È naturale e corretto interessarsi al mondo circostante e alle leggi del suo funzionamento e sviluppo. Ecco perché è saggio prestare attenzione a Scienze naturali, ad esempio, la fisica, che spiega l'essenza stessa della formazione e dello sviluppo dell'universo. Le leggi fisiche di base sono facili da capire. In tenera età, la scuola introduce i bambini a questi principi.
Per molti, questa scienza inizia con il libro di testo "Fisica (grado 7)". I concetti di base di e e della termodinamica vengono rivelati agli scolari, conoscono il nucleo delle principali leggi fisiche. Ma la conoscenza dovrebbe essere limitata ai banchi di scuola? Quali leggi fisiche dovrebbe conoscere ogni persona? Questo sarà discusso più avanti nell'articolo.
fisica della scienza
Molte delle sfumature della scienza descritta sono familiari a tutti fin dalla prima infanzia. E questo è dovuto al fatto che, in sostanza, la fisica è una delle aree delle scienze naturali. Racconta le leggi della natura, la cui azione influisce sulla vita di tutti, e per molti versi la fornisce persino, sulle caratteristiche della materia, sulla sua struttura e sui modelli di movimento.
Il termine "fisica" fu registrato per la prima volta da Aristotele nel IV secolo aC. Inizialmente era sinonimo del concetto di "filosofia". Dopotutto, entrambe le scienze avevano un obiettivo comune: spiegare correttamente tutti i meccanismi del funzionamento dell'Universo. Ma già nel XVI secolo, a seguito della rivoluzione scientifica, la fisica divenne indipendente.
legge generale
Alcune leggi fondamentali della fisica sono applicate in vari rami della scienza. Oltre a loro, ci sono quelli che sono considerati comuni a tutta la natura. Si tratta di
Implica che l'energia di ogni sistema chiuso, quando si verificano fenomeni in esso, è necessariamente conservata. Tuttavia, è in grado di trasformarsi in un'altra forma e cambiare effettivamente il suo contenuto quantitativo in varie parti del sistema nominato. Allo stesso tempo dentro sistema aperto l'energia diminuisce a condizione di un aumento dell'energia di eventuali corpi e campi che interagiscono con essa.
In aggiunta a quanto sopra principio generale, contiene concetti di base della fisica, formule, leggi necessarie per interpretare i processi in atto nel mondo circostante. Esplorarli può essere incredibilmente eccitante. Pertanto, in questo articolo verranno brevemente considerate le leggi fondamentali della fisica e, per comprenderle più a fondo, è importante prestare loro la massima attenzione.
Meccanica
Molte leggi fondamentali della fisica vengono rivelate ai giovani scienziati nelle classi 7-9 della scuola, dove una branca della scienza come la meccanica è studiata più a fondo. I suoi principi di base sono descritti di seguito.
- La legge della relatività di Galileo (chiamata anche legge della relatività meccanica, o base della meccanica classica). L'essenza del principio è che in condizioni simili, i processi meccanici in qualsiasi sistemi inerziali i conti alla rovescia sono esattamente gli stessi.
- Legge di Hooke. La sua essenza è che maggiore è l'impatto su corpo elastico(molla, asta, mensola, trave) dal lato, maggiore è la sua deformazione.
Le leggi di Newton (rappresentano la base della meccanica classica):
- Il principio di inerzia dice che qualsiasi corpo è in grado di stare fermo o di muoversi in modo uniforme e rettilineo solo se nessun altro corpo lo influenza in alcun modo, o se si compensano in qualche modo l'uno con l'azione dell'altro. Per modificare la velocità di movimento, è necessario agire sul corpo con una certa forza e, naturalmente, anche il risultato dell'azione della stessa forza su corpi di dimensioni diverse sarà diverso.
- Il modello principale della dinamica afferma che maggiore è la risultante delle forze su cui stanno attualmente agendo dato corpo, maggiore è la sua accelerazione. E, di conseguenza, maggiore è il peso corporeo, minore è questo indicatore.
- La terza legge di Newton afferma che due corpi qualsiasi interagiscono sempre tra loro secondo uno schema identico: le loro forze sono della stessa natura, sono equivalenti in grandezza e hanno necessariamente direzione opposta lungo la linea retta che collega questi corpi.
- Il principio di relatività afferma che tutti i fenomeni che si verificano nelle stesse condizioni in sistemi di riferimento inerziali procedono in modo assolutamente identico.
Termodinamica
Il libro di testo scolastico, che rivela agli studenti le leggi fondamentali ("Fisica. Grado 7"), li introduce alle basi della termodinamica. Esamineremo brevemente i suoi principi di seguito.
Le leggi della termodinamica, che sono fondamentali in questo ramo della scienza, sono di natura generale e non sono correlate ai dettagli della struttura di una particolare sostanza a livello atomico. A proposito, questi principi sono importanti non solo per la fisica, ma anche per la chimica, la biologia, l'ingegneria aerospaziale, ecc.
Ad esempio, nell'industria denominata, esiste una regola indefinibile che in un sistema chiuso, condizioni esterne per i quali rimangono invariati, si stabilisce nel tempo uno stato di equilibrio. E i processi che continuano in esso si compensano invariabilmente a vicenda.
Un'altra regola della termodinamica conferma il desiderio di un sistema, costituito da un numero colossale di particelle caratterizzate da un moto caotico, a una transizione indipendente da stati meno probabili per il sistema a stati più probabili.
E la legge di Gay-Lussac (chiamata anche afferma che per un gas di una certa massa in condizioni di pressione stabile, il risultato della divisione del suo volume per la temperatura assoluta diventerà sicuramente un valore costante.
