Базовая физика. Основные концепции и законы физики. Применение ультразвука для диагностики
Основные формулы и законы физики
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ ФИЗИКИ
1. МЕХАНИКА
1.1.Упругие деформации.
1.2. Расширение тел при нагревании.
2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
2.1. Основные положения МКТ.
2.2. Температура.
2.4. Экспериментальные газовые законы.
2.5. Внутренняя энергия идеального газа.
2.6. Теплота и работа
Однако, хотя точность предсказаний может быть улучшена, основные процессы моделей являются точными. Эти заявления не содержат фактической информации. В последнем цитируемом параграфе так много противоречий, как внутри данного предложения, так и между предложениями, что трудно понять, с чего начать. Первое предложение особенно противоречиво. Крайне важно, чтобы фактическое кодирование было точно таким, как предполагалось, в соответствии с теоретическим анализом дискретных приближений и методов численного решения.
Эвoлюция и естественный отбор
Статьи публичной прессы, содержащие такие заявления, иногда ссылаются на другие аспекты полной картины, такие как параметризации, которые обязательно являются частью моделей. Но в целом такие публичные заявления всегда представляют слишком упрощенную картину относительно фактических характеристик и статуса моделирования изменения климата.
2.7. Физический смысл универсальной газовой постоянной
2.8. Первый закон термодинамики
2.9. Коэффициент полезного действия теплового двигателя.
3.ЭЛЕКТРОСТАТИКА
3.1. Электрический заряд.
3.3. Конденсаторы
4.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
4.1. Работа и мощность тока.
4.2. Удельное сопротивление
5.МАГНЕТИЗМ
1. МЕХАНИКА
Мне кажется, что сообщество по вопросам изменения климата находится в уникальном положении относительно представления таких неофициальных видов информации. Вместо этого представлены фактические уравнения, составляющие модель. Это совершенно неразрешимая задача расчета, как аналитически, так и численно. Кроме того, и что очень важно, непрерывные уравнения никогда не решаются непосредственно для чисел, представленных в виде вычисленных результатов. Решающим источником представленных чисел являются численные методы решения, применяемые к дискретным приближениям к непрерывным уравнениям.
1.1.Упругие деформации.
Закон Гука 0: 21 0) при малых деформациях сила упругости пропорциональна абсолютной деформации и направлена противоположно смещению.
F 4упр 0 = - k 7D 0l
[ k ] = Н 7/ 0м, жесткость такого тела, при деформации которого на 1 м возникает сила упругости, равная 1 Н.
Коэффициент жесткости численно равен силе упругости, возникающей в теле при единичном смещении.
Фактический источник далеко от предполагаемого источника, который передается операторами. Конечным источником вычисленных результатов являются численные решения программного обеспечения. Численные решения возникают из дискретных уравнений, которые используются для приближения непрерывных уравнений, лежащих в основе дискретных уравнений.
Фактический источник чисел. Применение допущений и суждений к основным фундаментальным «Законам физики», чтобы сформулировать задачу расчета, которая является одновременно выполнимой, и которая отражает сущность физических явлений и процессов, важных для предполагаемых приложений.
При малых деформациях напряжение 7s 0 прямо пропорционально относительному удлиннению 7 e 0.
E - модуль Юнга, численно равен такому механическому напряжению, когда относительное удлннение равно 1 (длина тела увеличилась в 2 раза)
[E] = Н 7/ 0м 52 0 = Па,
7s 0 = F 7/ 0S, механическое напряжение
7e 0 = 7D 0l 7/ 0l, относительное смещение.
Разработка дискретных приближений к системе разрешимых уравнений. Дискретные аппроксимации должны соответствовать требованиям Законов физики. Разработка устойчивых и согласованных методов численного решения дискретных приближений. Стабильность и согласованность подразумевают конвергенцию.
Кодирование методов численного решения. Обеспечение правильной кодировки методов решения и всех других аспектов программного обеспечения. Проверка модельных уравнений путем сравнения вычисленных результатов с данными из физической области. Разработка процедур применения и обучения пользователей для каждого из предполагаемых приложений.
1.2. Расширение тел при нагревании.
L = l 40 0(1+ 7b 0t),
7b 0 = 7 D 0l 7/ 0l 40 7D 0t, температурный коэффициент линейного расширения; показывает, на сколько меняется длина тела при нагревании на 1 5O
[ 7b 0] = К 5-1 0,
L = l 40 0 + 7D 0l,
L 40 0 - длина тела при 0 5O 0C.
