• Загальна фізика : Підручник .  Реком. ВР КНУ ім. Т. Шевченка	Г. С. Фелінський

    Розглянуто фізичні основи механіки, статистичної фізики, термодинаміки, електрики та магнетизму, коливних і хвильових процесів, оптики та квантової фізики, які викладені з урахуванням вимог до курсу фізики у класичних університетах. Для студентів і викладачів технічних та нефізичних спеціальностей вищих навчальних закладів.

ЗМІСТ

ВСТУП................................................................................................ 3

Предметом фізики є вивчення різних форм руху матерії. Умовно матерія поділяється на поле та речовину. Речовина − це всі тіла, що нас оточують, які ми можемо спостерігати за допомогою наших органів чуттів. Поля − це матеріальні об'єкти, через які відбувається різні види взаємодії між тілами. Поля можна спостерігати лише опосередковано завдяки руху речовини та за допомогою фізичних приладів. Фізичні прилади є нібито додатковими органами чуття людини. Методом досліджень у фізиці є дослід, експеримент. Тільки експеримент може бути прямим доказом існування того чи іншого фізичного закону. Сила теорії полягає в передбаченні фізичних законів без експерименту (хоча зазвичай у зв'язку з експериментом), однак незаперечним доказом справедливості закону є і залишається тільки дослід, експеримент. Точність визначення законів у фізиці обмежена точністю експериментів. Основні закони фізики були встановлені саме в результаті узагальнення значної кількості дослідних даних. Цілком зрозуміло, що пізнання оточуючого нас світу неможливе без вимірювань фізичних величин. Для вимірювання фізичної величини треба порівняти її з однорідною з нею величиною, прийнятою за одиницю вимірювання цієї величини. Вивчення фізичних явищ неможливе без такого порівняння.

Частина І

МЕХАНІКА. СТАТИСТИЧНА ФІЗИКА ТА ТЕРМОДИНАМІКА. ЕЛЕКТРИКА ТА МАГНЕТИЗМ

Розділ 1. МЕХАНІКА................................................................. 7

1.1. Основи кінематики .................................................................... 7

1.1.1. Матеріальна точка, тверде тіло,

 поступальний та обертальний рух......................................... 7

1.1.2. Простір, час, система відліку, траєкторія, шлях,

 переміщення, радіус-вектор ................................................... 9

1.1.3. Швидкість ............................................................................... 11

1.1.4. Прискорення .......................................................................... 14

1.1.5. Тангенціальне та нормальне  (доцентрове) прискорення ........ 15

1.1.6. Кутова швидкість .................................................................. 17

1.1.7. Зв'язок лінійної та кутової швидкості ................................. 19

1.1.8. Кутове прискорення.............................................................. 20

1.2. Динаміка матеріальної точки ................................................ 21

1.2.1. Предмет та явища досліджень динаміки.

 Перший закон Ньютона. Інерція.......................................... 21

1.2.2. Інерціальні системи відліку.

 Принцип відносності Галілея............................................... 23

1.2.3. Маса. Імпульс тіла................................................................. 26

1.2.4. Сила. Другий закон Ньютона............................................... 28

1.2.5. Третій закон Ньютона........................................................... 29

1.2.6. Закон збереження імпульсу замкненої системи ................. 30

1.2.7. Центр мас (центр інерції) ..................................................... 32

1.2.8. Реактивний рух...................................................................... 34

1.3. Поле тяжіння. Рух у полі центральних сил ......................... 37

1.3.1. Сили гравітації. Закон всесвітнього тяжіння...................... 37

1.3.2. Вільне падіння. Прискорення вільного падіння................. 39

1.3.3. Вага тіла ................................................................................. 44

1.3.4. Рух тіл поблизу Землі. Штучні супутники Землі ............... 46

1.4. Сили пружності та тертя в механіці ..................................... 47

1.4.1. Сили пружності. Закон Гука ................................................ 47

1.4.2. Сили тертя.............................................................................. 53

1.5. Механічна енергія та робота.