Un altro regola importante questa industria - la prima legge della termodinamica, che è anche chiamata il principio di conservazione e trasformazione dell'energia per un sistema termodinamico. Secondo lui, qualsiasi quantità di calore che è stata comunicata al sistema sarà spesa esclusivamente per la metamorfosi della sua energia interna e l'esecuzione del lavoro da parte sua in relazione a qualsiasi forza esterna agente. È questa regolarità che è diventata la base per la formazione di uno schema per il funzionamento dei motori termici.
Un'altra regolarità del gas è la legge di Charles. Afferma che maggiore è la pressione di una certa massa di un gas ideale, pur mantenendo un volume costante, maggiore è la sua temperatura.
Elettricità
Apre per giovani scienziati interessanti leggi di base della fisica della decima scuola elementare. In questo momento vengono studiati i principi fondamentali della natura e le leggi di azione della corrente elettrica, nonché altre sfumature.
La legge di Ampère, ad esempio, afferma che i conduttori collegati in parallelo, attraverso i quali scorre la corrente nella stessa direzione, inevitabilmente si attraggono e, nel caso della direzione opposta della corrente, rispettivamente, si respingono. A volte lo stesso nome è usato per una legge fisica che determina la forza che agisce in un campo magnetico esistente su una piccola sezione di un conduttore, in questo momento corrente di conduzione. Si chiama così: il potere di Ampere. Questa scoperta fu fatta da uno scienziato nella prima metà del diciannovesimo secolo (precisamente nel 1820).
La legge di conservazione della carica è una delle principi di base natura. Afferma che la somma algebrica di tutte le cariche elettriche che sorgono in qualsiasi sistema elettricamente isolato è sempre conservata (diventa costante). Nonostante ciò, il principio citato non esclude la comparsa di nuove particelle cariche in tali sistemi come risultato di determinati processi. Tuttavia, generale carica elettrica di tutte le particelle di nuova formazione deve necessariamente essere uguale a zero.
La legge di Coulomb è una delle fondamentali in elettrostatica. Esprime il principio della forza di interazione tra cariche a punto fisso e spiega il calcolo quantitativo della distanza tra di esse. La legge di Coulomb permette di sostanziare sperimentalmente i principi di base dell'elettrodinamica. Dice che le cariche a punto fisso interagiranno sicuramente tra loro con una forza tanto maggiore quanto maggiore sarà il prodotto delle loro grandezze e, di conseguenza, tanto minore, tanto minore sarà il quadrato della distanza tra le cariche considerate e il mezzo in cui si verifica l'interazione descritta.
La legge di Ohm è uno dei principi fondamentali dell'elettricità. Dice che maggiore è l'intensità della corrente elettrica continua che agisce su una certa sezione del circuito, maggiore è la tensione ai suoi capi.
Chiamano il principio che consente di determinare la direzione nel conduttore di una corrente che si muove in condizioni di esposizione campo magnetico In un certo modo. Per fare ciò, è necessario posizionare il pennello mano destra in modo che le linee di induzione magnetica tocchino figurativamente il palmo aperto, e pollice estrarre nella direzione di marcia del conduttore. In questo caso, le restanti quattro dita raddrizzate determineranno la direzione del movimento della corrente di induzione.
Inoltre, questo principio aiuta a scoprire la posizione esatta delle linee di induzione magnetica di un conduttore rettilineo che attualmente conduce corrente. Funziona così: posiziona il pollice della mano destra in modo tale che punti e afferra figurativamente il conduttore con le altre quattro dita. La posizione di queste dita dimostrerà l'esatta direzione delle linee di induzione magnetica.
Principio induzione elettromagneticaè uno schema che spiega il processo di funzionamento di trasformatori, generatori, motori elettrici. Questa legge è la seguente: in un circuito chiuso, l'induzione generata è tanto maggiore quanto maggiore è la velocità di variazione del flusso magnetico.
Ottica
Il ramo "Ottica" riflette anche una parte del curriculum scolastico (leggi fondamentali della fisica: classi 7-9). Pertanto, questi principi non sono così difficili da capire come potrebbe sembrare a prima vista. Il loro studio porta con sé non solo una conoscenza aggiuntiva, ma una migliore comprensione della realtà circostante. Le principali leggi della fisica che possono essere attribuite al campo di studio dell'ottica sono le seguenti:
- Principio di Huynes. È un metodo che consente di determinare in modo efficiente in ogni data frazione di secondo l'esatta posizione del fronte d'onda. La sua essenza è la seguente: tutti i punti che si trovano nel percorso del fronte d'onda in una certa frazione di secondo, infatti, diventano essi stessi sorgenti di onde sferiche (secondarie), mentre la collocazione del fronte d'onda nella stessa frazione di secondo è identica alla superficie, che gira intorno a tutte le onde sferiche (secondarie). Questo principio viene utilizzato per spiegare le leggi esistenti relative alla rifrazione della luce e alla sua riflessione.
- Il principio di Huygens-Fresnel riflette metodo efficace risoluzione di problemi legati alla propagazione delle onde. Aiuta a spiegare i problemi elementari associati alla diffrazione della luce.
- onde. È ugualmente usato per la riflessione nello specchio. La sua essenza sta nel fatto che sia il raggio che cade che quello che è stato riflesso, così come la perpendicolare costruita dal punto di incidenza del raggio, si trovano su un unico piano. È anche importante ricordare che in questo caso l'angolo di caduta del raggio è sempre assolutamente uguale all'angolo di rifrazione.
- Il principio di rifrazione della luce. Questo è un cambiamento nella traiettoria di un'onda elettromagnetica (luce) al momento del movimento da un mezzo omogeneo a un altro, che differisce significativamente dal primo in una serie di indici di rifrazione. La velocità di propagazione della luce in essi è diversa.
- La legge della propagazione rettilinea della luce. Nella sua essenza, è una legge relativa al campo ottica geometrica, ed è la seguente: in qualsiasi mezzo omogeneo (indipendentemente dalla sua natura), la luce si propaga in modo strettamente rettilineo, lungo la distanza più breve. Questa legge spiega semplicemente e chiaramente la formazione di un'ombra.
