5ª ed., borrada. - Moscú: 2006.- 352 p.

El libro presenta de forma concisa y accesible material sobre todas las secciones del programa del curso de Física, desde la mecánica hasta la física del núcleo atómico y partículas elementales. Para estudiantes universitarios. Útil para revisar el material cubierto y en la preparación de exámenes en universidades, escuelas técnicas, colegios, escuelas, departamentos y cursos preparatorios.

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TABLA DE CONTENIDO
Prefacio 3
Introducción 4
Materia fisica 4
Conexión de la física con otras ciencias 5.
1. FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA MECÁNICA 6
Mecánica y su estructura 6.
Capítulo 1. Elementos de la cinemática 7.
Modelos en mecánica. Ecuaciones cinemáticas de movimiento de un punto material. Trayectoria, longitud del camino, vector de desplazamiento. Velocidad. La aceleración y sus componentes. Velocidad angular. Aceleración angular.
Capítulo 2 Dinámica de un punto material y movimiento de traslación de un cuerpo rígido 14
Primera ley de Newton. Peso. Fuerza. Segunda y tercera leyes de Newton. Ley de conservación del impulso. Ley del movimiento del centro de masa. Fuerzas de fricción.
Capítulo 3. Trabajo y energía 19
Trabajo, energía, poder. Energía cinética y potencial. Relación entre fuerza conservativa y energía potencial. Energía completa. Ley de conservación de la energía. Representación gráfica de la energía. Impacto absolutamente elástico. Impacto absolutamente inelástico
Capítulo 4. Mecánica de sólidos 26
Momento de inercia. Teorema de Steiner. Momento de poder. Energía cinética de rotación. Ecuación de la dinámica del movimiento de rotación de un cuerpo rígido. Momento angular y ley de su conservación. Deformaciones de un cuerpo sólido. Ley de Hooke. Relación entre tensión y estrés.
Capítulo 5. Gravedad. Elementos de la teoría de campos 32
Ley gravedad universal. Características del campo gravitacional. Trabajar en un campo gravitacional. Relación entre el potencial del campo gravitacional y su intensidad. Velocidades cósmicas. Fuerzas de inercia.
Capítulo 6. Elementos de la mecánica de fluidos 36.
Presión en líquido y gas. Ecuación de continuidad. La ecuación de Bernoulli. Algunas aplicaciones de la ecuación de Bernoulli. Viscosidad (fricción interna). Regímenes de flujo de fluidos.
Capítulo 7. Elementos de la teoría especial de la relatividad 41
Principio mecánico relatividad. Las transformaciones de Galileo. Postulados de la TER. Transformaciones de Lorentz. Corolarios de las transformaciones de Lorentz (1). Corolarios de las transformaciones de Lorentz (2). Intervalo entre eventos. Ley básica de la dinámica relativista. Energía en dinámica relativista.
2. FUNDAMENTOS DE FÍSICA MOLECULAR Y TERMODINÁMICA 48
Capítulo 8. Teoría cinética molecular de los gases ideales 48
Secciones de física: física molecular y termodinámica. Método de investigación de la termodinámica. Escalas de temperatura. Gas ideal. Leyes de Boyle-Marie-Otga, Avogadro, Dalton. Ley de Gay-Lussac. Ecuación de Clapeyron-Mendeleev. Ecuación básica de la teoría cinética molecular. Ley de Maxwell sobre la distribución de velocidades de las moléculas de gases ideales. Fórmula barométrica. Distribución de Boltzmann. Camino libre promedio de moléculas. Algunos experimentos confirman el MCT. Fenómenos de transferencia (1). Fenómenos de transferencia (2).
Capítulo 9. Fundamentos de la termodinámica 60
Energía interna. Número de grados de libertad. La ley de la distribución uniforme de la energía entre los grados de libertad de las moléculas. La primera ley de la termodinámica. El trabajo de un gas cuando cambia su volumen. Capacidad calorífica (1). Capacidad calorífica (2). Aplicación de la primera ley de la termodinámica a los isoprocesos (1). Aplicación de la primera ley de la termodinámica a los isoprocesos (2). Proceso adiabático. Proceso circular (ciclo). Procesos reversibles e irreversibles. Entropía (1). Entropía (2). Segunda ley de la termodinámica. Motor térmico. Teorema de Carnot. Máquina de refrigeración. Ciclo de Carnot.
Capítulo 10. Gases, líquidos y sólidos reales 76
Fuerzas y energía potencial de interacción intermolecular. Ecuación de Van der Waals (ecuación de estado de los gases reales). Isotermas de Van der Waals y su análisis (1). Isotermas de Van der Waals y su análisis (2). Energía interna del gas real. Líquidos y su descripción. Tensión superficial de líquidos. Mojada. Fenómenos capilares. Sólidos: cristalinos y amorfos. Mono y policristales. Característica cristalográfica de los cristales. Tipos de cristales según características físicas. Defectos en los cristales. Evaporación, sublimación, fusión y cristalización. Transiciones de fase. Diagrama de estado. Triple punto. Análisis del diagrama de fases experimental.
3. ELECTRICIDAD Y ELECTROMAGNETISMO 94
Capítulo 11. Electrostática 94
Carga eléctrica y sus propiedades. Ley de conservación de la carga. Ley de Coulomb. Intensidad del campo electrostático. Líneas de intensidad de campo electrostático. Flujo del vector de tensión. Principio de superposición. Campo dipolo. Teorema de Gauss para el campo electrostático en el vacío. Aplicación del teorema de Gauss al cálculo de campos en el vacío (1). Aplicación del teorema de Gauss al cálculo de campos en el vacío (2). Circulación del vector de intensidad del campo electrostático. Potencial de campo electrostático. Diferencia de potencial. Principio de superposición. La relación entre tensión y potencial. Superficies equipotenciales. Cálculo de la diferencia de potencial respecto de la intensidad del campo. Tipos de dieléctricos. Polarización de dieléctricos. Polarización. Fuerza de campo en un dieléctrico. Polarización eléctrica. Teorema de Gauss para un campo en un dieléctrico. Condiciones en la interfaz entre dos medios dieléctricos. Conductores en un campo electrostático. Capacidad eléctrica. Condensador plano. Conexión de condensadores a baterías. Energía de un sistema de cargas y un conductor solitario. Energía de un condensador cargado. Energía del campo electrostático.
Capítulo 12. Corriente eléctrica directa 116.
Corriente eléctrica, fuerza y ​​densidad de corriente. Fuerzas externas. Fuerza electromotriz (FEM). Voltaje. Resistencia del conductor. Ley de Ohm para una sección homogénea en un circuito cerrado. Trabajo y potencia actual. Ley de Ohm para una sección no uniforme de un circuito (ley de Ohm generalizada (GLO)). Reglas de Kirchhoff para cadenas ramificadas.
Capítulo 13. Corrientes eléctricas en metales, vacío y gases 124.
La naturaleza de los portadores de corriente en los metales. Teoría clásica de la conductividad eléctrica de los metales (1). Teoría clásica de la conductividad eléctrica de los metales (2). La función de trabajo de los electrones que salen de los metales. Fenómenos de emisión. Ionización de gases. Descarga de gas no autosostenida. Descarga de gas autónoma.
Capítulo 14. Campo magnético 130
Descripción del campo magnético. Características básicas del campo magnético. Líneas de inducción magnética. Principio de superposición. Ley de Biot-Savart-Laplace y su aplicación. Ley de Ampere. Interacción de corrientes paralelas. Constante magnética. Unidades B y H. Campo magnético de una carga en movimiento. El efecto de un campo magnético sobre una carga en movimiento. Movimiento de partículas cargadas en
campo magnético. Teorema de la circulación del vector B. Campos magnéticos del solenoide y toroide. Flujo vectorial de inducción magnética. Teorema de Gauss para el campo B. Trabajo sobre el movimiento de un conductor y un circuito con corriente en un campo magnético.
Capítulo 15. Inducción electromagnética 142
Los experimentos de Faraday y las consecuencias de ellos. Ley de Faraday (ley de la inducción electromagnética). La regla de Lenz. Fem de inducción en conductores estacionarios. Rotación del marco en un campo magnético. Corrientes de Foucault. Inductancia de bucle. Autoinducción. Corrientes al abrir y cerrar un circuito. Inducción mutua. Transformadores. Energía del campo magnético.
Capítulo 16. Propiedades magnéticas sustancias 150
Momento magnético de los electrones. Dia- y paramagnetos. Magnetización. Campo magnético en la materia. La ley de la corriente total para el campo magnético en la materia (el teorema de la circulación del vector B). Teorema de la circulación del vector H. Condiciones en la interfaz entre dos imanes. Ferromagnetos y sus propiedades.
Capítulo 17. Fundamentos de la teoría de Maxwell para el campo electromagnético 156
Vórtice campo eléctrico. Corriente de polarización (1). Corriente de polarización (2). Ecuaciones de Maxwell para el campo electromagnético.
4. OSCILACIONES Y ONDAS 160
Capítulo 18. Vibraciones mecánicas y electromagnéticas 160.
Vibraciones: libres y armónicas. Periodo y frecuencia de oscilaciones. Método del vector de amplitud rotatoria. Vibraciones armónicas mecánicas. Oscilador armónico. Péndulos: primaverales y matemáticos. Péndulo físico. Oscilaciones libres en un circuito oscilatorio idealizado. Ecuación de oscilaciones electromagnéticas para un circuito idealizado. Adición de vibraciones armónicas de la misma dirección y de la misma frecuencia. Golpeando. Adición de vibraciones mutuamente perpendiculares. Oscilaciones libres amortiguadas y su análisis. Oscilaciones libres amortiguadas de un péndulo de resorte. Disminución de la atenuación. Oscilaciones libres amortiguadas en un circuito oscilatorio eléctrico. Factor de calidad del sistema oscilatorio. Vibraciones mecánicas forzadas. Oscilaciones electromagnéticas forzadas. Corriente alterna. Corriente a través de una resistencia. Corriente alterna que fluye a través de una bobina de inductancia L. Corriente alterna que fluye a través de un capacitor de capacitancia C. Un circuito de corriente alterna que contiene una resistencia, un inductor y un capacitor conectados en serie. Resonancia de voltaje (resonancia en serie). Resonancia de corrientes (resonancia paralela). Potencia liberada en un circuito de corriente alterna.
Capítulo 19. Ondas elásticas 181.
Proceso ondulatorio. Ondas longitudinales y transversales. Onda armónica y su descripción. Ecuación de onda viajera. Velocidad de fase. Ecuación de onda. Principio de superposición. Velocidad del grupo. Interferencia de ondas. Ondas estacionarias. Ondas sonoras. Efecto Doppler en acústica. Recibir ondas electromagnéticas. Escala de ondas electromagnéticas. Ecuación diferencial
ondas electromagnéticas. Consecuencias de la teoría de Maxwell. Vector de densidad de flujo de energía electromagnética (vector de Umov-Poinging). Pulso de campo electromagnético.
5. ÓPTICA. NATURALEZA CUÁNTICA DE LA RADIACIÓN 194
Capítulo 20. Elementos de la óptica geométrica 194.
Leyes básicas de la óptica. Reflexión total. Lentes, lentes delgadas, sus características. Fórmula de lentes delgadas. Potencia óptica de la lente. Construcción de imágenes en lentes. Aberraciones (errores) de los sistemas ópticos. Cantidades de energía en fotometría. Cantidades de luz en fotometría.
Capítulo 21. Interferencia de la luz 202
Derivación de las leyes de reflexión y refracción de la luz a partir de la teoría ondulatoria. Coherencia y monocromaticidad de las ondas luminosas. Interferencia de la luz. Algunos métodos para observar la interferencia de la luz. Cálculo del patrón de interferencia de dos fuentes. Franjas de igual inclinación (interferencia de una placa plana paralela). Rayas de igual espesor (interferencia de una placa de espesor variable). Los anillos de Newton. Algunas aplicaciones de la interferencia (1). Algunas aplicaciones de la interferencia (2).
Capítulo 22. Difracción de la luz 212.
Principio de Huygens-Fresnel. Método de la zona de Fresnel (1). Método de la zona de Fresnel (2). Difracción de Fresnel por un agujero circular y un disco. Difracción de Fraunhofer por una rendija (1). Difracción de Fraunhofer por una rendija (2). Difracción de Fraunhofer mediante una rejilla de difracción. Difracción por una rejilla espacial. Criterio de Rayleigh. Resolución del dispositivo espectral.
Capítulo 23. Interacción de ondas electromagnéticas con la materia 221.
Dispersión de la luz. Diferencias en difracción y espectros prismáticos. Dispersión normal y anómala. Teoría electrónica elemental de la dispersión. Absorción (absorción) de luz. Efecto Doppler.
Capítulo 24. Polarización de la luz 226
Luz natural y polarizada. La ley de Malus. Paso de la luz a través de dos polarizadores. Polarización de la luz durante la reflexión y refracción en el límite de dos dieléctricos. Birrefringencia. Cristales positivos y negativos. Prismas polarizadores y polaroides. Récord de cuarto de onda. Análisis de luz polarizada. Anisotropía óptica artificial. Rotación del plano de polarización.
Capítulo 25. Naturaleza cuántica de la radiación 236
Radiación térmica y sus características. Leyes de Kirchhoff, Stefan-Boltzmann, Wien. Fórmulas de Rayleigh-Jeans y Planck. Derivar leyes particulares de la radiación térmica a partir de la fórmula de Planck. Temperaturas: radiación, color, brillo. Características corriente-tensión del efecto fotoeléctrico. Leyes del efecto fotoeléctrico. La ecuación de Einstein. Momento del fotón. Presión ligera. Efecto Compton. Unidad de propiedades corpusculares y ondulatorias. radiación electromagnética.
6. ELEMENTOS DE FÍSICA CUÁNTICA DE ÁTOMOS, MOLÉCULAS-CUERPOS SÓLIDOS 246
Capítulo 26. Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno 246
Modelos del átomo de Thomson y Rutherford. Espectro lineal de un átomo de hidrógeno. Los postulados de Bohr. Experimentos de Frank y Hertz. Espectro de Bohr del átomo de hidrógeno.
Capítulo 27. Elementos de la mecánica cuántica 251.
Dualismo partícula-onda de las propiedades de la materia. Algunas propiedades de las ondas de Broglie. Relación de incertidumbre. Enfoque probabilístico para la descripción de micropartículas. Descripción de micropartículas mediante la función de onda. Principio de superposición. ecuación general Schrödinger. Ecuación de Schrödinger para estados estacionarios. Movimiento de una partícula libre. Una partícula en un "pozo potencial" rectangular unidimensional con "paredes" infinitamente altas. Barrera potencial de forma rectangular. Paso de una partícula a través de una barrera de potencial. Efecto túnel. Oscilador armónico lineal en mecánica cuántica.
Capítulo 28. Elementos de la física moderna de átomos y moléculas 263.
Átomo similar al hidrógeno en la mecánica cuántica. Números cuánticos. Espectro de un átomo de hidrógeno. Estado ls de un electrón en un átomo de hidrógeno. Giro del electrón. Número cuántico de espín. El principio de indistinguibilidad de partículas idénticas. Fermiones y bosones. El principio de Pauli. Distribución de electrones en un átomo según estados. Espectro de rayos X continuo (bremsstrahlung). Espectro de rayos X característico. Ley de Moseley. Moléculas: enlaces químicos, concepto de niveles de energía. Espectros moleculares. Absorción. Emisión espontánea y estimulada. Medios activos. Tipos de láseres. Principio de funcionamiento de un láser de estado sólido. Láser de gas. Propiedades de la radiación láser.
Capítulo 29. Elementos de la física del estado sólido 278
Teoría de bandas de sólidos. Metales, dieléctricos y semiconductores según la teoría de bandas. Conductividad intrínseca de los semiconductores. Conductividad de impurezas electrónicas (conductividad tipo i). Conductividad de impurezas donantes (conductividad tipo p). Fotoconductividad de semiconductores. Luminiscencia de sólidos. Contacto entre semiconductores de electrones y huecos (unión pn). Conductividad de la unión p-i. Diodos semiconductores. Triodos semiconductores (transistores).
7. ELEMENTOS DE FÍSICA DEL NÚCLEO ATÓMICO Y PARTÍCULAS ELEMENTALES 289
Capítulo 30. Elementos de la física del núcleo atómico 289.
Núcleos atómicos y su descripción. Defecto masivo. Energía de enlace nuclear. El giro nuclear y su momento magnético. Filtraciones nucleares. Modelos de núcleo. Radiaciones radiactivas y sus tipos. Ley de desintegración radiactiva. Reglas de compensación. Familias radiactivas. a-Descomposición. p-decaimiento. Radiación y y sus propiedades. Instrumentos para el registro de radiaciones y partículas radiactivas. Contador de centelleo. Cámara de ionización por pulsos. Medidor de descarga de gas. Contador de semiconductores. Cámara Wilson. Cámaras de difusión y burbujas. Emulsiones fotográficas nucleares. Reacciones nucleares y su clasificación. Positrón. P+-Descomposición. Pares electrón-positrón, su aniquilación. Captura electrónica. Reacciones nucleares bajo la influencia de neutrones. Reacción de fisión nuclear. Reacción en cadena de fisión. Reactores nucleares. La reacción de fusión de núcleos atómicos.
Capítulo 31. Elementos de la física de partículas 311.
Radiación cósmica. Muones y sus propiedades. Mesones y sus propiedades. Tipos de interacciones de partículas elementales. Descripción de tres grupos de partículas elementales. Partículas y antipartículas. Neutrinos y antineutrinos, sus tipos. Hiperones. Extrañeza y paridad de partículas elementales. Características de leptones y hadrones. Clasificación de partículas elementales. Quarks.
Tabla periódica elementos de D.I.Mendeleev 322
Leyes y fórmulas básicas 324.
Índice de materias 336

