Физика. Часть 1: Механика. Молекулярная физика

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ 
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  
УНИВЕРСИТЕТ ПРАВОСУДИЯ

О. В. Мосягина

Учебное пособие

Москва
2023

ФИЗИКА

 
ЧАСТЬ 1
МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

 
 © Мосягина О. В., 2022

 
 ©  Российский государственный 
университет правосудия, 2022

УДК 53
ББК 22.3
М 84

Автор:

О. В. Мосягина, старший преподаватель кафедры общеобразовательных дисциплин

Рецензенты:

Н. Н. Абраменко, учитель физики высшей квалификационной категории ГБОУ  
школы № 2107, «Отличник просвещения», лауреат премии Президента РФ  
в области образования, заслуженный учитель Российской Федерации;
Т. И. Ахмедова, старший преподаватель кафедры общеобразовательных дисциплин; 
Почетный работник общего образования Российской Федерации

Мосягина О. В.
Физика. Часть 1: Механика. Молекулярная физика: учебное пособие. — 
М.: РГУП, 2023. — 134 с.

ISBN 978-5-00209-021-1

Раскрываются теоретические основы таких разделов физики, как «Механика» 
(кинематика, динамика, закон сохранения импульса и закон сохранения энергии) 
и «Молекулярная физика» (термодинамика, молекулярно-кинетическая теория). 
В целях закрепления знаний обучающимися данное учебное пособие содержит во-
просы и задания, рисунки и схемы, справочный материал.
Предназначено для студентов среднего профессионального образования.

М 84

ISBN 978-5-00209-021-1

Содержание

 
 
От автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

РАЗДЕЛ I. МЕХАНИКА

Глава 1. Кинематика
1.1. Основные кинематические понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2. Кинематические уравнения — способ описания движения. . . . . . . . 15
1.3. Свободное падение. О движении бросаемых тел . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4. Криволинейное движение. Движение по окружности. . . . . . . . . . . . . 22

Глава 2. Динамика
2.1. Законы Ньютона. Основные понятия динамики. . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2. Силы и фундаментальные взаимодействия. Силы в механике. . . . . 30
2.3. Сила всемирного тяготения. Сила тяжести . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4. Силы упругости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5. Сила трения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6. Вес тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Глава 3. Законы сохранения в механике
3.1. Импульс тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2. Импульс силы. Закон сохранения импульса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3. Реактивное движение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4. Механическая работа. Мощность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5. Энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.6. Механическая энергия: кинетическая и потенциальная. . . . . . . . . . . 52
3.7. Закон сохранения энергии в механике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

РАЗДЕЛ II. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ 
ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ

Глава 4. Термодинамика
4.1. Основные понятия термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.2. Внутренняя энергия тела (системы) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3. Первый закон термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4. Необратимые процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.5. Второе начало термодинамики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Физика

4

Глава 5. Молекулярно-кинетическая теория. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории . . . . . . . . 77
5.2. Размеры, массы, структура молекул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.3. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно- 
кинетической теории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.4. Уравнение состояния идеального газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.5. Газовые законы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Глава 6. Жидкости и молекулярно-кинетическая теория
6.1. Свойства жидкостей, их структура. Ближний порядок . . . . . . . . . . . 93
6.2. Поверхностное натяжение жидкости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.3. Смачивание. Капиллярные явления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.4. Капиллярные явления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.5. Взаимные превращения жидкостей и газов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.6. Влажность воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.7. Кипение жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Глава 7. Твердое состояние вещества и молекулярно-кинетическая 
теория
7.1. Кристаллические и аморфные тела. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.2. Деформация твердого тела. Механические свойства  
твердых тел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Приложения
Приложение 1. Дополнительные материалы к темам курса . . . . . . . . . . 117
Приложение 2. Выписка из рабочей программы по физике. . . . . . . . . . . 126
Приложение 3. Периодическая система химических элементов 
Д. И. Менделеева . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Приложение 4. Справочные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Перечень рисунков, схем и таблиц
Рис. 1. Траектория и перемещение движущегося тела . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Рис. 2. График равномерного движения тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Рис. 3. Стробоскопический снимок движения шарика . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Рис. 4. Движение тела по параболе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Рис. 5. Снимок кремния, сделанный сканирующим туннельным 
микроскопом (СТМ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Рис. 6. Графическая зависимость давления от объема данной  
массы газа и постоянной температуре — изотерма. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Рис. 7. Графическая зависимость объема от температуры данной 
массы газа при постоянном давлении — изобара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Рис. 8. Графическая зависимость давления от температуры данной 
массе и постоянном объеме — изохора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Содержание