Fisica atomica e nucleare
Le leggi fondamentali della fisica quantistica, così come le basi della fisica atomica e nucleare sono studiate al liceo Scuola superiore e istituti di istruzione superiore.
Pertanto, i postulati di Bohr sono una serie di ipotesi di base che sono diventate la base della teoria. La sua essenza è che qualsiasi sistema atomico può rimanere stabile solo in stati stazionari. Qualsiasi emissione o assorbimento di energia da parte di un atomo avviene necessariamente utilizzando il principio, la cui essenza è la seguente: la radiazione associata al trasporto diventa monocromatica.
Questi postulati si riferiscono al curriculum scolastico standard che studia le leggi fondamentali della fisica (Grade 11). La loro conoscenza è obbligatoria per il laureato.
Leggi fondamentali della fisica che una persona dovrebbe conoscere
Alcuni principi fisici, sebbene appartengano a uno dei rami di questa scienza, sono tuttavia di natura generale e dovrebbero essere noti a tutti. Elenchiamo le leggi fondamentali della fisica che una persona dovrebbe conoscere:
- Legge di Archimede (si applica alle aree dell'idro- e dell'aerostatica). Implica che qualsiasi corpo che sia stato immerso in una sostanza gassosa o in un liquido è soggetto a una sorta di forza di galleggiamento, che è necessariamente diretta verticalmente verso l'alto. Questa forza è sempre numericamente uguale al peso del liquido o del gas spostato dal corpo.
- Un'altra formulazione di questa legge è la seguente: un corpo immerso in un gas o liquido perderà sicuramente tanto peso quanto la massa del liquido o gas in cui era immerso. Questa legge divenne il postulato di base della teoria dei corpi galleggianti.
- Legge gravità(scoperto da Newton). La sua essenza sta nel fatto che assolutamente tutti i corpi sono inevitabilmente attratti l'uno dall'altro con una forza maggiore, maggiore è il prodotto delle masse di questi corpi e, di conseguenza, minore, minore è il quadrato della distanza tra loro .
Queste sono le 3 leggi fondamentali della fisica che dovrebbero conoscere tutti coloro che vogliono comprendere il meccanismo del funzionamento del mondo circostante e le caratteristiche dei processi che si verificano in esso. È abbastanza facile capire come funzionano.
Il valore di tale conoscenza
Le leggi fondamentali della fisica devono essere nel bagaglio di conoscenze di una persona, indipendentemente dalla sua età e dal tipo di attività. Riflettono il meccanismo di esistenza di tutta la realtà odierna e, in sostanza, sono l'unica costante in un mondo in continuo mutamento.
Le leggi fondamentali, i concetti della fisica aprono nuove opportunità per studiare il mondo che ci circonda. La loro conoscenza aiuta a comprendere il meccanismo dell'esistenza dell'Universo e il movimento di tutti i corpi cosmici. Ci rende non solo spettatori di eventi e processi quotidiani, ma ci permette di esserne consapevoli. Quando una persona comprende chiaramente le leggi fondamentali della fisica, cioè tutti i processi che si svolgono intorno a lui, ha l'opportunità di controllarli nel modo più efficace, facendo scoperte e rendendo così la sua vita più confortevole.
Risultati
Alcuni sono costretti a studiare a fondo le leggi fondamentali della fisica per l'esame, altri - per occupazione e altri - per curiosità scientifica. Indipendentemente dagli obiettivi dello studio di questa scienza, i benefici delle conoscenze acquisite difficilmente possono essere sopravvalutati. Non c'è niente di più soddisfacente che comprendere i meccanismi e le leggi di base dell'esistenza del mondo circostante.
Non essere indifferente: sviluppa!
La fisica viene da noi in seconda media scuola media, anche se in realtà la conosciamo quasi dalla culla, perché questo è tutto ciò che ci circonda. Questa materia sembra molto difficile da studiare, ma ha bisogno di essere insegnata.
Questo articolo è destinato a persone di età superiore ai 18 anni.
Hai già più di 18 anni?
Puoi insegnare la fisica in modi diversi: tutti i metodi sono buoni a modo loro (ma non sono dati a tutti allo stesso modo). Programma scolastico non fornisce una completa comprensione (e accettazione) di tutti i fenomeni e processi. La ragione di ciò è la mancanza di conoscenza pratica, perché la teoria appresa essenzialmente non dà nulla (soprattutto per le persone con poca immaginazione spaziale).
Quindi, prima di iniziare a studiare questa materia molto interessante, devi scoprire immediatamente due cose: perché studi fisica e quali risultati ti aspetti.
Vuoi superare l'esame ed entrare Università Tecnica? Fantastico, puoi iniziare insegnamento a distanza su internet. Ora molte università o solo professori conducono i loro corsi online, dove presentano l'intero corso di fisica scolastica in una forma abbastanza accessibile. Ma ci sono anche piccoli svantaggi: il primo - preparati al fatto che sarà tutt'altro che gratuito (e più interessante è il titolo scientifico del tuo insegnante virtuale, più costoso), il secondo - imparerai solo la teoria. Dovrai utilizzare qualsiasi tecnologia a casa e da solo.
Se hai solo problemi di apprendimento: un disaccordo nelle tue opinioni con l'insegnante, lezioni perse, pigrizia o il linguaggio di presentazione è semplicemente incomprensibile, allora la situazione è molto più semplice. Devi solo rimetterti in sesto, prendere i libri tra le mani e insegnare, insegnare, insegnare. Questo è l'unico modo per ottenere risultati chiari per materia (e in tutte le materie contemporaneamente) e aumentare significativamente il livello delle tue conoscenze. Ricorda: non è realistico imparare la fisica in un sogno (anche se lo vuoi davvero). Sì, e un allenamento euristico molto efficace non darà frutti senza buona conoscenza i fondamenti della teoria. Cioè, i risultati pianificati positivi sono possibili solo se:
- studio qualitativo della teoria;
- sviluppare l'insegnamento del rapporto tra la fisica e le altre scienze;
- eseguire esercizi in pratica;
- lezioni con persone che la pensano allo stesso modo (se hai davvero voglia di fare euristica).