Introducción
La asignatura de física y su conexión con otras ciencias.
“La materia es una categoría filosófica para designar la realidad objetiva, que... se refleja en nuestras sensaciones, existiendo independientemente de ellas” (Lenin V.I. Pol. sobr. soch. T. 18. P. 131).
Una propiedad integral de la materia y la forma de su existencia es el movimiento. El movimiento en el sentido amplio de la palabra implica todo tipo de cambios en la materia, desde el simple movimiento hasta los procesos de pensamiento más complejos. “El movimiento, considerado en el sentido más general de la palabra, es decir, entendido como una forma de existencia de la materia, como un atributo inherente a la materia, abarca todos los cambios y procesos que ocurren en el Universo, desde el simple movimiento hasta el pensamiento” (Engels F. Dialéctica de la Naturaleza. - K¦ Marx, F. Engels. Obras. 2ª ed. T. 20. P. 391).
Diversas ciencias, incluida la física, estudian diversas formas de movimiento de la materia. El tema de la física, como de hecho el de cualquier ciencia, sólo puede revelarse si se presenta en detalle. Es bastante difícil dar una definición estricta del tema de la física, porque los límites entre la física y varias disciplinas afines son arbitrarios. En esta etapa de desarrollo, es imposible mantener la definición de la física únicamente como una ciencia de la naturaleza.
Académico A.F. Ioffe (1880 - 1960; físico soviético) definió la física como la ciencia que estudia propiedades generales y las leyes del movimiento de la materia y los campos. Actualmente se acepta generalmente que todas las interacciones se llevan a cabo a través de campos, por ejemplo, campos de fuerza gravitacionales, electromagnéticos y nucleares. El campo, junto con la materia, es una de las formas de existencia de la materia. La inextricable conexión entre campo y materia, así como la diferencia en sus propiedades, se considerará a medida que avance el curso.
La física es la ciencia de las formas más simples y al mismo tiempo más generales de movimiento de la materia y sus transformaciones mutuas. Las formas de movimiento de la materia estudiadas por la física (mecánica, térmica, etc.) están presentes en todas las formas superiores y más complejas de movimiento de la materia (química, biológica, etc.). Por tanto, siendo las más simples, son al mismo tiempo las formas más generales de movimiento de la materia. Más alto y más formas complejas el movimiento de la materia es objeto de estudio de otras ciencias (química, biología, etc.).
La física está estrechamente relacionada con las ciencias naturales. Como dijo el académico S.I. Vavilov (1891 - 1955; físico y figura pública soviética), esta estrecha conexión de la física con otras ramas de las ciencias naturales llevó al hecho de que la física tiene sus raíces más profundas en la astronomía, la geología, la química, la biología y otras. Ciencias Naturales. Como resultado, surgieron una serie de nuevas disciplinas relacionadas, como la astrofísica, la geofísica, la química física, la biofísica, etc.
La física también está estrechamente relacionada con la tecnología, y esta conexión es bidireccional. La física surgió de las necesidades de la tecnología (el desarrollo de la mecánica entre los antiguos griegos, por ejemplo, fue causado por las exigencias de la construcción y la construcción). equipamiento militar de esa época), y la tecnología, a su vez, determina la dirección de la investigación física (por ejemplo, en un momento la tarea de crear los motores térmicos más económicos provocó el rápido desarrollo de la termodinámica). Por otra parte, el nivel técnico de producción depende del desarrollo de la física. La física es la base para la creación de nuevas ramas de la tecnología (tecnología electrónica, tecnología nuclear, etc.).
La física está estrechamente relacionada con la filosofía. Descubrimientos tan importantes en el campo de la física como la ley de conservación y transformación de la energía, la relación de incertidumbres en la física atómica, etc., fueron y son el escenario de una intensa lucha entre el materialismo y el idealismo. Las conclusiones filosóficas correctas de los descubrimientos científicos en el campo de la física siempre han confirmado las principales disposiciones del materialismo dialéctico, por lo que el estudio de estos descubrimientos y su generalización filosófica juegan un papel importante en la formación de una cosmovisión científica.
El rápido ritmo de desarrollo de la física, sus crecientes conexiones con la tecnología indican el doble papel del curso de física en una universidad; por un lado, es la base fundamental para la formación teórica de un ingeniero, sin la cual su trabajo exitoso es imposible. , por otro lado, esta es la formación de una cosmovisión dialéctico-materialista y científico-atea.

