Общая физика. Под ред. Воробьева А.А.

М.: 2016.— 800 с.

Изложены наиболее важные для современной науки, техники и технологии разделы физики, являющиеся основой общего курса физики вузовской подготовки. Книга позволит студенту расширить свои представления об окружающем мире и подготовиться к усвоению специальных курсов по многим актуальным вопросам современной науки, техники и технологии. Это особенно важно, поскольку развитие науки и технологий во многом связывается со знанием и использованием физических законов и методов. Для студентов трехуровневой системы высшего образования (бакалавр, специалист, магистр), аспирантов и преподавателей вузов, школ и колледжей. Может быть использовано для самообразования.

Формат: pdf

Размер: 32,7 Мб

Смотреть, скачать: drive.google

Формат: djvu

Размер: 13 Мб

Смотреть, скачать: yandex.disk

ОГЛАВЛЕНИЕ
Принятые сокращения и обозначения 11
Предисловие 20
1. Механика 23
1.1. Кинематика 24
1.1.1. Кинематика материальной точки. Кинематика поступательного движения твердого тела 24
1.1.2. Кинематические характеристики вращательного движения 32
1.2. Динамика 36
1.2.1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета 36
1.2.2. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея 38
1.2.3. Второй закон Ньютона. Некоторые задачи динамики движения тел 41
1.2.4. Третий закон Ньютона 49
1.2.5. Классификация сил в механике 49
1.2.6. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Принцип Д'Аламбера 52
1.2.7. Система материальных точек. Внутренние и внешние силы 55
1.2.8. Задание состояния системы материальных точек 58
1.2.9. Динамика вращательного движения 59
1.3. Работа, энергия и мощность 67
1.3.1. Работа силы и момента силы 67
1.3.2. Мощность 69
1.3.3. Кинетическая энергия 70
1.3.4. Силовое поле 72
1.3.5. Потенциальная энергия 75
1.4. Законы сохранения в механике 81
1.4.1. Закон сохранения энергии в механике 81
1.4.2. Закон сохранения импульса 83
1.4.3. Закон сохранения момента импульса 84
1.4.4. Потенциальные кривые 85
1.4.5. Столкновения частиц 91
1.5. Общие представления о пространстве, времени, энергии, массе и гравитации 100
1.5.1. Общие положения теории относительности 100
1.5.2. Специальная теория относительности 103
1.5.3. Гравитация (основные принципы общей теории относительности Эйнштейна) 123
1.5.4. Основные выводы 126
2. Колебания и волны 128
2.1. Колебательное движение 128
2.2. Кинематика гармонических колебаний 130
2.3. Сложение гармонических колебаний 137
2.3.1. Сложение колебаний одного направления 137
2.3.2. Сложение двух колебаний одного направления с мало отличающимися частотами. Биения 140
2.3.3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний 142
2.4. Динамика гармонического колебательного движения 145
2.4.1. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний . 145
2.4.2. Пружинный маятник 145
2.4.3. Математический маятник 147
2.4.4. Физический маятник 148
2.4.5. Двухатомная молекула как линейный гармонический осциллятор 150
2.5. Энергия гармонических колебаний 152
2.6. Затухающие колебания 155
2.7. Вынужденные колебания 160
2.8. Волны 167
2.8.1. Общие сведения 167
2.8.2. Уравнение плоской бегущей волны 171
2.8.3. Энергия волн 176
2.8.4. Акустический эффект Доплера 181
2.9. Сложение волн 183
2.9.1. Принцип суперпозиции волн 183
2.9.2. Стоячие волны 186
2.9.3. Колебания струны 189
2.9.4. Группа волн. Групповая скорость 190
2.9.5. Понятие о фононах 193
3. Элементы механики сплошных сред 195
3.1. Основы гидростатики 195
3.1.1. Передача давления в жидкости 195
3.1.2. Закон Паскаля 196
3.1.3. Выталкивающая сила Архимеда 199
3.1.4. Сила поверхностного натяжения 200
3.2. Гидродинамика. Течение несжимаемой жидкости 202
