1.! Змочування. Капілярні явища

Рідина, яка відносно матеріалу даного твердого тіла виявляється змочуючою, піднімається у вузенькій трубці, виготовленій із цього матеріалу (у капілярі), утворюючи увігнутий меніск (а). При цьому збільшується площа контактування рідини і твердого тіла. Поблизу зовнішніх стінок капіляра рідина дещо піднімається над вільною поверхнею. І навпаки, незмочуюча рідина опускається в капілярі, утворюючи опуклий меніск (б), і відходить зовні від капіляра. Приклади рідин, що змочують чисте скло: вода і гас, а незмочуючою скло рідиною є ртуть. За рахунок сил поверхневого натягу краплинки ртуті набувають сферичної форми. Висоту h підняття (чи опускання) рідини в капілярі можна знаходити за формулою  , де r — радіус капіляра. Капілярність дуже важлива в живому світі (рух вологи в ґрунті, поживних соків у рослинах) та техніці (підйом спирту чи гасу в ґноті, фарбування тканин і шкіри). 

2.! Електропровідність — здатність речовини проводити електричний струм. Електропровідність виникає в електричному полі. Електропровідність властива усім речовинам, але для того, щоб вона була значною, необхідно, щоб в речовині були вільні заряди.

\

Напівпровідники

Власні напівпровідники зазвичай мають невелику концентрацію вільних носіїв заряду, електронів та дірок, яка залежить від ширини забороненої зони та температури. При збільшенні температури концентрація вільних електронів та дірок дуже швидко зростає. Ефект цього зростання набагато перевищує ефект від збільшення частоти актів розсіяння, тож провідність власних напівпровідників різко збільшується при високих температурах.

Іншим фактором, який збільшує провідність власних напівпровідників, є створення підвищеної концентрації вільних носіїв заряду світловим опроміненням або інжекцією. При поглинанні кванта світла із енергією більшою за ширину забороненої зони в напівпровіднику утворюється пара носіїв заряду - електрон переходить із валентної зони у зону провідності, залишаючи за собою дірку. Якщо до освітленого напівпровідника прикласти напругу, то в напівпровіднику потече доволі значний струм. Така провідність називається фотопровідністю і широко використовується у різноманітних фотоелементах. Аналогічну провідність можна створити при опроміненні швидкими частками, що служить основою роботи напівпровідникових детекторів радіації.

На інжекція зарядів у напівпровідник через контакт ґрунтується робота різноманітних напівпровідникових приладів, наприклад, біполярних транзисторів. Прикладене до контакту електричне поле допомагає частині носіїв заряду подолати потенціальний бар'єр, що відділяє напівпровідник від контакту. Далі провідність відбувається за принципами близькими до принципів роботи вакуумних ламп: створюється область просторового заряду, яка обмежує струм, а отже провідність.

У легованих напівпровідниках навіть при кімнатних температурах концентрація електронів у зоні провідності (напівпровідники n-типу) чи дірок у валентній зоні (напівпровідники p-типу) висока, оскільки для переходу між зоною й домішковим рівнем електрону потрібно набрати набагато меншу енергію (глибина домішкових рівнів зазвичай не перевищує 0.5 еВ). Тому провідність легованих напівпровідників доволі висока й наближається до провідності металів. Вона теж росте із температурою, оскільки для неї фактор збільшення концентрації носіїв у зоні важливіший за збільшення частоти актів розсіяння.

Контакти між областями n-типу й p-типу, які називають p-n переходами мають особливу односторонню провідність. На цьому факті базується робота різноманітних напівпровідникових пристроїв - діодів, транзисторів, фотодіодів, напівпровідникових сонячних елементів, активного шару копіювальних машин, лазерних принтерів тощо.

Домішкова провідність напівпровідників.

 Донорні домішки

Якщо внести в кремній миш`як, який є 5-ти валентний, то кількість вільних електронів зростає в багато разів, тому що чотири електрони миш`яку беруть участь у ковалентному звязку з кремнієм, а п`ятий електрон стає вільним.Домішки, які легко віддають електрони і, отже,збільшують кількість електронів, називаютьдонорними домішками(віддаючими).

 Такі напівпровідники називають напівпровідниками п - типу. В них електрони –основні носії заряду, а дірки – неосновні.

Акцепторні домішки.

Якщо замість миш`яку використати індій, атоми якого тривалентні, то для встановлення нормальних парноелектронних звязків не вистачаєелектрона. Внаслідок цього утвлрюється дірка. Такі домішки називають акцепторними(приймаючими). Напівпровідники із акцепторними домішками  називають напівпровідниками р – типу. Вних дірки є основними носіями заряду, а електрони –неосновними.

р – п перехід

Візьмемо напівпровідник, права частина якого містить донорні домішки (тобто є напівпровідником п – типу), а ліва – акцепторні домішки (провідник р – типу).

Контакт двох напівпровідників різних типів називають п – р-переходом.

При утворенні контакту електрони частково переходять з напівпровідників п – типу в провідник р – типу, а дірки в зворотньому напрямі.

В результаті напівпровідник п – типу заряджається додатньо, а провідник р – типу - від`ємно. Дифузія припиняється після того, як електричне поле, що виникає в зоні переходу, перешкоджає дальшому переміщенню електронів і дірок.

Увімкнено напівпровідник з р – п-переходом в електричне коло. Спочатку приєднаємо батарею так, щоб потенціал напівпровідника  р – типу був додатнім, а напівпровідника п – типу – від`ємним. При цьому стру через р – п-перехід передаватиметься основними носіями: з ділянки п у дідянку р – електронами, а з ділянки р у ділянку п – дірками.

Внаслідок цього провідність буде великою, а опір – малим. Такий перехід називають прямим. Вольт-амперна характеристика зображена на малюнку прямою лінією.

Перемкнемо полюси батареї. Тоді при такій самій різниці потенціалів струм у колі буде значно меншим, ніж при прямому переході. Це зумовлено тим, що електрони через контакт перейдуть з ділянки р у ділянку п, а дірки – з ділянки п у ділянку р. Але в напівпровіднику р – типу мало вільних електронів, а в напівпровіднику п – типу мало дірок. Тепер через контакт переходять неосновні носії, а їх мало. Внаслідок цього провідність зразка буде малою, а опір великим. Утворюється так званий запірний шар. Цей перехід називається зворотним. Волт-амперну характеристику зворотного переходу зображено на малюнку пунктирною лінією.

3.!

