Законы физики. Иванов Б.Н.

М.: 1986. - 335 с.

В пособии наряду с традиционными разделами курса физики, изучаемого в средней школе, рассматриваются и вопросы современной физики (астрофизика, физика плазмы, физическая гидродинамика и др. ). Особенностью курса является также схема его построения: от изложения основных понятий физики частиц и полей к изучению макрофизики. Пособие может быть полезным широкому кругу читателей, изучающих физику.

Формат: pdf

Размер: 8 Мб

Смотреть, скачать: yandex.disk

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 8
Обращение к читателю . 9
Глава I. Единство природы » 10
§ 1. Иерархия объектов в природе 10
1.1. Элементарные частицы. 1.2. Ядра. 1.3. Атомы и молекулы. 1.4. Макротела. 1.5. Планеты. 1.6. Звезды. Галактики. Вселенная
§ 2. Четыре вида фундаментальных взаимодействий 18
2.1. Связанные системы объектов. Взаимодействия. 2.2. Гравитационные взаимодействия (тяготение). 2.3. Электромагнитные взаимодействия. 2.4. Сильные (ядерные) взаимодействия. 2.5. Слабые взаимодействия. 2.6. Сравнительная оценка интенсивностей всех видов взаимодействий. 2.7. Поля и вещество
§ 3. Пространство и время 21
3.1. Пространственная и временная шкалы в природе. 3.2. Однородность пространства и времени. 3.3. Свободные тела и движение по инерции. 3.4. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности
Глава II. Механика материальной точки 25
§ 4. Координаты, скорость, ускорение 25
§ 5. Преобразования Галилея 26
5.1. Абсолютность размеров и промежутков времени. 5.2. Относительность скоростей и их закон преобразования. 5.3. Абсолютность ускорений
§ 6. Закон движения в механике 28
§ 7. Движение материальной точки в поле тяготения ь . 29
§ 8. Импульс. Закон сохранения импульса 31
§ 9. Закон сохранения энергии. Применения и универсальность законов сохранения 33
9.1. Закон сохранения энергии. 9.2. Применения законов сохранения. 9.3. Универсальность законов сохранения. Момент импульса § 10. Предельная скорость. Механика частиц высоких энергий 40 10.1. Эксперименты на ускорителях и предельная скорость. 10.2. Преобразования Лоренца. 10.3. Релятивистские энергия и импульс. 10.4. Роль релятивистской постоянной с в физике
Глава III. Электромагнитное поле 47
§ 11. Электрический заряд 47
§ 12. Способ изучения поля 48
12.1. Уравнения движения заряда в поле. 12.2. Законы преобразования полей
§ 13. Законы электромагнитного поля 50
13.1. Новые объекты и новая математика. 13.2. Первое уравнение поля. Связь электрического поля с электрическими зарядами. 13.3. Второе уравнение поля. Отсутствие магнитных зарядов. 13.4. Третье уравнение поля. Связь тока и «чего-то» с вихревым магнитным полем. 13.5. Четвертое уравнение поля. Связь переменного магнит¬ного поля с вихревым электрическим. 13.6. Дополнительный анализ третьего уравнения поля. Связь переменного электрического поля с вихревым магнитным. 13.7. Уравнения Максвелла
§ 14. Постоянное электрическое поле 55
14.1. Поле покоящегося точечного заряда. 14.2. Поля зарядов, распределенных по сфере, линии, плоской поверхности. 14.3. Электростатическая энергия зарядов. Потенциал поля. 14.4. Поле диполя. Взаимодействия заряд —диполь и диполь — диполь
§ 15. Постоянное магнитное поле 60
15.1. Магнитное поле прямолинейного тока. 15.2. Магнитное поле токовой плоскости. 15.3. Магнитный момент и его связь с механическим моментом
§ 16. Движение зарядов в полях 63
16.1. Движение заряда в постоянном однородном электрическом поле. 16.2. Движение заряда в постоянном однородном магнитном поле. 16.3. Движение заряда в кулоновском поле
§ 17. Поля движущихся зарядов. Излучение 67
17.1. Поле равномерно движущегося заряда. 17.2. Излучение ускоренно движущегося заряда. 17.3. Излучение заряда, движущегося равномерно по окружности
§ 18. Электромагнитные волны 73
18.1. Некоторые свойства поля излучения. 18.2. Бегущие волны. 18.3. Излучение электромагнитных волн колеблющимися зарядами. Энергия и импульс волн. 18.4. Собственные колебания поля. Стоячие волны
§ 19. Распространение света 77
19.1. Интерференция электромагнитных волн. 19.2. Дифракция электромагнитных волн. 19.3. Геометрическая оптика
Глава IV. Атомные явления. Квантовая механика 81