2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
2.1. Основные положения МКТ.
N 4A 0 7~ 0 6*10 523 0 моль 5-1
Валидация, демонстрирующая верность полученного цельного шара воска в физическом домене, является непрерывным процессом за время жизни моделей, методов и программного обеспечения. Среди более значимых и никогда не упоминаемых факторов - известный эффект пользователя; пункт выше. Комплексное программное обеспечение, созданное вокруг сложных проблем с физическими доменами, требует очень пристального внимания к квалификации пользователей для каждого приложения.
Это публичное лицо будет показаться во многом ложной характеристикой этих моделей и кодов. Эти вопросы обсуждаются в следующих параграфах. Такие заявления, как упомянутые выше, обеспечивают, в лучшем случае, только отправную точку относительно того, откуда действительно представлены представленные цифры. Как правило, невозможно представить точное и полное описание того, что представляет собой полную модель в сообщениях, предназначенную прежде всего для неофициальных презентаций модели и нескольких результатов.
7n 0 = N 7/ 0N 4A
Основное уравнение МКТ : p = F 7/ 0S = 1 7/ 03*m 40 0n 7v 52 4средняя
P = 2 7/ 03*nE 4средняя 0, E 4средняя 0 = m 40 7v 52 4средняя 7/ 02
2.2. Температура.
PV 7/ 0N = kT
K = 1.38*10 5-23 0 Дж 7/ 0К, постоянная Больцмана
E 4средняя 0 = 3 7/ 02*kT
P = nkT
Средняя квадратичная скорость : 7 v 4средняя 0 = 7 ? 0 3kT 7/ 0m 40
2.3. Уравнение состояния идеального газа.
Практически ни одно практическое применение уравнений Навье-Стокса не решается до степени разрешения, необходимой для точного представления потоков жидкости вблизи и вблизи неподвижных или движущихся поверхностей. Две такие поверхности, представляющие интерес для моделирования климатических систем Земли; интерфейс воздух-вода, представленный границей между атмосферой и океанами и границей между атмосферой и землей. Рассматривая всю полноту взаимодействий между подсистемами, включая, например, биологические, химические, гидродинамические и термодинамические взаимодействия, число таких интерфейсов довольно велико.
PV = m 7/ 0M*RT
R = 8.31 Дж 7/ 0( моль*К ), универсальная газовая постоянная
Уравнение Менделеева-Клапейрона : p 41 0V 41 7/ 0T 41 0 = p 42 0V 42 7/ 0T 42 0 = const
2.4. Экспериментальные газовые законы.
1) Закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс) 0:
для идеального газа данной массы произведение давления на его
объем постоянно, если температура газа не меняется.
Градиенты, которые появляются в фундаментальных формулировках на этих интерфейсах, все заменяются алгебраическими приближениями. Замена происходит на уровне непрерывных уравнений, даже до создания дискретных приближений. Эти алгебраические модели и корреляции используются для представления массовых, импульсных и энергетических обменов между материалами, составляющими интерфейсы.
Закон сохранения импульса
Предположение о гидростатическом равновесии, нормальном к поверхности Земли, в точности таково; предположение. Основной закон физики, полное уравнение баланса импульса для вертикального направления, не используется. И это иногда объясняется Законами физики и сохранением энергии. Однако сохранение энергии выполняется за все время и всюду. Баланс между поступающим и выходящим радиационным обменом энергии для системы, открытой для обмена энергией, является исключительно предположением и не связан с сохранением энергии.
T = const , pV = const
2) Закон Гей-Люссака (изобарный процесс) 0:для идеального газа данной массы отношение объема к абсолютной температуре постоянно, если давление газа не меняется.
P = const , V 7/ 0T = const
3) Закон Шарля (изохорный процесс) 0: для идеального газа данной массы отношение давления к абсолютной температуре постоянно, если объем газа не меняется.
Основные законы физики основаны исключительно на описаниях материалов. Проверенные фундаментальные законы никогда не будут, как никогда, включать описания состояний, которые ранее были получены материалами. Всякий раз, когда описания состояний, которые материалы испытывали, появляются в уравнениях, результаты являются моделями основных фундаментальных законов и не являются законами, которые изначально были сформулированы.
