Физика

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта» Самарский филиал ФГБОУ ВПО «ВГАВТ» Управление ВПО (заочное обучение) Кафедра естественнонаучных и технических дисциплин УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой _______/____________ «______»_________»2014 г. Конспект лекций по дисциплине «ФИЗИКА» для студентов заочного обучения специальность 180405.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок»,180403.65 «Судовождение»,180407.65 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» Ведущий преподаватель: Феоктистов Василий Сергеевич, к.т.н., доцент. Одобрен на заседании кафедры Зав. кафедрой _______/______________ «______»_________2014 г. Протокол № Самара 2014 Лекции – Физика (13 часов) Лекция1.Кинематика (Перемещение, скорость, линейное ускорение. Прямолинейное и криволинейное движение) Содержание и основные понятия кинематики. Чтобы обработать де­таль на металлорежущем станке, необходимо предварительно настроить станок. В коробке скоростей и в механизмах подачи детали, передающие вращение от электродвигателя, соединяют так, что обеспечиваются вполне определенные перемещения детали и инструмента в течении некоторого времени. Перемещение одних тел или частей тела относительно других на­зывается механическим движением. Раздел механики, изуча­ющий механическое движение на основании законов геометрии, называют кинематикой. При этом не принимаются во внимание ни свойства движущихся тел, ни силы, под воздействием которых происходит движе­ние. Так как при движении тела различные его точки могут двигаться по- разному, то в кинематике сначала изучается движение более простого объ­екта, а именно материальной точки. Материальной точкой называют такое тело, размерами и формой которого можно пренебречь в данной задаче. Например, изучая движение искусственного спутника Земли, можно пренебречь его линейны­ми размерами по сравнению с теми большими расстояниями, которые он преодолевает. В такой задаче спутник может рассматриваться как матери­альная точка. Введение понятия материальной точки вносит значительное упрощение в исследование движения тел. Для решения задач о движении тела в целом достаточно знать движение одной или двух его точек. Движущееся тело всегда проходит определенный путь в пространстве от начальной до конечной точки движения, на что затрачивается определен­ное время. Таким образом, механическое движение есть пере­мещение тел в пространстве и во времени. Пространство и время являются такими же необходимыми условиями существования окружающего нас мира, как и движение. Изучая движение в пространстве и во времени, устанавливают геометри­ческие показатели движения — пройденный путь и траекторию движения. В то же время определяют качественные зависимости движения — быстро­ту движения и интенсивность ее изменения. Рассматривая тело в движе­нии, отмечают начало и конец движения, и на этом отрезке определяют осо­бенности движения. В материальном мире покой и движение относительны. Наблюдаемые нами неподвижные тела (здания, сооружения, неработающие машины) на­ходятся лишь в относительном покое, то есть в покое относительно Земли. В действительности они осуществляют сложное движение вместе с Землей в мировом пространстве. В относительном покое можно рассматривать и некоторые подвижные те­ла. К примеру, неподвижный пассажир в движущемся вагоне находится в движении лишь по отношению к Земле, а по отношению к вагону он в покое. Отсюда следует, что всякое движение относительно, так как рассматривается по отношению к определенным телам. Принцип отно­сительности движения позволяет установить особенности его различных видов. Так, конец педали велосипеда по отношению к раме описывает ок­ружность, а по отношению к Земле — сложную кривую. Используя принцип относительности, можно неподвижное тело принять за подвижное, если рассматривать его относительно движущегося тела. Именно такой эффект можно наблюдать из неподвижного вагона в тот мо­мент, когда рядом расположенный состав находится в движении: нам ка­жется, что состав неподвижен, а в движении находится вагон, в котором мы находимся. Таким образом, всякий покой и движение относительны, и рассматри­вать механическое движение необходимо в каждом случае с учетом кон­кретных условий движения и времени. К основным понятиям кинематики относятся: траектория движения, его продолжительность, пройденный путь, скорость, ускорение. Траекторией называют линию, которую описывает движущаяся точка в пространстве (рис. 1). Траектории весьма разнообразны: они могут иметь вид прямой линии, окружности, эллипса, параболы (I), цикло­иды (II) и других кривых. Длина траектории при движении материальной точки характеризует пройденный путь. При движении по прямой от од­ной точки пространства к другой пройденный путь равен расстоянию между точками, при движении по другим траекториям путь получается больше расстояния. Рис. 1 Величина пути и продолжительность движения во времени определяют скорость движения. Скорость есть быстрота перемещения тел от одной точки простран­ства к другой, которая определяется величиной пути, проходимого за еди­ницу времени. Движение тела с постоянной скоростью называют равномерным, движение с переменной скоростью — переменным. Величина, определяющая изменение скорости с течением времени, на­зывается ускорением. Рис. 2 Из рассмотрения основных понятий кинематики следует, что между кине­матическими величинами механического движения существует тесная связь. Пройденный путь, скорость и ускорение зависят от времени: с течением времени путь возрастает, а скорость и ускорение могут оставаться постоян­ными или меняться в большую или меньшую сторону. Закон движения точки может быть выражен графически прямой или кривой линией в координатных осях пути и времени. На рис, 2, I график движения представлен кривой AB, каждая точка которой соответствует оп­ределенному пути и времени. Например, точка а показывает, что к концу 4-й секунды движения пройден путь 35 м. Используя графический метод, можно построить график пути в зави­симости от скорости и времени (рис. 2, II), график ускорения в зависи­мости от времени, график скорости в зависимости от времени и ускоре­ния (рис. 2, III и IV). Следует иметь в виду, что график движения опре­деляет не форму траектории, а зависимость между указанными величи­нами. Кинематика имеет большое прикладное значение. На ее основе изучает­ся движение звеньев механизмов и рабочих органов машин, делаются выво­ды, которые используются при проектировании новых механизмов, ма­шин, приборов и