Трофимова курс по физика 14 издание. Висши учебни заведения

Въведение
Предметът на физиката и нейната връзка с другите науки
„Материята е философска категория за обозначаване на обективната реалност, която ... се проявява чрез нашите усещания, съществуващи независимо от тях“ (Ленин В. И. Поли. събр. съч. Т. 18. С. 131).
Движението е неразделно свойство на материята и форма на нейното съществуване. Движението в широкия смисъл на думата е всякакъв вид промени в материята - от просто преместване до най-сложните процеси на мислене. „Движението, разглеждано в най-общия смисъл на думата, т.е. разбирано като начин на съществуване на материята, като атрибут, присъщ на материята, обхваща всички промени и процеси, протичащи във Вселената, вариращи от просто движение до мислене“ ( Енгелс Ф. Диалектика на природата - К¦ Маркс, Ф. Енгелс, Op. 2-ро изд., том 20, стр. 391).
Различни форми на движение на материята се изучават от различни науки, включително физиката. Предметът на физиката, както всъщност на всяка наука, може да бъде разкрит само когато е представен в детайли. Трудно е да се даде строго определение на предмета на физиката, тъй като границите между физиката и редица свързани дисциплини са произволни. На този етап от развитието е невъзможно да се запази дефиницията на физиката само като наука за природата.
Академик А. Ф. Йофе (1880 - 1960; съветски физик) определя физиката като наука, която изучава общи свойстваи законите за движение на материята и полето. Сега е общоприето, че всички взаимодействия се осъществяват чрез полета, като гравитационни, електромагнитни, ядрени силови полета. Полето, заедно с материята, е една от формите на съществуване на материята. Неразривната връзка между полето и материята, както и разликата в техните свойства, ще бъдат разгледани в хода на курса.
Физиката е наука за най-простите и в същото време най-общите форми на движение на материята и техните взаимни трансформации. Изследваните от физиката форми на движение на материята (механични, термични и др.) присъстват във всички висши и по-сложни форми на движение на материята (химични, биологични и др.). Следователно те, бидейки най-простите, са същевременно най-общите форми на движение на материята. По-високите и по-сложни форми на движение на материята са обект на изучаване на други науки (химия, биология и др.).
Физиката е тясно свързана с природните науки. Както каза академик С. И. Вавилов (1891-1955; съветски физик и общественик), тази тясна връзка между физиката и другите клонове на естествените науки е довела до факта, че физиката е прераснала в астрономия, геология, химия, биология и други природни науки с най-дълбоките корени. В резултат на това се формират редица нови свързани дисциплини като астрофизика, геофизика, физикохимия, биофизика и др.
Физиката е тясно свързана с техниката и тази връзка е двупосочна. Физиката израства от нуждите на технологиите (развитието на механиката при древните гърци, например, е причинено от изискванията на строителството и военното оборудване от онова време), а технологиите от своя страна определят посоката на физическите изследвания (за например, по едно време задачата за създаване на най-икономичните топлинни двигатели предизвика бурно развитие на термодинамиката). От друга страна, техническото ниво на производството зависи от развитието на физиката. Физиката е в основата на създаването на нови клонове на техниката (електронни технологии, ядрени технологии и др.).
Физиката е тясно свързана с философията. Такива големи открития в областта на физиката като закона за запазване и трансформация на енергията, съотношението на неопределеността в атомната физика и др., са били и са сцена на остра борба между материализма и идеализма. Правилни философски изводи от научни откритияв областта на физиката винаги са потвърждавали основните положения на диалектическия материализъм, така че изучаването на тези открития и тяхното философско обобщение играят важна роля при формирането на научния мироглед.
Бързите темпове на развитие на физиката, нарастващите й връзки с технологиите показват двойната роля на курса по физика във висшето учебно заведение, "от една страна, това е фундаментална основа за теоретичното обучение на инженер, без което неговият успешна дейност е невъзможна, от друга страна, това е формирането на диалектико-материалистически и научно-атеистичен мироглед.

Единици за физически величини
Основният метод на изследване във физиката е опитът - сетивно-емпирично познание за обективната реалност, основано на практиката, т.е. наблюдение на изследваните явления при точно взети предвид условия, които позволяват да се следи хода на явленията и да се възпроизвежда многократно, когато тези условия се повтарят.
Излагат се хипотези, за да се обяснят експерименталните факти. Хипотезата е научно предположение, направено, за да обясни дадено явление и изисква експериментална проверка и теоретична обосновка, за да се превърне в надеждна научна теория.
В резултат на обобщаването на експериментални факти, както и на резултатите от дейността на хората, физ
cal закони - устойчиви повтарящи се обективни модели, които съществуват в природата. Най-важните закони установяват връзка между физическите величини, за които е необходимо да се измерват тези величини. Измерването на физическа величина е действие, извършвано с помощта на измервателни уреди за намиране на стойността на физическа величина в приети единици. Единиците на физическите величини могат да бъдат избрани произволно, но тогава ще има трудности при сравняването им. Поради това е препоръчително да се въведе система от единици, която да обхваща единиците на всички физически величини и да ви позволява да работите с тях.
За да се изгради система от единици, единиците се избират произволно за няколко независими физически величини. Тези единици се наричат основни. Останалите величини и техните единици се извеждат от законите, свързващи тези величини с основните. Те се наричат производни.

В СССР, съгласно държавния стандарт (GOST 8.417 - 81), международната система (SI) е задължителна за използване, която се основава на седем основни единици - метър, килограм, секунда, ампер, келвин, мол, кандела - и две допълнителни - радиани и стерадиани .
Метър (m) е дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум за 1/299 792 458 s.
Килограмът (kg) е маса, равна на масата на международния прототип на килограма (платиново-иридиев цилиндър, съхраняван в Международното бюро за мерки и теглилки в Севр, близо до Париж).
Секунда (s) е време, равно на 9 192 631 770 периода на излъчване, съответстващо на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома цезий-133.
Ампер (A) - силата на непроменлив ток, който при преминаване през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и незначително напречно сечение, разположени във вакуум на разстояние 1 m един от друг, създава сила между тези проводници, равна до 2 10-7 N за всеки метър дължина.
Келвин (K) - 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата.
Мол (mol) - количеството вещество на система, съдържаща толкова структурни елементи, колкото атоми има в нуклида | 2C с маса 0,012 kg.
Кандела (cd) - интензитет на светлината в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 540-1012 Hz, чийто интензитет на светлинна енергия в тази посока е 1/683 W / sr.
Радиан (rad) - ъгълът между два радиуса на окръжност, дължината на дъгата между които е равна на радиуса.
Стерадиан (sr) - плътен ъгъл с връх в центъра на сферата, изрязващ върху повърхността на сферата площ, равна на площта на квадрат със страна, равна на радиуса на сферата.
За установяване на производни единици се използват физични закони, които ги свързват с основните единици. Например, от формулата за равномерно праволинейно движение v \u003d s / t (s е изминатото разстояние, i е времето), получената единица за скорост е 1 m / s.
Размерността на физическата величина е нейното изразяване в основни единици. Изхождайки например от втория закон на Нютон, получаваме, че размерът на силата
където M е размерът на масата; L е размерът на дължината; T е измерението на времето.
Размерите на двете части на физическите равенства трябва да бъдат еднакви, тъй като физическите закони не могат да зависят от избора на единици на физическите величини.
Въз основа на това е възможно да се провери правилността на получените физически формули (например при решаване на задачи), както и да се установят размерите на физическите величини.