Unidades Cantidades fisicas
El principal método de investigación en física es la experiencia: el conocimiento sensorial-empírico de la realidad objetiva basado en la práctica, es decir, la observación de los fenómenos en estudio en condiciones precisamente tomadas en cuenta, que permiten seguir el curso de los fenómenos y reproducirlos muchas veces. cuando estas condiciones se repiten.
Se plantean hipótesis para explicar hechos experimentales. Una hipótesis es un supuesto científico propuesto para explicar un fenómeno y requiere verificación experimental y justificación teórica para convertirse en una teoría científica confiable.
Como resultado de la generalización de hechos experimentales, así como de los resultados de la actividad humana, la física.
Las leyes químicas son patrones objetivos estables y repetidos que existen en la naturaleza. Las leyes más importantes establecen la relación entre cantidades físicas, para lo cual es necesario medir estas cantidades. La medición de una cantidad física es una acción realizada mediante instrumentos de medición para encontrar el valor de una cantidad física en unidades aceptadas. Las unidades de cantidades físicas se pueden elegir arbitrariamente, pero luego surgirán dificultades al compararlas. Por tanto, es aconsejable introducir un sistema de unidades que cubra unidades de todas las cantidades físicas y permita operar con ellas.
Para construir un sistema de unidades, se eligen arbitrariamente unidades de varias cantidades físicas independientes entre sí. Estas unidades se llaman básicas. Las cantidades restantes y sus unidades se derivan de las leyes que conectan estas cantidades con las básicas. Se llaman derivados.

En la URSS, según estándar estatal(GOST 8.417 - 81), es obligatorio el Sistema Internacional (SI), que se basa en siete unidades básicas (metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol, candela) y dos adicionales: radianes y estereorradianos.
El metro (m) es la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío en 1/299.792.458 s.
Un kilogramo (kg) es una masa igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (un cilindro de platino-iridio conservado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Sèvres, cerca de París).
Un segundo (s) es un tiempo igual a 9.192.631.770 períodos de radiación correspondientes a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133.
Amperio (A): la fuerza de una corriente constante que, al pasar a través de dos conductores rectos paralelos de longitud infinita y sección transversal insignificante, ubicados en el vacío a una distancia de 1 m entre sí, crea una fuerza entre estos conductores. igual a 2 10-7 N por cada metro de longitud.
Kelvin (K) - 1/273,16 parte de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.
Mol (mol): la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantos elementos estructurales como átomos contenidos en el nucleido |2C con una masa de 0,012 kg.
Candela (cd): intensidad luminosa en una dirección determinada de una fuente que emite radiación monocromática con una frecuencia de 540-1012 Hz, cuya energía luminosa en esta dirección es 1/683 W/sr.
Radian (rad): el ángulo entre dos radios de un círculo, cuya longitud del arco entre ellos es igual al radio.
Estereorradián (sr): un ángulo sólido con un vértice en el centro de la esfera, que recorta un área en la superficie de la esfera. igual al área cuadrado con un lado igual al radio de la esfera.
Para establecer unidades derivadas se utilizan leyes físicas que las conectan con las unidades básicas. Por ejemplo, de la fórmula uniforme movimiento rectilíneo v = s/t (s - distancia recorrida, i - tiempo) la unidad derivada de velocidad es igual a 1 m/s.
La dimensión de una cantidad física es su expresión en unidades básicas. Basándonos, por ejemplo, en la segunda ley de Newton, obtenemos que la dimensión de la fuerza
donde M es la dimensión de la masa; L - dimensión de longitud; T es la dimensión del tiempo.
Las dimensiones de ambas partes de las igualdades físicas deben ser las mismas, ya que las leyes físicas no pueden depender de la elección de las unidades de las cantidades físicas.
En base a esto, puede verificar la exactitud de las fórmulas físicas obtenidas (por ejemplo, al resolver problemas), así como establecer las dimensiones de las cantidades físicas.

Fundamentos físicos de la mecánica.
La mecánica es una parte de la física que estudia los patrones del movimiento mecánico y las razones que causan o cambian este movimiento. El movimiento mecánico es un cambio en el tiempo en la posición relativa de los cuerpos o sus partes.
El desarrollo de la mecánica como ciencia comienza en el siglo III. antes de Cristo e., cuando el antiguo científico griego Arquímedes (287 - 212 a. C.) formuló la ley del equilibrio de la palanca y las leyes del equilibrio de los cuerpos flotantes. Las leyes básicas de la mecánica fueron establecidas por el físico y astrónomo italiano G. Galileo (1564 - 1642) y finalmente formuladas por el científico inglés I. Newton (1643 - 1727).
La mecánica galileo-newtoniana se llama mecánica clásica. Estudia las leyes del movimiento de cuerpos macroscópicos cuyas velocidades son pequeñas en comparación con la velocidad de la luz en el vacío. Las leyes del movimiento de los cuerpos macroscópicos con velocidades comparables a la velocidad c son estudiadas por la mecánica relativista, basada en la teoría especial de la relatividad formulada por A. Einstein (1879 - 1955). Para describir el movimiento de cuerpos microscópicos (átomos individuales y partículas elementales), las leyes de la mecánica clásica no son aplicables: son reemplazadas por las leyes de la mecánica cuántica.
En la primera parte de nuestro curso nos ocuparemos de la mecánica galileo-newtoniana, es decir, consideraremos el movimiento de cuerpos macroscópicos con velocidades significativamente inferiores a la velocidad c. En la mecánica clásica, se acepta generalmente el concepto de espacio y tiempo, desarrollado por I. Newton y dominante en las ciencias naturales durante los siglos XVII y XIX. La mecánica de Galileo-Newton considera el espacio y el tiempo como formas objetivas de existencia de la materia, pero aisladas entre sí y del movimiento de los cuerpos materiales, que correspondían al nivel de conocimiento de esa época.
Dado que la descripción mecánica es visual y familiar y con su ayuda se pueden explicar muchos fenómenos físicos, en el siglo XIX. Algunos físicos comenzaron a reducir todos los fenómenos a mecánicos. Esta visión era consistente con el materialismo mecanicista filosófico. Sin embargo, el desarrollo posterior de la física demostró que muchos fenómenos físicos no pueden reducirse al tipo de movimiento más simple: el mecánico. El materialismo mecanicista tuvo que dar paso al materialismo dialéctico, que considera más tipos comunes movimiento de la materia y teniendo en cuenta toda la diversidad del mundo real.
La mecánica se divide en tres secciones: 1) cinemática; 2) dinámica; 3) estática.
La cinemática estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar los motivos que determinan este movimiento.
La dinámica estudia las leyes del movimiento de los cuerpos y las razones que provocan o modifican este movimiento.
La estática estudia las leyes de equilibrio de un sistema de cuerpos. Si se conocen las leyes del movimiento de los cuerpos, a partir de ellas se pueden establecer las leyes del equilibrio. Por tanto, la física no considera las leyes de la estática por separado de las leyes de la dinámica.

Revisor: Profesor del Departamento de Física que lleva el nombre de A. M. Fabrikant, Instituto de Ingeniería Eléctrica de Moscú (Universidad Técnica) V. A. Kasyanov

ISBN 5-06-003634-0  Empresa Unitaria Estatal “Editorial” Escuela de posgrado", 2001

El diseño original de esta publicación es propiedad de la editorial "Higher School", y está prohibida su reproducción (reproducción) de cualquier forma sin el consentimiento de la editorial.

Prefacio

El libro de texto está escrito de acuerdo con el plan de estudios actual del curso de física. Para ingeniería y especialidades técnicas de la educación superior Instituciones educacionales y está destinado a estudiantes de tiempo completo de instituciones de educación técnica superior con un número limitado de horas en física, con posibilidad de su uso en cursos nocturnos y por correspondencia.

Pequeño volumen ayuda para enseñar logrado a través de una cuidadosa selección y presentación concisa del material.

El libro consta de siete partes. La primera parte proporciona una presentación sistemática de los fundamentos físicos de la mecánica clásica y también examina los elementos de la teoría especial (particular) de la relatividad. La segunda parte está dedicada a los fundamentos de la física molecular y la termodinámica. La tercera parte estudia la electrostática, la corriente eléctrica continua y el electromagnetismo. En la cuarta parte, dedicada a la presentación de la teoría de las oscilaciones y la voluntad, se consideran en paralelo las oscilaciones mecánicas y electromagnéticas, se indican y comparan sus similitudes y diferencias. procesos fisicos, que se produce con las vibraciones correspondientes. La quinta parte examina los elementos de la óptica geométrica y electrónica, la óptica ondulatoria y la naturaleza cuántica de la radiación. La sexta parte está dedicada a los elementos de la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos. La séptima parte describe los elementos de la física del núcleo atómico y las partículas elementales.

El material se presenta sin complicados cálculos matemáticos, se presta la debida atención a la esencia física de los fenómenos y los conceptos y leyes que los describen, así como a la continuidad de la física moderna y clásica. Toda la información biográfica se da según el libro de Yu. A. Khramov "Físicos" (M.: Nauka, 1983).