 Закон збереження механічної енергії .................................... 56

1.5.1. Механічна робота та потужність ......................................... 56

1.5.2. Кінетична і потенціальна енергія.

 Повна механічна енергія ....................................................... 59

1.5.3. Сили та потенційна енергія.................................................. 62

1.5.4. Закон збереження механічної енергії .................................. 66

1.5.5. Умови рівноваги механічної системи.................................. 66

1.6. Динаміка обертального руху.................................................. 70

1.6.1. Момент сили.......................................................................... 70

1.6.2. Момент інерції....................................................................... 73

1.6.3. Основне рівняння динаміки обертального руху................. 75

1.6.4. Робота та енергія при обертальному русі ........................... 76

1.6.5. Момент імпульсу. Закон

 збереження моменту імпульсу.............................................. 78

1.6.6. Гіроскопи ............................................................................... 79

1.7. Неінерційні системи відліку. Сили інерції........................... 85

1.7.1. Відцентрова сила інерції ...................................................... 86

1.7.2. Сила Коріоліса....................................................................... 87

1.8. Елементи статики..................................................................... 90

1.8.1. Перша умова рівноваги ........................................................ 91

1.8.2. Друга умова рівноваги тіла, що має вісь обертання .......... 91

1.9. Основи статики та динаміки рідин і газів ........................... 94

1.9.1. Тиск. Закон Паскаля.............................................................. 94

1.9.2. Атмосферний тиск ................................................................ 96

1.9.3. Закон Архімеда...................................................................... 97

1.9.4. Стаціонарний потік ідеальної рідини.

 Рівняння нерозривності потоку .......................................... 99

1.9.5. Сили внутрішнього тертя ................................................... 101

1.9.6. Ламінарна і турбулентна течія........................................... 104

1.9.7. Тиск у потоці рідини. Рівняння Бернуллі ......................... 106

1.10. Елементи спеціальної теорії відносності.......................... 109

1.10.1. Історична довідка.

 Експерименти з вимірювання швидкості світла............. 109

1.10.2. Дослід Майкельсона та його сучасні модифікації ......... 114

1.10.3. Принцип відносності в ньютонівській

 та релятивістській механіці.............................................. 119

1.10.4. Перетворення Лоренца ..................................................... 120

1.10.5. Наслідки постулатів Ейнштейна

 та перетворень Лоренца...................................................... 120

Запитання та вправи для самоконтролю .................................... 123

Розділ 2. СТАТИСТИЧНА ФІЗИКА

 ТА ТЕРМОДИНАМІКА ................................................. 127

2.1. Молекулярно-кінетична теорія ідеальних газів............... 127

2.1.1. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

 Дослідні газові закони........................................................ 127

2.1.2. Основне рівняння молекулярно-кінетичної

 теорії ідеальних газів.......................................................... 135

2.1.3. Середня кінетична енергія руху молекул.

 Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями свободи 137

2.1.4. Розподіл молекул за швидкостями (розподіл Максвелла)...... 139

2.1.5. Барометрична формула. Розподіл Больцмана .................. 143

2.2. Явища перенесення................................................................ 145

2.2.1. Середня довжина вільного пробігу молекул

 та ефективний діаметр молекул......................................... 145

2.2.2. Теплопровідність. Закон Фур'є .......................................... 147

2.2.3. Дифузія. Закон Фіка............................................................ 148

2.2.4. Внутрішнє тертя (в'язкість). Закон Ньютона .................... 149

2.3. Основи термодинаміки.......................................................... 151

2.3.1. Внутрішня енергія. Внутрішня енергія ідеального газу.......... 151

2.3.2. Кількість теплоти. Теплоємність ....................................... 153

2.3.3. Робота газу........................................................................... 155

2.3.4. Перший закон термодинаміки............................................ 158

2.3.5. Застосування першого закону термодинаміки

 до ізопроцесів....................................................................... 159

2.3.6. Адіабатичний процес.......................................................... 161

2.3.7. Оборотні та необоротні процеси........................................ 163

