Конспект лекций Учебно-методическая разработка по дисциплине Естествознание. Физика для студентов специальности Экономика и бухгалтерский учет (по отраслям)

Министерство образования и науки Краснодарского края

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Краснодарского края «Колледж Ейский»

Конспект лекций

Учебно-методическая разработка

по дисциплине Естествознание. Физика

для студентов специальности Экономика и бухгалтерский учет (по отраслям)

Ейск, 2015

Рассмотрено на заседании ПЦК математических и естественнонаучных дисциплин Протокол №___ от «___»___________2015г. Председатель ПЦК__________Л.С.Черных

Рассмотрено ОМК ГБПОУ КК «Колледж Ейский» _________Е.Н.Литвинова Протокол №___ от «___»_______2015г.

Учебно-методическое пособие представляет собой конспект лекций по одному из разделов курса естествознания - физике, и предназначено для студентов учебных заведений среднего профессионального образования.

Для закрепления теоретического материала в конце каждой лекции приводится список контрольных вопросов. Методическое пособие написано четким понятным языком.

Разработчик: преподаватель ГБПОУ КК «Колледж Ейский» Л.С.Черных

Содержание
Введение……………………………………………………………………………….	4
1.Введение. Физика – наука о природе. Естественнонаучный метод познания. Основные элементы физической картины мира…………………………………...	5
2.Механическое движение, его относительность…………………………………..	11
3.Законы Ньютона. Силы в природе: упругость, трение, сила тяжести………….	14
4.Закон сохранения импульса и энергии. Работа и мощность…………………….	18
5.Механические колебания и волны. Период и частота колебаний. Свойства волн. Звуковые волны………………………………………………………………..	21
6. История атомистических учений. Основы МКТ. Температура как мера средней кинетической энергии частиц……………………………………………..	25
7. Агрегатные состояния вещества и переходы между ними……………………..	28
8.Основы термодинамики: Закон сохранения энергии в тепловых процессах. Необратимый характер тепловых процессов. Тепловые машины, их применение……………………………………………………………………………	30
9.Электрическое поле. Электрические заряды и их взаимодействие…………….	34
10.Проводники и диэлектрики………………………………………………………	38
11.Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Тепловое действие электрического тока, закон Джоуля – Ленца……………………………	40
12.Магнитное поле. Электродвигатель….………………………………………….	42
13.Явление электромагнитной индукции. Переменный ток……………………...	46
14.Электромагнитные волны. Радиосвязь и телевидение…………………………	47
15.Свет как электромагнитная волна. Интерференция и дифракция света……...	51
16.Фотоэффект и корпускулярные свойства света. Использование фотоэффекта в технике………………………………………………………………………………	53
17.Строение атома: планетарная модель и модель Бора. Поглощение и испускание света атомом. Квантование энергии. Принцип действия и использование лазера………………………………………………………………	55
18.Строение атомного ядра. Радиоактивные излучения и их воздействие на живые организмы…………………………………………………………………….	58

Введение

Настоящая методическая разработка написана в соответствии с программами по естествознанию и физике, утверждёнными Управлением среднего профессионального образования Минобразования РФ. Программа предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальностям среднего профессионального образования и является единой для всех форм обучения.

Данная методическая разработка предназначена для использования в качестве пособия при изучении курса физики и естествознания для студентов 1 курса, обучающихся по специальности Экономика и бухгалтерский учет (по отраслям).

Необходимость её создания объясняется тем, что количество учебных часов курсов естествознания и физики не позволяет углублённо рассматривать основные положения физической картины миры, что сильно сказывается при решении задач.

Пособие состоит из восемнадцати лекций и контрольных вопросов к каждой лекции, что позволяет студентам корректировать свои знания и восполнять пробелы по рассматриваемым темам.

Предлагаемое учебное пособие может успешно применяться как преподавателями, так и студентами при подготовке к контрольным работам, зачётам, тестовым срезам, экзаменам.

1.Введение. Физика – наука о природе. Естественнонаучный метод познания. Основные элементы физической картины мира.

Естествознание как наука изучает все процессы и явления, происходившие и происходящие в реальном объективном мире, географической оболочке, космическом пространстве. Это раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке (проверке на практике) гипотез и создание теорий, описывающих природные явления и процессы.

Естествознание исследует органическую и неорганическую природу на Земле и во вселенной. Специфика естествознание заключается в том, что знание о природе отличается объективностью, постоянно совершенствуется и представляет собой наиболее достоверную часть всего знания человечества. В начале естествознание изучалось с точки зрения философии. Представление о мире формировалось на основе догадок, рассуждений, наблюдений, сопоставлений, учением о боге, чертежах и доказательств «от противного». Постепенно сведения становились более конкретными и описание природы стало вытесняться экспериментами, изучением ее законов, выделились разные предметы познания и соответствующие им понятия и методы. Были открыты фундаментальные законы, которые составили фундаментальные теории разных дисциплин. Появилась классическая наука, начался переход в неклассический, а затем постнеклассический ее период. Возникновение фундаментальных наук: физика, химия, астрономия, биология. Затем биохимия, геофизика, химическая физика, физическая химия, астрофизика, геохимия, астронавтика, математика.

Предмет естествознания – факты и явления, которые воспринимаются нашими органами чувств. Задача ученых обобщить эти явления и создать теоретическую модель, включающую законы, управляющие явлениями природы.

Естествознание изучает факты и явления из области философии, астрофизики, геологии, психологии, генетики, эволюции.

Естествознание подразделяется на комплекс наук, каждая из которых имеет объект своего исследования:

1. фундаментальные науки;

2. прикладные науки;

3. естественные науки;

4. технические науки;

5. социальные науки;

6. гуманитарные науки.

К фундаментальным наукам относятся химия, физика, астрономия. Эти науки изучают базисную структуру мира.

Физика – наука о природе. Делится на механическую, квантовую, оптическую физику, физику проводников, электричество.

Химия изучает строение вещей и их структуру.

Физика – одна из наук, изучающих природу. Свое название физика получила от греческого слова «фюзис», что в переводе означает «природа». Поначалу физикой называли науку, которая рассматривала любые природные явления. Впоследствии же круг изучаемых физикой явлений был достаточно четко обозначен.

Что же называют явлениями природы? Явления природы – это изменения, которые постоянно в ней происходят.

Среди физических явлений прежде всего необходимо назвать:

• механические, которые связаны с движением тел. Физика не только рассматривает и описывает движение, но и объясняет причины, по которым тело начинает или прекращает движение, движется или покоится;

• тепловые, обусловленные внутренним строением вещества (изучает термодинамика);

• электромагнитные;

• световые.

Физика – одна из основ естественных наук. Изучение физики имеет важнейшее значение и для развития техники: люди получили возможность сконструировать самолеты и космические корабли, электронные приборы, компьютерную технику и многое другое.

Многие свои знания люди получают из наблюдений. Ученые-физики также используют в своей работе метод наблюдений. Часто применяют и другой научный метод – опыт. В этом случае обдуманно, с определенной целью создают условия для протекания того или иного явления и затем изучают его. Опыт – важнейший источник физических знаний.

Чтобы собрать опыт, необходимо проводить измерения физических величин.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу величины. При проведении измерений используют разнообразные измерительные приборы и инструменты – линейки, термометры, секундомеры, амперметры и др. Для каждой физической величины существуют свои единицы измерения. Например, длину измеряют в метрах, площадь – в квадратных метрах, температуру – в градусах Цельсия. Для удобства в разных странах стараются пользоваться одинаковыми единицами. Наибольшее распространение получила Международная система единиц (СИ).

При изучении физических явлений устанавливают связи между величинами. Если связь между величинами носит устойчивый характер, ее называют физическим законом, который является математическим выражением закона природы.

Предмет естественнонаучного познания и его методы.

Предмет естественнонаучного познания – постижение истины. Предела для естественнонаучного познания не существует, то есть, процесс познания для человека развивается постоянно.

Истина – это правильное, адекватное отражение объективной действительности в сознании человека. Поэтому любая истина объективна, то есть, не зависит от человека.

Критерий истины – практика и эксперимент. Если научная теория подтверждена практикой, то такая теория истинна.

Практика – движущая сила научного познания. Она не даёт науке оторваться от реальности. Все научное знание, как и истина, всегда относительно, то есть, абсолютного знания не существует.

Методы естественнонаучного познания.

Метод – это совокупность действий и приёмов, с помощью которых достигается желаемых результат. Научный метод – это инструмент для получения научных результатов.

На каждом уровне научного познания свой метод:

• наблюдение;

• измерение;

• эксперимент.

Основные элементы физической картины мира.

Научные программы задают определенную «картину мира». Изменение картины мира перестраивает весь стиль научного мышления и вызывает изменение в научных теориях. К первым научным программам относится математическая, атомистическая.

Понятие "картина мира" является одним из фундаментальных понятий философии и естествознания и выражает общие научные представления об окружающей действительности в их целостности. Понятие "картина мира" отражает мир в целом как единую систему, то есть "связное целое", познание которого предполагает "познание всей природы и истории..."

В основе построения научной картины мира лежит принцип единства природы и принцип единства знания. Общий смысл последнего заключается в том, что знание не только бесконечно многообразно, но оно вместе с тем обладает чертами общности и целостности. Если принцип единства природы выступает в качестве общей философской основы построения картины мира, то принцип единства знаний, реализованный в системности представлений о мире, является методологическим инструментом, способом выражения целостности природы.

Картина мира - это целостное миропонимание, синтезирующее знания на основе систематизирующего начала (научного принципа, идеи, религиозного догмата и т. д.), который определяет мировоззренческую установку человека, его ценностные поведенческие ориентиры.

Основная цель картин мира – объяснение и истолкование фактов и теорий, тогда как одной из целей теорий является описание опытных фактов. Современная эволюционная картина мира отражает появление междисциплинарных подходов и технические возможности описания состояний и движений сложных систем. Современная картина мира включает естествонаучное и гуманитарное знание.

Физическая картина мира

Понятие «физическая картина мира» употребляется в естествознании давно. Физическая картина мира рассматривается как физическая модель природы, включающая в себя фундаментальные физические и философские идеи, физические теории, наиболее общие понятия, принципы и методы познание, соответствующие определенному историческому этапу развития физики.

В истории естествознания было три последовательно сменявших друг друга физические картины мира: механическая, в рамках которой не могли найти объяснения электромагнитные явления; электромагнитная; квантово-полевая.

1. Механическая картина мира

Механическая научная картина мира складывалась постепенно, в ходе научной революции 17-18 веков. Развитие ее строилось на основании работ Г. Галилея и П. Гассенди. Ученые восстановили атомизм, отраженный в трудах древних философов, на основании исследований Ньютона и Декарта. Последние сформулировали основные принципы, идеи и понятия, которые легли в основы механической картины мира, завершив при этом построение новой картины мира.

Основой механической картины мира явился атомизм. Он превратил понимание мира и самого человека в совокупность огромного числа неделимых частиц, называемых атомами, которые перемещаются в пространстве и времени.

Основным понятием механической картины мира Ньютона стало понятие движения. Законы движения Ньютон утвердил как фундаментальные законы всего мироздания. По его теории все тела имеют внутреннее врожденное свойство равномерного и прямолинейного движения. Любые отклонения от этого движения имеют причиной действие на тело инерции - внешней силы. Масса является мерой инертности, другого, очень важного понятия механики классической.

Ньютон предложил принцип дальнодействия, который возник в результате решения проблемы взаимодействия тел. В основе этого принципа лежит взаимодействие между телами, которое происходит мгновенно при разном расстоянии и при отсутствии материальных посредников.

Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. В рамках механической картины мира Ньютон предложил концепцию абсолютного времени и пространства. Пространство при этом представлялось неким «черным ящиком», который вмещает тела всего мира. Исчезни все тела, пространство все равно продолжало бы существовать. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи.

Механическая научная картина мира породила законы механики, которые жестко предопределяли любые события. Из них совершенно исключалась случайность. Присутствие человека в действующем мире ничего не меняло. Согласно теории механической картины мира Ньютона, исчезновение человека с лица земли никак не повлияло бы на существование мира: он продолжил бы свое существование, как прежде. Такая теория стала приниматься как универсальная.

В физике, тем не менее, уже накапливались эмпирические данные, которые серьезно противоречили существующей механической картине мира. Параллельно системе материальных точек существовало понятие сплошной среды, которое было связано уже не с корпускулярными представлениями о материи, а с континуальными.