La fuente en negrita se utiliza para indicar cantidades vectoriales en todas las figuras y texto, con excepción de las cantidades indicadas con letras griegas, que por razones técnicas se escriben en una fuente clara con una flecha en el texto.

El autor expresa su profundo agradecimiento a colegas y lectores, cuyos amables comentarios y deseos contribuyeron a la mejora del libro. Estoy especialmente agradecido al profesor V. A. Kasyanov por revisar el manual y los comentarios que hizo.

Introducción

La asignatura de física y su conexión con otras ciencias.

El mundo que te rodea, todo lo que existe a tu alrededor y que descubrimos a través de sensaciones es materia.

Una propiedad integral de la materia y la forma de su existencia es el movimiento. El movimiento en el sentido amplio de la palabra implica todo tipo de cambios en la materia, desde el simple movimiento hasta los procesos de pensamiento más complejos.

Diversas ciencias, incluida la física, estudian diversas formas de movimiento de la materia. El tema de la física, como de hecho el de cualquier ciencia, sólo puede revelarse si se presenta en detalle. Es bastante difícil dar una definición estricta del tema de la física, porque los límites entre la física y varias disciplinas afines son arbitrarios. En esta etapa de desarrollo, es imposible mantener la definición de la física únicamente como una ciencia de la naturaleza.

El académico A.F. Ioffe (1880-1960; físico ruso)* definió la física como una ciencia que estudia las propiedades generales y las leyes del movimiento de la materia y los campos. Actualmente se acepta generalmente que las interacciones se llevan a cabo a través de campos, como los campos de fuerza gravitacionales, electromagnéticos y nucleares. El campo, junto con la materia, es una de las formas de existencia de la materia. La inextricable conexión entre campo y materia, así como la diferencia en sus propiedades, se considerará a medida que avance el curso.

*Todos los datos proceden del libro de referencia biográfico de Yu. A. Khramov "Físicos" (M.: Nauka, 1983).

La física es la ciencia de las formas más simples y al mismo tiempo más generales de movimiento de la materia y sus transformaciones mutuas. Las formas de movimiento de la materia estudiadas por la física (mecánica, térmica, etc.) están presentes en todas las formas superiores y más complejas de movimiento de la materia (química, biológica, etc.). Por tanto, siendo las más simples, son al mismo tiempo las formas más generales de movimiento de la materia. Las formas más elevadas y complejas del movimiento de la materia son objeto de estudio de otras ciencias (química, biología, etc.).

La física está estrechamente relacionada con las ciencias naturales. Esta estrecha conexión de la física con otras ramas de las ciencias naturales, como señaló el académico S. I. Vavilov (1891-1955; físico y figura pública rusa), llevó al hecho de que la física tiene profundas raíces en la astronomía, la geología, la química, la biología y otras ciencias naturales. ciencias. Como resultado, surgieron una serie de nuevas disciplinas relacionadas, como la astrofísica, la biofísica, etc.

La física está estrechamente relacionada con la tecnología y esta conexión es bidireccional. La física surgió de las necesidades de la tecnología (el desarrollo de la mecánica entre los antiguos griegos, por ejemplo, fue causado por las demandas de la construcción y el equipamiento militar de esa época), y la tecnología, a su vez, determina la dirección de la investigación física (por ejemplo, Por ejemplo, en un momento la tarea de crear las máquinas térmicas más económicas provocó un tormentoso desarrollo de la termodinámica). Por otra parte, el nivel técnico de producción depende del desarrollo de la física. La física es la base para la creación de nuevas ramas de la tecnología (tecnología electrónica, tecnología nuclear, etc.).

El rápido ritmo de desarrollo de la física y sus crecientes conexiones con la tecnología indican el papel importante de la carrera de física en la universidad: esta es la base fundamental para la formación teórica de un ingeniero, sin la cual su trabajo exitoso es imposible.

Unidades de cantidades físicas

El principal método de investigación en física es el experimento: conocimiento sensorial-empírico de la realidad objetiva basado en la práctica, es decir, la observación de los fenómenos que se estudian en condiciones precisamente tomadas en cuenta, lo que permite seguir el curso de los fenómenos y reproducirlos muchas veces cuando estas condiciones se repiten.

Se plantean hipótesis para explicar hechos experimentales. Hipótesis- es un supuesto científico propuesto para explicar un fenómeno y requiere verificación experimental y justificación teórica para convertirse en una teoría científica confiable.

Como resultado de la generalización de hechos experimentales, así como de los resultados de la actividad humana, leyes fisicas- patrones objetivos repetitivos estables que existen en la naturaleza. Las leyes más importantes establecen la relación entre cantidades físicas, para lo cual es necesario medir estas cantidades. La medición de una cantidad física es una acción realizada mediante instrumentos de medición para encontrar el valor de una cantidad física en unidades aceptadas. Las unidades de cantidades físicas se pueden elegir arbitrariamente, pero luego surgirán dificultades al compararlas. Por tanto, es aconsejable introducir un sistema de unidades que abarque unidades de todas las cantidades físicas.

Para construir un sistema de unidades, se seleccionan arbitrariamente unidades de varias cantidades físicas independientes entre sí. Estas unidades se llaman principales. Las cantidades restantes y sus unidades se derivan de las leyes que conectan estas cantidades y sus unidades con las básicas. Ellos se llaman derivados.

Actualmente, el Sistema Internacional (SI) es de uso obligatorio en la literatura científica y educativa, y se basa en siete unidades básicas (metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol, candela) y dos adicionales: radianes y estereorradián. .

Metro(m) - la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío en 1/299792458 s.

Kilogramo(kg): una masa igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (un cilindro de platino-iridio almacenado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Sèvres, cerca de París).

Segundo(s) - tiempo igual a 9192631770 períodos de radiación correspondientes a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133.

Amperio(A) - la fuerza de una corriente constante que, al pasar a través de dos conductores rectos paralelos de longitud infinita y sección transversal insignificante, ubicados en el vacío a una distancia de 1 m entre sí, creará una fuerza entre estos conductores. igual a 210 - 7 N por cada metro de longitud.

kélvin(K) - 1/273,16 parte de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Lunar(mol): la cantidad de sustancia en un sistema que contiene tantos elementos estructurales como átomos contenidos en el nucleido 12 C con una masa de 0,012 kg.

Candela(cd) - intensidad luminosa en una dirección determinada de una fuente que emite radiación monocromática con una frecuencia de 54010 12 Hz, cuya intensidad luminosa energética en esta dirección es 1/683 W/sr.

Radián(rad): el ángulo entre dos radios de un círculo, cuya longitud del arco entre los cuales es igual al radio.

estereorradián(cf) - un ángulo sólido con un vértice en el centro de la esfera, cortando un área en la superficie de la esfera igual al área de un cuadrado con un lado igual al radio de la esfera.

Para establecer unidades derivadas se utilizan leyes físicas que las conectan con las unidades básicas. Por ejemplo, de la fórmula del movimiento lineal uniforme v= s/ t (s – distancia viajada, t - tiempo) la unidad derivada de velocidad es igual a 1 m/s.

1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA MECÁNICA

Capítulo 1 Elementos de cinemática.

§ 1. Modelos en mecánica. Sistema de referencia. Trayectoria, longitud del camino, vector de desplazamiento

Mecánica- parte de la física que estudia las leyes del movimiento mecánico y las razones que causan o cambian este movimiento. movimiento mecánico- se trata de un cambio en el tiempo en la posición relativa de los cuerpos o sus partes.

El desarrollo de la mecánica como ciencia comienza en el siglo III. antes de Cristo e., cuando el antiguo científico griego Arquímedes (287-212 a. C.) formuló la ley del equilibrio de la palanca y las leyes del equilibrio de los cuerpos flotantes. Las leyes básicas de la mecánica fueron establecidas por el físico y astrónomo italiano G. Galileo (1564-1642) y finalmente formuladas por el científico inglés I. Newton (1643-1727).

La mecánica de Galileo-Newton se llama mecanica clasica. Estudia las leyes del movimiento de cuerpos macroscópicos cuyas velocidades son pequeñas en comparación con la velocidad de la luz c en el vacío. Se estudian las leyes del movimiento de cuerpos macroscópicos con velocidades comparables a la velocidad c. mecánica relativista, Residencia en teoría especial de la relatividad, formulado por A. Einstein (1879-1955). Para describir el movimiento de cuerpos microscópicos (átomos individuales y partículas elementales), las leyes de la mecánica clásica no son aplicables: son reemplazadas por las leyes. Mecánica de ballenas.

En la primera parte de nuestro curso estudiaremos la mecánica galileo-newtoniana, es decir. Considere el movimiento de cuerpos macroscópicos a velocidades significativamente menores que la velocidad c. En la mecánica clásica, se acepta generalmente el concepto de espacio y tiempo, desarrollado por I. Newton y dominante en las ciencias naturales durante los siglos XVII-XIX. La mecánica de Galileo-Newton considera el espacio y el tiempo como formas objetivas de existencia de la materia, pero aisladas entre sí y del movimiento de los cuerpos materiales, que correspondían al nivel de conocimiento de esa época.

La mecánica se divide en tres secciones: I) cinemática; 2) dinámica; 3) estática.

La cinemática estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar los motivos que determinan este movimiento.

Dinámica Estudia las leyes del movimiento de los cuerpos y las razones que provocan o modifican este movimiento.

estática Estudia las leyes de equilibrio de un sistema de cuerpos. Si se conocen las leyes del movimiento de los cuerpos, a partir de ellas se pueden establecer las leyes del equilibrio. Por tanto, la física no considera las leyes de la estática por separado de las leyes de la dinámica.

La mecánica utiliza diferentes métodos para describir el movimiento de los cuerpos dependiendo de las condiciones de tareas específicas. modelos físicos. El modelo más simple es punto material- un cuerpo con masa cuyas dimensiones pueden despreciarse en este problema. El concepto de punto material es abstracto, pero su introducción facilita la solución de problemas prácticos. Por ejemplo, al estudiar el movimiento de los planetas en órbitas alrededor del Sol, se pueden tomar como puntos materiales.

Un cuerpo macroscópico arbitrario o un sistema de cuerpos se puede dividir mentalmente en pequeñas partes que interactúan, cada una de las cuales se considera un punto material. Entonces el estudio del movimiento de un sistema arbitrario de cuerpos se reduce al estudio de un sistema de puntos materiales. En mecánica, primero estudian el movimiento de un punto material y luego pasan al estudio del movimiento de un sistema de puntos materiales.

