Трофімова курс фізики 16 видання. Одиниці фізичних величин

Т.І. Трофімова

КУРС

ФІЗИКИ

Видання сьоме, стереотипне

РЕКОМЕНДУВАНОМІНІСТЕРСТВОМ ОСВІТИ

РОСІЙСЬКИЙФЕДЕРАЦІЇ НА ЯКІ НАВЧАЛЬНОГО ДОПОМОГИ

ДЛЯ ІНЖЕНЕРНО- ТЕХНІЧНИХ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ

ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

ВИЩА ШКОЛА

2003

Рецензент: професор кафедри фізики імені А.М. Фабриканта Московського енергетичного інституту ( технічного університету) В. А. Касьянов

ISBN 5-06-003634-0

ФГУП "Видавництво" вища школа», 2003

Оригінал-макет цього видання є власністю видавництва «Вища школа» та його репродукування (відтворення) будь-яким способом без згоди видавництва забороняється.

ПЕРЕДМОВА

Навчальний посібник написано відповідно до чинної програми курсу фізики для інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладівта призначено для студентів вищих технічних навчальних закладів денної форми навчання з обмеженою кількістю годин з фізики, з можливістю його використання на вечірній та заочній формахнавчання.

Невеликий обсяг навчального посібника досягнуто за допомогою ретельного відбору та лаконічного викладу матеріалу.

Книга складається із семи частин. У першій частині дано систематичний виклад фізичних основ класичної механіки, і навіть розглянуті елементи спеціальної (приватної) теорії відносності. Друга частина присвячена основам молекулярної фізикита термодинаміки. У третій частині вивчаються електростатика, постійна електричний струмта електромагнетизм. У четвертій частині, присвяченій викладу теорії коливань і хвиль, механічні та електромагнітні коливання розглядаються паралельно, вказуються їх схожості та відмінності та порівнюються фізичні процеси, що відбуваються за відповідних коливань. У п'ятій частині розглянуті елементи геометричної та електронної оптики, хвильова оптика та квантова природа випромінювання. Шоста частина присвячена елементам квантової фізикиатомів, молекул та твердих тіл. У сьомій частині викладаються елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Виклад матеріалу ведеться без громіздких математичних викладок, належна увага звертається на фізичну суть явищ і понять і законів, що їх описують, а також на спадкоємність сучасної та класичної фізики. Всі біографічні дані наведені за книгою Ю. А. Храмова "Фізики" (М: Наука, 1983).

Для позначення векторних величин на всіх малюнках і тексті використаний напівжирний шрифт, за винятком величин, позначених грецькими літерами, які з технічних причин набрані в тексті світлим шрифтом зі стрілкою.

Автор висловлює глибоку вдячність колегам та читачам, чиї доброзичливі зауваження та побажання сприяли покращенню книги. Я особливо вдячна професору Касьянову В. А. за рецензування допомоги та зроблені ним зауваження.

ВСТУП

ПРЕДМЕТ ФІЗИКИ І ЇЇ ЗВ'ЯЗОК З ІНШИМИ НАУКАМИ

Навколишній світ, все існуюче навколо нас і виявлене нами за допомогою відчуттів є матерією.

Невід'ємною властивістю матерії та формою її існування є рух. Рух у сенсі слова - це всілякі зміни матерії - від простого переміщення до найскладніших процесів мислення.

Різноманітні форми руху матерії вивчаються різними науками, зокрема і фізикою. Предмет фізики, як, втім, і будь-якої науки, може бути розкритий лише з його детального викладу. Дати суворе визначення предмета фізики досить складно, бо межі між фізикою та низкою суміжних дисциплін умовні. У цьому стадії розвитку не можна зберегти визначення фізики лише як науки про природу.

Академік А. Ф. Іоффе (1880-1960; російський фізик) визначив фізику як науку, що вивчає загальні властивостіта закони руху речовини та поля. В даний час загальновизнано, що всі взаємодії здійснюються за допомогою полів, наприклад, гравітаційних, електромагнітних, полів ядерних сил. Поле поряд із речовиною є однією з форм існування материн. Нерозривний зв'язок поля і речовини, і навіть відмінність у властивостях будуть розглянуті з вивчення курсу.

Фізика - наука про найпростіші і водночас найбільш загальні форми руху матерії та їх взаємні перетворення. Вивчаються фізикою форми руху матерії (механічна, теплова та інших.) присутні у всіх вищих і найскладніших формах руху матерії (хімічних, біологічних та інших.). Тому вони, будучи найпростішими, є водночас найзагальнішими формами руху матерії. Вищі і складніші форми руху матерії - предмет вивчення інших наук (хімії, біології та інших.).

Фізика тісно пов'язана із природничими науками. Ця найтісніший зв'язок фізики з іншими галузями природознавства, як зазначав академік С. І. Вавілов (1891-1955; російський фізик і громадський діяч), призвела до того, що фізика глибоким корінням вросла в астрономію, геологію, хімію, біолог природні науки. В результаті утворився ряд нових суміжних дисциплін, таких як астрофізика, біофізика та ін.

Фізика тісно пов'язана і з технікою, причому цей зв'язок має двосторонній характер. Фізика виросла з потреб техніки (розвиток механіки у давніх греків, наприклад, було викликано запитами будівельної та військової технікитого часу), і техніка, у свою чергу, визначає напрямок фізичних досліджень (наприклад, свого часу завдання створення найбільш економічних теплових двигунів викликало бурхливий розвиток термодинаміки). З іншого боку, від розвитку фізики залежить технічний рівеньвиробництва. Фізика - основа створення нових галузей техніки (електронна техніка, ядерна техніка та інших.).

Бурхливий темп розвитку фізики, зростаючі зв'язку її з технікою вказують на значну роль курсу фізики у втузі: це фундаментальна база для теоретичної підготовки інженера, без якої його успішна діяльність неможлива.

ЕДИНИЦІ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН

Основним методом дослідження у фізиці є досвід- засноване практично чуттєво-емпіричне пізнання об'єктивної дійсності, т. е. спостереження досліджуваних явищ у умовах, що точно враховуються, що дозволяють стежити за перебігом явищ і багаторазово відтворювати його при повторенні цих умов.

Для пояснення експериментальних фактіввисуваються гіпотези.

Гіпотеза- це наукове припущення, що висувається для пояснення будь-якого явища і вимагає перевірки досвіду і теоретичного обґрунтуваннядля того, щоб стати достовірною науковою теорією.