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Iniziare a imparare la fisica da zero è la fase più difficile, ma allo stesso tempo la più semplice. L'unica difficoltà è che dovrai memorizzare molte informazioni piuttosto contraddittorie e complesse in una lingua finora sconosciuta: dovrai lavorare particolarmente duramente sui termini. Ma in linea di principio, tutto è possibile e non hai bisogno di nulla di soprannaturale per questo.
Come imparare la fisica da zero?
Non aspettarti che l'inizio dell'apprendimento sarà molto difficile: questa è una scienza abbastanza semplice, a condizione che tu ne comprenda l'essenza. Non affrettarti a imparare molti termini diversi: prima affronta ogni fenomeno e "provalo" nella tua vita quotidiana. Solo in questo modo la fisica può prendere vita per te e diventare il più comprensibile possibile: semplicemente non lo raggiungerai stipando. Pertanto, la prima regola è che impariamo la fisica in modo misurato, senza scatti acuti, senza andare agli estremi.
Da dove cominciare? Inizia con i libri di testo, purtroppo sono importanti e necessari. È lì che troverai le formule e i termini necessari di cui non puoi fare a meno nel processo di apprendimento. Non sarai in grado di impararli velocemente, c'è un motivo per dipingerli su pezzi di carta e appenderli in punti ben visibili (nessuno ha ancora cancellato la memoria visiva). E poi letteralmente in 5 minuti li aggiornerai nella tua memoria ogni giorno, finché non li ricorderai finalmente.
Puoi ottenere il risultato di massima qualità in circa un anno: questo è un corso di fisica completo e comprensibile. Certo, sarà possibile vedere i primi turni tra un mese - questa volta sarà abbastanza per padroneggiare i concetti di base (ma non una conoscenza approfondita - per favore non confondere).
Ma nonostante tutta la facilità dell'argomento, non aspettarti di poter imparare tutto in 1 giorno o in una settimana: questo è impossibile. Pertanto, c'è un motivo per sedersi sui libri di testo molto prima dell'inizio dell'esame. E non vale la pena rimanere bloccati sulla domanda su quanto puoi imparare la fisica a memoria: questo è molto imprevedibile. Questo perché diverse sezioni di questo argomento sono fornite in modi completamente diversi e nessuno sa come "andranno" la cinematica o l'ottica per te. Pertanto, studia in modo coerente: paragrafo per paragrafo, formula per formula. È meglio scrivere le definizioni più volte e rinfrescare la memoria di tanto in tanto. Questa è la base che devi ricordare, è importante imparare come operare con le definizioni (usarle). Per fare questo, prova a trasferire la fisica nella vita - usa i termini nella vita di tutti i giorni.
Ma soprattutto, la base di ogni metodo e metodo di allenamento è il duro lavoro quotidiano, senza il quale non otterrai risultati. E questa è la seconda regola del facile studio della materia: più impari cose nuove, più facile sarà per te. Dimentica i consigli come la scienza in un sogno, anche se funziona, sicuramente non è con la fisica. Invece, datti da fare con i compiti: non solo è un modo per comprendere la prossima legge, ma anche un ottimo esercizio per la mente.
Perché studiare fisica? Probabilmente il 90% degli scolari risponderà per l'esame, ma non è affatto così. Nella vita, tornerà utile molto più spesso della geografia: la probabilità di perdersi nella foresta è leggermente inferiore rispetto alla sostituzione di una lampadina da soli. Pertanto, la domanda sul perché è necessaria la fisica può essere risolta in modo inequivocabile - per se stessi. Certo, non tutti ne avranno bisogno per intero, ma la conoscenza di base è semplicemente necessaria. Pertanto, dai un'occhiata più da vicino alle basi: questo è un modo per comprendere facilmente e semplicemente (non imparare) le leggi di base.
c"> È possibile imparare la fisica da soli?
Certo che puoi: imparare definizioni, termini, leggi, formule, provare ad applicare le conoscenze acquisite nella pratica. Sarà anche importante chiarire la domanda: come insegnare? Metti da parte almeno un'ora al giorno per la fisica. Lascia metà di questo tempo per ottenere nuovo materiale: leggi il libro di testo. Lascia un quarto d'ora per stipare o ripetere nuovi concetti. I restanti 15 minuti sono tempo di pratica. Cioè, guarda fenomeno fisico, fare un esperimento o semplicemente risolvere un puzzle interessante.
È possibile imparare rapidamente la fisica a un tale ritmo? Molto probabilmente no: la tua conoscenza sarà abbastanza profonda, ma non estesa. Ma questo è l'unico modo per imparare correttamente la fisica.
Il modo più semplice per farlo è se la conoscenza viene persa solo per il 7 ° grado (sebbene nel 9 ° grado questo sia già un problema). Ripristini solo piccole lacune nella conoscenza e basta. Ma se il grado 10 è sul tuo naso e la tua conoscenza della fisica è zero, questa è ovviamente una situazione difficile, ma risolvibile. Basta prendere tutti i libri di testo per le classi 7, 8, 9 e, come dovrebbe, studiare gradualmente ogni sezione. C'è un modo più semplice: prendere la pubblicazione per i candidati. Lì, in un libro, viene raccolto l'intero corso di fisica della scuola, ma non aspettarti spiegazioni dettagliate e coerenti: i materiali ausiliari presuppongono un livello elementare di conoscenza.