§ 20. О планетарной модели атома 81
§ 21. Опыты по дифракции частиц 81
§ 22. Соотношения неопределенностей 85
§ 23. Волны вероятности 87
23.1. Комплексные числа. Формула Эйлера. 23.2. Комплексные волны вероятности. Принцип суперпозиции. 23.3. Предельный переход к классической механике
§ 24. Электрон в атоме 91
24.1. Энергия и ее квантование. 24.2. Момент импульса и его квантование. 24.3. Амплитуды вероятности и квантовые числа
§ 25. Многоэлектронный атом 97
25.1. Спин электрона. 25.2. Системы одинаковых частиц. Квантовые статистики. 25.3. Атомные квантовые состояния
§ 26. Квантованное излучение атома 102
26.1. Квантовые переходы. Линейчатые спектры излучения. 26.2. Фотон. Понятие четности. Правила отбора § 27. Взаимодействие фотонов с электронами. Фотоэффект. Комптонэффект 107
§ 28. Одновременная измеримость величин и понятие об их полных наборах ПО
§ 29. Молекулы 111
Глава V. Макроскопические тела как совокупности частиц. Тепловые явления 114
§ 30. Основная задача статистической физики 114
§ 31. Макроскопические величины. Флуктуации 116
§ 32. Статистическое рассмотрение модели газа ч . . 117
32.1. «Машинные эксперименты». 32.2. Обратимость во времени микроскопических процессов и необратимость процессов в макротелах
§ 33. Энтропия 119
§ 34. Температура 119
§ 35. Равновесное распределение частиц в телах 123
§ 36. Термодинамические соотношения 126
§ 37. Идеальный газ 129
37.1. Вещество и его состояния. 37.2. Классический и квантовый идеальные газы. 37.3. Уравнение состояния идеального газа.
37.4. Теплоемкость идеального газа. 37.5. Обратимые тепловые процессы
§ 38. Статистика и термодинамика излучения 137
§ 39. Кристаллы fc 141
39.1. Кристаллическая решетка. 39.2. Типы связей в решетках.
39.3. Механические свойства кристаллов. 39.4. Электронные энергетические спектры кристаллов. 39.5. Теплоемкость решетки. 39.6. Электронный газ в металлах
§ 40. Фазовые переходы ; . . 158
Глава VI. Макроскопические движения сред. Неравновесные процессы 164
§ 41. Неравновесные состояния тел 164
§ 42. Макроскопическое движение 165
§, 43. Уравнения гидродинамики идеальной жидкости 166
43.1. Закон сохранения вещества в гидродинамике. 43.2. Уравнение движения в гидродинамике
§ 44. Гидродинамическое рассмотрение задач на вязкие течения, теплопроводность и диффузию 170
44.1. Вязкость. 44.2. Течение вязкой жидкости в трубе. 44.3. Теплопроводность. 44.4. Передача теплоты между двумя стенками.
44.5. Диффузия. Растворение кристалла в жидкости
§ 45. Кинетические коэффициенты в газах и их связь с молекулярными характеристиками 177
45.1. Понятие длины свободного пробега молекул. 45.2. Молекулярное рассмотрение процесса диффузии. 45.3. Диффузия как задача о случайном блуждании частиц. 45.4. Связь между кинетическими коэффициентами
§ 46. Законы сопротивления движению тел в жидкости 183
46.1. Метод подобия. Число Рейнольдса. 46.2. Сопротивление при малых скоростях. 46.3. Сопротивление при больших (дозвуковых) скоростях
§ 47. Неустойчивости в гидродинамике 188
47.1. Переход ламинарных течений в турбулентные. 47.2. Пограничный слой. 47.3. Турбулентная вязкость и температуропроводность. 47.4. Переход от молекулярного к конвекционному переносу теплоты. Солнечная грануляция
§ 48. Колебания и волны в жидкости 193
48.1. Некоторые виды волнового движения. 48.2. Характеристики волн. 48.3. Линейные и нелинейные волны. 48.4. Солитоны и другие нелинейные эффекты. 48.5. Сильно возмущенные среды. 48.6. Колебания заряженной капли и деление тяжелых атомных ядер
§ 49. Макроскопические движения сжимаемых сред 199
49.1. Обобщенная форма уравнения Бернулли. 49.2. Критерий сжимаемости среды и скорость звука. 49.3. Течение в трубе с переменным сечением. 49.9. Сопло Л аваля
§ 50. Ударные волны 202
50.1. Распространение возмущений в потоке сжимаемого газа.
50.2. Общие соотношения для ударного скачка. 50.3. Ударные волны в идеальном газе. 50.4. Задача о сильном взрыве в атмосфере
§ 51. Эффекты гидродинамической кумуляции 211
51.1. Кумулятивные струи. 51.2. Схлопывание пузырьков в жидкости. 51.3. Сходящиеся сферические и цилиндрические ударные волны. 51.4. Роль неустойчивостей в ограничении кумуляции. 51.5. Выход ударной волны на поверхность звезды