3.2.1. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. Закон Хагена — Пуазёйля 203
3.2.2. Условие неразрывности потока 206
3.2.3. Давление жидкости на стенки трубы. Уравнение Бернулли. 208
3.2.4. Формула Торричелли 212
4. Молекулярная физика 214
4.1. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа 216
4.1.1. Функция распределения 216
4.1.2. Модель идеального газа 222
4.1.3. Абсолютная температура и температурные шкалы 228
4.2. Распределение молекул газа по потенциальной энергии (распределение Больцмана) 229
4.2.1. Идеальный газ во внешнем силовом поле 229
4.2.2. Барометрическая формула 232
4.2.3. Центрифугирование 233
4.2.4. Распределение Больцмана и фактор Больцмана 236
4.3. Распределение молекул идеального газа по кинетическим параметрам (распределение Максвелла) 238
4.3.1. Классическое распределение Максвелла—Больцмана 238
4.3.2. Распределение Максвелла по абсолютным значениям скорости частиц 239
4.3.3. Распределение Максвелла по кинетическим энергиям частиц 244
4.4. Статистические флуктуации 246
4.5. Тепловые свойства систем, состоящих из многих частиц 249
4.5.1. Кинетическая теория теплоты 250
4.5.2. Тепловая энергия 251
4.5.3. Основы термодинамического метода 252
4.5.4. Равновесные состояния 253
4.5.5. Нулевой закон термодинамики — распределение энергии между частицами в ТДС 255
4.5.6. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы 257
4.5.7. Первое начало термодинамики 262
4.5.8. Теплоемкость идеального газа. Работав изопроцессах 265
4.5.9. Теоретические и экспериментальные значения теплоемкостей идеальных газов 271
4.5.10. Второе начало термодинамики. Цикл Карно 275
4.5.11. Энтропия. Другие термодинамические функции 285
4.5.12. Тепловая теорема Нернста 296
4.6. Газ Ван-дер-Ваальса 298
4.6.1. Уравнение состояния ван-дер-ваальсовского газа 298
4.6.2. Внутренняя энергия реального газа 304
4.6.3. Эффект Джоуля — Томсона 305
4.7. Элементы физической кинетики 308
4.7.1. Процессы переноса. Релаксация 309
4.7.2. Явления переноса в идеальных газах 311
4.7.3. Макроскопическое представление коэффициента переноса 313
4.7.4. Диффузия 316
4.7.5. Теплопроводность 318
4.7.6. Вязкость или внутреннее трение 320
4.7.7. Сопоставление характеристик явлений переноса 323
4.7.8. Явления переноса в условиях вакуума 325
4.7.9. Особенности движения тел в вязкой среде 329
4.8. Химические реакции 333
4.8.1. Закон Аррениуса 333
4.8.2. Разветвленные цепные химические реакции 337
5. Статическое поле электрических зарядов. Диэлектрические свойства вещества 340
5.1. Электростатическое поле 340
5.1.1. Основные законы электростатики 341
5.1.2. Напряженность электростатического поля 342
5.1.3. Теорема Остроградского — Гаусса 346
5.1.4. Работа сил электростатического поля. Потенциал 359
5.1.5. Электрический диполь 363
5.1.6. Потенциал поля произвольно распределенного в пространстве заряда 367
5.2. Диэлектрические свойства веществ в связи с их строением 371
5.2.1. Проводники и диэлектрики. Общие положения 371
5.2.2. Феноменологические (макроскопические) свойства диэлектриков 373
5.2.3. Микроскопические характеристики диэлектриков 377
5.2.4. Типы поляризации 380
5.2.5. Зависимость поляризуемости от частоты переменного электрического поля 387
5.2.6. Локальное поле в диэлектрике. Поле Лоренца 390
5.2.7. Формула Клаузиуса — Мосотти 393
5.2.8. Опытное определение поляризуемости и электрического дипольного момента молекул 396
6. Поле постоянных токов. Магнитные свойства вещества 399
6.1. Основные характеристики магнитного поля 399
6.1.1. Постоянный электрический ток 399
6.1.2. Магнитная индукция поля токов 406
6.1.3. Закон полного тока (тока проводимости) 411