Білет №14

1.! Кристалічні тіла мають певну температуру плавлення, незмінну при сталому тиску; в’язкість аморфних речовин під час нагрівання зменшується; вони переходять у рідкий стан, розм’якшуючись поступово. Кристали характеризуються наявністю значних сил міжмолекулярної взаємодії і зберігають сталим не лише свій об’єм, а й форму. Правильна геометрична форма є істотною зовнішньою ознакою будь-якого кристала в природних умовах. Розглядаючи окремі кристали, можна переконатися, що вони обмежені плоскими, ніби шліфованими гранями у вигляді правильних багатокутників. Кристали певної речовини можуть мати різну форму, оскільки вона залежить від умов їх утворення. Монокристали і полікристали. Іноді весь шматок твердої речовини може становити собою один кристал. Такі, наприклад, шматочки цукру, солі, гірського кришталю тощо. Це все окремі кристали, їх називають монокристалами. В інших випадках тіла складаються з безлічі кристалів, які зрослися між собою. Кристалічну будову мають всі метали у твердому стані. Тіло, яке складається з безлічі невпорядковано розміщених дрібних кристалів називають полікристалічним, або полікристалом. Анізотропія механічних властивостей монокристалів проявляється насамперед у тому, що їх міцністьу різних напрямах різна. Монокристали легше руйнуються в одних напрямах, ніж в інших, і саме тому їх злами плоскі. Полікристалічні тіла є ізотропними, тобто їх фізичні властивості, як і аморфних тіл, у всіх напрямках однакові. Це пояснюється тим, що полікристали складають з величезної кількості невпорядковано орієнтованих дрібних кристаликів, які зрослися між собою. Широке застосування в сучасній фізиці і техніцідістали монокристали. Майже всі напівпровідникові прилади – це монокристализі спеціально введеними домішками, які надають їм тих чи інших властивостей. Внутрішнябудова кристалів. Залежність фізичних властивостей кристалів від напряму іправильність їхніх геометричних форм давали підстави для припущення про впорядкованість частинок, які утворюють кристалл. Частинки, з яких складається кристал, при тепловому..

Рідки́й криста́л — специфічний стан термодинамічної системи, якому властиві риси як рідини (текучість), так і кристалу (анізотропія властивостей).

Загальна характеристика

Рідкий кристал - проміжна фаза (мезофаза) між ізотропною рідиною і кристалічним твердим тілом. Рідкі кристали це флюїди, молекули яких певним чином впорядковані, тобто існує певна симетрія. Як наслідок, існує анізотропія механічних, електричних, магнітних та оптичних властивостей речовин цього класу. Поєднуючи властивості рідин та твердих тіл (текучість, анізотропія), рідкі кристали проявляють специфічні ефекти, багато з яких не спостерігаються у рідинах та твердих тілах. Зокрема, в рідких кристалах спостерігається подвійне променезаломлення, флексоелектричний ефект, перехід Фредерікса

2.! . (2) Вираз (2) називають рівнянням Ейнштейна для фотоефекту. Він пояснює основні закономірності фотоефекту. Енергія кванта має бути більшою ніж A_вих ( .).

Відкриття явища фотоефекту мало велике значення для більшого розуміння природи світла. Але цінність науки полягає не тільки в тому, що вона з'ясовує складну і багатогранну будову навколишнього середовища, а і в тому, що наука дає нам в руки засоби, за допомогою яких можна удосконалити виробництво, поліпшувати умови матеріального і культурного життя.

Завдяки відкриттю фотоефекту стало можливим: 1) звукове кіно; 2) створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленістю вулиць, своєчасно запалюють і гасять бакени на річках, працюють "контролерами" в метро, рахують готову продукцію, контролюють якість обробки деталей; 3) перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів.

Промисловість виготовляє фотоелементи двох типів - вакуумні та напівпровідникові.

1. Вакуумні фотоелементи із зовнішнім фотоефектом. Дно невеликої скляної колби з глибоким вакуумом покривають цезієм і приєднують до "-" батареї. У центрі колби знаходиться металеве кільце, яке з'єднують із затискачем "+" батареї. Унаслідок освітлення приладу світлом із цезію вириваються електрони і летять до металевого кільця. У результаті в центрі фотоелемента виникає струм.

2. Напівпровідникові фотоелементи з внутрішнім фотоелементом: фотоопори, фотодіоди, сонячні батареї та ін. . Це напівпровідники із власною чи домішковою провідністю. У сонячних батареях створюють р-п - перехід, доступний для світла. Під час освітлення фотоелемента змінюється концентрація вільних носіїв зарядів, а з нею і струм. Якщо в сонячній батареї світло потрапить в п-р - перехід, то між р і п ділянками виникає напруга.

Найважливіше значення фотоефекту полягає в тому, що його відкриття і дослідження стали експериментальною основою квантової теорії. Саме за пояснення законів фотоефекту на основі квантової теорії А. Ейнштейну було присуджено Нобелівську премію.

Білет №15

1.! Механі́чна ене́ргія — енергія, яку фізичне тіло має завдяки своєму рухові чи перебуванні в полі потенціальних сил.

Механічна енергія дорівнює сумі кінетичної та потенціальної енергії тіла.

Поняття механічної енергії тіла не включає в себе енергію руху атомів, із яких воно складається.

Кінети́чна ене́ргія — частина енергії фізичної системи, яку вона має завдяки руху.

Кінетичну енергію заведено позначати буквами K або T.

Потенціа́льна ене́ргія — частина енергії фізичної системи, що виникає завдяки взаємодії між тілами, які складають систему, та із зовнішніми щодо цієї системи тілами, й зумовлена розташуванням тіл у просторі. Разом із кінетичною енергією, яка враховує не тільки положення тіл у просторі, а й рух, потенціальна енергія складає механічну енергію фізичної сиcтеми.

Потенціальна енергія матеріальної точки визначається як робота з її переміщення із точки простору, для якої визначається потенціальна енергія у якусь задану точку, потенціальна енергія якої приймається за нуль. Потенціальна енергія визначається лише для поля консервативних сил.

Потенціальна енергія здебільшого позначається літерами U або V.

Закон збереження механічної енергії

У механіці, закон збереження енергії стверджує, що в замкненій системі часток, повна енергія, що є сумою кінетичної і потенціальної енергії не залежить від часу, тобто єінтегралом руху.

Закон збереження енергії справедливий тільки для замкнених систем, тобто за умови відсутності зовнішніх полів чи взаємодій.

Сили взаємодії між тілами, для яких виконується закон збереження механічної енергії називаються консервативними силами.

Закон збереження механічної енергії не виконується для сил тертя, оскільки за наявності сил тертя відбувається перетворення механічної енергії в теплову.

2.! Магні́тне по́ле — особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженимичастинками.

Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядамиабо спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.

Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.

Магнітне поле є векторним полем, тобто з кожною точкою простору пов'язаний вектор магнітної індукції   який характеризує величину і напрям магнітого поля у цій точці і може мінятися з плином часу. Поряд з вектором електромагнітної індукції  , магнітне поле також описується вектором напруженості  .

У вакуумі ці вектори пропорційні між собою:  , де k - константа, що залежить від вибору системи одиниць. В системі СІ, k = μ₀ - так званій магнітній проникності вакууму. Деякі системи одиниць, наприклад СГСГ, побудовані так, щоб вектори індукції та напруженості магнітного поля тотожно дорівнювали один одному:  .

Однак у середовищі ці вектори є різними: вектор напруженості   описує лише магнітне поле створене рухомими зарядами (струмами) ігноруючи поле створене середовищем, тоді як вектор індукції   враховує ще й вплив середовища:

^[1]

де   - вектор намагніченості середовища.

Вектор магнітної індукції - це характеристика магнітного поля, створеного електричними струмами чи постійними магнітами.