Bajo la influencia de los cuerpos entre sí, los cuerpos pueden deformarse, es decir, cambiar de forma y tamaño. Por lo tanto, se introduce otro modelo en mecánica: un cuerpo absolutamente rígido. Un cuerpo absolutamente rígido es un cuerpo que bajo ninguna circunstancia puede deformarse y en todas las condiciones la distancia entre dos puntos (o más precisamente entre dos partículas) de este cuerpo permanece constante.

Cualquier movimiento de un cuerpo rígido se puede representar como una combinación de movimiento de traslación y rotación. El movimiento de traslación es un movimiento en el que cualquier línea recta conectada rígidamente a un cuerpo en movimiento permanece paralela a su posición original. El movimiento de rotación es un movimiento en el que todos los puntos del cuerpo se mueven en círculos, cuyos centros se encuentran en la misma línea recta, llamada eje de rotación.

El movimiento de los cuerpos se produce en el espacio y el tiempo. Por tanto, para describir el movimiento de un punto material, es necesario saber en qué lugares del espacio se encontraba este punto y en qué momentos pasó por tal o cual posición.

La posición de un punto material se determina en relación con algún otro cuerpo elegido arbitrariamente, llamado cuerpo de referencia. Se le asocia un sistema de referencia: un conjunto de sistemas de coordenadas y relojes asociados con el cuerpo de referencia. En el sistema de coordenadas cartesiano, que se utiliza con mayor frecuencia, la posición de un punto A en un momento dado en relación con este sistema se caracteriza por tres coordenadas X, y Y z o vector de radio r, dibujado desde el origen del sistema de coordenadas hasta un punto dado (Fig. 1).

Cuando un punto material se mueve, sus coordenadas cambian con el tiempo. En el caso general, su movimiento está determinado por ecuaciones escalares.

x = x(t), y = y(t), z = z(t), (1.1)

equivalente a la ecuación vectorial

r = r(t). (1.2)

Las ecuaciones (1.1) y, en consecuencia, (1.2) se denominan ecuaciones cinemáticas movimienot punto material.

El número de coordenadas independientes que determinan completamente la posición de un punto en el espacio se llama numero de grados de libertad. Si un punto material se mueve libremente en el espacio, entonces, como ya se mencionó, tiene tres grados de libertad (coordenadas x,y Y z), si se mueve a lo largo de una determinada superficie, entonces con dos grados de libertad, si a lo largo de una determinada línea, entonces con un grado de libertad.

Excluyendo t en las ecuaciones (1.1) y (1.2), obtenemos la ecuación de la trayectoria del punto material. Trayectoria movimiento de un punto material: una línea descrita por este punto en el espacio. Dependiendo de la forma de la trayectoria, el movimiento puede ser rectilíneo o curvo.

Consideremos el movimiento de un punto material a lo largo de una trayectoria arbitraria (Fig. 2). Empezaremos a contar el tiempo desde el momento en que el punto estuvo en posición. A. Longitud del tramo de trayectoria. AB, recorrido por un punto material desde el inicio del conteo del tiempo se llama longitud de la trayectoria s y es función escalar hora:  s = s(t) .Vector r = r -r 0 dibujado desde la posición inicial del punto en movimiento hasta su posición en un momento dado (incremento del vector de radio del punto durante el período de tiempo considerado) se llama Moviente.

Durante el movimiento rectilíneo, el vector de desplazamiento coincide con la sección correspondiente de la trayectoria y el módulo de desplazamiento | r| igual a la distancia recorrida  s.

§ 2. Velocidad

Para caracterizar el movimiento de un punto material, se introduce una cantidad vectorial: la velocidad, que se define como rapidez movimiento y su dirección en un momento dado en el tiempo.

Dejemos que un punto material se mueva a lo largo de una trayectoria curvilínea de modo que en el momento del tiempo t corresponde al vector de radio r 0 (Fig. 3). Por un corto período de tiempo  t el punto pasará por el camino  s y recibirá un desplazamiento elemental (infinitesimal) r.

Vector de velocidad media se llama relación entre el incremento r del vector radio de un punto y el intervalo de tiempo  t:

(2.1)

La dirección del vector velocidad promedio coincide con la dirección r. Con descuento ilimitado  t la velocidad promedio tiende a un valor límite llamado velocidad instantánea v:

La velocidad instantánea v, por tanto, es una cantidad vectorial igual a la primera derivada del radio vector del punto en movimiento con respecto al tiempo. Dado que la secante en el límite coincide con la tangente, el vector de velocidad v se dirige tangente a la trayectoria en la dirección del movimiento (Fig. 3). A medida que  disminuye t camino  s se acercará cada vez más a |r|, por lo que el valor absoluto de la velocidad instantánea

Así, el valor absoluto de la velocidad instantánea es igual a la primera derivada de la trayectoria con respecto al tiempo:

(2.2)

En movimiento desigual - el módulo de velocidad instantánea cambia con el tiempo. En este caso utilizamos la cantidad escalar  v - velocidad media movimiento desigual:

De la Fig. 3 se deduce que  v> |v|, ya que  s> |r|, y sólo en el caso de movimiento rectilíneo

Si la expresión d s = v d t (ver fórmula (2.2)) integrarse a lo largo del tiempo que van desde t antes t + t, entonces encontramos la longitud del camino recorrido por el punto en el tiempo  t:

(2.3)

Cuando Movimiento uniforme el valor numérico de la velocidad instantánea es constante; entonces la expresión (2.3) tomará la forma

La longitud del camino recorrido por un punto durante el período de tiempo desde t 1 a t 2, dado por la integral

§ 3. La aceleración y sus componentes

En el caso de un movimiento desigual, es importante saber qué tan rápido cambia la velocidad con el tiempo. Una cantidad física que caracteriza la tasa de cambio de la velocidad en magnitud y dirección es aceleración.

Consideremos movimiento plano, aquellos. un movimiento en el que todas las partes de la trayectoria de un punto se encuentran en el mismo plano. Deje que el vector v especifique la velocidad del punto. A en un momento dado t. Durante el tiempo  t el punto en movimiento se ha movido a la posición EN y adquirió una velocidad diferente de v tanto en magnitud como en dirección e igual a v 1 = v + v. Muevamos el vector v 1 al punto A y encuentre v (Fig. 4).

Aceleración media movimiento desigual en el rango de t antes t + t es una cantidad vectorial igual a la relación entre el cambio de velocidad v y el intervalo de tiempo  t

Aceleración instantánea y (aceleración) de un punto material en el momento del tiempo t Habrá un límite de aceleración media:

Por tanto, la aceleración a es una cantidad vectorial igual a la primera derivada de la velocidad con respecto al tiempo.

Descompongamos el vector v en dos componentes. Para hacer esto desde el punto A(Fig.4) en la dirección de la velocidad v trazamos el vector
, módulo igual a v 1. Obviamente, el vector
, igual
, determina el cambio de velocidad a lo largo del tiempo  t módulo:
. El segundo componente
el vector v caracteriza el cambio de velocidad a lo largo del tiempo  t hacia.

Componente tangencial de la aceleración.

es decir, es igual a la primera derivada con respecto al tiempo del módulo de velocidad, determinando así la tasa de cambio de velocidad en el módulo.

Encontremos el segundo componente de la aceleración. Supongamos que el punto EN lo suficientemente cerca del punto A, por lo tanto  s puede considerarse un arco de círculo de cierto radio r, no muy diferente de una cuerda AB. Entonces de la semejanza de triángulos CUALQUIER OTRO NEGOCIO Y EAD debería  v norte /AB = v 1 /r, pero desde AB = vt, Eso

En el límite en
obtenemos
.

Desde , ángulo EAD tiende a cero, y dado que el triángulo EAD isósceles, entonces el ángulo ADE entre v y v norte se esfuerza por ser directo. Por tanto, cuando los vectores v norte y v resultan ser mutuamente perpendiculares. Impuesto como el vector velocidad se dirige tangencialmente a la trayectoria, entonces el vector v norte, perpendicular al vector velocidad, se dirige hacia el centro de su curvatura. La segunda componente de la aceleración, igual a

llamado componente normal de la aceleración y se dirige a lo largo de la normal a la trayectoria hacia el centro de su curvatura (por eso también se llama aceleración centrípeta).

Aceleración total El cuerpo es la suma geométrica de las componentes tangencial y normal (Fig.5):

Entonces, tangencial componente de aceleración caracteriza velocidad de cambio del módulo de velocidad(dirigido tangencialmente a la trayectoria), y normal componente de aceleración - velocidad de cambio de velocidad en dirección(dirigido hacia el centro de curvatura de la trayectoria).

Dependiendo de las componentes tangencial y normal de la aceleración, el movimiento se puede clasificar de la siguiente manera:

1)
, A norte = 0 - movimiento uniforme rectilíneo;

2)
, A norte = 0 - movimiento uniforme rectilíneo. Con este tipo de movimiento

Si el tiempo inicial t 1 =0, y la velocidad inicial v =v T.I. Bien físicos: [libro de texto para ingeniería...

Lineamiento No. 1 para estudiantes de 1er año de la Facultad de Medicina y Biología, semestre No. 1

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El libro de texto (novena edición, revisada y ampliada, 2004) consta de siete partes, que describen los fundamentos físicos de la mecánica, la física molecular y la termodinámica, la electricidad y el magnetismo, la óptica, la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos, la física atómica de los núcleos y la física elemental. partículas. Se ha resuelto racionalmente la cuestión de la combinación de vibraciones mecánicas y electromagnéticas. Se ha establecido una continuidad lógica y una conexión entre la física clásica y la moderna. Se proporcionan preguntas de prueba y tareas para una solución independiente.
Para estudiantes de ingenierías y especialidades técnicas de instituciones de educación superior.

ELEMENTOS DE CINEMATICA.
La mecánica es una parte de la física que estudia los patrones del movimiento mecánico y las razones que causan o cambian este movimiento. El movimiento mecánico es un cambio en el tiempo en la posición relativa de los cuerpos o sus partes.

El desarrollo de la mecánica como ciencia comienza en el siglo III. BC, cuando el antiguo científico griego Arquímedes (287 - 212 aC) formuló la ley del equilibrio de la palanca y las leyes del equilibrio de los cuerpos flotantes. Las leyes básicas de la mecánica fueron establecidas por el físico y astrónomo italiano G. Galileo (1564-1642) y finalmente formuladas por el científico inglés I. Newton (1643-1727).

