и применение формулы Торричелли. 6. Вязкость и течение вязкой жидкости: • Определение вязкости и её влияние на течение жидкости. • Стационарное течение вязкой жидкости по прямолинейной трубе и формула Пуазейля. 7. Ламинарное и турбулентное течение: • Различие между ламинарным и турбулентным течением.
8	Основные понятия молекулярной физики	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Основные понятия молекулярной физики и термодинамики: • Предметы исследования термодинамики. Невозможность использования моделей классической механики для молекулярных систем. 2. Макроскопические и микроскопические параметры: • Определение макроскопических и микроскопических параметров. 3. Уравнения состояния: • Определение уравнения состояния 4. Идеальный и неидеальный газы: • Описание модели идеального газа и ее отличие от реальных газов. 5. Давление идеального газа как функция кинетической энергии молекул: • Формула связи давления и кинетической энергии молекул идеального газа 6. Соотношение между температурой идеального газа и кинетической энергией его молекул: • Связь температуры идеального газа с кинетической энергией молекул. 7. Термодинамическая система и термодинамические параметры: • Определение термодинамической системы и описание основных термодинамических параметров. 8. Нулевое начало термодинамики и определение температуры: • Формулировка нулевого начала термодинамики и его роль в определении температуры идеального газа. 9. Равновесные и неравновесные состояния: • Различие между равновесными и неравновесными состояниями в термодинамике. 10. Квазистатические, обратимые и необратимые термодинамические процессы: • Описание квазистатических, обратимых и необратимых процессов в термодинамике
9	Термодинамические процессы. Первое начало термодинамики	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Работа, теплота, внутренняя энергия: • Определения и физический смысл работы, теплоты и внутренней энергии в контексте термодинамики. 2. Функции состояния: • Что такое функции состояния и какие величины к ним относятся. 3. Термическое и калорическое уравнения состояния: • Описание термических и калорических уравнений состояния и их роль в описании термодинамических систем. 4. Первое начало термодинамики: • Формулировка первого начала термодинамики и его значение для энергетических преобразований. 5. Циклические процессы: • Характеристика циклических процессов и их особенности в термодинамических системах. 6. Работа при циклическом процессе: • Как определяется работа, совершаемая в циклическом процессе, и ее влияние на эффективность термодинамической системы.
10	Второе начало термодинамики. Энтропия	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Формулировки второго начала термодинамики: • Различные формулировки второго начала термодинамики и их физический смысл 2. Тепловая машина: • Понятие тепловая машина и как она работает в контексте термодинамики 3. Определение КПД тепловой машины: • Определяется коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины и методы его расчета 4. Цикл Карно: • Структура цикла Карно и каковы его основные характеристики 5. Теорема Карно: • Каково содержание теоремы Карно и ее значение для термодинамики 6. Неравенство Клаузиуса: • Формулировка неравенства Клаузиуса и как оно связано с вторым началом термодинамики 7. Максимальность КПД цикла Карно по сравнению с другими термодинамическими циклами: • Почему КПД цикла Карно считается максимальным по сравнению с КПД других термодинамических циклов?
