Основы физики - Механика. Молекулярная физика. Электродинамика. - Том 1 - Яворский Б.М., Пинский А.А.

Название: Основы физики - Механика. Молекулярная физика. Электродинамика. 2003.
Автор: Яворский Б.М., Пинский А.А.
Введение новых программ по физике для средней школы, организация факультативных курсов физики, наличие физико-математических школ с расширенной программой вызвали потребность в пособиях, где основы классической и современной физики излагались бы значительно шире и глубже, чем это может быть сделано в стабильном учебнике.
Данная книга является первой частью двухтомника, в котором основы физики излагаются на современной основе. Вопросы механики связаны с теорией относительности и соотношением неопределенностей, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса - с принципами симметрии пространства и времени, основы термодинамики - с молекулярной статистикой и строением вещества, гидромеханика - с теорией ударных волн. От читателя требуется лишь основательное знание физики, алгебры и начала тригонометрии в объеме восьмилетней школы.
Для учащихся школ, гимназий, лицеев с углубленным изучением физико-математических дисциплин, для подготовки к конкурсным экзаменам в ВУЗы.
В настоящее время па основе Закона об образовании в Российской Федерации происходит радикальная реформа системы общего среднего образования. Одна из основных задач реформы учет индивидуальных особенностей учащихся, их интересов и способностей. С этой целью Законом предусмотрена дифференциация средней школы, особенно ее старшего звена. Появились лицеи, колледжи, гимназии, школы и классы с углубленным изучением физики, возможность подготовки к экзаменам на ученую степень бакалавра. Возникла потребность в учебных пособиях, где физика излагалась бы па гораздо более высоком уровне, чем что возможно в учебниках для массовой школы.
Этим требованиям удовлетворяет предлагаемый вниманию читателей двухтомник «Основы физики».
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.
Как работать над книгой.
Часть  I Движение и силы
Глава   1.   Скорость
§1.1. Механическое движение (15). §1.2. Система отсчета. Траек­тория (16). § 1.3. Прямолинейное движение. Закон движения (18). § 1.4. Равномерное движение (19). § 1.5. Переменное движение (20). §1.6. Средняя скорость (22). §1.7. Мгновенная скорость перемен­ного движения  (23).
Глава   2.   Инерция
§2.1. Принцип инерции (24). §2.2. Инерциальные системы отсче­та (27). §2.3. Принцип относительности (28). §2.4. Преобразо­вания Галилея (30). §2.5. Классический закон сложения скоро­стей (31).
Глава   3.   Скалярные и векторные величины
§3.1. Скалярные величины (32). §3.2. Векторные величины (33). §3.3. Некоторые операции над векторами (34). §3.4. Разложение вектора на два слагаемых (37). §3.5. Скорость — вектор (38). §3.6. Сложение скоростей  (39).
Глава   4.   Ускорение
§4.1. Среднее и мгновенное ускорение (41). §4.2. Прямолиней­ное переменное движение (41). §4.3. Прямолинейное равнопере­менное движение (42). §4.4. График скорости при равнопере­менном движении (43). §4.5. Графическое вычисление перемеще­ния (43). §4.6. Перемещение и средняя скорость при равнопере­менном движении (44). § 4.7. Равномерное движение материальной точки по окружности (46). §4.8. Ускорение при равномерном дви­жении материальной точки по окружности  (47).
Глава   5.   Сила
§5.1. Сила — мера взаимодействия тел (48). §5.2. Упругие и пла­стические деформации (49). § 5.3. Сила — вектор (51). § 5.4. Сло­жение и разложение сил, приложенных к материальной точке (53).
Глава   6.   Сила тяжести, вес и масса
§6.1. Сила тяжести. Вес (54). §6.2. Свободное падение (56). §6.3. Масса тела (57). §6.4. Плотность вещества (58). §6.5. Дав­ление. Архимедова сила (59).
