T.I. Trofimova

BIEN

FÍSICA

Séptima edición, estereotipada

RRECOMENDADOMETROINISTERIO DE LA EDUCACIÓN

ROSSIANFLA EDERACIÓN COMO AYUDA DIDÁCTICA

PARA INGENIERIA- ESPECIALIDADES TÉCNICAS

INSTITUCIONES DE EDUCACIÓN SUPERIOR

ESCUELA DE POSGRADO

2003

Revisor: Profesor del Departamento de Física que lleva el nombre de A.M. El fabricante del Instituto de Ingeniería Eléctrica de Moscú ( Universidad Tecnica) V.A.Kasyanov

ISBN 5-06-003634-0

FSUE "Editorial" Escuela de posgrado", 2003

El diseño original de esta publicación es propiedad de la editorial Vysshaya Shkola, y su reproducción (reproducción) de cualquier forma sin el consentimiento del editor está prohibida.

PREFACIO

El libro de texto fue escrito de acuerdo con el programa actual del curso de física para las especialidades técnicas y de ingeniería de nivel superior. Instituciones educacionales y está destinado a estudiantes de instituciones de educación técnica superior de la modalidad de estudio diurno con un número limitado de horas en física, con posibilidad de utilizarlo por la tarde y formularios de correspondencia aprendiendo.

Se logró un pequeño volumen del libro de texto mediante una selección cuidadosa y una presentación concisa del material.

El libro está dividido en siete partes. La primera parte ofrece una presentación sistemática. fundamentos físicos mecanica clasica, y también consideró los elementos de la teoría de la relatividad especial (particular). La segunda parte trata de los conceptos básicos. física molecular y termodinámica. La tercera parte trata de la electrostática, constante electricidad y electromagnetismo. En la cuarta parte, dedicada a la presentación de la teoría de oscilaciones y ondas, se consideran en paralelo las oscilaciones mecánicas y electromagnéticas, se indican y comparan sus similitudes y diferencias. procesos fisicos ocurriendo con las fluctuaciones correspondientes. En la quinta parte se consideran los elementos de la óptica geométrica y electrónica, la óptica ondulatoria y la naturaleza cuántica de la radiación. La sexta parte está dedicada a los elementos. física cuánticaátomos, moléculas y sólidos. La séptima parte expone los elementos de la física del núcleo atómico y las partículas elementales.

La presentación del material se realiza sin engorrosos cálculos matemáticos, se presta la debida atención a la esencia física de los fenómenos y los conceptos y leyes que los describen, así como a la continuidad de la física moderna y clásica. Todos los datos biográficos se dan según el libro "Física" de Yu. A. Khramov (Moscú: Nauka, 1983).

Para designar cantidades vectoriales en todas las figuras y en el texto se utiliza negrita, a excepción de las cantidades indicadas con letras griegas, que por razones técnicas se escriben en el texto en letra clara con una flecha.

El autor expresa su profunda gratitud a sus colegas y lectores, cuyos amables comentarios y deseos han contribuido a la mejora del libro. Estoy especialmente agradecido al profesor V.A.Kasyanov por revisar el manual y sus comentarios.

INTRODUCCIÓN

EL TEMA DE LA FÍSICA Y SU RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS

El mundo que te rodea, todo lo que existe a nuestro alrededor y es descubierto por nosotros a través de las sensaciones es materia.

Una propiedad integral de la materia y la forma de su existencia es el movimiento. El movimiento en el sentido más amplio de la palabra es todo tipo de cambios en la materia, desde el simple movimiento hasta los procesos de pensamiento más complejos.

Varias ciencias, incluida la física, estudian diversas formas de movimiento de la materia. El tema de la física, como, de hecho, de cualquier ciencia, sólo puede ser divulgado en el curso de su presentación detallada. Es bastante difícil dar una definición estricta del tema de la física, porque los límites entre la física y una serie de disciplinas relacionadas son condicionales. En esta etapa de desarrollo, es imposible preservar la definición de física solo como una ciencia de la naturaleza.

El académico A.F. Ioffe (1880-1960; físico ruso) definió la física como una ciencia que estudia propiedades generales y las leyes del movimiento de la materia y el campo. Ahora se acepta generalmente que todas las interacciones se llevan a cabo mediante campos, por ejemplo, campos gravitacionales, electromagnéticos fuerzas nucleares... El campo, junto con la materia, es una de las formas de existencia de la madre. La conexión inseparable entre el campo y la sustancia, así como la diferencia en sus propiedades, serán consideradas a medida que estudies el curso.

La física es la ciencia de las formas más simples y al mismo tiempo más generales de movimiento de la materia y sus mutuas transformaciones. Las formas de movimiento de la materia estudiadas por la física (mecánica, térmica, etc.) están presentes en todas las formas superiores y más complejas de movimiento de la materia (química, biológica, etc.). Por tanto, siendo las más simples, son al mismo tiempo las formas más generales de movimiento de la materia. Las formas superiores y más complejas de movimiento de la materia son objeto de estudio en otras ciencias (química, biología, etc.).

La física está estrechamente relacionada con las ciencias naturales. Esta estrecha conexión de la física con otras ramas de las ciencias naturales, como señaló el académico S.I. Vavilov (1891-1955; físico ruso y figura pública), llevó al hecho de que la física se arraigaba profundamente en la astronomía, la geología, la química, la biología y otras. Ciencias Naturales... Como resultado, han surgido una serie de nuevas disciplinas relacionadas, como la astrofísica, la biofísica, etc.

La física está estrechamente relacionada con la tecnología, y esta conexión es de naturaleza bidireccional. La física surgió de las necesidades de la tecnología (el desarrollo de la mecánica entre los antiguos griegos, por ejemplo, fue causado por las necesidades de la construcción y equipamiento militar ese momento), y la tecnología, a su vez, determina la dirección de la investigación física (por ejemplo, en un momento la tarea de crear las máquinas térmicas más económicas provocó el rápido desarrollo de la termodinámica). Por otro lado, el desarrollo de la física depende nivel tecnico producción. La física es la base para la creación de nuevas ramas de la tecnología (tecnología electrónica, tecnología nuclear, etc.).

El rápido ritmo de desarrollo de la física, sus crecientes vínculos con la tecnología indican el papel significativo del curso de física en la escuela técnica: esta es la base fundamental para la formación teórica de un ingeniero, sin la cual su trabajo exitoso es imposible.

miCOMEDAS DE VALORES FÍSICOS

El principal método de investigación en física es una experiencia- basado en la práctica, el conocimiento sensorial-empírico de la realidad objetiva, es decir, la observación de los fenómenos en estudio en condiciones precisamente tomadas en cuenta, que permiten seguir el curso de los fenómenos y reproducirlo muchas veces cuando estas condiciones se repiten .

Para una explicación evidencia experimental se proponen hipótesis.

Hipótesis es una suposición científica presentada para explicar un fenómeno y que requiere verificación por experiencia y antecedentes teóricos para volverse creíble teoria cientifica.

Como resultado de la generalización de hechos experimentales, así como los resultados de la actividad humana, se establece leyes físicas - Leyes objetivas recurrentes estables que existen en la naturaleza. Las leyes más importantes establecen una relación entre cantidades físicas, para lo cual es necesario medir estas cantidades. La medición de una cantidad física es una acción que se realiza con la ayuda de instrumentos de medición para encontrar el valor de una cantidad física en unidades aceptadas. Unidades Cantidades fisicas pueden elegirse arbitrariamente, pero luego surgen dificultades al compararlos. Por tanto, es aconsejable introducir un sistema de unidades que cubra las unidades de todas las cantidades físicas.

Para construir un sistema de unidades, las unidades se eligen arbitrariamente para varias cantidades físicas independientes. Estas unidades se llaman básico. El resto de las cantidades y sus unidades se derivan de las leyes que conectan estas cantidades y sus unidades con los principales. Ellos se llaman derivados.

Actualmente, es obligatorio para su uso en científicos, así como en literatura educativa System International (SI), que se basa en siete unidades básicas: metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol, candela y dos unidades adicionales: radianes y estereorradián.

Metro(m) - la longitud del camino atravesado por la luz en el vacío durante 1/299792458 s. Kilogramo(kg) es la masa igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (cilindro de platino-iridio almacenado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sevres, cerca de París).

Segundo(s) - tiempo igual a 9 192631770 períodos de radiación correspondientes a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133.

Amperio(A) - la fuerza de una corriente constante, que, al pasar a través de dos conductores rectilíneos paralelos de longitud infinita y sección transversal insignificante, ubicados en el vacío a una distancia de 1 m entre sí, crea una fuerza entre estos conductores igual a 2⋅10 -7 N por cada metro de longitud.