2. Электромагнитная картина мира

Явления электричества и магнетизма были известны людям давно. Древние греки интересовались природой электричества, натирая янтарную палочку кошачьим мехом («электрон» – в переводе с греческого «янтарь»). В древнем Китае был изобретен компас, хотя использовались куски руды магнитного железняка в магических мистериях.

Научное осмысление этих природных явлений началось в классическом естествознании. Одним из замечательных физиков-самоучек, был Майкл Фарадей (1791–1867), он не имел систематического университетского образования, но был хорошо знаком с математикой. М. Фарадей наметил эскиз будущей теории электромагнитного поля. В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что не только тела должны быть подвергнуты исследованию, но и среда, которая их окружает. Среда у Фарадея становится специальным предметом изучения, как носитель принципиально важных процессов, передающих взаимодействие между предметами. Первоначально Фарадей предлагает понятие магнитных силовых линий, но с 1852 года вводит понятие поля. Электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Одним из первых идеи Фарадея оценил Д. Максвелл (1831–1879). При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира, а его теория электромагнитного поля – это лишь математическое оформление идей Фарадея. Открытие Максвелла сравнимо по научной значимости с открытием всемирного тяготения Ньютона. Труды Ньютона привели к введению понятия всеобщего закона тяготения, труды Максвелла – к введению понятия электромагнитного поля и электромагнитной природы света. Для физики середины XIX в.. поле стало новой фундаментальной физической реальностью, которое не сводится ни к материальным точкам, ни к веществу, ни к атомам. К концу XIX в. взгляды на материю менялись кардинально:

• совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и волновыми движениями в нем.

• движение понималось не только как простое механическое перемещение; первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики.

• ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям, т.к. поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет.

• время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле.

• пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (относительной) концепции пространства и времени.

Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении. Следовательно, теорию Максвелла нельзя интерпретировать как новую (электромагнитную) картину мира, т.к. она связана с качественно новой интерпретацией одного из объектов реальности, а не с целой группой базовых понятий. Теория Максвелла выдвинула один единственный новый принцип – принцип близкодействия (силовое действие предается от точки к точке), в остальном же просто вышла за рамки МКМ, обнаружив ее очевидные противоречия и слабые стороны. Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механистической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов. К концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта.

3. Квантово-полевая картина мира

С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей (А. Беккерель, супруги Кюри,). На этой основе появились различные модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира (Э. Резерфорд, Н. Бор). Дж. Томсон в 1897 г. открывает электрон и измеряет величину его электрического заряда и массу. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения. Планк показал, что тела излучают свет не непрерывно, а мельчайшими энергетическими порциями, т.е. квантами, позже были открыты фотоны, которые и являются квантами электромагнитных волн в световом диапазоне.

В начале XX в. возникли два несовместимых представления о материи:

• или она абсолютно непрерывна;

• или состоит из дискретных частиц (квантов).

Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Многим казалось, что физика зашла в тупик, из которого нет выхода.

В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц. Классическая физика, вырабатывая целостный взгляд на материальность мира, утверждала, что материя представлена в двух состояниях: вещество и поле. В настоящее время все еще приходится сталкиваться с принципиальной неточностью терминологического плана: понятие “вещество” отождествляют с понятием “материя”. Такая неточность ведет к серьезным ошибочным заключениям. Материя - понятие самое общее, в то время как вещество- это лишь одна из форм ее существования. Современные научные знания позволяют сделать заключение, что в известном нам мире материя реализуется в тесно взаимосвязанных формах: вещество, поле и физический вакуум.

Новизна современной физической картины мира состоит в следующем:

• показана глубокая диалектичность природы, невозможность свести материю к прерывному либо к непрерывному, к вещественному либо невещественному, т.к. материя прерывна и непрерывна, и вещественна и невещественна, и качественна и количественна одновременно.

• Значительно расширяется понимание движения, которое включает универсальные типы физического взаимодействия. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: 1.Гравитационное; 2.Электромагнитное; 3.Ядерное сильное; 4.Ядерное слабое. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (примерно 300 000 км/с).

• Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от характера движения материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.

• Важным является тезис о равенстве весовой (тяжелой) и инертной масс. Отсюда следует вывод об эквивалентности массы и энергии: энергия обладает массой, а масса превращается в энергию – (Е=mc2)

• Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.

Квантово-полевая картина мира впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Более того, сегодня считается, что наш мир таков по своей природе, что появление и существование человека в нем стало закономерным результатом эволюции Вселенной.

Квантово-полевая (квантово-релятивистская) картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления, и с каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории.

Контрольные вопросы:

1. Что такое естествознание?

2. Предмет естествознания?

3. Что такое физика?

4. Перечислите основные физические явления?

5. Что такое предмет естественнонаучного познания и его методы?

6. Перечислите основные элементы физической картины мира?

2.Механическое движение, его относительность.

Механика— область физики, которая изучает движение материальных объектов и взаимодействие между ними, как во время движения, так и в состоянии покоя.

Классическая механика подразделяется на: статику (изучающую условия нахождения тел в покое), кинематику (изучающую траектории движения тел без рассмотрения причин движения) и динамику (изучающую движение тел в комплексе).

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел. Например, автомобиль движется по дороге. В автомобиле находятся люди. Люди движутся вместе с автомобилем по дороге. То есть люди перемещаются в пространстве относительно дороги. Но относительно самого автомобиля люди не движутся. В этом проявляется относительность механического д. Далее кратко рассмотрим основные виды механического движения.

Виды механического движения:

Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково. Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.

Вращательное движение – это движение тела вокруг некоторой оси. При таком движении все точки тела совершают движение по окружностям, центром которых является эта ось. Упоминавшиеся нами колёса совершают вращательное движение вокруг своих осей, и в то же время колёса совершают поступательное движение вместе с кузовом автомобиля. То есть относительно оси колесо совершает вращательное движение, а относительно дороги – поступательное.

Колебательное движение – это периодическое движение, которое совершается поочерёдно в двух противоположных направлениях. Например, колебательное движение совершает маятник в часах.

Поступательное и вращательное движения – самые простые виды механического движения.

Относительность механического движения

Все тела во Вселенной движутся, поэтому не существует тел, которые находятся в абсолютном покое. По той же причине определить движется тело или нет, можно только относительно какого-либо другого тела.

Например, автомобиль движется по дороге. Дорога находится на планете Земля. Дорога неподвижна. Поэтому можно измерить скорость автомобиля относительно неподвижной дороги. Но дорога неподвижна относительно Земли. Однако сама Земля вращается вокруг Солнца. Следовательно, дорога вместе с автомобилем также вращается вокруг Солнца. Следовательно, автомобиль совершает не только поступательное движение, но и вращательное (относительно Солнца). А вот относительно Земли автомобиль совершает только поступательное движение. В этом проявляется относительность механического движения.

Относительность механического движения – это зависимость траектории движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы отсчёта.

Тело, относительно которого рассматривается движение, его называют телом отсчета. Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и выбранный способ измерения времени образуют систему отсчета.

Положение тела задается координатой. Рассмотрим два примера. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбите около Земли, можно не учитывать, а рассчитывая траекторию движения космического корабля при стыковке со станцией, без учета ее размеров не обойтись. Таким образом, иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой. Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией. Длину траектории называют путем ( ). Единица пути — метр (м).

Механическое движение характеризуется тремя физическими величинами: перемещением, скоростью и ускорением.

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется перемещением ( ). Перемещение — величина векторная. Единица перемещении метр (м).

Скорость — векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Промежуток времени считается достаточно малым, если скорость при неравномерном движении в течение этого промежутка не менялась. Определяющая формула скорости имеет вид  . Единица скорости — м/с. На практике используют единицу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с). Измеряют скорость спидометром.

Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле  . Единица ускорения м/с².

Характеристики механического движения связаны между собой основными кинематическими уравнениями:

; 

Предположим, что тело движется без ускорения (самолет на маршруте), его скорость в течение продолжительного времени не меняется, а = 0, тогда кинематические уравнения будут иметь вид:

, 

Движение, при котором скорость тела не меняется, т. е. тело за любые равные промежутки времени перемещается на одну и ту же величину, называют равномерным прямолинейным движением.

Во время старта скорость ракеты быстро возрастает, т. е. ускорение  .

В этом случае кинематические уравнения выглядят так:

При таком движении скорость и ускорение имеют одинаковые направления, причем скорость изменяется одинаково за любые равные промежутки времени. Этот вид движения называют равноускоренным.

При торможении автомобиля скорость уменьшается одинаково за любые равные промежутки времени, ускорение направлено в сторону, противоположную движению; так как скорость уменьшается, то уравнения принимают вид:

.

Такое движение называют равнозамедленным.

Контрольные вопросы:

1. Что такое механика?

2. Что такое механическое движение?

3. Основные виды механического движения?

4. Что значит относительность механического движения?

5. Какие величины характеризуют механическое движение?

3.Законы Ньютона. Силы в природе: упругость, трение, сила тяжести.

Динамикой называют раздел механики, в котором изучают различные виды механических движений с учетом взаимодействия тел между собой. Основы динамики составляют три закона Ньютона, являющиеся результатом обобщения наблюдений и опытов в области механических явлений, которые были известны еще до Ньютона и осуществлены самим Ньютоном.

Что такое сила?

С точки зрения наших личных наблюдений, с чем мы связываем «причину движения»? Можно ответить, с мускульной тягой или с толчком. Чтобы передвинуть стол, мы должны его очень сильно толкать, тогда как для перемещения листа бумаги по письменному столу вам достаточно лишь незначительного усилия. Эти тяговые и толкающие усилия мы называем силами. Таким образом, под силой мы понимаем физическую величину, которая является мерой механического воздействия на тело со стороны других тел.

Прямую, проведенную через точку приложения силы в направлении действия силы, называют линией действия силы.

Две силы называются численно равными и противоположными по направлению, если одновременное приложение этих сил в одной и той же точке тела не вызывает изменения его механического движения. В частности, если до приложения таких двух сил тело покоилось, то оно продолжает оставаться в покое и после их приложения. Поэтому говорят, что две численно равные и противоположно направленные силы, приложенные в одной и той же точке тела, взаимно уравновешиваются. Если на тело одновременно действует n сил, приложенных в одной точке тела, то их можно заменить одной эквивалентной силой  , равно их геометрической сумме .

Эта сила   называется результирующей или равнодействующей силой. Действие силы на абсолютно твердое тело не изменяется при переносе точки ее приложения вдоль линии действия.

Нахождение равнодействующей нескольких сил - это геометрическое сложение действующих сил; выполняется по правилу треугольника или параллелограмма.

Явление инерции

Проведем наблюдения за поведением различных тел относительно Земли, выбрав неподвижную систему отсчета, связанную с поверхностью Земли. Мы обнаружим, что скорость любого тела изменяется только под действием других тел. Например, пусть тело стоит на неподвижной тележке. Толкнем тележку - и тело опрокинется против движения. Если же, наоборот, резко остановить двигающуюся тележку с телом, оно опрокинется по направлению движения.

Очевидно, что если бы трение между тележкой и телом отсутствовало, то тело не опрокинулось бы. В первом случае произошло бы следующее: так как скорость стоящего тела равна нулю, а скорость тележки стала увеличиваться, тележка выскользнула бы из-под неподвижного тела вперед. Во втором случае при торможении тележки стоящее на ней тело сохранило бы свою скорость движения и соскользнуло вперед с остановившейся тележки.

Обобщая результаты наблюдений, можно сделать вывод, что если на данное тело не действуют другие тела или их действия взаимно компенсируются, это тело покоится или же скорость его движения остается неизменной относительно системы отсчета, неподвижно связанной с поверхностью Земли.

Явление сохранения телом состояния покоя или прямолинейного равномерного движения при отсутствии или компенсации внешних воздействий на это тело называют инерцией.

Законы Ньютона

Первый закон Ньютона гласит: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Первый закон Ньютона показывает, что состояние покоя или равномерного прямолинейного движения не требует для своего поддержания внешних воздействий: В этом проявляется особое динамическое свойство тел, называемое инертностью. Соответственно первый закон Ньютона обычно называют законом инерции, а движение тела, свободного от внешних воздействий - движением по инерции.

Второй закон Ньютона.Принцип независимости действия сил, согласно которому: если на тело действуют одновременно несколько сил, действие каждой из них можно рассматривать независимо от остальных.

Второй закон Ньютона можно сформулировать в следующем виде: ускорение тела прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе тела.

Третий закон Ньютона формулируется следующим образом: две материальные точки действуют друг на друга с силами, которые численно равны между собой и направлены во взаимно противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти точки( или сила действия равна силе противодействия):

Следует отметить, что силы  и   приложены к разным телам и поэтому не уравновешивают друг друга.