Глава   7.   Основной закон динамики
§7.1. Сила и ускорение (61). §7.2. Применения основного закона динамики (64). § 7.3. Невесомость (67). § 7.4. Система единиц (69). §7.5. Международная система единиц (70).
Глава   8.   Закон движения  материальной  точки  и  на­чальные условия
§8.1. Основная задача динамики (71). §8.2. Движение материаль­ной точки под действием силы тяжести (72). § 8.3. Численное реше­ние основной задачи динамики (74). §8.4. Движение тела под дей­ствием упругой силы (75). §8.5. Величины, определяющие закон движения материальной точки  (78).
Глава   9.   Тяготение
§9.1. Открытие закона тяготения (79). §9.2. Закон всемирного тя­готения (81). § 9.3. Опыт Кавендиша (82). § 9.4. Определение рас­стояний от Солнца до планет (83). § 9.5. Гравитационное поле (84). § 9.6. Напряженность гравитационного поля (85). § 9.7. Гравитаци­онное поле Земли (86). §9.8. Влияние вращения Земли на ускоре­ние свободного падения  (88).
Глава   10.   Электрические силы
§10.1. Электрический заряд (89). §10.2. Закон Кулона (90). §10.3. Единица заряда (92). §10.4. Диполь (93). §10.5. Электри­ческое поле. Напряженность (95). §10.6. Поле точечного заряда и диполя  (96).
Глава   11.   Трение
§ 11.1. Внешнее и внутреннее трение (98). § 11.2. Трение покоя (99). §11.3. Угол трения покоя (101). §11.4. Трение скольжения (102). § 11.5. Трение качения (103). § 11.6. Движение тел под действи­ем силы трения (104). §11.7. Внутреннее трение (вязкость) (105). §11.8. Движение тела в жидкости (106). §11.9. Падение тела в жидкости или газе (109).
Глава   12.   Теория относительности
§12.1. Скорость света и закон сложения скоростей (111). § 12.2. Основные постулаты специальной теории относительно­сти (113). § 12.3. Относительность одновременности и длины (114). § 12.4. Релятивистские преобразования координат. Релятивист­ский закон сложения скоростей (117). §12.5. Предельный харак­тер скорости света (119). §12.6. Преобразования Лоренца (120). §12.7. Длина отрезка (121). §12.8. Промежуток времени между двумя событиями (122). § 12.9. Промежуток времени между при­чиной и следствием. Интервал (123). §12.10. Соотношение между релятивистской и ньютоновской механикой  (125).
Глава   13.   Импульс и сила в теории относительности
§ 13.1. Релятивистский импульс (127). § 13.2. Основной закон дина­мики в теории относительности (128). § 13.3. Соотношение между ньютоновской и релятивистской динамикой  (129).
Глава   14.   Закон  движения   и   соотношение   неопреде­ленностей
§14.1. Начальные условия и измерительная аппаратура (131). § 14.2. Соотношение неопределенностей (135). § 14.3. Соотношение неопределенностей и классическая механика (136).
Часть  II Законы сохранения
Глава   15.   Закон сохранения импульса
§15.1. Замкнутая система тел (140). §15.2. Закон сохранения им­пульса (141). § 15.3. Явление отдачи (143). § 15.4. Реактивное дви­жение (144). §15.5. Расчет запаса топлива (145). §15.6. Центр масс (146). § 15.7. Движение центра масс (147). § 15.8. Релятивист­ский фактор (149).
Глава   16.   Полная и кинетическая энергия
§16.1. Полная энергия тела (150). §16.2. Кинетическая энер­гия (151). §16.3. Энергия и импульс (152). §16.4. Кинетическая энергия и работа (153). §16.5. Мощность (155). §16.6. Единицы энергии, работы и мощности (155). § 16.7. Импульс и энергия лока­лизованной частицы  (156).