§ 52. Кавитация в жидкости 217
§ 53. Явления в сильно разреженных газах 218
§ 54. Макроскопические квантовые явления в жидкости 221
§ 55. Обобщения гидродинамики 223
Глава VII. Электромагнитные поля в средах. Электрические, магнитные и оптические свойства вещества 225
§ 56. Сверхпроводимость 225
§ 57. Электропроводность металлов 226
§ 58. Постоянный электрический ток 230
§ 59. Проводимость диэлектриков 232
59.1. Электроны и дырки. Экситонные состояния. 59.2. Полупроводники
§ 60. Электрические поля в веществе 235
60.1. Флуктуации поля в веществе. 60.2. Электростатическое поле в металле. 60.3. Электростатические поля в диэлектриках. Поляризация вещества
§ 61. Вещество в магнитном поле 241
61.1. Диамагнитный эффект. 61.2. Парамагнетики. Ориентационная намагниченность. 61.3. Спонтанная намагниченность. Ферромагнетизм. 61.4. Магнитные свойства сверхпроводников. Квантование крупномасштабного магнитного лотока § 62. Переменные токи и электромагнитные волны в среде. Оптические
свойства сред 250
62.1. Переменные поля и вещество. 62.2. Индукционная э. д. с. 62.3. Цепи переменного тока. Решения дифференциальных уравнений. 62.4. Генерация электромагнитных волн. 62.5. Некоторые законы оптики сред. Скорость распространения электромагнитных волн в среде. Отражение и преломление волн. 62.6. Показатель преломления в диэлектриках. Дисперсия света. Поглощение света. 62.7. Показатель преломления в металлах. Скин-эффект. Прозрачность металлов к жесткому излучению. 62.8. Эффекты нелинейной оптики. 62.9. Лазеры
Глава VIII. Плазма 271
§ 63. Общие замечания 271
§ 64. Квантовые явления в плазме. Туннелирование ядер сквозь потенциальный барьер 272
§ 65. Релятивистские эффекты в плазме. Дефект массы при синтезе ядер и их энерговыделение 275
§ 66. Статистика плазмы. Уравнение состояния плазмы. Тепловое излучение плазмы 276
§ 67. Кинетика плазмы. Подвижность ионов и ее связь с диффузией. Электропроводность плазмы 278
§ 68. Магнитная гидродинамика и неустойчивости плазмы. «Токамаки» 279
§ 69. Колебания и волны в плазме. Распространение радиоволн в ионосфере Земли 281
Глава IX. Звездные и дозвездные состояния вещества 284
§ 70. Состояние вещества при сверхвысоких температурах и плотностях 284
§ 71. Звезда — газовый шар 286 71.1. Расчет давления и температуры в центре звезды. 71.2. Температура поверхности и полная мощность излучения звезды. 71.3. Перенос энергии в звездах
§ 72. Источники звездной энергии 288
72.1. Анализ возможных источников энергии звезд. 72.2. Ядерные реакции протон—протонного цикла
§ 73. Плотные звезды — белые карлики 291
73.1. Возможная эволюция звезд типа Солнца. 73.2. Плотность и размеры белых карликов. 73.3. Предельная масса белых карликов
§ 74. Сверхплотные нейтронные звезды 293
74.1. Размеры нейтронных звезд. 74.2. Вращение и магнитные поля нейтронных звезд. 74.3. Радиоизлучение пульсаров. 74.4. Внутренняя структура нейтронных звезд. 74.5. Гравитационные эффекты в окрестностях нейтронной звезды
§ 75. Гравитация и релятивизм 298
75.1. Принцип эквивалентности. 75.2. Геометрия и ход времени в неинерциальных системах отсчета. 75.3. Уравнения Эйнштейна
§ 76. Расширение Вселенной 301
76.1. Фридмановские космологические решения. 76.2. Открытие «расширения» Вселенной. 76.3. Критическая плотность
§ 77. Горячая Вселенная 304
77.1. Открытие фонового теплового радиоизлучения. 77.2. Зарядово-несимметричная модель ранней Вселенной. 77.3. Изменение плотности и температуры дозвездной материи в процессе космологического расширения. 77.4. Состояние вещества в ранние эпохи горячей Вселенной
§ 78. Синтез элементов в звездах 309
Заключительное слово автора 314
Приложения 315
I. Фундаментальные эксперименты в истории физики и выдающиеся изобретения в физико-технической области 315
II. О мировых постоянных, анализе размерностей и системах единиц 320
III. Единицы физических величин 324
IV. Внесистемные единицы 325
V. Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименования 326
VI. Некоторые физические постоянные (приближенные значения) 326
VII. Латинский и греческий алфавиты 327
Предметный указатель 328

