4. Оптика

ГЮЙГЕНСА ПРИНЦИП - метод, позволяющий определить положение фронта волны в любой момент времени. Согласно г.п. все точки, через которые проходит фронт волны в момент времени t, являются источниками вторичных сферических волн, а искомое положение фронта волны в момент времени t t совпадает с поверхностью, огибающей все вторичные волны. Позволяет объяснить законы отражения и преломления света.

ГЮЙГЕНСА - ФРЕНЕЛЯ - ПРИНЦИП - приближенный метод решения задач о распространении волн. Г.-Ф. п. гласит: в любой точке, находящейся вне произвольной замкнутой поверхности, охватывающей точечный источник света, световая волна, возбуждаемая этим источником, может быть представлена как результат интерференции вторичных волн, излучаемых всеми точками указанной замкнутой поверхности. Позволяет решать простейшие задачи дифракции света.

ОТРАЖЕНИЯ ВОЛН ЗАКОН - луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, причем угол падения равен углу преломления. Закон справедлив для зеркального отражения.

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА - изменение направления распространения света (электромагнитной волны) при переходе из одной среды в другую, отличающуюся от первой показателем преломления. Для преломления выполняется закон: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, причем для данных двух сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

ПРЯМОЛИНЕЙНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА ЗАКОН - закон геометрической оптики, заключающийся в том, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Объясняет, напр., образование тени и полутени.

6. Атомная и ядерная физика.

БОРА ПОСТУЛАТЫ - основные допущения, введенные без доказательства Н.Бором, и положенные в основу БОРА ТЕОРИИ: 1) Атомная система устойчива только в стационарных состояниях, которые соответствуют дискретной последовательности значений энергии атома. Каждое изменение этой энергии связано с полным переходом атома из одного стационарного состояния в другое. 2) Поглощение и излучение энергии атомом происходит по закону, согласно которому связанное с переходом излучение является монохроматическим и обладает частотой : h =E_i-E_k, где h -Планка постоянная, а E_i и E_k - энергии атома в стационарных состояниях.

К основным понятиям физики относят фундаментальные законы сохранения нарушение которых не обнаружено ни в одном из бесчисленных опытов и наблюдений:

1. Закон сохранения энергии, который гласит, что в изолированной системе (которая не может обмениваться энергией с окружающей средой) общая энергия остается постоянной (W=const). Этот закон остается справедливым для любых взаимодействий внутри изолированной системы.

2. Закон сохранения импульса (P=mV=const), где: m – масса тела, V – его скорость. Этот закон также остается справедливым для любых взаимодействий внутри изолированной системы.

3. Закон сохранения момента импульса (L=mVr=const), где: r – радиус вращения тела массой m двигающегося со скоростью V. Из этого закона видно, что при неизменной массе с увеличением радиуса вращения скорость движения уменьшается. Этот закон также остается справедливым для любых взаимодействий внутри изолированной системы.

В современной физике придуманы множество законов сохранения, но мы ограничимся только перечисленными.

К основному понятию физики можно также отнести наличие физического смысла (здравого смысла) рассматриваемого предположения или математического выражения, как следствие фундаментальных законов. Например, в природе не существует отрицательных и нулевых величин (которые условно обозначают недостаток или отсутствие чего-либо). Они могут вводиться для удобства рассуждений, но нужно всегда помнить, что это только условность, если в результате расчетов получается отрицательная масса, то это следствие ошибки. К сожалению, современная физика страдает отсутствием здравого смысла. Подробно обсуждаются различные искажения пространства и времени, хотя нет никаких доказательств того, что они не являются просто промежутками между телами и событиями. Рассуждают о многомерных пространствах, хотя нет доказательств существования пространства больше трех измерений в котором мы живем. В результате отсутствия здравого смысла в исходных рассуждениях появляются трудности и парадоксы теории. Вместо того, чтобы вернуться в начало, предпочитают «устранять трудности» все более усложняя теорию. Поэтому здравый смысл – основной критерий правильности предположений. Природа проще, чем мы о ней думаем.

К основным понятиям физики относятся понятия вектора и скаляра. Вектор – это некоторая физическая характеристика объекта, которая в данной задаче существенно зависит от направления, например, скорость тела, магнитный или механический момент и т.п. Скаляр – это некоторая физическая характеристика объекта, которая в данной задаче не зависит от направления, например, скорость вращения тела, температура, масса тела и т.п. Если в сомножителях двух физических величин встречается один вектор, то произведение будет вектором того же направления, но другой величины. Если перемножаются два вектора, то произведение будет третьим вектором перпендикулярным двум перемножаемым. Складываются и вычитаются вектора по правилу паралеллограмма. Поясним эти понятия на примерах.