Глава   17.   Элементарная теория столкновений
§ 17.1. Что такое столкновение? (159). § 17.2. Абсолютно неупругий удар (160). § 17.3. Упругий удар (161). § 17.4. Замедление нейтро­нов (162).   §17.5. Давление потока частиц на стенку (163).
Глава   18.   Консервативные силы и потенциальная энер­гия
§18.1. Работа переменной силы (165). §18.2. Работа упругой си­лы (167). §18.3. Работа кулоновской силы (168). §18.4. Работа гравитационной силы (170). §18.5. Консервативные силы (171). § 18.6. Потенциальная энергия упругих, кулоновских и гравитаци­онных взаимодействий (172). §18.7. Потенциал электростатиче­ского поля (174). §18.8. Потенциал поля точечного заряда (175). § 18.9. Энергия электрического поля (176).
Глава   19.   Закон сохранения  энергии  в  ньютоновской  механике
§ 19.1. Механическая энергия и ее сохранение (177). § 19.2. Механи­ческая энергия и трение (177). § 19.3. Космические скорости (178). § 19.4. Потенциальные кривые (179). § 19.5. Потенциальная энергия и равновесие (182).
Глава   20.   Внутренняя энергия
§20.1. Внутренняя энергия системы частиц (183). §20.2. Измене­ние внутренней энергии при деформации тела (185). §20.3. Из­менение внутренней энергии тела при тепловых процессах (186). § 20.4. Изменение внутренней энергии при химических реакци­ях (187). §20.5. Изменение внутренней энергии при ядерных реак­циях (188).
Глава   21.   Закон сохранения энергии
§21.1. Работа как мера изменения полной и внутренней энер­гии (189). §21.2. Теплообмен (190). §21.3. Количество тепло­ты (192). § 21.4. Первое начало термодинамики  (193). §21.5. Адиабатически изолированная система (194). §21.6. Закон сохранения энергии (195). § 21.7. Закон сохранения массы (195).
Глава   22.   Закон сохранения момента импульса
§22.1. Особенности вращательного движения (197). §22.2. Кине­тическая энергия и момент инерции (198). §22.3. Зависимость мо­мента инерции от положения оси вращения (200). §22.4. Момент силы (202). §22.5. Условие равновесия тела, имеющего ось вра­щения (204). §22.6. Момент импульса и основное уравнение ди­намики (205). §22.7. Закон сохранения момента импульса (206). § 22.8. Аналогия между величинами и соотношениями между ними при поступательном и вращательном движениях (209).
Глава   23.   Симметрия в природе и законы сохранения
§23.1. Законы сохранения как основные законы природы (210). §23.2. Законы сохранения как принципы запрета (211). §23.3. За­коны сохранения и симметрия пространства-времени (212). §23.4. Однородность времени и сохранение энергии (213).
Глава   24.   Неинерциальные системы отсчета и тяготе­ние
§24.1. Явления в ускоренно движущейся системе отсчета (214). §24.2. Силы инерции (216). §24.3. Особенности сил инерции (217). § 24.4. Пространство и время в неинерциальных системах отсче­та (218). §24.5. Принцип эквивалентности (221). §24.6. Поня­тие о теории тяготения Эйнштейна (223). §24.7. Парадокс близ­нецов (227).
Часть  III Молекулярно-кинетическая теория газа
Глава   25.   Молекулярное движение
§ 25.1. Как измерили скорость движения молекул (230). § 25.2. Рас­пределение молекул по скоростям (232). §25.3. Длина свободно­го пробега молекулы (234). § 25.4. Диффузия (237). §25.5. Закон диффузии  (238).   § 25.6. Разделение газовых смесей (239).
Глава   26.   Идеальный газ
§26.1. Давление газа (241). § 26.2. Идеальный газ (243). § 26.3. Тем­пература (245). §26.4. Термодинамическая температура и урав­нение состояния идеального газа (247). §26.5. Газовый термо­метр (248). §26.6. Кельвин и градус Цельсия (249). §26.7. Аб­солютный нуль (251). §26.8. Постоянная Авогадро и постоянная Больцмана (252). §26.9. Распределение молекул в силовом по­ле (255).   § 26.10. Барометрическое распределение (256).
