Заключение
Итак, изложение курса физики закончено. Начав его детальное изучение с физических основ механики, мы последовательно рассмотрели основы молекулярной физики и термодинамики, учение об электричестве и электромагнетизме, колебания и волны, оптику, элементы квантовой физики и физики твердого тела, физики ядра и элементарных частиц. Приведенный перечень разделов, изложенных в курсе, позволяет проследить логику развития физики и эволюцию ее идей, а также представить основные периоды и этапы ее становления.
Со времени выхода в свет труда И. Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687), в котором он сформулировал три основных закона механики и закон всемирного тяготения, прошло более трехсот лет. За это время физика прoшла путь от макроскопического уровня изучения явлений до исследования материи уровне элементарных частиц.
Однако, несмотря на огромные успехи, которых физика достигла за это время и особенно в XX столетии, современная физика и астрофизика стоят перед целым рядом нерешенных проблем.
Например, проблемы физики плазмы — разработка методов разогрева плазмы примерно 109 К и ее удержание в течение времени, достаточного для протека термоядерной реакции; квантовой электроники — существенное повышение к.п.д. л, ров, расширение диапазона длин волн лазерного излучения с плавной перестройкой частоте и т. д.; физики твердого тела — получение материалов с наперед заданными свойствами и, в частности, с экстремальными параметрами по большому «спектру» характеристик, создание высокотемпературных сверхпроводников и т. д.; физики атомного ядра — осуществление управляемого термоядерного синтеза, поиск долгоживущих элементов с Z = 114 126, предсказанных теорией, построение теории силы взаимодействий и т. д.; физики элементарных частиц — доказательство реально существования кварков и глюонов (частиц, осуществляющих взаимодействие между кварками), построение квантовой теории тяготения и т. д.; астрофизики — природа квазаров (мощных внегалактических источников электромагнитного излучения), причины вспышек сверхновых звезд, состояние материи при огромных плотностях и давлениях внутри нейтронных звезд и т. д. Поставленные проблемы требуют дальнейшего разрешения.
Основные законы и формулы
1. Физические законы механики
Средняя скорость
Мгновенная скорость
Среднее ускорение
Мгновенное ускорение
Тангенциальная составляющая
ускорения
Нормальная составляющая ускорения
Полное ускорение
Кинематические уравнения
равнопеременного
поступательного движения
Угловая скорость
Угловое ускорение
Кинематические уравнения
равнопеременного вращательного
движения
Связь между линейными и
угловыми вели чинами при
вращательном движении
Импульс (количество движения)
Второй закон Ньютона
Сила трения скольжения
Закон сохранения импульса
(для замкнутой системы)
Работа переменной силы на участке траектории 1—2
Мгновенная мощность
Кинетическая энергия
Потенциальная энергия тела, поднятого
над поверхностью Земли,
Потенциальная энергия
упругодеформированного тела
Полная механическая энергия системы
Закон сохранения механической
энергии (для консервативной системы)
Скорость шаров массами m1 и m2 после
абсолютно упругого центрального удара
Скорость шаров после абсолютного
неупругого удара
Момент инерции системы (тела)
Моменты инерции полого и сплошного
цилиндров (или диска) относительно
оси симметрии
Момент инерции шара относительно
оси, проходящей через центр шара,
Момент инерции тонкого стержня
относительно оси, перпендикулярной
стержню и проходящей через его середину,
Момент инерции тонкого стержня
относительно оси, перпендикулярной
стержню и про ходящей через его конец,
Теорема Штейнера
Кинетическая энергия вращающегося
телa относительно неподвижной оси
Момент силы относительно
неподвижной точки
Момент силы относительно
иеподвижной оси
Момент импульса материальной
точки относительно неподвижной точки
Момент импульса твердого тела
относительно неподвижной оси
Уравнение динамики вращательного
движения твердого тела
Закон сохранения момента импульса
замкнутой системы)
Закон всемирного тяготения
Сила тяжести
Напряженность поля тяготения
Потенциал поля тяготения
Взаимосвязь между потенциалом поля
тяготения и его напряженностью
Уравнение неразрывности
для несжимаемой жидкости
Уравнение Бернулли
Релятивистское замедление хода часов