Физически основи на механиката
Механиката е част от физиката, която изучава моделите на механично движение и причините, които причиняват или променят това движение. Механичното движение е промяна във времето относителна позициятела или техни части.
Развитието на механиката като наука започва през 3 век. пр.н.е д., когато древногръцкият учен Архимед (287 - 212 г. пр.н.е.) формулира закона за равновесие на лоста и законите за равновесие на плаващи тела. Основните закони на механиката са установени от италианския физик и астроном Г. Галилей (1564 - 1642) и окончателно формулирани от английския учен И. Нютон (1643 - 1727).
Механиката на Галилей - Нютон се нарича класическа механика. Изучава законите на движение на макроскопични тела, чиито скорости са малки в сравнение със скоростта на светлината във вакуум. Законите за движение на макроскопични тела със скорости, сравними с c, се изучават от релативистката механика, основана на специалната теория на относителността, формулирана от А. Айнщайн (1879 - 1955). За описание на движението на микроскопични тела (отделни атоми и елементарни частици) законите на класическата механика са неприложими – те се заменят със законите на квантовата механика.
В първата част на нашия курс ще се занимаваме с механиката на Галилей - Нютон, т.е. ще разгледаме движението на макроскопични тела със скорости, които са много по-малки от скоростта c. AT класическа механикаобщоприетата концепция за пространство и време, разработена от И. Нютон и доминираща в естествознанието през 17-19 век. Механиката на Галилей - Нютон разглежда пространството и времето като обективни форми на съществуване на материята, но изолирано едно от друго и от движението на материалните тела, което съответства на нивото на познанието от онова време.
Тъй като механичното описание е нагледно и познато и с негова помощ е възможно да се обяснят много физични явления, през 19в. някои физици започнаха да свеждат всички явления до механични. Този възглед беше в съответствие с философския механистичен материализъм. По-нататъчно развитиефизиката обаче показа, че много физически явления не могат да бъдат сведени до най-простата форма на движение - механичното. Механистичният материализъм трябваше да отстъпи място на диалектическия материализъм, който разглежда по-общи видове движение на материята и взема предвид цялото многообразие на реалния свят.
Механиката е разделена на три дяла: 1) кинематика; 2) динамика; 3) статичен.
Кинематиката изучава движението на телата, без да отчита причините, които определят това движение.
Динамиката изучава законите на движение на телата и причините, които предизвикват или променят това движение.
Статиката изучава законите на равновесието на система от тела. Ако са известни законите за движение на телата, то от тях могат да се установят и законите за равновесието. Следователно физиката не разглежда законите на статиката отделно от законите на динамиката.

11-то изд., ст. - М.: 2006.- 560 с.

Учебникът (9-то издание, преработено и допълнено, 2004 г.) се състои от седем части, които излагат физическите основи на механиката, молекулярна физикаи термодинамика, електричество и магнетизъм, оптика, квантова физика на атомите, молекулите и твърдите тела, физика на атомното ядро и елементарните частици. Рационално е решен въпросът за комбинирането на механични и електромагнитни трептения. Установява се логическата приемственост и връзка между класическата и съвременната физика. Дадени са контролни въпроси и задачи за самостоятелно решаване.

За студенти по инженерни и технически специалности на висшите образователни институции.

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

Размерът: 6 MB

Изтегли:

RGhost

1. Физически основи на механиката.
Глава 1. Елементи на кинематиката

§ 1. Модели в механиката. Справочна система. Траектория, дължина на пътя, вектор на преместване

§ 2. Скорост

§ 3. Ускорението и неговите компоненти

§ 4. Ъглова скорост и ъглово ускорение

Задачи

Глава 2. Динамика на материална точка и постъпателно движение на твърдо тяло. Сила

§ 6. Втори закон на Нютон

§ 7. Трети закон на Нютон

§ 8. Сили на триене

§ 9. Закон за запазване на импулса. Център на масата

§ 10. Уравнение на движение на тяло с променлива маса

Задачи

Глава 3. Работа и енергия

§ 11. Енергия, работа, мощност

§ 12. Кинетична и потенциална енергия

§ 13. Законът за запазване на енергията

§ 14. Графично представяне на енергията

§ 15. Удар на абсолютно еластични и нееластични тела

Задачи

Глава 4

§ 16. Инерционен момент

§ 17. Кинетична енергиязавъртане

§ 18. Силов момент. Уравнение на динамиката на въртеливото движение на твърдо тяло.

§ 19. Ъгловият момент и законът за неговото запазване
§ 20. Свободни оси. Жироскоп
§ 21. Деформации на твърдо тяло
Задачи

Глава 5 Елементи на теорията на полето
§ 22. Законите на Кеплер. Закон за гравитацията
§ 23. Гравитация и тегло. Безтегловност.. 48 y 24. Гравитационното поле и неговата сила
§ 25. Работа в гравитационното поле. Потенциал на гравитационното поле
§ 26. Космически скорости

§ 27. Неинерциални отправни системи. Сили на инерцията
Задачи

Глава 6
§ 28. Налягане в течност и газ
§ 29. Уравнение на непрекъснатост
§ 30. Уравнение на Бернул и следствия от него
§ 31. Вискозитет (вътрешно триене). Ламинарен и турбулентен режим на флуиден поток
§ 32. Методи за определяне на вискозитета
§ 33. Движение на тела в течности и газове

Задачи
Глава 7
§ 35. Постулати на специалната (частна) теория на относителността
§ 36. Преобразувания на Лоренц
§ 37. Следствия от трансформациите на Лоренц
§ 38. Интервал между събития
§ 39. Основен закон на релативистката динамика на материална точка
§ 40. Законът за връзката на масата и енергията
Задачи

2. Основи на молекулярната физика и термодинамика
Глава 8
§ 41. Методи на изследване. Преживени закони за идеалния газ
§ 42. Уравнение на Клапейрон - Менделеев
§ 43. Основно уравнение на молекулярно-кинетичната теория на идеалните газове
§ 44. Законът на Максуел за разпределението на молекулите на идеален газ според скоростите и енергиите на топлинното движение
§ 45. Барометрична формула. Разпределение на Болцман
§ 46. Среден брой сблъсъци и средна дължинасвободен път на молекулите
§ 47. Експериментално обосноваване на молекулярно-кинетичната теория
§ 48. Транспортни явления в термодинамично неравновесни системи
§ 49. Вакуум и методи за получаването му. Свойства на ултраразредените газове
Задачи