других механических устройств. Простейшие движения твердого тела. Простейшим видом движения тела является равномерное прямолинейное движение. В таком движении, к примеру, находится поезд на Прямом участке пути и т. д. Движение, при ко­тором тело перемещается по прямой и за равные отрезки времени проходит одинаковые пути, называется равномерным прямолиней­ным (рис. 3, I). Рис. 3 Скорость равномерного движения определяется отношением пройденно­го пути ко времени движения. Единицы скорости устанавливаются по еди­ницам пути и времени. Если, например, путь выражен в метрах, а время в секундах, то скорость получается в м/с. В таких единицах измеряют ско­рость течения воды по трубам, движение воздуха под действием вентилято­ра и т. д. Скорость резания металла на станках измеряют в м/мин, а ско­рость транспортных машин — в км/ч. В движении тело может совершать различные перемещения с различны­ми скоростями и ускорениями. Одно из таких перемещений — прямолиней­ное возвратно-поступательное движение (рис. 3, II). Наибо­лее типичный пример такого движения — поршень механизма двигателя внутреннего сгорания. Но в отличие от равномерного движения тела в пер­вом примере, поршень движется неравномерно, так как при повороте кри­вошипа (коленчатого вала), с которым он сочленен, на равные углы, пор­шень проходит неравные пути. Движение, при котором за равные отрезки времени тело проходит нерав­ные пути, называют переменным или неравномерным. Та­кое движение происходит во время разбега машин или торможения. В переменном движении скорость изменяется непрерывно, ее величина различна в каждый момент времени. Поэтому такую скорость называют мгновенной. Движение, при котором скорость возрастает, называют ускорен­ны м, а прирост скорости за единицу времени называют ускорением. Численная величина ускорения определяется отношением разности мгно­венных скоростей между рассматриваемыми точками пути ко времени, в течении которого происходило изменение скорости. Движение тела по отношению к неподвижной системе отсчета называет­ся абсолютным движением. Движение тела по отношению к движущейся системе отсчета называется относительным дви­жением (рис. 3, III). Криволинейное движение является одним из самых распространен­ных видов движения в механизмах многих машин. В криволинейном движении тело также занимает последовательные положения на траектории и в каждый момент времени имеет определенную мгновенную ско­рость. Криволинейным (рис. 3, IV) принято называть такое движение, при котором тело при перемещении описывает кривую линию — траекто­рию относительно выбранной системы отсчета. Рассматривая положения тела через бесконечно малые отрезки времени, можно считать, что вектор скорости совпадает с направлением движения. Но так как направление в криволинейном движении непрерывно меняется, то и вектор скорости тела при переходе его в каждое новое положение изме­няет свое направление по отношению к предыдущему направлению. Таким образом, вектор скорости тела в криволинейном движении непре­рывно изменяет свое направление со­ответственно форме траектории, оста­ваясь все время касательным к ней. Этот вывод подтверждается много­численными примерами из практики: раскаленные частицы камня и метал­ла отлетают от точильного круга при его вращении по касательным; потоки воды в работающем центробежном на­сосе устремляются из колеса по каса­тельным к ее окружностям; частицы при отрыве от общей массы тела на криволинейной траектории также от­летают по касательной к траектории в месте отрыва. Поступательное и вращатель­ное движения твердого тела. Поступательным называют такое движение, при котором все точки тела имеют одинаковые траектории. Если соединить две любые точки поступательно движущегося тела прямой лини­ей, то эта прямая остается все время параллельна самой себе (рис. 4). Рис. 4 Сохранение параллельности прямых во всех положениях тела — глав­ный признак поступательного движения. В большинстве случаев точки поступательно движущегося тела имеют прямолинейные траектории (рис. 4, I). В таком движении находятся, на­пример, поршни компрессоров и насосов, транспортные машины на прямом участке пути и т. п. Но могут быть случаи криволинейного поступательного движения (рис. 4, II). Так движется, например, рычаг, соединяющий ведущие колеса па­ровоза. Он прикреплен к колесам шарнирно на равном расстоянии от осей. Благодаря этому при перекатывании колес по рельсам рычаг остается па­раллельным самому себе, а все точки (см. рис. 4) описывают в пространст­ве кривые векторного переноса (одинаковые кривые со сдвигом). Сохранение параллельности линий движущегося тела возможно в том случае, когда все точки этих линий, перемещаясь из одного положения в другое, проходят одинаковый путь. Отсюда следует, что в поступательном движении все точки тела имеют одинаковые скорости и ускорения, поэтому для характеристики поступательно движущегося тела достаточно знать скорость и ускорение какой-либо одной его точки. Вращательное движение широко распространено в природе и технике. Планеты Солнечной системы вращаются во­круг своей оси. Во многих меха­низмах и машинах так движутся валы, шкивы, зубчатые колеса, маховики и другие детали. Вращательное движение харак­теризуется тем, что все точки тела описывают концентрические ок­ружности относительно непо­движной оси, расположенной в пределах тела. Осью вращения на­зывается геометрическое место то­чек, остающихся неподвижными при вращении тела (рис. 5). Рис. 5 Кинематическими параметрами вращающегося тела являются угло­вое перемещение, угловая скорость и угловое ускорение. Угловое перемеще­ние измеряется величиной угла, на который поворачивается тело за время вращения. За единицу углового перемещения принят радиан — центральный угол, длина дуги которого равна радиусу этой дуги. 1 рад = 57,3°. Централь­ный угол содержит 360°: 57,3° = 6,28 или 2п рад. Вращательное движение может быть равномерным и неравномерным. Равномерным называют такое вращение, при котором за равные промежут­ки времени тело поворачивается на равные углы. Величина поворота тела за единицу времени определяет угловую скорость. Численная величина угловой скорости в равномерном вращательном движении определяется отношением углового перемещения ко времени, в течении которого происходит это перемещение. В практических расчетах угловая скорость обычно выражается числом оборотов тела за одну минуту времени. Лекция 2. (Законы Ньютона. Сила, масса, импульс тела. Закон всемирного тяготения) Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета Всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние. Оба названных состояния отличаются тем, что ускорение тела равно нулю. Поэтому формулировке первого закона можно придать следующий вид: скорость любого тела остается постоянной, пока воздействие на это тело других тел не вызовет ее изменения. Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета. Рассмотрим две системы отсчета, движущиеся друг относительно друга с некоторым ускорением. Если относительно одной из них тело покоится, то относительно другой оно, очевидно, будет двигаться с ускорением. Следовательно, первый закон Ньютона не может выполняться одновременно в обеих системах. Система отсчета, в которой выполняется первый закон Ньютона, называется инерциальной, поэтому первый закон называют иногда законом инерции. Система отсчета, в которой первый закон Ньютона не выполняется, называется неинерциальной системой отсчета. Инерциальных систем существует бесконечное множество. Любая система отсчета, движущаяся относительно некоторой инерциальной системы прямолинейно и равномерно, будет также инерциальной. Масса и импульс тела Воздействие на данное тело со стороны других тел вызывает изменение его скорости, т. е. сообщает данному телу ускорение. Одинаковое воздействие сообщает разным телам разные по величине ускорения. Всякое тело противится попыткам изменить его состояние движения. Это свойство тел называется инертностью. В качестве количественной характеристики инертности используется величина, называемая массой тела. Чтобы определить массу некоторого тела, нужно сравнить ее с массой тела, принятого за эталон массы. Можно также сравнить массу данного тела с массой некоторого тела, уже определенной путем сравнения с эталоном. Операцию сравнения масс m1 и m2 двух материальных частиц можно осуществить следующим образом. Поставим эти частицы в такие условия, чтобы их взаимодействием с другими телами можно было пренебречь. Первый закон Ньютона – можно записать: ΔV1/ΔV2 = m2/m1 т.е. более инертное тело (с большей массой) претерпевает меньшее изменение скорости. Приняв во внимание противоположное направление векторов изменения скорости, соотношение (1) можно написать в виде: m1 ΔV1 = - m2 ΔV2 Произведение массы тела на его скорость называется импульсом тела . Обозначив импульс буквой р, получим: P=mV Под массой подразумевается так называемая масса покоя тела m = ρV (кг), где ρ – удельный вес (плотность) кг/м3, V – объем м3. Масса тела в релятивистской механике не остается постоянной, как в классической, а меняется с ростом скорости: m (V) = m/1-V2/c2 , с – скорость света . Определяемая по формуле масса называется релятивистской. Второй закон Ньютона Второй закон Ньютона утверждает, что скорость изменения импульса тела равна действующей на тело силе: “Сила – это величина, являющаяся мерой механического действия одного материального тела на другое F =ma (кгм/с2) – (Н), а – ускорение движущегося тела (м/с2) Т.о., более распространенная формулировка закона Ньютона: произведение массы тела на его ускорение равно действующей на тело силе. Третий закон Ньютона Третий закон Ньютона утверждает, что силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению. F12 = - F21 Закон всемирного тяготения Зако́ны Ке́плера — три эмпирических соотношения, подобранных Иоганном Кеплером на основе анализа астрономических наблюдений Тихо Браге. Описывают идеализированную гелиоцентрическую орбиту планеты. В рамках классической механики выводятся из решения задачи двух тел предельным переходом mp/ms → 0, где , mp и ms — массы планеты и Солнца. Первый закон Кеплера (закон эллипсов) Первый закон Кеплера. Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Форма эллипса и степень его сходства с окружностью характеризуется отношением L = c/a, где с – расстояние от центра эллипса до его фокуса, а – большая полуось. Величина L называется эксцентриситетом эллипса. При С = 0, L =0 и, следовательно, эллипс превращается в окружность. Второй закон Кеплера (закон площадей) Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади. Применительно к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий — наиболее удалённая точка орбиты. Таким образом, из второго закона Кеплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии. Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу. Третий закон Кеплера (гармонический закон) Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет. Справедливо не только для планет, но и для их спутников. Т12 /Т22 = а13/а23 , где Т1 и Т2 – параметры обращения двух планет вокруг солнца, а1 и а2 – длины больших полуосей их орбит. Ньютон установил, что гравитационное притяжение планеты определенной массы зависит только от расстояния до неё, а не от других свойств, таких, как состав или температура. Он показал также, что третий закон Кеплера не совсем точен — в действительности в него входит и масса планеты: Т12(M+m1) /Т22 (M+m2)= а13/а23, где - M — масса Солнца, а m1 и m2 — массы планет. Первая космическая скорость или Круговая скорость V1 — скорость, которую необходимо придать объекту без двигателя, пренебрегая сопротивлением атмосферы и вращением планеты, чтобы вывести его на круговую орбиту с радиусом, равным радиусу планеты. Иными словами, первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите. V1 = 7,9 км/с Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость убегания) — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала относительно массы небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела. V2 = 11,2 км/с Третья космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы в межзвёздное пространство. V3 = 72,8 км/с Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение галактики Млечный Путь. V4 = 550 км/с Лекция3.(Механическая работа и энергия) Механическая работа — это физическая величина, являющаяся количественной мерой действия силы на тело или систему. При прямолинейном движении одной материальной точки и постоянном значении приложенной к ней силы работа (этой силы) равна произведению величины силы F на перемещение S. A = F S, Единицей измерения работы в СИ является Джоуль, 1 Дж = 1 кг·м²/с² = 1 Н·м Работа силы (сил) над системой или неточечным телом Работа сил над системой материальных точек определяется как сумма работ этих сил над каждой точкой (работы, совершённые над каждой точкой системы, суммируются в суммарную работу этих сил над системой). Кинетическая энергия вводится в механике в прямой связи с понятием работы. Для материальной точки, кинетическая энергия определяется как работа силы, ускорившей точку от нулевой скорости до величины скорости и выражается как: Ek = ½ mv2 Для сложных объектов, состоящих из множества частиц, кинетическая энергия тела равна сумме кинетических энергий частиц. Мощностью N называют величину, равную отношению работы А к промежутку времени t, в течение которого эта работа была совершена: N=A/t Из этой формулы следует, что в СИ единицей мощности является 1 Дж/с (джоуль в секунду). Эту единицу иначе называют ватт (Вт), 1 Вт= 1 Дж/с. Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с. Эта формула справедлива и для переменного движения, если под N понимать мгновенную мощность, а под V - мгновенную скорость). Если направление силы совпадает с направлением перемещения, N=Fv. Из последней формулы следует, что F=N/v и v=N/F. Из этих формул видно, что при постоянной мощности двигателя скорость движения обратно пропорциональна силе тяги и наоборот. На этом основан принцип действия коробки скоростей (коробки перемены передач) различных транспортных средств. К механической энергии относятся: потенциальная энергия тяготения , потенциальная энергия деформированных тел , кинетическая энергия движущихся тел Переход механической энергии из одного вида в другой подчиняется закону сохранения механической энергии: в изолированной системе тел, между которыми действуют лишь силы тяготения и упругости, механическая энергия остается неизменной. Переход механической энергии из одного вида в другой подчиняется закону сохранения механической энергии: в изолированной системе тел, между которыми действуют лишь силы тяготения и упругости, механическая энергия остается неизменной. Справедливость этого закона подтверждает следующий пример. С высоты Н на упругую плиту падает шар (рис. 9). Система тел «шар — земля» изолированная (сопротивление воздуха не учитывается). Поэтому механическая энергия тела в процессе его движения не меняется. По мере падения тела его потенциальная энергия будет уменьшаться, но зато будет возрастать кинетическая энергия. Если в положении I механическую энергию составляет потенциальная энергия тяготения, то в положении II тело обладает потенциальной и кинетической энергией. Когда шар подлетает к плите (см. положение III), он обладает только кинетической энергией. В момент соударения шара с плитой он теряет потенциальную энергию тяготения и кинетическую энергию движения и на первый взгляд механическая энергия исчезает. Однако это не так — поскольку шар и плита деформируются при ударе. Возникает потенциальная энергия взаимодействующих тел (шар и плита), которая и составляет механическую энергию системы в этот момент. Лекция 4. (Механические колебания и волны) Механическое колебательное движение Рис.1. Механические колебания Механические колебания – это повторяющееся движение, при котором тело многократно проходит одно и то же положение в пространстве. Различают периодические и непериодические колебания. Периодическими называют колебания, при которых координата и другие характеристики тела описываются периодическими функциями времени. Примерами механических колебаний могут служить движение шара на пружине, на нити, движение ножек звучащего камертона или молекул воздуха вблизи него (рис. 1). В физике рассматривают и другие колебания – процессы, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени (например, электромагнитные колебания.) Колебания можно классифицировать по условиям возникновения (свободные, вынужденные, автоколебания) и по характеру изменения во времени (пилообразные, гармонические, затухающие). Для описания кинематических характеристик используют например координаты или скорости от времени u и графическое представление этой функции (рис. 2, а сложной формы, б прямоугольные, в пилообразные, г гармонические, д затухающие, е нарастающие). Общими характеристиками колебаний являются следующие физические величины (рис 3): амплитуда колебаний А- наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия (отклонение величины от ее среднего значения); период колебаний Т- время, через которое движение тела полностью повторяется (повторяются все кинематические характеристики колебаний), т.е. совершается одно полное колебание; частота колебаний ν – величина, показывающая число колебаний, совершаемых за 1 с. Вместо частоты ν чаще пользуются понятием циклической частоты ω. Циклическая частота ω– это число колебаний, совершаемых за 2π секунд. Частота обратно пропорциональна периоду: В СИ период Т выражается в секундах (c), частота v в герцах (Гц), циклическая частота w – в обратных секундах (с–1). Единица амплитуды колебаний зависит от того, какая колеблющаяся физическая величина рассматривается. Классификация колебаний : (рис. 2), а сложной формы, б прямоугольные, в пилообразные, г гармонические, д затухающие, е нарастающие. Для сравнения колебаний, происходящих с одной частотой, но различающихся по тому, какую стадию полного колебания проходит тело, вводят понятие фазы колебаний. Если два шарика на нитях одинаковой длины отвести от положения равновесия вправо и отпустить, то они будут колебаться в фазе (синфазно, синхронно), если их развести в разные стороны, то колебания будут происходить в противофазе. При описании колебаний с помощью функции изменения кинематической величины во времени фазой j называют аргумент функции, описывающей колебательный процесс. Уравнение гармонических колебаний Гармонические колебания – колебания, при которых физическая величина, характеризующая эти колебания, изменяется во времени по синусоидальному закону x = A sin (wt + j0), где x значение колеблющейся величины в момент времени t, A- амплитуда колебаний, w – циклическая (или круговая) частота, (wt + j0) – фаза гармонических колебаний, j0 – начальная фаза. Графиком гармонических колебаний является синусоида (рис. 3). рис.3 Выбор начальной фазы позволяет при описании гармонических колебаний перейти от функции синуса к функции косинуса. Лекция 5. (Идеальный газ. Законы идеального газа) Процессы(законы) идеального газа – процессы, при которых один из параметров остаётся неизменным. 1. Изохорический процесс. Закон Шарля. V = const. Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном объёме V. Поведение газа при этом изохорическом процессе подчиняется закону Шарля: При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: P/Т = const. График изохорического процесса на РV-диаграмме называется изохорой. Полезно знать график изохорического процесса на РТ- и VT-диаграммах (рис. 1). Уравнение изохоры: Р1/Т1 = Р2/Т2 Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изохорического процесса записывается в виде: Р = Р0 (1+a/t) где Р0 – давление при 0 °С, α - температурный коэффициент давления газа равный 1/273 град-1. График такой зависимости на Рt-диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 2. 