Insegnare la fisica è un viaggio molto lungo, che può essere onorato solo con l'aiuto del duro lavoro quotidiano.
Meccanica
Formule cinematiche:
Cinematica
movimento meccanico
Movimento meccanicoè chiamato un cambiamento nella posizione di un corpo (nello spazio) rispetto ad altri corpi (nel tempo).
Relatività del moto. Sistema di riferimento
Per descrivere il movimento meccanico di un corpo (punto), è necessario conoscerne le coordinate in qualsiasi momento. Per determinare le coordinate, selezionare corpo di riferimento e connettiti con lui sistema di coordinate. Spesso il corpo di riferimento è la Terra, a cui è associato un sistema di coordinate cartesiane rettangolari. Per determinare la posizione di un punto in qualsiasi momento, è necessario impostare anche l'origine del riferimento temporale.
Il sistema di coordinate, il corpo di riferimento a cui è associato e il dispositivo per misurare la forma del tempo sistema di riferimento, rispetto alla quale si considera il moto del corpo.
Punto materiale
Viene chiamato un corpo le cui dimensioni possono essere trascurate in determinate condizioni di moto punto materiale.
Un corpo può essere considerato un punto materiale se le sue dimensioni sono piccole rispetto alla distanza che percorre, o rispetto alle distanze da esso ad altri corpi.
Traiettoria, percorso, movimento
Traiettoria del movimento chiamato la linea lungo la quale si muove il corpo. Viene chiamata la lunghezza della traiettoria il modo in cui abbiamo viaggiato.Sentieroè una grandezza fisica scalare che può essere solo positiva.
in movimentoè chiamato vettore che collega i punti iniziale e finale della traiettoria.
Viene chiamato il movimento di un corpo, in cui tutti i suoi punti in un dato momento si muovono allo stesso modo movimento progressivo. Per descrivere il moto traslatorio di un corpo è sufficiente selezionare un punto e descriverne il moto.
Un movimento in cui le traiettorie di tutti i punti del corpo sono cerchi con centri su una linea retta e tutti i piani dei cerchi sono perpendicolari a questa linea retta è chiamato movimento rotatorio.
Metro e secondo
Per determinare le coordinate di un corpo è necessario poter misurare la distanza in linea retta tra due punti. Qualsiasi processo di misurazione quantità fisica consiste nel confrontare la grandezza misurata con l'unità di misura di tale grandezza.
L'unità di lunghezza nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è metro. Un metro è circa 1/40.000.000 del meridiano terrestre. Secondo l'idea moderna, un metro è la distanza che la luce percorre nel vuoto in 1/299.792.458 di secondo.
Per misurare il tempo, viene selezionato un processo che si ripete periodicamente. L'unità di tempo in SI è accettata secondo. Un secondo è pari a 9.192.631.770 periodi di radiazione di un atomo di cesio durante la transizione tra due livelli della struttura iperfine dello stato fondamentale.
In SI, la lunghezza e il tempo sono considerati indipendenti da altre grandezze. Tali quantità sono chiamate principale.
Velocità istantanea
Per caratterizzare quantitativamente il processo di movimento del corpo, viene introdotto il concetto di velocità di movimento.
velocità istantanea il moto traslatorio di un corpo all'istante t è il rapporto tra uno spostamento molto piccolo s e un piccolo intervallo di tempo t durante il quale si è verificato questo spostamento:
;
.
La velocità istantanea è una grandezza vettoriale. La velocità istantanea del movimento è sempre diretta tangenzialmente alla traiettoria nella direzione del movimento del corpo.
L'unità di misura della velocità è 1 m/s. Un metro al secondo è uguale alla velocità di un punto che si muove in linea retta e uniformemente, alla quale il punto si sposta di una distanza di 1 m in un tempo di 1 s.
Il libro in forma concisa e accessibile presenta il materiale su tutte le sezioni del programma del corso "Fisica" - dalla meccanica alla fisica nucleo atomico e particelle elementari. Per studenti universitari. È utile per ripetere il materiale trattato e nella preparazione agli esami nelle università, istituti tecnici, collegi, scuole, propedeuticità e corsi.
Elementi di cinematica.
Modelli in meccanica
Punto materiale
Un corpo con una massa, le cui dimensioni possono essere trascurate in questo problema. Un punto materiale è un'astrazione, ma la sua introduzione facilita la soluzione di problemi pratici (ad esempio, i pianeti che si muovono attorno al Sole possono essere presi come punti materiali nei calcoli).
Sistema di punti materiali
Un corpo macroscopico arbitrario o un sistema di corpi può essere mentalmente suddiviso in piccole parti interagenti, ciascuna delle quali è considerata come un punto materiale. Quindi lo studio del moto di un sistema arbitrario di corpi si riduce allo studio di un sistema di punti materiali. In meccanica, si studia prima il moto di un punto materiale, e poi si procede allo studio del moto di un sistema di punti materiali.
Corpo assolutamente rigido
Un corpo che in nessun caso può essere deformato e in ogni condizione la distanza tra due punti (più precisamente tra due particelle) di questo corpo rimane costante.
Corpo perfettamente elastico
Un corpo la cui deformazione obbedisce alla legge di Hooke e, dopo la cessazione dell'azione delle forze esterne, assume la sua dimensione e forma originarie.
SOMMARIO
Prefazione 3
Introduzione 4
materia di fisica 4
Collegamento della fisica con altre scienze 5
1. FONDAMENTI FISICI DELLA MECCANICA 6
Meccanica e sua struttura 6
Capitolo 1. Elementi di cinematica 7
Modelli in meccanica. Equazioni cinematiche del moto di un punto materiale. Traiettoria, lunghezza del percorso, vettore spostamento. Velocità. Accelerazione e sue componenti. Velocità angolare. accelerazione angolare.
