Dodelanny_kollokvium_po_fizike

1. Колебания бывают:

1)Свободные (под действием внутренних сил) (Fвын = 0) а) Незатухающие(Fтр = 0) б) Затухающие(Fтр не = 0)

2)Вынужденные (под действием внешних периодических сил) 3) Автоколебания (Fвын не = 0)

Гармонические колебания – смещение происходит по закону синуса и косинуса, если на

тело действует только упругая сила.

Дифференциальное уравнение, описывающее гармонические

колебания, имеет вид:

Колебания, при которых изменения физических величин происходят по закону косинуса или синуса (гармоническому закону), наз. гармоническими колебаниями.

2. ЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ - колебания с постоянно убывающей со временем амплитудой. Свободные колебания реальных систем всегда затухают. Затухание обусловлено в основном трением (механические системы) и сопротивлением (в электромагнитных колебательных контурах).

На колеблющееся тело действуют силы сопротивления (трения), характер движения изменяется, и колебание становится затухающим.

Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (график)

- - коэффициент затухания

- собственная частота свободных (незатухающих) колебаний пружинного

маятника 3. Теорема Фурье

Любое сложное колебание может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний (коротко-гармоник), частоты которых кратны частоте колебания, равной Ѡ = 2π/T (циклическая частота).

Совокупность гармоник, представленная графически в осях: амплитуда А – частота ν (или циклическая частота Ѡ) – называется сектором сложного колебания.

4. Механической волной называют механические возмущения, распространяющиеся в пространстве и несущие энергию.

Возмущения – изменение состояния системы относительно покоя. Механические волны бывают:

1)Упругими волнами (распростр. Упругих деформаций)

2)Волны на поверхности жидкости

Уравнение позволяет определить смещение любой точки, учавст. в волновом процессе

в любой момент времени:

V – скорость, Х – координата вдоль направления распространения волны. ω(t – x/v) –

фаза волны Скорость распространения - скорость с которой движется фаза Скорость

распространения фазы и есть скорость распространения волны.

Длина волны – расстояние между двумя точками, фазы которых в один и тот же период времени отличаются на 2π.

Интенсивность волны - средняя энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярная направлению распространения волны. Гармоническая волна — волна, при которой каждая точка колеблющейся среды или поле в каждой точке пространства совершает гармонические колебания.

Плоская волна — волна, фронт которой имеет форму плоскости.

Энергия механической волны

Интенсивность — скалярная физическая величина, количественно характеризующая мощность, переносимую волной в направлении распространения. (Вт/м²)

5. Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые в связи с тем, как они воспринимаются органами чувств животных и человека.

К физическим характеристикам относятся:

1)ν – частота звука - число колебаний частиц в секунду, участвующих в волновом процессе.

2)с – скорость звуковой волны. Волны возможны в том случае, когда возмущения распространяются с конечной скоростью.

3)I – Интенсивность волны средняя энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярная направлению распространения волны.

4)Спектр звука указывает как распределены амплитуды между отдельными гармоническими составляющими.

К физиологическим характеристикам относятся:

Тембр звука – субъективная оценка спектрального состава звука.

Высота – субъективная оценка частоты звукового сигнала: чем больше частота, тем выше звук.

Громкость – субъективная оценка интенсивности звука, восприятие интенсивности зависит от частоты звука.

6.

Кривые равной громкости — зависимость уровня звук. давления (в дБ) от частоты при заданной громкости (в фонах).

ПОРОГ СЛЫШИМОСТИ - это минимальная величина звукового давления, при к-ром звук данной частоты может быть ещё воспринят ухом человека.

Аудиометрия —измерение остроты слуха, определение слуховой чувствительности к звуковым волнам различной частоты. Исследование проводит врач-сурдолог.

7. Ультразвук – механическая волна с частотой большей 20 кГц и соответственно длиной волны меньшей, чем у звуковой волны.

Характеристики: как у звука Поглощение в средах - энергия механических колебаний частиц сред превращается

в энергию их теплового движения. Поглощаемая при этом средой энергия механической волны обусловливает нагревание среды. Этот эффект описывается формулой: I = I0e-kl где, к - коэффициент поглощения, I0 – начальная интенсивность, I –

интенсивность ультразвуковой волны, e – основание натуральных логарифмов (е =

2,71). Поглощение ультразвука в двух средах: коэффициент поглощения во второй среде больше чем в первой.

Отражение ультразвука на границе раздела сред. Для количественной характеристики процесса вводят понятие коэффициента отражения ,

второй среды соответственно; υ1 и υ1 - скорости ультразвука в этих средах.

8.Эхолокация— способ, при помощи которого положение объекта определяется по времени задержки возвращений отражённой волны.