Внаслідок узагальнення експериментальних фактів, а також результатів діяльності людей встановлюються фізичні закони - стійкі повторювані об'єктивні закономірності, що у природі. Найбільш важливі закони встановлюють зв'язок між фізичними величинами, для чого необхідно ці величини вимірювати. Вимірювання фізичної величини є дія, що виконується за допомогою засобів вимірювань для знаходження значення фізичної величини у прийнятих одиницях. Одиниці фізичних величинможна вибрати довільно, але тоді виникнуть труднощі при їх порівнянні. Тому доцільно запровадити систему одиниць, що охоплює одиниці всіх фізичних величин.

Для побудови системи одиниць довільно вибирають одиниці для кількох незалежних друг від друга фізичних величин. Ці одиниці називаються основними.Інші ж величини та їх одиниці виводяться із законів, що пов'язують ці величини та їх одиниціз основними. Вони називаються похідними.

В даний час обов'язкова до застосування в науковій, а також навчальної літературиСистема Інтернаціональна (СІ), яка будується на семи основних одиницях – метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль, кандела – та двох додаткових – радіан та стерадіан.

Метр(м) - довжина шляху, що проходить світлом у вакуумі за 1/299792458 с. Кілограм(кг) - маса, рівна масі міжнародного прототипу кілограма (платиноїрідієвого циліндра, що зберігається в Міжнародному бюро заходів та терезів у Півночі, поблизу Парижа).

Секунда(с) - час, що дорівнює періодам випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.

Ампер(А) - сила незмінного струму, який при проходженні по двок паралельним прямолінійним провідникам нескінченної довжини і мізерно обмаль поперечного перерізу, розташованим у вакуумі на відстані 1 м один від одного створює між цими провідниками силу, рівну 2⋅10 -7 Н на кожен метр довжини.

Кельвін(К) - 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійного точення води.

Міль(моль) - кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки атомів міститься в нукліді 12 масою 0,012 кг.

Кандела(кд) - сила світла в заданому напрямку джерела, що випромінює монохроматичне випромінювання частотою 540" Ю 12 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/пор.

Радіан(Рад) - кут між двома радіусами кола, довжина дуги між якими дорівнює радіусу.

Стерадіан(СР) - тілесний кут з вершиною в центрі сфери, що вирізує з поверхні сфери площу, рівну площіквадрата зі стороною, що дорівнює радіусу сфери.

Для встановлення похідних одиниць використовують фізичні закони, що пов'язують їх із основними одиницями. Наприклад, з формули рівномірного прямо лінійного руху v=st (s- пройдений шлях, t- час) похідна одиниця швидкості утворюється рівною 1 м/с.

11-те вид., стер. – К.: 2006. – 560 с.

Навчальний посібник (9-е видання, перероблене та доповнене, 2004 р.) складається з семи частин, у яких викладено фізичні основи механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електрики та магнетизму, оптики, квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл, фізики атом ядра та елементарних частинок. Раціонально вирішено питання про поєднання механічних та електромагнітних коливань. Встановлено логічну наступність та зв'язок між класичною та сучасною фізикою. Наведено контрольні питання та завдання для самостійного вирішення.

Для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів.

Формат: pdf/zip (11- е вид., 2006, 560с.)

Розмір: 6 Мб

Завантажити:

RGhost

1. Фізичні засади механіки.
Розділ 1. Елементи кінематики

§ 1. Моделі у механіці. Система відліку. Траєкторія, довжина колії, вектор переміщення

§ 2. Швидкість

§ 3. Прискорення та його складові

§ 4. Кутова швидкістьта кутове прискорення

Завдання

Розділ 2. Динаміка матеріальної точкита поступального руху твердого тіла Сила

§ 6. Другий закон Ньютона

§ 7. Третій закон Ньютона

§ 8. Сили тертя

§ 9. Закон збереження імпульсу. Центр мас

§ 10. Рівняння руху тіла змінної маси

Завдання

Глава 3. Робота та енергія

§ 11. Енергія, робота, потужність

§ 12. Кінетична та потенційна енергії

§ 13. Закон збереження енергії

§ 14. Графічне уявлення енергії

§ 15. Удар абсолютно пружних та непружних тіл

Завдання

Розділ 4. Механіка твердого тіла

§ 16. Момент інерції

§ 17. Кінетична енергія обертання

§ 18. Момент сили. Рівняння динаміки обертального руху твердого тіла.

§ 19. Момент імпульсу та закон його збереження
§ 20. Вільні осі. Гіроскоп
§ 21. Деформації твердого тіла
Завдання

Розділ 5. Тяжіння. Елементи теорія поля
§ 22. Закони Кеплера. Закон всесвітнього тяготіння
§ 23. Сила тяжкості та вага. Невагомість.. 48 у 24. Поле тяжіння та його напруженість
§ 25. Робота у полі тяжіння. Потенціал поля тяжіння
§ 26. Космічні швидкості

§ 27. Неінерційні системи відліку. Сили інерції
Завдання

Глава 6. Елементи механіки рідин
§ 28. Тиск у рідині та газі
§ 29. Рівняння нерозривності
§ 30. Рівняння Бернулля та наслідки з нього
§ 31. В'язкість ( внутрішнє тертя). Ламінарний та турбулентний режими перебігу рідин
§ 32. Методи визначення в'язкості
§ 33. Рух тіл у рідинах та газах

Завдання
Глава 7. Елементи спеціальної (приватної) теорії відносності
§ 35. Постулати спеціальної (приватної) теорії відносності
§ 36. Перетворення Лоренца
§ 37. Наслідки із перетворень Лоренца
§ 38. Інтервал між подіями
§ 39. Основний закон релятивістської динаміки матеріальної точки
§ 40. Закон взаємозв'язку маси та енергії
Завдання

2. Основи молекулярної фізики та термодинаміки
Розділ 8. Молекулярно-кінетична теорія ідеальних газів
§ 41. Методи дослідження. Досвідчені закони ідеального газу
§ 42. Рівняння Клапейрона - Менделєєва
§ 43. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів
§ 44. Закон Максвелла про розподіл молекул ідеального газу за швидкостями та енергіями теплового руху
§ 45. Барометрична формула. Розподіл Больцмана
§ 46. Середня кількість зіткнень та середня довжина вільного пробігу молекул
§ 47. Дослідне обґрунтування молекулярно-кінетичної теорії
§ 48. Явлення перенесення у термодинамічно нерівноважних системах
§ 49. Вакуум та методи його отримання. Властивості ультрарозріджених газів
Завдання