Магнітна індукція – векторна величина, яка показує, з якою силою магнітне поле діє на рухомий заряд. Виступає основною характеристикою магнітного поля. Одиниці вимірювання в системі СІ Тесла, в системі СГС - Гаус.

Вектор магнітної індукції зазвичай позначають латинською літерою  .

Вектор магнітної індукції визначає величину й напрямок дії магнітного поля в кожній точці простору.

Білет 16

1. Для електричного і магнітного полів їх енергія пропорційна квадрату напруженості поля. Слід зазначити, що, строго кажучи, термін енергія електромагнітного поля є не цілком коректним. Обчислення повної енергії електричного поля навіть одного електрона приводить до значення рівного нескінченності, оскільки відповідний інтеграл (див. нижче) розходиться. Нескінченна енергія поля цілком скінченного електрона складає одну з теоретичних проблем класичної електродинаміки. Замість нього у фізиці зазвичай використовують поняття густини енергії електромагнітного поля (у певній точці простору). Загальна енергія поля дорівнює інтегралу густини енергії по всьому простору.

Густина енергії електромагнітного поля є сумою густин енергій електричного і магнітного полів.

У системі СІ для вакууму:

де E — напруженість електричного поля, H — напруженість магнітного поля, — електрична стала, і — магнітна стала. яп.

2. Нейтрон після захвату ядром урану приводить ядро в збуджений стан, за якого воно нагадує пульсуючу рідину. Згодом пульсуюче ядро розривається на два уламки, які кулонівські сили розганяють майже до швидкості світла. Уламки ядра не здатні втримати на собі всі електрони, які входили до ядра урану. Тому в результаті розколу звільняється 2 чи 3 нейтрони. Якщо ці вільні нейтрони на своєму шляху зіштовхуються з ядром урану, то вони поділяють і їх. Цей процес переходить в ланцюгову реакцію поділу, під час якої виділяється велика енергія. Велику частину енергії становить кінетична енергія уламків ядер.

Уран має два основних ізотопи:

1. - ділиться лише під дією дуже швидких нейтронів і поглинає повільні без поділу, утворюючи , згідно з реакцією: .

2. уран - ділиться як повільними, так і швидкими нейтронами. Міститься в природному урані як домішка ( 0,7 %). Для проведення ланцюгових реакцій природний уран збагачують ізотопом .

Білет 17

1. Електри́чне по́ле — це складова частина електромагнітного поля, яка описує взаємодію між нерухомими зарядами.

Кількісними характеристиками електричного поля є вектор напруженості електричного поля й вектор електричної індукції .

У випадку, коли електричне поле не змінюється з часом, його називають електростатичним полем.

Розділ фізики, який вивчає розподіл статичного електричного поля в просторі, називається електростатикою.

Напру́женість електри́чного по́ля — це векторна фізична величина, яка дорівнює силі, яка діє у данній точці простору у данний момент часу на пробний одиничний електричний заряд у електричному полі.

де — сила, q — електричний заряд, — напруженість електричного поля.

В системі СІ вимірюється у В/м, на практиці здебільшого у В/см.

2. Елемента́рна части́нка — збірний термін, що відноситься до мікрооб'єктів в суб'ядерному масштабі, які неможливо розщепити на складові частини. Їх будова і поведінка вивчається фізикою елементарних частинок. Поняття елементарних частинок ґрунтується на факті дискретної будови речовини. Низка елементарних частинок має складну внутрішню структуру, проте розділити їх на частини неможливо. Інші елементарні частинки є безструктурними і можуть вважатися первинними фундаментальними частинками.

Античасти́нки — частинки з рівними, але протилежними за знаком електричним зарядом і магнітним моментом в порівнянні з відповідними елементарними частинками, наприклад, антипротон — протон, позитрон — електрон. Антиатоми і антиядра можна одержати з відповідних атомів та ядер заміною всіх елементарних частинок, що входять до їхнього складу, на античастинки. Речовину, що цілком складається з античастинок називається антиматерією.

До елементарних частинок слід також віднести фотони і нейтрино, які мають лише масу руху і не мають маси спокою. Взаємоперетворюваність елементарних частинок матерії однієї в іншу, подібно до перетворень хімічних елементів, а також хімічні, молекулярні перетворення речовини з однієї якості в іншу свідчать про загальну взаємоперетворюваність всіх видів матерії і всіх форм її руху, про перехід їх з однієї форми в іншу.

Білет 18

1. 1. Прискорення - це векторна фізична величина, що дорівнює відношенню зміни швидкості до часу, протягом якого ця зміна відбулася.

Якщо швидкість за будь-які однакові проміжки часу збільшується на ту саму величину, то такий рух називається рівноприскореним. Якщо швидкість тіла зменшується згодом на ту саму величину, то рух називають рівносповільненим. У цілому рівнозмінним називають такий рух тіла, за якого прискорення є сталим ( ).Якщо прямолінійний рівноприскорений рух тіла починається зі стану спокою ( ), то рівняння (2.1.17) набуває вигляду

2. Щоб пояснити одержані результати, Е. Резерфорд припустив, що атом має складну будову, схожу на Сонячну систему: всередині його міститься позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються електрони (мал. 7.2).

Його розрахунки довели, що в ядрі зосереджена практично вся маса атома, але його розміри набагато менші за сам атом. Вимірювання показали, що лінійні розміри атома становлять приблизно 10-10 м, а радіус його ядра дорівнює близько 10-15 м. Зрозуміло, що схематичні зображення атомів тут і в інших книгах подаються без дотримання масштабів.

Отже, на підставі одержаних експериментальних даних Е. Резерфорд запропонував ядерну модель атома, яка узгоджувалася з результатами дослідів і пояснювала багато інших явищ, пов'язаних з будовою атома.

Квантові постулати Н. Бора усувають протиріччя між твердженнями класичної теорії і наявним результатом тривалого існування атомів

Це протиріччя між класичною теорією і практикою спробував пояснити у 1913 р. відомий датський учений Нільс Бор, який сформулював квантові постулати:

1) атоми перебувають у певних стаціонарних станах, в яких вони не випромінюють електромагнітні хвилі;

2) під час переходу атома з одного стаціонарного стану, що характеризується енергією Еn, в інший з енергією Еm, він випромінює або поглинає квант енергії, що дорівнює

hv= En - Em. (7.2)

Білет19

1.Якщо на тіло діє більше ніж одна сила то тіло рухається за сумою векторів яка при цьому утворилася

Розділ механіки, в якому вивчаються умови рівноваги тіл або системи тіл, називають статикою.

Рівновага — стан тіла, при якому відсутнє переміщення будь-яких його точок під дією прикладених сил. При поступальному русі тіла можна розглядати рух тільки однієї точки тіла — його центру мас. Центр мас — це точка, в якій сконцентрована вся маса тіла і прикладена рівнодійна всіх сил, які діють на тіло.

Тіло, яке може обертатися навколо закріпленої осі, може знаходитися в стані рівноваги, якщо геометрична сума всіх прикладених до нього сил та алгебраїчна сума моментів сил, які прикладені до тіла, відносно осі дорівнює нулю.

2. Сила Лоренца - сила, що діє на електричний заряд, який перебуває у електромагнітному полі.