Более подробное описание того, что составляет компьютерное программное обеспечение, разработанное для анализа сложных физических явлений и процессов, приводится в следующих обсуждениях. Характеристика программного обеспечения. Модели и соответствующее компьютерное программное обеспечение, предназначенное для анализа сложных явлений и процессов в реальном мире, обычно состоят из следующих моделей, методов, программного обеспечения и пользовательских компонентов.
V = const , p 7/ 0T = const
2.5. Внутренняя энергия идеального газа.
U = N*E 4средняя полная
N = mN 4A 7/ 0M
E 4средняя полная 0 = ikT 7/ 02
U = mN 4A 7/ 0M*ikT 7/ 02 = imRT 7/ 02M
7D 0U = i 7/ 02*m 7/ 0M*R 7D 0T
2.6. Теплота и работа.
Работа 0 - это мера превращения энергии в механике.
A = Flcos 7a
В изобарном процессе A 4изобар 0 = p 7D 0V
Q = cm 7D 0T
C - 1удельная теплоемкость 0 - количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 К
Модели основных уравнений Основными уравнениями обычно являются механики сплошных сред, такие как модель Навье-Стокса-Фурье для сохранения массы, импульса и энергии в жидкостях, теплопроводность для твердых тел, радиационный транспорт энергии, законы химической реакции, уравнение Больцмана и многие другие. Основные уравнения включают также составные уравнения для поведения и свойств связанных материалов: уравнение состояния, термофизические и транспортные свойства и свойства основного материала. Как правило, основные уравнения относятся к поведению и свойствам представляющих интерес материалов.
Q 4п 0 = rm
R - 1удельная теплота парообразования 0 - количество теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1 кг жидкости в пар
Q 4пл 0 = 7 l 0m
7l 0 - 1удельная теплота 0 1плавления 0 - количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры
Несмотря на то, что фундаментальные основные уравнения массы, импульса и сохранения энергии берутся за отправную точку для моделирования физических явлений и процессов важности, необходимы несколько предположений и приближений, чтобы сделать проблему приемлемой даже при огромных вычислениях власть доступна сегодня. Точные уравнения переноса излучения для взаимодействующих сред, например, не решены, а вместо этого вводятся приближения, чтобы сделать проблему приемлемой.
Использование эффекта Доплера в диагностике
Предположения и приближения, подходящие для предполагаемых областей применения, применяются к фундаментальной исходной форме уравнений для получения непрерывных уравнений, которые будут использоваться в модели. Приближенные приближения все более и более важны относительно природы физических явлений и процессов, представляющих интерес. Несколько примеров приведены в следующих параграфах.
2.7. Физический смысл универсальной газовой постоянной.
P 7D 0V = m 7/ 0M*R 7D 0T
A 4 изобар 0 = m 7/ 0M*R 7D 0T
Универсальная газовая постоянная 0 численно равна работе, совершаемой 1 молем идеального газа при изобарном нагревании на 1 К.
2.8. Первый закон термодинамики.
Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе.
Для случая двух - или многофазных турбулентных течений жидкие капли в газовой смеси, например, основные законы пока не известны. Обменные массы, импульс и энергия на стыках между системами, составляющими климат, на уровне фундаментального закона выражаются как коэффициент, умножающий градиент движущего потенциала. Градиенты движущих потенциалов не вычисляются в кодах. Вместо этого используются алгебраические корреляции эмпирических данных, основанные на объемном среднем потенциале среднего состояния.
Это почти всегда алгебраические уравнения. Моделирование переноса радиационной энергии во взаимодействующих средах не использует фундаментальные законы радиационного переноса. Допущения применяются к основному закону, чтобы получить разумное и приемлемое приближение к физическим явлениям для предполагаемого применения.
2.9. Коэффициент полезного действия теплового двигателя.
КПД теплового двигателя 0 - это отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.
7h 0 = A 41 7/ 0Q 41 0 = (Q 41 0-Q 42 0) 7/ 0Q 41 0 = 1-Q 42 7/ 0Q 41
Q 41 0 - количество теплоты, полученное от нагревателя,
Q 42 0 - количество теплоты, отданное холодильнику.