Глава 9. Основи термодинаміки.
§ 50. Число ступенів свободи молекули. Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями свободи молекул
§ 51. Перший початок термодинаміки
§ 52. Робота газу при зміні його обсягу
§ 53. Теплоємність
§ 54. Застосування першого початку термодинаміки до ізопроцесів
§ 55. Адіабатичний процес. Політропний процес
§ 57. Ентропія, її статистичне тлумачення та зв'язок із термодинамічною ймовірністю
§ 58. Другий початок термодинаміки
§ 59. Теплові двигуни та холодильні машини Цикл Карно та його ККД для ідеального газу
Завдання
Глава 10. Реальні гази, рідини та тверді тіла
§ 61. Рівняння Ван-дер-Ваальса
§ 62. Ізотерми Ван-дер-Ваальса та їх аналіз
§ 63. Внутрішня енергія реального газу
§ 64. Ефект Джоуля - Томсона
§ 65. Зрідження газів
§ 66. Властивості рідин. Поверхневий натяг
§ 67. Змочування
§ 68. Тиск під викривленою поверхнею рідини
§ 69. Капілярні явища
§ 70. Тверді тіла. Моно- та полікристали
§ 71. Типи кристалічних твердих тіл
§ 72. Дефекти в кристалах
§ 75. Фазові переходи I та II роду
§ 76. Діаграма стану. Потрійна точка
Завдання

3. Електрика та магнетизм
Розділ 11. Електростатика
§ 77. Закон збереження електричного заряду
§ 78. Закон Кулону
§ 79. Електростатичне поле. Напруженість електростатичного поля
§ 80. Принцип суперпозиції електростатичних полів. Поле диполя
§ 81. Теорема Гауса для електростатичного поля у вакуумі
§ 82. Застосування теореми Гауса для розрахунку деяких електростатичних полів у вакуумі
§ 83. Циркуляція вектора напруженості електростатичного поля
§ 84. Потенціал електростатичного поля
§ 85. Напруженість як градієнт потенціалу. Еквіпотенційні поверхні
§ 86. Обчислення різниці потенціалів за напруженістю поля
§ 87. Типи діелектриків. Поляризація діелектриків
§ 88. Поляризованість. Напруженість поля у діелектриці
§ 89. Електричне змішання. Теорема Гауса для електростатичного поля в діелектриці
§ 90. Умови на межі розділу двох діелектричних середовищ
§ 91. Сегнетоелектрики
§ 92. Провідники в електростатичному полі
§ 93. Електрична ємність відокремленого провідника
§ 94. Конденсатори
§ 95. Енергія системи зарядів, відокремленого провідника та конденсатора. Енергія електростатичного поля
Завдання
Розділ 12. Постійний електричний струм
§ 96. Електричний струм, сила та щільність струму
§ 97. Сторонні сили. Електрорушійна сила та напруга
§ 98. Закон Ома. Опір провідників

§ 99.Робота та потужність. Закон Джоуля – Ленца
§ 100. Закон Ома для неоднорідної ділянки ланцюга
§ 101. Правила Кірхгофа для розгалужених ланцюгів
Завдання
Глава 13. Електричні струми в металах, вакуумі та газах
§ 104. Робота виходу електронів із металу
§ 105. Емісійні явища та їх застосування
§ 106. Іонізація газів. Несамостійний газовий розряд
§ 107. Самостійний газовий розряд та його типи
§ 108. Плазма та її властивості
Завдання

Розділ 14. Магнітне поле.
§ 109. Магнітне поле та його характеристики
§ 110. Закон Біо - Савара - Лапласа та його застосування до розрахунку магнітного поля
§ 111. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
§ 112. Магнітна постійна. Одиниці магнітної індукції та напруженості магнітного поля
§ 113. Магнітне поле заряду, що рухається
§ 114. Дія магнітного поля на заряд, що рухається
§ 115. Рух заряджених частинок у магнітному полі
§ 117. Ефект Холла
§ 118. Циркуляція вектора В магнітного поля у вакуумі
§ 119. Магнітні полясоленоїда та тороїда
§ 121. Робота з переміщення провідника та контуру зі струмом у магнітному полі
Завдання

Розділ 15. Електромагнітна індукція
§ 122. Явище електромагнітної індукції(досвіди Фарадея
§ 123. Закон Фарадея та його виведення із закону збереження енергії
§ 125. Вихрові струми (струми Фуко)
§ 126. Індуктивність контуру. Самоіндукція
§ 127. Струми при розмиканні та замиканні ланцюга
§ 128. Взаємна індукція
§ 129. Трансформатори
§130. Енергія магнітного поля
дачі
Розділ 16. Магнітні властивостіречовини
§ 131. Магнітні моменти електронів та атомів
§ 132. Дна-і парамагнетизм
§ 133. Намагніченість. Магнітне поле у речовині
§ 134. Умови на межі поділу двох магнетиків
§ 135. Феромагнетики та їх властивості

§ 136. Природа феромагнетизму
Завдання
Глава 17. Основи теорії Максвелла для електромагнітного нуля
§ 137. Вихрове електричне поле
§ 138. Струм зсуву
§ 139. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля

4. Коливання та хвилі.
Глава 18. Механічні та електромагнітні коливання
§ 140. Гармонічні коливання та їх характеристики
§ 141. Механічні гармонічні коливання
§ 142. Гармонічний осцилятор. Пружинний, фізичний та математичний маятники
§ 144. Додавання гармонійних коливаньодного напрямку та однакової частоти. Биття
§ 145. Додавання взаємно перпендикулярних коливань
§ 146. Диференційне рівняннявільних загасаючих коливань (механічних та електромагнітних) та його вирішення. Автоколивання
§ 147. Диференціальне рівняння вимушених коливань (механічних та електромагнітних) та його вирішення
§ 148. Амплітуда і фаза вимушених коливань (механічних та електромагнітних). Резонанс
§ 149. Змінний струм
§ 150. Резонанс напруг
§ 151. Резонанс струмів
§ 152. Потужність, що виділяється в ланцюзі змінного струму
Завдання

Розділ 19. Пружні хвилі.
§ 153. Хвильові процеси. Поздовжні та поперечні хвилі
§ 154. Рівняння хвилі, що біжить. Фазова швидкість. Хвильове рівняння

§ 155. Принцип суперпозиції. Групова швидкість
§ 156. Інтерференція хвиль
§ 157. Стоячі хвилі
§ 158. Звукові хвилі
§ 159. Ефект Доплера в акустиці
§ 160. Ультразвук та його застосування

Завдання

Розділ 20. Електромагнітні хвилі.
§ 161. Експериментальне отримання електромагнітних хвиль
§ 162. Диференціальне рівняння електромагнітної хвилі

§ 163. Енергія електромагнітних хвиль. Імпульс електромагнітного поля

§ 164. Випромінювання диполя. Застосування електромагнітних хвиль
Завдання

5. Оптика. Квантова природавипромінювання.