.

Тут - сила, q - величина заряду, - напруженість електричного поля, - швидкість руху заряду, - вектор магнітної індукції.[1]

Електричне поле діє на заряд із силою, направленою вздовж силових ліній поля. Магнітне поле діє лише на рухомі заряди. Сила дії магнітного поля перпендикулярна до силових ліній поля й до швидкості руху заряду.

Названа на честь Гендрика Лоренца, який розробив це поняття 1895 року.

Запис магнітний, спосіб запису електричних сигналів на шарі оксиду заліза чи іншому магнітному матеріалі, нанесеному на тонку пластикову стрічку. Електричний сигнал з мікрофона подається на електромагнітну головку, яка намагнічує стрічку відповідно до частоти й амплітуді вихідного сигналу. Імпульси можуть бути звуковими (звукозапис), візуальними (відеозапис) або нести інформацію (для комп'ютера). При програванні стрічка пропускається через ту ж, або іншу головку, магнітні сигнали перетворюються в електричні, котрі потім підсилюються при відтворенні.

Білет 20

1. Ма́са — фізична величина, яка є однією з основних характеристик матерії, що визначає її інерційні, енергетичні та гравітаційні властивості. Маса зазвичай позначається латинською літерою m.

де — прискорення, а — сила, що діє на тіло.

У природі одні тіла постійно діють на інші. Так, Земля притягує всі тіла, розташовані на її поверхні та поблизу неї, вода, падаючи з висоти, обертає лопаті турбіни, вітер змушує рухатися вітрильники, завдяки силі м'язів людина піднімає тіла, кінь перевозить вантажі.

У наведених прикладах тіла взаємодіють між собою. Характеристика взаємодії тіл дістала назву сила.

Учені розрізняють різні види сил: силу тяжіння, силу пружності, силу тертя та інші.

* Сила - це міра взаємодії тіл.

* Сила характеризується числовим значенням і напрямком, її вимірюють за допомогою динамометра.

* Одиниця вимірювання сили - ньютон (Н).

* Є сили тяжіння, тертя, пружності та інші.

* У природі постійно діють різні види сил.

* Людина в процесі своєї діяльності використовує силу власних м'язів, м'язів тварин та силу різноманітних машин.

* Створюючи машини чи пристрої, конструктори за допомогою спеціальних динамометрів визначають найбільші значення сили, яку ті можуть проявляти.

* Усі природні явища - результат дії різних сил.

* Завдяки силі тяжіння тіла утримуються на поверхні Землі.

* Сила тертя - умова існування механічного руху в природі.

* Сила пружності - джерело міцності живих організмів.

2. Біологічна доза випромінювання (біологічна доза) - це кількість енергії іонізуючого випромінювання, яка визначає біологічний вплив на організм. Для характеристики біологічної дії, що створюється різними видами іонізуючих випромінювань введено поняття відносної біологічної ефективності випромінювання (ВБЕ).

Бер — біологічний еквівалент рентгена, одиниця вимірювання дози опромінення.

1 бер — це доза опромінення, аналогічна за своєю біологічною дією дозі опромінення рентгенівськими променями 1 рентген.

Бер (біологічний еквівалент рентгена) - це кількість енергії будь якого виду випромінювання, яке при поглинанні в 1г біологічної тканини створює таку ж біологічну дію, що і гамма-випромінювання при дозі в 1Р. Бер - одиниця вимірювання біологічної дози.

Найпростіший захист людей від випромінювання — це віддаленість від його джерела. Якщо цього досягти не вдається, необхідно використовувати екрани із свинцю, оточувати потужні джерела стінами з бетону (завтовшки декілька метрів). 

Дозиметрія - визначення кількості, потужності та розподілу в просторі та часі енергії випромінювання, емітованої джерелом іонізуючої радіації.

Білет 21

1Уперше швидкість теплового руху атомів експериментально визначив німецький вчений-фізик О. Штерн 1920 року. Він користувався приладом, схему якого зображено на рис.3.1.12. Уздовж осі двох циліндрів різних діаметрів зі спільною віссю розміщено платиновий дріт С, покритий шаром срібла. Внутрішній циліндр мав щілину. Дріт нагрівався під час пропускання електричного струму через нього і при t = 1300 °С срібло з його поверхні випаровувалось. У такий спосіб у камері циліндрів, повітря з якої заздалегідь відкачувалося до тиску 1,3·10-4 Па, утворювався газ із атомів срібла. У результаті на зовнішньому циліндрі супроти щілини утворювалась срібна смужка. Її положення на рис.3.1.12 відповідає точці Д.

Потім циліндри обертали із частотою n. За час t, потрібний атому для проходження шляху, що дорівнює різниці радіусів циліндрів RB - RA, циліндри поверталися на деякий кут j. Через це атоми, що рухалися зі сталою швидкістю, потрапляли на внутрішню поверхню великого циліндра не проти щілини О (рис.3.1.12), а на певній відстані S від кінця радіуса, що проходить через середину щілини до точки Д'. Адже атоми рухаються прямолінійно.

Бро́унівський рух — невпорядкований, хаотичний рух дрібних частинок речовини в розчинах. Названий на честь ботаніка Роберта Брауна, який спостерігав[1] це явище під мікроскопом у 1827 р.. Теорію броунівського руху побудував у 1905 р. Альберт Ейнштейн.

Відкриття й пояснення броунівського руху мало велике значення для фізики, оскільки було свідченням теплового руху молекул. Браун 1827 року відкрив хаотичний рух спор плауна у воді. Рух завислих частинок відбувався внаслідок руху молекул. Таким же чином рухаються частинки фарби у воді, пилинки в променях світла тощо. Молекули рідини зіштовхуються з завислими у ній частинками, а отже передають їм імпульс.

2. Спектральний аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз грунтується на явищі дисперсії світла. Традиційно розмежовують:

атомарний та молекулярний спектральний аналіз,

«емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання,

«мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи молекулярних іонів.

Найважливішим джерелом інформації про більшість космічних об'єктів є їхнє випромінювання. Дістати найцінніші й найрізноманітніші відомості про тіла дає змогу спектральний аналіз їхнього випромінювання. За допомогою цього методу можна встановити якісний і кількісний хімічний склад світила, його температуру, наявність магнітного поля, швидкість руху та багато іншого.

Для одержання спектрів застосовують спектроскоп та спектрограф. У першому спектр розглядають, а у другому його фотографують. Спектрограма — фотографія спектра.

За спектром можна знайти й температуру світного об'єкта. Коли тіло розжарене до червоного коліру, у його суцільному спектрі найяскравіша червона частина. Якщо його нагрівати далі, ділянка найбільшої яскравості у спектрі змішується в жовту, потім у зелену частину і так далі до фіолетового. Це явище описується законом Віна, який показує залежність положення максимуму у спектрі випромінювання від температури тіла. Знаючи цю залежність, можна встановити температуру Сонця, зірок, планет за допомогою спеціально створених приймачів інфрачервоного випромінювання.

Білет22

1Електромагнітна індукція — виникнення електрорушійної сили у провіднику, що перебуває у змінному магнітному полі.