Глава   27.   Идеальный газ и первое начало термодинамики
§27.1. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа (259). § 27.2. Работа при расширении идеального газа (260). § 27.3. Первое начало термодинамики и теплоемкость газа  (261).   §27.4. Изохорный процесс (262). §27.5. Изобарный процесс (263). §27.6. Изо­термический процесс (264). §27.7. Адиабатный процесс (265). §27.8. Теплоемкость двухатомного газа (268). §27.9. Понятие о квантовой теории теплоемкости газов (270).
Глава   28.   Второе начало термодинамики
§28.1. Квазистатические процессы (274). §28.2. Обратимые про­цессы (275). §28.3. Необратимость реальных тепловых процес­сов (277). § 28.4. Необратимость и статистика (278). § 28.5. Диффу­зия и термодинамическая вероятность (281). §28.6. Термодинами­ческая вероятность и другие тепловые процессы (282). § 28.7. Тер­модинамическая вероятность и энтропия (284). §28.8. Энтропия и теплообмен (285). §28.9. Второе начало термодинамики (288). §28.10. Статистический смысл второго начала термодинамики. Флуктуации (289). §28.11. Броуновское движение и флуктуа­ции (290). §28.12. Броуновское движение и постоянная Больцмана (291).
Глава   29.   Тепловые машины
§29.1. Тепловые машины и развитие техники (294). §29.2. Тепло­вой двигатель (295). § 29.3. Схематическое устройство и энергетиче­ский баланс теплового двигателя (296). § 29.4. Тепловой двигатель и второе начало термодинамики (297). §29.5. Цикл Карно (299). § 29.6. КПД реального двигателя (300). § 29.7. Обратный цикл Кар­но (301).   § 29.8. Холодильная установка и тепловой насос (303).
Глава   30.   Основы газовой динамики
§30.1. Термодинамические параметры движущегося газа (304). §30.2. Уравнение неразрывности (305). §30.3. Уравнение импуль­са (305). §30.4. Уравнение Бернулли (306). §30.5. Скорость рас­пространения упругих возмущений (307). §30.6. Учет сжимаемо­сти газа. Число Маха (310). §30.7. Конус Маха (310). §30.8. Удар­ная головная волна (312). §30.9. Волновое сопротивление (312). §30.10. Сопло (314). §30.11. Аналогия между соплом и тепловой машиной (315). §30.12. Сопло Лаваля (316). §30.13. Реактивный двигатель (317). § 30.14. Крыло самолета (318). § 30.15. Давление в потоке жидкости  (319).   §30.16. Учет вязкости  (320).
Часть  IV Молекулярные силы и агрегатные состояния вещества
Глава   31.   Молекулярные силы
§31.1. Плотность и сжимаемость вещества (322). §31.2. Моле­кулярные силы (323). §31.3. Электрическое происхождение мо­лекулярных сил (324). §31.4. График молекулярных сил (326). §31.5. Потенциальная кривая молекулярного взаимодействия (328). § 31.6. Тепловое расширение твердых тел и жидкостей  (329).
Глава   32.   Дальний порядок
§32.1.    Монокристалл (333). §32.2. Поликристалл (335). §32.3. Кристаллическая решетка. Дальний порядок (336). §32.4. Дефекты упаковки и блочная структура кристалла (337). §32.5. Движение дефектов и диффузия (339). §32.6. Движение дислокаций и деформация кристалла (340).
Глава   33.   Плотная упаковка частиц
§33.1. Типы кристаллических связей (342). §33.2. Плотнейшая упа­ковка одинаковых шаров (344). § 33.3. Плотнейшие упаковки шаров с разными радиусами (346). §33.4. Решетки, которые нельзя пред­ставить как упаковку шаров (347). §33.5. Структура льда и во­ды  (349).   § 33.6. Полимеры (351).