Глава 21. Елементи геометричної та електронної оптики.
§ 165. Основні закони оптики. Повне відображення
§ 166. Тонкі лінзи. Зображення предметів за допомогою лінз
§ 167. Аберації (похибки) оптичних систем
§ 168. Основні фотометричні величини та їх одиниці
Завдання
Розділ 22. Інтерференція світла
§ 170. Розвиток уявлень про природу світла
§ 171. Когерентність та монохроматичність світлових хвиль
§ 172. Інтерференція світла
§ 173. Методи спостереження інтерференції світла
§ 174. Інтерференція світла у тонких плівках
§ 175. Застосування інтерференції світла
Розділ 23. Дифракція світла
§ 177. Метод зон Френеля. Прямолінійне поширення світла
§ 178. Дифракція Френеля на круглому отворі та диску
§ 179. Дифракція Фраунгофера на одній щілині
§ 180. Дифракція Фраунгофера на дифракційній решітці
§ 181. Просторові ґрати. Розсіювання світла
§ 182. Дифракція на просторових ґратах. Формула Вульфа - Бреггов
§ 183. Роздільна здатність оптичних приладів
§ 184. Поняття про голографію
Завдання

Глава 24. Взаємодія електромагнітних хвиль із речовиною.
§ 185. Дисперсія світла
§ 186. Електронна теорія дисперсії світла
§ 188. Ефект Доплера
§ 189. Випромінювання Вавилова - Черенкова

Завдання
Розділ 25. Поляризація світла
§ 190. Природне та поляризоване світло
§ 191. Поляризація світла при відображенні та заломленні на межі двох діелектриків
§ 192. Подвійне променезаломлення
§ 193. Поляризаційні призми та поляроїди
§ 194. Аналіз поляризованого світла

§ 195. Штучна оптична анізотропія
§ 196. Обертання площини поляризації

Завдання

Розділ 26. Квантова природа випромінювання.
§ 197. Теплове випромінювання та його характеристики.

§ 198. Закон Кірхгофа
§ 199. Закони Стефана - Больцмана та усунення Вина

§ 200. Формули Релея-Джинса та Планка.
§ 201. Оптична пірометрія. Теплові джерела світла
§ 203. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту. Експериментальне підтвердження квантових властивостей світла
§ 204. Застосування фотоефекту
§ 205. Маса та імпульс фотона. Тиск світла
§ 206. Ефект Комптона та його елементарна теорія
§ 207. Єдність корпускулярних та хвильових властивостей електромагнітного випромінювання
Завдання

6. Елементи квантової фізики

Глава 27. Теорія атома водню за Бором.

§ 208. Моделі атома Томсона та Резерфорда
§ 209. Лінійчастий спектр атома водню
§ 210. Постулати Бора
§ 211. Досвіди Франка у Герца
§ 212. Спектр атома водню за Бором

Завдання

Розділ 28. Елементи квантової механіки
§ 213. Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей речовини
§ 214. Деякі властивості хвиль де Бройля
§ 215. Співвідношення невизначеностей
§ 216. Хвильова функція та її статистичний сенс
§ 217. Загальне рівнянняШредінгера. Шредінгера для стаціонарних станів
§ 218. Принцип причинності у квантовій механіці
§ 219. Рух вільної частки
§ 222. Лінійний гармонійний осцилятор у квантовій механіці
Завдання
Розділ 29. Елементи сучасної фізикиатомів t молекул
§ 223. Атом водню у квантовій механіці
§ 224. Ь-зісмагання електрона в атомі водню
§ 225. Спин електрона. Спинове квантове число
§ 226. Принцип невиразності тотожних частинок. Ферміони та бозони
Менделєєва
§ 229. Рентгенівські спектри
§ 231. Молекулярні спектри. Комбінаційне розсіювання світла
§ 232. Поглинання, спонтанне та вимушене випромінювання
(лазери
Завдання
Розділ 30. Елементи квантової статистики
§ 234. Квантова статистика. Фазовий простір. Функція розподілу
§ 235. Поняття про квантову статистику Бозе - Ейнштейна і Фермі - Дірака
§ 236. Вироджений електронний газ у металах
§ 237. Поняття про квантову теорію теплоємності. Фоноли
§ 238. Висновки квантової теорії електропровідності металів
! ефект Джозефсоаа
Завдання
Розділ 31. Елементи фізики твердого тіла
§ 240. Поняття про зонну теорію твердих тіл
§ 241. Метали, діелектрики та напівпровідники з зонної теорії
§ 242. Власна провідність напівпровідників
§ 243. Домішка провідність напівпровідників
§ 244. Фотопровідність напівпровідників
§ 245. Люмінесценція твердих тіл
§ 246. Контакт двох металів за зонною теорією
§ 247. Термоелектричні явища та їх застосування
§ 248. Випрямлення на контакті метал-напівпровідник
§ 250. Напівпровідникові діоди та тріоди (транзистори
Завдання

7. Елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Розділ 32. Елементи фізики атомного ядра.

§ 252. Дефект маси та енергія зв'язку, ядра

§ 253. Спин ядра та його магнітний момент

§ 254. Ядерні сили. Моделі ядра

§ 255. Радіоактивне випромінюваннята його види Правила усунення

§ 257. Закономірності а-розпаду

§ 259. Гамма-випромінювання та його властивості.

§ 260. Резонансне поглинання у-випромінювання (ефект Мессбауера

§ 261. Методи спостереження та реєстрації радіоактивних випромінювань та частинок

§ 262. Ядерні реакції та їх основні типи

§ 263. Позитрон. /> -Розпад. Електронне захоплення

§ 265. Реакція розподілу ядра
§ 266. Ланцюжкова реакціяподілу
§ 267. Поняття про ядерну енергетику
§ 268. Реакція синтезу атомних ядер. Проблема керованих термоядерних реакцій
Завдання
Розділ 33. Елементи фізики елементарних частинок
§ 269. Космічне випромінювання
§ 270. Мюони та їх властивості
§ 271. Мезони та їх властивості
§ 272. Типи взаємодій елементарних частинок
§ 273. Частинки та античастинки
§ 274. Гіперони. Дивність та парність елементарних частинок
§ 275. Класифікація елементарних частинок. Кварки
Завдання
Основні закони та формули
1. Фізичні основи механіки
2. Основи молекулярної фізики та термодинаміки
4. Коливання та хвилі
5. Оптика. Квантова природа випромінювання
6. Елементи квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл

7. Елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок
Предметний покажчик

11-те вид., стер. – К.: 2006. – 560 с.

Для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів.

Формат: pdf/zip (11- е вид., 2006, 560с.)