Явище електромагнітної індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки з провідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметра відхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.

Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:

де

• — електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

Φ — магнітний потік у веберах

Якщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися за законом Ома формулою

, де R - опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.

2. Кипі́ння — процес переходу рідини до пари, який характеризується, на відміну від випаровування, тим, що утворення пари відбувається не тільки на поверхні, але й в усій масі рідини.

В момент кипіння тиск нас. пари дорівнює атмосф. тиску, а тиск нас. пари залежить від температури. Таким чином температура кипіння рідини прямопропорційна залежність рідини від атмосферного тиску, чим він більший, тим більша температура при якій відбувається кипіння води. Температура при якій кипить рідина називається температура кипіння.

В процесі нагрівання зростає швидкість руху молекул, збільшується відстань між молекулами і речовина розширяється.

Зміна розмірів і форми тіла в процесі нагрівання називається тепловим розширенням.

Розрізняють лінійне і об’ємне розширення.

Білет 23

1. Моме́нт си́ли — векторна фізична величина, рівна векторному добутку радіус-вектора, проведеного від осі обертання до точки прикладення сили, на вектор цієї сили. Момент сили є мірою зусилля, направленого на обертання тіла.

Момент сили зазвичай позначається латинською літерою і вимірюється в системі СІ в Н м, що збігається із розмірністю енергії.

Момент сили , яка діє на матеріальну точку із радіус-вектором визначаєтся як

. тобто є векторним добутком радіус-вектора на силу .

Момент сили - це вектор перпендикулярний, як до радіус-вектора точки, так і до сили, яка на цю точку діє. За абсолютною величиною момент сили дорівнює добутку сили на плече або

, де α - кут між напрямком сили й радіус-вектором точки.

Тіло, яке має вісь обертання, перебуватиме в рівноважному стані, якщо виконується правило моментів сил: сума моментів сил, які обертають тіло за годинниковою стрілкою, має дорівнювати сумі моментів сил, які обертають його проти годинникової стрілки.

Моментом сили називають взятий зі знаком " + " або " - " добуток модуля сили на плече:

. Момент сили додатний, якщо тіло обертається під дією цієї сили проти годинникової стрілки, від'ємний, якщо тіло обертається за годинниковою стрілкою. Одиниця вимірювання в СІ Н·м.

2. Ядро́ — центральна частина атома. В ядрі зосереджені позитивний електричний заряд та основна частина маси атома.

В порівнянні з розмірами атома, який визначається радіусом електронних орбіт, розміри ядра назвичайно малі 10-15-10-14 м, тобто приблизно в 10 мільйонів разів менші від розміру самого атома.

Ядра всіх атомів складаються з протонів і нейтронів, близьких за масою та іншими властивостями частинок, з яких лише протони несуть електричний заряд. Повне число протонів називаєтся атомним номером Z атома і збігається з числом електронів в нейтральному атомі. Протони і нейтрони, їх ще називають нуклонами, утримуються разом дуже великими силами. За своєю природою ці сили не можуть бути ні електричними, ні гравітаційними, а за величиною вони на багато порядків перевищують сили, які пов'язують електрони з ядром. Ця взаємодія отримала назву сильної взаємодії.

Ядро найпростішого атома — атома водню — є одним протоном.

До складу атомних ядер входить лише два види елементарних частинок –– протони і нейтрони.

Протон має позитивний заряд, що дорівнює заряду електрона, тобто елементарному заряду е=1,6021*10-19Кл, і масу спокою mp=1,6726*10-27кг. Нейтрон не має заряду, а його маса трохи більша маси протона: mn=1,6749*10-27кг. Протон позначають буквою n. Загальна назва цих частинок –– нуклони.

Нуклони міцно зв’язані в ядрі атома ядерними силами. Для розриву цього зв’язку необхідно затратити деяку кількість енергії.

Енергія, необхідна для розриву зв’язку нуклонів ядра, яка називається енергією зв’язку, повинна бути менша енергії роз’єднаних нуклонів на величину енергії зв’язку ядра . З іншого боку, згідно закону пропорційності маси і енергії, зміна енергії системи ΔW супроводжується пропорційною зміною маси системи Δm:

, де с–– швидкість світла в вакуумі. Оскільки в даному випадку ΔW є енергією зв’язку ядра , то маса атомного ядра повинна бути менша суми мас нуклонів, що складають ядро, на величину Δm, яка називається дефектом маси ядра. За даною формулою можна розрахувати енергію зв’язку ядра ,якщо відомий дефект маси цього ядра Δm.

Білет 24

1. Напівпровіднико́вий діо́д (рос. полупроводниковый диод, англ. semiconductor (crystal) diode; нім. н. Halbleiterdiode f) — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами.

Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник.

Випрямний перехід, окрім ефекту випрямлення, має й інші властивості, що використовуються для створення різних видів напівпровідникових діодів: випрямних діодів, стабілітронів, лавинно-пролітних діодів, тунельних діодів, варикапів та інших. Тому напівпровідникові діоди поділяють: на випрямні, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опірні (стабілітрони), чотиришарові перемикаючі, фотодіоди, світлодіоди, тунельні діоди та інші.

Загалом, механізм односторонньої провідності у діодів однаковий, проте для його створення можна використовувати не лише виключно напівпровідники, а й метали.

Напівпровідник-напівпровідник

Якщо зплавити напівпровідники з різними типами провідності (n— та p-провідністю), то на межах їх стику утворюється p-n перехід. Вільні електрони з області напівпровідника з n-провідністю рекомбінують з «дірками» напівпровідника з p-провідністю. Утворюється нейтральний шар, який розділяє дві області з електричними зарядами. Створюється різниця потенціалів. Якщо подати напругу негативним знаком на n-область та позитивним на p-область, то електрони будуть здатні подолати нейтральний бар'єр і через діод потече струм (пряме увімкнення діода). Якщо подати напругу позитивним знаком на n-область, а негативним на p-область, то нейтральний шар розшириться і струм протікати не буде.

Метал-напівпровідник

Якщо методом катодного розпилення, або вакуумного осадження, на очищену зону напівпровідника, нанести метал, то утвориться з'єднання метал-напівпровідник. Робота виходу електронів з металу значно більша, ніж у напівпровідника. Тому утвориться різниця робіт виходу, та різниця потенціальних бар'єрів. Це зумовить перехід електронів із напівпровідника до металу, та відсутность переходу електронів із металу до напівпровідника

2. Зало́млення або рефракція — зміна напряму поширення випромінювання при проходженні межі розділу двох середовищ з різною оптичною густиною (наприклад, повітря-скло, скло-вода).

Кут, на який змінюється напрям поширення випромінювання, залежить від оптичної густини обох середовищ, а також від довжини хвилі самого випромінювання. Явище заломлення широко використовується в оптиці. Наприклад, випромінювання, заломлюючись в призмі, розкладається на спектр.

Математично заломлення світла описується як законом Снеліуса та формулами Френеля.

При заломленні світла деякими кристалами виникає не один а два заломлені промені, які розповсюджуються в різних напрямках. Це явище називається подвійним променезаломленням.