Силы в природе.

Из всего многообразия известных науке сил перечислим наиболее важные и часто встречающиеся. Рассмотрим силы в механике.

Сила всемирного тяготения

Сила всемирного тяготения – сила, с которой все тела притягиваются друг к другу. Эта сила наиболее заметно проявляется при взаимодействии массивных тел (звезд, планет, их спутников). Или когда хотя бы одно из тел имеет большую массу – притяжение всех тел к Земле.

Закон всемирного тяготения: все тела в природе притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: F=Gm₁m₂/r², гравитационная постоянная G = 6.6745 10^-11м³/кгс²

Закон всемирного тяготения выполняется для материальных точек и сферических тел. А также, если расстояние между делами намного больше их размеров; при этом расстояние считается между центрами масс этих тел.

Сила всемирного тяготения направлена по линии, соединяющей центры тел.

Сила тяжести

Сила тяжести – сила, с которой планета (например, Земля) притягивает к себе окружающие тела. Сила тяжести имеет гравитационную природу. Направление силы тяжести – вертикально вниз:

Сила упругости

Сила упругости – сила, которая возникает при деформации тела (рис. 1б), она направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения взаимодействующих тел. Сила упругости пропорциональна удлинению:   , k - жесткость (пружины) зависит от ее геометриче­ских размеров и материала. Единица измерения – ньютон на метр (Н/м). Деформация или абсолютное удлинение тела х (м).

Деформация – изменение формы или объема тела.

Виды деформаций: растяжение; сжатие; изгиб (комбинированный случай одновременного сжатия и растяжения); сдвиг; кручение.

Упругие деформации исчезают после снятия нагрузки. Т.е. тело – например, пружина – принимает прежние форму и размер (длину). В задачах не обязательно фигурирует "пружина", может быть трос, резинка и любое другое упругое тело.

Пластические деформации остаются после снятия нагрузки.

Закон Гука: модуль силы упругости, возникающей при деформации тела, пропорционален его удлинению: .

Закон Гука выполняется только для упругих деформаций. Сила упругости (F_yпp) направлена противоположно перемещению частиц при деформации.

Сила трения

Сила трения - сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному перемеще­нию. Если тело скользит по какой-либо поверхности, то его движению препят­ствует сила трения скольжения( , где N - сила реакции опоры ,
- коэффициент тре­ния скольжения).

Сила трения возникает при движении тел или при попытке сдвинуть их с места. Она действует на поверхности тел и затрудняет их перемещение относительно друг друга. Относится к силам электромагнитной природы. Трение бывает сухое и жидкое. Сухое делится на три вида: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение скольжения возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Направление трения скольжения противоположно скорости движения. Способы уменьшения трения: выравнивание поверхностей; смазка; замена на трение качения.

Если в задаче сказано, что движение происходит по гладкой поверхности, то силу трения учитывать не надо.

Трение покоя возникает при попытке сдвинуть предмет с места. Трение покоя равно по величине и противоположно по направлению приложенной силе.

Жидкое трение (сила сопротивления) возникает при движении в жидкостях и газах. Направление жидкого трения противоположно скорости движения. Особенности: жидкое трение зависит от формы тел и от скорости тела. Поэтому формулы для него сложные и в школьном курсе не рассматриваются.

Вес тела

Вес тела – сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле, действует на опору или подвес (сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес). Относится к силам электромагнитной природы. Измеряется динамометром. Единица измерения – ньютон (Н).

Точка приложения веса – точка опоры или подвеса. В случае опоры весь действует на всю площадь соприкосновения опоры и тела. В задачах считаем размеры тела малыми.

Вес имеет направление, противоположное силе реакции опоры или силе. Вес тела, если тело и опора (подвес) неподвижны . Невесомость . Вес не равен массе тела.

Сила реакции опоры (N) всегда перпендикулярна опоре.

Сила натяжения нити (T) всегда направлена вдоль оси подвеса. В том числе если нить, веревка, канат перекинуты через блок, под любым углом: направление силы при этом меняется, величина остается прежней. (Трение в блоке не учитывается.)

Архимедова сила (FA) всегда противоположна силе тяжести.

Контрольные вопросы:

1. Что такое динамика?

2. Что такое сила?

3. Как можно определить равнодействующую всех сил?

4. Перечислите законы Ньютона.

5. Какие силы в механики вы знаете?

4.Закон сохранения импульса и энергии. Работа и мощность.

  Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зависит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движения может происходить только под действием силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохраняться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.
         Импульсом тела называют векторную физическую величину, являющуюся количественной характеристикой поступательного движения тел. Импульс обозначается р. Импульс тела равен произведению массы тела на его скорость: 

Направление вектора импульса совпадает с направлением вектора скорости тела. Единица измерения импульса — кг • м/с.
    Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызывающей это изменение. Импульс тела является количественной характеристикой поступательного движения тел. За единицу импульса в СИ принят импульс тела массой 1 кг, движущегося поступательно со скоростью 1 м/с. Единицей импульса является килограмм на метр в секунду (кг*м/с). Импульс силы – это векторную величину Ft, равную произведению силы на время ее действия. То есть:

Понятие импульса является одним из фундаментальных понятий физики. Импульс тела является одной из величин, способных при определенных условиях сохранять свое значение неизменным (но модулю, и по направлению).

Закон сохранения импульса

     Для импульса системы тел выполняется закон сохранения, который справедлив только для замкнутых физических систем. В общем случае замкнутой называют систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в нее. В механике замкнутой называют систему, на которую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. Силы взаимодействия между телами, входящими в замкнутую систему, называют внутренними.

Выясним, как изменяются импульсы двух тел при их взаимодействии. Обозначим скорости тел массами и до взаимодействия через и , а после взаимодействия через и .

По третьему закону Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению; поэтому их можно обозначить и .

Для изменений импульсов тел при их взаимодействии можно записать

, ,

где t — время взаимодействия тел. Из этих выражений получаем

Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых взаимодействиях, происходящих внутри этой системы. Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия.

В случае незамкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Однако если в системе существует направление, по которому внешние силы не действуют или их действие скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимодействия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействующих тел. Поэтому для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон сохранения импульса.

                Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения.

Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отделения от тела его части.

Все виды движения, кроме реактивного, невозможны без наличия внешних для данной системы сил, т. е. без взаимодействия тел данной системы с окружающей средой. А для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия тела с окружающей средой.

Первоначально система покоится, т. е. ее полный импульс равен нулю. Когда из системы начинает выбрасываться с некоторой скоростью часть ее массы, то (так как полный импульс замкнутой системы по закону сохранения импульса должен оставаться неизменным) система получает скорость, направленную в противоположную сторону.

Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому. Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рассчитал запасы топлива, необходимые для преодоления силы земного притяжения; основы теории жидкостного реактивного двигателя, а также элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одновременно) и последовательный (реактивные двигатели работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигателем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспечения на них. Технические идеи Циолковского находят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реактивной струи по закону сохранения импульса лежит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактивный принцип.

Механическая работа. Мощность.

   Если действующая на тело сила F вызывает его перемещение s, то действие этой силы характеризуется величиной, называемой механической работой (или, сокращенно, просто работой).

Механической работой А называют скалярную величину, равную произведению модуля силы F, действующей на тело, и модуля перемещения s, на косинус угла между направлениями силы и перемещения, т. е. 

.

В СИ за единицу работы принята работа силы 1 Н при перемещении точки ее приложения на 1 м. Эта единица имеет наименование джоуль (Дж): 1 Дж = 1Н·1м.

В зависимости от направлений векторов силы и перемещения механическая работа может быть положительной, отрицательной или равной нулю.

Мощность

Мощностью N называют величину, равную отношению работы А к промежутку времени t, в течение которого эта работа была совершена:

В СИ единицей мощности является 1 Дж/с (джоуль в секунду). Эту единицу иначе называют ватт (Вт), 1 Вт= 1 Дж/с.

Энергия. Закон сохранения механической энергии. 

Про тела, которые могут совершать работу, говорят, что они обладают энергией. Энергией называют скалярную физическую величину, показывающую, какую работу может совершить тело. Энергия равна той максимальной работе, которую тело может совершить в данных условиях. Механическая работа является мерой изменения энергии в различных процессах. Поэтому энергию и работу выражают в одних и тех же единицах (в СИ - в джоулях). В более общем смысле энергия - это единая мера разных форм движения материи, а также мера перехода движения материи из одной формы в другую. Для характеристики конкретных форм движения материи используют понятия о соответствующих видах энергии: механической, внутренней, электромагнитной и т. д..

Механическая энергия является характеристикой движения и взаимодействия тел. Она зависит от скоростей и взаимного расположения тел.
        

К механической энергии относятся: потенциальная энергия тяготения 
,    потенциальная энергия деформированных тел 
,  кинетическая энергия движущихся тел 
.
    
     Переход механической энергии из одного вида в другой подчиняется закону сохранения механической энергии: в изолированной системе тел, между которыми действуют лишь силы тяготения и упругости, механическая энергия остается неизменной. (Механическая энергия – это сумма потенциальной и кинетической энергии).
    

Контрольные вопросы:

1. Что такое импульс тела?

2. Закон сохранения импульса.

3. Что такое реактивное движение?

4. Работа.

5. Мощность.

6. Закон сохранения энергии.

5.Механические колебания и волны. Период и частота колебаний. Свойства волн. Звуковые волны

Механические колебания – это движение тела, в ходе которого оно многократно движется по одной и той же траектории и проходит при этом одни и те же точки пространства. Примерами колеблющихся объектов могут служить - маятник часов, струна скрипки или фортепиано, вибрации автомобиля.

Колебания играют важную роль во многих физических явлениях за пределами области механики. Например, напряжение и сила тока в электрических цепях могут колебаться. Биологическими примерами колебаний могут служить сердечные сокращения, артериальный пульс и производство звука голосовыми связками. Хотя физическая природа колеблющихся систем может существенно отличаться, разнообразные типы колебаний могут быть охарактеризованы количественно сходным образом.

Физическая величина, которая изменяется со временем при колебательном движении, называется смещением.  

Амплитуда представляет собой максимальное смещение колеблющегося объекта от положения равновесия. 

 При частоте вынуждающей силы, равной частоте свободных колебаний, оно не пригодно — возникает резонанс, то есть «неограниченный» линейный рост амплитуды со временем

Полное колебание, или цикл – это движение, при котором тело, выведенное из положения равновесия на некоторую амплитуду, возвращается в это положение, отклоняется до максимального смещения в противоположную сторону и возвращается в свое первоначальное положение. 

Период колебания T – время, необходимое для осуществления одного полного цикла. Т= t/n , где n- число полных колебаний за время t;

Число колебаний за единицу времени - это частота колебаний.

 - линейная частота колебаний,  - циклическая или круговая частота. Связь между   и  определяется: .

Гармонические колебания

В некоторых телах при их растяжении или сжатии возникают силы, противодействующие этим процессам. Эти силы прямо пропорциональны длине растяжения или сжатия. Таким свойством обладают пружины. Когда тело, подвешенное к пружине, отклоняют от положения равновесия, а потом отпускают, его движение представляет собой простое гармоническое колебание.

Гармонические колебания – это колебания, происходящие по закону синуса или косинуса.

Уравнение гармонического колебания:

,

где х_m - амплитуда; модуль максимального смещения точки от положения равновесия, ₀ - начальная фаза (значение фазы в момент времени t=0), х - смещение точки от положения равновесия в момент времени t.

Колебания бывают:

1. Свободные колебания совершаются под действием внутренних сил системы после того, как система была выведена из положения равновесия.

2. Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних сил, меняющихся во времени.

3. Затухающие колебания – колебания, энергия которых уменьшается с течением времени.

4. Незатухающие колебания – колебания, амплитуда которых не убывает со временем, а остается постоянной.

Маятники:

Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити.

Период колебаний математического маятника (формула Гюйгенса).

  ,

где - длина маятника (нити), - ускорение свободного падения.

Особо выделим задачи о математических маятниках, требующие понимания формулы  , формула применима лишь в тех случаях, когда точка подвеса маятника находится в состоянии статического равновесия относительно земли.

Если точка подвеса движется относительно Земли с каким-то ускорением  , то сила натяжения сообщает маятнику, находящемуся в состоянии равновесия ускорение:  .

Находя известными методами модуль ускорения a, и подставляя его значение в формулу периода колебаний математического маятника (вместо g), получим формулу Т с учетом ускорения точки подвеса.