Розмір: 6 Мб

Завантажити:

RGhost

1. Фізичні засади механіки.
Розділ 1. Елементи кінематики

§ 1. Моделі у механіці. Система відліку. Траєкторія, довжина колії, вектор переміщення

§ 2. Швидкість

§ 3. Прискорення та його складові

§ 4. Кутова швидкість та кутове прискорення

Завдання

Глава 2. Динаміка матеріальної точки та поступального руху твердого тіла Сила

§ 6. Другий закон Ньютона

§ 7. Третій закон Ньютона

§ 8. Сили тертя

§ 9. Закон збереження імпульсу. Центр мас

§ 10. Рівняння руху тіла змінної маси

Завдання

Глава 3. Робота та енергія

§ 11. Енергія, робота, потужність

§ 12. Кінетична та потенційна енергії

§ 13. Закон збереження енергії

§ 14. Графічне уявлення енергії

§ 15. Удар абсолютно пружних та непружних тіл

Завдання

Розділ 4. Механіка твердого тіла

§ 16. Момент інерції

§ 17. Кінетична енергія обертання

§ 18. Момент сили. Рівняння динаміки обертального руху твердого тіла.

§ 19. Момент імпульсу та закон його збереження
§ 20. Вільні осі. Гіроскоп
§ 21. Деформації твердого тіла
Завдання

§ 27. Неінерційні системи відліку. Сили інерції
Завдання

Глава 6. Елементи механіки рідин
§ 28. Тиск у рідині та газі
§ 29. Рівняння нерозривності
§ 30. Рівняння Бернулля та наслідки з нього
§ 31. В'язкість (внутрішнє тертя). Ламінарний та турбулентний режими перебігу рідин
§ 32. Методи визначення в'язкості
§ 33. Рух тіл у рідинах та газах

Розділ 14. Магнітне поле.
§ 109. Магнітне поле та його характеристики
§ 110. Закон Біо - Савара - Лапласа та його застосування до розрахунку магнітного поля
§ 111. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
§ 112. Магнітна постійна. Одиниці магнітної індукції та напруженості магнітного поля
§ 113. Магнітне поле заряду, що рухається
§ 114. Дія магнітного поля на заряд, що рухається
§ 115. Рух заряджених частинок у магнітному полі
§ 117. Ефект Холла
§ 118. Циркуляція вектора В магнітного поля у вакуумі
§ 119. Магнітні поля соленоїда та тороїда
§ 121. Робота з переміщення провідника та контуру зі струмом у магнітному полі
Завдання

Розділ 15. Електромагнітна індукція
§ 122. Явище електромагнітної індукції (досліди Фарадея
§ 123. Закон Фарадея та його виведення із закону збереження енергії
§ 125. Вихрові струми (струми Фуко)
§ 126. Індуктивність контуру. Самоіндукція
§ 127. Струми при розмиканні та замиканні ланцюга
§ 128. Взаємна індукція
§ 129. Трансформатори
§130. Енергія магнітного поля
дачі
Розділ 16. Магнітні властивості речовини
§ 131. Магнітні моменти електронів та атомів
§ 132. Дна-і парамагнетизм
§ 133. Намагніченість. Магнітне поле у речовині
§ 134. Умови на межі поділу двох магнетиків
§ 135. Феромагнетики та їх властивості

4. Коливання та хвилі.
Глава 18. Механічні та електромагнітні коливання
§ 140. Гармонічні коливання та їх характеристики
§ 141. Механічні гармонічні коливання
§ 142. Гармонічний осцилятор. Пружинний, фізичний та математичний маятники
§ 144. Додавання гармонійних коливань одного напрямку та однакової частоти. Биття
§ 145. Додавання взаємно перпендикулярних коливань
§ 146. Диференціальне рівняння вільних затухаючих коливань (механічних та електромагнітних) та його вирішення. Автоколивання
§ 147. Диференціальне рівняння вимушених коливань (механічних та електромагнітних) та його вирішення
§ 148. Амплітуда і фаза вимушених коливань (механічних та електромагнітних). Резонанс
§ 149. Змінний струм
§ 150. Резонанс напруг
§ 151. Резонанс струмів
§ 152. Потужність, що виділяється в ланцюзі змінного струму
Завдання

Завдання

§ 163. Енергія електромагнітних хвиль. Імпульс електромагнітного поля

§ 164. Випромінювання диполя. Застосування електромагнітних хвиль
Завдання

5. Оптика. Квантова природа випромінювання.

§ 195. Штучна оптична анізотропія
§ 196. Обертання площини поляризації

Завдання

Розділ 26. Квантова природа випромінювання.
§ 197. Теплове випромінювання та його характеристики.

§ 198. Закон Кірхгофа
§ 199. Закони Стефана - Больцмана та усунення Вина

6. Елементи квантової фізики

Глава 27. Теорія атома водню за Бором.

Завдання

Розділ 28. Елементи квантової механіки
§ 213. Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей речовини
§ 214. Деякі властивості хвиль де Бройля
§ 215. Співвідношення невизначеностей
§ 216. Хвильова функція та її статистичний сенс
§ 217. Загальне рівняння Шредінгера. Шредінгера для стаціонарних станів
§ 218. Принцип причинності у квантовій механіці
§ 219. Рух вільної частки
§ 222. Лінійний гармонійний осцилятор у квантовій механіці
Завдання
Глава 29. Елементи сучасної фізики атомів t молекул
§ 223. Атом водню у квантовій механіці
§ 224. Ь-зісмагання електрона в атомі водню
§ 225. Спин електрона. Спинове квантове число
§ 226. Принцип невиразності тотожних частинок. Ферміони та бозони
Менделєєва
§ 229. Рентгенівські спектри
§ 231. Молекулярні спектри. Комбінаційне розсіювання світла
§ 232. Поглинання, спонтанне та вимушене випромінювання
(лазери
Завдання
Розділ 30. Елементи квантової статистики
§ 234. Квантова статистика. Фазовий простір. Функція розподілу
§ 235. Поняття про квантову статистику Бозе - Ейнштейна і Фермі - Дірака
§ 236. Вироджений електронний газ у металах
§ 237. Поняття про квантову теорію теплоємності. Фоноли
§ 238. Висновки квантової теорії електропровідності металів
! ефект Джозефсоаа
Завдання
Розділ 31. Елементи фізики твердого тіла
§ 240. Поняття про зонну теорію твердих тіл
§ 241. Метали, діелектрики та напівпровідники з зонної теорії
§ 242. Власна провідність напівпровідників
§ 243. Домішка провідність напівпровідників
§ 244. Фотопровідність напівпровідників
§ 245. Люмінесценція твердих тіл
§ 246. Контакт двох металів за зонною теорією
§ 247. Термоелектричні явища та їх застосування
§ 248. Випрямлення на контакті метал-напівпровідник
§ 250. Напівпровідникові діоди та тріоди (транзистори
Завдання

7. Елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Розділ 32. Елементи фізики атомного ядра.