Capitolo 2 Dinamica di un punto materiale e moto traslatorio di un corpo rigido 14
La prima legge di Newton. Peso. Forza. Seconda e terza legge di Newton. Legge di conservazione della quantità di moto. La legge del moto del centro di massa. Forze di attrito.
Capitolo 3. Lavoro ed Energia 19
Lavoro, energia, potenza. Energia cinetica e potenziale. Relazione tra forza conservativa ed energia potenziale. Piena energia. Legge di conservazione dell'energia. Rappresentazione grafica energia. Colpo assolutamente resistente. Impatto assolutamente anelastico
Capitolo 4 Meccanica dei solidi 26
Momento d'inerzia. Teorema di Steiner. Momento di potere. Energia cinetica di rotazione. Equazione della dinamica del moto rotatorio di un corpo rigido. Momento angolare e legge della sua conservazione. Deformazioni di un corpo rigido. Legge di Hooke. Relazione tra deformazione e stress.
Capitolo 5 Elementi di teoria dei campi 32
La legge di gravitazione universale. Caratteristiche del campo gravitazionale. Lavoro nel campo gravitazionale. Relazione tra il potenziale del campo gravitazionale e la sua intensità. velocità spaziali. Forze di inerzia.
Capitolo 6. Elementi di meccanica dei fluidi 36
Pressione nei liquidi e nei gas. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Alcune applicazioni dell'equazione di Bernoulli. Viscosità (attrito interno). Regimi di flusso dei fluidi.
Capitolo 7. Elementi di relatività ristretta 41
Principio meccanico della relatività. Trasformazioni galileiane. Postulati SRT. Trasformazioni di Lorentz. Conseguenze delle trasformazioni di Lorentz (1). Conseguenze delle trasformazioni di Lorentz (2). Intervallo tra gli eventi. Legge fondamentale della dinamica relativistica. L'energia nella dinamica relativistica.
2. FONDAMENTI DI FISICA MOLECOLARE E TERMODINAMICA 48
Capitolo 8. Teoria cinetico-molecolare dei gas ideali 48
Settori della fisica: fisica molecolare e termodinamica. Metodo per lo studio della termodinamica. scale di temperatura. Gas ideale. Leggi di Boyle-Mariotga, Avogadro, Dalton. Legge di Gay-Lussac. Equazione di Clapeyron-Mendeleev. Equazione di base della teoria cinetico-molecolare. Legge di Maxwell sulla distribuzione delle molecole dei gas ideali rispetto alle velocità. formula barometrica. Distribuzione di Boltzmann. Cammino libero medio delle molecole. Alcuni esperimenti che confermano la MKT. Fenomeni di trasferimento (1). Fenomeni di trasferimento (2).
Capitolo 9. Fondamenti di Termodinamica 60
Energia interna. Numero di gradi di libertà. La legge sulla distribuzione uniforme dell'energia sui gradi di libertà delle molecole. Prima legge della termodinamica. Il lavoro compiuto da un gas al variare del suo volume. Capacità termica (1). Capacità termica (2). Applicazione della prima legge della termodinamica agli isoprocessi (1). Applicazione della prima legge della termodinamica agli isoprocessi (2). processo adiabatico. Processo circolare (ciclo). Processi reversibili e irreversibili. Entropia (1). Entropia (2). La seconda legge della termodinamica. Motore termico. Il teorema di Karno. Macchina frigorifera. Ciclo di Carnot.
Capitolo 10 Gas reali, liquidi e solidi 76
Forze ed energia potenziale di interazione intermolecolare. Equazione di Van der Waals (equazione di stato dei gas reali). Isoterme di Van der Waals e loro analisi (1). Isoterme di Van der Waals e loro analisi (2). Energia interna di un gas reale. Liquidi e loro descrizione. Tensione superficiale dei liquidi. Bagnare. fenomeni capillari. Solidi: cristallini e amorfi. Mono e policristalli. Segno cristallografico dei cristalli. Tipi di cristallo secondo caratteristica fisica. Difetti nei cristalli. Evaporazione, sublimazione, fusione e cristallizzazione. Transizioni di fase. Diagramma di stato. Punto triplo. Analisi del diagramma di stato sperimentale.
3. ELETTRICITÀ ED ELETTROMAGNETISMO 94
Capitolo 11 Elettrostatica 94
Carica elettrica e sue proprietà. La legge di conservazione della carica. Legge di Coulomb. L'intensità del campo elettrostatico. Linee di intensità del campo elettrostatico. Flusso vettoriale di tensione. Il principio di sovrapposizione. campo dipolare. Teorema di Gauss per un campo elettrostatico nel vuoto. Applicazione del teorema di Gauss al calcolo dei campi nel vuoto (1). Applicazione del teorema di Gauss al calcolo dei campi nel vuoto (2). Circolazione del vettore di intensità del campo elettrostatico. Il potenziale del campo elettrostatico. Differenza di potenziale. Il principio di sovrapposizione. Relazione tra tensione e potenziale. superfici equipotenziali. Calcolo della differenza di potenziale dall'intensità di campo. Tipi di dielettrici. Polarizzazione dei dielettrici. Polarizzazione. Intensità di campo in un dielettrico. spostamento elettrico. Teorema di Gauss per un campo in un dielettrico. Condizioni all'interfaccia tra due mezzi dielettrici. Conduttori in un campo elettrostatico. Capacità elettrica. condensatore piatto. Collegamento dei condensatori alle batterie. Energia di un sistema di cariche e di un conduttore solitario. L'energia di un condensatore carico. L'energia del campo elettrostatico.
Capitolo 12
Corrente elettrica, forza e densità di corrente. Forze terze. Forza elettromotrice (EMF). Voltaggio. resistenza del conduttore. Legge di Ohm per una sezione omogenea in un circuito chiuso. Lavoro e potenza attuale. Legge di Ohm per una sezione di catena disomogenea (legge di Ohm generalizzata (GEO)). Regole di Kirchhoff per le catene ramificate.