Пружинный маятник – это тело подвешенное на пружине и совершающее колебания вдоль вертикальной оси под действием силы упругости пружины.

Период колебаний маятника-  .

где  - масса тела, - жесткость пружины.

В положении равновесия:  .

где - длина пружины, - ускорение свободного падения.

 Механические волны

Если в каком-нибудь месте твердой, жидкой или газообразной среды возбуждены колебания частиц, то вследствие взаимодействия атомов и молекул среды колебания начинают передаваться от одной точки к другой с конечной скоростью. Процесс распространения колебаний в среде называется волной.

Механической волной называется процесс распространения колебаний в упругой среде, который сопровождается передачей энергии колеблющегося тела от одной точки упругой среды к другой.

Различают поперечные и продольные волны.

1. Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волн.

(волна на водной поверхности, волна вдоль шнура)

2. Волна называется продольной, если колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны.

(звуковые волны, колебания поршня в трубке, заполненной газом или жидкостью, вызывают продольную упругую волну).

Расстояния между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны ( ).

Длина волны:

Скорость волны равна произведению длины волны на частоту колебаний. Скорость волны  .

Линия, перпендикулярная волновой поверхности называется лучом. Луч указывает направление распространения волны.

Звуковые волны

Раздел физики, занимающийся изучением звуковых явлений, называется акустикой.

Колебания среды, воспринимаемые органом суха, называются звуком.

Звуковая волна - упругая продольная волна, представляющая собой зоны сжатия и разряжения упругой среды (воздуха), передающаяся на расстояние с течением времени.

Звуковые волны делятся:

слышимый звук - от - 20 Гц (17 м ) - до 20 000 Гц (17 мм);

инфразвук ниже 20 Гц;

ультразвук выше 20 000 Гц.

Скорость звука зависит от упругих свойств среды и от температуры, например:

в воздухе V = 331 м/с ( при t=0^оС) и V= 3317 м/с (при t=1⁰ С);

в воде V = 1400 м/с: в стали V=5000 м/с.

Звук, издаваемый гармонически колеблющимся телом, называется музыкальным тоном. Каждому музыкальному тону( до, ре, ми, фа, соль, ля, си) соответствует определенная длина и частота звуковой волны. Шум - хаотическая смесь тонов.

Характеристики звуковых волн.

1. Громкость звука определяется амплитудой колебаний в звуковой волне.

2. Высота звука определяется частотой звуковых колебаний. Чем больше частота, тем выше звук. 

Контрольные вопросы:

1. Что такое механическое колебания?

2. Какими физическими величинами можно описать колебание?

3. Какие колебания называются гармоническими?

4. Какие виды колебаний вы знаете?

5. Какие маятники вы знаете?

6. Что такое волна?

7. Какие виды волн знаете?

8. Что такое звуковая волна и ее характеристики?

6. История атомистических учений. Основы МКТ. Температура как мера средней кинетической энергии частиц.

История науки свидетельствует о том, что в своем познании природы, начиная с самых первых его шагов в древности, человечество прошло через несколько стадий. Возникновение античной науки и появление программы рационального объяснения мира. Натурфилософская стадия естествознания: нерасчлененное представление об окружающем мире как целом объекте. Безраздельное господство методов наблюдения. Научная программа (НП), включающая в себя систему единых принципов, претендует на всеобщий охват и объяснение всех явлений. Принцип причинности в первоначальной форме (каждое событие имеет естественную причину) и его позднейшее уточнение (причина должна предшествовать следствию).

Первые научные программы сформировались в Древней Греции с VI по III в. до н. э. и надолго определили развитие науки. Попытки определить первооснову мироздания. Идеи Фалеса, Анаксимена, Анаксимандра и Гераклита о материальной первооснове всех вещей. Концепция созерцательного материализма: материя – есть конкретное веществ (земля, вода, воздух, огонь). Учение Гераклита о вечной изменчивости материи.

Математическая исследовательская программа выросла из философии Пифагора и Платона. Идеи Пифагорейский школы: мир,гармония, число. Число как основа Вселенной.

Континуальная исследовательская программа Аристотеля: всё формируется из непрерывной бесконечно делимой материи, не оставляющей места пустоте.

Большое влияние на становление реалистической картины мира оказала также атомистическая физическая программа Демокрита - Эпикура. Основателями атомистики в Древней Греции считаются Левкипп и его знаменитый ученик Демокрит (ок. 460-370 гг. до н. э.). По мнению этих философов, возникновение живого — естественный процесс, результат природных сил, а не "акта творения" внешних сил. Согласно Левкиппу и Демокриту, в мире есть лишь два "начала" — пустота (небытие) и атомы (бытие). Атомистическая физическая программа древних греков поистине удивительна: мы, люди XXI века, находим в ней предвидение многих сторон современной научной картины мира.

Демокрит утверждает, что все существующее состоит из атомов и пустоты. Атомы - это неделимые частицы. Атомы соединяются между собой и образуются вещи. Они различаются между собой формой, порядком и поворотом. Древнегреческий философ Эпикур, признавая атомистику Демокрита, считал, что при движении атомы самопроизвольно отклоняются от прямолинейного движения и переходят в криволинейное.

Идеи Демокрита дошли до нас главным образом через сочинение римского поэта Тита Лукреция Кара (ок. 96 – 55 до н.э.) – обширную поэму «О природе вещей» (De rerum natura).Лукреций подробно излагает атомистическую теорию.

Лукреций связывает свойства вещей со свойствами составляющих их атомов: атомы жидкости малы и округлы, поэтому жидкость течет так легко и проникает сквозь пористое вещество, тогда как атомы твердых веществ имеют крючки, которыми они сцеплены между собой. Точно так же различные вкусовые ощущения и звуки различной громкости и тембра состоят из атомов соответствующих форм – от простых и гармоничных до извилистых и нерегулярных.

Михаил Васильевич Ломоносов (1711-65)

Развивал атомно-молекулярные представления о строении вещества. В период господства теории теплорода утверждал, что теплота обусловлена движением корпускул. Предположил, что молекула может быть однородной и разнородной и находиться в хаотическом движении.

Даниил Бернулли (1700-1782)

В XVIII веке член Петербургской академии наук Д.Бернулли впервые применил понятие молекулы для объяснения давления газов

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879)

Д.К. Максвелл первым высказал утверждение о статистическом характере законов природы. В 1866 году им открыт первый статистический закон — закон распределения молекул по скоростям.

Эрнст Резерфорд (1871-1937)

Предложил в 1911 году планетарную модель атома. Осуществил в 1919 первую искусственную ядерную реакцию.

Основы МКТ

Современная молекулярно-кинетическая теория (МКТ) объясняет такие понятия, как давление газа, его температура как суммарный результат хаотического движения отдельных молекул. Изучением тепловых свойств веществ занимается также термодинамика, которая в отличие от молекулярно-кинетической теории изучает макроскопические свойства тел, не интересуясь их микроскопической картиной. Однако, и молекулярно-кинетическая теория и термодинамика, по сути, являются единой теорией, взаимно дополняя друг друга.

Основные утверждения МКТ

1. Вещество состоит из частиц (молекул и атомов).
2. Между частицами есть промежутки. 
3. Частицы беспорядочно и непрерывно движутся.
4. Частицы взаимодействуют друг с другом (притягиваются и отталкиваются).

Подтверждение МКТ:

экспериментальное :
- механическое дробление вещества; растворение вещества в воде; сжатие и расширение газов; испарение; деформация тел; диффузия; опыт Бригмана: в сосуд заливается масло, сверху на масло  давит поршень, при давлении  10 000 атм  масло начинает просачиваться сквозь стенки стального сосуда;
- диффузия; броуновское движение частиц в жидкости под ударами молекул;
- плохая сжимаемость твердых и жидких тел; значительные усилия для разрыва твердых тел; слияние капель жидкости;

прямое:
– фотографирование, определение размеров частиц.

Масса и размеры молекул

Основной характеристикой атомов и молекул служит относительная атомная масса элемента (сокращенно – атомная масса) и относительная молекулярная масса вещества (сокращенно – молекулярная масса).

Атомным весом химического элемента называется отношение массы атома (молекулы) к 1/12 массы атома углерода (единичной массе).

m_ед = 1,66∙10 ^-27 кг, масса атома = А m_ед , масса молекулы = М m_ед .

Размер молекул составляет примерно 3∙10^-10 м. Пример: всё количество атомов в 1 см³ меди, расположенные вдоль одной линии, займёт длину около 100 расстояний Земля – Солнце.

Тепловое движение 

Тепловое движение, беспорядочное (хаотическое) движение микрочастиц (молекул, атомов, электронов и др.), из которых состоят все тела. Т. д. — это особая форма движения материи, качественно отличная от обычного механического движения, при котором все части тела движутся упорядоченно. Наиболее убедительным экспериментальным доказательством Т. д. служит броуновское движение. Закономерности Т. д. изучаются термодинамикой, статистической физикой, кинетикой физической. Кинетическая энергия Т. д. прямо пропорциональна абсолютной температуре, входит составной частью во внутреннюю энергию физической системы.

Броуновское движение - это тепловое движение взвешенных частиц в жидкости (или газе). Броуновское движение  стало  доказательством непрерывного и хаотичного  (теплового) движения молекул вещества.
Открыто английским ботаником  Р. Броуном в 1827 г.

Температура как мера средней кинетической энергии частиц.

 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для идеального газа устанавливает связь легко измеряемого макроскопического параметра — давления — с такими микроскопическими параметрами газа, как средняя кинетическая энергия и концентрация молекул.

Но, измерив только давление газа, мы не можем узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентрацию. Следовательно, для нахождения микроскопических параметров газа нужны измерения еще какой-то физической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул. Такой величиной в физике является температура.

   Из повседневного опыта каждый знает, что бывают тела горячие и холодные. При контакте двух тел, из которых одно мы воспринимаем как горячее, а другое — как холодное, происходят изменения физических параметров как первого, так и второго тела. Например, твердые и жидкие тела обычно при нагревании расширяются. Через некоторое время после установления контакта между телами изменения макроскопических параметров тел прекращаются. Такое состояние тел называется тепловым равновесием. Физический параметр, одинаковый во всех частях системы тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, называется температурой тела. Если при контакте двух тел никакие их физические параметры, например объем, давление, не изменяются, то между телами нет теплопередачи и температура тел одинакова.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы не зависит от её природы и пропорциональна абсолютной температуре газа T. Отсюда следует, что абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии молекул.

Контрольные вопросы:

1. Что такое атомистические учения?

2. Как развивались атомистические учения?

3. Что такое МКТ и ее основные понятия?

4. Что такое тепловое движение?

5. Температура как мера средней кинетической энергии части.

7. Агрегатные состояния вещества и переходы между ними

Все вещества могут существовать в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном. Четвертым агрегатным состоянием вещества часто считают плазму. Переходы между ними сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств (плотности, теплопроводности и др.).

Агрегатное состояние зависит от физических условий, в которых находится вещество. Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул (атомов) и в их взаимодействии при разных условиях.

Газ – агрегатное состояние вещества, в котором частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия; кинетическая энергия теплового движения его частиц (молекул, атомов) значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействий между ними, поэтому частицы движутся почти свободно, целиком заполняя сосуд, в котором находятся, и принимают его форму. Любое вещество можно перевести в газообразное, изменяя давление и температуру.

Жидкость – агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Для нее характерна большая подвижность частиц и малое свободное пространство между ними. Это приводит к тому, что жидкости сохраняют свой объем и принимают форму сосуда. В то же время жидкость обладает рядом только ей присущих свойств, одно из которых - текучесть.

В жидкости молекулы размещаются очень близко друг к другу. Поэтому плотность жидкости гораздо больше плотности газов (при нормальном давлении). Свойства жидкости по всем направлениям одинаковы (изотропны) за исключением жидких кристаллов.

При нагревании или уменьшении плотности свойства жидкости, теплопроводность, вязкость меняются, как правило, в сторону сближения со свойствами газов.

Тепловое движение молекул жидкости состоит из сочетания коллективных колебательных движений и происходящих время от времени скачков молекул из одних положений равновесия в другие. При наличии внешней силы, сохраняющей свое направление более длительное время, чем интервалы между скачками, молекулы перемещаются в направлении этой силы, что и приводит к текучести жидкости.

Твердые тела – агрегатное состояние вещества, характеризующееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов. Это движение вызывает колебания атомов (или ионов), из которых состоит твердое тело. Амплитуда колебаний обычно мала по сравнению с межатомными расстояниями.