2. Изобарический процесс. Закон Гей-Люссака. Р = const. Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном давлении Р. Поведение газа при изобарическом процессе подчиняется закону Гей-Люссака: При постоянном давлении и неизменных значениях массы и газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T = const. График изобарического процесса на VT-диаграмме называется изобарой. Полезно знать графики изобарического процесса на РV- и РT-диаграммах (рис.3). Уравнение изобары: V1/T1 = V2/T2 Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изобарического процесса записывается в виде: V = V0(1+ a/t) где α =1/273 град -1- температурный коэффициент объёмного расширения. График такой зависимости на Vt диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 4. 3. Изотермический процесс. Закон Бойля – Мариотта. T = const. Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре Т. Поведение идеального газа при изотермическом процессе подчиняется закону Бойля – Мариотта: При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const. График изотермического процесса на РV-диаграмме называется изотермой. Полезно знать графики изотермического процесса на VT- и РT-диаграммах (рис. 5). Уравнение изотермы: P1V1 = P2V2 4. Адиабатический процесс (изоэнтропийный): Адиабатический процесс – термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой. 5. Политропический процесс. Процесс, при котором теплоёмкость газа остаётся постоянной. Политропический процесс – общий случай всех перечисленных выше процессов. 6. Закон Авогадро. При одинаковых давлениях и одинаковых температурах, в равных объёмах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул. В одном моле различных веществ содержится NA=6,02·1023молекул (число Авогадро). 7. Закон Дальтона. Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений Р, входящих в неё газов: Рсм = Р1+Р2+Р3+….+ Рn Парциальное давление Pn – давление, которое оказывал бы данный газ, если бы он один занимал весь объем. 8. Объединённый газовый закон (Закон Клапейрона). В соответствии с законами Бойля – Мариотта и Гей-Люссака можно сделать заключение, что для данной массы газа P1V1/T1 = P2V2/T2 или PV/T = cons Лекция 6. (Электростатика. Закон Кулона. Напряженность магнитного поля). В конце XVI века английский врач и физик Гильберт показал, что свойствами притягивать легкие предметы обладают натертый шелком янтарь, стекло, фарфор и многие другие тела, предварительно натертые кожей, сукном и тому подобными мягкими материалами. Это явление Гильберт назвал электризацией от греческого слова электрон - янтарь. Электрический заряд, скапливающийся на потертой кожей стеклянной палочке, был назван «положительным», а заряд скапливающийся на потертом мехом куске смолы, «отрицательным». Объяснение электризации было осуществлено в 1881 году Гельмгольцем, который выдвинул гипотезу о существовании электрически заряженных элементарных частиц. Впоследствии эта гипотеза подтвердилась открытием в 1897 году Томсоном электрона. Электрон имеет электрический заряд равный е = 1,6 10 -19 Кл., который называется элементарным. Величина любого заряда q, кратна элементарному, т.е. q=ne (где n – целое число). Тела, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться, называются проводниками, например, все металлы являются хорошими проводниками. Тела, в которых возможность перемещения зарядов весьма ограничена, называются диэлектриками или изоляторами, заряды в таких телах называются связанными или поляризационными. Промежуточные положение занимают полупроводники. Их электропроводность в значительной мере зависит от внешних условий, главным образом от температуры. В изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной. Это утверждение носит название закона сохранения заряда. Наличие у тела электрического заряда проявляется в том, что такое тело взаимодействует с другими заряженными телами. Тела, несущие заряды одинакового знака, отталкиваются друг от друга. Тела, заряженные разноименно, притягиваются друг к другу. Закон, которому подчиняются силы взаимодействия так называемых точечных зарядов, был установлен в 1775 году Кулоном, согласно которому сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямопропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними (1) F = q1q2/ 4πεε0r2 где ε0- электрическая постоянная, ε - относительная диэлектрическая проницаемость. Единица количества электричества (электрического заряда) СИ - Кулон (ампер-секунда) равен количеству электричества, проходящему через поперечное сечение проводника при токе 1А за время 1 с; В случае одноименных зарядов сила оказывается положительной, (что соответствует отталкиванию между зарядами). В случае разноименных зарядов сила отрицательна, что соответствует притягиванию зарядов. Уравнения Максвелла — основные уравнения классической электродинамики, описывающие эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и токами. Уравнения были опубликованы Дж. К. Максвеллом в 1873 году в его книге «Трактат об электричестве и магнетизме». 1. Закон индукции Фарадея Е = В/t, где Е – напряженность электрического поля (В/м), В – магнитная индукция (кгс2/А), t –время (с). - Изменение магнитной индукции порождает вихревое электрическое поле. 2. Закон Ампера H = j + D/t, где Н – напряженность магнитного поля (А/м), j – плотность элек.тока (А/м2), D – электрическая индукция (Кл/м2). Электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле. 3. Теорема Гаусса D = ρ, где ρ – плотность стороннего электрического заряда (Кл/м2). Электрический заряд является источником электрической индукции (магнитное поле порождается только токами). 4.Теорема Гаусса В =0, где В – магнитная индукция (кг/с2А). Магнитная индукция не расходится, магнитных зарядов в природе не существует (не имеет источников). Приведенные выше уравнения Максвелла не составляют еще полной системы уравнений электромагнитного поля, поскольку они не содержат свойства среды, в которой возбуждено электромагнитное поле. Соотношения, связывающие величины j, H, D, E и B, в которых учитываются индивидуальные свойства среды, называются материальными уравнениями. ЛЕКЦИЯ 7.(Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи) - Постоянный электрический ток - ток, не изменяющийся с течением времени ни по силе, ни по направлению. П. т. возникает под действием пост. напряжения и может существовать лишь в замкнутой цепи; во всех сечениях неразветвлёнпой цепи сила П. т. одинакова (или слабо меняется). Осн. законы П. т.: Ома закон, устанавливающий зависимость силы тока от напряжения, и Джоуля — Ленца закон, определяющий кол-во теплоты, выделяемой током в проводнике. Расчёт разветвлённых цепей П. т. производится с помощью Кирхгофа правил. Источником П. т. явл. электромашинные генераторы, а также гальванич. элементы, термоэлементы, фотоэлементы, к-рые могут быть сгруппированы в батареи (в т. ч. солнечные батареи). П. т. можно получать выпрямлением перем. тока с помощью полупроводниковых и др. выпрямителей. Источниками П. т. с высоким кпд явл. магнитогидродинамич. генераторы. Вторичными, предварительно заряжаемыми источниками П. т. служат аккумуляторы. ПОСТОЯННЫЙ ТОК- электрический ток, плотность которого не зависит от времени. Микроскопич. природа П. т. состоит в направленном перемещении дискретных заряж. частиц, но макроскопически он может рассматриваться как непрерывный процесс, аналогичный течению жидкости или газа. Чаще всего П. т. обусловлен движением зарядов в токопроводящих средах. Стационарный поток заряж. частиц в пустоте также представляет собой П. т. Протекание П. т. сопровождается выделением джоулева тепла в проводнике ( джоулевы потери). Тепловая мощность тока Q определяется Джоуля- Ленца законом,(R - сопротивление проводника). Для компенсации этих энергетич. потерь в цепь П. т. включается источник электродвижущей силы, (эдс). Компенсация достигается за счёт механич., тепловой энергии (генераторы тока, магнитогидродинамические генераторы), энергии хим. реакций (хим. источники тока), тепловой диффузии носителей тока (см. Термоэдс), фотоэффекта ( солнечные батареи )и т. д. Только при наличии сверхпроводимости (Л = 0) П. т. могут циркулировать по цепям без указанной компенсации. Согласно Максвелла уравнениям, проводник с П. т. создаёт вокруг себя магн. поле. В частном случае протяжённых линейных проводников это поле вычисляется по Био- Савара закону. Магн. поле тока можно значительно сконцентрировать и усилить, если свить линейный проводник в спираль (соленоид). Замкнутый на себя тороидальный соленоид с П. т. не создаёт внеш. магн. поля, но обладает т. н. анапольным моментом. П. т. широко применяется для электролиза в хим. пром-сти и металлургии, на транспорте (тяговые электродвигатели). Источники П. т. используются в прецизионных измерит. приборах, для питания малошумящей электронной аппаратуры, бытовых радиоприёмников и т. д. В энергетике линии электропередач на П. т. имеют ряд преимуществ перед традиционным, поскольку менее подвержены различного рода потерям. Из-за неудобства трансформации напряжений П. т. они пока не получили достаточно широкого распространения, хотя представляются перспективными. Сила электрического тока I зависит от приложенной к проводнику разности потенциалов V, которая определяет напряжённость электрического поля Е внутри проводника. Для проводника постоянного сечения Е = —V/L, где L — длина проводника. Плотность тока j зависит от значения Е в данной точке и в изотропных проводниках совпадает с ним по направлению. Эта зависимость выражается законом Ома: j = sЕ; постоянный (не зависящий от Е) коэффициент s и называется электропроводностью, или удельной электропроводностью. Величина, обратная s, называется удельным электрическим сопротивлением: r = 1/s. Для проводников разной природы значения s (и r) существенно различны. Электропроводность измеряют в (в СИ) в (ом·м)-1. ЛЕКЦИЯ 8-9. (Энергия постоянного магнитного поля. Закон электромагнитной индукции) МАГНИТНОЕ ПОЛЕ - это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Постоянное (или стационарное) магнитное поле - это магнитное поле, неизменяющееся во времени. 1. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами. 2. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током. 3. Магнитное поле вихревое, т.е. не имеет источника. Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором В, который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукцией в точке. Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь: За направление вектора магнитной индукции В принимается направление положительной нормали к рамке, которое связано с током в рамке правилом правого винта (буравчика), при механическом моменте, равном нулю. Точно так же, как изображали линии напряженности электрического поля, изображают линии индукции магнитного поля. Линия индукции магнитного поля - воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением В в точке. Направления магнитного поля в данной точке можно определить еще как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку. Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от северного полюса к южному. Направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного электрическим током, который течет по прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или правого винта. За направление линий магнитной индукции принимается направление вращения головки винта, которое обеспечивало бы поступательное его движение по направлению электрического тока. где μ0 - магнитная постоянная, R - расстояние, I - сила тока в проводнике. В отличие от линий напряженности электростатического поля, которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном, линии индукции магнитного поля всегда замкнуты. Магнитного заряда аналогично электрическому заряду не обнаружено. За единицу индукции принимается одна тесла (1 Тл) - индукция такого однородного магнитного поля, в котором на рамку площадью 1 м2, по которой течет ток в 1 А, действует максимальный вращающий механический момент сил, равный 1 Н • м. СИЛА АМПЕРА - это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Модуль силы Ампера равен произведению силы тока в проводнике на модуль вектора магнитной индукции, длину проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике. Сила Ампера максимальна, если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику. Если вектор магнитной индукции параллелен проводнику, то магнитное поле не оказывает никакого действия на проводник с током, т.е. сила Ампера равна нулю. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током. Рис.2. Направление силы Ампера Энергия магнитного поля Проводник, c протекающим по нему электрическим ток, всегда окружен магнитным полем, причем магнитное поле исчезает и появляется вместе с исчезновением и появлением тока. Магнитное поле, подобно электрическому, является носителем энергии. Логично предположить, что энергия магнитного поля совпадает с работой, затрачиваемой током на создание этого поля. А= LI2/2 Kоэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью проводника( катушки). Единица индуктивности в СИ называется генри (Гн). Индуктивность контура или катушки равна 1 Гн, если при силе постоянного тока 1 А собственный поток равен 1 Вб: 1 Гн = 1 Вб / 1 А. Значит, энергия магнитного поля, которое связано с контуром, W = LI2 / 2 (1) Физическая величина равная энергии магнитного поля в единице объема, называется объемной плотностью магнитной энергии. Дж. Максвелл показал, что выражение для объемной плотности магнитной энергии, выведенное здесь для случая длинного соленоида, справедливо для любых магнитных полей. ωм = В2 / 2μ0μ, где μ0 и μ – магнитные проницаемости вакуума и среды. ЛЕКЦИЯ 10. (Интерференция и дифракция электромагнитных волн. Законы преломления и отражения волн) Световые волны рассматриваются по своей природе как электромагнитные волны, обладающие всеми их свойствами. Волновая оптика – раздел оптики, объясняющий оптические явления на основе волновой природы света. Волновая оптика описывает такие оптические явления, как интерференция, дифракция, , дисперсия. Интерференция света Электромагнитные волны, обладают принципом суперпозиции, то есть, если в среде одновременно распространяются несколько волн, то они распространяются независимо друг от друга. Однако, в тех местах, где одни колебания накладываются на другие колебания, их амплитуды складываются. При этом может наблюдаться как увеличение интенсивности света (когда накладываются волны с одинаковыми фазами), так и ослабление интенсивности (при сложении волн с противоположными фазами). Это явление получило название интерференции света. Интерферировать могут лишь когерентные волны, т.е. волны имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз. Когерентные источники в природе отсутствуют, но они могут быть получены разными способами. Условие интерференционного максимума: Δ = Кλ Условие интерференционного минимума: Δ = (2К + 1)λ/2 где Δ – геометрическая разность хода волн, k – порядок интерференционного max или min. Интерференционные картины можно наблюдать на тонких масляных пленках на поверхности воды, мыльных пузырях, цвета побежалости на поверхности металла после нагрева. Явление интерференции в тонких пленках находит применение для определения длин волн излучения источников света, для контроля качества обработки полированной поверхности, определения коэффициента расширения тел при нагревании и т.д. Существуют специальные приборы – интерферометры, предназначенные для измерения длин тел, показателей преломления с большой точностью. Дифракция света Дифракция – это способность волн огибать встречающиеся на их пути препятствия, отклоняться от прямолинейного распространения. Чтобы наблюдать дифракцию световых волн, необходимы определённые условия: либо размеры препятствий (или отверстий) должны быть очень малыми, либо расстояние от препятствия до наблюдаемой картины должно быть велико. Дифракционные картины нередко наблюдаются в естественных условиях. Например, цветные кольца, окружающие источник света, наблюдаемый сквозь туман или через запотевшее оконное стекло, или при рассматривании яркого источника через ресницы. Для наблюдения дифракции на практике используются специальные приборы – дифракционные решетки. Дисперсия света. Дисперсия света – зависимость показателя преломления (скорости света) в среде от длины волны. Дисперсия – причина разложения в спектр белого света, который состоит из 7 цветов: КОЖЗГСФ. (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Свет одного цвета имеет определенную длину волны λ и называется монохроматическим. Законы преломления и отражения волн (геометрическая оптика)позволяют создать упрощённую и в большинстве случаев достаточно точную теорию оптических систем. 1. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. 2. Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (например, с помощью диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо. 3. Закон отражения (рис. 1): отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол падения α равен углу отражения γ: α = γ 4. Закон преломления (закон Снелиуса) (рис.1): луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред. Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления (оптически менее плотной) ( n1 > n2 ), например из стекла в воздух, то, согласно закону преломления, преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления β больше, чем угол паденияα ЛЕКЦИЯ 11 (Законы внешнего фотоэффекта. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света) Свет имеет двойственную, корпускулярно-волновую природу: с одной стороны, он обладает волновыми свойствами, обуславливающими явления интерференции, дифракции, поляризации, с другой стороны, представляет собой поток частиц – фотонов, обладающих нулевой массой покоя и движущихся со скоростью, равной скорости света в вакууме. Энергия W фотона и его импульс p для соответствующей ему электромагнитной волны с частотойϑ и длиной волныλ в вакууме равны: W = h ϑ , P = h/λ где h – постоянная Планка. 1. Фотоэлектрический эффект Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам веществам. Для конденсированных систем (твердых и жидких тел) различают внешний фотоэффект, при котором поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы тела, и внутренний фотоэффект, при котором электроны, оставаясь в теле, изменяют в нем свое энергетическое состояние. В газах фотоэффект состоит в ионизации атомов или молекул под действием излучения (фотоионизация). 2. Эффект Комптона Эффектом Комптона называется изменение частоты или длины волны фотонов при их рассеянии электронами. Эффект Комптона отличается от фотоэффекта тем, что фотон передает частицами вещества свою энергию не полностью. 3. Электрооптические эффект Электрооптический эффект – это изменение коэффициента преломления некоторых материалов под действием электрического поля. Материалы, обладающие таким свойством, называют электрооптическими материалами. 4. Магнитооптический эффект Магнитооптический эффект - это изменение оптических свойств вещества в зависимости от его намагниченности или от силы приложенного к нему магнитного поля. Под оптическими свойствами следует понимать отражение, пропускание, поляризацию света и другие явления. Фотометрия раздел прикладной физики, занимающийся измерениями света. С точки зрения фотометрии, свет - это излучение, способное вызывать ощущение яркости при воздействии на человеческий глаз. Такое ощущение вызывает излучение с длинами волн от 0,38 до 0,78 мкм, причем самым ярким представляется излучение с длиной волны ок. 0,555 мкм (желто-зеленого цвета На рис. 1 представлен график, построенный по данным этой таблицы, причем на нем указаны интервалы длин волн, соответствующие цветам солнечного спектра. Яркость, измеренная в соответствии с эталоном МКО, называется фотометрической яркостью или просто яркостью. Рис. 1. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛАЗА К СВЕТУ РАЗНОГО ЦВЕТА. Так изменяется доля света, воспринимаемая глазом человека. Свет с длиной волны менее 0,38 мкм называется ультрафиолетовым, а с длиной волны более 0,78 мкм - инфракрасным. Тот и другой невидимы для человеческого глаза. Поток световой энергии измеряется в люменах. Основной мерой света долгое время была "свеча", которая считалась единицей силы света. Настоящие свечи уже более века не используются в качестве меры света, так как с 1862 стала применяться специальная масляная лампа, а с 1877 - лампа, в которой сжигался газ пентан. В 1899 в качестве единицы силы света была принята "международная свеча", которая воспроизводилась с помощью поверяемых электрических ламп накаливания. В 1979 была принята несколько отличающаяся от нее международная единица, названная канделой (кд). Кандела равна силе света в данном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540*1012 Гц (l = 555 нм), энергетическая сила светового излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. ЛЕКЦИЯ 12 (Элементы квантовой механики. Волна де Бройля.) Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами. Итак, согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики - энергия Е и импульс р, а с другой - волновые характеристики - частота v и длина волны λ. Количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов: (1) Смелость гипотезы де Бройля заключалась именно в том, что соотношение (1) справедливо не только для фотонов, но и для других микрочастиц, в частности для таких, которые обладают массой покоя. Таким образом, любой частице, обладающей импульсом, сопоставляют волновой процесс с длиной волны, определяемой по формуле де Бройля: (2) Это соотношение справедливо для любой частицы с импульсом р. Вскоре гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально. В 1927 г. американские физики К. Дэвиссон (1881-1958) и Л. Джермер (1896-1971) обнаружила, что пучок электронов, рассеивающийся от естественной дифракционной решетки - кристалла никеля, - дает отчетливую дифракционную картину. В дальнейшем формула де Бройля была подтверждена опытами П. С. Тартаковского и Г. Томсона, наблюдавших дифракционную картину при прохождении пучка быстрых электронов через металлическую фольгу (толщиной » 1 мкм). Так как дифракционная картина исследовалась для потока электронов, то необходимо было доказать, что волновые свойства присущи не только потоку большой совокупности электронов, но и каждому электрону в отдельности. Это удалось экспериментально подтвердить в 1948 г. российскому физику В. А. Фабриканту (р. 1907). Он показал, что даже в случае столь слабого электронного пучка, когда каждый электрон проходит через прибор независимо от других (промежуток времени между двумя электронами в 104 раз больше времени прохождения электроном прибора), возникающая при длительной экспозиции дифракционная картина не отличается от дифракционных картин, получаемых при короткой экспозиции для потоков электронов, в десятки миллионов раз более интенсивных. Следовательно, волновые свойства частиц не являются свойством их коллектива, а присущи каждой частице в отдельности. Впоследствии дифракционные явления обнаружили также для нейтронов, протонов, атомных и молекулярных пучков. Это окончательно послужило доказательством наличия волновых свойств микрочастиц и позволило описывать движение микрочастиц в виде волнового процесса, характеризующегося определенной длиной волны, рас считываемой по формуле де Бройля (2). Открытие волновых свойств микрочастиц привело к появлению и развитию новых методов исследования структуры веществ, таких, как электронография и нейтронография , а также к возникновению новой отрасли науки - электронной оптики. Экспериментальное доказательство наличия волновых свойств микрочастиц привело к выводу о том, что перед нами универсальное явление, общее свойство материи. Но тогда волновые свойства должны быть присущи и макроскопическим телам. Почему же они не обнаружены экспериментально? Например, частице массой 1 г, движущейся со скоростью 1 м/с, соответствует волна де Бройля с λ = 6,62×10-31 м. Такая длина волны лежит за пределами доступной наблюдению области (периодических структур с периодом d » 10-31 м не существует). Поэтому считается, что макроскопические тела проявляют только одну сторону своих свойств - корпускулярную - и не проявляют волновую. Представление о двойственной корпускулярно-волновой природе частиц вещества углубляется еще тем, что на частицы вещества переносится связь между полной энергией частицы е и частотой v волн де Бройля: (3) Это свидетельствует о том, что соотношение между энергией и частотой в формуле (3) имеет характер универсального соотношения, справедливого как для фотонов, так и для любых других микрочастиц. Справедливость же соотношения (3) вытекает из согласия с опытом тех теоретических результатов, которые получены с его помощью в квантовой механике, атомной и ядерной физике. Подтвержденная экспериментально гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств вещества коренным образом изменила представления о свойствах микрообъектов. Всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства; в то же время любую из микрочастиц нельзя считать ни частицей, ни волной в классическом понимании. Современная трактовка корпускулярно-волнового дуализма может быть выражена словами академика В. А. Фока (1898-1974): «Можно сказать, что для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя, в зависимости от внешних условий, либо как волна, либо как частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих микрообъекту, и состоит дуализм волна - частица. ЛИТЕРАТУРА 1.И.В. Савельев, Курс общей физики, т. 1-3, М. Наука 1982-1988 г. 2.Б.М. Яворский, А.А Детлаф, Курс физики, т. 1-3, М. Высшая школа, 1965г. 3.Т.И. Трофимова, Курс физики, М., Высшая школа, 1990 г. 4.А.А Детлаф, Б.М. Яворский, Курс физики, М. Высшая школа, 1989г. 5.Физика, методические указания и контрольные задания под ред. А.Г.Чертова, Высшая школа, 1987 г. Составил преподаватель к.т.н., доцент Феоктистов В.С.