В то время как фундаментальные уравнения обычно записываются в форме сохранения, не все численные методы решения точно сохраняют физические величины. Фактически, проверка численных методов может заключаться в том, что сохраняющиеся величины в непрерывных дифференциальных уравнениях с частными производными фактически сохраняются в реальных расчетах.
Однако они являются неполными представлениями о фундаментальных законах физики. Кроме того, как следует из следующего, алгебраические уравнения эмпирических данных часто далеки от основополагающих законов. Инженерные модели и корреляции эмпирических данных Эти уравнения обычно возникают из экспериментальных данных и необходимы для закрытия основных модельных уравнений; турбулентный поток жидкости, коэффициенты теплопередачи и коэффициента трения, коэффициенты массового обмена, например. Как правило, инженерные модели и эмпирические корреляции относятся к конкретным состояниям представляющих интерес материалов, а не к самим материалам и, как правило, имеют гораздо меньший фундаментальный характер.
7h 4max 0 = (T 41 0-T 42 0) 7/ 0T 41
T 41 0 - температура нагревателя,
T 42 0 - температура холодильника.
3.ЭЛЕКТРОСТАТИКА
3.1. Электрический заряд.
Электрический заряд 0 - это свойство тел, проявляющееся в их способности взаимодействовать с внешним электрическим полем.
[ q ] = Кл = А *с
Кулон 0 - это заряд, который проходит через поперечное сечение проводника при токе 1 А за 1 с.
Много раз это в основном методы интерполяции экспериментальных данных. Модели и корреляции, которые представляют состояния материалов и процессов, не являются свойствами материалов и, следовательно, имеют гораздо менее фундаментальный характер, чем основные законы сохранения.
Модели специального назначения Модели специального назначения для явлений и процессов, которые слишком сложны или недостаточно понятны для моделирования по основным принципам или потребуют чрезмерных вычислительных ресурсов, если они составлены на основе базовых принципов.
Q 4e 0 = 1.6*10 5-19 0 Кл
Закон Кулона 0: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей центры зарядов.
F = Kq 41 0q 42 7/ 0r 52
K = 9*10 59 0 Н*м 52 7/ 0Кл 52
F = q 41 0q 42 7/ 04 7pee 40 0r 52
7e 0 = F 4вакуума 7/ 0F 4диэлектрика 0, относительная диэлектрическая проницаемость,
7e 40 0 = 8.8*10 5-12 0 Кл 52 7/ 0Н*м 52 0, электрическая постоянная.
Электростатическое поле 0 - особый вид материи, создается неподвижными электрическими зарядами. Характерный признак - сила, действующая на неподвижный заряд.
Напряженность электростатического поля 0 - силовая характеристика, векторная величина, по величине и по направлению совпадающая с силой, действующей на единичный положительный точечный заряд.
[E] = Н 7/ 0Кл
E = kq 7/ 0r 52 0 = q 7/ 04 7pee 40 0r 52
2Разность потенциалов.
W 4p 0 = qEd , потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле
Потенциал электрического поля 0 - это отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
7f 0 = W 4p 7/ 0q = Ed
U = A 7/ 0q
[U] = Дж 7/ 0 Кл = В
1 Вольт 0 - напряжение между двумя такими точками электростатического поля, при перемещении между которыми заряда в 1 Кл совершается работа в 1 Дж.
1Электрон-вольт 0 - энергия, которую приобретает электрон, пройдя разность потенциалов в 1 В.
1 э.В . = 1.6*10 5-19 0 Дж
3.3. Конденсаторы.
Энергия заряженного конденсатора: W = q 41 0E 42 0d,
где q 41 0 - заряд 1 пластины,
D - расстояние (вдоль силовых линий).
W = qEd = qU 7/ 02 = CU 52 7/ 02 = q 52 7/ 02C
1Плотность энергии 0 - это энергия в единице объема.
W = W 7/ 0V = 7 ee 40 0E 52 7/ 02
где 7e 40 0 - электрическая постоянная.
4.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Электрический ток 0 - это направленное движение заряженных частиц.
I = q 7/ 0t
I = 7 D 0q 7/D 0t = q `
Сила тока 0 определяется зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени.
[R] = В 7/ 0А = Ом
1 1Ом 0 - сопротивление такого проводника, в котором при напряжении
1 В возникает сила тока в 1 А.
4.1. Работа и мощность тока.