Глава   34.   Ближний порядок
§34.1. Особенности жидкого состояния (352). §34.2. Структура жидкости и ее свойства (353). §34.3. Среднее время оседлой жиз­ни (355). §34.4. Диффузия в жидкостях (357). §34.5. Вязкость жидкостей (358). §34.6. Аморфные тела (360). §34.7. Энергия поверхностного слоя и поверхностное натяжение жидкости (361). §34.8. Давление под искривленной поверхностью жидкости (362). § 34.9. Капиллярные явления  (364).
Глава   35.   Пар
§35.1. Испарение (365). § 35.2. Насыщенный пар (367). §35.3. Дав­ление насыщенного пара (368). §35.4. Изотерма пара (371). §35.5. Критическое состояние вещества (372). §35.6. Влажность воздуха (374).
Глава   36. Фазовые переходы
§36.1. Изменение агрегатного состояния (376). §36.2. Диаграм­ма перехода жидкость-газ (376). §36.3. Диаграмма перехо­да кристалл-газ (377). §36.4. Диаграмма перехода кристалл-жидкость (378). §36.5. Диаграмма перехода кристалл-кри­сталл (379). § 36.6. Тройная точка (381). § 36.7. Изменение внут­ренней энергии и энтропии при фазовых переходах первого ро­да (381). §36.8. Метастабильные состояния (385). §36.9. Кон­денсация. Пересыщенный пар (386). §36.10. Кипение. Перегретая жидкость (388). § 36.11. Сжижение газов (389). § 36.12. Сверхте­кучесть гелия  (392).
Часть V Электродинамика
Глава   37.   Поле неподвижных зарядов в вакууме
§37.1. Линии напряженности (396). §37.2. Эквипотенциальные по­верхности (397). §37.3. Связь между напряженностью и потенциа­лом (399). § 37.4. Диполь в электрическом поле (400). §37.5. Плос­кий конденсатор (402). § 37.6. Электроемкость (403). §37.7. Энер­гия поля. Плотность энергии (404). §37.8. Сила взаимодействия между пластинами конденсатора  (404).   §37.9. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса (405). §37.10. Проводник в электри­ческом поле (409).   § 37.11. Определение заряда электрона (411).
Глава   38.   Диэлектрики
§38.1. Электрическое поле при наличии диэлектрика (413). §38.2. Вектор поляризации (414). §38.3. Электрическая вос­приимчивость (415). §38.4. Энергия поля в диэлектрике (416). § 38.5. Деформационная поляризуемость (417). § 38.6. Ориентационная поляризуемость  (419).
Глава   39.   Постоянный ток
§39.1. Стороннее поле. Напряжение и ЭДС (421). §39.2. Сила то­ка и плотность тока (424). §39.3. Закон Ома для однородного участка цепи (426). § 39.4. Сопротивление (426). § 39.5. Закон Ома в дифференциальной форме (427). §39.6. Закон Ома для неод­нородного участка цепи и для замкнутой цепи (428). §39.7. За­кон Джоуля-Ленца (429). §39.8. Зарядка и разрядка конденсато­ра (430).   § 39.9. Правила Кирхгофа (431).
Глава   40.   Магнитное поле в вакууме
§40.1. Взаимодействие токов. Магнитные силы (433). §40.2. За­кон преобразования для поперечного импульса и поперечной си­лы (434). §40.3. Взаимодействие между движущимися заряда­ми (436). §40.4. Вектор магнитного поля. Линии индукции (438). §40.5. Магнитное поле проводника с током (439). §40.6. Магнит­ный момент (441). §40.7. Напряженность магнитного поля (444). §40.8. Инвариантность электрического заряда (445).
