Общий подход к решению произвольной задачи по физике основан на некоторых фундаментальных понятиях физики. Эти понятия общеизвестны. Мы приводим их в этом параграфе с целью отметить их некоторые специфические стороны.
Одним из центральных таких понятий является понятие физической системы. Физическая система – это совокупность физических объектов. Причем даже один физический объект может составлять физическую систему. Решение любой физической задачи связано с исследованием какойто физической системы. В дальнейшем мы увидим, что выбор и исследование физической системы – это начало анализа физической ситуации задачи.
Физические объекты системы обладают некоторыми физическими свойствами и могут участвовать в различных физических процессах. Для характеристики свойств физических объектов и физических процессов вводятся различные физические величины.
Весьма важным является также понятие состоякия физической системь. Общее понятие состояния произвольной физической системы относительно сложно. Если физическая система состоит из одной частицы, то ее механическос состояние определяется шестью величинами: тремя косрдинатами $(x, y, z)$ и тремя компонентами импульса частишы $\left(p_{x}, p_{y}, p_{z}\right)$.

Тела физической системы взаимосвязаны как между собой, так и с внешними объектами. Эта всеобщая связь проявляется во взаимодействии физических объектов. Взаимодействие – важнейшее свойство любых физических объектов. Оно обусловлено их внутренней природой. В физике известны четыре основных вида взаимодействий между элементарными частицами: сильное, электромагнитное, слабое и граєитационное. В данной книге не будут использоваться ни сильные, ни слабые взаимодействия.

Взаимодействие может изменить или положение физической системы, или ее состояние. Процесс изменения положения или состояния физической системы назовем физическим явлением. Это понятие в общем подходе к решению произвольной задачи по физике является самым важным. В природе происходит множество различных физических явлений: движение планет и звезд, гром и молния, дождь и ветер, испарение воды и выпадение росы, колебания атомов и движение молекул, излучение и поглощение света, и т. д., и т. п. Не так просто разобраться даже в качественной картине (стороне) того или иного физического явления. Анализ физического явления целесообразно начинать с выбора и исследования физической системы, ибо само явление происходит в какой-то системе. В продессе анализа физических объектов системы полезно выяснить, к каким идеальным объектам они относятся, какими обладают свойствами, с какими телами и каким образом они могут взаимодействовать, каковы могут быть результаты и последствия этого взаимодействия.

Физическое явление характеризуется изменением каких-то физических величин. Эти величины связаны между собой. Нзвестно, что необходимая и устойчивая связь или зависимость между некоторыми физическими величинами отражается – физическом законе. В каждом физическом законе можно рассматривать множество сторон или граней (необходимость, объективность, физический смысл и т. д.). В дальнейшем нам особенно необходимы будут две специфические стороны физического закона: условия (границы) применимости и метод применения закона.

Всякий физический закон относителен в том смысле, что он верен лишь при выполнении определенных условий. Совокупность этих ограничений назовем условиями (или границами) применимости физического закона. Если хотя
8
бы одно из этих условий нарушено, то данный закон применять нельзя, он становится несправедливым. Например, второй закон Ньютона в форме $\mathbf{F}=$ ma справедлив, если выполняются следующие условия: движение тела рассматривается по отношению к инерциальной системе отсчета, тело должно быть материальной точкой, масса тела – постоянной, скорость тела должна быть значительно меньше скорости света в вакууме и т. д. При нарушении хотя бы одного из этих условий второй закон Ньютона в записанной выше форме применять нельзя.

При решении задач по физике недостаточно знать соответствующий закон (его физический смысл, условия применимости и т. д.), необходимо еще уметь применять его в конкретных условиях. Для каждого физического закона существует метод (алгоритм) его применения. Например, для того чтобы правильно записать второй закон Ньютона в форме $\mathbf{F}=$ ma, необходимо выполнить следующую систему действий. Во-первых, проверить, выполнены ли условия применимости этого закона (если хотя бы одно из них нарушено, то закон применять нельзя). Вовторых, выбрать инерциальную систему отсчета (данный закон применим только по отношению к таким системам отсчета). В-третьих, найти все силы, действующие на данное тело (в закон входит физическая величина $\mathbf{F}$ – геометрическая сумма всех сил, действующих на тело массой $m$ ). В-четвертых, определить проекции всех сил на оси координат (второй закон Ньютона – векторный закон). В-пятых, найти алгебраическую сумму проекций всех сил на каждую ось координат ( $\left.\Sigma F_{x}, \Sigma F_{y}, \Sigma F_{z}\right)$. И наконеп, в-шестых, записать второй закон Ныотона в виде системы трех уравнений:
\[
\mathbf{\Sigma} F_{x}=m a_{x}, \mathbf{\Sigma} F_{y}=m a_{v}, \mathbf{\Sigma} F_{z}=m a_{s}
\]

где $a_{x}, a_{v}, a_{z}$ – проекции вектора ускорения а на оси $O X$, $O Y, O Z$.’ Методы применения других физических законов будут приведены в соответствующих главах.