Глава 9. Основи на термодинамиката.
§ 50. Брой степени на свобода на молекула. Законът за равномерното разпределение на енергията по степените на свобода на молекулите
§ 51. Първият закон на термодинамиката
§ 52. Работата на газ с изменение на неговия обем
§ 53. Топлинна мощност
§ 54. Приложение на първия закон на термодинамиката към изопроцесите
§ 55. Адиабатен процес. Политропен процес
§ 57. Ентропия, нейната статистическа интерпретация и връзка с термодинамичната вероятност
§ 58. Вторият закон на термодинамиката
§ 59. Топлинни машини и хладилници Цикъл на Карно и неговата ефективност за идеален газ
Задачи
Глава 10
§ 61. Уравнение на Ван дер Ваалс
§ 62. Ван дер Ваалсови изотерми и техният анализ
§ 63. Вътрешна енергия на реален газ
§ 64. Ефект на Джаул-Томсън
§ 65. Втечняване на газове
§ 66. Свойства на течностите. Повърхностно напрежение
§ 67. Намокряне
§ 68. Налягане под извитата повърхност на течност
§ 69. Капилярни явления
§ 70. Твърди тела. Моно- и поликристали
§ 71. Видове кристални твърди тела
§ 72. Дефекти в кристалите
§ 75. Фазови преходи от първи и втори род
§ 76. Диаграма на състоянието. тройна точка
Задачи

3. Електричество и магнетизъм
Глава 11
§ 77. Законът за запазване на електрическия заряд
§ 78. Закон на Кулон
§ 79. Електростатично поле. Сила на електростатичното поле
§ 80. Принципът на суперпозиция на електростатични полета. диполно поле
§ 81. Теорема на Гаус за електростатично поле във вакуум
§ 82. Приложение на теоремата на Гаус за изчисляване на някои електростатични полета във вакуум
§ 83. Циркулация на вектора на интензитета на електростатичното поле
§ 84. Потенциал на електростатично поле
§ 85. Напрежението като потенциален градиент. Еквипотенциални повърхности
§ 86. Изчисляване на потенциалната разлика от напрегнатостта на полето
§ 87. Видове диелектрици. Поляризация на диелектрици
§ 88. Поляризация. Напрегнатост на полето в диелектрик
§ 89. Електрическо смесване. Теорема на Гаус за електростатично поле в диелектрик
§ 90. Условия на границата между две диелектрични среди
§ 91. Сегнетоелектрици
§ 92. Проводници в електростатично поле
§ 93. Електрически капацитет на самотен проводник
§ 94. Кондензатори
§ 95. Енергия на система от заряди, самотен проводник и кондензатор. Енергия на електростатичното поле
Задачи
Глава 12 електричество
§ 96. Електрически ток, сила и плътност на тока
§ 97. Външни сили. Електродвижеща силаи напрежение
§ 98. Закон на Ом. Съпротивление на проводника

§ 99. Работа и власт. Закон на Джаул-Ленц
§ 100. Закон на Ом за нееднороден участък от верига
§ 101. Правила на Кирхоф за разклонени вериги
Задачи
Глава 13
§ 104. Работна работа на електрони от метал
§ 105. Емисионни явления и тяхното приложение
§ 106. Йонизация на газове. Несамостоятелен газоразряд
§ 107. Самостоятелен газоразряд и неговите видове
§ 108. Плазма и нейните свойства
Задачи

Глава 14
§ 109. Магнитно поле и неговите характеристики
§ 110. Закон на Био - Савар - Лаплас и приложението му за изчисляване на магнитното поле
§ 111. Закон на Ампер. Взаимодействие на паралелни токове
§ 112. Магнитна константа. Единици за магнитна индукция и сила на магнитното поле
§ 113. Магнитно поле на движещ се заряд
§ 114. Действието на магнитно поле върху движещ се заряд
§ 115. Движение на заредени частици в магнитно поле
§ 117. Ефект на Хол
§ 118. Циркулация на вектора B на магнитно поле във вакуум
§ 119. Магнитни полетасоленоид и тороид
§ 121. Работа по преместване на проводник и верига с ток в магнитно поле
Задачи

Глава 15
§ 122. Феноменът на електромагнитната индукция (експерименти на Фарадей
§ 123. Законът на Фарадей и извеждането му от закона за запазване на енергията
§ 125. Вихрови токове (токове на Фуко
§ 126. Индуктивност на веригата. самоиндукция
§ 127. Токове при отваряне и затваряне на веригата
§ 128. Взаимна индукция
§ 129. Трансформатори
§130. Енергия на магнитното поле
дачи
Глава 16
§ 131. Магнитни моменти на електрони и атоми
§ 132. ДНК- и парамагнетизъм
§ 133. Намагнитване. Магнитно поле в материята
§ 134. Условия на границата между два магнита
§ 135. Феромагнетици и техните свойства

§ 136. Природата на феромагнетизма
Задачи
Глава 17
§ 137. Вихър електрическо поле
§ 138. Ток на изместване
§ 139. Уравнения на Максуел за електромагнитното поле

4. Трептения и вълни.
Глава 18
§ 140. Хармонични трептения и техните характеристики
§ 141. Механични хармонични трептения
§ 142. Хармоничен осцилатор. Пружинно, физическо и математическо махало
§ 144. Събиране на хармонични трептения със същата посока и същата честота. удари
§ 145. Събиране на взаимно перпендикулярни трептения
§ 146. Диференциално уравнениесвободни затихващи трептения (механични и електромагнитни) и тяхното решение. Автоколебания
§ 147. Диференциално уравнение на принудени трептения (механични и електромагнитни) и неговото решение
§ 148. Амплитуда и фаза на принудени трептения (механични и електромагнитни). Резонанс
§ 149. Променлив ток
§ 150. Резонанс на напрежението
§ 151. Резонанс на токовете
§ 152. Мощност, освободена във веригата за променлив ток
Задачи

Глава 19 еластични вълни.
§ 153. Вълнови процеси. Надлъжни и напречни вълни
§ 154. Уравнението на бягаща вълна. фазова скорост. вълново уравнение

§ 155. Принципът на суперпозицията. групова скорост
§ 156. Интерференция на вълни
§ 157. стоящи вълни
§ 158. Звукови вълни
§ 159. Ефект на Доплер в акустиката
§ 160. Ултразвук и неговото приложение

Задачи

Глава 20
§ 161. Експериментално производство на електромагнитни вълни
§ 162. Диференциално уравнение на електромагнитна вълна

§ 163. Енергия на електромагнитните вълни. Импулс на електромагнитно поле

§ 164. Излъчване на дипол. Приложение на електромагнитните вълни
Задачи

5. Оптика. Квантовата природа на радиацията.