Kelvin(K) - 1 / 273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Polilla(mol) - la cantidad de materia en el sistema que contiene el mismo elementos estructurales cuántos átomos están contenidos en el núclido de 12 C con una masa de 0.012 kg.

Candela(cd) - intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite radiación monocromática con una frecuencia de 540 "10 12 Hz, cuya intensidad luminosa en esta dirección es 1/683 W / sr.

Radián(rad): el ángulo entre dos radios de un círculo, la longitud del arco entre los cuales es igual al radio.

Estereorradián(cf) - ángulo sólido con el vértice en el centro de la esfera, recortando el área de la superficie de la esfera, área igual un cuadrado con un lado igual al radio de la esfera.

Para establecer unidades derivadas se utilizan leyes físicas que las conectan con unidades básicas. Por ejemplo, de la fórmula para un movimiento lineal recto uniforme v = st (s- distancia viajada, t- tiempo) la unidad de velocidad derivada es igual a 1 m / s.

11a ed., Borrado. - M.: 2006.- 560 p.

El libro de texto (novena edición, revisada y ampliada, 2004) consta de siete partes, que establecen los fundamentos físicos de la mecánica, la física molecular y la termodinámica, la electricidad y el magnetismo, la óptica, la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos, la física del núcleo atómico. y partículas elementales. El problema de combinar oscilaciones mecánicas y electromagnéticas se ha resuelto racionalmente. Se ha establecido la continuidad lógica y la conexión entre la física clásica y moderna. Se dan preguntas de control y tareas para una solución independiente.

Para estudiantes de ingeniería y especialidades técnicas de instituciones de educación superior.

Formato: pdf / zip (11- ed., 2006, 560s.)

El tamaño: 6 Mb

Descargar:

RGhost

1. Fundamentos físicos de la mecánica.
Capítulo 1. Elementos de la cinemática

§ 1. Modelos en mecánica. Sistema de referencia. Trayectoria, longitud de trayectoria, vector de desplazamiento

§ 2. Velocidad

§ 3. Aceleración y sus componentes

§ 4. Velocidad angular y aceleración angular

Tareas

Capítulo 2. Dinámica punto material y movimiento de traslación de un cuerpo rígido Fuerza

§ 6. Segunda ley de Newton

§ 7. Tercera ley de Newton

§ 8. Fuerzas de fricción

§ 9. La ley de conservación de la cantidad de movimiento. Centro de masa

§ 10. Ecuación de movimiento de un cuerpo de masa variable

Tareas

Capítulo 3. Trabajo y energía

§ 11. Energía, trabajo, poder

§ 12. Energías cinética y potencial

§ 13. Ley de conservación de la energía

§ 14. Representación gráfica de la energía

§ 15. Impacto de cuerpos absolutamente elásticos e inelásticos

Tareas

Capítulo 4. Mecánica de carrocería rígida

§ 16. Momento de inercia

§ 17. Energía cinética de rotación

§ 18. Momento de poder. Ecuación de la dinámica del movimiento de rotación de un cuerpo rígido.

§ 19. Momento de impulso y ley de su conservación
§ 20. Ejes libres. Giroscopio
§ 21. Deformaciones de un cuerpo rígido
Tareas

Capítulo 5. Gravitación. Elementos de la teoría de campos
§ 22. Leyes de Kepler. La ley de la gravitación universal
§ 23. Gravedad y peso. Ingravidez .. 48 y 24. El campo gravitacional y su intensidad
§ 25. Trabajo en un campo gravitacional. Potencial del campo gravitacional
Sección 26. Velocidades espaciales

§ 27. Marcos de referencia no inerciales. Fuerzas de inercia
Tareas

Capítulo 6. Elementos de la mecánica de fluidos
§ 28. Presión en líquido y gas
§ 29. La ecuación de continuidad
§ 30. Ecuación de Bernoull y consecuencias de ella
§ 31. Viscosidad ( fricción interna). Regímenes de flujo de fluidos laminar y turbulento
§ 32. Métodos para determinar la viscosidad
§ 33. Movimiento de cuerpos en líquidos y gases

Tareas
Capítulo 7. Elementos de la teoría de la relatividad especial (particular)
§ 35. Postulados de la teoría de la relatividad especial (particular)
§ 36. Transformaciones de Lorentz
§ 37. Consecuencias de las transformaciones de Lorentz
Sección 38. Intervalo entre eventos
§ 39. La ley básica de la dinámica relativista de un punto material
§ 40. La ley de la relación de masa y energía
Tareas

2. Fundamentos de Física Molecular y Termodinámica
Capítulo 8. Teoría cinética molecular de los gases ideales
§ 41. Métodos de investigación. Leyes de gases ideales experimentadas
§ 42. Ecuación de Clapeyron-Mendeleev
§ 43. La ecuación básica de la teoría cinética molecular de los gases ideales
§ 44. Ley de Maxwell sobre la distribución de moléculas de gas ideal por velocidades y energías del movimiento térmico.
§ 45. Fórmula barométrica. Distribución de Boltzmann
§ 46. Número medio de colisiones y camino libre medio medio de moléculas
§ 47. Justificación experimental de la teoría cinética molecular
§ 48. Fenómenos de transporte en sistemas termodinámicamente no equilibrados
§ 49. Vacío y métodos para obtenerlo. Propiedades de los gases ultrarraerificados
Tareas

Capítulo 9. Fundamentos de termodinámica.
§ 50. El número de grados de libertad de la molécula. La ley de la distribución uniforme de la energía sobre los grados de libertad de las moléculas.
§ 51. La primera ley de la termodinámica
§ 52. Trabajo del gas al cambiar su volumen.
§ 53. Capacidad calorífica
§ 54. Aplicación de la primera ley de la termodinámica a los isoprocesos.
§ 55. Proceso adiabático. Proceso politrópico
§ 57. Entropía, su interpretación estadística y conexión con la probabilidad termodinámica
§ 58. La segunda ley de la termodinámica
§ 59. Motores térmicos y máquinas frigoríficas Ciclo de Carnot y su eficiencia para gas ideal
Tareas
Capítulo 10. Gases, líquidos y sólidos reales
§ 61. La ecuación de Van der Waals
§ 62. Isotermas de Van der Waals y su análisis
Sección 63. Energía interna del gas real
§ 64. Efecto Joule-Thomson
Sección 65. Licuefacción de gases
§ 66. Propiedades de los líquidos. Tensión superficial
Sección 67. Humectación
§ 68. Presión debajo de la superficie curva del líquido.
§ 69. Fenómenos capilares
§ 70. Sólidos. Monocristales y policristales
§ 71. Tipos de sólidos cristalinos
§ 72. Defectos en cristales
§ 75. Transiciones de fase de primer y segundo tipo
§ 76. Diagrama de estados. Triple punto
Tareas

3. Electricidad y magnetismo
Capítulo 11. Electrostática
Artículo 77. Ley de conservación de la carga eléctrica.
Sección 78. Ley de Coulomb
§ 79. Campo electrostático. Intensidad de campo electrostático
§ 80. Principio de superposición de campos electrostáticos. Campo dipolo
§ 81. Teorema de Gauss para un campo electrostático en el vacío
§ 82. Aplicación del teorema de Gauss al cálculo de algunos campos electrostáticos en el vacío
§ 83. Circulación del vector de la intensidad del campo electrostático
§ 84. Potencial del campo electrostático
§ 85. La tensión como gradiente de potencial. Superficies equipotenciales
§ 86. Cálculo de la diferencia de potencial de la intensidad de campo
§ 87. Tipos de dieléctricos. Polarización dieléctrica
§ 88. Polarización. La fuerza de campo en el dieléctrico.
§ 89. Mezcla eléctrica. Teorema de Gauss para el campo electrostático en un dieléctrico
§ 90. Condiciones en la interfaz entre dos medios dieléctricos
§ 91. Ferroeléctricos
§ 92. Conductores en un campo electrostático
§ 93. Capacidad eléctrica de un conductor aislado
§ 94. Condensadores
§ 95. Energía de un sistema de cargas, un conductor solitario y un condensador. Energía del campo electrostático
Tareas
Capítulo 12. Corriente eléctrica continua
§ 96. Corriente eléctrica, fuerza y ​​densidad de corriente
Artículo 97. Fuerzas externas. Fuerza y ​​voltaje electromotriz
§ 98. Ley de Ohm. Resistencia del conductor