Релятивистское (лоренцево)
сокращение длины стержня
Релятивистский закон сложения
скоростей
Масса релятивистской частицы
Закон взаимосвязи массы и энергии
Релятивистский импульс
Связь между полной энергией и
импульсом релятивистской частицы
2.Основы молекулярной
физики и термодинамики
Закон Бойля — Мариотта
Законы Гей-Люссака
Закон Дальтона
Уравнение Клапейрона — Менделеева
для произвольной массы газа
Основное уравнение молекулярно-
кинетической теории идеального газа
Средняя квадратичная скорость молекулы
Средняя арифметическая скорость
молекулы
Наиболее вероятная скорость молекулы
Барометрическая формула
Средняя длина свободного пробега молекул за 1 с
Среднее число столкновений молекулы
Закон теплопроводности Фурье
Теплопроводность (коэффициент)
Закон диффузии Фика
Диффузия (коэффициент)
Закон Ньютона для внутреннего
трения (вязкости)
Динамическая вязкость
Средняя энергия молекулы
Внутренняя энергия произвольной
массы газа
Первое начало термодинамики
Молярная теплоемкость газа при
постоянном объеме
Молярная теплоемкость газа при
постоянном давлении
Работа газа при изменении его объема
Работа газа при изобарном расширении
Работа газа при изотермическом
расширении
Уравнения адиабатического процесса
(уравнение Пуассона)
Работа газа при адиабатическом расширении
Термический коэффициент полезного
действия для кругового процесса
Термический коэффициент полезного
действия цикла Карно
Уравнение Ван-дер-Ваальса для моля
реального газа
3.Электричество и
электромагнетизм
Закон Кулона
Напряженность электростатического поля
Поток вектора напряженности
электростатического поля сквозь
замкнутую поверхность S
Принцип суперпозиции
Электрический момент диполя
Теорема Гаусса для электростатического
поля в вакууме
Объемная, поверхностная и линейная
плотности заряда
Напряженность поля, создаваемого
равномерно заряженной бесконечной
плоскостью,
Напряженность поля, создаваемого
двумя бесконечными параллельными
разноименно за ряженными плоскостями,
Напряженность поля, создаваемого
равномерно заряженной сферической
поверхностью,
Напряженность поля, создаваемого
объемно заряженным шаром,
Напряженность поля, создаваемого
равномерно заряженным бесконечным
цилиндром,
Циркуляция вектора напряженности
электростатического поля вдоль
замкнутого контура L
Потенциал электростатического поля
Связь между потенциалом
электростатического поля и
его напряженностью
Поляризованность
Связь между векторами Р и Е
Связь между диэлектрической
проницаемостью среды в и диэлектрической
восприимчивостью вещества я
Связь между векторами электрического
смещения и напряженностью
электростатического поля
Теорема Гаусса для электростатического
поля в диэлектрике
Энергия уединенного
проводника
Электрическая емкость шара
Электрическая емкость плоского
конденсатора
Электрическая емкость
цилиндрического конденсатора
Электрическая емкость сферического
конденсатора
Электрическая емкость параллельно
соединенных конденсаторов
Электрическая емкость параллельно
соединенных конденсаторов
Энергия заряженного уединенного
проводника
Энергия заряженного конденсатора
Объемная плотность энергии
электростатического поля
Сила тока
Плотность тока
Электродвижущая сила,
действующая в цепи
Закон Ома для однородного участка цепи
Закон Ома в дифференциальной форме
Мощность тока
Закон Джоуля — Ленца
Закон Джоуля — Ленца в
дифференциальной форме
Закон Ома для неоднородного участка
цепи (обобщенный закон Ома)
Правила Кирхгофа
Коэффициент вторичной электронной
эмиссии
Магнитный момент рамки с током
Вращательный момент, действующий
на рамку с током в магнитном поле,
Связь между индукцией и
напряженностью магнитного поля
Закон Био — Савара — Лапласа
для элемента проводника с током
Магнитная индукция поля прямого тока
Магнитная индукция поля в центре
кругового проводника с током
Закон Ампера
Магнитное поле свободно
движущегося заряда
Сила Лоренца
Холловская поперечная
разность потенциалов
Закон полного тока для магнитного
поля в вакууме (теорема о
циркуляции вектора В)
Магнитная индукция поля внутри
соленоида (в вакууме), имеющего
N витков,
Поток вектора магнитной индукции
(магнитный поток) сквозь
произвольную поверхность
Теорема Гаусса для поля с магнитной
индукцией В
Работа по перемещению проводника
с током в магнитном поле
Работа по перемещению замкнутого
контура, с током в магнитном поле
Закон Фарадея