Для подготовительных отделений вузов за последние годы вышло немало учебных пособий по физике. Слушатели курсов могут не только по рекомендации преподавателей, но и по своему вкусу и наклонностям подбирать себе нужную книгу. Предлагаемое учебное пособие существенно отличается от остальных нетрадиционным построением курса физики. О схеме его построения кратко можно сказать так: «От атома — к веществу».
Каковы причины, побудившие автора именно так излагать курс? Создание новых материалов с необычными механическими, тепловыми, электрическими, магнитными и оптическими характеристиками требует микроскопического подхода к делу, ясного понимания практического смысла схемы «от атома — к веществу». Значит, к этому методу работы должны быть готовы научно-производственные кадры в таких отраслях, как физическое материаловедение, ядерная и полупроводниковая технология, разработка лазерной и космической техники и др.
Современная радиоэлектроника становится квантовой; на повестке дня у электротехников — использование квантовых сверхпроводящих материалов. Важнейшие биологические проблемы — понимание работы мышцы, передача нервного возбуждения, механизм памяти и др. — могут быть решены лишь исследованиями на молекулярном уровне. Обычные курсы физики, использующие схему построения: механика, теплота, электромагнетизм, оптика, атомная физика, не вполне отвечают указанным требованиям практики. Заметим, наконец, что не только современная инженерно-физическая практика требует построения курсов физики по схеме «от атома — к веществу», но и сама логика развития физики требует ее преподавания по той же схеме.
Какой будет «естественно-научная идеология» в подходе к техническому прогрессу в грядущем веке? Как нужно вести обучение, чтобы в потоке растущей научно-технической информации молодой специалист мог ориентироваться, мог самостоятельно сортировать эту информацию и видеть главную тенденцию развития? Эти вопросы еще ждут своего оптимального решения.
Содержание предлагаемого курса физики детально представлено в оглавлении. Из него видно, что пособие включает в себя широкий круг вопросов.