Sección 99 trabajo y poder Ley de Joule-Lenz
§ 100. Ley de Ohm para una sección no uniforme de una cadena
§ 101. Reglas de Kirchhoff para cadenas ramificadas
Tareas
Capítulo 13. Corrientes eléctricas en metales, vacío y gases
§ 104. Función de trabajo de los electrones del metal.
§ 105. Fenómenos de emisión y su aplicación
§ 106. Ionización de gases. Descarga de gas no autosuficiente
§ 107. Descarga de gas independiente y sus tipos
§ 108. Plasma y sus propiedades
Tareas

Capítulo 14. Campo magnético.
§ 109. Campo magnético y sus características
§ 110. Ley de Bio - Savart - Laplace y su aplicación al cálculo del campo magnético.
Artículo 111. Ley de Ampere. Interacción de corrientes paralelas
§ 112. Constante magnética. Unidades de inducción magnética e intensidad del campo magnético
§ 113. El campo magnético de una carga en movimiento
§ 114. La acción de un campo magnético sobre una carga en movimiento.
§ 115. Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.
§ 117. Efecto Hall
§ 118. Circulación del vector B del campo magnético en el vacío
Sección 119. Campos magnéticos solenoide y toroide
§ 121. Trabajos para mover un conductor y un circuito con corriente en un campo magnético.
Tareas

Capítulo 15. Inducción electromagnética
§ 122. Fenómeno inducción electromagnética(Los experimentos de Faraday
§ 123. Ley de Faraday y su derivación de la ley de conservación de la energía
§ 125. Corrientes de Foucault (corrientes de Foucault
§ 126. Inductancia del circuito. Autoinducción
§ 127. Corrientes al abrir y cerrar un circuito.
§ 128. Inducción mutua
§ 129. Transformadores
§130. Energía de campo magnético
cabañas
Capítulo 16. Propiedades magnéticas sustancias
§ 131. Momentos magnéticos de electrones y átomos
§ 132. Fondo y paramagnetismo
§ 133. Magnetización. Campo magnético en la materia
§ 134. Condiciones en la interfaz entre dos imanes
§ 135. Ferromagnetos y sus propiedades

§ 136. La naturaleza del ferromagnetismo
Tareas
Capítulo 17. Fundamentos de la teoría de Maxwell del cero electromagnético
§ 137. Campo eléctrico de vórtice
Sección 138. Corriente de sesgo
§ 139. Ecuaciones de Maxwell para campo electromagnetico

4. Oscilaciones y ondas.
Capítulo 18. Vibraciones mecánicas y electromagnéticas
§ 140. Vibraciones armónicas y sus características.
§ 141. Vibraciones armónicas mecánicas
§ 142. Oscilador armónico. Péndulos de primavera, físicos y matemáticos
§ 144. Adición vibraciones armónicas misma dirección y misma frecuencia. Beats
§ 145. Adición de vibraciones mutuamente perpendiculares
Sección 146. Ecuación diferencial oscilaciones amortiguadas libres (mecánicas y electromagnéticas) y su solución. Auto-oscilaciones
§ 147. Ecuación diferencial de oscilaciones forzadas (mecánicas y electromagnéticas) y su solución
§ 148. Amplitud y fase de oscilaciones forzadas (mecánicas y electromagnéticas). Resonancia
§ 149. Corriente alterna
§ 150. Resonancia de tensiones
§ 151. Resonancia de corrientes
§ 152. Potencia asignada en el circuito de corriente alterna
Tareas

Capítulo 19. Ondas elásticas.
§ 153. Procesos ondulatorios. Ondas longitudinales y transversales
§ 154. La ecuación de una onda viajera. Velocidad de fase. Ecuación de onda

§ 155. El principio de superposición. Velocidad de grupo
§ 156. Interferencia de ondas
§ 157. Ondas estacionarias
Sección 158. Ondas sonoras
§ 159. Efecto Doppler en acústica
Artículo 160. Ultrasonido y su aplicación

Tareas

Capítulo 20. Ondas electromagnéticas.
§ 161. Producción experimental de ondas electromagnéticas.
§ 162. Ecuación diferencial de una onda electromagnética

§ 163. Energía de ondas electromagnéticas. Pulso electromagnetico

§ 164. Radiación del dipolo. Aplicación de ondas electromagnéticas.
Tareas

5. Óptica. Naturaleza cuántica radiación.

Capítulo 21. Elementos de óptica geométrica y electrónica.
§ 165. Leyes básicas de la óptica. Reflexión completa
§ 166. Lentes finas. Imagen de objetos usando lentes
§ 167. Aberraciones (errores) sistemas ópticos
§ 168. Magnitudes fotométricas básicas y sus unidades
Tareas
Capítulo 22. Interferencia de la luz
§ 170. Desarrollo de ideas sobre la naturaleza de la luz.
§ 171. Coherencia y monocromaticidad de las ondas luminosas
§ 172. Interferencia de la luz
§ 173. Métodos para observar la interferencia de la luz
§ 174. Interferencia de la luz en películas delgadas
§ 175. Aplicación de interferencia de luz
Capítulo 23. Difracción de luz
§ 177. Método de las zonas de Fresnel. Propagación de luz rectilínea
§ 178. Difracción de Fresnel en un agujero redondo y un disco
§ 179. Difracción de Fraunhofer en una rendija
§ 180. Difracción de Fraunhofer en una rejilla de difracción
§ 181. Celosía espacial. Dispersión de luz
§ 182. Difracción por una celosía espacial. La fórmula de Wolfe - Braggs
§ 183. Resolución de dispositivos ópticos
§ 184. El concepto de holografía
Tareas

Capítulo 24. Interacción de ondas electromagnéticas con la materia.
§ 185. Dispersión de la luz
§ 186. Teoría electrónica de la dispersión de la luz
§ 188. Efecto Doppler
§ 189. Vavilov - Radiación de Cherenkov

Tareas
Capítulo 25. Polarización de la luz
§ 190. Luz natural y polarizada
§ 191. Polarización de la luz durante la reflexión y refracción en el límite de dos dieléctricos.
§ 192. Doble refracción
§ 193. Prismas polarizantes y polaroides
§ 194. Análisis de luz polarizada

§ 195. Anisotropía óptica artificial
§ 196. Rotación del plano de polarización

Tareas

Capítulo 26. Naturaleza cuántica de la radiación.
§ 197. Radiación térmica y sus características.

§ 198. Ley de Kirchhoff
§ 199. Leyes de Stefan - Desplazamiento de Boltzmann y Vin

§ 200. Fórmulas de Rayleigh-Jeans y Planck.
§ 201. Pirometría óptica. Fuentes de luz térmica
§ 203. Ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico externo. Confirmación experimental de las propiedades cuánticas de la luz.
§ 204. Aplicación del efecto fotoeléctrico
§ 205. Masa e impulso de un fotón. Presión ligera
§ 206. El efecto Compton y su teoría elemental
§ 207. La unidad de propiedades corpusculares y ondulatorias de la radiación electromagnética.
Tareas

6. Elementos de la física cuántica

Capítulo 27. Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno.

§ 208. Modelos del átomo de Thomson y Rutherford
§ 209. Espectro lineal del átomo de hidrógeno
§ 210. Postulados de Bohr
§ 211. Experimentos de Frank en Hertz
§ 212. El espectro del átomo de hidrógeno según Bohr

Tareas

Capítulo 28. Elementos de la mecánica cuántica
§ 213. Dualismo de ondas corpusculares de las propiedades de la materia.
§ 214. Algunas propiedades de las ondas de De Broglie
§ 215. Relación de incertidumbres
§ 216. Función de onda y su significado estadístico
Sección 217. Ecuación general Schrödinger. Ecuación de Schrödinger para estados estacionarios
§ 218. El principio de causalidad en mecánica cuántica
§ 219. Movimiento de una partícula libre
§ 222. Oscilador armónico lineal en mecánica cuántica
Tareas
Capítulo 29. Elementos física modernaátomos t moléculas
§ 223. El átomo de hidrógeno en mecánica cuántica
§ 224. L-combustión de un electrón en un átomo de hidrógeno
§ 225. El espín del electrón. Spin número cuántico
§ 226. El principio de indistinguibilidad de partículas idénticas. Fermiones y bosones
Mendeleev
§ 229. Espectros de rayos X
§ 231. Espectros moleculares. Dispersión de luz Raman
§ 232. Absorción, emisión espontánea y estimulada
(láseres
Tareas
Capítulo 30. Elementos de la estadística cuántica
§ 234. Estadística cuántica. Espacio de fase. Función de distribución
§ 235. El concepto de estadística cuántica Bose - Einstein y Fermi - Dirac
§ 236. Gas de electrones degenerados en metales
§ 237. El concepto de la teoría cuántica de la capacidad calorífica. Fonoles
§ 238. Conclusiones de la teoría cuántica de la conductividad eléctrica de los metales
! Efecto Josephson
Tareas
Capítulo 31. Elementos de la física del estado sólido
§ 240. El concepto de teoría de bandas de sólidos
§ 241. Metales, dieléctricos y semiconductores según la teoría de bandas
§ 242. Conductividad intrínseca de semiconductores
§ 243. Conductividad de impurezas de semiconductores.
§ 244. Fotoconductividad de semiconductores
§ 245. Luminiscencia de sólidos
§ 246. Contacto de dos metales según la teoría de bandas
§ 247. Fenómenos termoeléctricos y su aplicación
§ 248. Rectificación en el contacto metal-semiconductor
§ 250. Diodos semiconductores y triodos (transistores
Tareas

7. Elementos de la física del núcleo atómico y partículas elementales.

Capítulo 32. Elementos de la física del núcleo atómico.

