- •Федеральное агентство по образованию
- •Введение
- •1. Панорама современного естествознания
- •1.1. Естественнонаучная и гуманитарная культура
- •1.2.Научный метод
- •1.3. История развития естествознания
- •1.4.Физика - основа современного естествознания
- •2. Иерархия структур в микро-, макро- и мегамире
- •Звёзды. Галактики. Вселенная
- •3. Представление о концепциях материи, движения, пространства и времени
- •3.1.Основные свойства пространства и времени
- •3. 2. Принципы относительности и инвариантность. Симметрия
- •4. Механическое движение. Классическая концепция Ньютона
- •4.1. Физические величины и их единицы измерения
- •4.2. Классическая концепция Ньютона
- •Силы. Закон всемирного тяготения
- •Закон сохранения импульса
- •4.3. Работа, мощность, энергия
- •4.4. Закон сохранения механической энергии
- •4.5. Общефизический закон сохранения энергии
- •5. Колебания и волны
- •5.1. Гармонические колебания и их характеристики
- •5.2. Вынужденные колебания. Резонанс
- •5.3. Волновые процессы
- •5.4. Свойства волн: интерференция, дифракция
- •6. Фундаментальные взаимодействия
- •6.1. Концепции близкодействия и дальнодействия
- •6.2 Виды фундаментальных взаимодействий
- •6.3. Понятие физического поля
- •6.4. Гравитационное поле
- •6.5. Электромагнитные поля и волны
- •6.6. Принцип суперпозиции
- •6.7. Шкала электромагнитных волн
- •7. Статистические и термодинамические свойства макросистем
- •7.1. Основные понятия молекулярной физики
- •7.2. Термодинамические законы
- •7.3. Энтропия
- •7.4. Второе начало термодинамики
- •7.5. Термодинамика открытых систем
- •8. Концепция корпускулярно-волнового дуализма
- •8.1. Природа света
- •8.2. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц
- •8.3. Принципы неопределённости и дополнительности
- •9. Элементы атомной и ядерной физики
- •9.1. Физика атома
- •9.2. Строение атомного ядра
- •9.3. Дефект массы и энергия связи ядра. Явление радиоактивности. Виды радиоактивного распада
- •9.4. Ядерные и термоядерные реакции
- •9.5. Воздействие излучения на человека. Радиационно-биологические процессы
- •10. Развитие химических концепций
- •10.1. Эволюция химических знаний
- •10.2. Основные понятия химии
- •10.3. Периодическая система химических элементов д.И. Менделеева и её современный вид
- •10.4. Виды химической связи
- •10.5. Реакционная способность веществ. Химические реакции
- •Скорость химических реакций. Современный катализ
- •Обратимые и необратимые химические реакции
- •Принцип Ле Шателье
- •Тепловой эффект реакции
- •10.6. Методы качественного и количественного анализа
- •10.7. Синтез вещества
- •11. Мегамир: современные космологические концепции
- •11.1. Концепции эволюции Вселенной
- •11.2. Концепции эволюции звездных объектов
- •Черные дыры
- •Белые карлики
- •Нейтронные звезды
- •Пульсары
- •Квазары
- •11.3. Концепции эволюции Солнечной системы
- •12. Планета Земля и современные представления о литосфере
- •12.2. Теория литосферных плит
- •12.3. Географическая оболочка Земли
- •12.4. Условия, способствующие возникновению жизни на Земле.