Эффект Доплера – для медицины важно применение ультразвука, основанное на эффекте Доплера. Если при покоящихся относительно друг друга источнике и приемнике некоторой волны (например, ультразвуковой) частота излучаемо волны и регистрируемой приемником одинакова, то при относительном сближении регистрируемая приемником частота волны будет больше той частоты, которую зафиксировал источник.

9.В основе теории Максвела лежат два положения:

1)Всякое переменное электрическое поле порождает магнитное.

2)Всякое переменное магнитное поле порождает электрическое (явление электромагнитной индукции).

Взаимное образование электрических и магнитных полей приводит к понятию электромагнитной волны – распространение единого электромагнитного поля в пространстве.

10. Взаимное образование электрических и магнитных полей приводит к понятию электромагнитной волны – распространение единого электромагнитного поля в пространстве.

Распространение плоской Эм – волны описывается двумя уравнениями соответственно для электрич. и магнитной компонента единого электромагнитного поля.

Е – напряженность электрического поля Ео – их амплитудное значение

Скорость электромагнитной волны в вакууме (воздухе): где ε0 — электрическая постоянная, μ0 — магнитная постоянная.

В любом веществе их скорость распространения меньше c и зависит от его электрических и магнитных свойств:

где ε — диэлектрическая проницаемость среды, табличная величина, μ — магнитная проницаемость среды, табличная величина.

Длина электромагнитной волны — это расстояние между двумя ближайшими максимумами и расстояние, на которое волна распространяется за время, равное периоду колебаний.

(Длина волны λ в синусоидальной волне свявзана со скоростью υ распространения волны соотношением λ = υT = υ / f, где f – частота колебаний электромагнитного поля, T = 1 / f.)

Интенсивность. Как и для механических волн, в данном случае вводится величина плотности потока энергии, которая вычисляется по формуле: (вектор Пойтинга)

11. Квантовая механика – это теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (э. частиц, атомов, молекул, атомных, ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.

Корпускулярно-волновой дуализм: Волны обладают свойствами частиц, а частиц – свойствами волн.

Электрон, нейтрон, фотон в одних условиях ведут себя как хорошо локализованные в пространстве материальные объекты (частицы), двигающиеся с определёнными энергиями и импульсами по классическим траекториям, а в других – как волны, что проявляется в их способности к интерференции и дифракции.

Фотон – элементарная частица, движущаяся со скоростью света, обладающая волновыми свойствами и имеющая энергию. h- постоянная Планка 6.626 × 10-34 Дж*с; ν – частота излучения, с- скорость света, лямба

– длинна волны.

По де Бройлю, движение электрона описывается волновым процессом с характеристической длиной волны λ=h/p(импульс)=h/mV.

Волновая функция: Наличие у частицы волновых свойств приводит к тому, что в квантовой физике ей сопоставляется волновая функция psi(x,y,z,t).

Физический смысл волновой функции: Величина |psi(x,y,z,t)|2dV пропорциональна вероятности того, что частица будет обнаружена в момент времени t в объеме dV в окрестности точки (x,y,z).

12. Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 80 до 10-5 нм.

Рентгеновское излучение обычно получают при бомбардировке быстрыми электронами поверхности какого-либо вещества в твёрдом состоянии. Различают два типа рентгеновского излучения. Если энергия электронов, которые внедряются в вещество, меньше некоторой определённой величины, то возникает только Тормозное излучение. Исследования этого излучения с помощью рентгеновских специальных приборов показали, что спектр тормозного излучения является сплошным. Тормозное излучение – В результате торможения электрона электростатическим полем атомного ядра и атомным электроном в веществе антикатода возникает тормозное Р излучение. При торможении электрона лишь часть энергии идет на создание фотона, другая часть расходуется на нагревание анода, т.к. соотношения между этими частями случайно, то при торможении большого кол-ва электронов – возникает Р – излучение с непрерывным сплошным спектром.

13 Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, которая представляет собой двух электродный вакуумный прибор.

-подогретый катод испускает электрон

–анод (антикатод) имеет наклонную поверхность.

Катод подключен к источнику низкого переменного напряжения. При протекании по спирали катода переменного электрич. тока она нагревается и некоторые свободные электроны получают дополнительную энергию, достаточную чтобы покинуть поверхность катода. Изменение траектории электрона означает появления у него ускорения, а как следует электродинамики Максвелла, любой ускоренно движущийся заряд излучает энергию в виде эм – волны.