К основным понятиям физики относятся также масса, инерция, электрический заряд, поля, время и пространство. Исчерпывающего объяснения этих понятий в современной физике не существует, Вас будут гонять по кругу из одного справочника в другой без удовлетворения Вашего желания узнать, что фактически представляют собой эти понятия. Я им даю свое объяснение и надеюсь, что оно Вас удовлетворит.

2.Равномерное и равноускоренное движение. Графическое описание. Сравнительные характеристики и их физический смысл.

Равнопеременное прямолинейное движение – это движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, т. е. ускорение постоянно.

Равномерное движение- это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит одинаковое перемещение.

Скорость= const

V=S/t

S=Vt

Выражение для координаты движущегося тела в любой момент времени. Поскольку х=x0+sx, с учетом (1.3) имеем

х=x0+ Vx·t. (1.4)

По формуле (1.4), зная координату x0 начальной точки движения тела и скорость тела v (ее проекцию vx на ось Ох), в любой момент времени можно определить положение движущегося тела. Правая часть формулы (1.4) является алгебраической суммой, так как и х0, и Vx могут быть и положительными, и отрицательными (графическое представление равномерного прямолинейного движения дано далее).

Равноускоренное движение – движение, при котором направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости точки.

Равноускоренное движение – это движение тела при котором тело за любые равные промежутки изменяет свою скорость на одиниковую величину.

Быстроту изменения скорости характеризуют величиной, обозначаемой а и называемой ускорением. Ускорением называют векторную величину, равную отношению изменения скорости тела v-v0 к промежутку времени t, в течение которого это изменение произошло:

a=(v-v0)/t. Здесь V0 - начальная скорость тела, т. е. его мгновенная скорость в момент начала отсчета времени; v - мгновенная скорость тела в рассматриваемый момент времени.

Из формулы (1.9) и определения равноускоренного движения следует, что в таком движении ускорение не изменяется. Следовательно, прямолинейное равноускоренное движение есть движение с постоянным ускорением (a=const). В прямолинейном равноускоренном движении векторы v0, v и а направлены по одной прямой. Поэтому модули их проекций на эту прямую равны модулям самих этих векторов, и формулу (1.9) можно записать в виде a=(v-v0)/t.

Следует, что v= v0+at.

По этой формуле определяют мгновенную скорость v тела в равноускоренном движении, если его начальная скорость v0 и ускорение а известны. Для прямолинейного равноускоренного движения эту формулу можно записать в виде v=v0+at. Если v0 =0, то v=at

Материальная точка - в физике за материальную точку принимается тело размерами которого можно пренебречь, по сравнению с расстоянием которое оно проходит.

Система отсчёта — это совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и системы отсчёта времени, по отношению к которым рассматривается движение (или равновесие) каких-либо материальных точек или тел.

Траектория движения- это линия по которой двигается тело.

Путь- длина траектории

Перемещение (S)- это направленный отрезок

Скорость- характеризует быстроту перемещения тела. V=dS/dt= производная от перемещения.

Ускорение- характеризует быстроту изменения скорости. A=dV/dt= производная от скорости.

Рис. Графики зависимости координаты и скорости от времени  

Рис. Графики зависимости кинематических величин при равноускоренном движении

3. График зависимости координаты отвремени. Х=Х0+v0t+at2/2

3.Вращательное движение. Характеристики вращательного движения.

Вращательное движение – движение, при котором все точки тела описывают в пространстве окружности, центры которых лежат на одной прямой, а сами окружности находятся в плоскостях, перпендикулярных этой прямой (оси вращения).

Пройденный путь, перемещение, скорость, тангенциальное и нормальное ускорение представляют собой линейные величины. Наряду с ними для описания криволинейного движения можно пользоваться угловыми величинами.

Равномерное движение тела по окружности – движение, при котором материальная точка (тело) за равные промежутки времени проходит равные по длине дуги окружности. В этом случае тангенциальная составляющая ускорения равна нулю и полное ускорение равно нормальной составляющей ускорения.

В случае движения тела по окружности наряду с длиной дуги окружности движение можно характеризовать углом поворота φ вокруг оси вращения.

Угловое перемещение (φи) – угол поворота произвольного радиуса от начального движения.

Величину ω = φи / t называют угловой скоростью.