Структура твердых тел многообразна, но, тем не менее, их можно разделять на кристаллы и аморфные тела.

В кристаллах атомы (или ионы) расположены в пространстве в узлах кристаллической решетки и колеблются около них. Строгая периодичность в расположении атомов приводит к сохранению порядка на больших расстояниях.

В аморфных телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. Свойства аморфных тел: они изотропны, не имеют постоянной температуры плавления, обладают текучестью.

По типам химической связи твердые тела делят на три класса, каждый из которых характеризуется определенным пространственным распределением электронов: 1) ионные кристаллы (NaCl, KaCl); 2) ковалентные (алмаз, Ge, Si); 3) металлические.

Кристаллическая структура твердых тел зависит от сил, действующих между атомами и частицами. Одни и те же атомы могут образовывать различные структуры - серое и белое олово, графит и алмаз.

Фазовые переходы

Переходы вещества между разными агрегатными состояниями называются фазовыми переходами

Процесс перехода жидкого вещества в газообразное называется испарением, обратный процесс — конденсацией.

Вода (как и любая другая жидкость) испаряется даже при комнатной температуре. Например, если пролить на стол немного воды, на следующий день стол будет сухим — вода испарилась. При комнатной температуре испарение происходит только с поверхности. Однако если воду (и другие жидкости) нагревать, то при какой-то температуре (для воды при 100◦С при атмосферном давлении) она начинает бурлить. Это значит, что испарение началось по всему объёму жидкости.

Испарение, происходящее по всему объёму вещества (жидкость бурлит), называется кипением.

Иногда твёрдое вещество может переходить в газообразное состояние, минуя жидкое. Этот процесс называется возгонкой, или сублимацией. Так ведёт себя, например, сухое горючее. Лёд тоже способен возгоняться, поэтому бельё можно высушить даже на сильном морозе.

При плавлении, кристаллизации, испарении и конденсации состав вещества не изменяется, оно переходит из одного агрегатного состояния в другое.

Контрольные вопросы:

1. Какие агрегатные состояния знаете?

2. Газ и его свойства?

3. Жидкость и ее свойства?

4. Твердое тело и его свойства?

5. Какие переходы между телами знаете?

8.Основы термодинамики: Закон сохранения энергии в тепловых процессах. Необратимый характер тепловых процессов. Тепловые машины, их применение.

Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии. В термодинамике широко используется понятие термодинамической системы.

 Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой.

Все тела находящиеся за пределами границ рассматриваемой системы называются окружающей средой.

Поскольку одно и тоже тело, одно и тоже вещество при разных условиях может находится в разных состояниях, (пример: лед – вода – пар , одно вещество при разной температуре) вводятся, для удобства, характеристики состояния вещества – так называемые параметры состояния.

Перечислим основные параметры состояния вещества:

Температура тел - определяет направление возможного самопроизвольного перехода тепла между телами.

В Северной Америке используется шкала Фаренгейта. Для термодинамических расчетов очень удобна абсолютная шкала или шкала Кельвина. За ноль в этой шкале принята температура абсолютного нуля, при этой температуре прекращается всякое тепловое движение в веществе. Численно один градус шкалы Кельвина равен одному градусу шкалы Цельсия. В настоящее время в мире существует несколько температурных шкал и единиц измерения температуры. Наиболее распространенная в Европе шкала Цельсия где нулевая температура – температура замерзания воды при атмосферном давлении, а температура кипения воды при атмосферном давлении принята за 100 градусов Цельсия (° С).

Температура, выраженная по абсолютной шкале, называется абсолютной температурой.

Соотношение для перехода от градусов Цельсия к градусам Кельвина:

T [K] = t [°C] + 273.15

где: T - температура в Кельвинах, t – температура в градусах Цельсия.

Давление - представляет собой силу, действующею по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности.

Для измерения давления применяются различные единицы измерения. В стандартной системе измерения СИ единицей служит Паскаль (Па).

Плотность – отношение массы вещества к объему занимаемому эти веществом.

Термодинамические процессы и циклы

Если в термодинамической системе меняется хотя бы один из параметров любого входящего в систему тела, то в системе происходит термодинамический процесс. 

Основные термодинамические параметры состояния Р, V, Т однородного тела зависят один от другого и взаимно связаны уравнением состояния: F (P, V, Т). Для идеального газа уравнение состояния записывается в виде:

где: P - давление; v – количество вещества; - объем; T – температура; R – газовая постоянная (у каждого газа свое значение).

Если известно уравнение состояния, то для определения состояния простейших систем достаточно знать две независимые переменные из трех.

Термодинамические процессы часто изображаются на графиках состояния, где по осям отложены параметры состояния. Точки, на плоскости такого графика, соответствуют определенному состоянию системы, линии на графике соответствуют термодинамическим процессам, переводящим систему из одного состояния в другое. 

Рассмотрим термодинамическую систему, состоящую из одного тела – какого либо газа в сосуде с поршнем, причем сосуд и поршень в данном случае является внешней средой. Пусть, для примера, происходит нагрев газа в сосуде, возможны два случая: если поршень зафиксирован и объем не меняется, то произойдет повышение давления в сосуде. Такой процесс называется изохорным (v=const), идущий при постоянном объеме.

Изохорные процессы в P – T координатах (V₁ V₂V₃).

Если поршень свободен то нагреваемый газ будет расширятся при постоянном давлении такой процесс называется изобарным (P=const), идущим при постоянном давлении.;

Изобарные процессы в V – T координатах P₁P₂P₃

Если, перемещая поршень, изменять объем газа в сосуде то, температура газа тоже будет изменяться, однако можно охлаждая сосуд при сжатии газа и нагревая при расширении можно достичь того, что температура будет постоянной при изменениях объема и давления, такой процесс называется изотермическим (Т=const).

 Изотермические процессы в P – V координатах T₁T₂T₃

Процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой, называется адиабатным, при этом количество теплоты в системе остается постоянными (Q=const). В реальной жизни адиабатных процессов не существует поскольку полностью изолировать систему от окружающей среды не возможно. Однако часто происходят процессы при которых теплообменном с окружающей средой очень мал, например быстрое сжатие газа в сосуде поршнем, когда тепло не успевает отводится за счет нагрева поршня и сосуда.

Примерный график адиабатного процесса в P –V координатах 

Круговой процесс (Цикл) это совокупность любого числа отдельных процессов, возвращающих систему в первоначальное состояние.

Теплота и работа

Тела, участвующие в процессе, обмениваются между собой энергией. Энергия одних тел увеличивается, других - уменьшается. Передача энергии от одного тела к другому происходит 2-мя способами: 

• Первый способ передачи энергии при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергии между молекулами соприкасающихся тел (или лучистым переносом при помощи электромагнитных волн). Энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому. Энергия кинетического движения молекул называется тепловой, поэтому такой способ передачи энергии называется передача энергии в форме теплоты.

• Второй способ передачи энергии связан с наличием силовых полей или внешнего давления. Для передачи энергии этим способом тело должно либо передвигаться в силовом поле, либо изменять свой объем под действием внешнего давления. Этот способ называется передачей энергии в форме работы. Если в качестве примера тела рассматривать газ в сосуде с поршнем то в случае приложения внешней силы к поршню происходит сжатие газа – работа совершается над телом, а в случае расширения газа в сосуде работу, перемещение поршня, совершает само тело (газ).

Передача энергии в термодинамическом процессе от одного тела к другому, связанная с изменением объема рабочего тела, с перемещением его во внешнем пространстве или с изменением его положения называется работой процесса.

Первый закон термодинамики.

Формулировка:

В изолированной термодинамической системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной.

Этот закон является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения энергии, который гласит, что энергия не появляется и не исчезает, а только переходит из одного вида в другой. Из этого закона следует, что уменьшение общей энергии в одной системе, состоящей из одного или множества тел, должно сопровождаться увеличением энергии в другой системе тел. Существую другие формулировки этого закона:

1.  Не возможно возникновение или уничтожение энергии (эта формулировка говорит о невозможности возникновения энергии из ничего и уничтожения ее в ничто). 

2. Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения (эта философская формулировка подчеркивает неуничтожимость энергии и ее способность взаимопревращаться в любые другие виды энергии). 

3. Вечный двигатель первого рода невозможен. (Под вечным двигателем первого рода понимают машину, которая была бы способна производить работу не используя никакого источника энергии). 

4.  Теплота и работа являются двумя единственно возможными формами передачи энергии от одних тел к другим

Второй закон термодинамики.

В тепловых машинах превращение теплоты в работу происходит только при наличии разности температур между источниками теплоты и теплоприемниками. При этом вся теплота не может быть превращена в работу. Закон, позволяющий указать направление теплового потока, и устанавливающий максимально возможный предел превращения теплоты в работу в тепловых машинах - 2-й закон термодинамики.

Формулировки второго закона термодинамики:

1. Вечный двигатель второго рода не возможен (под вечным двигателем второго рода понимается машина, которая могла бы превращать всю подводимую к ней теплоту в работу. Такая машина имела бы КПД = 1). 

2. Стопроцентное превращение теплоты в работу посредством тепловой машины - двигателя невозможно. Условия работы тепловых машин:

   1. Тепловая машина всегда работает в определенном перепаде температур. (Это значит, что для работы такой машины необходим иметь по крайней мере 1 источник теплоты, и 1 приемник теплоты).

   2. Любая тепловая машина должна работать циклично, т.е. рабочее тело, совершая за определенный промежуток времени ряд процессов расширения и сжатия, должно возвращаться в исходное состояние.

Контрольные вопросы:

1. Какой раздел физики называется термодинамикой?

2. Что называется термодинамической системой?

3. Перечислите основные параметры состояния вещества?

4. Что такое термодинамический процесс?

5. Какие термодинамические процессы знаете?

6. Расскажите основные законы термодинамики.

9.Электрическое поле. Электрические заряды и их взаимодействие.

Многие физические явления, наблюдаемые в природе и окружающей нас жизни, не могут быть объяснены только на основе законов механики, молекулярно-кинетической теории и термодинамики. В этих явлениях проявляются силы, действующие между телами на расстоянии, причем эти силы не зависят от масс взаимодействующих тел и, следовательно, не являются гравитационными. Эти силы называют электромагнитными силами.

О существовании электромагнитных сил знали еще древние греки. Но систематическое, количественное изучение физических явлений, в которых проявляется электромагнитное взаимодействие тел, началось только в конце XVIII века. Трудами многих ученых в XIX веке завершилось создание стройной науки, изучающей электрические и магнитные явления. Эта наука, которая является одним из важнейших разделов физики, получила название электродинамики.

Основными объектами изучения в электродинамике являются электрические и магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами и токами.

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не производит заметного перераспределения исследуемых зарядов.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика – напряженность электрического поля.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора  в каждой точке пространства совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим. Во многих случаях для краткости это поле обозначают общим термином – электрическое поле.

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

Для наглядного изображения электрического поля используют силовые линии. Эти линии проводят так, чтобы направление вектора   в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии. При изображении электрического поля с помощью силовых линий, их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля.

Силовые линии электрического поля

Силовые линии кулоновских полей положительных и отрицательных точечных зарядов изображены на рисунке. Так как электростатическое поле, создаваемое любой системой зарядов, может быть представлено в виде суперпозиции кулоновских полей точечных зарядов,  поля можно рассматривать как элементарные структурные единицы («кирпичики») любого электростатического поля.

Силовые линии кулоновских полей

Подобно понятию гравитационной массы тела в механике Ньютона, понятие заряда в электродинамике является первичным, основным понятием.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

• Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

• Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

• Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q₁ + q₂ + q₃ + ... +q_n = const.

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e.

В обычных лабораторных опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов используется электрометр – прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси. Стержень со стрелкой изолирован от металлического корпуса. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра, электрические заряды одного знака распределяются по стержню и стрелке. Силы электрического отталкивания вызывают поворот стрелки на некоторый угол, по которому можно судить о заряде, переданном стержню электрометра.

Рис.Перенос заряда с заряженного тела на электрометр

Электрометр является достаточно грубым прибором; он не позволяет исследовать силы взаимодействия зарядов. Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:  Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием.

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Взаимодействие зарядов по закону Кулона является экспериментально установленным фактом. Однако математическое выражение закона взаимодействия зарядов не раскрывает физической картины самого процесса взаимодействия, не отвечает на вопрос, каким путем осуществляется действие заряда q₁ на зарядq₂.
Возможный ответ на этот вопрос давала теория дальнодействия, которая утверждала, что электрические заряды обладают способностью мгновенно действовать друг на друга на расстоянии.