Глава   41.   Заряды и токи в магнитном поле
§41.1. Сила Лоренца (446). §41.2. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле (448). §41.3. Определение зна­ка заряда элементарных частиц (449). §41.4. Циклотрон (450). § 41.5. Энергия частицы и условие синхронизации (452). § 41.6. Син­хрофазотрон (454). §41.7. Ускорители на встречных пучках (457). §41.8. Удельный заряд электрона (459). §41.9. Удельный заряд иона (461). §41.10. Проводник с током в магнитном поле (462). §41.11. Рамка с током в магнитном поле (463).
Глава   42.   Магнетики
§42.1. Три типа магнетиков (465). §42.2. Магнитный момент ато­ма (466). §42.3. Величины, характеризующие магнитное поле в веществе (467). §42.4. Диамагнетизм (469). §42.5. Парамагне­тизм (471). §42.6. Ферромагнетизм. Точка Кюри (473). §42.7. Ги­стерезис (475). § 42.8. Доменная структура ферромагнетиков (477). §42.9. Опыт Эйнштейна и де-Гааза (480). §42.10. Опыт Штерна и Герлаха (481). §42.11. Спин электрона (483). §42.12. Антифер­ромагнетизм  (484).
Глава   43.   Электромагнитная индукция
§43.1. Открытие Фарадея (487). §43.2. Явление электромагнит­ной индукции и сила Лоренца (487). §43.3. Электродвижущая сила индукции (490). §43.4. Явление индукции в неподвижном проводнике   (490).      §43.5.  Напряженность   индуцированного   поля (491). §43.6. Электромагнитное поле и принцип относительно­сти (492). §43.7. Закон индукции Фарадея (493). §43.8. Правило Ленца (495). §43.9. Электромагнитная индукция и закон сохране­ния энергии (495). §43.10. Самоиндукция (496). §43.11. Энергия электромагнитного поля (497). §43.12. Включение цепи с индук­тивностью  (499).
Глава   44.   Электрическая проводимость, теплоемкость и теплопроводность твердых тел
§44.1. Экспериментальные основы электронной теории проводи­мости металлов (500). §44.2. Эффект Холла (502). §44.3. Элек­тронный газ (505). §44.4. Вывод закона Ома из электронной тео­рии (507). §44.5. Вывод закона Джоуля-Ленца (511). §44.6. Ра­бота выхода (513). §44.7. Контактная разность потенциалов (515). §44.8. Термоэлектричество (516). §44.9. Теплоемкость (517). §44.10. Теплоемкость металлов (521). §44.11. Теплопроводность диэлектриков  (521).   § 44.12. Теплопроводность металлов  (524).
Глава   45.   Электрическая проводимость полупроводников
§ 45.1. Собственная электронная и дырочная проводимость полупро­водников (526). §45.2. Примесная электронная и дырочная про­водимость полупроводников (530). §45.3. Выпрямление на грани­це металл-полупроводник (532). §45.4. Выпрямление на грани­це электронно-дырочного перехода (533). §45.5. Транзистор (536). §45.6. Фотосопротивления и полупроводниковые фотодиоды  (539).
Глава   46.   Электрическая проводимость электролитов
§46.1. Электролитическая диссоциация (542). §46.2. Закон Ома и проводимость электролитов (543). § 46.3. Законы Фарадея (544). §46.4. Гальванический элемент (546).
Глава   47.   Ток в вакууме
§47.1. Термоэлектронная эмиссия (547). §47.2. Диод и его ха­рактеристика (548). §47.3. Триод и его характеристика (550). §47.4. Электронно-лучевая трубка (552).
Глава   48.   Ток в газах
§48.1. Ионизация и рекомбинация (553). §48.2. Несамостоятель­ный разряд (554). §48.3. Ударная ионизация (557). § 48.4. Счетчик Гейгера-Мюллера (558). §48.5. Самостоятельный разряд. Плаз­ма (560). §48.6. Тлеющий разряд (561). §48.7. Плазма в магнит­ном поле (563).   §48.8. МГД-генератор (565).
Предметный указатель