La mecánica galileo-newtoniana se llama mecánica clásica. Estudia las leyes del movimiento de cuerpos macroscópicos cuyas velocidades son pequeñas en comparación con la velocidad de la luz c en el vacío. Las leyes del movimiento de los cuerpos macroscópicos con velocidades comparables a la velocidad c son estudiadas por la mecánica relativista, basada en la teoría especial de la relatividad formulada por A. Einstein (1879-1955). Para describir el movimiento de cuerpos microscópicos (átomos individuales y partículas elementales), las leyes de la mecánica clásica no son aplicables: son reemplazadas por las leyes de la mecánica cuántica.

TABLA DE CONTENIDO
Prefacio 2
Introducción 2
La asignatura de física y su conexión con otras ciencias 2.
Unidades de cantidades físicas 3
1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA MECÁNICA 4
Capítulo 1 Elementos de la cinemática 4.
§ 1. Modelos en mecánica. Sistema de referencia. Trayectoria, longitud del camino, vector de desplazamiento 4
§ 2. Velocidad 6
§ 3. La aceleración y sus componentes 7
§ 4. Velocidad angular y aceleración angular 9
Capítulo 2 Dinámica de un punto material y movimiento de traslación de un cuerpo rígido 11
§ 5. Primera ley de Newton. Peso. Fuerza 11
§ 6. Segunda ley de Newton 11
§ 7. Tercera ley de Newton 13
§ 8. Fuerzas de fricción 13
§ 9. Ley de conservación del impulso. Centro de masa 14
§ 10. Ecuación de movimiento de un cuerpo de masa variable 16
Capítulo 3 Trabajo y energía 17
§once. Energía, trabajo, potencia 17
§ 12. Energías cinética y potencial 18
§ 13. Ley de conservación de la energía 20
§ 14. Representación gráfica de la energía 22.
§ 15. Impacto de cuerpos absolutamente elásticos e inelásticos 23.
Capítulo 4 Mecánica de sólidos 27
§ 16. Momento de inercia 27
§ 17. Energía cinética de rotación 28
§ 18. Momento de fuerza. Ecuación de la dinámica del movimiento de rotación de un cuerpo rígido 28
§ 19. Momento angular y ley de conservación 29
§ 20. Ejes libres. giroscopio 32
§ 21. Deformaciones de un cuerpo sólido 34
Capítulo 5 Gravedad. Elementos de la teoría de campos 36.
§ 22. Leyes de Kepler. Ley de Gravedad 36
§ 23. Gravedad y peso. Gravedad Cero 37
§ 24. Campo gravitacional y luego tensión 38
§ 25. Trabajo en campo gravitacional. Potencial de campo gravitacional 38
§ 26. Velocidades espaciales 40
§ 27. Marcos de referencia no inerciales. Fuerzas de inercia 40
Capítulo 6 Elementos de la mecánica de fluidos 44
§ 28. Presión en líquido y gas 44
§ 29. Ecuación de continuidad 45
§ 30. La ecuación de Bernoulli y sus consecuencias 46
§ 31. Viscosidad (fricción interna). Regímenes laminares y turbulentos de flujo de fluidos 48
§ 32. Métodos para determinar la viscosidad 50
§ 33. Movimiento de cuerpos en líquidos y gases 51
Capítulo 7 Elementos de la teoría especial (particular) de la relatividad 53
§ 34. Las transformaciones de Galileo. Principio mecánico de la relatividad 53.
§ 35. Postulados de la teoría especial (particular) de la relatividad 54
§ 36. Transformaciones de Lorentz 55
§ 37. Consecuencias de las transformaciones de Lorentz 56
§ 38. Intervalo entre eventos 59
§ 39. Ley básica de la dinámica relativista de un punto material 60
§ 40. Ley de relación entre masa y energía 61
2 FUNDAMENTOS DE FÍSICA MOLECULAR Y TERMODINÁMICA 63
Capítulo 8 Teoría cinética molecular de los gases ideales 63
§ 41. Métodos estadísticos y termodinámicos. Leyes experimentales del gas ideal 63.
§ 42. Ecuación de Clapeyron-Mendeleev 66
§ 43. Ecuación básica de la teoría cinética molecular de los gases ideales 67
§ 44. Ley de Maxwell sobre la distribución de moléculas de un gas ideal según las velocidades y energías del movimiento térmico 69
§ 45. Fórmula barométrica. Distribución Boltzmann 71
§ 46. Número medio de colisiones y camino libre medio de las moléculas 72
§ 47. Justificación experimental de la teoría cinética molecular 73
§ 48. Fenómenos de transporte en sistemas termodinámicos en desequilibrio 74
§ 48. Vacío y métodos para obtenerlo. Propiedades de los gases ultrapuros 76
Capítulo 9 Fundamentos de la termodinámica 78
§ 50. Número de grados de libertad de una molécula. Ley de distribución uniforme de energía sobre los grados de libertad de las moléculas 78
§ 51. Primera ley de la termodinámica 79
§ 52. Trabajo del gas cuando cambia su volumen 80
§ 53. Capacidad calorífica 81
§ 54. Aplicación de la primera ley de la termodinámica a los isoprocesos 82
§ 55. Proceso adiabático. Proceso politrópico 84
§ 56. Proceso circular (ciclo). Procesos reversibles e irreversibles 86
§ 57. Entropía, su interpretación estadística y conexión con la probabilidad termodinámica 87
§ 58. Segunda ley de la termodinámica 89
Artículo 59. Motores térmicos y máquinas de refrigeración. Ciclo de Carnot y su eficiencia para un gas ideal 90
Problemas 92
Capítulo 10 Gases, líquidos y sólidos reales 93
§ 60. Fuerzas y energía potencial de interacción intermolecular 93
§ 61. Ecuación de Van der Waals 94
§ 62. Isotermas de Van der Waals y su análisis 95
§ 63. Energía interna del gas real 97
§ 64. Efecto Joule-Thomson 98
§ 65. Licuefacción de gases 99
§ 66. Propiedades de los líquidos. Tensión superficial 100
§ 67. Mojar 102
§ 68. Presión bajo una superficie curva de un líquido 103
§ 69. Fenómenos capilares 104
§ 70. Sólidos. Mono y policristales 104
§ 71. Tipos de sólidos cristalinos 105
§ 72. Defectos en los cristales 109
§ 73. Capacidad calorífica de los sólidos 110.
§ 74. Evaporación, sublimación, fusión y cristalización. Cuerpos amorfos 111
§ 75. Transiciones de fase del primer y segundo tipo 113
§ 76. Diagrama de estados. Punto triple 114
Problemas 115
3 ELECTRICIDAD Y ELECTROMAGNETISMO 116
Capítulo 11 Electrostática 116
§ 77. Ley de conservación carga eléctrica 116
§ 78. Ley de Coulomb 117
§ 79. Campo electrostático. Intensidad del campo electrostático 117
§ 80. El principio de superposición de campos electrostáticos. Campo dipolo 119
§ 81. Teorema de Gauss para el campo electrostático en el vacío 120
§ 82. Aplicación del teorema de Gauss al cálculo de algunos campos electrostáticos en el vacío 122
§ 83. Circulación del vector de intensidad del campo electrostático 124.
§ 84. Potencial de campo electrostático 125
§ 85. La tensión como gradiente de potencial. Superficies equipotenciales 126
§ 86. Cálculo de la diferencia de potencial a partir de la intensidad del campo 127
§ 87. Tipos de dieléctricos. Polarización de dieléctricos 128.
§ 88. Polarización. Fuerza de campo en dieléctrico 129
§ 88. Desplazamiento eléctrico. Teorema de Gauss para el campo electrostático en un dieléctrico 130
§ 90. Condiciones en la interfaz entre dos medios dieléctricos 131
§ 91. Ferroeléctricos 132
§ 92. Conductores en un campo electrostático 134.
§ 93. Capacidad eléctrica de un conductor solitario 136.
§ 94. Condensadores 136
§ 95. Energía de un sistema de cargas, de un conductor aislado y de un condensador. Energía del campo electrostático 138
Problemas 140
Capítulo 12 Corriente eléctrica directa 141
§ 96. Corriente eléctrica, intensidad y densidad de corriente 141
§ 97. Fuerzas de terceros. Fuerza electromotriz y voltaje 142
§ 98. Ley de Ohm. Resistencia del conductor 143
§ 99. Trabajo y potencia actual. Julio - Ley de Lenz 144
§ 100. Ley de Ohm para una sección no uniforme de un circuito 145
§ 101. Reglas de Kirchhoff para cadenas ramificadas 146
Problemas 148
Capítulo 13 Corrientes eléctricas en metales, vacío y gases 148.
§ 102. Teoría clásica elemental de la conductividad eléctrica de los metales 148.
§ 103. Derivación de las leyes básicas de la corriente eléctrica en la teoría clásica de la conductividad eléctrica de los metales 149.
§ 104. Función de trabajo de los electrones que salen de un metal 151.
§ 105. Fenómenos de emisión y su aplicación 152
§ 106. Ionización de gases. Descarga de gas no autosostenida 154
§ 107. Descarga de gas autosostenida y sus tipos 155
§ 108. Plasma y sus propiedades 158.
Problemas 159
Capítulo 14 Campo magnético 159
§ 109. Campo magnético y sus características 159.
§ 110. Ley de Biot-Savart-Laplace y su aplicación al cálculo del campo magnético 162
§ 111. Ley de Ampère. Interacción de corrientes paralelas 163.
§ 112. Constante magnética. Unidades de inducción magnética e intensidad de campo magnético 164
§ 113. Campo magnético de una carga en movimiento 165
§ 114. El efecto de un campo magnético sobre una carga en movimiento 166
§ 115. Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético 166
§ 116. Aceleradores de partículas cargadas 167.
§ 117. Efecto Hall 169
§ 118. Circulación del vector B de un campo magnético en el vacío 169
§ 119. Campos magnéticos de un solenoide y un toroide 171
§ 120. Flujo del vector de inducción magnética. Teorema de Gauss para el campo B 172
§ 121. Trabajos para mover un conductor y un circuito con corriente en un campo magnético 172.
Problemas 174
Capítulo 15 Inducción electromagnética 174
§122. El fenómeno de la inducción electromagnética (experimentos de Faraday) 174
§ 123. Ley de Faraday y su derivación de la ley de conservación de la energía 175
§ 124. Rotación del marco en un campo magnético 177.
§ 125. Corrientes de Foucault (corrientes de Foucault) 177
§ 126. Inductancia de bucle. Autoinducción 178
§ 127. Corrientes al abrir y cerrar un circuito 179.
§ 128. Inducción mutua 181
§ 129. Transformadores 182
§ 130. Energía del campo magnético 183
Capítulo 16 Propiedades magnéticas de la materia 184.
§ 131. Momentos magnéticos de electrones y átomos 184.
§ 132. Diamagnetismo y paramagnetismo 186