Угловая скорость представляет собой вектор, направление которого определяют по правилу правого винта и связывают с направлением оси вращения тела (рис. 1.6). Если вращение является равномерным, то ω  = const и точка на окружности поворачивается на равные углы вокруг оси вращения за равные промежутки времени. Время, за которое тело совершает полный оборот, т. е. поворачивается на угол 2 , называется периодом движения Т. частота вращения – число оборотов в единицу времени – величина, обратная периоду,   .

Нетрудно получить связь между величинами:

                         .

Любое явление природы происходит в пространстве и во времени.

Характеристики вращения тела в тетрадке

4.Законы Ньютона. Применение второго закона Ньютона к свободно движущемуся телу по поверхности с учетом силы трения.

1.Первый закон Ньютона постулирует наличие такого явления, как инерция тел. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это явление сохранения телом скорости движения (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их текущего состояния. Величина инертности характеризуется массой тела.

Естественное состояние тела- это состояние тела на которое действуют силы.

Система отсчета, в которой справедлив первый закон Ньютона, т. е. в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно, называется инерциальной. Система отсчета, движущаяся с ускорением, являетсянеинерциальной.

Система отсчета, связанная с Землей, является неинерциальной, потому что Земля вращается вокруг собственной оси и вокруг Солнца, т. е. движется ускоренно. Но оба эти вращения происходят медленно.  Поэтому по отношению к громадному кругу явлений земная система отсчета ведет себя практически как инерциальная система.

2.Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).

В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.

В случае, когда масса материальной точки меняется со временем, второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс:

В инерциальной системе отсчета скорость изменения импульса материальной точки равна равнодействующей всех приложенных к ней сил dp/dt=F , dp/dt- производная импульса по времени.

Второй закон Ньютона действителен только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта. Для скоростей, приближенных к скорости света, используются законы теории относительности.

Нельзя рассматривать частный случай (при F=0 ) второго закона как эквивалент первого, так как первый закон постулирует существование ИСО, а второй формулируется уже в ИСО.

Исходная формулировка Ньютона: Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

3.Силы возникают попарно. Всякой силе приложенной к какому-то телу, можно сопоставить равные ей по величине и противоположные по направлению силы приложенные к другому телу взаимодествующему с данным телом.

Третий закон Ньютона- силы, с которыми действуютдруг на друга взаимодействующие тела, равные по величине и противоположны по направлению.

Применение второго закона в тетраде опыт.

5.Понятие консервативных и неконсервативных сил. Работа в механике.

В физике консервати́вные си́лы (потенциальные силы) — силы, работа которых не зависит от формы траектории (зависит только от начальной и конечной точки приложения сил)[1]. Отсюда следует определение: консервативные силы — такие силы, работа которых по любой замкнутой траектории равна 0.

Консервативные силы: 1 упругости 2тяжести 3 электрического поля

Неконсервативные: трения.

6.Законы сохранения в механике: ЗСИ, ЗСМЭ. Вывод ЗСИ из 2 закона Ньютона

Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.

В классической механике закон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона. Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил.

Вывод из 2 закона Ньютона.

Второй закон Ньютона ma=F можно записать в иной форме, которая приведена самим Ньютоном в его главном труде «Математические начала натуральной философии».

Если на тело (материальную точку) действует постоянная сила, то постоянным является и ускорение a=v-v0/t

Подставив это значение ускорения во второй закон Ньютона, получим:

m(v-v0)/t=f или mv-mv0=Ft

В этом уравнении появляется новая физическая величина — импульс материальной точки. Импульсом материальной точки называют величину равную произведению массы точки на ее скорость. Обозначим импульс (его также называют иногда количеством движения) буквой p, тогда P=mv Из формулы (2) видно, что импульс — векторная величина. Так как m > 0, то импульс имеет то же направление, что и скорость. Единица импульса не имеет особого названия. Ее наименование получается из определения этой величины: [p] = [m] · [υ] = 1 кг · 1 м/с = 1 кг·м/с .

Закон сохранения механической энергии

В ньютоновской механике формулируется частный случай закона сохранения энергии — Закон сохранения механической энергии, звучащий следующим образом.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы, остаётся постоянной.

Проще говоря, при отсутствии диссипативных сил (например, сил трения) механическая энергия не возникает из ничего и не может исчезнуть в никуда.

Диссипати́вные си́лы — силы, при действии которых на механическую систему её полная механическая энергия убывает (то есть диссипирует), переходя в другие, немеханические формы энергии, например, в теплоту.

Тетрадка