Закон Джоуля-Ленца : Q = I 52 0Rt
Если работа тока превращается только в тепло: Q = IUt = U 52 0t 7/ 0R
A 4тока полная 0 = IUt
4.2. Удельное сопротивление.
R = 7 r 0l 7/ 0S
7r 0 - удельное сопротивление,
численно равно сопротивлению проводника, имеющего единичную длину и единичное сечение; зависит только от материала и температуры.
[ 7r 0] = Ом * м
R-R 40 7/ 0R 40 0 = 7 a 0t
7a 0 = R-R 40 7/ 0R 40 0t
7a 0 - температурный коэффициент сопротивления, численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 K.
R = R 40 0(1+ 7a 0t)
7r 0= 7r 40 0(1+ 7a 0t), 7r 40 0 - удельное сопротивление при 0 5O 0C
5.МАГНЕТИЗМ
Магнитное поле 0 - особый вид материи, создается движущимися электрическими зарядами или меняющимся электрическим полем. Характерный признак - сила, действующая на движущийся заряд.
Индукция магнитного поля 0 - силовая характеристика магнитного поля, модуль которой равен отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на прямолинейный участок проводника с током, к произведению силы тока на активную длину проводника, а вектор направлен перпендикулярно плоскости, в которой лежит длина проводника и максимальная сила Ампера.
B = F 4Amax 7/ 0Il = [Н] 7/ 0[А ][ м] = [Тл]
1Тесла 0 - это индукция такого магнитного поля, в котором на проводник с током 1 А и активной длиной 1 м действует максимальная сила в 1 Н.
F 4A 0 = BIlsin 7a 0 , 7a 0 = B^l ,
F 4 Л 0 = qB 7v 0sin 7a 0, 7 a 0 = 7v 0^B
R = m 7v/ 0qB
T = 2 7p 0m 7/ 0qB
M = qB 52 0R 52 7/ 02U
679 руб
Теоретическая физика. В 10 томах. Том 7. Теория упругости
Теория упругости излагается как часть теоретической физики. Наряду с традиционными вопросами рассматриваются макроскопическая теория теплопроводимости и вязкости твердых тел, ряд вопросов теории упругих колебаний и волн, тория дислокаций. В четвертом издании добавлена специальная глава о механике жидких кристаллов, объединяющая в себе черты, свойственные как жидкостям, так и упругим средам.
Для студентов университетов, студентов физических специальностей вузов, а также аспирантов.
949 руб
Справочник по физике для инженеров и студентов вузов
В справочнике даны определения основных физических понятий, кратко сформулированы физические законы и сущность описываемых ими явлений, приведены математические понятия, необходимые для пользования справочником.
Данное издание существенно переработано с учетом новых достижений физической науки и вузовской программы курса физики.
Справочник адресован инженерно-техническим работникам, студентам и аспирантам вузов и втузов, преподавателям высшей и средней школы. Может быть полезен всем, кто интересуется физикой.
444 руб
Электричество. Учебное пособие
Книга написана на основе курса лекций, читанных автором в течение многих лет на физическом факультете Московского государственного университета. В результате обобщения опытных фактов формулируются в сжатой, но ясной форме основные законы электродинамики и выясняется их физический смысл. Изложение построено на основе СИ.
5-е изд. - 1985 г.
Для студентов физических и физико-математических факультетов университетов, физико-технических и инженерно-физических институтов, а также для всех вузов, где физика является основной дисциплиной; книга может быть также полезна для преподавателей физики в высшей школе.
679 руб
Курс общей физики. В 5 томах. Том 2. Электричество и магнетизм
Пятитомный курс общей физики, созданный И.В.Савельевым на базе лекций, которые он читал в Московском инженерно-физическом институте, знакомит студентов с основными идеями и методами физики.
Второй том включает материал, посвященный электричеству и магнетизму.
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по техническим направлениям и специальностям.