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ – оптична константа мінералів, яка показує відношення кута, під яким упав промінь на мінерал (і), до кута, під яким він заломився в мінералі (r). Позначається n і визначається за формулою n = Sin i/Sin r. Мінерали кубіч-ної сингонії та аморфні мінерали оптично ізоморфні і мають один П.з. Для мінералів ін. сингоній П.з. змінюється зі зміною напряму ходу променя в мінералі від максимального ng до мінімального np. У мінералах ромбічної, моноклінної та триклінної сингонії, крім того, розрізняють середній П.з. – nm. У мінералах гексагональної, тригональної та тетрагональної сингонії П.з. позначають nо (П.з. звичайний) та nе (П.з. незвичайний). nо = nm; nе = ng або nе = nр. Для більшості мінералів П.з. знаходиться в межах 1,3–3,5.

Закон Снеліуса або закон Снела визначає напрям розповсюдження променя світла, який падає на плоску границю розділу двох середовищ. [1] Закон Снеліуса записується , де θ1 - кут падіння, θ2 - кут заломлення, n1 та n2 - показники заломлення двох середовищ.

Якщо показник заломлення другого середовища більший за показник заломлення того середовища, звідки світло падає, то кут заломлення менший за кут падіння. Якщо показник заломлення другого середовища менший за показник заломлення того середовища, звідки світло падає, то кут заломлення більший за кут падіння. Заломлення світла пов'язане із зміною швидкості розповсюдження при переході від одного середовища до іншого.

Білет 25

1Індуктивність — фізична величина, що характеризує здатність провідника нагромаджувати енергію магнітного поля, коли в ньому протікає електричний струм.

Позначається здебільшого латинською літерою L, в системі СІ вимірюється в Генрі.

Дорівнює відношенню магнітного потоку Φ через контур, визначений електричним колом, до величини струму І в колі , тобто

L = Φ / I.

Енергія магнітного поля, створеного електричним струмом у колі, визначається формулою.

Індуктивність залежить від форми контура.

Магні́тне по́ле — особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Енергія магнітного поля провідника зі струмом дорівнює:

, де I - сила струму, а L - індуктивність, що залежить від форми провідника.

2. Радіоакти́вність (від лат. radio — «випромінюю» radius — «промінь» і activus — «дієвий») — явище спонтанного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елемента в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

На початку ХХ ст. англійський фізик Резерфорд пропустив сильне випромінювання радіоактивних елементів через сильне магнітне поле, внаслідок чого потік частинок ядер розділився на три потоки, які Резерфорд назвав a-, b-частинками, g-променями.

Як з'ясувалося пізніше, потік a-частинок є потоком ядер гелію. Вони мають малу проникну здатність, але найбільшу іонізувальну здатність. Листок паперу чи одяг затримують їх повністю.

b-частинки є виявились потоком дуже швидких електронів, які рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Вони мають більшу проникну здатність, навіть пластинка з алюмінію завтовшки в декілька міліметрів не повністю їх затримує. g-промені виявились електромагнітними хвилями з дуже малою довжиною хвилі, на багато меншою, ніж довжина хвилі видимого світла і навіть рентгенівських променів. Вони мають дуже велику проникну здатність. Пластинка з свинцю завтовшки 1 см затримує їх не повністю.

На основі спостережень та експериментів учені встановили, що радіоактивність супроводжується довільним перетворенням одних ядер в інші і випромінюванням різних частинок.

Якщо в початковий момент часу (t= 0) було Nо радіоактивних ядер, то за період піврозпаду Т кількість їх стане вдвічі меншою ще через такий самий час Т їх уже буде і т.д. Тобто за n періодів піврозпаду радіоактивними залишаться лише N ядер

Радіоактивні речовини різняться одна від одної періодом піврозпаду: одні з них швидше розпадаються, демонструючи інтенсивність радіоактивних перетворень, інші повільніше. Тому період піврозпаду Т може характеризувати активність радіонукліда А, тобто кількість розпадів атомних ядер за 1 с. Вона прямо пропорційна числу атомних ядер і обернено пропорційна періоду піврозпаду:

Активність радіонукліда А в СІ вимірюють у беккерелях (Бк). 1 беккерель дорівнює активності радіонукліда, в якому за 1 с відбувається один акт розпаду. На практиці користуються також одиницею активності кюрі (Кі): 1 Кі = 3,7 • 1010 Бк.

Білет26

1.Математи́чний ма́ятник — теоретична модель маятника, в якій матеріальна точка масою m підвішена на невагомому нерозтяжному стержні довжини l і здійснює рух в вертикальній площині під впливом сил тяжіння з прискоренням вільного падіння g.

Модель нехтує розмірами тіла, деформацією підвісу та тертям в точці підвісу стержня. Звичайно розглядаються коливання маятника в одній площині. В загальному випадку, якщо відхилити маятник від положення рівноваги та штовхнути його вбік, рух маятника буде складатися з коливань в вертикальних площинах та руху в горизонтальних.

При малому відхилені математичний маятник здійснює гармонічні коливання. Якщо відхилення велике, то коливання маятника періодичні, але не гармонічні.

Згідно з формулою (5.1.3) можна зробити висновок, що період коливань математичного маятника не залежить від маси тіла, а визначається лише довжиною підвісу і прискоренням вільного падіння.

2.Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти хвилі світла.

Здебільшого показник заломлення зростає при збільшенні частоти. Це зростання називають нормальною дисперсією. Аномальна дисперсія — зменшення показника заломлення при збільшенні частоти — виникає в спектральних областях, близьких до частот інтенсивного поглинання.

Середовище реагує на зміну зовнішнього електричного поля зміною наведеної в ньому поляризації. Поляризація виникає завдяки зміщенню зв'язаних зарядів, наприклад, зміщенню електронів відносно ядер атомів. Процеси зміщення не відбуваються миттєво, а вимагають певного часу. Крім того, зміщення можуть бути різними за величиною, й ставати особливо значними тоді, коли частота зміни зовнішнього поля потрапляє в резонанс із коливаннями, характерними для системи.

Коли електричне поле світлової хвилі, яка розповсюджується в середовищі, змінюється повільно, середовище встигає повністю відреагувати на зміну поля. Якщо ж електричне поле змінюється дуже швидко, електрони не встигають відслідковувати його зміни. Цим пояснюються різні значення показника заломлення при різних частотах електромагнітних хвиль.

Спектро́метр (від спектр та грец. μετρεω — вимірюю) — спектральний прилад зі сканувальним пристроєм, який за допомогою фотоелектричних приймачів дає змогу кількісно оцінювати розподіл енергії у спектрі. Термін застосовується до приладів, що працюють у широкому діапазоні хвиль: від гамма- до інфрачервоного випромінювання.

Першим спектральним приладом був спектроскоп, винайдений на початку XIX сторіччя. Світло розкладалося за допомогою призми та його можна було переглядати візуально. Виміри здійснювалися за допомогою шкали, що накладалася на зображення.

Із винаходом фотографії було створено більш точний та зручний прилад — спектрограф. Він працював за тим же принципом, але замість спостережної трубки використовувалася фотокамера.

