Релятивистский импульс
В релятивистской механике импульс и второй закон Ньютона следует записывать иначе, чем в классической механике
, 
.
Здесь 
– релятивистская масса, т. е. масса
тела в системе отсчета относительно
которой тело движется со скоростью v;
m0 – масса
покоя тела, т.е. масса тела, измеренная
в той инерциальной системе отсчета,
относительно которой тело покоится.
Полная энергия тела, как показал Эйнштейн, определяется соотношением W = mc2.
Это закон взаимосвязи массы и энергии:
Теория относительности потребовала пересмотра классических представлений. Без использования теории относительности невозможны расчеты в ядерной физике, астрономии, физике элементарных частиц.
Раздел 2 Молекулярная физика. Статистическая физика и термодинамика
Молекулярная физика изучает строение и свойства вещества, исходя из молекулярно-кинетических представлений. Она интересуется не движением отдельных молекул, а лишь средними величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц. В ней используется статистический метод исследования.
Состояние системы задается так называемыми термодинамическими параметрами. К термодинамическим параметрам относятся: давление p, объем V, температура T, плотность = m/V, число молей = m/М, где m – масса газа; M – молярная масса газа.
Число частиц, содержащихся в моле вещества, называется числом Авогадро. Оно равно
NA = 6,022.1023 моль-1.
В молекулярной физике и термодинамике используется модель идеального газа. Газ считают идеальным, если 1) объем молекул пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда; 2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия; 3) молекулы сталкиваются упруго.
Уравнение состояния идеального газа для произвольной массы газа называется уравнением Менделеева-Клапейрона и имеет вид
pV
=
RT.
где R = 8,31 Дж/(мольК) универсальная газовая постоянная;
Величина k
= 1,38.10-23
Дж/К,
называется постоянной Больцмана. Из двух последних уравнений получим другой вид уравнения состояния газа
.
Здесь n – концентрация молекул газа. Уравнение состояния газа легко запомнить, если прочесть: «папа – кандидат технических наук».
Впервые идея о том, что все вещества состоят из атомов, была высказана философами Древней Греции Анаксагором и Демокритом.
В 17 веке идея об атомистическом строении вещества возрождается, но уже как научная гипотеза. В начале 20 века создана молекулярно-кинетическая теория. Основные положения теории:
Все тела состоят из атомов и молекул.
Атомы и молекулы находятся в непрерывном движении.
Между молекулами происходит взаимодействие.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории определяется соотношением
.
Здесь m0
– масса одной молекулы, 
средняя квадратичная скорость молекул.
Есть
три вида скоростей теплового движения
молекул: средняя
квадратичная скорость 
;
средняя
арифметическая скорость 
;
наиболее
вероятная скорость
молекул при данной температуре 
.
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы:
=
.
Больцман показал, что средняя кинетическая энергия молекулы может быть выражена через ее степени свободы
.
Здесь i – число степеней свободы, т. е. количество независимых величин, с помощью которых может быть задано положение системы.
Число степеней свободы одноатомной молекулы i = 3,
двухатомной молекулы i = 5, трехатомной молекулы i = 6.
Число степеней свободы учитывает, что наряду с поступательным движением возможны также вращение молекулы и колебания атомов.
Если телу сообщается определенное количество теплоты, возрастает его внутренняя энергия. Внутренняя энергия определяется кинетической энергией микрочастиц тела и энергией взаимодействия этих частиц.
Внутренняя энергия произвольной массы газа
.
Теплоемкостью какого-либо тела называется величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один градус
C
=
.
Теплоемкость моля вещества называется молярной теплоемкостью. Она обозначается большой буквой C.
Теплоемкость единицы массы вещества называется удельной теплоемкостью. Она обозначается маленькой буквой c. Обе теплоемкости связаны соотношением
C = c M.