11	Фазовые переходы. Реальные газы.	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Фазовые переходы I и II рода: • Особенности фазовых переходов первого и второго рода и в чем их главные отличия 2. Химический потенциал: • Определние химический потенциал и его роль в условиях равновесия фаз 3. Условие равновесия фаз: • Формулировка условия равновесия фаз в многокомпонентных системах 4. Кривая фазового равновесия: • Физический смысл кривой фазового равновесия и ее построение 5. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса: • Формулировка и смысл уравнения Клапейрона–Клаузиуса 6. Диаграмма состояния двухфазной системы «жидкость–пар»: • Интерпретация диаграммы состояния двухфазной системы «жидкость–пар» 7. Критическая точка и тройная точка: • Определение критической и тройной точки на фазовой диаграмме 8. Диаграмма состояния «лёд–вода–пар»: • Особенности диаграммы состояния «лёд–вода–пар» 9. Метастабильные состояния: перегретая жидкость и переохлаждённый пар: • Определение метастабильных состоянии и их характеристики 10. Газ Ван-дер-Ваальса как модель реального газа: • Особенности модели газа Ван-дер-Ваальса и ее описание для поведения реальных газов 11. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса: • Особенности изотерм газа Ван-дер-Ваальса и ее структура
12	Элементы теории вероятностей. Основы статистической физики.	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Распределение Максвелла: • Как описывает распределение Максвелла скорости частиц в идеальном газе? 2. Распределение частиц по компонентам скорости и абсолютным значениям скорости: • В чем различие между распределением частиц по компонентам скорости и по абсолютным значениям скорости? 3. Распределение Больцмана в однородном поле сил: • Как распределение Больцмана описывает поведение частиц в однородном поле сил? 4. Барометрическая формула: • Как барометрическая формула связывает плотность газа с высотой в условиях земной атмосферы? 5. Статистическое определение энтропии: • Как статистическая физика определяет энтропию и что она показывает о системе? 6. Аддитивность энтропии: • Что означает аддитивность энтропии и как это свойство используется в термодинамике? 7. Закон возрастания энтропии: • Как формулируется закон возрастания энтропии и каковы его последствия для замкнутых систем? 8. Статистическая температура: • Как статистическая физика определяет температуру и как она связана с энтропией?
13	Элементы физической кинетики	Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос;	1. Столкновения и газокинетическое сечение: • Как определяется эффективное газокинетическое сечение в контексте столкновений молекул? 2. Длина свободного пробега: • Что такое длина свободного пробега и как она связана с условиями среды? 3. Распределение молекул по длинам свободного пробега: • Как распределены молекулы газа по длинам свободного пробега? 4. Число столкновений молекул: • Как рассчитывается число столкновений молекул между собой в единицу времени? 5. Явления переноса: • Какие основные явления переноса известны в физике и как они описываются? 6. Законы Фика и Фурье: • Как формулируются законы Фика и Фурье для описания диффузии и теплопроводности? 7. Коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии: • Как определяются коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии в газах? 8. Подвижность частиц: • Что такое подвижность частиц и как она связана с их транспортными свойствами? 9. Закон Эйнштейна-Смолуховского: • Как закон Эйнштейна-Смолуховского связывает подвижность частицы с коэффициентом диффузии?

Контрольные вопросы для подготовки к промежуточной аттестации:

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Вопросы
1.	Общие сведения о физике	• Что такое физика и почему она важна для изучения мира вокруг нас. • Какие основные разделы и подразделы физики существуют. • Роль физики в развитии науки и технологий. • Что такое физические величины и как они классифицируются. • Примеры основных физических величин и их значений. • Различие между скалярными и векторными величинами. • История и развитие систем единиц измерения. • Основные единицы системы СИ (Международная система единиц) и их определения. • Сравнение системы СИ и СГС (Система Гаусса), преимущества и недостатки каждой системы. • Примеры внесистемных единиц, их использование и важность. • Методы и правила перевода физических величин между различными системами единиц. • Практические примеры перевода единиц измерения. • Важность точности и стандартизации в научных исследованиях. • Роль физических величин и единиц измерения в инженерии и технологиях. • Примеры использования знаний о физических величинах и единицах измерения в повседневной жизни и профессиональной деятельности.
2.	Кинематика и динамика материальной точки	• Что такое система отсчёта в физике и зачем она нужна. • Основные типы систем координат: декартова, полярная, цилиндрическая и сферическая. • Определение радиус-вектора и его роль в описании положения тела в пространстве. • Различие между вектором перемещения и радиус-вектором. • Определение и различия между линейной и угловой скоростями. • Связь угловой скорости с линейной скоростью на примере кругового движения. • Определение линейного и углового ускорений. • Взаимосвязь между угловым и линейным ускорениями. • Определение и физический смысл нормального (центростремительного) и тангенциального ускорений. • Применение понятий нормального и тангенциального ускорений для анализа движения по криволинейной траектории. • Определение полного ускорения и его вычисление. • Связь полного ускорения с нормальным и тангенциальным ускорениями. • Методы описания движения вдоль плоской кривой. • Определение и методы вычисления радиуса кривизны траектории. • Параметры, определяющие состояние частицы в классической механике. • Формулировка основной задачи динамики. • Определение инерциальных и неинерциальных систем отсчёта. • Примеры и особенности динамики в неинерциальных системах отсчёта. • Первый закон Ньютона и понятие инерции. • Второй закон Ньютона и его значение для уравнения движения частицы. • Третий закон Ньютона и взаимодействие тел. • Примеры применения законов Ньютона. • Формулировка и условия применения закона сохранения импульса. • Примеры задач на закон сохранения импульса.