§ 252. Дефект маси та енергія зв'язку, ядра

§ 253. Спин ядра та його магнітний момент

§ 254. Ядерні сили. Моделі ядра

§ 255. Радіоактивне випромінювання та його види Правила усунення

§ 257. Закономірності а-розпаду

§ 259. Гамма-випромінювання та його властивості.

§ 260. Резонансне поглинання у-випромінювання (ефект Мессбауера

§ 261. Методи спостереження та реєстрації радіоактивних випромінювань та частинок

§ 262. Ядерні реакції та їх основні типи

§ 263. Позитрон. /> -Розпад. Електронне захоплення

§ 265. Реакція розподілу ядра
§ 266. Ланцюгова реакція поділу
§ 267. Поняття про ядерну енергетику
§ 268. Реакція синтезу атомних ядер. Проблема керованих термоядерних реакцій
Завдання
Розділ 33. Елементи фізики елементарних частинок
§ 269. Космічне випромінювання
§ 270. Мюони та їх властивості
§ 271. Мезони та їх властивості
§ 272. Типи взаємодій елементарних частинок
§ 273. Частинки та античастинки
§ 274. Гіперони. Дивність та парність елементарних частинок
§ 275. Класифікація елементарних частинок. Кварки
Завдання
Основні закони та формули
1. Фізичні основи механіки
2. Основи молекулярної фізики та термодинаміки
4. Коливання та хвилі
5. Оптика. Квантова природа випромінювання
6. Елементи квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл

7. Елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок
Предметний покажчик

Рецензент: професор кафедри фізики імені О. М. Фабриканта Московського енергетичного інституту (технічного університету) В. А. Касьянов

ISBN 5-06-003634-0  ГУП «Видавництво «Вища школа», 2001

Передмова

Навчальний посібник написаний відповідно до чинної програми курсу фізики дляінженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів та призначено для студентів вищих технічних навчальних закладів денної форми навчання з обмеженою кількістю годин з фізики, з можливістю його використання на вечірній та заочній формах навчання.

Книга складається із семи частин. У першій частині дано систематичне виклад фізичних основ класичної механіки, і навіть розглянуті елементи спеціальної (приватної) теорії відносності. Друга частина присвячена основам молекулярної фізики та термодинаміки. У третій частині вивчаються електростатика, постійний електричний струм та електромагнетизм. У четвертій частині, присвяченій викладу теорії коливань і волі, механічні та електромагнітні коливання розглядаються паралельно, вказуються їх схожості та відмінності та порівнюються фізичні процеси, що відбуваються при відповідних коливаннях. У п'ятій частині розглянуті елементи геометричної та електронної оптики, хвильова оптика та квантова природа випромінювання. Шоста частина присвячена елементам квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл. У сьомій частині викладаються елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Вступ

Предмет фізики та її зв'язок з іншими науками

Навколишній світ, все існуюче навколо вас і виявлене нами за допомогою відчуттів є матерією.

Академік А. Ф. Іоффе (1880-1960; російський фізик)* визначив фізику як науку, що вивчає загальні властивості та закони руху речовини та поля. В даний час загальновизнано, що вага взаємодії здійснюються за допомогою полів, наприклад, гравітаційних, електромагнітних, полів ядерних сил. Поле поряд із речовиною є однією з форм існування матерії. Нерозривний зв'язок поля і речовини, і навіть відмінність у властивостях будуть розглянуті з вивчення курсу.

*Всі дані наведені за біографічним довідником Ю. А. Храмова «Фізики» (М: Наука, 1983).

Фізика тісно пов'язана із природничими науками. Ця найтісніша зв'язок фізики з іншими галузями природознавства, як зазначав академік С. І. Вавілов (1891-1955; російський фізик і громадський діяч), призвела до того, що фізика глибоким корінням вросла в астрономію, геологію, хімію, біології . В результаті утворився ряд нових суміжних дисциплін, таких як астрофізика, біофізика та ін.

Фізика тісно пов'язана і з технікою, причому цей зв'язок має двосторонній характер. Фізика виросла з потреб техніки (розвиток механіки у стародавніх греків, наприклад, було викликане запитами будівельної та військової техніки того часу), і техніка, у свою чергу, визначає напрямок фізичних досліджень (наприклад, свого часу завдання створення найбільш економічних теплових двигунів викликало бурхливе розвиток термодинаміки). З іншого боку, розвитку фізики залежить технічний рівень виробництва. Фізика - основа створення нових галузей техніки (електронна техніка, ядерна техніка та інших.).

Одиниці фізичних величин

Основним методом дослідження у фізиці є досвід - засноване на практиці чуттєво-емпіричне пізнання об'єктивної дійсності, тобто спостереження досліджуваних явищ у умовах, що точно враховуються, що дозволяють стежити за ходом явищ і багаторазово відтворювати його при повторенні цих умов.

Для пояснення експериментальних фактів висуваються гіпотези. Гіпотеза- це наукове припущення, яке висувається для пояснення будь-якого явища і потребує перевірки на досвіді та теоретичного обґрунтування для того, щоб стати достовірною науковою теорією.

Внаслідок узагальнення експериментальних фактів, а також результатів діяльності людей встановлюються фізичні закони- стійкі повторювані об'єктивні закономірності, що у природі. Найважливіші закони встановлюють зв'язок між фізичними величинами, навіщо необхідно ці величини виміряти. Вимірювання фізичної величини є дія, що виконується за допомогою засобів вимірювань для знаходження значення фізичної величини у прийнятих одиницях. Одиниці фізичних величин можна вибрати довільно, але виникнуть труднощі за її сравнении. Тому доцільно запровадити систему одиниць, що охоплює одиниці всіх фізичних величин.

Для побудови системи одиниць довільно вибирають одиниці для кількох незалежних друг від друга фізичних величі. Ці одиниці називаються основними.Інші ж величини та його одиниці виводяться із законів, пов'язують ці величини та його одиниці з основними. Вони називаються похідними.

В даний час обов'язкова до застосування в науковій, а також у навчальній літературі Система Інтернаціональна (СІ), яка будується на семи основних одиницях – метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль, кандела – та двох додаткових – радіан та стерадіан.

Метр(м) - довжина шляху, що проходить світлом у вакуумі за 1/299792458 с.

Кілограм(кг) - маса, рівна масі міжнародного прототипу кілограма (платиноїрідієвого циліндра, що зберігається в Міжнародному бюро заходів та терезів у Півночі, поблизу Парижа).

Секунда(с) - час, що дорівнює 9192631770 періодам випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.