Глава 21. Елементи на геометричната и електронната оптика.
§ 165. Основни закони на оптиката. пълно отражение
§ 166. Тънки лещи. Изображение на обекти с помощта на лещи
§ 167. Аберации (грешки) на оптичните системи
§ 168. Основни фотометрични величини и техните единици
Задачи
Глава 22
§ 170. Развитие на идеи за природата на светлината
§ 171. Кохерентност и монохроматичност на светлинните вълни
§ 172. Интерференция на светлината
§ 173. Методи за наблюдение на интерференцията на светлината
§ 174. Интерференция на светлината в тънки слоеве
§ 175. Прилагане на светлинна интерференция
Глава 23
§ 177. Метод на зоните на Френел. Праволинейно разпространение на светлината
§ 178. Дифракция на Френел от кръгъл отвор и диск
§ 179. Дифракция на Фраунхофер от един процеп
§ 180. Дифракция на Фраунхофер върху дифракционна решетка
§ 181. Пространствена решетка. разсейване на светлината
§ 182. Дифракция върху пространствена решетка. Формула на Улф-Брагс
§ 183. Разделителна способност на оптични инструменти
§ 184. Понятието холография
Задачи

Глава 24. Взаимодействие на електромагнитните вълни с материята.
§ 185. Разсейване на светлината
§ 186. Електронна теория на дисперсията на светлината
§ 188. Ефект на Доплер
§ 189. Излъчване на Вавилов-Черенков

Задачи
Глава 25
§ 190. Естествена и поляризирана светлина
§ 191. Поляризация на светлината при отражение и пречупване на границата на два диелектрика
§ 192. Двойно пречупване
§ 193. Поляризиращи призми и поляроиди
§ 194. Анализ на поляризирана светлина

§ 195. Изкуствена оптична анизотропия
§ 196. Въртене на равнината на поляризация

Задачи

Глава 26. Квантова природа на радиацията.
§ 197. Топлинно излъчване и неговите характеристики.

§ 198. Закон на Кирхоф
§ 199. Закони на Стефан-Болцман и премествания на Виен

§ 200. Формули на Rayleigh-Jeans и Planck.
§ 201. Оптична пирометрия. Топлинни източници на светлина
§ 203. Уравнението на Айнщайн за външния фотоелектричен ефект. Експериментално потвърждение на квантовите свойства на светлината
§ 204. Приложение на фотоелектричния ефект
§ 205. Маса и импулс на фотон. лек натиск
§ 206. Ефектът на Комптън и неговата елементарна теория
§ 207. Единство на корпускулярните и вълновите свойства на електромагнитното излъчване
Задачи

6. Елементи на квантовата физика

Глава 27. Теорията на Бор за водородния атом.

§ 208. Модели на атома от Томсън и Ръдърфорд
§ 209. Линеен спектър на водородния атом
§ 210. Постулатите на Бор
§ 211. Експериментите на Франк в Херц
§ 212. Спектърът на водородния атом според Бор

Задачи

Глава 28
§ 213. Корпускулярно-вълнов дуализъм на свойствата на материята
§ 214. Някои свойства на вълните на де Бройл
§ 215. Отношение на неопределеността
§ 216. Вълнова функция и нейното статистическо значение
§ 217. Общото уравнение на Шрьодингер. Уравнение на Шрьодингер за стационарни състояния
§ 218. Принципът на причинността в квантовата механика
§ 219. Движение на свободна частица
§ 222. Линеен хармоничен осцилатор в квантовата механика
Задачи
Глава 29
§ 223. Водороден атом в квантовата механика
§ 224. L-състояние на електрон във водороден атом
§ 225. Въртене на електрони. Спиново квантово число
§ 226. Принципът на неразличимостта на еднаквите частици. Фермиони и бозони
Менделеев
§ 229. Рентгенови спектри
§ 231. Молекулярни спектри. Раманово разсейване на светлината
§ 232. Поглъщане, спонтанно и стимулирано излъчване
(лазери
Задачи
Глава 30
§ 234. Квантова статистика. фазово пространство. разпределителна функция
§ 235. Концепцията за квантовата статистика на Бозе-Айнщайн и Ферми-Дирак
§ 236. Изроден електронен газ в металите
§ 237. Концепцията на квантовата теория на топлинния капацитет. Фоноли
§ 238. Изводи от квантовата теория за електропроводимостта на металите
! ефект на Джоузеф
Задачи
Глава 31
§ 240. Концепцията за зоновата теория на твърдите тела
§ 241. Метали, диелектрици и полупроводници според зонната теория
§ 242. Собствена проводимост на полупроводниците
§ 243. Примесна проводимост на полупроводници
§ 244. Фотопроводимост на полупроводниците
§ 245. Луминесценция на твърди тела
§ 246. Контакт на два метала според лентовата теория
§ 247. Термоелектрични явления и тяхното приложение
§ 248. Изправяне при контакт метал-полупроводник
§ 250. Полупроводникови диоди и триоди (транзистори
Задачи

7. Елементи на физиката на атомното ядро и елементарните частици.

Глава 32

§ 252. Дефект на маса и енергия на свързване, ядра

§ 253. Спин на ядрото и неговият магнитен момент

§ 254. Ядрени сили. Модели на ядрото

§ 255. Радиоактивно излъчване и неговите видове Правила за изместване

§ 257. Закономерности на a-разпад

§ 259. Гама-лъчение и неговите свойства.

§ 260. Резонансно поглъщане на y-лъчение (ефект на Мьосбауер

§ 261. Методи за наблюдение и регистриране на радиоактивни лъчения и частици

§ 262. Ядрени реакции и техните основни видове

§ 263. Позитрон. /> -Разграждане. Електронно улавяне

§ 265. Реакция на ядрено делене
Раздел 266 Верижна реакцияразделение
§ 267. Понятието ядрена енергия
§ 268. Реакцията на синтез на атомни ядра. Проблемът с контролираните термоядрени реакции
Задачи
Глава 33
§ 269. Космическо лъчение
§ 270. Мюони и техните свойства
§ 271. Мезони и техните свойства
§ 272. Видове взаимодействия на елементарни частици
§ 273. Частици и античастици
§ 274. Хиперони. Странност и четност на елементарните частици
§ 275. Класификация на елементарните частици. Кварки
Задачи
Основни закони и формули
1. Физически основи на механиката
2. Основи на молекулярната физика и термодинамика
4. Трептения и вълни
5. Оптика. Квантовият характер на радиацията
6. Елементи на квантовата физика на атомите, молекулите и твърдите тела

7. Елементи на физиката на атомното ядро и елементарните частици
Предметен индекс

11-то изд., ст. - М.: 2006.- 560 с.

Учебникът (9-то издание, преработено и допълнено, 2004 г.) се състои от седем части, които очертават физическите основи на механиката, молекулярната физика и термодинамиката, електричеството и магнетизма, оптиката, квантовата физика на атомите, молекулите и твърдите тела, атомната физика на ядрото и елементарните частици. Рационално е решен въпросът за комбинирането на механични и електромагнитни трептения. Установява се логическата приемственост и връзка между класическата и съвременната физика. Дадени са контролни въпроси и задачи за самостоятелно решаване.