Э. д. с. самоиндукции
Плотность тока смещения
Индуктивность бесконечно длинного
соленоида, имеющего N витков,
Ток при размыкании цени
Ток при замыкании цепи
Энергия магнитного поля,
связанного с контуром,
Объемная плотность энергии
магнитного поля
Намагниченность
Связь между векторами J и Н
Связь между магнитной проницаемостью
среды и магнитной восприимчивостью
вещества
Закон полного тока для магнитного поля
в веществе (теорема о циркуляции вектора В)
Теорема о циркуляции вектора Н
Плотность тока смещения
Полная система уравнений Максвелла:
в интегральной форме
в дифференциальной форме
4. Колебания и волны
Уравнение гармонического колебания
Дифференциальное уравнение
свободных гармонических колебаний
величины s
Период колебаний физического маятника
Период колебаний математического
маятника
Формула Томсона
Дифференциальное уравнение
свободных затухающих колебаний
величины s
Логарифмический декремент затухания
Дифференциальное уравнение
вынужденных колебаний величины s
Реактивное индуктивное сопротивление
Реактивное емкостное сопротивление
Полное сопротивление цепи
Длина волны
Уравнение плоской волны
Уравнение сферической волны
Фазовая скорость
Волновое уравнение
Групповая скорость
Уравнение стоячей волны
Эффект Доплера в акустике
Вектор Умова — Пойнтинга
Скорость распространения
электромагнитных волн в среде
Оптика. Квантовая природа
излучения
Закон отражения света
Закон преломления света
Формула тонкой линзы
Поток излучения
Энергетическая светимость
Энергетическая сила света
Энергетическая яркость
Показатель преломления среды
Оптическая длина пути
Оптическая разность хода
Условие интерференционных максимумов
Условие интерференционных минимумов
Оптическая разность хода в тонких
пленках в отраженном свете
Радиусы зон Френеля
Условие дифракционных максимумов
от одной щели
Условие дифракционных минимумов от
одной щели
Условие главных максимумов
дифракционной решетки
Условие дополнительных минимумов
дифракционной решетки
Формула Вульфа — Брэггов
Разрешающая способность спектрального
прибора
Разрешающая способность
дифракционной решетки
Закон Бугера
Продольный эффект Доплера
Поперечный эффект Доплера
Степень поляризации
Закон Малюса
Закон Брюстера
Оптическая разность хода в
эффекте Керра
Угол вращения плоскости
поляризации в кристаллах
Угол вращения плоскости
поляризации в растворах
Закон Кирхгофа для теплового излучения
Энергетическая светимость черного тела
Закон Стефана — Больцмана
Закон смешения Вина
Формула Рэлея — Джинса
Формула Планка
Уравнение Эйнштейна для внешнего фото эффекта
Энергия фотона
Масса фотона
Импульс фотона
Давление света при его нормальном
падении на поверхность
Изменение длины волны при эффекте
Комптона
б. Элементы квантовой физики
атомов, молекул и твердых тел
Обобщенная формула Бальмера
Первый постулат Бора
Второй постулат Бора (правило частот)
Энергия электрона в водородоподобном
атоме
Длина волны де Бройля
Соотношение неопределенностей
Вероятность нахождения частицы в
элементе объема dV
Условие нормировки вероятностей
Общее уравнение Шредингера
Уравнение Шредингера для
стационарных состояний
Волновая функция, описывающая
состояние частицы в одномерной
прямоугольной «потенциальной яме»
с бесконечно высокими «стенками»,
Собственные значения энергии частицы
в «потенциальной яме» с бесконечно
высокими «стенками»
Коэффициент прозрачности прямоугольного
потенциального барьера
Энергия квантового осциллятора
Уравнение Шредингера для электрона в атоме
Водорода
Нормированная волновая функция,
отвечающая 1s-состоянию электрона в атоме водорода,
Закон Мозли
Распределение Бозе — Эйнштейна
Распределение Ферми — Дирака
Уровень Ферми в собственном
полупроводнике
Удельная проводимость собственных
полупроводников
Правило Стокса для люминесцентного
из лучения
Элементы физики атомного
ядра и элементарных частиц
Радиус ядра
Энергия связи нуклонов в ядре
Дефект массы ядра
Магнетон Бора
Ядерный магнетон
Закон радиоактивного распада
Период полураспада
Среднее время жизни
радиоактивного ядра
Активность нуклида
Правило смещения для -распада
Правило смещения для --распада
Правило смещения для +-распада
Символическая запись ядерной реакции
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
Предмет физики и ее связь с другими науками 4
Единицы физических величин 5
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ 7