§ 133. Magnetización. Campo magnético en la materia 187.
§ 134. Condiciones en la interfaz entre dos imanes 189
§ 135. Ferroimanes y sus propiedades 190
§ 136. La naturaleza del ferromagnetismo 191
Capítulo 17 Fundamentos de la teoría de Maxwell para el campo electromagnético 193
§ 137. Campo eléctrico de vórtice 193
§ 138. Desplazamiento actual 194
§ 139. Ecuaciones de Maxwell para el campo electromagnético 196.
4 OSCILACIONES Y ONDAS 198
Capítulo 18 Vibraciones mecánicas y electromagnéticas 198
§ 140. Vibraciones armónicas y sus características 198.
§ 141. Vibraciones armónicas mecánicas 200
§ 142. Oscilador armónico. Péndulos de resorte, físicos y matemáticos 201
§ 143. Oscilaciones armónicas libres en un circuito oscilatorio 203
§ 144. Suma de vibraciones armónicas de la misma dirección y de la misma frecuencia. Batir 205
§ 145. Suma de oscilaciones mutuamente perpendiculares 206
§ 146. Ecuación diferencial de oscilaciones libres amortiguadas (mecánicas y electromagnéticas) y su solución. Autooscilaciones 208
§ 147. Ecuación diferencial de oscilaciones forzadas (mecánicas y electromagnéticas) y su solución 211
§ 148. Amplitud y fase de oscilaciones forzadas (mecánicas y electromagnéticas). Resonancia 213
§ 148. Corriente alterna 215
§ 150. Resonancia de tensión 217
§ 151. Resonancia de corrientes 218
§ 152. Potencia liberada en el circuito de corriente alterna 219.
Capítulo 19 Ondas elásticas 221
§ 153. Procesos ondulatorios. Ondas longitudinales y transversales 221
§ 154. Ecuación de ondas viajeras. Velocidad de fase. Ecuación de onda 222
§ 155. El principio de superposición. Velocidad de grupo 223
§ 156. Interferencia de ondas 224
§ 157. Ondas estacionarias 225
Artículo 158. Ondas sonoras 227
S 159. Efecto Doppler en acústica 228
§ 160. Ultrasonido y su aplicación 229
Capítulo 20 Ondas electromagnéticas 230
§ 161. Producción experimental de ondas electromagnéticas 230.
§ 162. Ecuación diferencial de una onda electromagnética 232
§ 163. Energía de las ondas electromagnéticas. Pulso de campo electromagnético 233
§ 164. Radiación dipolo. Aplicaciones de las ondas electromagnéticas 234
5 ÓPTICAS. NATURALEZA CUÁNTICA DE LA RADIACIÓN 236
Capítulo 21 Elementos de óptica geométrica y electrónica 236.
§ 165. Leyes básicas de la óptica. Reflexión total 236
§ 166. Lentes delgadas. Imagen de objetos usando lentes 238
§ 187. Aberraciones (errores) de los sistemas ópticos 241
§ 168. Magnitudes fotométricas básicas y sus unidades 242
§ 189. Elementos de la óptica electrónica 243.
Capítulo 22 Interferencia de la luz 245
§ 170. Desarrollo de ideas sobre la naturaleza de la luz 245.
§ 171. Coherencia y monocromaticidad de las ondas de luz 248.
§ 172. Interferencia de la luz 249
§ 173. Métodos para observar la interferencia de la luz 250.
§ 174. Interferencia de la luz en películas delgadas 252
§ 175. Aplicación de interferencias luminosas 254
Capítulo 23 Difracción de la luz 257
§ 176. Principio de Huygens-Fresnel 257
§ 177. Método de la zona de Fresnel. Propagación rectilínea de la luz 258
§ 178. Difracción de Fresnel por un agujero redondo y un disco 260
§ 178. Difracción de Fraunhofer por una sola rendija 261
§ 180. Difracción de Fraunhofer en una rejilla de difracción 263
§ 181. Red espacial. Dispersión de luz 265
§ 182. Difracción por rejilla espacial. Fórmula Wolfe-Bragg 266
§ 183. Resolución de instrumentos ópticos 267.
§ 184. El concepto de holografía 268.
Capítulo 24 Interacción de ondas electromagnéticas con la materia 27 0
§ 185. Dispersión de la luz 270
§ 186. Teoría electrónica de la dispersión de la luz 271.
§ 187. Absorción (absorción) de luz 273.
§ 188. Efecto Doppler 274
§ 189. Radiación de Vavilov - Cherenkov 275
Capítulo 25 Polarización de la luz 276
§ 190. Luz natural y polarizada 276
§ 191. Polarización de la luz durante la reflexión y refracción en el límite de dos dieléctricos 278
§ 192. Birrefringencia 279
§ 193. Prismas polarizadores y polaroides 280
§ 194. Análisis de la luz polarizada 282.
§ 195. Anisotropía óptica artificial 283
§ 196. Rotación del plano de polarización 284.
Capítulo 26 Naturaleza cuántica de la radiación 285
§ 197. Radiación térmica y sus características 285.
§ 188. Ley 287 de Kirchhoff
§ 199. Leyes de Stefan-Boltzmann y desplazamientos de Viena 288
§ 200. Fórmulas de Rayleigh - Jeans y Planck 288
§ 201. Pirometría óptica. Fuentes de luz térmica 291
§ 202. Tipos de efecto fotoeléctrico. Leyes del efecto fotoeléctrico externo 292.
§ 203. Ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico externo. Confirmación experimental de las propiedades cuánticas de la luz 294.
§ 204. Aplicación del efecto fotoeléctrico 296
§ 205. Masa y momento del fotón. Presión ligera 297
§ 206. El efecto Compton y su teoría elemental 298
§ 207. Unidad de las propiedades corpusculares y ondulatorias de la radiación electromagnética 299
6 ELEMENTOS DE FÍSICA CUÁNTICA DE ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y SÓLIDOS 300
Capítulo 27 Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno 300
§ 208. Modelos del átomo de Thomson y Rutherford 300
§ 209. Espectro lineal del átomo de hidrógeno 301
§ 210. Postulados de Bohr 302
§ 211. Experimentos de Frank y Hertz 303
§ 212. Espectro del átomo de hidrógeno según Bohr 304
Capítulo 28 Elementos de la mecánica cuántica 306
§ 213. Dualidad onda-partícula de las propiedades de la materia 306
§ 214. Algunas propiedades de las ondas de Broglie 308
§ 215. Relación de incertidumbre 308
§ 216. La función de onda y su significado estadístico 311
§ 217. Ecuación general de Schrödinger. Ecuación de Schrödinger para estados estacionarios 312
§ 218. El principio de causalidad en la mecánica cuántica 314
§ 219. Movimiento de una partícula libre 314.
§ 220. Una partícula en un "pozo potencial" rectangular unidimensional con "paredes" infinitamente altas 315
§ 221. El paso de una partícula a través de una barrera de potencial. Efecto túnel 317
§ 222. Oscilador armónico lineal en mecánica cuántica 320
Capítulo 29 Elementos de la física moderna de átomos y moléculas 321
§ 223. El átomo de hidrógeno en la mecánica cuántica 321
§ 224. 1s-Estado del electrón en el átomo de hidrógeno 324
§ 225. Spin del electrón. Número cuántico de espín 325
§ 226. El principio de indistinguibilidad de partículas idénticas. Fermiones y bosones 326
§ 227. Principio de Pauli. Distribución de electrones en un átomo según estados 327.
§ 228. Tabla periódica de elementos de Mendeleev 328
§ 229. Espectros de rayos X 330
§ 230. Moléculas: enlaces químicos, concepto de niveles de energía 332
§ 231. Espectros moleculares. dispersión raman 333
§ 232. Adquisición. Emisiones espontáneas y estimuladas 334
§ 233. Generadores cuánticos ópticos (láseres) 335
Capítulo 30 Elementos de la estadística cuántica 338
§ 234. Estadística cuántica. Espacio de fase. Función de distribución 338
§ 235. El concepto de estadística cuántica de Bose - Einstein y Fermi - Dirac 339
§ 236. Gas de electrones degenerado en metales 340
§ 237. El concepto de teoría cuántica de la capacidad calorífica. Fonones 341
§ 238. Conclusiones de la teoría cuántica de la conductividad eléctrica de los metales 342.
§ 239. Superconductividad. Concepto del efecto Josephson 343
Capítulo 31 Elementos de la física del estado sólido 345
§ 240. El concepto de teoría de bandas de sólidos 345.
§ 241. Metales, dieléctricos y semiconductores según la teoría de bandas 346
§ 242. Conductividad intrínseca de los semiconductores 347
§ 243. Conductividad de impurezas de semiconductores 350
§ 244. Fotoconductividad de semiconductores 352
§ 245. Luminiscencia de sólidos 353
§ 246. Contacto de dos metales según la teoría de bandas 355
§ 247. Fenómenos termoeléctricos y sus aplicaciones 356
§ 248. Rectificación en el contacto metal-semiconductor 358
§ 249. Contacto de semiconductores de electrones y huecos (unión p-n) 360
§ 250. Diodos y triodos semiconductores (transistores) 362
7 ELEMENTOS DE FÍSICA DEL NÚCLEO ATÓMICO Y PARTÍCULAS ELEMENTALES 364
Capítulo 32 Elementos de la física del núcleo atómico 364.
§ 251. Tamaño, composición y carga del núcleo atómico. Números de masa y carga 364
§ 252. Defecto de masa y energía de enlace nuclear 365
§ 253. El espín nuclear y su momento magnético 366
§ 254. Fuerzas nucleares. Modelos de núcleo 367
§ 255. Radiaciones radiactivas y sus tipos 368
§ 256. La ley de la desintegración radiactiva. Reglas de compensación 369
§ 257. Regularidades de la desintegración  370
§ 258. Decadencia. Neutrino 372
§ 259. Radiación gamma y sus propiedades 373
§ 260. Absorción resonante de la radiación  (efecto Mossbauer*) 375
§ 261. Métodos de observación y registro de radiaciones y partículas radiactivas 376.
§ 262. Reacciones nucleares y sus principales tipos 379.
§ 263. Positrón. Decadencia. Pinza electrónica 381
§ 264. Descubrimiento del neutrón. Reacciones nucleares bajo la influencia de neutrones 382.
§ 265. Reacción de fisión nuclear 383
§ 266. Reacción en cadena de fisión 385
§ 267. Concepto de energía nuclear 386
§ 268. Reacción de síntesis de núcleos atómicos. El problema de las reacciones termonucleares controladas 388.
Capítulo 33 Elementos de la física de partículas 390
§ 269. Radiación cósmica 390
§ 270. Muones y sus propiedades 391
§ 271. Mesones y sus propiedades 392
§ 272. Tipos de interacciones de partículas elementales 393.
§ 273. Partículas y antipartículas 394
§ 274. Hiperones. Extrañeza y paridad de partículas elementales 396.
§ 275. Clasificación de partículas elementales. Quarks 397
CONCLUSIÓN 400
LEYES BÁSICAS Y FÓRMULAS 402
ÍNDICE 413.