729 руб
Основы микроволновой фотоники
Данное издание представляет собой фундаментальное последовательное описание физических основ исследований и разработок в области компонентной базы и оборудования радиофотонных систем. В частности, в 10 главах книги профессионально освещены следующие темы: сравнение с цифровыми волоконно-оптическими линиями, основная компонентная база, ключевые технические показатели, источники шумов и искажений, влияние волоконно-оптического тракта передачи сигналов, способы модуляции и демодуляции, применение в телекоммуникационных волоконно-оптических системах и локационных радиосистемах СВЧ-диапазона. Отдельная глава посвящена еще слабо изученным вопросам разработки мощных высоколинейных фотодетекторов. Помимо основных глав книга включает шесть приложений, облегчающих понимание использованного математического аппарата. Важной методической особенностью книги является согласованное изложение методов, принципов и подходов, изученных еще в прошлом столетии и введенных в последние 2-3 года. Книга предназначена главным образом для студентов высшей школы и аспирантов, обучающихся по направлению "Фотоника", но также может быть полезна для преподавательского состава, для разработчиков аппаратуры в рамках этого только развивающегося в России направления науки и техники, а также для научных и технических специалистов в смежных областях.Атом водорода - самый простой из атомов. Продолжение теории Нильса Бора. Часть 4. Угловые моменты электрона
Для самого простого и самого распространенного из атомов - атома водорода рассмотрены угловые моменты: орбитальный, полный и спиновой.
Особенность рассмотрения заключается в использовании средств классической физики.
Показана связь угловых моментов с моментом количества движения электрона теории Бора-Зоммерфельда.
Сделано предположение, что момент количества движения электрона является такой же физической характеристикой при обращении электрона вокруг ядра атома водорода, какими являются угловые моменты: орбитальный, полный и спиновой.
В работе использована практически элементарная математика.
В связи с новизной предложенного подхода полученные результаты оцениваются как первое приближение.
Для научных сотрудников, преподавателей, студентов, заинтересованных читателей....
509 руб
Фейнмановские лекции по физике. Том 3. Излучение. Волны. Кванты
Вниманию читателя предлагается знаменитый курс лекций по общей физике, который выдающийся американский физик, Нобелевский лауреат Ричард Фейнман читал в Калифорнийском технологическом институте. Лекции Фейнмана, записанные вначале на магнитофон, а затем "переведенные" на "письменный английский" профессорами М.Сэндсом и Р.Лейтоном, не похожи ни на один известный курс. Они отличаются оригинальным методом изложения, в котором отразилась яркая научная индивидуальность автора, его точка зрения на пути обучения студентов физике, его умение заразить читателей интересом к науке. Последовательность изложения и выбор материала также отличаются от традиционных. В лекциях не тратится время на объяснение "ученым языком" того, что современный читатель уже знает или слышал. Зато в них увлекательно рассказывается о том, как человек изучает окружающую его природу, какое положение занимает физика в ряде других наук, какие проблемы наука решает сегодня и будет решать завтра. В рассказе Фейнмана ярко отражаются те причины, которые побуждают физика вести тяжелую работу исследователя, а также те сомнения, которые у него возникают, когда он сталкивается с трудностями, кажущимися непреодолимыми. Эти лекции помогают не только понять, почему интересно заниматься наукой, но и почувствовать, какой дорогой ценой достаются победы и как порой бывают тяжелы дороги, к ним ведущие. Курс будет полезен преподавателям, заставив их по-новому взглянуть на процесс обучения физике; студентам, которые найдут много нового в дополнение к тому, что они узнают на лекциях; школьникам, у которых он сформирует интерес к физике и поможет войти в современную науку; а также всем интересующимся физикой.
509 руб
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ФИЗИКИ[ Механика | Термодинамика | Электричество | Оптика | Атомная физика ]
ЭНЕРГИИ СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЗАКОН - общий закон природы: энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной (сохраняется). Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Для незамкнутой системы увеличение (уменьшение) ее энергии равно убыли (возрастанию) энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.
1. МЕХАНИКА
АРХИМЕДА ЗАКОН - закон гидро- и аэростатики: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, числено равная весу жидкости или газа, вытесненного телом, и приложенная в центре тяжести погруженной части тела. FA= gV, где r - плотность жидкости или газа, V - объем погруженной части тела. Иначе можно сформулировать так: тело, погруженное в жидкость или газ, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ). Тогда P= mg - FA Открыт др. гр. ученым Архимедом в 212г. до н.э. Является основой теории плавания тел.
ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН - закон тяготения Ньютона: все тела притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: , где M и m - массы взаимодействующих тел, R - расстояние между этими телами, G - гравитационная постоянная (в СИ G=6,67.10-11 Н.м2/кг2.
