![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Предмет физики
- •Раздел 1. Физические основы механики.
- •Глава 1. Кинематика.
- •§1.1. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности.
- •§1.2. Кинематика поступательного и вращательного движений.
- •§1.3. Закон (кинематическое уравнение) движения
- •§1.4. Скорость
- •§1.5. Ускорение
- •§1.6. Равномерное и равнопеременное движения.
- •§ 1.7. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.
- •§ 1.8. Краткие итоги главы 1.
- •§ 1.9. Примеры
- •Глава 2. Динамика
- •§2.1. Задача динамики. Динамические характеристики
- •§2.2. Виды сил.
- •§2.4. Момент инерции.
- •§2.5. Момент силы.
- •§2.6. Уравнение динамики
- •§2.7. Итоги главы 2.
- •П римеры
- •Глава 3. Законы сохранения в механике.
- •§ 3.1.Фундаментальный характер законов сохранения
- •§ 3.2. Закон сохранения импульса.
- •§3.3.. Работа силы. Мощность.
- •§ 3.4. Механическая энергия.
- •§ 3.5. Закон сохранения механической энергии
- •§ 3.6. Столкновения тел
- •§ 3.5. Закон сохранения момента импульса
- •§ 3.6. Итоги главы 3
- •Примеры
- •Глава 4. Элементы специальной теории относительности
- •§ 4.1. Закон сложения скоростей. Постулат о скорости света
- •§ 4.2. Релятивистское сокращение длины и замедление времени
- •§ 4.3. Релятивистская динамика
- •Примеры
- •Раздел 2. Электромагнетизм
- •Глава 5. Электростатика
- •§ 5.1.Электрический заряд. Закон Кулона.
- •§5.2. Электрическое поле. Напряженность.
- •§ 5.3. Теорема Гаусса.
- •§ 5.4. Потенциал и работа электростатического поля.
- •§ 5.5. Связь напряженности и потенциала электростатического поля.
- •§ 5.6. Электростатическое поле в веществе.
- •§ 5.7. Электроемкость. Конденсатор.
- •§ 5.8. Энергия электрического поля.
- •Глава 6. Постоянный электрический ток.
- •§ 6.1. Электрический ток: сила тока, плотность тока
- •§ 6.2. Механизм электропроводности
- •§ 6.3. Законы постоянного тока.
- •§ 6.4. Работа и мощность тока
- •Глава 7. Магнитное поле тока
- •§ 7.1 Магнитное взаимодействие. Магнитное поле
- •§ 7.2. Закон Био-Савара-Лапласа
- •§ 7.3. Вихревой характер магнитного поля.
- •§ 7.4. Действие магнитного поля на токи и движущиеся электрические заряды
- •§ 7.5. Магнитное поле в веществе
- •Глава 8. Явление электромагнитной индукции
- •§ 8.1. Основной закон электромагнитной индукции
- •§ 8.2. Самоиндукция и взаимная индукция
- •§ 8.3. Энергия магнитного поля
- •§ 8.4. Вихревое электрическое поле. Уравнения Максвелла
- •Раздел 3. Физика колебаний и волн
- •Глава 9. Свободные и вынужденные колебания
- •§ 9.1. Гармонический осциллятор
- •Подведем итоги:
- •§ 9.2. Примеры гармонических осцилляторов.
- •1) Физический маятник
- •§ 9.3. Затухающие колебания
- •§9.4. Вынужденные колебания. Резонанс.
- •Глава 10. Волны
- •§ 10.1.Упругие волны
- •§ 10.2. Электромагнитные волны
- •§ 10.3.Энергия волн
- •§ 10.4. Волны и передача информации
- •Глава 11. Волновая оптика
- •§ 11.1.Световая волна
- •§ 11.2. Интерференция. Когерентность.
- •§ 11.3.Способы наблюдения интерференции света
- •§ 11.4. Дифракция. Условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса - Френеля
- •§ 3.5. Метод зон Френеля.
- •§ 11.6. Дифракция на щели. Дифракционная решетка как спектральный прибор.
- •§ 11.7. Голография
- •§ 11.8. Поляризация света.
- •§ 11.9. Рис. 3.12 Получение и применение поляризованного света
Раздел 2. Электромагнетизм
Глава 5. Электростатика
§ 5.1.Электрический заряд. Закон Кулона.
Электрический заряд частицы является одной из основных, первичных ее характеристик. Перечислим фундаментальные свойства заряда:
Знак - существуют положительные и отрицательные заряды.
Квантование – заряд любой частицы (тела) равен целому числу элементарных зарядов. Величина элементарного заряда в единицах СИ составляет 1,6.1019 Кл; электрон имеет элементарный отрицательный заряд, протон - элементарный положительный заряд.
Релятивистская инвариантность – величина заряда не зависит от скорости его движения и одинакова в любой инерциальной системе отсчета5.
Закон сохранения заряда – в любой электрически изолированной (замкнутой) системе частиц алгебраическая сумма зарядов не изменяется.