TI Trofímova

BIEN

FÍSICOS

Séptima edición, estereotipada

RRECOMENDADOMETRODEPARTAMENTO DE EDUCACIÓN

ROSSIANOFEDERACIONES COMO MANUAL DE ENSEÑANZA

PARA INGENIERÍA- ESPECIALIDADES TÉCNICAS

INSTITUCIONES DE EDUCACIÓN SUPERIOR

ESCUELA DE POSGRADO

2003

Revisor: Profesor del Departamento de Física que lleva el nombre de A.M. Fabricante del Instituto de Energía de Moscú ( Universidad Tecnica) V. A. Kasyanov

ISBN 5-06-003634-0

Empresa Unitaria del Estado Federal "Editorial de Escuelas Superiores", 2003

El diseño original de esta publicación es propiedad de la editorial "Higher School", y está prohibida su reproducción (reproducción) de cualquier forma sin el consentimiento de la editorial.

PREFACIO

El libro de texto está escrito de acuerdo con el programa actual del curso de física para ingeniería y especialidades técnicas de instituciones de educación superior y está destinado a estudiantes de tiempo completo de instituciones de educación técnica superior con un número limitado de horas en física, con posibilidad de su uso en cursos nocturnos y por correspondencia.

El pequeño volumen del libro de texto se logra mediante una cuidadosa selección y una presentación concisa del material.

El libro consta de siete partes. La primera parte proporciona una presentación sistemática de los fundamentos físicos de la mecánica clásica y también examina los elementos de la teoría especial (particular) de la relatividad. La segunda parte está dedicada a los fundamentos de la física molecular y la termodinámica. La tercera parte estudia la electrostática, la corriente eléctrica continua y el electromagnetismo. En la cuarta parte, dedicada a la presentación de la teoría de oscilaciones y ondas, se consideran en paralelo las oscilaciones mecánicas y electromagnéticas, se indican sus similitudes y diferencias y se comparan los procesos físicos que ocurren durante las oscilaciones correspondientes. La quinta parte examina los elementos de la óptica geométrica y electrónica, la óptica ondulatoria y la naturaleza cuántica de la radiación. La sexta parte está dedicada a los elementos de la física cuántica de átomos, moléculas y sólidos. La séptima parte describe los elementos de la física del núcleo atómico y las partículas elementales.

El material se presenta sin complicados cálculos matemáticos, se presta la debida atención a la esencia física de los fenómenos y los conceptos y leyes que los describen, así como a la continuidad de la física moderna y clásica. Toda la información biográfica se da según el libro de Yu. A. Khramov "Físicos" (M.: Nauka, 1983).

La fuente en negrita se utiliza para indicar cantidades vectoriales en todas las figuras y texto, con excepción de las cantidades indicadas con letras griegas, que por razones técnicas se escriben en una fuente clara con una flecha en el texto.

El autor expresa su profundo agradecimiento a colegas y lectores, cuyos amables comentarios y deseos contribuyeron a la mejora del libro. Estoy especialmente agradecido al profesor V. A. Kasyanov por revisar el manual y los comentarios que hizo.

INTRODUCCIÓN

LA MATERIA DE FÍSICA Y SU RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS

El mundo que te rodea, todo lo que existe a nuestro alrededor y lo descubrimos a través de sensaciones es materia.

Una propiedad integral de la materia y la forma de su existencia es el movimiento. El movimiento en el sentido amplio de la palabra implica todo tipo de cambios en la materia, desde el simple movimiento hasta los procesos de pensamiento más complejos.

Diversas ciencias, incluida la física, estudian diversas formas de movimiento de la materia. El tema de la física, como de hecho el de cualquier ciencia, sólo puede revelarse si se presenta en detalle. Es bastante difícil dar una definición estricta del tema de la física, porque los límites entre la física y varias disciplinas afines son arbitrarios. En esta etapa de desarrollo, es imposible mantener la definición de la física únicamente como una ciencia de la naturaleza.

El académico A.F. Ioffe (1880-1960; físico ruso) definió la física como una ciencia que estudia las propiedades generales y las leyes del movimiento de la materia y los campos. Actualmente se acepta generalmente que todas las interacciones se llevan a cabo a través de campos, por ejemplo, campos de fuerza gravitacionales, electromagnéticos y nucleares. El campo, junto con la materia, es una de las formas de existencia de las madres. La inextricable conexión entre campo y materia, así como la diferencia en sus propiedades, se considerará a medida que avance el curso.

La física es la ciencia de las formas más simples y al mismo tiempo más generales de movimiento de la materia y sus transformaciones mutuas. Las formas de movimiento de la materia estudiadas por la física (mecánica, térmica, etc.) están presentes en todas las formas superiores y más complejas de movimiento de la materia (química, biológica, etc.). Por tanto, siendo las más simples, son al mismo tiempo las formas más generales de movimiento de la materia. Las formas más elevadas y complejas del movimiento de la materia son objeto de estudio de otras ciencias (química, biología, etc.).

La física está estrechamente relacionada con las ciencias naturales. Esta estrecha conexión de la física con otras ramas de las ciencias naturales, como señaló el académico S. I. Vavilov (1891-1955; físico y figura pública rusa), llevó al hecho de que la física tiene profundas raíces en la astronomía, la geología, la química, la biología y otras ciencias naturales. ciencias. Como resultado, surgieron una serie de nuevas disciplinas relacionadas, como la astrofísica, la biofísica, etc.

La física está estrechamente relacionada con la tecnología y esta conexión es bidireccional. La física surgió de las necesidades de la tecnología (el desarrollo de la mecánica entre los antiguos griegos, por ejemplo, fue causado por las demandas de la construcción y el equipamiento militar de esa época), y la tecnología, a su vez, determina la dirección de la investigación física (por ejemplo, Por ejemplo, en un momento la tarea de crear las máquinas térmicas más económicas provocó un tormentoso desarrollo de la termodinámica). Por otra parte, el nivel técnico de producción depende del desarrollo de la física. La física es la base para la creación de nuevas ramas de la tecnología (tecnología electrónica, tecnología nuclear, etc.).

El rápido ritmo de desarrollo de la física y sus crecientes conexiones con la tecnología indican el papel importante de la carrera de física en la universidad: esta es la base fundamental para la formación teórica de un ingeniero, sin la cual su trabajo exitoso es imposible.

miUNIDADES DE CANTIDADES FÍSICAS

El principal método de investigación en física es experiencia- conocimiento sensorial-empírico de la realidad objetiva basado en la práctica, es decir, la observación de los fenómenos que se estudian en condiciones precisamente tomadas en cuenta, lo que permite seguir el curso de los fenómenos y reproducirlo muchas veces cuando estas condiciones se repiten.

Se plantean hipótesis para explicar hechos experimentales.

Hipótesis- es un supuesto científico propuesto para explicar un fenómeno y requiere verificación experimental y justificación teórica para convertirse en una teoría científica confiable.

Como resultado de la generalización de hechos experimentales, así como de los resultados de la actividad humana, leyes fisicas- patrones objetivos repetitivos estables que existen en la naturaleza. Las leyes más importantes establecen la relación entre cantidades físicas, para lo cual es necesario medir estas cantidades. La medición de una cantidad física es una acción realizada mediante instrumentos de medición para encontrar el valor de una cantidad física en unidades aceptadas. Las unidades de las cantidades físicas se pueden elegir arbitrariamente, pero luego surgen dificultades al compararlas. Por tanto, es aconsejable introducir un sistema de unidades que abarque unidades de todas las cantidades físicas.

Para construir un sistema de unidades, se eligen arbitrariamente unidades de varias cantidades físicas independientes entre sí. Estas unidades se llaman principales. Las cantidades restantes y sus unidades se derivan de las leyes que conectan estas cantidades y sus unidades con los principales. Ellos se llaman derivados.

Actualmente, el Sistema Internacional (SI) es de uso obligatorio en la literatura científica y educativa, y se basa en siete unidades básicas (metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol, candela) y dos adicionales: radianes y estereorradián. .

Metro(m) - la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío en 1/299792458 s. Kilogramo(kg): una masa igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (un cilindro de platino-iridio almacenado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Sèvres, cerca de París).

Segundo(s) - tiempo igual a 9 192631770 períodos de radiación correspondientes a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133.

Amperio(A) - la fuerza de una corriente constante que, al pasar a través de dos conductores rectos paralelos de longitud infinita y sección transversal insignificante, ubicados en el vacío a una distancia de 1 m entre sí, crea una fuerza entre estos conductores igual a 2⋅10 -7 N por metro de longitud.

kélvin(K) - 1/273,16 parte de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Lunar(mol): la cantidad de sustancia en un sistema que contiene tantos elementos estructurales como átomos contenidos en el nucleido 12 C con una masa de 0,012 kg.

Candela(cd) - intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite radiación monocromática con una frecuencia de 540" 12 Hz, cuya energía intensidad luminosa en esta dirección es 1/683 W/sr.

Radián(rad): el ángulo entre dos radios de un círculo, cuya longitud del arco entre los cuales es igual al radio.

estereorradián(cf) - un ángulo sólido con un vértice en el centro de la esfera, cortando de la superficie de la esfera un área igual al área de un cuadrado con un lado igual al radio de la esfera.

Para establecer unidades derivadas se utilizan leyes físicas que las conectan con las unidades básicas. Por ejemplo, de la fórmula del movimiento rectilíneo uniforme v=st(s- distancia viajada, t- tiempo) la unidad derivada de velocidad es igual a 1 m/s.