§ 252. Defecto de masa y energía de enlace, núcleo

§ 253. Spin del núcleo y su momento magnético

§ 254. Fuerzas nucleares. Modelos de kernel

§ 255. Radiación radiactiva y sus tipos Reglas de desplazamiento

§ 257. Leyes de la decadencia

§ 259. Radiación gamma y sus propiedades.

§ 260. Absorción resonante de radiación γ (efecto Mössbauer

§ 261. Métodos de observación y registro de radiaciones y partículas radiactivas

§ 262. Reacciones nucleares y sus principales tipos

§ 263. Positrón. /> - Decaimiento. Captura electrónica

§ 265. Reacción de fisión nuclear
Sección 266. Reacción en cadena división
§ 267. El concepto de energía nuclear
§ 268. Reacción de fusión de núcleos atómicos. El problema de las reacciones termonucleares controladas
Tareas
Capítulo 33. Elementos de la física de partículas elementales
§ 269. Radiación cósmica
§ 270. Muones y sus propiedades
§ 271. Mesones y sus propiedades
§ 272. Tipos de interacciones de partículas elementales
§ 273. Partículas y antipartículas
§ 274. Hiperonas. La extrañeza y la paridad de las partículas elementales.
§ 275. Clasificación de partículas elementales. Quarks
Tareas
Leyes y fórmulas básicas
1. Fundamentos físicos de la mecánica
2. Fundamentos de Física Molecular y Termodinámica
4. Oscilaciones y ondas
5. Óptica. La naturaleza cuántica de la radiación.
6. Elementos de la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos

7. Elementos de la física del núcleo atómico y partículas elementales
Índice de materias

11a ed., Borrado. - M.: 2006.- 560 p.

El libro de texto (novena edición, revisada y ampliada, 2004) consta de siete partes, que establecen los fundamentos físicos de la mecánica, la física molecular y la termodinámica, la electricidad y el magnetismo, la óptica, la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos, la física del núcleo atómico. y partículas elementales. El problema de combinar oscilaciones mecánicas y electromagnéticas se ha resuelto racionalmente. Se ha establecido la continuidad lógica y la conexión entre la física clásica y moderna. Se dan preguntas de control y tareas para una solución independiente.

Para estudiantes de ingeniería y especialidades técnicas de instituciones de educación superior.

Formato: pdf / zip (11- ed., 2006, 560s.)

El tamaño: 6 Mb

Descargar:

RGhost

1. Fundamentos físicos de la mecánica.
Capítulo 1. Elementos de la cinemática

§ 1. Modelos en mecánica. Sistema de referencia. Trayectoria, longitud de trayectoria, vector de desplazamiento

§ 2. Velocidad

§ 3. Aceleración y sus componentes

§ 4. Velocidad angular y aceleración angular

Tareas

Capítulo 2. Dinámica de un punto material y movimiento de traslación de un cuerpo rígido Fuerza

§ 6. Segunda ley de Newton

§ 7. Tercera ley de Newton

§ 8. Fuerzas de fricción

§ 9. La ley de conservación de la cantidad de movimiento. Centro de masa

§ 10. Ecuación de movimiento de un cuerpo de masa variable

Tareas

Capítulo 3. Trabajo y energía

§ 11. Energía, trabajo, poder

§ 12. Energías cinética y potencial

§ 13. Ley de conservación de la energía

§ 14. Representación gráfica de la energía

§ 15. Impacto de cuerpos absolutamente elásticos e inelásticos

Tareas

Capítulo 4. Mecánica de carrocería rígida

§ 16. Momento de inercia

§ 17. Energía cinética de rotación

§ 18. Momento de poder. Ecuación de la dinámica del movimiento de rotación de un cuerpo rígido.

§ 19. Momento de impulso y ley de su conservación
§ 20. Ejes libres. Giroscopio
§ 21. Deformaciones de un cuerpo rígido
Tareas

Capítulo 5. Gravitación. Elementos de la teoría de campos
§ 22. Leyes de Kepler. La ley de la gravitación universal
§ 23. Gravedad y peso. Ingravidez .. 48 y 24. El campo gravitacional y su intensidad
§ 25. Trabajo en un campo gravitacional. Potencial del campo gravitacional
§ 26. Velocidades espaciales

§ 27. Marcos de referencia no inerciales. Fuerzas de inercia
Tareas

Capítulo 6. Elementos de la mecánica de fluidos
§ 28. Presión en líquido y gas
§ 29. La ecuación de continuidad
§ 30. Ecuación de Bernoull y consecuencias de ella
§ 31. Viscosidad (fricción interna). Regímenes de flujo de fluidos laminar y turbulento
§ 32. Métodos para determinar la viscosidad
§ 33. Movimiento de cuerpos en líquidos y gases

Tareas
Capítulo 7. Elementos de la teoría de la relatividad especial (particular)
§ 35. Postulados de la teoría de la relatividad especial (particular)
§ 36. Transformaciones de Lorentz
§ 37. Consecuencias de las transformaciones de Lorentz
Sección 38. Intervalo entre eventos
§ 39. La ley básica de la dinámica relativista de un punto material
§ 40. La ley de la relación de masa y energía
Tareas

2. Fundamentos de Física Molecular y Termodinámica
Capítulo 8. Teoría cinética molecular de los gases ideales
§ 41. Métodos de investigación. Leyes de gases ideales experimentadas
§ 42. Ecuación de Clapeyron-Mendeleev
§ 43. La ecuación básica de la teoría cinética molecular de los gases ideales
§ 44. Ley de Maxwell sobre la distribución de moléculas de gas ideal por velocidades y energías del movimiento térmico.
§ 45. Fórmula barométrica. Distribución de Boltzmann
§ 46. Número medio de colisiones y camino libre medio medio de moléculas
§ 47. Justificación experimental de la teoría cinética molecular
§ 48. Fenómenos de transporte en sistemas termodinámicamente no equilibrados
§ 49. Vacío y métodos para obtenerlo. Propiedades de los gases ultrarraerificados
Tareas

Capítulo 9. Fundamentos de termodinámica.
§ 50. El número de grados de libertad de la molécula. La ley de la distribución uniforme de la energía sobre los grados de libertad de las moléculas.
§ 51. La primera ley de la termodinámica
§ 52. Trabajo del gas al cambiar su volumen.
§ 53. Capacidad calorífica
§ 54. Aplicación de la primera ley de la termodinámica a los isoprocesos.
§ 55. Proceso adiabático. Proceso politrópico
§ 57. Entropía, su interpretación estadística y conexión con la probabilidad termodinámica
§ 58. La segunda ley de la termodinámica
§ 59. Motores térmicos y máquinas frigoríficas Ciclo de Carnot y su eficiencia para gas ideal
Tareas
Capítulo 10. Gases, líquidos y sólidos reales
§ 61. La ecuación de Van der Waals
§ 62. Isotermas de Van der Waals y su análisis
Sección 63. Energía interna del gas real
§ 64. Efecto Joule-Thomson
Sección 65. Licuefacción de gases
§ 66. Propiedades de los líquidos. Tensión superficial
Sección 67. Humectación
§ 68. Presión debajo de la superficie curva del líquido.
§ 69. Fenómenos capilares
§ 70. Sólidos. Monocristales y policristales
§ 71. Tipos de sólidos cristalinos
§ 72. Defectos en cristales
§ 75. Transiciones de fase de primer y segundo tipo
§ 76. Diagrama de estados. Triple punto
Tareas