- •13. Биосфера. Биологические концепции
- •13.1. Развитие биологических концепций
- •13.2. Концепции происхождения жизни
- •13.3. Принципы развития, эволюции и воспроизводства живых систем
- •13.4. Биосфера и ее свойства
- •13.5. Биологические уровни организации материи
- •13.6. Генетика и эволюция
- •14.Экология в современном мире
- •14.1. Основные направления экологии
- •14.2. Вредные вещества и их реальная опасность
- •14.3. Сохранение озонового слоя
- •14.4. Кислотные осадки
- •14.5. Парниковый эффект
- •14.6. Захоронение радиоактивных отходов
- •15. Феномен Человек
- •15.1. Возникновение человека
- •15.2. Человек: физиология, здоровье, работоспособность, эмоции
- •15.3. Творчество
- •15.4. Биоэтика
- •15.5. Космические и биологические циклы
- •16.Самоорганизация в природе
- •16.1. Синергетика - новая междисциплинарная наука
- •16.2. Порядок из хаоса
- •16.3. Диссипативные структуры
- •16.4. Концепции самоорганизации
- •Принцип универсального эволюционизма. Путь к единой культуре
6.4. Гравитационное поле
Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством центрального гравитационного поля (поля тяготения), источником которого является масса тела. Для количественной характеристики гравитационного поля вводят две физические величины – напряженность и потенциал поля тяготения.
Напряженность гравитационного поля – векторная физическая величина, равная по величине и направлению силе тяготения, действующей на единичную массу, помещенную в данную точку поля:.
Направлена напряженность к телу, создающему гравитационное поле. Для материальной точки массойМ, на расстоянии r от нее:
(см.п.4.2),
где g – ускорение силы тяжести (тяготения).
Потенциал гравитационного поля - скалярная физическая величина, численно равная потенциальной энергии единичной массы, помещенной в данную точку поля (см. п.4.3.):
Потенциал увеличивается с расстоянием, максимальное его значениесоответствуетr = ∞, то есть бесконечному удалению материальной точки от центра сил.
6.5. Электромагнитные поля и волны
Среди четырех видов фундаментальных взаимодействий – гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого – электромагнитное взаимодействие занимает первое место по широте и разнообразию проявлений. В повседневной жизни и технике мы чаще всего встречаемся с различными видами электромагнитных взаимодействий: силы упругости, трения, силы мышц человека и животных и т.д.
Электромагнитное взаимодействие позволяет видеть окружающие нас многообразные предметы и тела, так как свет – одна из форм электромагнитного поля. Сама жизнь немыслима без сил электромагнитной природы.
К созданию электромагнитной теории поля привела длинная цепь случайных открытий и планомерных кропотливых исследований, начиная с обнаружения способности янтаря, потертого о шелк, притягивать легкие предметы и кончая предложением Максвелла - идеи о порождении магнитного поля переменным электрическим полем.
В 60-х годах 19 в. Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Эта была первая теория поля, успешно объяснившая многие электромагнитные явления. Максвелл высказал гипотезу, что, во-первых, электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем (согласно закону Фарадея), как и само магнитное поле, является вихревым, и, во-вторых, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в пространстве вихревое электрическое поле, то должно существовать обратное явление: всякое изменение электрического поля должно вызывать в окружающем пространстве появление вихревого магнитного поля.
Таким образом, переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, т.е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом – они образуют единое электромагнитное поле.
Теория Максвелла, являясь обобщением основных законов электрических и магнитных явлений, не только смогла объяснить уже известные к тому времени экспериментальные факты, что также является важным её следствием, но и предсказала новые явления. Так было предсказано существование электромагнитных волн – переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью.
Электромагнитные волны имеют много общего с механическими и акустическими волнами. И те, и другие представляют собой распространение колебаний в пространстве; характеризуются одними и теми же параметрами: длинной волны – λ, частотой ν и циклической частотой ω, периодом Т, амплитудой А, Е0, Н0, волновым числом k=2π/λ и др. Уравнения этих волн так же аналогичны. Распространение электромагнитных волн описывается аналогичными уравнениями механических волн (см.п.5.3):
,
где и- напряженности (и их амплитуды) электрического и магнитного полей.
Но между ними существуют и различия. Если механические и акустические волны способны распространяться только в упругой среде (твердые тела, жидкости, газы), то электромагнитные волны могут перемещаться и в вакууме. Механические волны могут быть и поперечными и продольными, электромагнитные волны – только поперечными. Волны в упругих средах не могут, как электромагнитные волны распространяться со скоростью света.
Длина электромагнитной волны в вакууме .