Теория близкодействия, созданная на основе работ английского физика Майкла Фарадея (1791—1867), объясняет взаимодействие электрических зарядов тем, что вокруг каждого электрического заряда существует электрическое поле. Электрическое поле заряда — материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды.
Согласно представлениям теории близкодействия, взаимодействие электрических зарядов q₁ и q₂ есть результат действия поля заряда q₁ на заряд q₂ и поля заряда q₂ на заряд q₁. 

Контрольные вопросы:

1. Что такое электрическое поле?

2. Основная характеристика электрического поля?

3. Что такое силовые линии?

4. Что такое электрический заряд?

5. Закон сохранения электрического заряда.

6. Какой заряд называется точечным?

10.Проводники и диэлектрики.

Действие электрического поля на различные вещества неодинаково и зависит от их внутреннего строения. По этому действию все вещества делят на:

- проводники электрического тока

- полупроводники

- изоляторы, или диэлектрики.

Проводники характеризуются тем, что в них под действием электрического поля образуется электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Это происходит благодаря тому, что в проводниках имеются свободные заряды. Существуют проводники 1 рода (металлы, в которых есть свободные электроны) и 2 рода (растворы электролитов, в которых свободными зарядами являются положительно заряженные ионы – катионы и отрицательно заряженные ионы – анионы).

В металлах свободными зарядами являются электроны, которые перемещаются между узлами кристаллической решетки, образованной ионами металла. Эти свободные электроны образуют так называемый электронный газ. Они участвуют в тепловом движении подобно молекулам газа и могут перемещаться по всему объему металла. Внутри заряженных проводников отсутствует электростатическое поле, так как в противном случае свободные заряды двигались бы под действием сил этого поля.

Электрический заряд проводников. Внутри проводника при равновесии зарядов не только напряженность поля равна нулю, равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. В самом деле, если бы внутри проводника имелся заряд, то вблизи заряда имелось бы и поле. Но электростатического поля внутри проводника нет. Следовательно, заряды в проводнике могут располагаться только на его поверхности. Этот вывод справедлив как для незаряженных проводников в электрическом поле, так и для заряженных.

При равновесии зарядов электрическое поле и электрический заряд внутри проводника равны нулю. Весь заряд сосредоточен на поверхности проводника, а линии напряженности электрического поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.

В диэлектриках (изоляторы) нет свободных носителей зарядов, поэтому под действием электрического поля в них не возникает электрического тока, но возникает явление, называемое поляризацией диэлектрика – приобретение диэлектриком полярности за счёт разделения в нём положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля. Поляризация существует в 3 вариантах: ориентационная, электронная и ионная.

Существующие диэлектрики можно разбить на два вида:

• полярные, состоящие из таких молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают;

• неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают. Следовательно, молекулы у этих диэлектриков разные.

К полярным диэлектрикам относятся спирты, вода и другие вещества; к неполярным - инертные газы, кислород, водород, бензол, полиэтилен и др.

Полупроводник — материал, который по своей удельной проводимости (т.е. способности проводить электрический ток) занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.

По электрическим свойствам полупроводники занимают среднее место между проводниками и непроводниками тока. К сказанному можно добавить, что к группе полупроводников относится гораздо больше веществ, чем к группам проводников и непроводников, взятых вместе. К полупроводникам, нашедшим практическое применение в технике, относятся германий, кремний, селен, закись меди и некоторые другие вещества.

Указанные различия хорошо описываются зонной теорией твёрдых тел, или квантовой теорией энергетического спектра электронов в кристалле. Согласно теории в кристалле существуют запрещённые и разрешённые энергетические зоны для электронов. Нижние зоны заполнены полностью электронам. Физические свойства кристаллов определяются верхними зонами, содержащими электроны. Если между верхней зоной и следующей разрешённой зоной запрещённая зона узкая (энергетический интервал невелик), то вещество является проводником, а если запрещённая зона велика – то диэлектриком.

Контрольные вопросы:

1. Какие тела называются проводниками?

2. Какие тела называются полупроводниками?

3. Какие тела называются диэлектриками?

11.Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Тепловое действие электрического тока, закон Джоуля – Ленца.

В электродинамике разделе учения об электричестве, в котором рассматривают­ся явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел, важ­нейшим понятием является понятие элек­трического тока. Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенно­го электрического поля Е свободные элек­трические заряды перемещаются: поло­жительные — по полю, отрицательные — против поля (рис. a ), т.е. в провод­нике возникает электрический ток, на­зываемый током проводимости. Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела (рис. б), то возникает так называемый конвекционный ток.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей то­ка — заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой — наличие электрического поля, энергия ко­торого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение.

За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов.

Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока говорят следующие действиям или явлениям, которые его сопровождают:

• проводник, по которому течет ток, нагревается;

• электрический ток может изменять химический состав проводника;

• ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I — скалярная фи­зическая величина, определяемая элек­трическим зарядом, проходящим через по­перечное сечение проводника в единицу времени. I=dQ/dt.

Ток, сила и направление которого не изме­няются со временем, называется посто­янным. Для постоянного тока I=Q/t, где Q — электрический заряд, проходя­щий за время t через поперечное сечение проводника.

В Международной системе единиц силу тока выражают в амперах (А). Измеряют силу тока амперметрами.

Условия возникновения и существования постоянного электрического тока:

• наличие свободных заряженных частиц;

• на заряженные частицы должны действовать силы, обеспечивающие их упорядоченное перемещение в течение конечного промежутка времени.

Для того чтобы в проводнике мог существовать постоянный ток проводимости, необходимо выполнение следующих условий:

• напряженность электрического поля в проводнике должна быть отлична от нуля и не должна изменяться с течением времени;

• цепь постоянного тока проводимости должна быть замкнутой;

• на свободные электрические заряды, помимо кулоновских сил, должны действовать неэлектростатические силы, называемые сторонними силами. Сторонние силы могут быть созданы источниками тока (гальваническими элементами, аккумуляторами, электрическими генераторами и др.).

Закон Ома для однородного участка цепи

Однородным называется участок цепи, не содержащий источника электродвижущей силы (э.д.с.).

Немецкий физик Г. Ом (1787—1854) эк­спериментально установил, что сила то­ка I, текущего по однородному металличе­скому проводнику, пропорциональна напряжению U на концах проводника:

I=U/R,

где R — электрическое сопротивление про­водника. Уравнение выражает закон Ома для участка цепи: сила тока в проводни­ке прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Формула позволяет установить единицу со­противления — ом (Ом): 1 Ом — сопро­тивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток 1 А.

Работа и мощность электрического тока.

Закон Джоуля-Ленца

Электрическое поле способно переместить заряженную частицу вдоль силовой линии, а значит оно (поле) может совершать работу. Это составляет понятие - работа тока. Работа тока – работа электрического поля по перемещению заряженных частиц внутри проводника.

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.

Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

В СИ измеряется в джоулях.

По закону сохранения энергии: работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия
равна работе тока.

Закон Джоуля – Ленца

При прохождении тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время. Этот закон называется законом Джоуля – Ленца. В системе СИ:

Кроме работы тока надо уметь вычислять мощность тока Р, т.е. работу, совершенную в единицу времен.

Мощность электрического тока:

Для однородного участка цепи: . Мощность измеряется в ваттах (Вт) и указывается на электроприборах (либо в их паспортах)

Контрольные вопросы:

1. Что такое электрический ток?

2. Чем отличается конвекционный ток и ток проводимости?

3. Что выбирается за направление тока?

4. Что такое сила тока?

5. Какой ток называется постоянным?

6. Условия возникновения и существования постоянного электрического тока.

7. Закон Ома для однородного участка цепи.

8. Работа и мощность электрического тока.

9. Закон Джоуля – Ленца

12.Магнитное поле. Электродвигатель.

Если два параллельно расположенных проводника подсоединить к источнику тока так, чтобы по ним прошел электрический ток, то в зависимости от направления тока в них проводники либо отталкиваются, либо притягиваются.

Объяснение этого явления возможно с позиции возникновения вокруг проводников особого вида материи - магнитного поля.

Силы, с которыми взаимодействуют проводники с током, называются магнитными.

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть "магнетиками". Любой магнит в форме стержня или подковы имеет два торца, которые называются полюсами; именно в этом месте сильнее всего и проявляются его магнитные свойства. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс называется южным полюсом (S).

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Аналогично концепции электрического поля, окружающего электрический заряд, вводят представление о магнитном поле вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором , который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукцией в точке.

Магнитная индукция - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. За направление вектора магнитной индукции В принимается направление положительной нормали к рамке, которое связано с током в рамке правилом правого винта.

Точно так же, как изображали линии напряженности электрического поля, изображают линии индукции магнитного поля. Линия индукции магнитного поля - воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением В в точке.

Направления магнитного поля в данной точке можно определить еще как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку. Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного электрическим током, который течет по прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или правого винта. Правило буравчика (винта): Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током.

В отличие от линий напряженности электростатического поля, которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном, линии индукции магнитного поля всегда замкнуты.

Индукцию магнитного поля можно определить и по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле.

За единицу индукции принимается одна тесла (1 Тл) - индукция такого однородного магнитного поля, в котором на рамку площадью 1 м², по которой течет ток в 1 А, действует максимальный вращающий механический момент сил, равный 1 Н • м.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, величина которой определяется следующим выражением:

,

где I - сила тока в проводнике, l -длина проводника, В - модуль вектора магнитной индукции, а - угол между вектором и направлением тока.

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца располагаем по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец показывает направление силы Ампера.

Определим силу, действующую со стороны магнитного поля на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

Эту силу называют силой Лоренца. Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца показывали направление движения положительного заряда, большой отогнутый палец покажет направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия между двумя параллельными проводниками, по которым текут токи I₁ и I₂ равна:

где l -часть проводника, находящаяся в магнитном поле. Если токи одного направления, то проводники притягиваются (см рис.), если противоположного направления - отталкиваются. Силы, действующие на каждый проводник, равны по модулю, противоположны по направлению.

Магнитные свойства вещества характеризует скалярная физическая величина - магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз индукция В магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции В₀ магнитного поля в вакууме:

По своим магнитным свойствам все вещества делятся на: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.

Электродвигатель

Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла. В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Принцип работы:

В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

Контрольные вопросы:

1. Что такое магнитное поле?

2. Основная характеристика магнитного поля?

3. Как взаимодействуют магнитные полюса?

4. Сформулируйте правило буравчика.

5. Сформулируйте правило левой руки для силы Ампера.

6. Сформулируйте правило левой руки для силы Лоренца.

7. Дайте определение электродвигателя?

13.Явление электромагнитной индукции. Переменный ток.

Электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Следовательно, возможно обратное явление – явление электромагнитной индукции.

Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией. В замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего поверхность, натянутую на этот контур, возникает электрический ток, называемый индукционным Ii.

Появление электрического тока в замкнутом контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил неэлектростатической природы или о возникновении ЭДС индукции. Количественное описание явления электромагнитной индукции дается на основе установления связи между ЭДС индукции и физической величиной, называемой магнитным потоком.

Магнитный поток. Для плоского контура, расположенного в однородном магнитном поле (рис.), магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и на косинус угла между вектором и нормалью к поверхности:

Закон электромагнитной индукции.

Экспериментальное исследование зависимости ЭДС индукции от изменения магнитного потока привело к установлению закона электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Переменный ток – это ток, который в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока. 

Генераторами называются машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.

Контрольные вопросы:

1. Явление электромагнитной индукции.

2. Что такое индукционный ток?

3. Что такое магнитный поток?

4. Какой ток называется переменным?

14.Электромагнитные волны. Радиосвязь и телевидение

Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного поля в пространстве. Электромагнитная волна представляет собой процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрического поля.

Электромагнитные волны – это поперечные волны. В продольных колебания частиц волны происходят вдоль направления распространения волны, а в поперечной - перпендикулярно ему.

Вспомним определение волны. Волна (волновой процесс) - процесс распространения колебаний в сплошной среде. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояния колебательного движения и его энергия.

Свойства электромагнитных волн:

• распространяются не только в веществе, но и в вакууме;

• распространяются в вакууме со скоростью света ( С = 300 000 км/c)

• это поперечные волны;

• это бегущие волны (переносят энергию).  

  

Источником э/ волн являются ускоренно движущиеся электрические заряды. Колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.