Винайдення у середині XX сторіччя фотоелектронного помножувача збільшило точність вимірів та надало можливість оперативного отримання результатів для перегляду (разом із їх фіксацією для подальшого аналізу).

У ранніх спектроскопах (спектрографах) для дисперсії світла застосовувалася призма. У сучасних приладах для цього здебільше застосовують дифракційну ґратку.

Білет 27

1. Оскільки зміна швидкості тіла впливає як на його масу, так і на енергію, природно припустити, що між цими двома величинами — масою та енергією — може існувати зв'язок. За допомогою математичних перетворень, що випливають із закону збереження енергії, А. Ейнштейн встановив спів-відношення між масою і повною енергією тіла

Коли тіло перебуває у стані спокою, його енергія дорівнює Е0 = m0с2, її називають енергією спокою

Повна енергія тіла дорівнює: Е0 = mос2 + Ек

Ця знаменита формула взаємозв'язку маси та енергії є універсальною стосовно будь-яких видів енергії. Вона передбачає, що кожне тіло має енергію, потенціальний запас якої визначається енергією спокою тіла m0c2 та його кінетичною енергією, тобто її фізичний зміст полягає в тому, що енергія здатна перетворюватися на інші види.

Як ми переконаємося далі, формула взаємозв'язку маси та енергії відіграє особливу роль в атомній і ядерній фізиці, де перетвоення речовин унаслідок ядерних реакцій супроводжується значним вивільненням енергії. Вона має незаперечне значення і в розрахунках релятивістських ефектів елементарних частинок, зокрема під час взаємних їх перетворень.

2. Колива́льний ко́нтур або коливний контур — електричне коло, складене з резистора, ємності та індуктивності, в якому можливі коливання напруги й струму. Коливальні контури широко застосовуються в радіотехніці та електроніці, зокрема в генераторах електричних коливань, в частотних фільтрах. Вони використовуються практично в кожному електротехнічному пристрої.

Серед різних електричних явищ особливе місце займають електромагнітні коливання, при яких фізичні величини (заряди, струми, електричні і магнітні поля) періодично змінюються. Для виникнення і підтримування електромагнітних коливань необхідні певні системи, найпростішою з який є коливальний контур - ланцюг, який складається з увімкнених послідовно котушки індуктивністю L, конденсатора ємністю С і резистора опором R.

Розглянемо послідовні стадії коливального процесу в ідеалізованому контурі, опір якого безмежно малий Для виникнення в контурі коливань конденсатор попередньо заряджають, надаючи його обкладкам заряди Q. Тоді в початковий момент часу (рис. 5, а) між обкладками конденсатора виникне електричне поле, енергія якого

Замкнувши конденсатор на котушку індуктивності, він почне розряджатися й у контурі потече зростаючий з часом струм I. У результаті енергія електричного поля буде зменшуватися, а енергія магнітного поля котушки - зростати.

Гармонічними коливаннями називаються періодичні коливання фізичної величини, які відбуваються згідно із законом

,де y — це фізична величина, що коливається, t — час, y0 — це найбільше значення, яке приймає величина y під час коливань, яке називають амплітудою коливань, ω — циклічна частота коливань, — фаза коливань.

Періодом коливань називається величина

.Лінійна частота коливань визначається, як

Білет 28

1. Св́ітло — електромагнітні хвилі видимого спектру. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються людським оком (7.5×1014 — 4×1014 Гц), тобто з довжиною хвилі від 400 до 760 нанометрів.

У фізиці термін «світло» має дещо ширше значення і є синонімом до оптичного випромінювання, тобто включає в себе інфрачервону та ультрафіолетову області спектру.

Властивості світла вивчаються розділами фізики оптикою та спектроскопією

Як і будь-які інші електромагнітні хвилі світло характеризується частотою, довжиною хвилі, поляризацією й інтенсивністю. У вакуумі світло розповсюджується зі сталою швидкістю, яка не залежить від системи відліку — швидкістю світла. Швидкість поширення світла в речовині залежить від властивостей речовини і загалом менша від швидкості світла у вакуумі. Довжина хвилі зв'язана з частотою законом дисперсії, який також визначає швидкість поширення світла в середовищі.

Взаємодіючи з речовиною, світло розсіюється і поглинається. Випромінювання і поглинання світла відбувається квантами: фотонами, енергія яких залежить від частоти:

E = hν,

де E — енергія кванта, ν — частота, h — стала Планка.

Звичайне денне світло складається з некогерентних електромагнітних хвиль із широким набором частот. Таке світло заведено називати білим. Біле світло має спектр, що відповідає спектру випромінювання Сонця. Світло з іншим спектром сприймається як кольорове. Дисперсія світла, тобто різна швидкість розповсюдження світлових променів з різною частотою у середовищі, дозволяє розкласти світло на кольорові складові.

Світло переносить енергію. Зокрема, сонячне світло є одним із основних джерел енергії на Землі. Частина цієї енергії сприймається живими організмами при фотосинтезі. Використання сонячної енергії людством одна із найважливіших сучасних проблем..

інтерфере́нція (від лат. inter — взаємно, між собою; лат. ferio — вдаряю, вражаю) — явище накладання двох або більше когерентних світлових хвиль в результаті чого в одних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі (інтерференційний max.), а в інших місцях послаблення (інтерференційний min.)

Інтерференція спостерігається у когерентних хвиль довільної природи — поверхневих (на воді), поперечних та повздовжніх звукових, електромагнітних (світло, радіохвилі), хвиль де Бройля.

При інтерференції результуюче коливання є геометричною сумою коливань обох хвиль у відповідних точках. Цей принцип суперпозиції як правило є точним і порушується у окремих випадках, в деяких середовищах, коли амплітуда коливань є дуже високою (нелінійна оптика, нелінійна акустика).

Найпростішим випадком інтерференції є накладання двох гармонічних хвиль з однаковою частотою і поляризацією. В такому випадку результуюча амплітуда А вираховується за формулою

2. Розвиток уявлень про простір і час показало, що як такі простір і час роздільно не існують. Вони є сторонами єдиної сутності - чотиривимірного "простору-часу". Навколишній світ - це світ подій, які характеризуються місце і часом.

СТО, показавши відносність простору і часу, ввела новий абсолют. Таким абсолютом є чотиривимірний "простір-час", де три координати просторові, а четверта тимчасова. В цілому філософське значення спеціальної теорії відносності полягає в тому, що відкрила нерозривний зв'язок, органічна єдність простору і часу. Висновки СТО в даний час знаходять своє підтвердження на практиці.

Подальший розвиток уявлень про простір і час і їх взаємозв'язку з матерією пов'язано з виникненням загальної теорії відносності (ОТО)

Одним з основних постулатів ОТО є гравітаційні рівняння Ейнштейна, в яких права частина є фізична величина, що виражає матерію - енергію - імпульс. А ліва частина висловлює геометричні властивості 4-х мірного простору-часу. Таким чином, рівняння Ейнштейна описують одночасно і гравітаційне поле, і геометрію простору-часу.

