О.Ф. Волков, Т.П. Лумпієва
КУРС ФІЗИКИ
У двох томах
Том 1
•ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ
•МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА
•ЕЛЕКТРОСТАТИКА
•ПОСТІЙНИЙ СТРУМ
•ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів
Донецьк Видавництво ДонНТУ
2009
ББК 22.3я7 |
Гриф надано Міністерством |
В 67 |
освіти і науки України, |
УДК 53(075.8) |
лист № 1.4/18-г-989 від 07.05.2008 р. |
Рецензенти:
П.И. Голубничий, завідувач кафедри фізики Східноукраїнського університету ім. Володимира Даля, заслужений діяч науки і техніки України, доктор фізикоматематичних наук, професор
В.Ф. Русаков, завідувач кафедри загальної фізики і дидактики фізики Донецького національного університету, кандидат фізико-математичних наук, доцент
С.В. Тарасенко, завідувач відділом теорії магнетизму і фазових переходів Донецького фізико-технічного інституту ім. О.О. Галкіна НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор
Волков О.Ф., Лумпієва Т.П.
В67 Курс фізики: У 2-х т. Т.1: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. Електростатика. Постійний струм. Електромагнетизм: Навчальний посібник для студентів інженерно-
технічних спеціальностей вищих навчальних закладів. − Донецьк:
ДонНТУ, 2009. – 224 с.
Навчальний посібник написаний відповідно до програми курсу «Фізика» для інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів. Зміст першого тому складають розділи: фізичні основи механіки, молекулярна фізика і термодинаміка, електростатика і постійний струм, електромагнетизм. Зміст другого тому: коливання і хвилі, хвильова і квантова оптика, елементи квантової механіки, основи фізики твердого тіла, елементи фізики атомного ядра. Викладення матеріалу ведеться без громіздких математичних перетворень, основний акцент робиться на фізичну суть явищ і законів, що їх описують.
Табл. 3. Рис. 169.
ISBN 978-966-377-072-7 (загальний)
ISBN 978-966-377-073-4 (том 1)
©Волков О.Ф., Лумпієва Т.П., 2009
©Донецький національний технічний університет, 2009
ЗМІСТ
ПЕРЕДМОВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
§1 |
Предмет фізики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
10 |
|
§2 |
Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
11 |
|
§3 Основні відомості про вектори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
13 |
||
ЧАСТИНА 1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
17 |
||
Розділ 1. Кінематика поступального і обертального руху . . . . . . . . . . . |
17 |
||
§4 |
Кінематика матеріальної точки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
17 |
|
|
4.1 |
Основні поняття кінематики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
17 |
|
4.2 |
Система відліку. Траєкторія. Шлях. Переміщення. . . . . . . . . . . . . . |
18 |
|
4.3 |
Способи завдання положення тіла в просторі . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
18 |
|
4.4 |
Швидкість . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
20 |
|
4.5 |
Прискорення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
21 |
§5 |
Кінематика обертального руху . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
23 |
|
|
5.1 |
Характеристики обертального руху . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
23 |
|
5.2 |
Зв’язок між лінійними і кутовими характеристиками . . . . . . . . . . . |
25 |
Розділ 2. Динаміка поступального і обертального руху . . . . . . . . . . . . . |
26 |
||
§6 Динаміка матеріальної точки і поступального руху твердого тіла . . . . |
26 |
||
|
6.1 |
Основні поняття динаміки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
26 |
|
6.2 |
Види взаємодій . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
27 |
|
6.3 |
Складання сил . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
29 |
|
6.4 |
Розкладання сил . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
30 |
|
6.5 |
Основні закони динаміки матеріальної точки (закони Ньютона) . . |
30 |
|
6.5.1 Перший закон Ньютона. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
30 |
|
|
6.5.2 Другий закон Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
31 |
|
|
6.5.3 Третій закон Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
32 |
|
|
6.6 |
Динаміка системи матеріальних точок. Закон збереження |
32 |
|
|
імпульсу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
§7 |
Динаміка обертального руху . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
34 |
|
|
7.1 |
Основні характеристики динаміки обертального руху . . . . . . . . . . |
34 |
|
7.1.1 Момент інерції . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
34 |
|
|
7.1.2 Момент імпульсу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
35 |
|
|
7.1.3 Момент сили . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
37 |
|
|
7.2 |
Основне рівняння динаміки обертального руху . . . . . . . . . . . . . . . . |
38 |
|
7.3 |
Закон збереження моменту імпульсу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
40 |
Розділ 3. Робота, потужність, енергія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
41 |
||
§8 |
Механічна робота. Потужність . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
41 |
|
|
8.1 |
Робота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
41 |
|
8.2 |
Графічне зображення роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
42 |
3
|
8.3 |
Потужність . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
43 |
|
|
8.4 |
Робота і потужність при обертальному русі . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . |
43 |
|
§9 |
Енергія. Закон збереження енергії . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. |
44 |
||
|
9.1 |
Кінетична енергія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
44 |
|
|
9.2 |
Потенціальна енергія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
46 |
|
|
9.2.1 Консервативні і неконсервативні сили . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
46 |
||
|
9.2.2 Робота і потенціальна енергія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
46 |
||
|
9.2.3. Графічне зображення потенціальної енергії . . . . . . . . . . . . . . . |
48 |
||
|
9.3 |
Закон збереження механічної енергії . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
49 |
|
§10 |
Зіткнення тіл . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
50 |
||
Розділ 4. Елементи спеціальної теорії відносності . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
53 |
|||
§11 |
Елементи спеціальної теорії відносності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
53 |
||
|
11.1 |
Принцип відносності Галілея . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
53 |
|
|
11.2 |
Постулати спеціальної теорії відносності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
54 |
|
|
11.3 |
Перетворення Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
55 |
|
|
11.4 |
Наслідки з перетворень Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
56 |
|
|
11.5 |
Основні співвідношення релятивістської динаміки . . . . . . . . . . . . |
56 |
|
Зверніть увагу! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Тест для самоконтролю знань за темою
«Фізичні основи механіки» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Коди відповідей до тесту «Фізичні основи механіки» . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
ЧАСТИНА 2. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ І ТЕРМОДИНАМІКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Розділ 5. Молекулярно-кінетична теорія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
67 |
|
§12 Статистичний і термодинамічний методи дослідження . . . . . . . . . . . . |
67 |
|
§13 Характеристики атомів і молекул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
68 |
|
§14 |
Параметри стану . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
69 |
§15 Рівняння стану ідеального газу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
70 |
|
§16 Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів . . . . . . . . . . . . . |
72 |
|
§17 Молекулярно-кінетичне тлумачення термодинамічної температури . . |
73 |
|
Розділ 6. Статистичні розподіли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
73 |
|
§18 |
Розподіл Максвелла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
74 |
§19 |
Середні швидкості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. |
77 |
§20 Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла . . . . . . . . . . |
78 |
|
§21 Ідеальний газ в однорідному полі тяжіння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
79 |
|
|
21.1 Барометрична формула . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
79 |
|
21.2 Розподіл Больцмана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
80 |
§22 |
Визначення числа Авоґадро. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
81 |
Розділ 7. Фізичні основи термодинаміки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
82 |
|
§23 Стан термодинамічної системи. Термодинамічний процес . . . . . . . . . . |
82 |
|
4 |
|
|