Capitolo 13. Correnti elettriche nei metalli, nel vuoto e nei gas 124
La natura dei portatori di corrente nei metalli. Teoria classica della conduttività elettrica dei metalli (1). Teoria classica della conduttività elettrica dei metalli (2). Funzione lavoro degli elettroni dai metalli. fenomeni di emissione. Ionizzazione dei gas. dipendente scarico gassoso. Scarico gas indipendente.
Capitolo 14. Campo magnetico 130
Descrizione del campo magnetico. Caratteristiche fondamentali del campo magnetico. Linee di induzione magnetica. Il principio di sovrapposizione. Legge di Biot-Savart-Laplace e sua applicazione. Legge di Ampere. Interazione di correnti parallele. Costante magnetica. Unità B e H. Campo magnetico di una carica in moto. L'azione di un campo magnetico su una carica in movimento. Movimento di particelle cariche all'interno
campo magnetico. Teorema della circolazione vettoriale B. Campi magnetici di un solenoide e di un toroide. Flusso del vettore di induzione magnetica. Teorema di Gauss per il campo B. Lavoro sullo spostamento di un conduttore e di un circuito percorso da corrente in un campo magnetico.
Capitolo 15. Induzione elettromagnetica 142
Gli esperimenti di Faraday e le loro conseguenze. Legge di Faraday (legge dell'induzione elettromagnetica). Regola di Lenz. EMF di induzione in conduttori fissi. Rotazione del telaio in un campo magnetico. Correnti parassite. Induttanza di anello. Autoinduzione. Correnti all'apertura e alla chiusura del circuito. Induzione reciproca. Trasformatori. L'energia del campo magnetico.
Capitolo 16 Proprietà magnetiche sostanze 150
Momento magnetico degli elettroni. Dia- e paramagneti. Magnetizzazione. Campo magnetico nella materia. La legge della corrente totale per un campo magnetico in una sostanza (teorema sulla circolazione del vettore B). Teorema sulla circolazione del vettore H. Condizioni all'interfaccia tra due magneti. Ferromagneti e loro proprietà.
Capitolo 17
Vortice campo elettrico. Corrente di polarizzazione (1). Corrente di polarizzazione (2). Equazioni di Maxwell per il campo elettromagnetico.
4. OSCILLAZIONI E ONDE 160
Capitolo 18. Vibrazioni meccaniche ed elettromagnetiche 160
Vibrazioni: libere e armoniche. Periodo e frequenza delle oscillazioni. Metodo del vettore di ampiezza rotante. Vibrazioni armoniche meccaniche. Oscillatore armonico. Pendoli: molla e matematica. pendolo fisico. Vibrazioni libere in un circuito oscillatorio idealizzato. L'equazione delle oscillazioni elettromagnetiche per un contorno idealizzato. Aggiunta vibrazioni armoniche stessa direzione e stessa frequenza. batte. Aggiunta di oscillazioni mutuamente perpendicolari. Oscillazioni libere smorzate e loro analisi. Oscillazioni libere smorzate di un pendolo a molla. Decremento dell'attenuazione. Oscillazioni libere smorzate in un circuito oscillatorio elettrico. Fattore di qualità del sistema oscillatorio. Vibrazioni meccaniche forzate. Oscillazioni elettromagnetiche forzate. Corrente alternata. corrente attraverso il resistore. Corrente alternata che scorre attraverso un induttore L. Corrente alternata che scorre attraverso un condensatore C. Un circuito di corrente alternata contenente un resistore, un induttore e un condensatore collegati in serie. Risonanza di tensione (risonanza in serie). Risonanza delle correnti (risonanza parallela). Potenza rilasciata nel circuito CA.
Capitolo 19 Onde elastiche 181
processo ondulatorio. Onde longitudinali e trasversali. Onda armonica e sua descrizione. Equazione delle onde viaggianti. velocità di fase. equazione delle onde. Il principio di sovrapposizione. velocità di gruppo. Interferenza delle onde. onde stazionarie. onde sonore. Effetto Doppler in acustica. Ricevuta onde elettromagnetiche. Scala delle onde elettromagnetiche. Equazione differenziale
onde elettromagnetiche. Conseguenze della teoria di Maxwell. Vettore di densità del flusso di energia elettromagnetica (vettore di Umov-Poinging). L'impulso del campo elettromagnetico.
5. OTTICA. NATURA QUANTISTICA DELLA RADIAZIONE 194
Capitolo 20. Elementi di ottica geometrica 194
Leggi fondamentali dell'ottica. Riflessione completa. Lenti, lenti sottili, le loro caratteristiche. Formula per lenti sottili. La potenza ottica dell'obiettivo. Costruzione di immagini in lenti. Aberrazioni (errori) dei sistemi ottici. Grandezze di energia in fotometria. Grandezze luminose in fotometria.
Capitolo 21 Interferenza luminosa 202
Derivazione delle leggi di riflessione e rifrazione della luce sulla base della teoria ondulatoria. Coerenza e monocromaticità delle onde luminose. Interferenza luminosa. Alcuni metodi per osservare l'interferenza della luce. Calcolo della figura di interferenza da due sorgenti. Strisce di uguale pendenza (interferenza da una piastra piano-parallela). Strisce di uguale spessore (interferenza da una lastra di spessore variabile). Gli anelli di Newton. Alcune applicazioni dell'interferenza (1). Alcune applicazioni dell'interferenza (2).
Capitolo 22 Diffrazione della luce 212
Principio di Huygens-Fresnel. Metodo della zona di Fresnel (1). Metodo della zona di Fresnel (2). Diffrazione di Fresnel da un foro circolare e da un disco. Diffrazione di Fraunhofer da una fenditura (1). Diffrazione di Fraunhofer da una fenditura (2). Diffrazione di Fraunhofer su un reticolo di diffrazione. Diffrazione su un reticolo spaziale. Criterio di Rayleigh. Risoluzione del dispositivo spettrale.