2.3.8. Принцип дії ідеальної теплової машини........................... 164

2.3.9. Другий закон термодинаміки. Ентропія............................ 168

2.4. Реальні гази ............................................................................. 175

2.4.1. Сили міжмолекулярної взаємодії в реальних газах ......... 175

2.4.2. Рівняння Ван дер Ваальса .................................................. 178

2.4.3. Ізотерми Ван дер Ваальса................................................... 179

2.4.4. Внутрішня енергія реального газу..................................... 182

2.4.5. Ефект Джоуля–Томсона ..................................................... 182

2.5. Тверді тіла................................................................................ 183

2.5.1. Тверді тіла. Кристалічні та аморфні тіла .......................... 183

2.5.2. Кристалографічні ознаки кристалів .................................. 185

2.5.3. Симетрія кристалічних тіл ................................................. 187

2.5.4. Фізичні ознаки кристалів.................................................... 188

2.5.5. Недосконалості та дефекти в кристалах ........................... 190

2.5.6. Теплоємність твердих тіл ................................................... 191

648

2.6. Агрегатні стани речовини та фазові переходи.................. 192

2.6.1. Плавлення та кристалізація................................................ 192

2.6.2. Пароутворення і конденсація............................................. 194

2.6.3. Фазові переходи .................................................................. 196

2.6.4. Насичена і ненасичена пара ............................................... 197

2.6.5. Абсолютна і відносна вологість......................................... 198

2.7. Поверхневі явища .................................................................. 200

2.7.1. Сили поверхневого натягу ................................................. 200

2.7.2. Явища на межі поділу рідини і твердого тіла................... 202

2.7.3. Тиск під викривленою поверхнею рідини.

 Капілярні явища .................................................................. 203

2.7.4. Капіляри............................................................................... 204

Запитання та вправи для самоконтролю .................................... 206

Розділ 3. ЕЛЕКТРИЧНІ ЗАРЯДИ,

 СТРУМИ ТА ПОЛЯ........................................................ 209

3.1. Електростатика. Закон Кулона. Електричне поле........... 212

3.1.1. Електричні заряди та їх взаємодія ..................................... 212

3.1.2. Напруженість електростатичного поля............................. 215

3.1.3. Принцип суперпозиції електростатичних полів............... 218

3.1.4. Потік вектора напруженості електростатичного поля..... 221

3.1.5. Теорема Остроградського–Гаусса  для електростатичного поля у вакуумі та речовині ......... 223

3.1.6. Циркуляція вектора напруженості  електростатичного поля ...................................... 228

3.1.7. Потенціал електростатичного поля ................................... 229

3.1.8. Зв'язок напруженості та потенціалу  електростатичного поля. Градієнт потенціалу ................. 232

3.1.9. Рівняння Лапласа і Пуассона ............................................. 234

3.2. Електричне поле в діелектриках. Вектор поляризації.... 236

3.2.1. Діелектрики в електростатичному полі ............................ 236

3.2.2. Диполь в однорідному та неоднорідному  електричних полях ........ 238

3.2.3. Поляризація діелектриків ................................................... 239

3.2.4. Локальне поле, що діє на заряд у діелектрику.

 Поле Лоренца і співвідношення Клаузіуса–Мозотті....... 242

3.2.5. Сегнетоелектрики ............................................................... 245

3.3. Провідники в електростатичному полі.............................. 247

3.3.1. Рівновага зарядів на провіднику........................................ 247

3.3.2. Провідник у зовнішньому електростатичному полі ........ 249

3.3.3. Генератор Ван де Граафа.................................................... 250

3.3.4. Електроємність провідника. Конденсатори...................... 252

3.3.5. З'єднання конденсаторів..................................................... 254

3.3.6. Енергія системи зарядів, зарядженого провідника,

 конденсатора, електростатичного поля ............................. 256

3.3.7. Енергія електростатичного поля.

 Об'ємна густина енергії........................................................................ 259

3.4. Електричний струм................................................................. 260

3.4.1. Постійний електричний струм.