3.	Работа и энергия	• Определение работы силы и условия, при которых работа совершается. • Расчёт работы для различных типов сил. • Определение мощности и единицы её измерения. • Связь между работой и мощностью. • Чем отличаются консервативные силы от неконсервативных. • Примеры консервативных и неконсервативных сил. • Определение силового поля и потенциальной энергии. • Связь между потенциальной энергией и консервативными силами. • Определение и физический смысл потенциала поля. • Различие между потенциальной энергией и потенциалом. • Определение и вычисление кинетической энергии. • Зависимость кинетической энергии от скорости частицы. • Формулировка закона сохранения механической энергии. • Примеры применения закона сохранения энергии. • Расширение понятия энергии за пределы механики. • Примеры общефизического закона сохранения энергии. • Основные понятия и подходы к описанию движения системы частиц. • Взаимодействие частиц внутри системы. • Определение и методы нахождения центра инерции системы. • Значение центра инерции для описания движения системы частиц. • Формулировка и следствия закона движения центра инерции. • Особенности описания движения системы относительно центра инерции. • Преобразование энергии при смене системы отсчёта • Влияние смены системы отсчёта на виды энергии. • Формулировка и применение теоремы Кёнига для анализа энергии системы. • Понятие приведённой массы и её роль в задаче двух тел. • Критерии абсолютно упругого и неупругого ударов. • Законы сохранения при столкновениях.
4.	Момент импульса материальной точки. Закон всемирного тяготения	• Определение и расчет момента импульса для материальной точки. • Связь момента импульса с секториальной скоростью. • Расчет момента импульса для системы материальных точек. • Отличия момента импульса системы точек от одиночной точки. • Понятие момента силы и его влияние на движение тел. • Применение уравнения моментов в динамике. • Формулировка и применение закона сохранения момента импульса. • Условия и системы, для которых применим закон. • Описание движения тел в центральном гравитационном поле. • Особенности движения в таком поле. • Формулировка закона всемирного тяготения. • Определение потенциальной энергии в гравитационном поле. • Основные положения законов Кеплера и их применение для описания орбитального движения. • Типы траекторий в гравитационном поле и критерий финитного движения. • Описание первой и второй космических скоростей и их связь с условиями запуска космических аппаратов. • Зависимость параметров орбиты планеты от ее полной энергии и момента импульса. • Использование этой связи для изучения движения небесных тел.
5.	Статика и динамика твердого тела	• Основные принципы вращения твёрдого тела вокруг неподвижной оси. • Введение в момент инерции и его влияние на вращение. • Методы вычисления моментов инерции для различных тел. • Применение теоремы Гюйгенса–Штейнера для расчета момента инерции. • Формулировка и применение уравнения моментов для анализа вращения. • Расчет кинетической энергии тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. • Основы кинематики твёрдого тела и применение теоремы Эйлера. • Определение и свойства мгновенной оси вращения твёрдого тела. • Независимость угловой скорости от положения оси вращения. • Формулировка условий равновесия для твёрдого тела. • Концепции качения и скатывания тел с наклонной плоскости. • Введение в тензор инерции и эллипсоид инерции. • Определение и роль центробежных моментов инерции и главных осей инерции. • Описание явления регулярной прецессии и его применения в гироскопах. • Анализ движения и уравнение движения гироскопа под действием внешних сил.