Закон Кулона выражает силу взаимодействия двух точечный зарядов.
(5.1.1)
Т
очечным
зарядом называется заряженная частица,
к которой применима модель материальной
точки. Рис. 16 иллюстрирует закон Кулона:
показаны два точечных заряда на расстоянии
и их силы взаимодействия.
-вектор
силы, действующей на второй заряд со
стороны первого,
- вектор, проведенный из точки, где
находится первый заряд, в точку, где
находится второй заряд. Модуль этого
вектора равен расстоянию между зарядами:
r=
.
Закон Кулона, как и закон всемирного
тяготения, констатирует, что сила
взаимодействия обратно пропорциональна
квадрату расстояния между частицами.
Однако, гравитационное взаимодействие
всегда есть притяжение масс, тогда как
взаимодействие зарядов есть отталкивание
одноименных и притяжение разноименных
зарядов. Это отражено в формуле (5.1.1):
произведение одноименных зарядов дает
положительное число, и векторы
и
направлены одинаково, заряды отталкиваются.
Произведение разноименных зарядов дает
отрицательное число, в этом случае
векторы
и
направлены противоположно друг другу,
а заряды притягиваются. В соответствии
с третьим законом Ньютона F1=F2=F.
В скалярной форме закон Кулона имеет
вид:
F=
(5.1.2)
0 – электрическая постоянная, зависит от выбора системы единиц, в СИ 0=8,85.1012 Ф/м. - безразмерная величина, диэлектрическая постоянная, индивидуальная характеристика свойств диэлектрика. Она показывает, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме, при прочих равных условиях. В воздухе с достаточной степенью точности считают =1.
§5.2. Электрическое поле. Напряженность.
Взаимодействие частиц на расстоянии
в физике описывают с помощью особого
вида материи – силового поля. Примером
является гравитационное поле: оно
создается частицей, имеющей массу, и
действует на другую частицу, помещенную
в гравитационное поле и обладающую
массой. Аналогичным образом можно
рассматривать взаимодействие частиц,
обладающих зарядами. Заряд изменяет
свойства окружающего его пространства,
создавая в нем электрическое поле.
Обнаруживает себя это поле силой,
действующей на другой заряд. Рассмотрим
закон Кулона (формула 5.1.1). Будем считать,
что первый заряд создает поле, и это
поле действует на второй заряд, причем,
зависит только от источника поля, и от
положения точки поля относительно
источника, т.е. является силовой
характеристикой поля. Можно сказать,
что поле первого заряда бдительно следит
за появлением «чужака», и, как только
он где-либо в поле появится, тут же
действует на него соответствующей
силой. Этот способ описания взаимодействия
зарядов абсолютно симметричен: можно
считать, что второй заряд создает поле,
а это поле действует силой на первый
заряд. Силовая характеристика
электрического поля называется
напряженностью, обозначается
,
в СИ измеряется в вольтах на метр (В/м).
На посторонний заряд q
поле действует силой
(5.2.1)
Поле, созданное неподвижными зарядами, называется электростатическим. Напряженность поля точечного заряда q в точке, заданной вектором , проведенным из заряда (см. формулу 5.1.1):
(5.2.2)
Вектор напряженности электростатического поля точечного заряда направлен вдоль прямой, соединяющей точку, где находится заряд, с данной точкой поля. Он выходит из точки поля и направлен от заряда, если источником поля является положительный заряд, и к заряду, если он отрицательный. Величина напряженности
E=
(5.2.3)
Пусть имеется система точечных зарядов
qi
(i=1, 2, …).
Поместим в некоторую точку системы,
положение которой относительно каждого
ее заряда указывает вектор
,
заряд q. На него
со стороны каждого заряда системы
действует кулоновская сила. Их
равнодействующая:
(5.2.4)
Полученный результат называется принципом суперпозиции (независимого сложения) электрического поля: если имеется несколько источников, то каждый из них создает свое поле независимо от всех прочих, и эти поля, складываясь, дают результирующее поле6. Формула принципа суперпозиции такова:
(5.2.5)
Поле известно, если известен вектор напряженности в каждой точке. Электрическое поле можно изображать графически векторами напряженности. Этот способ удобен для изображения поля в отдельных точках. Если поле надо нарисовать в некоторой области пространства, то используют линии напряженности (их называют еще силовыми линиями). Касательная к силовой линии указывает направление в данной точке поля, густота (плотность) силовых линий вблизи этой точки равна или пропорциональна величине напряженности. Силовые линии электростатического поля выходят из положительного заряда и входят в отрицательный заряд.
На рис.17 показаны силовые линии поля положительного и отрицательного точечных зарядов, поля диполя, а также области некоторого электростатического поля - образующие его заряды находятся вне рассматриваемой области.
Рис. 17
Диполь – два точечных разноименных зарядов одинаковой величины. На рис.17 в одной из точек поля диполя показано построение вектора напряженности с помощью принципа суперпозиции. Силовые линии – воображаемые, но их можно сделать видимыми (вспомните лекционные демонстрации).