 Сила та густина струму ....................................................... 260

3.4.2. Електрорушійна сила джерела струму............................... 263

3.4.3. Закон Ома для однорідної ділянки кола. Опір .................. 265

3.4.4. Послідовне і паралельне з'єднання провідників................ 268

3.4.5. Закон Ома для повного (неоднорідного)

 замкненого кола ............................................................................. 270

3.4.6. Закон Ома в диференціальній формі.................................. 271

3.4.7. Правила Кірхгофа для розгалужених електричних кіл.... 274

3.4.8. Робота і потужність струму.

 Закон Джоуля–Ленца в інтегральній формі.

 Теплова дія електричного струму ...................................... 276

3.5. Струм у металах та електролітах ........................................ 278

3.5.1. Загальні відомості про електропровідність металів.

 Природа носіїв струму в металах ....................................... 278

3.5.2. Елементарна класична теорія металів ............................... 280

3.5.3. Робота виходу з металу....................................................... 281

3.5.4. Термоелектронна емісія...................................................... 284

3.5.5. Контактна різниця потенціалів .......................................... 286

3.5.6. Термоелектричні явища...................................................... 289

3.5.7. Електричний струм у рідинах (електролітах)................... 293

3.6. Електричний струм у газах та вакуумі .............................. 296

3.6.1. Електричний струм у газах................................................. 296

3.6.2. Електричний струм у вакуумі та його застосування ................ 299

3.6.3. Гальмування електронного потоку.

 Рентгенівські трубки ........................................................... 301

3.6.4. Вторинна електронна емісія. Електронні помножувачі .......... 302

Запитання та вправи для самоконтролю ..................................... 305

650

Розділ 4. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

 ТА МАГНІТНЕ ПОЛЕ.................................................... 310

4.1. Магнітне поле. Історична довідка....................................... 310

4.1.1. Індукція магнітного поля.................................................... 315

4.1.2. Потік вектора магнітної індукції.

 Теорема Остроградського–Гаусса для магнітного поля.. 317

4.1.3. Закон повного струму ......................................................... 318

4.1.4. Закон Біо–Савара–Лапласа................................................. 320

4.1.5. Поля прямого та колового струмів .................................... 321

4.1.6. Сила Ампера........................................................................ 327

4.1.7. Сила Лоренца....................................................................... 328

4.1.8. Ефект Холла ........................................................................ 331

4.1.9. Застосування ефекту Холла ............................................... 333

4.2. Взаємодія прямих паралельних провідників зі струмами..... 334

4.2.1. Рамка зі струмом у магнітному полі.

 Магнітний момент контуру зі струмом............................. 335

4.2.2. Робота, яка виконується при переміщенні

 струму в магнітному полі.................................................... 339

4.3. Магнетики ............................................................................... 342

4.3.1. Класифікація магнетиків .................................................... 343

4.3.2. Діамагнетизм....................................................................... 343

4.3.3. Парамагнетизм .................................................................... 345

4.3.4. Феромагнетизм.................................................................... 346

4.3.5. Закон Кюрі–Вейса............................................................... 349

4.4. Електромагнітна індукція .................................................... 350

4.4.1. Закон Фарадея–Максвелла для електромагнітної

 індукції. Електрорушійна сила індукції............................ 350

4.4.2. Методи вимірювання магнітної індукції .......................... 355

4.4.3. Струми Фуко ....................................................................... 357

4.4.4. Явище самоіндукції. Індуктивність................................... 360

4.4.5. Енергія магнітного поля ..................................................... 361

4.4.6. Струм при замиканні та розмиканні ланцюга .................. 362

4.5. Змінний електричний струм ................................................ 365

4.5.1. Квазістаціонарні струми..................................................... 365

4.5.2. Змінний струм, що протікає крізь індуктивність ............. 367

4.5.3. Змінний струм, що тече крізь ємність ............................... 369

4.5.4. Коло змінного струму, що містить ємність,

 індуктивність та опір .......................................................... 371

4.5.5. Потужність, що виділяється в колі змінного струму.............. 374

4.5.6. Застосування змінного електричного струму.................... 376

4.5.7. Електричний резонанс ......................................................... 377

651

4.5.8. Трансформатор змінного струму........................................ 379

4.5.9. Змінний струм високої частоти........................................... 381

4.6. Єдине електромагнітне поле.