6.	Механические колебания и волны	• Основы гармонических колебаний и их характеристики (амплитуда, период, частота). • Введение в понятия частоты, круговой частоты и периода колебаний. • Сравнение пружинного и математического маятников и их характеристик. • Формулы для расчета периода колебаний для обоих типов маятников. • Влияние начальных условий на поведение колебательной системы. • Примеры влияния начальных условий на амплитуду и фазу колебаний. • Описание энергетических процессов в гармоническом осцилляторе. • Связь между средней кинетической и средней потенциальной энергиями. • Основы механических колебаний твёрдых тел и их особенности. • Определение физического маятника и ключевые параметры, влияющие на его колебания. • Приведённая длина и центр качания физического маятника. • Формулировка и значение теоремы Гюйгенса для анализа колебаний физического маятника.
7.	Элементы теории упругости и гидродинамики	• Различие между упругими и пластическими деформациями. • Понятие растяжения и сжатия стержней. • Введение в коэффициент упругости и его значение. • Значение модуля Юнга и коэффициента Пуассона для материалов. • Основы равновесия жидкостей и газов. • Условие равновесия во внешнем поле сил. • Определение идеальной жидкости. • Кинематическое описание движения жидкости, включая линии тока и стационарное течение. • Применение уравнения Бернулли к идеальной жидкости. • Объяснение и применение формулы Торричелли. • Определение вязкости и её влияние на течение жидкости. • Стационарное течение вязкой жидкости по прямолинейной трубе и формула Пуазейля. • Различие между ламинарным и турбулентным течением.
8.	Основные понятия молекулярной физики	• Предметы исследования термодинамики. Невозможность использования моделей классической механики для молекулярных систем. • Определение макроскопических и микроскопических параметров. • Определение уравнения состояния • Описание модели идеального газа и ее отличие от реальных газов. • Формула связи давления и кинетической энергии молекул идеального газа • Связь температуры идеального газа с кинетической энергией молекул. • Определение термодинамической системы и описание основных термодинамических параметров. • Формулировка нулевого начала термодинамики и его роль в определении температуры идеального газа. • Различие между равновесными и неравновесными состояниями в термодинамике. • Описание квазистатических, обратимых и необратимых процессов в термодинамике.
9.	Термодинамические процессы. Первое начало термодинамики	• Определения и физический смысл работы, теплоты и внутренней энергии в контексте термодинамики. • Что такое функции состояния и какие величины к ним относятся. • Описание термических и калорических уравнений состояния и их роль в описании термодинамических систем. • Формулировка первого начала термодинамики и его значение для энергетических преобразований. • Характеристика циклических процессов и их особенности в термодинамических системах. • Как определяется работа, совершаемая в циклическом процессе, и ее влияние на эффективность термодинамической системы.
10.	Второе начало термодинамики. Энтропия	• Различные формулировки второго начала термодинамики и их физический смысл • Понятие тепловая машина и как она работает в контексте термодинамики • Определяется коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины и методы его расчета • Структура цикла Карно и каковы его основные характеристики • Каково содержание теоремы Карно и ее значение для термодинамики • Формулировка неравенства Клаузиуса и как оно связано с вторым началом термодинамики • Почему КПД цикла Карно считается максимальным по сравнению с КПД других термодинамических циклов?
11.	Фазовые переходы. Реальные газы.	• Особенности фазовых переходов первого и второго рода и в чем их главные отличия • Определние химический потенциал и его роль в условиях равновесия фаз • Формулировка условия равновесия фаз в многокомпонентных системах • Физический смысл кривой фазового равновесия и ее построение • Формулировка и смысл уравнения Клапейрона–Клаузиуса • Интерпретация диаграммы состояния двухфазной системы «жидкость–пар» • Определение критической и тройной точки на фазовой диаграмме • Особенности диаграммы состояния «лёд–вода–пар» • Определение метастабильных состоянии и их характеристики • Особенности модели газа Ван-дер-Ваальса и ее описание для поведения реальных газов • Особенности изотерм газа Ван-дер-Ваальса и ее структура
12.	Элементы теории вероятностей. Основы статистической физики.	• Как описывает распределение Максвелла скорости частиц в идеальном газе? • В чем различие между распределением частиц по компонентам скорости и по абсолютным значениям скорости? • Как распределение Больцмана описывает поведение частиц в однородном поле сил? • Как барометрическая формула связывает плотность газа с высотой в условиях земной атмосферы? • Как статистическая физика определяет энтропию и что она показывает о системе? • Что означает аддитивность энтропии и как это свойство используется в термодинамике? • Как формулируется закон возрастания энтропии и каковы его последствия для замкнутых систем? • Как статистическая физика определяет температуру и как она связана с энтропией?