6.1.4. Действие магнитного поля на проводник с током и на движущийся заряд 414
6.1.5. Магнитный дипольный момент в магнитном поле 421
6.1.6. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея 423
6.2. Магнитные свойства магнетиков 428
6.2.1. Атомный магнетизм 429
6.2.2. Макроскопические свойства магнетиков 431
6.2.3. Магнитное поле в магнетике 433
6.2.4. Микроскопическая картина намагничивания 436
6.3. Магнитоупорядоченные состояния 448
6.3.1. Ферромагнетизм 449
6.3.2. Домены. Кривая намагничивания ферромагнетика 451
6.3.3. Антиферро-и феррймагнетики 454
6.4. Уравнения Максвелла 455
6.4.1. Ток смещения 457
6.4.2. Электромагнитная волна 459
6.4.3. Уравнение непрерывности в электродинамике 468
7. Волновая оптика и квантовооптические явления 469
7.1. Физика электромагнитных волн оптического диапазона 470
7.2. Интерференция 474
7.2.1. Сложение двух световых волн одинаковой частоты и направления распространения 474
7.2.2. Интерференция в тонких пленках 475
7.3. Дифракция 484
7.3.1. Принцип Гюйгенса—Френеля. Зоны Френеля 484
7.3.2. Дифракция на одной прямоугольной щели 486
7.3.3. Дифракционная решетка 488
7.3.4. Дифракционная решетка как спектральный прибор 491
7.3.5. Дифракция рентгеновских лучей 493
7.4. Поляризация 495
7.4.1. Поляризованный свет 495
7.4.2. Закон Малюса 497
7.4.3. Поляризация при отражении. Закон Брюстера 498
7.4.4. Вращение плоскости поляризации 498
7.4.5. Двойное лучепреломление. Призма Нйколя 500
7.5. Дисперсия света 504
7.6. Квантово-оптические явления 506
7.6.1. Экспериментальные законы излучения абсолютно черного тела 506
7.6.2. Теория излучения абсолютно черного тела с точки зрения волновых представлений. Формула Рэлея — Джинса 511
7.6.3. Гипотеза квантов. Формула Планка. Свет с волновой и квантовой точек зрения 514
7.6.4. Фотоэффект и другие квантово-оптические явления 518
7.7. Теория атома Бора 527
7.7.1. Краткая предыстория современного атомизма 527
7.7.2. Постулаты и правило квантования Бора 531
7.7.3. Недостатки теории Бора и ее дальнейшее развитие. Принцип соответствия 535
8. Элементы квантовой механики 538
8.1. Корпускулярно-волновой дуализм 538
8.1.1. Гипотеза де-Бройля 538
8.1.2. Дифракция электронови нейтронов 539
8.2. Соотношение неопределенностей Гейзенберга 542
8.3. Волновая функция и уравнение Шредингера 546
8.3.1. Вероятностная трактовка волновой функции и квадрата ее модуля 546
8.3.2. Уравнение Шредингера 548
8.3.3. Стандартные условия, которым должна удовлетворять волновая функция 550
8.4. Наиболее общие задачи квантовой механики 551
8.4.1. Свободная частица 551
8.4.2. Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме и потенциальной яме конечной глубины 553
8.4.3. Потенциальная ступень 560
8.4.4. Потенциальный барьер. Туннельный эффект 562
8.4.5. Туннельный эффект в химии 566
8.5. Атом водорода 569
8.5.1. Уравнение Шредингера для атома водорода: переход к сферическим координатам и разделение переменных 570
8.5.2. Собственные значения проекции Lz орбитального момента импульса электрона 573
8.5.3. Решение уравнения Шредингера для абсолютного значения момента импульса ротатора. Векторы момента импульса в квантовой механике, пространственное квантование. Магнитный момент одноэлектронного атома 575
8.5.4. Решение уравнения Шредингера для радиальной части волновой функции. Квантование энергии электрона 581
8.5.5. Спин электрона 583
8.5.6. Квантовые числа, характеризующие состояние электрона в атоме водорода 585
8.5.7. Атомные орбитали 586
8.5.8. Спин-орбитальное взаимодействие 592
8.6. Многоэлектронный атом 594
8.6.1. Типы связи электронов в атоме 594
8.6.2. Магнитный момент и векторная модель многоэлектронного атома. Фактор Ланде 597
8.6.3. Атомные термы 601