За студенти от инженерни и технически специалности на висши учебни заведения.

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

Размерът: 6 MB

Изтегли:

RGhost

1. Физически основи на механиката.
Глава 1. Елементи на кинематиката

§ 1. Модели в механиката. Справочна система. Траектория, дължина на пътя, вектор на преместване

§ 2. Скорост

§ 3. Ускорението и неговите компоненти

§ 4. Ъглова скорост и ъглово ускорение

Задачи

Глава 2. Динамика на материална точка и постъпателно движение на твърдо тяло. Сила

§ 6. Втори закон на Нютон

§ 7. Трети закон на Нютон

§ 8. Сили на триене

§ 9. Закон за запазване на импулса. Център на масата

§ 10. Уравнение на движение на тяло с променлива маса

Задачи

Глава 3. Работа и енергия

§ 11. Енергия, работа, мощност

§ 12. Кинетична и потенциална енергия

§ 13. Законът за запазване на енергията

§ 14. Графично представяне на енергията

§ 15. Удар на абсолютно еластични и нееластични тела

Задачи

Глава 4

§ 16. Инерционен момент

§ 17. Кинетична енергия на въртене

§ 18. Силов момент. Уравнение на динамиката на въртеливото движение на твърдо тяло.

§ 27. Неинерциални отправни системи. Сили на инерцията
Задачи

2. Основи на молекулярната физика и термодинамика
Глава 8
§ 41. Методи на изследване. Преживени закони за идеалния газ
§ 42. Уравнение на Клапейрон - Менделеев
§ 43. Основно уравнение на молекулярно-кинетичната теория на идеалните газове
§ 44. Законът на Максуел за разпределението на молекулите на идеален газ според скоростите и енергиите на топлинното движение
§ 45. Барометрична формула. Разпределение на Болцман
§ 46. Среден брой сблъсъци и среден свободен пробег на молекулите
§ 47. Експериментално обосноваване на молекулярно-кинетичната теория
§ 48. Транспортни явления в термодинамично неравновесни системи
§ 49. Вакуум и методи за получаването му. Свойства на ултраразредените газове
Задачи

3. Електричество и магнетизъм
Глава 11
§ 77. Законът за запазване на електрическия заряд
§ 78. Закон на Кулон
§ 79. Електростатично поле. Сила на електростатичното поле
§ 80. Принципът на суперпозиция на електростатични полета. диполно поле
§ 81. Теорема на Гаус за електростатично поле във вакуум
§ 82. Приложение на теоремата на Гаус за изчисляване на някои електростатични полета във вакуум
§ 83. Циркулация на вектора на интензитета на електростатичното поле
§ 84. Потенциал на електростатично поле
§ 85. Напрежението като потенциален градиент. Еквипотенциални повърхности
§ 86. Изчисляване на потенциалната разлика от напрегнатостта на полето
§ 87. Видове диелектрици. Поляризация на диелектрици
§ 88. Поляризация. Напрегнатост на полето в диелектрик
§ 89. Електрическо смесване. Теорема на Гаус за електростатично поле в диелектрик
§ 90. Условия на границата между две диелектрични среди
§ 91. Сегнетоелектрици
§ 92. Проводници в електростатично поле
§ 93. Електрически капацитет на самотен проводник
§ 94. Кондензатори
§ 95. Енергия на система от заряди, самотен проводник и кондензатор. Енергия на електростатичното поле
Задачи
Глава 12
§ 96. Електрически ток, сила и плътност на тока
§ 97. Външни сили. Електродвижеща сила и напрежение
§ 98. Закон на Ом. Съпротивление на проводника

Глава 14
§ 109. Магнитно поле и неговите характеристики
§ 110. Закон на Био - Савар - Лаплас и приложението му за изчисляване на магнитното поле
§ 111. Закон на Ампер. Взаимодействие на паралелни токове
§ 112. Магнитна константа. Единици за магнитна индукция и сила на магнитното поле
§ 113. Магнитно поле на движещ се заряд
§ 114. Действието на магнитно поле върху движещ се заряд
§ 115. Движение на заредени частици в магнитно поле
§ 117. Ефект на Хол
§ 118. Циркулация на вектора B на магнитно поле във вакуум
§ 119. Магнитни полета на соленоида и тороида
§ 121. Работа по преместване на проводник и верига с ток в магнитно поле
Задачи

§ 136. Природата на феромагнетизма
Задачи
Глава 17
§ 137. Вихрово електрическо поле
§ 138. Ток на изместване
§ 139. Уравнения на Максуел за електромагнитното поле

4. Трептения и вълни.
Глава 18
§ 140. Хармонични трептения и техните характеристики
§ 141. Механични хармонични трептения
§ 142. Хармоничен осцилатор. Пружинно, физическо и математическо махало
§ 144. Събиране на хармонични трептения със същата посока и същата честота. удари
§ 145. Събиране на взаимно перпендикулярни трептения
§ 146. Диференциално уравнение на свободните затихнали трептения (механични и електромагнитни) и неговото решение. Автоколебания
§ 147. Диференциално уравнение на принудени трептения (механични и електромагнитни) и неговото решение
§ 148. Амплитуда и фаза на принудени трептения (механични и електромагнитни). Резонанс
§ 149. Променлив ток
§ 150. Резонанс на напрежението
§ 151. Резонанс на токовете
§ 152. Мощност, освободена във веригата за променлив ток
Задачи

Глава 19
§ 153. Вълнови процеси. Надлъжни и напречни вълни
§ 154. Уравнението на бягаща вълна. фазова скорост. вълново уравнение

§ 155. Принципът на суперпозицията. групова скорост
§ 156. Интерференция на вълни
§ 157. Стоящи вълни
§ 158. Звукови вълни
§ 159. Ефект на Доплер в акустиката
§ 160. Ултразвук и неговото приложение

Задачи

§ 163. Енергия на електромагнитните вълни. Импулс на електромагнитно поле

§ 164. Излъчване на дипол. Приложение на електромагнитните вълни
Задачи

5. Оптика. Квантовата природа на радиацията.

§ 195. Изкуствена оптична анизотропия
§ 196. Въртене на равнината на поляризация

Задачи

Глава 26. Квантова природа на радиацията.
§ 197. Топлинно излъчване и неговите характеристики.

§ 198. Закон на Кирхоф
§ 199. Закони на Стефан-Болцман и премествания на Виен

6. Елементи на квантовата физика

Глава 27. Теорията на Бор за водородния атом.

Задачи

7. Елементи на физиката на атомното ядро и елементарните частици.

Глава 32

§ 252. Дефект на маса и енергия на свързване, ядра

§ 253. Спин на ядрото и неговият магнитен момент

§ 254. Ядрени сили. Модели на ядрото

§ 255. Радиоактивно излъчване и неговите видове Правила за изместване

§ 257. Закономерности на a-разпад

§ 259. Гама-лъчение и неговите свойства.