13.	Элементы физической кинетики	• Как определяется эффективное газокинетическое сечение в контексте столкновений молекул? • Что такое длина свободного пробега и как она связана с условиями среды? • Как распределены молекулы газа по длинам свободного пробега? • Как рассчитывается число столкновений молекул между собой в единицу времени? • Какие основные явления переноса известны в физике и как они описываются? • Как формулируются законы Фика и Фурье для описания диффузии и теплопроводности? • Как определяются коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии в газах? • Что такое подвижность частиц и как она связана с их транспортными свойствами? • Как закон Эйнштейна-Смолуховского связывает подвижность частицы с коэффициентом диффузии?

Вопросы/Задания к промежуточной аттестации в устной/письменной форме:
1. Что изучает физика как наука?
2. Какие основные системы единиц измерений используются в физике?
3. Что такое системы отсчёта и какие типы систем координат вы знаете?
4. Опишите понятие радиус-вектора.
5. Как определить линейную и угловую скорости?
6. Что такое нормальное и тангенциальное ускорение?
7. Как вычислить полное ускорение?
8. Опишите движение вдоль плоской кривой и определите радиус кривизны траектории.
9. Как задаётся состояние частицы в классической механике?
10. Что такое инерциальные и неинерциальные системы отсчёта?
11. Формулируйте первый закон Ньютона.
12. Как связаны импульс и сила?
13. Формулируйте второй закон Ньютона.
14. Каковы роль начальных условий и содержание третьего закона Ньютона?
15. Объясните закон сохранения импульса.
16. Что такое работа силы в физике?
17. Как определить мощность?
18. Опишите консервативные и неконсервативные силы.
19. Что такое силовое поле и потенциальная энергия?
20. Как связана кинетическая энергия с законом сохранения энергии в механике?
21. Что представляет собой общефизический закон сохранения энергии?
22. Каковы особенности динамики системы частиц?
23. Опишите центр инерции и закон движения центра инерции.
24. Как преобразуется энергия при смене системы отсчёта?
25. Что такое теорема Кёнига?
26. Как анализируются абсолютно упругие и неупругие удары?
27. Опишите момент импульса материальной точки.
28. Как связан момент импульса с секториальной скоростью?
29. Что такое момент силы и уравнение моментов?
30. Как формулируется закон сохранения момента импульса?
31. Опишите движение тел в центральном поле.
32. Что такое закон всемирного тяготения?
33. Как определить потенциальную энергию в гравитационном поле?
34. Опишите законы Кеплера.
35. Как классифицируются траектории в поле центральных гравитационных сил?
36. Что такое критерий финитного движения?
37. Как связаны первая и вторая космические скорости с орбитальным движением?
38. Как вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси связано с моментом инерции?
39. Как применяется теорема Гюйгенса–Штейнера?
40. Что такое кинематика твёрдого тела и теорема Эйлера?
41. Как определить мгновенную ось вращения?
42. Опишите условие равновесия твёрдого тела.
43. Каковы особенности плоского движения твёрдого тела?
44. Что такое общее вращение твёрдого тела и тензор инерции?
45. Как происходит регулярная прецессия вращающегося симметричного волчка?
46. Что такое гармонические колебания и как они описываются?
47. Как работает пружинный маятник и какие формулы его описывают?
48. Опишите математический маятник и его характеристики.
49. Как определяется частота, круговая частота и период колебаний?