3. Electricidad y magnetismo
Capítulo 11. Electrostática
Artículo 77. Ley de conservación de la carga eléctrica.
Sección 78. Ley de Coulomb
§ 79. Campo electrostático. Intensidad de campo electrostático
§ 80. Principio de superposición de campos electrostáticos. Campo dipolo
§ 81. Teorema de Gauss para un campo electrostático en el vacío
§ 82. Aplicación del teorema de Gauss al cálculo de algunos campos electrostáticos en el vacío
§ 83. Circulación del vector de la intensidad del campo electrostático
§ 84. Potencial del campo electrostático
§ 85. La tensión como gradiente de potencial. Superficies equipotenciales
§ 86. Cálculo de la diferencia de potencial de la intensidad de campo
§ 87. Tipos de dieléctricos. Polarización dieléctrica
§ 88. Polarización. La fuerza de campo en el dieléctrico.
§ 89. Mezcla eléctrica. Teorema de Gauss para el campo electrostático en un dieléctrico
§ 90. Condiciones en la interfaz entre dos medios dieléctricos
§ 91. Ferroeléctricos
§ 92. Conductores en un campo electrostático
§ 93. Capacidad eléctrica de un conductor aislado
§ 94. Condensadores
§ 95. Energía de un sistema de cargas, un conductor solitario y un condensador. Energía del campo electrostático
Tareas
Capítulo 12. Corriente eléctrica continua
§ 96. Corriente eléctrica, fuerza y ​​densidad de corriente
Artículo 97. Fuerzas externas. Fuerza y ​​voltaje electromotriz
§ 98. Ley de Ohm. Resistencia del conductor

Sección 99 trabajo y poder Ley de Joule-Lenz
§ 100. Ley de Ohm para una sección no uniforme de una cadena
§ 101. Reglas de Kirchhoff para cadenas ramificadas
Tareas
Capítulo 13. Corrientes eléctricas en metales, vacío y gases
§ 104. Función de trabajo de los electrones del metal.
§ 105. Fenómenos de emisión y su aplicación
§ 106. Ionización de gases. Descarga de gas no autosuficiente
§ 107. Descarga de gas independiente y sus tipos
§ 108. Plasma y sus propiedades
Tareas

Capítulo 14. Campo magnético.
§ 109. Campo magnético y sus características
§ 110. Ley de Bio - Savart - Laplace y su aplicación al cálculo del campo magnético.
Artículo 111. Ley de Ampere. Interacción de corrientes paralelas
§ 112. Constante magnética. Unidades de inducción magnética e intensidad del campo magnético
§ 113. El campo magnético de una carga en movimiento
§ 114. La acción de un campo magnético sobre una carga en movimiento.
§ 115. Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.
§ 117. Efecto Hall
§ 118. Circulación del vector B del campo magnético en el vacío
§ 119. Campos magnéticos de un solenoide y un toroide
§ 121. Trabajos para mover un conductor y un circuito con corriente en un campo magnético.
Tareas

Capítulo 15. Inducción electromagnética
§ 122. El fenómeno de la inducción electromagnética (experimentos de Faraday
§ 123. Ley de Faraday y su derivación de la ley de conservación de la energía
§ 125. Corrientes de Foucault (corrientes de Foucault
§ 126. Inductancia del circuito. Autoinducción
§ 127. Corrientes al abrir y cerrar un circuito.
§ 128. Inducción mutua
§ 129. Transformadores
§130. Energía de campo magnético
cabañas
Capítulo 16. Propiedades magnéticas de la materia.
§ 131. Momentos magnéticos de electrones y átomos
§ 132. Fondo y paramagnetismo
§ 133. Magnetización. Campo magnético en la materia
§ 134. Condiciones en la interfaz entre dos imanes
§ 135. Ferromagnetos y sus propiedades

§ 136. La naturaleza del ferromagnetismo
Tareas
Capítulo 17. Fundamentos de la teoría de Maxwell del cero electromagnético
§ 137. Campo eléctrico de vórtice
Sección 138. Corriente de sesgo
§ 139. Ecuaciones de Maxwell para el campo electromagnético

4. Oscilaciones y ondas.
Capítulo 18. Vibraciones mecánicas y electromagnéticas
§ 140. Vibraciones armónicas y sus características.
§ 141. Vibraciones armónicas mecánicas
§ 142. Oscilador armónico. Péndulos de primavera, físicos y matemáticos
§ 144. Suma de oscilaciones armónicas de la misma dirección y la misma frecuencia. Beats
§ 145. Adición de vibraciones mutuamente perpendiculares
§ 146. Ecuación diferencial de oscilaciones amortiguadas libres (mecánicas y electromagnéticas) y su solución. Auto-oscilaciones
§ 147. Ecuación diferencial de oscilaciones forzadas (mecánicas y electromagnéticas) y su solución
§ 148. Amplitud y fase de oscilaciones forzadas (mecánicas y electromagnéticas). Resonancia
§ 149. Corriente alterna
§ 150. Resonancia de tensiones
§ 151. Resonancia de corrientes
§ 152. Potencia asignada en el circuito de corriente alterna
Tareas

Capítulo 19. Ondas elásticas.
§ 153. Procesos ondulatorios. Ondas longitudinales y transversales
§ 154. La ecuación de una onda viajera. Velocidad de fase. Ecuación de onda

§ 155. El principio de superposición. Velocidad de grupo
§ 156. Interferencia de ondas
§ 157. Ondas estacionarias
§ 158. Ondas sonoras
§ 159. Efecto Doppler en acústica
Artículo 160. Ultrasonido y su aplicación

Tareas

Capítulo 20. Ondas electromagnéticas.
§ 161. Producción experimental de ondas electromagnéticas.
§ 162. Ecuación diferencial de una onda electromagnética

§ 163. Energía de ondas electromagnéticas. Pulso electromagnetico

§ 164. Radiación del dipolo. Aplicación de ondas electromagnéticas.
Tareas

5. Óptica. La naturaleza cuántica de la radiación.

Capítulo 21. Elementos de óptica geométrica y electrónica.
§ 165. Leyes básicas de la óptica. Reflexión completa
§ 166. Lentes finas. Imagen de objetos usando lentes
§ 167. Aberraciones (errores) de los sistemas ópticos
§ 168. Magnitudes fotométricas básicas y sus unidades
Tareas
Capítulo 22. Interferencia de la luz
§ 170. Desarrollo de ideas sobre la naturaleza de la luz.
§ 171. Coherencia y monocromaticidad de las ondas luminosas
§ 172. Interferencia de la luz
§ 173. Métodos para observar la interferencia de la luz
§ 174. Interferencia de la luz en películas delgadas
§ 175. Aplicación de interferencia de luz
Capítulo 23. Difracción de luz
§ 177. Método de las zonas de Fresnel. Propagación de luz rectilínea
§ 178. Difracción de Fresnel en un agujero redondo y un disco
§ 179. Difracción de Fraunhofer en una rendija
§ 180. Difracción de Fraunhofer en una rejilla de difracción
§ 181. Celosía espacial. Dispersión de luz
§ 182. Difracción por una celosía espacial. La fórmula de Wolfe - Braggs
§ 183. Resolución de dispositivos ópticos
§ 184. El concepto de holografía
Tareas

Capítulo 24. Interacción de ondas electromagnéticas con la materia.
§ 185. Dispersión de la luz
§ 186. Teoría electrónica de la dispersión de la luz
§ 188. Efecto Doppler
§ 189. Vavilov - Radiación de Cherenkov

Tareas
Capítulo 25. Polarización de la luz
§ 190. Luz natural y polarizada
§ 191. Polarización de la luz durante la reflexión y refracción en el límite de dos dieléctricos.
§ 192. Doble refracción
§ 193. Prismas polarizantes y polaroides
§ 194. Análisis de luz polarizada

§ 195. Anisotropía óptica artificial
§ 196. Rotación del plano de polarización

Tareas

Capítulo 26. Naturaleza cuántica de la radiación.
§ 197. Radiación térmica y sus características.

§ 198. Ley de Kirchhoff
§ 199. Leyes de Stefan - Desplazamiento de Boltzmann y Vin

§ 200. Fórmulas de Rayleigh-Jeans y Planck.
§ 201. Pirometría óptica. Fuentes de luz térmica
§ 203. Ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico externo. Confirmación experimental de las propiedades cuánticas de la luz.
§ 204. Aplicación del efecto fotoeléctrico
§ 205. Masa e impulso de un fotón. Presión ligera
§ 206. Efecto Compton y su teoría elemental
§ 207. La unidad de propiedades corpusculares y ondulatorias de la radiación electromagnética.
Tareas

6. Elementos de la física cuántica

Capítulo 27. Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno.