8.6.4. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли 602
8.7. Атом в магнитном поле: эффект Зеемана 605
8.8. Квантовый осциллятор и квантовый ротатор 610
8.8.1. Квантовый гармонический и ангармонический осцилляторы 611
8.8.2. Квантовый жесткий ротатор 617
8.9. Основные положения квантовой статистики 618
8.9.1. Задание состояний системы частиц в квантовой статистике 618
8.9.2. Статистика Бозе — Эйнштейна 627
8.9.3. Статистика Ферми—Дирака 630
8.9.4. Статистика Больцмана 630
8.9.5. Особенности распределения Бозе — Эйнштейна 632
8.9.6. Особенности распределения Ферми— Дирака 637
9. Основы физики ядра, элементарные частицы 643
9.1. Ядро атома. Общие характеристики ядер 643
9.2. Электрические и магнитные характеристики ядра 644
9.2.1. Момент импульса и магнитный момент ядра 644
9.2.2. Распределение электрического заряда в ядре 646
9.2.3. Квадрупольный момент ядра 648
9.3. Ядерные силы 651
9.4. Модели ядра 653
9.5. Ядерные реакции 656
9.6. Радиоактивное излучение и его взаимодействие с веществом 661
9.7. Внутриатомные электронно-ядерные взаимодействия 670
9.7.1. Электростатическое взаимодействие ядра с окружающими его зарядами 670
9.7.2. Кулоновское взаимодействие электронной оболочки с точечным ядром 673
9.7.3. Кулоновское взаимодействие электронной оболочки с ядром конечных размеров. Химический (изомерный) сдвиг 674
9.7.4. Энергия взаимодействия квадрупольного момента ядра с градиентом напряженности электрического поля. Квадрупольное расщепление 677
9.7.5. Взаимодействие магнитного момента ядра с электронной оболочкой 678
9.7.6. Резонансное поглощение у-квантов. Эффект Мессбауэра . 680
9.7.7. Ядерный магнитный резонанс 685
9.8. Элементы дозиметрии и радиационной безопасности 689
9.9. Элементарные частицы 692
9.9.1. Классификация элементарных частиц 693
9.9.2. Кварковая модель адронов 696
9.9.3. Элементарные частицы и космология 698
10. Физика твердого тела 703
10.1. Структура кристалла, кристаллическая решетка 703
10.2. Электроны в кристаллах 709
10.2.1. Образование энергетических зон 709
10.2.2. Элементы квантовой статистики электронов в кристаллах 712
10.2.3. Зонная теория твердых тел 716
10.3. Динамика решетки и теплоемкость твердых тел 718
10.3.1. Модель Борна—Кармана и дисперсионные кривые. 718
10.3.2. Энергия колебаний и теплоемкость твердого тела 724
10.4. Дефекты в кристаллах 738
10.4.1. Точечные дефекты 739
10.4.2. Дислокации 741
10.5. Явления переноса в твердых телах и жидкостях 744
10.6. Некоторые практически важные электрические свойства кристаллов 750
11. Экспериментальные физические методы 759
11.1. Понятие об атомной и молекулярной спектроскопии 760
11.2. Резонансные методы 764
11.2.1. Гамма-резонансная (мессбауэровская) спектроскопия 765
11.2.2. Применение ядерного магнитного резонанса в химии 771
11.2.3. Электронный парамагнитный резонанс 781
11.2.4. Возможности ядерного квадрупольного резонанса 784
11.3. Рентгеновский флюоресцентный анализ 785
11.4. Нейтронно-активационный анализ 788
Предметный указатель 791
Список литературы 799

Данная книга представляет собой учебное пособие по общей физике. Если считать (так полагают некоторые авторитеты в области науки и методики преподавания), что никакой другой физики вообще не существует, тем не менее, современная физика столь многообъемлюща, что претендовать на изложение всех ее аспектов, доступных специалистам в своих областях этой науки мы не можем. Область нашего рассмотрения — физика в картине мира современного человека, получающего высшее образование в нефизическом вузе, т.е. высшем учебном заведении, где она не является профильной специальностью, но включена в программу подготовки специалистов.