Ампер(А) - сила незмінного струму, який при проходженні двома паралельним прямолінійним провідникам нескінченної довжини і мізерно малого поперечного перерізу, розташованим у вакуумі на відстані 1 м один від одного, створить між цими провідниками силу, рівну 210 – 7 Н на кожен метр довжини.

Кельвін(К) - 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійної точки води.

Міль(моль) - кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки атомів міститься в нукліді 12 С масою 0,012 кг.

Кандела(кд) - сила світла в заданому напрямку джерела, що випромінює монохроматичне випромінювання частотою 54010 12 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/пор.

Радіан(Рад) - кут між двома радіусами кола, довжина дуги між якими дорівнює радіусу.

Стерадіан(СР) - тілесний кут з вершиною в центрі сфери, що вирізує на поверхні сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною, що дорівнює радіусу сфери.

Для встановлення похідних одиниць використовують фізичні закони, що пов'язують їх із основними одиницями. Наприклад, з формули рівномірного прямолінійного руху v= s/ t (s – пройдений шлях, t - час) похідна одиниця швидкості утворюється рівною 1 м/с.

1 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ

Глава 1 Елементи кінематики

§ 1. Моделі у механіці. Система відліку. Траєкторія, довжина колії, вектор переміщення

Механіка- частина фізики, яка вивчає закономірності механічного руху та причини, що викликають або змінюють цей рух. Механічне рух- це зміна з часом взаємного розташування тіл чи його частин.

Розвиток механіки як науки починається з ІІІ ст. до зв. е., коли давньогрецький вчений Архімед (287-212 до н. е.) сформулював закон рівноваги важеля та закони рівноваги плаваючих тіл. Основні закони механіки встановлені італійським фізиком і астрономом Г. Галілеєм (1564-1642) остаточно сформульовані англійським ученим І. Ньютоном (1643-1727).

Механіка Галілея-Ньютона називається класичною механікою.У ній вивчаються закони руху макроскопічних тіл, швидкості яких малі в порівнянні зі швидкістю світла у вакуумі. Закони руху макроскопічних тіл зі швидкостями, порівнянними зі швидкістю с, вивчаються релятивістською механікою,заснованої на спеціальної теорії відносності,сформульованої А. Ейнштейном (1879-1955). Для опису руху мікроскопічних тіл (окремі атоми та елементарні частки) закони класичної механіки не застосовні - вони замінюються законами китової механіки.

У першій частині нашого курсу вивчатимемо механіку Галілея-Ньютона, тобто. розглядати рух макроскопічних тіл із швидкостями, значно меншими за швидкість с. У класичній механіці загальноприйнята концепція простору та часу, розроблена І. Ньютоном і панувала в природознавстві протягом XVII-XIX ст. Механіка Галілея-Ньютона розглядає простір і час як об'єктивні форми існування матерії, але у відриві один від одного та від руху матеріальних тіл, що відповідало рівню знань того часу.

Механіка поділяється на три розділи: I) кінематику; 2) динаміку; 3) статику.

Кінематика вивчає рух тіл, не розглядаючи причини, що цей рух обумовлюють.

Динамікавивчає закони руху тіл та причини, які викликають або змінюють цей рух.

Статикавивчає закони рівноваги системи тел. Якщо відомі закони руху тіл, то їх можна встановити і закони рівноваги. Тому закони статики окремо від законів динаміки фізика не розглядає.

Механіка для опису руху тіл в залежності від умов конкретних завдань використовує різні Фізичні моделі.Найпростішою моделлю є матеріальна точка- Тіло, що володіє масою, розмірами якого в даній задачі можна знехтувати. Поняття матеріальної точки - абстрактне, але його запровадження полегшує вирішення практичних завдань. Наприклад, вивчаючи рух планет орбітами навколо Сонця, можна прийняти їх за матеріальні точки.

Довільне макроскопічне тіло або систему тіл можна подумки розбити на малі частини, що взаємодіють між собою, кожна з яких розглядається як матеріальна точка. Тоді вивчення руху довільної системи тіл зводиться вивчення системи матеріальних точок. У механіці спочатку вивчають рух однієї матеріальної точки, та був переходять до вивчення руху системи матеріальних точок.

Під впливом тіл одне на одного тіла можуть деформуватися, тобто змінювати свою форму та розміри. Тому в механіці вводиться ще одна модель – абсолютно тверде тіло. Абсолютно твердим тілом називається тіло, яке за жодних умов не може деформуватися і за всіх умов відстань між двома точками (або точніше між двома частинками) цього тіла залишається постійною.

Будь-який рух твердого тіла можна як комбінацію поступального і обертального рухів. Поступальний рух - це рух, при якому будь-яка пряма, жорстко пов'язана з тілом, що рухається, залишається паралельною своєму початковому положенню. Обертальний рух - це рух, при якому всі точки тіла рухаються по колам, центри яких лежать на одній і тій же прямій, що називається віссю обертання.

Рух тіл відбувається у просторі та в часі. Тому для опису руху матеріальної точки треба знати, у яких місцях простору ця точка знаходилася і в які моменти часу вона проходила те чи інше положення.

Положення матеріальної точки визначається стосовно будь-якого іншого, довільно обраного тіла, званого тілом відліку. З ним пов'язується система відліку - сукупність системи координат та годин, пов'язаних з тілом відліку. У декартовій системі координат, що використовується найчастіше, положення точки Ав даний момент часу по відношенню до цієї системи характеризується трьома координатами x, y і zабо радіусом-вектором r, проведеним з початку системи координат цю точку(Рис. 1).

При русі матеріальної точки її координати з часом змінюються. Загалом її рух визначається скалярними рівняннями

x = x(t), у = y(t), z = z(t), (1.1)

еквівалентним векторному рівнянню

r = r(t). (1.2)

Рівняння (1.1) та відповідно (1.2) називаються кінематичними рівняннямируху матеріальної точки.

Число незалежних координат, що повністю визначають положення точки в просторі, називається числом ступенів свободи. Якщо матеріальна точка вільно рухається в просторі, то, як уже було сказано, вона має три ступені свободи (координати х, уі z), якщо вона рухається по деякій поверхні, то двома ступенями свободи, якщо вздовж деякої лінії, то одним ступенем свободи.

Виключаючи tв рівняннях (1.1) та (1.2), отримаємо рівняння траєкторії руху матеріальної точки. Траєкторіяруху матеріальної точки - лінія, що описується цією точкою у просторі. Залежно від форми траєкторії, рух може бути прямолінійним або криволінійним.

Розглянемо рух матеріальної точки вздовж довільної траєкторії (рис. 2). Відлік часу почнемо з моменту, коли точка перебувала в положенні А.Довжина ділянки траєкторії АВ,пройденого матеріальною точкою з початку відліку часу, називається довжиною колії sі є скалярною функцієючасу:  s = s(t) .Вектор r = r -r 0 , проведений з початкового положення точки, що рухається в положення її в даний момент часу (прирощення радіуса-вектора точки за аналізований проміжок часу), називається переміщенням.