 Рівняння Максвелла для електромагнітного поля ........... 382

4.6.1. Вихрове електричне поле .................................................... 382

4.6.2. Бетатрон ................................................................................ 384

4.6.3. Струм зміщення................................................................... 388

4.6.4. Система рівнянь Максвелла для електромагнітного поля...... 390

4.6.5. Електромагнітні хвилі. Хвильове рівняння ...................... 393

4.6.6. Плоска електромагнітна хвиля........................................... 395

4.6.7. Імпульс електромагнітного поля ....................................... 398

4.6.8. Шкала електромагнітних випромінювань ........................ 400

4.6.9. Класифікація радіохвиль та особливості їх поширення......... 401

Запитання та вправи для самоконтролю .................................... 406

Частина ІІ

КОЛИВАННЯ ТА ХВИЛІ. ОСНОВИ ОПТИКИ.

ОСНОВИ КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ

Розділ 5. КОЛИВАННЯ ТА ХВИЛІ. ОСНОВИ

 ПРОМЕНЕВОЇ ТА ХВИЛЬОВОЇ ОПТИКИ ............... 411

5.1. Механічні коливання та хвилі............................................. 411

5.1.1. Коливання. Загальна характеристика коливань ............... 412

5.1.2. Гармонічні коливання.

 Амплітуда, фаза, частота та період коливань................... 412

5.1.3. Швидкість та прискорення

 при гармонічних коливаннях.............................................. 413

5.1.4. Рівняння руху та його розв'язок......................................... 414

5.1.5. Пружний маятник................................................................ 415

5.1.6. Математичний маятник ...................................................... 415

5.1.7. Фізичний маятник ............................................................... 417

5.2. Згасаючі та вимушені коливання маятників

 і струмів у коливальних контурах...................................... 419

5.2.1. Енергія гармонічних коливань........................................... 419

5.2.2. Додавання коливань однакового напрямку ...................... 420

5.2.3. Биття..................................................................................... 422

5.2.4. Додавання взаємно перпендикулярних коливань ............ 424

5.2.5. Фігури Лісажу ..................................................................... 427

5.2.6. Згасаючі коливання. Рівняння руху та його розв'язок............ 428

652

5.2.7. Декремент згасання.

 Логарифмічний декремент згасання і добротність .......... 431

5.2.8. Вимушені коливання. Аналіз розв'язків рівняння руху........... 432

5.2.9. Автоколивальні системи..................................................... 436

5.3. Механічні хвилі. Рівняння хвилі......................................... 437

5.3.1. Загальна характеристика механічних хвиль ..................... 437

5.3.2. Амплітуда, фаза, довжина хвилі........................................ 439

5.3.3. Рівняння плоскої та сферичної хвиль................................ 441

5.3.4. Рівняння плоскої хвилі, що поширюється

 в довільному напрямку....................................................... 444

5.3.5. Хвильове рівняння та динаміка хвильового процесу............... 446

5.4. Поширення хвиль у пружному середовищі.

 Звукові хвилі............................................................................ 447

5.4.1. Принцип Гюйгенса для хвиль

 у пружному середовищі ....................................................... 447

5.4.2. Інтерференція пружних хвиль ............................................ 448

5.4.3. Когерентні хвилі та умови когерентності.