ГАЛИЛЕЯ ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, механический принцип относительности - принцип классической механики: в любых инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково при одних и тех же условиях. Ср. относительности принцип.
ГУКА ЗАКОН - закон, согласно которому упругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям.
ИМПУЛЬСА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН - закон механики: импульс любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянным (сохраняется) и может только перераспределяться между частями системы в результате их взаимодействия.
НЬЮТОНА ЗАКОНЫ - три закона, лежащие в основе ньютоновской классической механики. 1-й закон (закон инерции): материальная точка находится в состоянии прямолинейного и равномерного движения или покоя, если на нее не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. 2-й закон (основной закон динамики): ускорение, полученное телом, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе тела (). 3-й закон: две материальные точки взаимодействуют друг с другом силами одной природы равными по величине и противоположными по направлению вдоль прямой, соединяющей эти точки ().
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП - один из постулатов относительности теории, утверждающий, что в любых инерциальных системах отсчета все физические (механические, электромагнитные и др.) явления при одних и тех же условиях протекают одинаково. Является обобщением Галилея принципа относительности на все физические явления (кроме тяготения).
2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
АВОГАДРО ЗАКОН - один из основных законов идеальных газов: в равных объемах различных газов при одинаковой температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Открыт в 1811 году итал. физиком А.Авогадро(1776-1856).
БОЙЛЯ-МАРИОТТА ЗАКОН - один из законов идеального газа: для данной массы данного газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная. Формула: pV=const. Описывает изотермический процесс.
ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ - один из основных законов термодинамики, согласно которому невозможен периодический процесс единственным результатом которого является совершение работы, эквивалентной количеству теплоты, полученному от нагревателя. Другая формулировка: невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. В.з.т. выражает стремление системы, состоящей из большого количества хаотически движущихся частиц, к самопроизвольному переходу из состояний менее вероятных в состояния более вероятные. Запрещает создание вечного двигателя второго рода.
ГЕЙ-ЛЮССАКА ЗАКОН - газовый закон: для данной массы данного газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная,где =1/273 К-1 - температурный коэффициент объемного расширения.
ДАЛЬТОНА ЗАКОН - один из основных газовых законов: давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений этих газов.
ПАСКАЛЯ ЗАКОН - основной закон гидростатики: давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передается одинаково по всем направлениям.
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ - один из основных законов термодинамики, являющийся законом сохранения энергии для термодинамической системы: количество теплоты Q, сообщенное системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы U и совершение системой работы A против внешних сил. Формула: Q= U+A. Лежит в основе работы тепловых машин.
ШАРЛЯ ЗАКОН - один из основных газовых законов: давление данной массы идеального газа при постоянном объеме прямо пропорционально температуре: где p0 - давление при 00С, =1/273,15 К-1 - температурный коэффициент давления.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
АМПЕРА ЗАКОН - закон взаимодействия двух проводников с токами; параллельные проводники с токами одного направления притягиваются, а с токами противоположного направления - отталкиваются. А.з. называют также закон, определяющий силу, действующую в магнитном поле на малый отрезок проводника с током. Открыт в 1820г. А.-М. Ампером.
ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА ЗАКОН - закон, описывающий тепловое действие электрического тока. Согласно Д. - Л.з. количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему постоянного тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения.
ЗАРЯДА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН - один из фундаментальных законов природы: алгебраическая сумма электрических зарядов любой электрически изолированной системы остается неизменной. В электрически изолированной системе З.с.з. допускает появление новых заряженных частиц (напр., при электролитической диссоциации, ионизации газов, рождении пар частица - античастица и др.), но суммарный электрический заряд появившихся частиц всегда должен быть равен нулю.
КУЛОНА ЗАКОН - основной закон электростатики, выражающий зависимость силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов от расстояния между ними: два неподвижных точечных заряда взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды, в которой находятся заряды. В СИ имеет вид: . Величина числено равна силе, действующей между двумя точечными неподвижными зарядами по 1 Кл каждый, находящимися в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга. К.з. является одним из экспериментальных обоснований электродинамики.
ЛЕВОЙ РУКИ ПРАВИЛО - правило, определяющее направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током (или движущуюся заряженную частицу). Оно гласит: если левую руку расположить так, чтобы вытянутые пальцы показывали направление тока (скорости частицы), а силовые линии магнитного поля (линии магнитной индукции) входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (положительную частицу; в случае отрицательной частицы направление силы противоположно).