При прямолінійному русі вектор переміщення збігається з відповідною ділянкою траєкторії та модуль переміщення | r| дорівнює пройденому шляху  s.

§ 2. Швидкість

Для характеристики руху матеріальної точки вводиться векторна величина – швидкість, якою визначається як швидкістьруху, так і його напрямокна даний момент часу.

Нехай матеріальна точка рухається якою-небудь криволінійною траєкторією так, що в момент часу tїй відповідає радіус-вектор r0 (рис. 3). Протягом малого проміжку часу  tточка пройде шлях  sта отримає елементарне (нескінченно мале) переміщення r.

Вектор середньої швидкостіназивається відношення збільшення r радіуса-вектора точки до проміжку часу  t:

(2.1)

Напрямок вектора середньої швидкості збігається із напрямком r. При необмеженому зменшенні  tсередня швидкість прагне граничного значення, яке називається миттєвою швидкістю v:

Миттєва швидкість v, таким чином, є векторна величина, що дорівнює першій похідній радіусу-вектора точки, що рухається за часом. Оскільки січуча межі збігається з дотичною, то вектор швидкості v направлений по дотичній до траєкторії у бік руху (рис. 3). У міру зменшення  tшлях  sвсе більше наближатиметься до |r|, тому модуль миттєвої швидкості

Таким чином, модуль миттєвої швидкості дорівнює першій похідній шляху за часом:

(2.2)

При нерівномірному русі - модуль миттєвої швидкості з часом змінюється. У цьому випадку користуються скалярною величиною  v - середньою швидкістюнерівномірного руху:

З рис. 3 випливає, що  v> |v|, тому що  s> |r|, і у разі прямолінійного руху

Якщо вираз d s = v d t (див. формулу (2.2)) проінтегрувати за часом у межах від tдо t + t, то знайдемо довжину шляху, пройденого точкою за час  t:

(2.3)

В разі рівномірного рухучислове значення миттєвої швидкості постійно; тоді вираз (2.3) набуде вигляду

Довжина шляху, пройденого точкою за проміжок часу від t 1 до t 2 , дається інтегралом

§ 3. Прискорення та його складові

У разі нерівномірного руху важливо знати, як швидко змінюється швидкість з часом. Фізичною величиною, що характеризує швидкість зміни швидкості за модулем та напрямком, є прискорення.

Розглянемо плоский рух,тобто. рух, коли всі ділянки траєкторії точки лежать у одній площині. Нехай вектор v задає швидкість точки Ау момент часу t. За час  tточка, що рухається, перейшла в положення Ві придбала швидкість, відмінну від v як за модулем, так і напрямком і рівним v 1 = v + v. Перенесемо вектор v 1 до точки Ата знайдемо v (рис. 4).

Середнім прискореннямнерівномірного руху в інтервалі від tдо t + tназивається векторна величина, що дорівнює відношенню зміни швидкості v до інтервалу часу  t

Миттєвим прискоренняма (прискоренням) матеріальної точки на момент часу tбуде межа середнього прискорення:

Таким чином, прискорення a є векторною величиною, що дорівнює першій похідній швидкості за часом.

Розкладемо вектор v на дві складові. Для цього з точки А(рис. 4) у напрямку швидкості v відкладемо вектор
, За модулем рівний v 1 . Очевидно, що вектор
, рівний
, Визначає зміну швидкості за час  t за модулем:
. Друга складова
вектора v характеризує зміну швидкості за час  t у напрямку.

Тангенційна складова прискорення

тобто дорівнює першої похідної часу від модуля швидкості, визначаючи тим самим швидкість зміни швидкості по модулю.

Знайдемо другу складову прискорення. Припустимо, що точка Вдосить близька до точки А,тому  sможна вважати дугою кола деякого радіусу r, мало відрізняється від хорди АВ.Тоді з подоби трикутників АОВі EAD слід  v n /AB = v 1 /r, але оскільки AB = vt, то

У межі при
отримаємо
.

Оскільки , кут EADпрагне нуля, бо трикутник EADрівнобедрений, то кут ADEміж v та v nпрагне прямого. Отже, при векторі v nі v виявляються взаємно перпендикулярними. Tax як вектор швидкості спрямований щодо до траєкторії, то вектор v n, перпендикулярний до вектора швидкості, спрямований до центру її кривизни. Друга складова прискорення, рівна

називається нормальної складової прискоренняі спрямована нормалі до траєкторії до центру її кривизни (тому її називають також доцентровим прискоренням).

Повне прискореннятіла є геометрична сума тангенціальної та нормальної складових (рис.5):

Отже, тангенціальнаскладова прискорення характеризує швидкість зміни швидкості за модулем(направлена по дотичній до траєкторії), а нормальнаскладова прискорення - швидкість зміни швидкості за напрямом(Спрямована до центру кривизни траєкторії).

Залежно від тангенціальної та нормальної складових прискорення рух можна класифікувати таким чином:

1)
, а n = 0 - прямолінійний рівномірний рух;

2)
, а n = 0 - прямолінійний рівноперемінний рух. При такому виді руху

Якщо початковий момент часу t 1 = 0, а початкова швидкість v =v Т. І. Курс фізики: [навчальний посібникдля інженерно-технічних...

Методична вказівка №1 для студентів 1 курсу медико-біологічного факультету семестр №1

Документ

... (2.1м; l=10м; 1.3с) Література: ТрофімоваТ.І. Курс фізики: Навч. посібник для вузів.-18… швидкості. (0.43) Література: ТрофімоваТ.І. Курс фізики: Навч. посібник для вузів. - ... при ударі. () Література: ТрофімоваТ.І. Курс фізики: Навч. посібник для вузів.

Трофімова курс фізики 16 видання. Одиниці фізичних величин

КУРС

2003

ПЕРЕДМОВА

ВСТУП

ПРЕДМЕТ ФІЗИКИ І ЇЇ ЗВ'ЯЗОК З ІНШИМИ НАУКАМИ

Передмова

Вступ

Предмет фізики та її зв'язок з іншими науками

Одиниці фізичних величин

1 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ

Глава 1 Елементи кінематики

§ 1. Моделі у механіці. Система відліку. Траєкторія, довжина колії, вектор переміщення

§ 2. Швидкість

§ 3. Прискорення та його складові

Методична вказівка ​​№1 для студентів 1 курсу медико-біологічного факультету семестр №1

Методична вказівка №1 для студентів 1 курсу медико-біологічного факультету семестр №1