§ 208. Modelos del átomo de Thomson y Rutherford
§ 209. Espectro lineal del átomo de hidrógeno
§ 210. Postulados de Bohr
§ 211. Experimentos de Frank en Hertz
§ 212. El espectro del átomo de hidrógeno según Bohr

Tareas

Capítulo 28. Elementos de la mecánica cuántica
§ 213. Dualismo de ondas corpusculares de las propiedades de la materia.
§ 214. Algunas propiedades de las ondas de De Broglie
§ 215. Relación de incertidumbres
§ 216. Función de onda y su significado estadístico
§ 217. Ecuación general de Schrödinger. Ecuación de Schrödinger para estados estacionarios
§ 218. El principio de causalidad en mecánica cuántica
§ 219. Movimiento de una partícula libre
§ 222. Oscilador armónico lineal en mecánica cuántica
Tareas
Capítulo 29. Elementos de la física moderna de átomos t moléculas
§ 223. El átomo de hidrógeno en mecánica cuántica
§ 224. L-combustión de un electrón en un átomo de hidrógeno
§ 225. El espín del electrón. Spin número cuántico
§ 226. El principio de indistinguibilidad de partículas idénticas. Fermiones y bosones
Mendeleev
§ 229. Espectros de rayos X
§ 231. Espectros moleculares. Dispersión de luz Raman
§ 232. Absorción, emisión espontánea y estimulada
(láseres
Tareas
Capítulo 30. Elementos de la estadística cuántica
§ 234. Estadística cuántica. Espacio de fase. Función de distribución
§ 235. El concepto de estadística cuántica Bose - Einstein y Fermi - Dirac
§ 236. Gas de electrones degenerados en metales
§ 237. El concepto de la teoría cuántica de la capacidad calorífica. Fonoles
§ 238. Conclusiones de la teoría cuántica de la conductividad eléctrica de los metales
! Efecto Josephson
Tareas
Capítulo 31. Elementos de la física del estado sólido
§ 240. El concepto de teoría de bandas de sólidos
§ 241. Metales, dieléctricos y semiconductores según la teoría de bandas
§ 242. Conductividad intrínseca de semiconductores
§ 243. Conductividad de impurezas de semiconductores.
§ 244. Fotoconductividad de semiconductores
§ 245. Luminiscencia de sólidos
§ 246. Contacto de dos metales según la teoría de bandas
§ 247. Fenómenos termoeléctricos y su aplicación
§ 248. Rectificación en el contacto metal-semiconductor
§ 250. Diodos semiconductores y triodos (transistores
Tareas

7. Elementos de la física del núcleo atómico y partículas elementales.

Capítulo 32. Elementos de la física del núcleo atómico.

§ 252. Defecto de masa y energía de enlace, núcleo

§ 253. Spin del núcleo y su momento magnético

§ 254. Fuerzas nucleares. Modelos de kernel

§ 255. Radiaciones radiactivas y sus tipos Reglas de desplazamiento

§ 257. Leyes de la decadencia

§ 259. Radiación gamma y sus propiedades.

§ 260. Absorción resonante de radiación γ (efecto Mössbauer

§ 261. Métodos de observación y registro de radiaciones y partículas radiactivas

§ 262. Reacciones nucleares y sus principales tipos

§ 263. Positrón. /> - Decaimiento. Captura electrónica

§ 265. Reacción de fisión nuclear
§ 266. Reacción en cadena de fisión
§ 267. El concepto de energía nuclear
§ 268. Reacción de fusión de núcleos atómicos. El problema de las reacciones termonucleares controladas
Tareas
Capítulo 33. Elementos de la física de partículas elementales
§ 269. Radiación cósmica
§ 270. Muones y sus propiedades
§ 271. Mesones y sus propiedades
§ 272. Tipos de interacciones de partículas elementales
§ 273. Partículas y antipartículas
§ 274. Hiperonas. La extrañeza y la paridad de las partículas elementales.
§ 275. Clasificación de partículas elementales. Quarks
Tareas
Leyes y fórmulas básicas
1. Fundamentos físicos de la mecánica
2. Fundamentos de Física Molecular y Termodinámica
4. Oscilaciones y ondas
5. Óptica. La naturaleza cuántica de la radiación.
6. Elementos de la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos

7. Elementos de la física del núcleo atómico y partículas elementales
Índice de materias

Revisor: Profesor del Departamento de Física que lleva el nombre de A.M. Fabrikant del Instituto de Ingeniería Eléctrica de Moscú (Universidad Técnica) V.A.Kasyanov

ISBN 5-06-003634-0  Editorial de la "Escuela Superior" de la Empresa Unitaria Estatal, 2001

El diseño original de esta publicación es propiedad de la editorial Vysshaya Shkola, y su reproducción (reproducción) de cualquier forma sin el consentimiento del editor está prohibida.

Prefacio

El libro de texto está escrito de acuerdo con el programa actual del curso de física. por Ingeniería y especialidades técnicas de instituciones de educación superior y está destinado a estudiantes de instituciones de educación superior técnica de educación a tiempo completo con un número limitado de horas en física, con posibilidad de utilizarlo en cursos vespertinos y por correspondencia.

Se logró un pequeño volumen del libro de texto mediante una selección cuidadosa y una presentación concisa del material.

El libro está dividido en siete partes. En la primera parte, se da una presentación sistemática de los fundamentos físicos de la mecánica clásica, así como elementos de la teoría especial (particular) de la relatividad. La segunda parte está dedicada a los conceptos básicos de la física molecular y la termodinámica. La tercera parte trata de la electrostática, la corriente continua y el electromagnetismo. En la cuarta parte, dedicada a la presentación de la teoría de las oscilaciones y la voluntad, se consideran en paralelo las oscilaciones mecánicas y electromagnéticas, se indican sus similitudes y diferencias y se comparan los procesos físicos que ocurren durante las correspondientes oscilaciones. En la quinta parte se consideran los elementos de la óptica geométrica y electrónica, la óptica ondulatoria y la naturaleza cuántica de la radiación. La sexta parte está dedicada a los elementos de la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos. La séptima parte expone los elementos de la física del núcleo atómico y las partículas elementales.

La presentación del material se realiza sin engorrosos cálculos matemáticos, se presta la debida atención a la esencia física de los fenómenos y los conceptos y leyes que los describen, así como a la continuidad de la física moderna y clásica. Todos los datos biográficos se dan según el libro "Física" de Yu. A. Khramov (Moscú: Nauka, 1983).

Para designar cantidades vectoriales en todas las figuras y en el texto se utiliza negrita, a excepción de las cantidades indicadas con letras griegas, que por razones técnicas se escriben en el texto en letra clara con una flecha.

El autor expresa su profunda gratitud a sus colegas y lectores, cuyos amables comentarios y deseos han contribuido a la mejora del libro. Estoy especialmente agradecido al profesor V.A.Kasyanov por revisar el manual y sus comentarios.

Introducción

La asignatura de física y su relación con otras ciencias

El mundo que te rodea, todo lo que existe a tu alrededor y es descubierto por nosotros a través de las sensaciones es materia.

Una propiedad integral de la materia y la forma de su existencia es el movimiento. El movimiento en el sentido más amplio de la palabra es todo tipo de cambios en la materia, desde el simple movimiento hasta los procesos de pensamiento más complejos.

Varias ciencias, incluida la física, estudian diversas formas de movimiento de la materia. El tema de la física, como, de hecho, de cualquier ciencia, sólo puede ser divulgado en el curso de su presentación detallada. Es bastante difícil dar una definición estricta del tema de la física, porque los límites entre la física y una serie de disciplinas relacionadas son condicionales. En esta etapa de desarrollo, es imposible preservar la definición de física solo como una ciencia de la naturaleza.

El académico A.F. Ioffe (1880-1960; físico ruso) * definió la física como una ciencia que estudia las propiedades generales y las leyes del movimiento de la materia y el campo. Actualmente se acepta generalmente que las interacciones de peso se llevan a cabo mediante campos, por ejemplo, campos de fuerza gravitacionales, electromagnéticos y nucleares. El campo, junto con la materia, es una de las formas de existencia de la materia. La conexión inseparable entre el campo y la sustancia, así como la diferencia en sus propiedades, serán consideradas a medida que estudies el curso.

* Todos los datos se proporcionan de acuerdo con el libro de referencia biográfica de Yu. A. Khramov "Physics" (Moscú: Nauka, 1983).

La física es la ciencia de las formas más simples y al mismo tiempo más generales de movimiento de la materia y sus mutuas transformaciones. Las formas de movimiento de la materia estudiadas por la física (mecánica, térmica, etc.) están presentes en todas las formas superiores y más complejas de movimiento de la materia (química, biológica, etc.). Por tanto, siendo las más simples, son al mismo tiempo las formas más generales de movimiento de la materia. Las formas superiores y más complejas de movimiento de la materia son objeto de estudio en otras ciencias (química, biología, etc.).