§ 260. Резонансно поглъщане на y-лъчение (ефект на Мьосбауер

§ 261. Методи за наблюдение и регистриране на радиоактивни лъчения и частици

§ 262. Ядрени реакции и техните основни видове

§ 263. Позитрон. /> -Разграждане. Електронно улавяне

§ 265. Реакция на ядрено делене
§ 266. Верижна реакция на делене
§ 267. Понятието ядрена енергия
§ 268. Реакцията на синтез на атомни ядра. Проблемът с контролираните термоядрени реакции
Задачи
Глава 33
§ 269. Космическо лъчение
§ 270. Мюони и техните свойства
§ 271. Мезони и техните свойства
§ 272. Видове взаимодействия на елементарни частици
§ 273. Частици и античастици
§ 274. Хиперони. Странност и четност на елементарните частици
§ 275. Класификация на елементарните частици. Кварки
Задачи
Основни закони и формули
1. Физически основи на механиката
2. Основи на молекулярната физика и термодинамика
4. Трептения и вълни
5. Оптика. Квантовият характер на радиацията
6. Елементи на квантовата физика на атомите, молекулите и твърдите тела

7. Елементи на физиката на атомното ядро и елементарните частици
Предметен индекс

Рецензент: професор от катедрата по физика на името на А. М. Фабрикант от Московския енергиен институт (Технически университет) В. А. Касянов

ISBN 5-06-003634-0  Държавно унитарно предприятие "Издателство" висше училище“, 2001

Оригиналното оформление на тази публикация е собственост на издателство Vysshaya Shkola и нейното възпроизвеждане (възпроизвеждане) по какъвто и да е начин без съгласието на издателя е забранено.

Предговор

Учебникът е написан в съответствие с действащата програма на курса по физика заинженерни и технически специалности на висшите учебни заведения и е предназначен за студенти от висши технически учебни заведения редовно обучение с ограничен брой часове по физика, с възможност за използване във вечерни и кореспондентски форми на обучение.

Малкият обем на учебника е постигнат чрез внимателен подбор и стегнато изложение на материала.

Книгата се състои от седем части. Първата част осигурява систематично представяне физически основикласическата механика, както и елементи от специалната (частна) теория на относителността. Втората част е посветена на основите на молекулярната физика и термодинамиката. Третата част се занимава с електростатика, постоянен електрически ток и електромагнетизъм. В четвъртата част, посветена на изложението на теорията на трептенията и волята, се разглеждат паралелно механичните и електромагнитните трептения, посочват се техните прилики и разлики и се сравняват физическите процеси, протичащи по време на съответните трептения. Петата част се занимава с елементите на геометричната и електронната оптика, вълновата оптика и квантовата природа на излъчването. Шестата част е посветена на елементите на квантовата физика на атомите, молекулите и твърдите тела. Седмата част очертава елементите на физиката на атомното ядро и елементарните частици.

Поднасянето на материала се осъществява без тромави математически изчисления, обръща се необходимото внимание на физическата същност на явленията и понятията и законите, които ги описват, както и на приемствеността на съвременната и класическата физика. Всички биографични данни са дадени според книгата на Ю. А. Храмов "Физика" (М .: Наука, 1983).

За обозначаване на векторни величини във всички фигури и в текста се използва удебелен шрифт, с изключение на величините, обозначени с гръцки букви, които по технически причини се изписват в текста със светъл шрифт със стрелка.

Авторът изказва дълбоката си благодарност на колегите и читателите, чиито любезни забележки и предложения допринесоха за подобряването на книгата. Особено съм благодарен на проф. В. А. Касянов за рецензията на учебника и за неговите коментари.

Въведение

Предметът на физиката и нейната връзка с другите науки

Светът около вас, всичко, което съществува около вас и което откриваме чрез усещанията, е материя.

Движението е неразделно свойство на материята и форма на нейното съществуване. Движението в широкия смисъл на думата е всякакъв вид промени в материята - от просто преместване до най-сложните процеси на мислене.

Различни форми на движение на материята се изучават от различни науки, включително физиката. Предметът на физиката, както всъщност на всяка наука, може да бъде разкрит само когато е представен в детайли. Трудно е да се даде строго определение на предмета на физиката, тъй като границите между физиката и редица свързани дисциплини са произволни. На този етап от развитието е невъзможно да се запази дефиницията на физиката само като наука за природата.

Академик А. Ф. Йофе (1880-1960; руски физик)* определя физиката като наука, която изучава общите свойства и законите на движение на материята и полето. Сега е общоприето, че всички взаимодействия се осъществяват чрез полета, като гравитационни, електромагнитни, ядрени силови полета. Полето, заедно с материята, е една от формите на съществуване на материята. Неразривната връзка между полето и материята, както и разликата в техните свойства, ще бъдат разгледани в хода на курса.

*Всички данни са дадени според биографичното ръководство на Ю. А. Храмов "Физика" (М.: Наука, 1983).

Физиката е наука за най-простите и в същото време най-общите форми на движение на материята и техните взаимни трансформации. Изследваните от физиката форми на движение на материята (механични, термични и др.) присъстват във всички висши и по-сложни форми на движение на материята (химични, биологични и др.). Следователно те, бидейки най-простите, са същевременно най-общите форми на движение на материята. По-високите и по-сложни форми на движение на материята са обект на изучаване на други науки (химия, биология и др.).

Физиката е тясно свързана с природните науки. Тази тясна връзка на физиката с други клонове на естествените науки, както отбелязва академик С. И. Вавилов (1891-1955; руски физик и общественик), доведе до факта, че физиката прерасна в астрономия, геология, химия, биология и други природни науки с най-дълбоките корени.. В резултат на това се формират редица нови свързани дисциплини като астрофизика, биофизика и др.

Физиката също е тясно свързана с техниката и тази връзка има двупосочен характер. Физиката израства от нуждите на технологиите (развитието на механиката при древните гърци, например, е причинено от изискванията на строителството и военното оборудване от онова време), а технологиите от своя страна определят посоката на физическите изследвания (за например, по едно време задачата за създаване на най-икономичните топлинни двигатели предизвика бурно развитие на термодинамиката). От друга страна, техническото ниво на производството зависи от развитието на физиката. Физиката е в основата на създаването на нови клонове на техниката (електронни технологии, ядрени технологии и др.).

Бързият темп на развитие на физиката, нейните нарастващи връзки с технологиите показват значителната роля на курса по физика в техническия колеж: това е основната основа за теоретичното обучение на инженер, без което неговата успешна дейност е невъзможна.

Единици за физически величини

Основният метод на изследване във физиката е опитът - основан на практиката, сетивно-емпирично познание за обективната реалност, т.е. наблюдение на изучаваните явления при точно взети под внимание условия, които позволяват да се следи хода на явленията и да се възпроизвежда многократно, когато тези условия се повтарят.

Излагат се хипотези, за да се обяснят експерименталните факти. Хипотеза- това е научно предположение, издигнато за обяснение на феномен и изискващо експериментална проверка и теоретична обосновка, за да се превърне в надеждна научна теория.