Рис. 9. Силы, действующие на молекулы внутри жидкости 
и на поверхности жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Рис. 10. Смачивание и несмачивание поверхностей жидкостями . . . . . . 98
Рис. 11. Поднятие и опускание жидкости в капиллярах. . . . . . . . . . . . . . . 99
Рис. 12. Графическая зависимость давления насыщенного пара 
и идеального газа от температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Рис. 13. Изображение атомной кристаллической решетки . . . . . . . . . . . 110
Рис. 14. Изображение ионной кристаллической решетки . . . . . . . . . . . . 111
Рис. 15. Изображение металлической кристаллической решетки. . . . . 111
Рис. 16. Полиморфизм у алмаза и графита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Схема 1. Виды механической энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Схема 2. Способы изменения внутренней энергии системы . . . . . . . . . . 65
Схема 3. Принцип преобразования энергии в тепловом  
двигателе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Схема 4. Некоторые условия для создания модели идеального газа . . . . 82
Схема 5. Взаимные превращения жидкостей и газов . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Схема 6. Классификация твердых тел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

От автора

Курс физики для студентов среднего профессионального образования 
(СПО) по специальности 21.02.05 «Земельно-имущественные отношения» 
предусмотрен учебным планом и соответствует требованиям Федерального 
государственного образовательного стандарта среднего (полного) 
общего и среднего профессионального образования.
Целью данного курса является формирование у студентов компетенций, 
необходимых для качественного освоения программы подготовки 
специалистов среднего звена на базе основного общего образования с получением 
среднего общего образования.
Курс рассчитан на 150 часов, из них 100 часов аудиторных; изучается 
студентами в 1 и 2 семестрах и завершается дифференцированным зачетом. 
В программу курса включены практически все разделы физики. 
Данное учебное пособие содержит только два раздела физики: механики 
и молекулярной физики.
Основная школа является обязательной для всех учащихся. В связи 
с этим программа по физике 7–9 классов охватывает все разделы физики 
от механики до атомного ядра и имеет завершенный характер. Поэ-
тому при изучении физики в рамках СПО уделяется в большей степени 
внимание на повторение, углубление, обобщение знаний, формирование 
мировоззрения молодых людей на новом витке их взросления, а также 
формирование у них общих компетенций.
Учебное пособие разбито на разделы; разделы на главы; главы на пара-
графы. В конце параграфов выделены вопросы и задания. Среди заданий 
включены темы для подготовки информационных сообщений и обобщаю-
щие таблицы. В конце учебного пособия размещены дополнительные ма-
териалы к некоторым главам, таблицы и справочные материалы, а также 
выписка из рабочей программы по физике. В выписке отражаются цели 
и задачи курса, дидактические единицы каждой темы, указаны основные 

От автора

знания и умения, которыми должен овладеть студент в ходе изучения 
дисциплины.
Учебный материал изложен с минимальным использованием матема-
тического аппарата.
Общие компетенции, которыми овладеют студенты, будут исполь-
зоваться ими для освоения специальных дисциплин, предусмотренных 
учебным планом в следующих семестрах; знания и умения, полученные 
при изучении физики, будут способствовать формированию их научного 
мировоззрения, развитию их мышления и логики.

Введение

Физика — наука о неживой природе. Она изучает свойства материи, все-
возможные её изменения. Всё, что нас окружает, принято называть материей.