 Умови інтерференційних максимумів та мінімумів ......... 449

5.4.4. Коливання струни. Стоячі хвилі......................................... 450

5.4.5. Дифракція пружних хвиль .................................................. 451

5.4.6. Звукові хвилі. Шкала рівнів інтенсивності звуку............... 452

5.4.7. Швидкість звукових хвиль у газах. Звуковий резонанс .... 454

5.4.8. Ефект Допплера.................................................................... 455

5.5. Основи променевої оптики.................................................... 456

5.5.1. Розвиток уявлень про світло ............................................... 457

5.5.2. Видиме випромінювання (видиме світло) ......................... 458

5.5.3. Закони геометричної оптики............................................... 459

5.5.4. Явище повного внутрішнього відбиття ............................. 461

5.5.5. Лінзи. Хід променів у лінзах.............................................. 463

5.5.6. Формула тонкої лінзи. Оптична сила лінзи ...................... 468

5.5.7. Аберації оптичних систем.................................................. 469

5.6. Хвильова оптика. Інтерференція світла............................ 471

5.6.1. Явище інтерференції світла................................................ 471

5.6.2. Умови когерентності оптичного випромінювання .......... 473

5.6.3. Спостереження інтерференції світла................................. 475

5.6.4. Способи спостереження інтерференції світла.................. 477

5.6.5. Інтерференція світла при відбиванні від тонких пластинок... 480

5.6.6. Кільця Ньютона.................................................................... 486

5.6.7. Просвітлювальні покриття .................................................. 489

653

5.7. Дифракція світла..................................................................... 494

5.7.1. Принцип Гюйгенса–Френеля .............................................. 494

5.7.2. Зони Френеля........................................................................ 496

5.7.3. Дифракція Фраунгофера від щілини .................................. 500

5.7.4. Дифракція на дифракційній ґратці .................................... 506

5.7.5. Типи та застосування дифракційних ґраток ..................... 509

5.8. Поляризація та дисперсія світла ......................................... 510

5.8.1. Природне і поляризоване світло........................................ 510

5.8.2. Поляризатор та аналізатор. Закон Малюса....................... 512

5.8.3. Формули Френеля. Закон Брюстера .................................. 514

5.8.4. Поляризація розсіяного світла ........................................... 518

5.8.5. Основи кристалооптики.

 Головне рівняння кристалооптики .................................... 519

5.8.6. Одновісні кристали ............................................................. 520

5.8.7. Призма Ніколя..................................................................... 524

5.8.8. Дихроїзм двозаломлюючих кристалів. Поляроїди........... 525

5.9. Спектри та спектральний аналіз......................................... 526

5.9.1. Основи класичної теорії дисперсії..................................... 526

5.9.2. Нормальна та аномальна дисперсії. Формула Зельмеєра ...... 528

5.9.3. Спектри випромінювання та поглинання ......................... 531

5.9.4. Закон Бугера–Ламберта ...................................................... 533

5.9.5. Спектральні прилади .......................................................... 534

5.9.6. Спектри люмінесценції....................................................... 537

5.9.7. Спектральний аналіз........................................................... 538

5.10. Елементи фотометрії............................................................ 538

5.10.1. Фотометричні величини ................................................... 539

5.10.2. Загальні методи фотометрії.............................................. 539

5.10.3. Закони освітленості........................................................... 543

Запитання та вправи для самоконтролю .................................... 545

Розділ 6. ОСНОВИ КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ ................................. 549

6.1. Квантова оптика..................................................................... 549

6.1.1. Закони теплового випромінювання ................................... 5

6.1.2. Поняття про кванти. Квантова гіпотеза Планка............... 553

6.1.3. Гіпотеза Ейнштейна. Фотони. Фотоефект ........................ 557

6.1.4. Закони зовнішнього фотоефекту ....................................... 557

6.2. Корпускулярно-хвильовий

Написать отзыв

Примечание: HTML разметка не поддерживается! Используйте обычный текст.
    Плохо           Хорошо

Загальна фізика : Підручник . Реком. ВР КНУ ім. Т. Шевченка Г. С. Фелінський

  • Производитель: Каравела
  • Модель: Підручник
  • Наличие: Есть в наличии
  • 350 грн.


Загальна фізика : Підручник . Реком. ВР КНУ ім. Т. Шевченка Г. С. Фелінський книга підручник