В резултат на обобщаването на експериментални факти, както и на резултатите от дейността на хората, физични закони- устойчиви повтарящи се обективни модели, които съществуват в природата. Най-важните закони установяват връзка между физическите величини, за които е необходимо да се измерват тези величини. Измерването на физическа величина е действие, извършвано с помощта на измервателни уреди за намиране на стойността на физическа величина в приети единици. Единиците на физическите величини могат да бъдат избрани произволно, но тогава ще има трудности при сравняването им. Поради това е препоръчително да се въведе система от единици, обхващаща единиците на всички физически величини.

За да се изгради система от единици, единиците се избират произволно за няколко независими физически величини. Тези единици се наричат основен.Останалите величини и техните единици се извеждат от законите, свързващи тези величини и техните единици с основните. Те се наричат производни.

Понастоящем Международната система (SI) е задължителна за използване в научната и учебната литература, която се основава на седем основни единици - метър, килограм, секунда, ампер, келвин, мол, кандела - и две допълнителни - радиани и стерадиани.

Метър(m) е дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум за 1/299792458 s.

килограм(kg) - маса, равна на масата на международния прототип на килограма (цилиндър от платина-иридий, съхраняван в Международното бюро за мерки и теглилки в Севър, близо до Париж).

Второ(s) - време, равно на 9192631770 периода на излъчване, съответстващи на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома цезий-133.

Ампер(A) - силата на непроменлив ток, който при преминаване през два успоредни праволинейни проводника с безкрайна дължина и незначително напречно сечение, разположени във вакуум на разстояние 1 m един от друг, ще създаде сила между тези проводници, равна на 210 - 7 N за всеки метър дължина.

Келвин(K) - 1/273,16 част от термодинамичната температура на тройната точка на водата.

къртица(mol) - количеството вещество на система, съдържаща толкова структурни елементи, колкото атоми има в нуклида 12 C с маса 0,012 kg.

Кандела(cd) - интензитет на светлината в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 54010 12 Hz, чийто интензитет на светлинна енергия в тази посока е 1/683 W/sr.

радиан(rad) - ъгълът между два радиуса на окръжност, дължината на дъгата между които е равна на радиуса.

Стерадиан(cp) - плътен ъгъл с връх в центъра на сферата, изрязващ върху повърхността на сферата площ, равна на площта на квадрат със страна, равна на радиуса на сферата.

За установяване на производни единици се използват физични закони, които ги свързват с основните единици. Например от формулата за равномерно праволинейно движение v= с/ T (с – изминато разстояние, T - време) производната единица за скорост е 1 m/s.

1 ФИЗИЧЕСКИ ОСНОВИ НА МЕХАНИКАТА

Глава 1 Елементи на кинематиката

§ 1. Модели в механиката. Справочна система. Траектория, дължина на пътя, вектор на преместване

Механика- част от физиката, която изучава законите на механичното движение и причините, които предизвикват или променят това движение. механично движение- това е промяна във времето във взаимното положение на телата или техните части.

Развитието на механиката като наука започва през 3 век. пр.н.е д., когато древногръцкият учен Архимед (287-212 г. пр.н.е.) формулира закона за равновесие на лоста и законите за равновесие на плаващи тела. Основните закони на механиката са установени от италианския физик и астроном Г. Галилей (1564-1642) и окончателно формулирани от английския учен И. Нютон (1643-1727).

Галилео-Нютоновата механика се нарича класическа механика.Той изучава законите на движение на макроскопични тела, чиито скорости са малки в сравнение със скоростта на светлината c във вакуум. Изучават се законите на движение на макроскопични тела със скорости, сравними със скоростта c релативистка механика,базиран на специалната теория на относителността,формулирана от А. Айнщайн (1879-1955). За описание на движението на микроскопични тела (отделни атоми и елементарни частици) законите на класическата механика са неприложими - те се заменят със законите китова механика.

В първата част на нашия курс ще изучаваме механиката на Галилео-Нютон, т.е. разгледайте движението на макроскопични тела със скорости много по-ниски от скоростта c. В класическата механика е общоприето понятието пространство и време, разработено от И. Нютон и доминиращо в естествознанието през 17-19 век. Механиката на Галилео-Нютон разглежда пространството и времето като обективни форми на съществуване на материята, но изолирано едно от друго и от движението на материалните тела, което съответства на нивото на познанието от онова време.

Механиката е разделена на три дяла: I) кинематика; 2) динамика; 3) статичен.

Кинематиката изучава движението на телата, без да отчита причините, които определят това движение.

Динамикаизучава законите на движението на телата и причините, които предизвикват или променят това движение.

Статикаизучава законите на равновесието на система от тела. Ако са известни законите за движение на телата, то от тях могат да се установят и законите за равновесието. Следователно физиката не разглежда законите на статиката отделно от законите на динамиката.

Механиката за описание на движението на телата, в зависимост от условията на конкретни задачи, използва различни физически модели.Най-простият модел е материална точка- тяло с маса, чиито размери в тази задача могат да бъдат пренебрегнати. Понятието материална точка е абстрактно, но въвеждането му улеснява решаването на практически проблеми. Например, когато се изучава движението на планетите по орбити около Слънцето, човек може да ги приеме за материални точки.

Произволно макроскопично тяло или система от тела може мислено да се раздели на малки взаимодействащи части, всяка от които се разглежда като материална точка. Тогава изучаването на движението на произволна система от тела се свежда до изследване на система от материални точки. В механиката първо се изучава движението на една материална точка и след това се пристъпва към изследване на движението на система от материални точки.

Под въздействието на телата едно върху друго, телата могат да се деформират, т.е. да променят формата и размера си. Затова в механиката се въвежда друг модел - абсолютно твърдо тяло. Абсолютно твърдо тяло е тяло, което при никакви обстоятелства не може да се деформира и при всички условия разстоянието между две точки (или по-точно между две частици) на това тяло остава постоянно.

Всяко движение на твърдо тяло може да бъде представено като комбинация от транслационни и ротационни движения. Транслационното движение е движение, при което всяка права линия, твърдо свързана с движещото се тяло, остава успоредна на първоначалното си положение. Въртеливото движение е движение, при което всички точки на тялото се движат по окръжности, чиито центрове лежат на една и съща права линия, наречена ос на въртене.

Движението на телата се извършва в пространството и времето. Следователно, за да се опише движението на материална точка, е необходимо да се знае на какви места в пространството се е намирала тази точка и в какви моменти от времето е преминавала в едно или друго положение.

Положението на материална точка се определя спрямо някое друго, произволно избрано тяло, наречено референтно тяло. С него е свързана отправна система - набор от координатни системи и часовници, свързани с отправното тяло. В най-често използваната декартова координатна система, позицията на точка НОв даден момент по отношение на тази система се характеризира с три координати х, г и zили радиус вектор rизтеглена от началото на координатната система до дадена точка(Фиг. 1).