Коротковолновое Р – излучение – обычно обладает большей проникающей способностью чес длинноволновое и называется жестким, а длинноволновое – мягким (мягкое излучение сильнее поглощается веществом) увеличивая напряжение на рентгенов. Трубке изменяют спектральный состав излучения и увеличивают жесткость. Спектр тормозного Р – излучения: Спектр непрерывный, но в нем обнаруживается

коротковолновая граница . Она обусловлена тем, что энергия излучающего кванта Р

– излучения не может быть больше энергии, которую электрон приобрел в ускоряющем поле. (е – заряд элетрона).

Для максимальной энергии излученного рентгеновского кванта получим:

Это соответствует случаю, когда энергия тормозящего электрона (eU) полностью переходит в энергию рентгеновского кванта, но максимальной частоте излучения

будет соответствовать минимальная длина волны: .

14. Рассмотрим некоторые особенности взаимодействия рентгеновского излучения с веществом.

Если имеются рентгеновские кванты относительно небольшой энергии, недостаточной для ионизации атомов вещества, то происходит лишь изменение направления распространения квантов без изменения частоты (когерентное рассеяние) (рис. 10.5 а).

Если энергия рентгеновского кванта больше энергии ионизации атома Ei , может

возникнуть рентгеновский фотоэффект - поглощение рентгеновского кванта атомом, сопровождающееся «вырыванием» из атома какого-либо электрона. При этом выполняется соотношение:

hν=Ei+ mV2 2

Последнее слагаемое есть кинетическая энергия вылетевшего электрона. (рис. 10.5 б). Если энергия рентгеновского кванта намного больше энергии ионизации атома, может возникнуть и другой эффект, носящий название эффекта Комптона. Это

взаимодействие квантов рентгеновского излучения (или γ -излучения) с электронами

внешних орбиталей или со свободными электронами. В дополнение к тому, что происходит при рентгеновском фотоэффекте (ионизация атома и сообщение электрону некоторой кинетической энергии), в данном процессе появляется вторичный рентгеновский квант с энергией, меньшей, чем у внешнего кванта, взаимодействующего с атомом (рис. 10.5, в). Это видно из соотношения, выражающего закон сохранения энергии:

h ν =Ei + mV2 2 +h ν.

Где h ν. – энергия этого вторичного кванта.

Ослабление интенсивности рентгеновского излучения: В теории:

I1 =I0 e−μl

где I0 -интенсивность рентгеновского излучения, падающего на вещество; I1 -

интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего в веществе слой длины l, µ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения веществом.

Где d0,5 - расстояние, после прохождения которого интенсивность рентгеновского

излучения уменьшается в 2 раза.

Физические основы получения рентгеновских снимков:

При рентгеноскопии осуществляется наблюдение органов и тканей в проходящем рентгеновском излучении с помощью флюоресцирующего экрана, на котором врач наблюдает изображение внутренних органов обследуемого пациента. Кости на экране выглядят темными, так как сильно поглощают рентгеновское излучение; мягкие ткани (особенно легкие, наполненные воздухом) поглощают рентгеновское излучение значительно слабее - интенсивность излучения, доходящего до экрана, весьма велика, что приводит к интенсивной флюоресценции, и мягкие ткани выглядят на экране светлыми

При рентгенографии изображение внутренних органов получается на специальной фотопленке, покрытой фотоэмульсией, чувствительной к рентгеновскому облучению. Пленку помещают под той частью тела, на которую проецируется рентгеновское излучение, направляемое на обследуемый врачом орган. Изображение на пленке

Поправки к статье выше: Dэ= Qm

Э. д. – характеристика поля источника ионизирующего излучения, характеризующая величину ионизированного сухого воздуха.

Поглощенная доза совместно с коэф.качества дает представление о биологическом действии ионизирующего излучения, поэтому произведения Д(поглощённая доза)К используют как единую меру этого действия и называют Эквивалентной дозой (Н), а к – коэф.качества.

Связь мощности экспозиционной дозы с активностью радиоактивного препарата: мощность дозы – приращение соответственной дозы над воздействием данного излучения за единицу времени (рентген / час).

Чем больше активность препарата, тем больше получаемая доза.

17. Материя: обладает множеством свойств к их числу относятся: движение, пространство и время, являющиеся атрибутами материи. Материя вечна и бесконечна, она никогда не имела начала во времени и пространстве и не будет иметь конца. Важным свойством материи является способность к взаимопревращению различных видов материи друг в друга.

Три основных вида материи: Вещество, антивещество, поле.

К веществу относятся элементарные частицы (исключая фотоны) атомы, молекулы. Структурные уровни материи 1) элементарные частицы 2) атомно-молекулярный уровень 3) все макротела, жидкости и газы 4) космические объекты 5) биологический уровень, живая природа 6) социальный уровень – общество.