ЛЕНЦА ПРАВИЛО (ЗАКОН) - правило, определяющее направление индукционных токов, возникающих при электромагнитной индукции. Согласно Л.п. индукционный ток всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшие этот ток. Л.п. - следствие закона сохранения энергии.
ОМА ЗАКОН - один из основных законов электрического тока: сила постоянного электрического тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Справедлив для металлических проводников и электролитов, температура которых поддерживается постоянной. В случае полной цепи формулируется следующим образом: сила постоянного электрического тока в цепи прямо пропорциональна эдс источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.
ПРАВОЙ РУКИ ПРАВИЛО - правило, определяющее 1) направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле: если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили линии магнитной индукции, а отогнутый большой палец направить по движению
Проводника, то четыре вытянутых пальца покажут направление индукционного тока; 2) направление линий магнитной индукции прямолинейного проводника с током: если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции.
ФАРАДЕЯ ЗАКОНЫ - основные законы электролиза. Первый Фарадея закон: масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении электрического тока, прямо пропорциональна количеству электричества (заряду), прошедшему через электролит (m=kq=kIt). Второй Ф.з.: отношение масс различных веществ, претерпевающих химические превращения на электродах при прохождении одинаковых электрических зарядов через электролит равно отношению химических эквивалентов. Установлены в 1833-34 г. М. Фарадеем. Обобщенный закон электролиза имеет вид: , где M - молярная (атомная) масса, z - валентность, F - Фарадея постоянная. Ф.п. равна произведению элементарного электрического заряда на постоянную Авогадро. F=e.NA. Определяет заряд, прохождение которого через электролит приводит к выделению на электроде 1 моля одновалентного вещества. F=(96484,56 0,27) Кл./моль. Названа в честь М.Фарадея.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ЗАКОН - закон, описывающий явление возникновения электрического поля при изменении магнитного (явление электромагнитной индукции): электродвижущая сила индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Коэффициент пропорциональности определяется системой единиц, знак - Ленца правилом. Формула в СИ: , где Ф - изменение магнитного потока, а t - промежуток времени, в течение которого это изменение произошло. Открыт М. Фарадеем.
4. ОПТИКА
ГЮЙГЕНСА ПРИНЦИП - метод, позволяющий определить положение фронта волны в любой момент времени. Согласно г.п. все точки, через которые проходит фронт волны в момент времени t, являются источниками вторичных сферических волн, а искомое положение фронта волны в момент времени t t совпадает с поверхностью, огибающей все вторичные волны. Позволяет объяснить законы отражения и преломления света.
ГЮЙГЕНСА - ФРЕНЕЛЯ - ПРИНЦИП - приближенный метод решения задач о распространении волн. Г.-Ф. п. гласит: в любой точке, находящейся вне произвольной замкнутой поверхности, охватывающей точечный источник света, световая волна, возбуждаемая этим источником, может быть представлена как результат интерференции вторичных волн, излучаемых всеми точками указанной замкнутой поверхности. Позволяет решать простейшие задачи дифракции света.
ОТРАЖЕНИЯ ВОЛН ЗАКОН - луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, причем угол падения равен углу преломления. Закон справедлив для зеркального отражения.
ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА - изменение направления распространения света (электромагнитной волны) при переходе из одной среды в другую, отличающуюся от первой показателем преломления. Для преломления выполняется закон: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, причем для данных двух сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой.
ПРЯМОЛИНЕЙНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА ЗАКОН - закон геометрической оптики, заключающийся в том, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Объясняет, напр., образование тени и полутени.
6. АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА.
БОРА ПОСТУЛАТЫ - основные допущения, введенные без доказательства Н.Бором, и положенные в основу БОРА ТЕОРИИ: 1) Атомная система устойчива только в стационарных состояниях, которые соответствуют дискретной последовательности значений энергии атома. Каждое изменение этой энергии связано с полным переходом атома из одного стационарного состояния в другое. 2) Поглощение и излучение энергии атомом происходит по закону, согласно которому связанное с переходом излучение является монохроматическим и обладает частотой: h =Ei-Ek, где h -Планка постоянная, а Ei и Ek - энергии атома в стационарных состояния