Шкала электромагнитных волн

Все окружающее нас пространство пронизано электромагнитным излучением. Солнце, окружающие нас тела, антенны передатчиков испускают электромагнитные волны, которые в зависимости от их частоты колебаний носят разные названия.

Электромагнитные волны классифицируются по длине волны или связанной с ней частотой волны. Отметим также, что эти параметры характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля.

Рассмотрим понятие спектра электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе.

Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют:

1) Низкочастотные волны;

2) Радиоволны;

3) Инфракрасное излучение;

4) Световое излучение;

5) Рентгеновское излучение;

6) Гамма излучение.

Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ, но каждый диапазон обусловлен своими особенностями и превалированием своих законов, определяемых соотношениями линейных масштабов.

Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма излучение изучается в квантовой и ядерной физике.

Рассмотрим спектр электромагнитных волн более подробно.

1. Низкочастотные волны

Низкочастотные волны представляют собой электромагнитные волны, частота колебаний которых не превышает 100 КГц. Именно этот диапазон частот традиционно используется в электротехнике. В промышленной электроэнергетике используется частота 50 Гц, на которой осуществляется передача электрической энергии по линиям и преобразование напряжений трансформаторными устройствами. В авиации и наземном транспорте часто используется частота 400 Гц, которая дает преимущества по весу электрических машин и трансформаторов в 8 раз по сравнению с частотой 50 Гц. В импульсных источниках питания последних поколений используются частоты трансформирования переменного тока единицы и десятки кГц, что делает их компактными, энергетически насыщенными.

2.Радиоволны

Радиоволны представляют собой электромагнитные волны, длины которых превосходят 1 мм (частота меньше 3 1011гц = 300 Ггц) и менее 3 км (выше 100 кГц).

Радиоволны делятся на:

1. Длинные волны в интервале длин от 3 км до 300 м( частота в диапазоне 105 гц -106гц= 1 МГц);

2. Средние волны в интервале длин от 300 м до 100 м (частота в диапазоне 106 гц -3*106гц=3мгц);

3. Короткие волны в интервале длин волн от 100м до 10м (частота в диапазоне 3106гц-3107гц=30мгц);

4. Ультракороткие волны с длиной волны меньше 10м(частота больше 3107гц=30Мгц).

Ультракороткие волны в свою очередь делятся на :

а) метровые волны;

б) сантиметровые волны;

в) миллиметровые волны;

Волны с длиной волны меньше, чем 1 м (частота меньше чем 300мгц) называются микроволнами или волнами сверхвысоких частот(СВЧ - волны).

Из-за больших значений длин волн радиодиапазона по сравнению с размерами атомов распространение радиоволн можно рассматривать без учета атомистического строения среды, т.е. феноменологически, как принято при построении теории Максвелла. Квантовые свойства радиоволн проявляются лишь для самых коротких волн, примыкающих к инфракрасному участку спектра и при распространении т.н. сверхкоротких импульсов с длительностью порядка 10-12сек- 10-15сек, сравнимой со временем колебаний электронов внутри атомов и молекул.

3. Инфракрасное и световое излучения

Инфракрасное, световое, включая ультрафиолетовое, излучения составляют оптическую область спектра электромагнитных волн в широком смысле этого слова. Близость участков спектра перечисленных волн обусловило сходство методов и приборов, применяющихся для их исследования и практического применения. Исторически для этих целей применяли линзы, дифракционные решетки, призмы, диафрагмы, оптически активные вещества, входящие в состав различных оптических приборов (интерферометров, поляризаторов, модуляторов и пр.).

С другой стороны излучение оптической области спектра имеет общие закономерности прохождения различных сред, которые могут быть получены с помощью геометрической оптики, широко используемой для расчетов и построения, как оптических приборов, так и каналов распространения оптических сигналов.

Оптический спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 210-6м= 2мкм до 10-8м=10нм (по частоте от1.51014гц до 31016гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя коротковолновой границей ультрафиолета.

4. Рентгеновское и гамма излучение

В области рентгеновского и гамма излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов.

Гамма излучение является следствием явлений, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате ядерных реакций. Граница между рентгеновским и гамма излучением определяются условно по величине кванта энергии, соответствующего данной частоте излучения.

Рентгеновское излучение составляют электромагнитные волны с длиной от50 нм до 10-3нм, что соответствует энергии квантов от 20эв до 1Мэв.

Гамма излучение составляют электромагнитные волны с длиной волны меньше 10-2нм, что соответствует энергии квантов больше 0.1Мэв.

Радиосвязь и телевидение

Возможность практического применения электромагнитных волн для установления связи без проводов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский физик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнитных волн.

Радиосвязь - передача и прием информации с помощью радиоволн,
распространяющихся в пространстве без проводов.

Виды радиосвязи: радиотелеграфная; радиотелефонная и радиовещание; телевидение; радиолокация.

Радиотелеграфная связь осуществляется путем передачи сочетания точек и тире, кодирующего букву алфавита в азбуке Морзе. В 1843 году американский художник Морзе (1791 – 1872) изобрел телеграфный код. Он разработал для каждой буквы знаки из точек и тире. При передаче сообщения долгие сигналы соответствовали тире, а короткие – точкам. Код Морзе используется и в наши дни.

Радиовещание – передача в эфир речи, музыки, звуковых эффектов с помощью э/м волн.

Радиотелефонная связь предполагает передачу подобной информации только для приема конкретным абонентом.

Радиолокация- обнаружение объектов и определение их координат с помощью отражения радиоволн. Расстояние от объекта до радиолокатора s =сt/2; с – скорость света; t- промежуток времени между импульсами.

В основе телевизионной передачи изображений лежат три физических процесса:

• Преобразование оптического изображения в электрические сигналы

• Передача электрических сигналов по каналам связи

• Преобразование переданных электрических сигналов в оптическое изображение

Для преобразования оптического изображения в электрические сигналы использовано явление фотоэффекта, изученное А.Г. Столетовым. Для передачи телевизионных сигналов используется радиосвязь, основоположником которой был А.С. Попов. Идея воспроизведения изображения на люминесцирующем экране принадлежит также нашему соотечественнику Б.Л. Розингу. Русский инженер-изобретатель В.К. Зворыкин разработал первую передающую телевизионную трубку – иконоскоп.

Цветное телевидение позволяет передавать и воспроизводить цветные изображения подвижных и неподвижных объектов. Для этого в телевизионной передающей камере цветного телевидения изображение разделяется на 3 одноцветных изображения. Передача каждого из этих изображений осуществляется по тому же принципу, что и в черно-белом телевидении. В результате на экране кинескопа цветного телевизора воспроизводятся одновременно 3 одноцветных изображения, дающих в совокупности цветное. Первая система цветного телевидения механического типа была предложена в 1907-08 русским инженером И. А. Адамианом.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение электромагнитной волны?

2. Свойства электромагнитной волны?

3. Виды электромагнитных волн?

4. Что такое радиосвязь и ее виды?

5. Что такое телевидение?

15.Свет как электромагнитная волна. Интерференция и дифракция света.

Оптика - раздел физики, занимающийся изучением природы света, изучающий природу света, закономерности его испускания, взаимодействия с веществами.

Всё разнообразие окружающего мира мы видим благодаря свету и зрению. Свет излучают особые тела, называемые источниками света - солнце, нить электролампы, пламя керосиновой лампы, газ в газоразрядной трубке. После взаимодействия с окружающими предметами свет от источников попадает в глаз человека, формируя цветное изображение. На видимый цвет предметов влияют характеристики освещения, а так же «устройство» самих предметов.

В XVII веке почти все одновременно начали свое существование совершенно различные теории о том, что такое свет, и какова его природа.

Свет, в узком смысле — электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (Длина волн от 760 нм (красный) до 380 нм (фиолетовый)). В широком смысле — оптическое излучение. Каждой спектральной составляющей оптического излучения может быть поставлен в соответствие определённый цвет. Окраска спектральных составляющих оптического излучения определяется их длиной волны. Цвет излучения изменяется по мере уменьшения его длины волны следующим образом: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Ньютон придерживался корпускулярной теории, согласно которой свет – это поток частиц, идущих от источника во все стороны. Гюйгенс утверждал, что свет – это волны, распространяющиеся в особой среде, заполняющим пространство и проникающим во внутрь тела, всех тел. Обе эти теории существовали параллельно. Ни одна из них не могла одержать решительную победу.

Такое неопределенное положение относительно природы свет длилось до начала XIX века, когда были изучены явления интерференции и дифракции . Эти явления присущи только волновому движению. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света. В основе электромагнитной теории света лежит факт совпадения скорости света со скоростью распространения электромагнитных волн. Из теории Максвелла вытекает, что электромагнитные волны являются поперечными. К тому времени поперечность световых волн уже была доказана экспериментально. Поэтому Максвелл обосновано считал поперечность электромагнитных волн еще одним важным доказательством справедливости электромагнитной теории света. После экспериментов Герца теория света получила первое экспериментальное подтверждение. Было доказано, что электромагнитные волны при своем распространении обнаруживают те же свойства, что и световые: отражение, преломление, интерференцию, поляризацию. В электромагнитной волне векторы Е и В перпендикулярны друг другу. В естественном свете колебания напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волны.

Однако в начале XX века оказалось, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц. Были обнаружены квантовые свойства света. Свет имеет корпускулярно-волновые свойства. Квантовые и волновые свойства не исключают друг друга, а дополняют. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко при больших. Частицы электромагнитного излучения называются фотонами или квантами.

Интерференция света в оптике - это явление пространственного перераспределения светового потока, происходящее при наложении двух когерентных волн, проявляется возникновением максимумов и минимумов интенсивности.

Когерентные волны – это волны, у которых одинаковая частота и постоянная разность фаз.

Интерференция волн на поверхности воды, возбуждаемых в двух точках.

Интерференция света - опыт Юнга. Допустим, что свет от лампочки со светофильтром, который создает практически монохроматический свет, проходит через две узкие, рядом расположенные щели, за которыми установлен экран.

На экране будет наблюдаться система светлых и темных полос - полос интерференция. В данном случае единая световая волна разбивается на две, идущие от различных щелей. Эти две волны когерентны между собой и при наложении друг на друга дают систему максимумов и минимумов интенсивности света в виде темных и светлых полос соответствующего цвета.

Условие максимума:

Если в оптической разности хода волн укладывается четное число полуволн или целое число волн, то в данной точке экрана наблюдается усиление интенсивности света (max).

, где  - разность фаз складываемых волн.

 Условие минимума:

Если в оптической разности хода волн укладывается нечетное число полуволн, то в точке минимум.

 Пример интерференции мыльные пузыри, бензиновая пленка.

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Контрольные вопросы:

1. Что такое оптика?

2. Что такое свет?

3. Явление интерференции света.

4. Явление дифракции света.

16.Фотоэффект и корпускулярные свойства света. Использование фотоэффекта в технике.

Квантовая оптика - это раздел оптики, изучающий квантовые свойства света. 

В 1865 году Максвелл показал теоретически, что свет представляет собой электромагнитные волны порядка 400-800 нм. Теория Максвелла, подтвержденная опытами Генриха Герца, связывает оптические, электрические и магнитные свойства вещества.

Однако по мере развития физики стали накапливаться и такие факты, которые не согласовывались не с классической теорией излучения, ни с волновыми представлениями о природе света. Чтобы достигнуть согласия между теорией и опытом, надо было принять, что свет излучается и поглощается отдельными порциями (квантами). Это означало, что свет обладает свойствами не только волн, но и частиц.

Квантовая теория света была выдвинута Максом Планком 14 декабря 1900 года на собрании Немецкого физического общества, где он высказал мысль о том, что энергия излучения состоит из отдельных малых и неделимых частей – квантов или фотонов.

Согласно квантовой теории каждый фотон (квант) имеет энергию:

ν – частота испускаемого излучения,

– постоянная Планка

Явление же фотоэффекта было открыто Генрихом Герцем. Однако в России исследованием этого явления занимался Александр Григорьевич Столетов. Его имя по праву стоит в числе первооткрывателей фотоэффекта.

Фотоэффект – явление вырывания электронов из вещества под действием света.

Во времена первых исследований фотоэффекта его природа была не известной, так как сами электроны в то время ещё не были открыты. Потерю заряда при этом пытались объяснить вырыванием светом мельчайших металлических частичек.

Однако в 1987 г. Томсон открыл электрон и через 2 года в 1989 году немецкий физик Ленард доказали, что мельчайшие металлические частички вырванные светом и есть электроны.

Развитие науки показало, что гипотеза Планка оказалась предвестником революции в физике. Она привила к рождению новой теории света и вещества - квантовой механике.

