книги из ГПНТБ / Бордовский Г.А. Физика учеб. пособие для студентов фак. естествознания пед. ин-тов

Подтвердим этот вывод следующим мысленным опытом. Используем в качестве часов устройство, представленное на рис.2 .3 1 .

Луч. света движется между двумя параллельными абсо - лютно отражающими зеркала­ ми, помещенными на нѳкото-

сах. Сравним показания двух идентичных часов: А, которые по -

коятся и В, которые движутся относительно А со скоростью \Г .

Обозначим время прохождения света между зеркалами в неподвиж­

между двумя отражениями возрастает. По теореме Пифагора можно записать:

(2 .5 5 )

раз медленнее. Этот эффект не связан со спѳцификой часов, а является неотъемлемым свойством времени. Для того, чтобы убедиться в этом, рядом с оптическими часами мож­ но поставить обычные. Если бы обычные часы в движущейся сис - теме шли быстрее, чем оптические, то это позволило бы опреде­ лить абсолютное движение, что нарушает принцип относительнос­

осуществляться с огромными скоростями. Допустим, что в ново -г

2 .6 .6 . Релятивистское сложение скоростей

Как известно из нѳрѳлятивистской механики, скорости скла­ дываются по правилу (2 .56)

любых инерциальных систем отсчета. Применим к этому случаю правило сложения скоростей (2 .56) и получим ѵ + с = с ?!! Следовательно, выражение (2 .5 6 ) должно быть уточнено.

Выведем формулу для релятивистского сложения скоростей

следующим образом. Скорость тела в неподвижной системе коор -

Как и следовало ожидать, формула для релятивистского сложения скоростей (2 .57) переходит в формулу (2 .5 6 ) при V « с .

О

Рассмотренная выше1теория называется специальной теорией относительности. Эйнштейн создал также обюю теорию относи - тельности. которая является современной теорией тяготения.Эта теория выходит за рамки настоящего пособия.

- 52 -

ра скорости в некоторый момент времени?

3 . Велосипедист движется со скоростью 20 км/час.Во сколь­

Земли, вращающегося по круговой орбите на расстоянии 20000 км

пендикулярном направлению движения не изменяется.

10. С самолета, летящего относительно Земли со скоростью

3000 км/час, пускается ракета со скоростью 3000 км/час отно - сительно самолета. Какова скорость ракеты относительно Земли?

11. На сколько процентов увеличится масса электрона, ес­

тяжести находится на высоте 0,25 см от пола. При какой мини - мальной скорости таракан споткнувшись может перевернуться на спину?

Г л а в а Ш

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

§ 3 .1 . Общие представления молекулярно-кинетической

теории строения вещества

Многочисленные материальные тела, встречающиеся в приро­

д е, обладают самыми разнообразными свойствами. Известно, на­

пример, что медная проволока, будучи быстро растянутой, охла­ ждается, а резиновый жгут в этих условиях, наоборот, нагрева­

удивительными свойствами (вплоть до мыслительной способности

головного мозга) обладают органические вещества. Такое разно­

образие физических свойств материалов обусловлено различием их внутреннего строения.

В основе современных представлений о строении вещества

лее простыми из этих частиц являются атомы. Однако, несмотря

на то, что по-гречески "атом'*, означает неделимый, он совсем

не представляет сооой предела делимости вещества и не являет­ ся его мельчайшей частицей. Атомы - это простейшие из частиц, которые еще обладают определенными химическими свойствами(ва­ лентностью и Т .П .). Если разложить атом на составные части

(ядро и электроны), то он потеряет эти свойства. О величине

в естественном состоянии. Все многообразие вещества обуслов -

33 букв русского алфавита составлены десятки тысяч слов, со - четание 92 элементов дает огромное число различных химических соединений. Естественно, что подавляющее число веществ»встре­ чающихся в природе, состоит из молекул. Некоторые молекулы содержат сотни и тысячи атомов, достигают гигантских (по атом­ ным масштабам) размеров и при увеличении в миллионы раз могут наблюдаться визуально с помощью современных электронных мик -

роскопов.

Атомы и молекулы, во-первых, сами по себе представляют

слохные образования, а , во-вторых, они сложным образом взаи - модѳйствуют друг с другом, причем это взаимодействие не явля­

кул. Она пользуется определенными модельными представлениями, например, иногда абстрагируется от реальных сил взаимодѳйст - вия между атомами и молекулами, рассматривает их как недели - мыѳ и неизменные частицы и не занимается вопросами их внутрен­

удовлетворительно объясняются очень многие свойства материаль­ ных тел (теплоемкость, теплопроводность, диффузия и д р .) .

Идеи атомизма зародились еще в глубокой древности. На -

пример, они высказывались в трудах Демокрита, Лукреция, Эпи - кура, древнеиндийских философов и других древних мыслителей . Во времена раннего средневековья эти идеи были забыты и фак - тически молекулярно-кинетическая теория была -создана усилиями многих ученых в 18-19 вв. Среди них в первую очередь следует отметить Р.Майера (1814 - 1878), Д.Джоуля (1818 - 1889), Г.Гельмгольца (1821 - 1894)»Р.Клаузиуса (1822 - 1888). Боль -

- 56 -

точно разреженных газов, находящихся при сравнительно высокой температуре. На рис.3.1 представлена температурная завися мостъ давления газа при постоянном объеме (изохора). Пункти - ром на этом же рисунке изображена зависимость, соответствую -

щая закону нлапеирона-Менделеева ( 3 .5 ) . Видно, что этот закон

выполняется не во всей температурной области, причем для од -

каждого газа . Уравнение Ван-дер-Ваальса также имеет свои пре­ делы применимости.

Рассмотрение явлений природы так, как они проявляются

пѳримѳнтально наблюдаемые величины, а законы, которым они под­ чиняются, носят опытный (эмпирический) характер. Термодинами­ ческий метод не требует также знания каких-либо свойств ато - мов или молекул, составляющих тело, поэтому обладает большой общностью и позволяет относительно просто решать широкий круг практических вопросов, в том числе и вопросы энергообмена в

живых организмах. С другой стороны, пользуясь термодинамиче - ским методом нельзя выяснить физический механизм тех или иных

а при высоком давлении нет? Каков физический смысл поправок

Ван-дер-Ваальса? и т .д .

Статистический метод лишен названных недостатков. В ос - нове этого метода как раз лежит задача анализа атомно-молеку­ лярного механизма физических явлений. В статистическом методе

используются определенные представления о свойствах атомов и

молекул, о механизме их взаимодействия. Такой подход позволя­ ет с единой точки зрения обосновать уравнения состояния газа,

применимости, иднако статистический метод тоже не лишен неко­ торых недостатков. Он основывается на определенных модельных представлениях о свойствах атомов и молекул, поэтому выводы,к которым он приводит, справедливы лишь настолько, насколько точно соответствует выбранная модель свойствам реальных ато - мов и молекул. Кроме того использование статистического ме­

тода часто сталкивается с оольшими математическими трудностя­ ми. ѵ

3 .2 .2 . Микропараметры газа

При изучении физических явлений статистическим методом рассматриваются микропараметры вещества. Допустим, что газ состоит из молекул, которые представляют сооой абсолютно твер­ дые, хаотически движущиеся шарики^/. Пусть молекулы не испы -

^Термин "газ" впервые введен в науку в 164U годы голландс - ким ученым Ван-Гельмонтом и в переводе означает "хаос".

- 59 -