Встановлення залежності гравітаційного поля, а через нього про простору-часу від розподілу в ньому матеріальних мас є найважливішим фактором не тільки у фізичному, а й у загальфілософських плані. У цьому сенсі рівняння Ейнштейна слід розглядати як математичний вираз діалектичного принципу, який стверджував, що простір і час як форми існування матерії повинні бути нерозривно пов'язані з матерією та її властивостями. Це означає, що ОТО у вирішенні проблеми простору і часу докорінно відрізняється від класичної фізики.

Ейнштейн доповнив класичну механіку, так званою релятивіською механікою, тим самим по-іншому відповів на запитання про прямолінійний рух. В дійсності він перший в цілому з’єднав простір, матерію та час. (ще одне підтвердження того що Ейнштейн доповнював старі ланки наук новими частинами та теоріями)

Існував один факт, який полягав у тому, що швидкість світла не залежить від швидкості тіла, яке його випромінює. Причину цього явища зміг пояснити ніхто інший, як А.Ейнштейн. В зв’язку зим він створив відому теорію відносності, в основу якої був поставлений факт про незалежність швидкості світла від швидкості джерела.(надавав пояснення новим фактам, які потребували доведення, підтверджуючи, або заперечуючи їх)

Білет 29

1. Дифра́кція - явище, що виникає при поширенні хвиль (наприклад, світлових і звукових хвиль). Суть цього явища полягає в тому, що хвиля здатна огинати перешкоди. Це зумовлює те, що хвильовий рух спостерігається в області за перешкодою, куди хвиля не може потрапити прямо. Явище пояснюється інтерференцією хвиль на краях непрозорих об'єктів або неоднорідностях між різними середовищами на шляху поширення хвилі. Прикладом може бути виникнення кольорових світлових смуг в області тіні від краю непрозорого екрана.

Дифракція добре проявляється тоді, коли розмір перешкоди на шляху хвилі порівняний з її довжиною або менший.

Явище дифракції світла наглядно підтверджує теорію корпускулярно-хвильвої природи світла.

Спостерігати дифракцію світла важко, оскільки хвилі відхиляються від перешкод на помітні кути лише за умови, що розміри перешкод приблизно дорівнюють довжині хвилі світла, а вона дуже мала.

Уперше, відкривши інтерференцію, Юнг виконав дослід з дифракції світла, за допомогою якого були вивчені довжини хвиль, що відповідають світловим променям різного кольору. Вивчення дифракції отримало своє завершення в працях О. Френеля, який і побудував теорію дифракції, яка в принципі дозволяє розраховувати дифракційну картину, яка виникає внаслідок огинання світлом будь-яких перешкод. Таких успіхів Френель досягнув, об'єднавши принцип Гюйгенса ідеєю інтерференції вторинних хвиль. Принцип Гюйгенса-Френеля формулюється так: дифракція виникає внаслідок інтерференції вторинних хвиль.

2. Швидкість світла у вакуумі дорівнює граничній швидкості для будь-якого матеріального тіла і дорівнює швидкості поширення електромагнітної хвилі cв = 3·108 м/с. Хоча ця швидкість є дуже великою, але вона скінченна. Рухаючись із такою швидкістю, світло від Місяця ( відстань 380000 км) доходить до Землі за 11/3 с, від Сонця (відстань 150 млн. км) - за 8 хв.; а від віддалених зірок і галактик може рухатись мільйони років.

За сучасними даними швидкість світла у вакуумі дорівнює 299792458±1,2 м/с. Можна вважати, що швидкість світла приблизно дорівнює 3·108 м/с. Тепер швидкість світла вимірюють досить точно, але вчені намагаються зробити це ще точніше. Її значення використовують у багатьох формулах, як коефіцієнт. Вона є граничною швидкістю руху елементарних частинок і поширення будь-яких сигналів. Останнє з'ясувалося після створення теорії відносності.

Відносність одночасності подій

У механіку Ньютона одночасність двох подій абсолютна і не залежить від системи відліку. Це значить, що якщо дві події відбуваються в системі Kу моменти часу t і t1, а в системі K’ відповідно в моменти часу t’ і t’1, те оскільки t=t’, проміжок часу між двома подіями однаковий в обох системах відлік

Білет 30

1. Електомагнітні хвилі ще вищої частоти належать до рентгенівського діапазону. Вони називають так тому, що їх відкрив Рентген, вивчаючи випромінювання, яке утворюється при гальмуванні електронів. В закордонній літературі такі хвилі заведено називати X-променями, поважаючи бажання Рентгена, щоб промені не називали його іменем. Рентгенівські хвилі слабо взаємодіють із речовиною, сильніше поглинаючись там, де густина більша. Цей факт використовується в медицині для рентгенівської флюорографії. Рентгенівські хвилі застосовуються також для елементного аналізу та вивчення структури кристалічних тіл.

Найвищу частоту й найменшу довжину мають γ-промені. Такі промені утворюються внаслідок ядерних реакцій і реакцій між елементарними частинками. γ-промені мають велику руйнівну дію на біологічні об'єкти. Проте вони використовуються у фізиці для вивчення різних характеристик атомного ядра.

2. Терміном поляризація електромагнітної хвилі або поляризація світла описується просторова орієнтація електричної складової електромагнітної хвилі - вектора напруженості електричного поля.

Електромагнітна хвиля в порожнечі завжди поперечна, тобто вектор напруженості електричного поля перпендикулярний до напрямку розповсюдження хвилі. Однак, при цьому залишаються ще дві різні незалежні можливості орієнтації напруженості. Більш того, цей вектор може змінювати свою орієнтацію з часом.

Електромагнітні хвилі в залежності від виду поляризації поділяються на

неполяризовані

лінійно-поляризовані

циклічно-поляризовані

еліптично поляризовані

При падінні хвилі на плоску поверхню розділу двох середовищ зручно виділити s-поляризацію й p-поляризацію.

Рідкокристалічні дисплеї

Піксель складається з кольорового фільтра, горизонтального поляризатора, оточеного двома шарами скла рідкокристалічного шару, який повертає поляризацію, вертикального фільтра

Наприклад, піксель рідкокристалічного дисплея складається з шару, який пропускає тільки горизонтально-поляризоване світло, рідкокристалічного шару, який обертає поляризацію світла на 90o, і шару, який пропускає тільки вертикальну поляризацію світла. Загалом така структура прозора для горизонтально-поляризованої складової світла, яке падає на піксель. Однак, прикладання невеликого електричного поля до рідкого кристалу призводить до того, що кут обертання поляризації збивається, і світло вже не проходить крізь фільтри. В такому випадку піксель темніє, що дозволяє легко формувати зображення на дисплеї.

Стереоскопічне кіно

Поляризація світла використовується для того, щоб створити ефект об'ємності зображення в стереоскопічному кіно. Відомо, що об'ємність нашого зору зумовлена бінокулярністю, тобто тим, що ми маємо два ока, якими бачимо дещо різні зображення. Різниця в зображенні, сприйнятому очима дозволяє нашому мозку відтворити об'ємний ефект. В стереоскопічному кіно на екран проектується два зображення з різною поляризацією, а глядачу пропонується одягнути спеціальні окуляри, одне скельце яких пропускає лише вертикально-поляризоване світло, а інше - лише горизонтально-поляризоване світло. Врезультаті глядач бачить стерео-зображення.