Физический смысл гипотезы Планка раскрыл А. Эйнштейн, предположив, что свет обладает корпускулярными свойствами, то есть свойствами частиц. Частицы света в последствии назвали фотонами. Предположение Эйнштейна позволило объяснить уже знакомые нам явления фотоэффекта.

Исходя из закона сохранения и превращения энергии, Эйнштейн математически записал уравнение для энергетического баланса при внешнем фотоэффекте:

– энергия фотона, которая идет на работу выхода электрона из металла и сообщение ему кинетической энергии .

Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из вещества.

Законы фотоэффекта.

1 закон: При увеличении интенсивности монохрамотического излучения растет число поглощенных металлом квантов, а, следовательно, и число вылетающих из него электронов, поэтому фототок прямо пропорционален интенсивности излучения.

Фототок – движение вырванных светом из катода электронов. Максимальное значение фототока называют фототоком насыщения.

2 закон: Из уравнения Эйнштейна видно, что кинетическая энергия вылетающих электронов зависит только от рода металла, состояния его поверхности и частоты (или длины волны) излучения, то есть величины энергии квантов и не зависит от интенсивности излучения.

Фотоэлектрон – электрон, вырванный светом из вещества.

3 закон: Если величина энергии квантов меньше работы выхода, то при любой интенсивности излучения электроны вылетать не будут. То есть фотоэффект наблюдается только при облучении вещества светом с частотой большей или равной критической ν_min.

Красной границей фотоэффекта называют минимальную частоту света, ниже которой фотоэффект не наблюдается:

Эта граница для разных веществ различна, так как работа выхода зависит от рода вещества. При этом кинетическая энергия электронов равна нулю.

Таким образом корпускулярные свойства проявляются при взаимодействии света с веществом (фотоэффект, излучение и поглощение света атомами).

Использование фотоэффекта в технике

Явление фотоэффекта получило широкое практическое применение. Приборы, в основе принципа действия которых лежит фотоэффект, называются фотоэлементами. Фотоэлементы, использующие внешний фотоэффект, преобразуют энергию излучения в электрическую лишь частично. Так как эффективность преобразования небольшая, то в качестве источников электроэнергии фотоэлементы не используют, но зато применяют их в различных схемах автоматики для управления электрическими цепями с помощью световых пучков.

Внутренний фотоэффект используют в фоторезисторах. Вентильный фотоэффект, возникающий в полупроводниковых фотоэлементах с p-n переходом, используется для прямого преобразования энергии излучения в электрическую энергию (солнечные батареи). Необходимые условия для возникновения внутреннего фотоэффекта - частица должна быть связанной, и энергия фотона должна превышать ее энергию связи. Внутренний фотоэффект может происходить в полупроводниках и диэлектриках (и в металлах тоже).

Контрольные вопросы:

1. Что такое фотоэффект?

2. Расскажите законы фотоэффекта?

3. Применение фотоэффекта в технике.

17.Строение атома: планетарная модель и модель Бора. Поглощение и испускание света атомом. Квантование энергии. Принцип действия и использование лазера.

Планетарная модель атома, или модель Резерфорда, - историческая модель строения атома, которую предложил Эрнест Резерфорд в результате эксперимента с рассеянием альфа - частиц. По этой модели атом состоит из небольшого положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена почти вся масса атома, вокруг которого движутся электроны (подобно тому, как планеты движутся вокруг Солнца). Планетарная модель атома соответствует современным представлениям о строении атома с учётом того, что движение электронов имеет квантовый характер и не описывается законами классической механики.

Исторически планетарная модель Резерфорда пришла на смену «модели сливового пудинга» Джозефа Джона Томсона, которая постулирует, что отрицательно заряженные электроны помещены внутрь положительно заряженного атома.

Недостатком планетарной модели была её несовместимость с законами классической физики. Если электроны движутся вокруг ядра как планеты вокруг Солнца, то их движение ускоренное, и, следовательно, по законам классической электродинамики они должны были бы излучать электромагнитные волны, терять энергию и падать на ядро. Следующим шагом в развитии планетарной модели стала модель Бора, постулирующая другие, отличные от классических, законы движения электронов. Полностью противоречия электродинамики смогла решить квантовая механика.

В 1913 году Бор показал, что несовпадение с экспериментом выводов, основанных на модели Резерфорда, возникла потому, что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами, что и макроскопических тел.
Бор предположил, что величины характеризующие микромир, должны квантоваться, т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения.
Законы микромира - квантовые законы. Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов, дополняющих ( и "спасающих") атом Резерфорда.

Первый постулат: 
Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий:  . Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает, несмотря на движение электронов.

Второй постулат:
В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение: 
 ,
где   - момент импульса,  постоянная Планка.

Третий постулат:
Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант), равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход:                                                

 

Схемы перехода атома:

1.из основного стационарного состояния в возбужденное,

2.из возбужденного стационарного состояния в основное.

1. 2.

Постулаты Бора  противоречат законам классической физики. Они выражают характерную особенность микромира - квантовый характер происходящих там явлений. Выводы, основанные на постулатах Бора, хорошо согласуются с экспериментом. Например, объясняют закономерности в спектре атома водорода, происхождение характеристических спектров рентгеновских лучей и т.д. 

Принцип действия и использование лазера.

Лазер – устройство, испускающее в видимом спектре когерентную электромагнитную лучистую энергию в диапазоне от сверхкороткого ультрафиолетового до сверхдлинного инфракрасного излучения. 
Все лазеры состоят из трех основных конструкционных блоков:  

 1. Активная ( рабочая) среда, которая определяет возможную длину волн эмиссии. Активная среда представляет собой вещество, в котором создается инверсная заселенность.
    2. Источник энергии (накачки). Например, электрический ток, импульсная лампа или химическая реакция.
    3. Резонансная полость (оптический резонатор) с емкостным устройством -обычно два зеркала. Оптические резонаторы бывают с плоскими зеркалами, сферическими, комбинациями плоских и сферических и др.. Резонатор представляет собой пару зеркал, которые располагаются параллельных друг другу. Между этими зеркалами помещается активная среда. 
      Принцип работы лазера заключается в следующем. Происходит инверсия электронной населенности вследствие «накачки» рабочей среды, для чего к рабочей среде подводится энергия (световые или электрические импульсы). Рабочая среда помещается в резонансную полость (оптический резонатор), при циркуляции волны в котором её энергия экспоненциально возрастает благодаря механизму вынужденного излучения. При этом энергия накачки должна превышать определённый порог, иначе потери в резонаторе будут превышать усиление, и выходная мощность будет крайне мала.
      Работа с лазерами небезопасна, поэтому при работе с ними требуется соблюдение мер безопасности.  

Контрольные вопросы:

1. Модель атома Резерфорда.

2. Модель атома Бора.

3. Сформулируйте постулаты Бора.

4. Принцип действия и использования лазера.

18.Строение атомного ядра. Радиоактивные излучения и их воздействие на живые организмы.

Строение атомного ядра.

Атом состоит из ядра и окружающего его электронного "облака". Находящиеся в электронном облаке  электроны  несут отрицательный  электрический заряд. Протоны, входящие в состав ядра, несут положительный заряд.

В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда.

Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужые электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом.

Кроме протонов, в состав ядра большинства атомов входят нейтроны, не несущие никакого заряда. Масса нейтрона практически не отличается от массы протона. Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами.

Электроны, протоны и нейтроны являются главными "строительными деталями" атомов и называются субатомными частицами.

Масса атома, выраженная в килограммах или граммах, называется абсолютной атомной массой. Чаще пользуются относительной атомной массой, которая выражается в атомных единицах массы (а.е.м.). Относительная атомная масса представляет собой отношение массы какого-нибудь атома к массе 1/12 части атома углерода. Иногда говорят более коротко: атомный вес.

Радиоактивные излучения и их воздействие на живые организмы.

Радиоактивность — это природное явление, когда происходит самопроизвольный распад ядер атомов, при котором возникают излучения.

Эти излучения имеют большую энергию и способны ионизировать в той или иной степени любое вещество, например: воздух; воду; металлы; строительные материалы; человеческий организм и т. д.

Радиоактивные излучения:

Группа корпускулярных излучений

• альфа-излучение (поток альфа-частиц (ядер гелия)),

• бета-излучение (поток бета-частиц (электронов)),

• нейтронное излучение (поток нейтронов).

Группа волновых излучений

• гамма-излучение (поток гамма - квантов (фотонов)),

• рентгеновские излучения (икс-лучи).

Корпускулярные излучения представляют собой потоки невидимых элементарных частиц, имеющих массу и диаметр. 
Волновые излучения имеют квантовую природу. Это электромагнитные волны в сверхкоротковолновом диапазоне.

Альфа – излучение представляет собой поток альфа – частиц, которые распространяются с начальной скоростью около 20000 км/с. Их проникающая способность незначительна (длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра).

Полностью задерживается листом плотной бумаги. Не менее надежной защитой от альфа-частиц является одежда человека. Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.

Бета – излучение  представляет собой поток бета – частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета – частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа – частиц, поэтому они имеют большую проникающую способность. Длина пробега бета – частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см.

Бета – частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров. Одежда поглощает до 50 % бета – частиц. При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета – частиц, поэтому внешнее бета – облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма. излучение

Нейтронное излучение  представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20 тыс. км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени. Они легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами ее атомов. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении.

Лучшими защитными материалами от нейтронного излучения являются легкие водородсодержащие материалы: обычная полиэтиленовая пленка; парафин; вода и др.

Гамма – излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитное поле с длиной волны менее 2x10~8 см. Оно испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.

Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной: воды — 23 см; стали — около 3 см; бетона — 10 см; дерева — 30 см. Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец.

Рентгеновские излучения (X – лучи) были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма – излучений. Их различают прежде всего по способу получения, и в отличие от гамма – лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстро летящих электронов. 

Рентгеновские лучи широко используют вместо гамма – излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т. п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей.

Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей так же являются тяжелые металлы и в частности свинец.

Контрольные вопросы:

1. Из чего состоит атом?

2. Что такое радиоактивность?

3. Основные виды радиоактивных излучений.

Литература

1. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 10 кл. – М.: Мнемозина, 2009. – 272с.:ил.

2. Генденштейн Л.Э. Дик Ю.И. Физика. Учебник для 11 кл. – М.: Мнемозина, 2012. – 272с.:ил.

3. Касьянов В.А. Физика : 10 кл.:Учеб.для общеобразоват.учеб.заведений / В.А.Касьянов . – 3.изд.,стер . – М. : Дрофа, 2006 . – 410,4с. : ил.

4. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – М., 2003.

5. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования. / Министерство образования РФ. – М., 2004.

6. Касьянов В.А. Методические рекомендации по использованию учебников В.А. Касьянова «Физика. 10 кл.», «Физика. 11 кл.» при изучении физики на базовом и профильном уровне. – М., 2007.

7. Касьянов В.А. Физика. 10, 11 кл. Тематическое и поурочное планирование. – М., 2002.

8. Разумовский В. Г. Физика : Учебник для 10 кл. общеобразоват. учреждений : В 2 ч. /, В. А. Орлов, Г. Г. Никифоров и др. ; Под ред. В. Г. Разумовского, В. А. Орлова . – Москва : Владос, 2010 .

9. Касаткина И. Л. Репетитор по физике : Электромагнетизм. Колебания и волны. Оптика. Элементы теории относительности. Физика атома и атомного ядра / И. Л. Касаткина ; Под ред. Т. В. Шкиль . – 6. изд., перераб. и доп . – Ростов-на-Дону : Феникс, 2006 . – 837

10. Касаткина И. Л. Репетитор по физике : Механика. Молекулярная физика. Термодинамика / И. Л. Касаткина ; Под ред. Т. В. Шкиль . – 8. изд., доп . – Ростов-на-Дону : Феникс, 2008 . – 852

11. Фирсов А.В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей : учебник для образоват. учреждений нач. и сред.проф. образования / А. В. Фирсов ; под ред. Т. И. Трофимовой. — 4-е изд., — М. : Издательский центр «Академия», 2006. — 432 с.

12. Самойленко П.И. Физика (для нетехнических специальностей) : учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / П.И.Самойленко, А.В.Сергеев. — 11-е изд., стер. — М. : Издательский центр «Академия», 2006. – 368 с.

13. http://www.phizik.cjb.net

14. http://www.fizika.ru

15. http://www.fizportal.ru

16. http://www.alleng.ru

17. http://www.vargin.spb.ru