50. Какова роль начальных условий в колебательных системах?
51. Как связаны кинетическая и потенциальная энергии в гармоническом осцилляторе?
52. Что такое механические колебания твёрдых тел?
53. Как применяется теорема Гюйгенса к физическому маятнику?
54. Что такое упругие и пластические деформации?
55. Как рассчитывается растяжение и сжатие стержней?
56. Что такое коэффициент упругости и модуль Юнга?
57. Как уравновешены жидкость и газ в состоянии равновесия?
58. Что описывает уравнение Бернулли для идеальной жидкости?
59. Каковы характеристики стационарного течения вязкой жидкости?
60. Что такое ламинарное и турбулентное течение?
61. Какие основные понятия лежат в основе молекулярной физики и термодинамики?
62. Как связаны давление идеального газа и кинетическая энергия его молекул?
63. Что такое термодинамическая система и её параметры?
64. Как формулируется нулевое начало термодинамики?
65. Что такое равновесные и неравновесные состояния?
66. Какие процессы называются квазистатическими, обратимыми и необратимыми?
67. Что такое работа и теплота в термодинамике?
68. Как первое начало термодинамики связывает внутреннюю энергию, работу и теплоту?
69. Что такое циклические процессы и работа при циклическом процессе?
70. Как формулируются второе начало термодинамики и теорема Карно?
71. Что показывает неравенство Клаузиуса?
72. Как определяется КПД тепловой машины и цикла Карно?
73. Что такое фазовые переходы первого и второго рода?
74. Как уравнение Клапейрона-Клаузиуса связывает фазовые переходы и температуру?
75. Что такое фазовое равновесие и как оно достигается?
76. Какие физические явления описываются уравнением Клапейрона–Клаузиуса?
77. Что иллюстрирует диаграмма состояния двухфазной системы «жидкость–пар»?
78. Что такое критическая точка и тройная точка?
79. Как выглядит диаграмма состояния «лёд–вода–пар»?
80. Что такое метастабильные состояния, перегретая жидкость и переохлаждённый пар?
81. Как газ Ван-дер-Ваальса моделирует поведение реальных газов?
82. Какие области разных фаз представлены на изотермах газа Ван-дер-Ваальса?
83. Какие условия необходимы для образования метастабильных состояний?
84. Что такое диаграмма состояния «лёд–вода–пар» и как она реализуется?
85. Что такое распределение Максвелла и как оно описывает скорости частиц?
86. Каковы особенности распределения частиц по абсолютным значениям скорости?
87. Как распределение Больцмана используется для описания систем в однородном поле сил?
88. Как барометрическая формула связана с распределением Больцмана?
89. Что такое статистическое определение энтропии?
90. Как связаны аддитивность энтропии и закон возрастания энтропии?
91. Как определяется статистическая температура?
92. Что такое эффективное газокинетическое сечение?
93. Как рассчитывается длина свободного пробега молекул?
94. Что такое явления переноса и как они описываются в термодинамике?
95. Как формулируются законы Фика и Фурье для диффузии и теплопроводности?
96. Какие факторы влияют на коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии?
97. Что такое подвижность и как она связана с диффузией?
98. Как закон Эйнштейна-Смолуховского связывает подвижность с коэффициентом диффузии?
99. Как определить количество столкновений молекул в единицу времени?
100. Опишите механизм переноса вязкости, теплопроводности и диффузии.

Перечень учебно-методического обеспечения дисциплины

Список основной литературы:
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. — М.: Физматлит, 2003.
2. Кириченко Н.А., Крымский К.М. Общая физика. Механика: учебное пособие. — М.: МФТИ, 2013
3. Иродов И.Е. Механика. Основные законы [Электронный ресурс] / И. Е. Иродов. — 12-е изд. (эл.). — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. — 309 с.
4. Кириченко Н.А. Термодинамика, статистическая молекулярная физика. – Москва : Физматкнига, 2012.
5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. – Москва : Физматлит, 2006.
6. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы — 6-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан.: 210 с.. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015.