La física está estrechamente relacionada con las ciencias naturales. Esta estrecha relación de la física con otras ramas de las ciencias naturales, como señaló el académico SI Vavilov (1891-1955; físico y figura pública rusa), llevó al hecho de que la física tiene raíces profundas en la astronomía, la geología, la química, la biología y otras ciencias naturales. ciencias ... Como resultado, han surgido una serie de nuevas disciplinas relacionadas, como la astrofísica, la biofísica, etc.

La física está estrechamente relacionada con la tecnología, y esta conexión es de naturaleza bidireccional. La física surgió de las necesidades de la tecnología (el desarrollo de la mecánica entre los antiguos griegos, por ejemplo, fue causado por las demandas de la construcción y el equipo militar de esa época), y la tecnología, a su vez, determina la dirección de la investigación física (por ejemplo, Por ejemplo, en un momento la tarea de crear los motores térmicos más económicos provocó un desarrollo violento de la termodinámica). Por otro lado, el nivel técnico de producción depende del desarrollo de la física. La física es la base para la creación de nuevas ramas de la tecnología (tecnología electrónica, tecnología nuclear, etc.).

El rápido ritmo de desarrollo de la física, sus crecientes vínculos con la tecnología indican el papel significativo del curso de física en la escuela técnica: esta es la base fundamental para la formación teórica de un ingeniero, sin la cual su trabajo exitoso es imposible.

Unidades físicas

El principal método de investigación en física es la experiencia, basada en la práctica, el conocimiento sensorial-empírico de la realidad objetiva, es decir, la observación de los fenómenos en estudio en condiciones precisamente tomadas en cuenta, que permiten seguir el curso de los fenómenos y reproducirlos. muchas veces cuando estas condiciones se repiten.

Se proponen hipótesis para explicar los hechos experimentales. Hipótesis es un supuesto científico propuesto para explicar un fenómeno y que requiere verificación experimental y justificación teórica para convertirse en una teoría científica confiable.

Como resultado de la generalización de hechos experimentales, así como los resultados de la actividad humana, se establece leyes físicas- Leyes objetivas recurrentes estables que existen en la naturaleza. Las leyes más importantes establecen una relación entre cantidades físicas, para lo cual es necesario medir estas cantidades. La medición de una cantidad física es una acción que se realiza con la ayuda de instrumentos de medición para encontrar el valor de una cantidad física en unidades aceptadas. Las unidades de cantidades físicas se pueden elegir arbitrariamente, pero luego surgen dificultades al compararlas. Por tanto, es aconsejable introducir un sistema de unidades que cubra las unidades de todas las cantidades físicas.

Para construir un sistema de unidades, las unidades se eligen arbitrariamente por varias grandezas físicas independientes entre sí. Estas unidades se llaman básico. El resto de las cantidades y sus unidades se derivan de las leyes que vinculan estas cantidades y sus unidades con las principales. Ellos se llaman derivados.

En la actualidad, el Sistema Internacional (SI), que se basa en siete unidades básicas - metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol, candela - y dos adicionales - radián y estereorradián, es obligatorio para su uso en la literatura científica y educativa. .

Metro(m) - la longitud del camino atravesado por la luz en el vacío durante 1/299792458 s.

Kilogramo(kg) es la masa igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (cilindro de platino-iridio almacenado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sevres, cerca de París).

Segundo(s) - tiempo igual a 9192631770 períodos de radiación correspondientes a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133.

Amperio(A) - la fuerza de una corriente constante, que, al pasar a través de dos conductores rectilíneos paralelos de longitud infinita y sección transversal insignificante, ubicados en el vacío a una distancia de 1 m entre sí, creará una fuerza entre estos conductores igual a 210 - 7 N por cada metro de longitud.

Kelvin(K) - 1 / 273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Polilla(mol) - la cantidad de materia en un sistema que contiene el mismo número de elementos estructurales que átomos que están contenidos en el núclido de 12 C que pesa 0.012 kg.

Candela(cd) - intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite radiación monocromática con una frecuencia de 54010 12 Hz, cuya intensidad luminosa en esta dirección es 1/683 W / sr.

Radián(rad): el ángulo entre dos radios de un círculo, la longitud del arco entre los cuales es igual al radio.

Estereorradián(cf) - ángulo sólido con vértice en el centro de la esfera, recortando en la superficie de la esfera un área igual al área de un cuadrado con un lado igual al radio de la esfera.

Para establecer unidades derivadas se utilizan leyes físicas que las conectan con unidades básicas. Por ejemplo, de la fórmula para un movimiento rectilíneo uniforme v= s/ t (s – distancia viajada, t - tiempo) la unidad derivada de velocidad es igual a 1 m / s.

1 BASE FÍSICA DE LA MECÁNICA

Capítulo 1 Elementos de la cinemática

§ 1. Modelos en mecánica. Sistema de referencia. Trayectoria, longitud de trayectoria, vector de desplazamiento

Mecánica- una parte de la física que estudia las leyes del movimiento mecánico y las razones que causan o modifican este movimiento. Movimiento mecanico- se trata de un cambio a lo largo del tiempo en la posición relativa de los cuerpos o sus partes.

El desarrollo de la mecánica como ciencia comienza en el siglo III. antes de Cristo AC, cuando el científico griego antiguo Arquímedes (287-212 AC) formuló la ley del equilibrio de la palanca y las leyes del equilibrio de los cuerpos flotantes. Las leyes básicas de la mecánica fueron establecidas por el físico y astrónomo italiano G. Galilei (1564-1642) y finalmente fueron formuladas por el científico inglés I. Newton (1643-1727).

La mecánica de Galileo-Newton se llama mecanica clasica. Estudia las leyes del movimiento de los cuerpos macroscópicos, cuyas velocidades son pequeñas en comparación con la velocidad de la luz c en el vacío. Se estudian las leyes del movimiento de cuerpos macroscópicos con velocidades comparables a la velocidad c. mecánica relativista, Residencia en teoría especial de la relatividad, formulado por A. Einstein (1879-1955). Describir el movimiento de cuerpos microscópicos (átomos individuales y partículas elementales) las leyes de la mecánica clásica son inaplicables - son reemplazadas por las leyes mecánica de ballenas.

En la primera parte de nuestro curso, estudiaremos la mecánica de Galileo-Newton, es decir, considere el movimiento de cuerpos macroscópicos con velocidades mucho menores que la velocidad c. En la mecánica clásica, el concepto de espacio y tiempo, desarrollado por I. Newton y dominante en las ciencias naturales durante los siglos XVII-XIX, es generalmente aceptado. La mecánica galileo-newtoniana considera el espacio y el tiempo como formas objetivas de la existencia de la materia, pero aisladas entre sí y del movimiento de los cuerpos materiales, que correspondían al nivel de conocimiento de esa época.

La mecánica se divide en tres secciones: I) cinemática; 2) dinámica; 3) estática.

La cinemática estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las razones que provocan este movimiento.

Dinámica estudia las leyes del movimiento de los cuerpos y las razones que causan o modifican este movimiento.

Estática estudia las leyes de equilibrio de un sistema de cuerpos. Si se conocen las leyes del movimiento de los cuerpos, también se pueden establecer las leyes del equilibrio a partir de ellas. Por tanto, la física no considera las leyes de la estática por separado de las leyes de la dinámica.

Mecánica para describir el movimiento de los cuerpos, dependiendo de las condiciones de problemas específicos, utiliza diferentes modelos físicos. El modelo más simple es punto material- un cuerpo con una masa, cuyas dimensiones pueden pasarse por alto en este problema. El concepto de punto material es abstracto, pero su introducción facilita la solución de problemas prácticos. Por ejemplo, al estudiar el movimiento de los planetas en órbitas alrededor del Sol, se pueden tomar como puntos materiales.

Un cuerpo macroscópico arbitrario o un sistema de cuerpos se puede dividir mentalmente en pequeñas partes que interactúan, cada una de las cuales se considera un punto material. Entonces, el estudio del movimiento de un sistema arbitrario de cuerpos se reduce al estudio de un sistema de puntos materiales. En mecánica, primero se estudia el movimiento de un punto material y luego se procede a estudiar el movimiento de un sistema de puntos materiales.

Bajo la influencia de los cuerpos entre sí, los cuerpos pueden deformarse, es decir, cambiar su forma y tamaño. Por lo tanto, se introduce otro modelo en mecánica, absolutamente sólido... Un cuerpo absolutamente rígido es un cuerpo que en ningún caso puede deformarse y en todas las condiciones la distancia entre dos puntos (o, más precisamente, entre dos partículas) de este cuerpo permanece constante.

Cualquier movimiento de un cuerpo rígido puede representarse como una combinación de movimientos de traslación y rotación. El movimiento de traslación es un movimiento en el que cualquier línea recta conectada rígidamente con un cuerpo en movimiento permanece paralela a su posición original. El movimiento de rotación es un movimiento en el que todos los puntos del cuerpo se mueven en círculos, cuyos centros se encuentran en la misma línea recta, llamada eje de rotación.