Когато една материална точка се движи, нейните координати се променят с времето. В общия случай движението му се определя от скаларните уравнения

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

еквивалентно на векторното уравнение

r = r(T). (1.2)

Уравнения (1.1) и съответно (1.2) се наричат кинематични уравнениядвижения материална точка.

Броят на независимите координати, които напълно определят позицията на точка в пространството, се нарича брой степени на свобода. Ако една материална точка се движи свободно в пространството, тогава, както вече беше споменато, тя има три степени на свобода (координати x, yи z), ако се движи по някаква повърхност, тогава с две степени на свобода, ако по някаква линия, тогава с една степен на свобода.

Изключвайки Tв уравнения (1.1) и (1.2), получаваме уравнението за траекторията на материалната точка. Траекториядвижение на материална точка - линия, описана от тази точка в пространството. В зависимост от формата на траекторията движението може да бъде праволинейно и криволинейно.

Да разгледаме движението на материална точка по произволна траектория (фиг. 2). Нека започнем да броим времето от момента, в който точката е била в позиция НО.Дължина на участъка на траекторията AB,преминал през материална точка от момента на началото на времето, се нарича дължина на пътя си е скаларна функциявреме:  с = с(T) .вектор r = r -r 0 , изтеглена от началната позиция на движещата се точка до нейната позиция в даден момент (увеличаване на радиус-вектора на точката през разглеждания интервал от време), се нарича движещ се.

При праволинейно движение векторът на преместване съвпада със съответния участък от траекторията и модулът на преместване | r| равно на изминатото разстояние  с.

§ 2. Скорост

За характеризиране на движението на материална точка се въвежда векторна величина - скоростта, която се определя като бързинадвижение, както и посокав този момент от време.

Нека материалната точка се движи по някаква криволинейна траектория, така че в момента на времето Tтой съответства на радиус вектора r 0 (фиг. 3). За кратък период от време  Tточка ще премине пътя  си ще получи елементарно (безкрайно малко) преместване r.

Вектор на средната скоросте отношението на увеличението r на радиус-вектора на точката към интервала от време  T:

(2.1)

Посоката на вектора на средната скорост съвпада с посоката на r. С неограничено намаляване на  Tсредна скорост клони към гранична стойност, която се нарича моментна скорост v:

Следователно моментната скорост v е векторна величина, равна на първата производна на радиус-вектора на движещата се точка по отношение на времето. Тъй като секансът съвпада с допирателната в границата, векторът на скоростта v е насочен тангенциално към траекторията в посоката на движение (фиг. 3). Тъй като  намалява Tпът  свсе повече ще се доближава до |r|, така че модулът на моментната скорост

По този начин модулът на моментната скорост е равен на първата производна на пътя по отношение на времето:

(2.2)

При неравномерно движение -модулът на моментната скорост се променя с времето. В този случай използвайте скаларната стойност  v - Средната скоростнеравномерно движение:

От фиг. 3 следва, че  v> |v|, защото  с> |r|, и то само при праволинейно движение

Ако изразът d с = vд T (виж формула (2.2)) се интегрират с течение на времето в диапазона от Tпреди T + T, тогава намираме дължината на пътя, изминат от точката във времето  T:

(2.3)

Кога равномерно движениечислената стойност на моментната скорост е постоянна; тогава изразът (2.3) приема формата

Дължината на пътя, изминат от точка в интервала от време от T 1 към T 2 се дава от интеграла

§ 3. Ускорението и неговите компоненти

В случай на неравномерно движение е важно да знаете колко бързо се променя скоростта във времето. Физическата величина, характеризираща скоростта на изменение на скоростта по абсолютна стойност и посока е ускорение.

Обмисли плоско движение,тези. движение, при което всички части от траекторията на дадена точка лежат в една и съща равнина. Нека векторът v определя скоростта на точката НОпо това време T. През времето  Tдвижеща се точка е преместена на позиция ATи придобива скорост, различна от v както по модул, така и по посока и равна на v 1 = v + v. Преместете вектора v 1 до точката НОи намерете v (фиг. 4).

Средно ускорениенеравномерно движение в интервала от Tпреди T + Tнаречена векторна величина, равна на отношението на промяната на скоростта v към интервала от време  T

Незабавно ускорение a (ускорение) на материална точка във времето Tще има ограничение на средното ускорение:

По този начин ускорението a е векторна величина, равна на първата производна на скоростта по отношение на времето.

Разлагаме вектора v на две компоненти. За това, от точката НО(фиг. 4) по посока на скоростта v начертаваме вектора
, по модул равен на v 1 . Очевидно е, че векторът
, равен
, определя промяната на скоростта във времето  T по модул:
. Вторият компонент
векторът v характеризира промяната на скоростта във времето  T към.

Тангенциален компонент на ускорението

т.е. равна на първата производна по време на модула на скоростта, като по този начин определя скоростта на промяна на скоростта по модул.

Нека намерим втория компонент на ускорението. Да кажем точката ATдостатъчно близо до точката НО,така че  сможе да се счита за дъга от окръжност с някакъв радиус r, не много по-различна от хорда AB.Тогава от сходството на триъгълниците AOBи ЕАД следва  v н /AB = v 1 /r, но тъй като AB = vT, тогава

В лимита при
получаваме
.

Тъй като , ъгълът ЕАДклони към нула, а тъй като триъгълникът ЕАДравнобедрен, след това ъгълът ADEмежду v и v нима тенденция да бъде прав. Следователно за векторите v ни v са взаимно перпендикулярни. Данък като векторът на скоростта е насочен тангенциално към траекторията, тогава векторът v н, перпендикулярна на вектора на скоростта, е насочена към центъра на нейната кривина. Вторият компонент на ускорението, равен на

Наречен нормален компонент на ускорениетои е насочена по нормалата към траекторията до центъра на нейната кривина (поради което се нарича още центростремително ускорение).

Пълно ускорениетяло е геометричната сума на тангенциалните и нормалните компоненти (фиг. 5):

Така, тангенциаленкомпонент на ускорението характеризира скорост на промяна на скоростта по модул(насочена тангенциално към траекторията) и нормалнокомпонент на ускорението - скорост на промяна на скоростта в посока(насочена към центъра на кривината на траекторията).

В зависимост от тангенциалните и нормалните компоненти на ускорението, движението може да се класифицира, както следва:

1)
, а н = 0 - праволинейно равномерно движение;

2)
, а н = 0 - праволинейно равномерно движение. С този тип движение

Ако първоначалното време T 1 =0, и началната скорост v = v T.I. добре физика: [урокза инженерство...

Насока № 1 за студенти от 1 курс на Медико-биологическия факултет, семестър № 1

Документ

... (2.1m; l=10m; 1.3s) Литература: ТрофимоваТ.И. добре физика: Proc. помощ за гимназии.-18 ... скорост. (0,43) Литература: ТрофимоваТ.И. добре физика: Proc. надбавка за гимназии.- ... при въздействие. () Литература: ТрофимоваТ.И. добре физика: Proc. надбавка за университети.- ...