7. Сборник задач по общему курсу физики. Ч. 1 / под ред. В.А. Овчинкина. — М.: Физматкнига, 2017

Список дополнительной литературы:
1. Киттель Ч., Найт У., Рудерман М. Механика. — М.: Наука, 1983.
2. Фейнман Р. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 1, 2. М.: Мир, 1977.
3. Рейф Ф. Статистическая физика (Берклеевский курс физики). Т. 5. – Москва : Наука, 1972.
4. Щёголев И.Ф. Элементы статистической механики, термодинамики и кинетики. – М.: Янус, 1996; Москва : Интеллект, 2008

Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Вид учебных занятий/деятельности	Деятельность обучающегося
Лекция	Написание конспекта лекций: кратко, схематично, последовательно фиксировать основные положения лекции, выводы, формулировки, обобщения; помечать важные мысли, выделять ключевые слова, термины. Обозначить вопросы, термины или другой материал, который вызывает трудности, пометить и попытаться найти ответ в рекомендуемой литературе. Если самостоятельно не удается разобраться в материале, необходимо сформулировать вопрос и задать преподавателю на консультации, во время семинарского (практического) занятия.
Практическое (семинарское) занятие	При подготовке к семинарскому (практическому) занятию необходимо проработать материалы лекций, основной и дополнительной литературы по заданной теме. На основании обработанной информации постараться сформировать собственное мнение по выносимой на обсуждение тематике. Обосновать его аргументами, сформировать список источников, подкрепляющих его. Во время семинарского (практического) занятия активно участвовать в обсуждении вопросов, высказывать аргументированную точку зрения на проблемные вопросы. Приводить примеры из источниковой базы и научной и/или исследовательской литературы.
Устный/письменный опрос	Отвечать, максимально полно, логично и структурировано, на поставленный вопрос. Основная цель – показать всю глубину знаний по конкретной теме или ее части.
Подготовка к промежуточной аттестации	При подготовке к промежуточной аттестации необходимо проработать вопросы по темам, которые рекомендуются для самостоятельной подготовки. При возникновении затруднений с ответами следует ориентироваться на конспекты лекций, семинаров, рекомендуемую литературу, материалы электронных и информационных справочных ресурсов, статей. Если тема вызывает затруднение, четко сформулировать проблемный вопрос и задать его преподавателю.
Самостоятельная работа	Самостоятельная работа состоит из следующих частей: 1) чтение учебной, справочной, научной литературы; 2) повторение материала лекций; 3) составление планов устных выступлений; 4) подготовка видеопрезентации. При чтении учебной литературы нужно разграничивать для себя материал на отдельные проблемы, концепции, идеи. Учебную литературу можно найти в электронных библиотечных системах, на которые подписан АНО Университет Иннополис.
Контрольная работа	При подготовке к контрольной работе необходимо проработать материалы лекций, семинаров, основной и дополнительной литературы по заданной теме.
Тестирование (устное/письменное)	При подготовке к тестированию необходимо проработать материалы лекций, семинаров, основной и дополнительной литературы по заданной теме. Основная цель тестирования – показать уровень сформированности знаний по конкретной теме или ее части.
Индивидуальная работа	При выполнение индивидуальной работы необходимо взять задание у преподавателя, ознакомиться с требованиями к выполнению работы, изучить поставленную проблему, найти решение проблемы. Если самостоятельно не удается разобраться в материале, необходимо сформулировать вопрос и задать преподавателю на консультации, во время семинарского (практического) занятия. Оформить результаты работы.
Выполнение домашних заданий и групповых проектов	Для выполнения домашних заданий и групповых проектов необходимо получить формулировку задания от преподавателя и убедиться в понимании задания. При выполнение домашних заданий и групповых проектов необходимо проработать материалы лекций, основной и дополнительной литературы по заданной теме.

Методы и технологии обучения, способствующие формированию компетенции

Методы и технологии обучения, способствующие формированию компетенции

Информационно – коммуникационная технология, Технология проблемного обучения, Педагогика сотрудничества, Традиционные технологии, Модульная технология