El movimiento de los cuerpos ocurre en el espacio y el tiempo. Por tanto, para describir el movimiento de un punto material, es necesario saber en qué lugares del espacio se ubicó este punto y en qué momentos en el tiempo pasó por tal o cual posición.

La posición de un punto material se determina en relación con algún otro cuerpo elegido arbitrariamente, llamado cuerpo de referencia. Un sistema de referencia está asociado con él: un conjunto de un sistema de coordenadas y un reloj asociado con un cuerpo de referencia. En el sistema de coordenadas cartesiano más utilizado, la posición de un punto A en un momento dado en relación con este sistema se caracteriza por tres coordenadas X, y y z o vector de radio r dibujado desde el origen del sistema de coordenadas para este punto(Figura 1).

Cuando un punto material se mueve, sus coordenadas cambian con el tiempo. En el caso general, su movimiento está determinado por las ecuaciones escalares

x = x (t), y = y (t), z = z (t), (1.1)

equivalente a la ecuación vectorial

r = r(t). (1.2)

Las ecuaciones (1.1) y, en consecuencia, (1.2) se denominan ecuaciones cinemáticas movimiento punto material.

El número de coordenadas independientes que determinan completamente la posición de un punto en el espacio se llama número de grados de libertad... Si un punto material se mueve libremente en el espacio, entonces, como ya se mencionó, tiene tres grados de libertad (coordenadas x, y y z), si se mueve a lo largo de alguna superficie, entonces por dos grados de libertad, si a lo largo de una cierta línea, entonces por un grado de libertad.

Excluyendo t en las ecuaciones (1.1) y (1.2), obtenemos la ecuación de la trayectoria del punto material. Trayectoria movimiento de un punto material - una línea descrita por este punto en el espacio. Dependiendo de la forma de la trayectoria, el movimiento puede ser recto o curvo.

Considere el movimiento de un punto material a lo largo de una trayectoria arbitraria (Fig. 2). Empezaremos a contar el tiempo desde el momento en que el punto estuvo en la posición UNA. Longitud del segmento de trayectoria AB, atravesado por un punto material desde el inicio del tiempo se llama camino largo s y es función escalar tiempo:  s = s(t) .Vector r = r -r 0, dibujado desde la posición inicial del punto en movimiento hasta su posición en un momento dado (el incremento del vector de radio del punto sobre el intervalo de tiempo considerado) se llama desplazamiento.

En movimiento rectilíneo, el vector de desplazamiento coincide con la sección correspondiente de la trayectoria y el módulo de desplazamiento |  r| igual a la distancia recorrida  s.

§ 2. Velocidad

Para caracterizar el movimiento de un punto material, se introduce una cantidad vectorial, la velocidad, que se define como rapidez movimiento y su dirección en este punto en el tiempo.

Deje que el punto material se mueva a lo largo de una trayectoria curvilínea de modo que en el momento del tiempo t corresponde al vector de radio r 0 (Fig. 3). Por un corto período de tiempo  t el punto pasará el camino  s y recibirá un desplazamiento elemental (infinitesimal) r.

Vector de velocidad media es la relación entre el incremento r del vector de radio de un punto y el intervalo de tiempo  t:

(2.1)

La dirección del vector de velocidad media coincide con la dirección de r. Con una disminución ilimitada  t la velocidad media tiende a un valor límite, que se llama velocidad instantánea v:

La velocidad instantánea v, por tanto, es una cantidad vectorial igual a la primera derivada del vector de radio del punto en movimiento con respecto al tiempo. Dado que la secante en el límite coincide con la tangente, el vector de velocidad v se dirige tangencialmente a la trayectoria en la dirección del movimiento (Fig. 3). A medida que disminuye  t camino  s se acercará a | r | cada vez más, por lo tanto, el módulo de la velocidad instantánea

Por tanto, el módulo de la velocidad instantánea es igual a la primera derivada de la trayectoria con respecto al tiempo:

(2.2)

A movimiento desigual - el módulo de velocidad instantánea cambia con el tiempo. En este caso, el valor escalar  v - velocidad media movimiento desigual:

De la fig. 3 se sigue que  v> | v |, desde  s> | r |, y solo en el caso de movimiento rectilíneo

Si la expresión d s = v D t (ver fórmula (2.2)) se integran a lo largo del tiempo en el rango de t antes de t + t, luego encontramos la longitud del camino atravesado por el punto en el tiempo  t:

(2.3)

Cuando movimiento uniforme el valor numérico de la velocidad instantánea es constante; entonces la expresión (2.3) toma la forma

La longitud del camino atravesado por el punto en el intervalo de tiempo desde t 1 a t 2 viene dado por la integral

§ 3. Aceleración y sus componentes

En el caso de tráfico irregular, es importante saber qué tan rápido cambia la velocidad con el tiempo. La cantidad física que caracteriza la tasa de cambio de velocidad en magnitud y dirección es aceleración.

Considerar movimiento plano, aquellos. movimiento en el que todos los segmentos de la trayectoria de un punto se encuentran en el mismo plano. Deje que el vector v defina la rapidez del punto A en este momento t. Durante el tiempo  t punto en movimiento movido a la posición V y adquirió una velocidad diferente de v tanto en magnitud como en dirección e igual av 1 = v + v. Mueve el vector v 1 al punto A y encuentre v (Fig. 4).

Aceleración media movimiento desigual en el rango de t antes de t + t se llama una cantidad vectorial igual a la relación entre el cambio en la velocidad v y el intervalo de tiempo  t

Aceleración instantánea a (aceleración) de un punto material en el momento t habrá un límite para la aceleración media:

Por tanto, la aceleración a es una cantidad vectorial igual a la primera derivada de la velocidad con respecto al tiempo.

Descompongamos el vector v en dos componentes. Para hacer esto, desde el punto A(Fig.4) en la dirección de la velocidad v posponemos el vector
módulo v 1. Obviamente, el vector
, igual
, determina el cambio de velocidad a lo largo del tiempo  t modulo:
... El segundo componente
el vector v caracteriza el cambio de velocidad a lo largo del tiempo  t hacia.

Componente tangencial de la aceleración

es decir, es igual a la primera derivada del módulo de velocidad, determinando así la tasa de cambio en el módulo de velocidad.

Encontremos el segundo componente de la aceleración. Supongamos que el punto V lo suficientemente cerca del punto A, por lo tanto  s puede considerarse un arco de un círculo de cierto radio r, que se diferencia poco de la cuerda AB. Luego de la similitud de triángulos cualquier otro negocio y EAD sigue  v norte /AB = v 1 / r, pero desde AB = vt, luego

En el límite en
obtener
.

Dado que el ángulo EAD tiende a cero, y dado que el triángulo EAD isósceles luego ángulo ADE entre v y v norte se esfuerza por lo directo. Por tanto, para los vectores v norte yv son mutuamente perpendiculares. El impuesto como vector de velocidad se dirige tangencialmente a la trayectoria, luego el vector v norte perpendicular al vector velocidad se dirige al centro de su curvatura. El segundo componente de la aceleración, igual a

llamado componente normal de aceleración y se dirige a lo largo de la normal a la trayectoria hasta el centro de su curvatura (por lo tanto, también se llama aceleración centrípeta).

Aceleración total el cuerpo es la suma geométrica de las componentes tangencial y normal (Fig.5):

Entonces, tangencial el componente de aceleración caracteriza tasa de cambio de módulo de velocidad(dirigido tangencialmente a la trayectoria), y normal componente de aceleración - la tasa de cambio de velocidad en la dirección(dirigido hacia el centro de la curvatura de la trayectoria).

Dependiendo de las componentes tangenciales y normales de la aceleración, el movimiento se puede clasificar de la siguiente manera:

1)
, a norte = 0 - movimiento uniforme rectilíneo;

2)
, a norte = 0 - movimiento igual rectilíneo. Con este tipo de movimiento

Si el momento inicial del tiempo t 1 = 0, y la velocidad inicial v = v T.I. Bien física: [tutorial para ingeniería ...

Instrucción metódica No. 1 para estudiantes de 1er año de la Facultad de Medicina y Biología semestre No. 1

Documento

... (2,1 m; l = 10 m; 1,3 s) Literatura: Trofimova T.I. Bien física: Libro de texto. manual para universidades. -18 ... velocidad. (0.43) Literatura: Trofimova T.I. Bien física: Libro de texto. manual para universidades.- ... sobre impacto. () Literatura: Trofimova T.I. Bien física: Libro de texto. manual para universidades. - ...