Окружающий нас мир — материален

Материя может существовать в двух формах: вещество и поле. Суще-
ствование материи абсолютно не зависит от сознания человека. Вещест-
во воспринимается органами чувств человека, а поле — нет. Тем не менее, 
и вещество, и поле реально существуют. Физика изучает свойства материи.
Изменчивость материи — одно из важнейших ее свойств.
Изменения, происходящие в материальном мире, называют явлениями.
Выделяют механические, тепловые, электрические, оптические и дру-
гие явления. Для удобства ученые разделили физику на отдельные части, 
в каждой из которых изучаются различные явления. Например, механи-
ческие явления изучает раздел физики — «Механика», тепловые явле-
ния — раздел «Теплота» и т. д.
При изучении различных видов явлений устанавливают законы и зако-
номерности, вводятся физические величины, устанавливается связь меж-
ду величинами. Физические законы имеют свои границы применимости.
Различают три уровня организации материи:
1. Мегамир — мир огромных астрономических систем: звездных сис-
тем; галактик, включающих в себя сотни миллиардов звезд и межзвезд-
ную среду;
2. Макромир — это мир обычных, окружающих нас в повседневной 
жизни тел;
3. Микромир — мир молекул, атомов, элементарных частиц.
Законы Ньютона, например, описывают механические явления в ма-
кромире, но в микромире их применять нельзя.
Далеко не все законы природы известны и изучены. Но развитие фи-
зики и других наук о природе говорят нам о том, что мир познаваем.

Введение

Познаваемость материального мира — ещё одно свойство материи.
Познание в физике происходит на двух уровнях: эмпирическом (опыт-
ном) и теоретическом. Изначально физика — наука экспериментальная. 
Наблюдения и эксперимент — основные эмпирические методы исследо-
вания физики с самого начала её зарождения. К этому уровню познания 
можно отнести ещё такие методы как измерения, сравнения, вычисления 
и другие методы. Большинство законов природы изучены именно таким 
образом. Установление закономерности, повторяемости, формулировка 
закона — итог эмпирического уровня познания.
Часть современных физических знаний формируется учеными на тео-
ретическом уровне. Для этих целей они используют методы мысленного 
моделирования, абстрагирования, выдвигают научные гипотезы.
Теория — высшая форма познания. Всякая теория должна подтвер-
ждаться практикой. Любая научная теория проходит свой путь развития. 
Вначале возникают теории, которые описывают круг явлений на уровне, 
на котором находится на тот момент развитие науки в целом, и соответ-
ствуют определенному уровню измерительной техники. По мере дальней-
ших исследований и развития прогресса, обнаруживаются новые факты, 
требующие объяснений, но существующая теория этого сделать не может. 
Создается новая теория, способная обосновать новые факты, и строится 
она на основе новых принципов. Но старая теория не отбрасывается, а яв-
ляется частным случаем общей новой теории. Такая связь между старой 
и новой теорией выражается принципом соответствия:
Новая теория содержит внутри себя возможность устанавливать 
преемственность со старой теорией. Новая не отрицает старую тео-
рию; старая теория является частным случаем новой или выполняется 
при определенных границах.
Наука развивается, и в процессе её развития возникает некая система 
мироустройства. Эта система получила название физической картины 
мира. Историки физики выделяют несколько этапов становления физи-
ческой картины мира.
Например, во времена И. Ньютона, считалось, что все в мире можно 
объяснить с помощью законов механики. Так возникла механистическая 
картина мира. Был период, когда доминантными считались законы элек-
тродинамики. Возникла электромагнитная картина мира.
В основе современной физической картины мира лежат новые пред-
ставления о пространстве и времени, принципы квантовой механики, 
представления о фундаментальных взаимодействиях и элементарных 
частицах. Современная физическая картина мира — квантово-полевая.

РАЗДЕЛ I. МЕХАНИКА

Механика — раздел физики, изучающий механическое движение.
В создании классической механики выдающуюся роль сыграли ра-
боты итальянского ученого XVII века Г. Галилея и английского ученого 
XVIII века И. Ньютона. В дальнейшее развитие механики большой вклад 
внесли такие ученые, как: Л. Эйлер, И. В. Мещерский, К. Э. Циолковский, 
Н. Е. Жуковский другие ученые. Изучение механики в наши дни имеет 
большое научное и практическое значение. На законах классической меха-
ники основано движение транспорта, различного рода механизмов, стро-
ительство зданий, мостов, сооружений, запуск и движение космических 
кораблей и спутников. Важно изучать движение тел; уметь рассчитывать 
их движение; рассчитывать траектории движения, время движения; уметь 
предсказывать положение тела в любой момент времени.
Основной задачей механики является определение положения тела 
в пространстве в любой момент времени.

Глава 1. Кинематика

1.1. Основные кинематические понятия

Механическое движение — изменение положения тела в пространстве с те-
чением времени относительно других тел.

Если положение тела, относительно какого-либо другого тела с тече-
нием времени не изменяется, то говорят, что тело находится в состоя-
нии покоя.

 Абсолютного покоя не существует. Покой всегда относительный. Поэтому не-
обходимо всегда указывать систему отсчета, относительно которой физическое 
тело покоится.

1.1. Основные кинематические понятия

11

В систему отсчета входят:
1) тело отсчета;
2) система координат, связанная с этим телом отсчета;
3) часы или какой-либо способ отсчета времени.
Зная координаты тела в любой момент времени в выбранной систе-
ме отсчета, можно определить его положение в пространстве. Если тело 
движется по прямой, то его положение в любой момент времени будет 
определяться одной координатой. В этом случае основная задача меха-
ники будет решена нахождением зависимости координаты как функции 
от времени x(t). Если же тело движется на плоскости или в пространст-
ве, то его положение будет определяться двумя или тремя координатами 
соответственно. На плоскости координатами x(t) и y(t); в пространстве 
координатами x(t), y(t) и z(t).
Для классификации различных видов движения необходимо вспом-
нить некоторые кинематические понятия.

Траектория — линия, вдоль которой движется тело.

По виду траектории выделяют прямолинейное движение и криволи-
нейное движение.

Путь — длина траектории.

Путь — это физическая величина. Всякая физическая величина име-
ет буквенное обозначение и единицы измерения. Путь обычно обозна-
чается латинской буквой S. Единицей измерения пути в Международ-
ной системе единиц (СИ) является метр (м). На практике используются 
более крупные и мелкие единицы измерения: например, 1 км = 103 м, 
или 1 мм = 10–3 м.

Механическое движение

Прямолинейное
(траектория — прямая линия)

Криволинейное  
(траектория — кривая линия) 

Глава 1. Кинематика

12

 Длина пути — величина скалярная (Напомним, что скалярные величины не име-
ют направления и определяются только числом).

Перемещение — направленный отрезок — вектор, соединяющий начальное 
положение тела с конечным его положением.

На рис. 1 мы видим кривую линию — это траектория движения ка-
кого-либо тела; вектор, соединяющий начальное и конечное положения 
тела — перемещение.

Перемещение — это физическая величина. Обозначается также 
как и путь, буквой S и над буквой ставится →. Это означает, что переме-
щение — величина векторная: кроме числового значения эта величина 
имеет еще и направление. Единицей измерения перемещения в Между-
народной системе единиц (СИ) является метр (м).
Перемещение, которое совершает тело в единицу времени — это скорость 
движения.
Скорость движения — величина, равная отношению перемещения 
тела (материальной точки)1 к промежутку времени, в течение которого 
это перемещение произошло.
На языке математики данное определение будет иметь вид:

=
.


s
v
 t

1 Материальная точка — тело, размерами которого можно пренебречь в данных условиях.

Рис. 1. Траектория и перемещение движущегося тела

1.1. Основные кинематические понятия

13

Если скорость тела с течением времени не меняется, то движение принято 
называть равномерным. Равномерное движение характеризуется 
одной кинематической величиной — скоростью v. Единицей измерения 
скорости в системе СИ является метр в секунду (м/с). Скорость величина 
векторная, направление скорости всегда совпадает с направлением 
перемещения.
Если скорость тела изменяется с течением времени, то движение — 
неравномерное.

Для описания неравномерного движения вводятся два понятия скорости: 
мгновенная скорость и средняя скорость.

Мгновенная скорость тела — это скорость тела в данный момент времени 
или в данной точке траектории.

К осмыслению мгновенной скорости можно подойти, используя прием 
дифференциального исчисления: участок траектории, включающий интересующую 
нас точку, и время, в течение которого он проходится, мы мысленно 
постепенно уменьшаем до тех пор, пока участок уже нельзя отличить 
от точки и неравномерное движение на нем от равномерного движения.

 Мгновенная скорость, или скорость в данной точке, равна отношению достаточно 
малого перемещения на участке траектории, включающем эту точку, к малому 
промежутку времени, в течение которого это перемещение совершается.

Мгновенная скорость — это векторная величина. Ее направление совпадает 
с направлением движения в данной точке. При прямолинейном 

Механическое движение

Равномерное

Скорость постоянна

Неравномерное

Скорость меняется  
с течением времени