Capitolo 23. Interazione delle onde elettromagnetiche con la materia 221
dispersione della luce. Differenze negli spettri di diffrazione e prismatici. Dispersione normale e anomala. Teoria elettronica elementare della dispersione. Assorbimento (assorbimento) della luce. Effetto Doppler.
Capitolo 24 Polarizzazione della luce 226
Luce naturale e polarizzata. Legge di Malus. Passaggio della luce attraverso due polarizzatori. Polarizzazione della luce durante la riflessione e la rifrazione all'interfaccia di due dielettrici. Doppia rifrazione. Cristalli positivi e negativi. Prismi polarizzatori e polaroid. Un record di un quarto d'onda. Analisi della luce polarizzata. Anisotropia ottica artificiale. Rotazione del piano di polarizzazione.
Capitolo 25. La natura quantistica della radiazione 236
Radiazione termica e sue caratteristiche. Leggi di Kirchhoff, Stefan-Boltzmann, Wien. Formule di Rayleigh-Jeans e Planck. Ricavando dalla formula di Planck leggi particolari dell'irraggiamento termico. Temperature: radiazione, colore, luminosità. Volt-ampere caratteristico dell'effetto fotoelettrico. Leggi dell'effetto fotoelettrico. Equazione di Einstein. quantità di moto del fotone. Leggera pressione. Effetto Compton. Unità delle proprietà corpuscolari e ondulatorie della radiazione elettromagnetica.
6. ELEMENTI DI FISICA QUANTISTICA DI ATOMI, MOLECOLE E CORPI SOLIDI 246
Capitolo 26 La teoria di Bohr sull'atomo di idrogeno 246
Modelli dell'atomo di Thomson e Rutherford. Spettro lineare dell'atomo di idrogeno. I postulati di Bohr. Esperimenti di Frank e Hertz. Lo spettro dell'atomo di idrogeno secondo Bohr.
Capitolo 27. Elementi di meccanica quantistica 251
Dualismo onda corpuscolare delle proprietà della materia. Alcune proprietà delle onde di de Broglie. Relazione di incertezza. Approccio probabilistico alla descrizione delle microparticelle. Descrizione delle microparticelle mediante la funzione d'onda. Il principio di sovrapposizione. Equazione generale di Schrödinger. Equazione di Schrödinger per stati stazionari. Il moto di una particella libera. Una particella in un "pozzo potenziale" rettangolare unidimensionale con "pareti" infinitamente alte. Barriera potenziale di forma rettangolare. Passaggio di una particella attraverso una potenziale barriera. effetto tunnel. Oscillatore armonico lineare in meccanica quantistica.
Capitolo 28. Elementi di fisica moderna di atomi e molecole 263
Atomo simile all'idrogeno nella meccanica quantistica. numeri quantici. Lo spettro dell'atomo di idrogeno. ls-stato di un elettrone in un atomo di idrogeno. Spin di un elettrone. Numero quantico di spin. Il principio di indistinguibilità di particelle identiche. Fermioni e bosoni. Principio di Pauli. Distribuzione degli elettroni in un atomo per stati. Spettro di raggi X continuo (bremsstrahlung). Spettro caratteristico dei raggi X. Legge di Moseley. Molecole: legami chimici, concetto di livelli energetici. Spettri molecolari. Assorbimento. Emissione spontanea e forzata. Ambienti attivi. Tipi di laser. Il principio di funzionamento di un laser a stato solido. laser a gas. Proprietà della radiazione laser.
Capitolo 29. Elementi di fisica dello stato solido 278
Teoria della zona solidi. Metalli, dielettrici e semiconduttori sulla teoria delle zone. Conduttività intrinseca dei semiconduttori. Conducibilità delle impurità elettroniche (conducibilità di tipo n). Conducibilità dell'impurità del donatore (conducibilità di tipo p). Fotoconduttività dei semiconduttori. Luminescenza dei solidi. Contatto di semiconduttori elettronici ea foro (giunzione pn). Conducibilità p-e-giunzione. diodi a semiconduttore. Triodi a semiconduttore (transistor).
7. ELEMENTI DI FISICA DELLE PARTICELLE NUCLEARI ED ELEMENTARI 289
Capitolo 30
Nuclei atomici e loro descrizione. difetto di massa. L'energia di legame del nucleo. Spin del nucleo e suo momento magnetico. Infiltrazioni nucleari. modelli del kernel. Radiazione radioattiva e suoi tipi. Legge del decadimento radioattivo. Regole di spostamento. famiglie radioattive. a-Decomposizione. p-decadimento. Radiazione y e sue proprietà. Dispositivi per la registrazione di radiazioni e particelle radioattive. contatore a scintillazione. Camera di ionizzazione pulsata. contatore di scarichi di gas. contatore a semiconduttore. Camera Wilson. Diffusione e camere a bolle. Emulsioni fotografiche nucleari. Reazioni nucleari e loro classificazione. Positrone. P + - Decadimento. Coppie elettrone-positrone, loro annichilazione. Cattura elettronica. Reazioni nucleari sotto l'azione dei neutroni. reazione di fissione nucleare. Reazione a catena divisione. reattori nucleari. La reazione di fusione dei nuclei atomici.
Capitolo 31
Radiazione cosmica. Muoni e loro proprietà. Mesoni e loro proprietà. Tipi di interazione delle particelle elementari. Descrizione di tre gruppi di particelle elementari. Particelle e antiparticelle. Neutrini e antineutrini, loro tipi. Iperoni. Stranezza e parità delle particelle elementari. Caratteristiche di leptoni e adroni. Classificazione delle particelle elementari. Quark.
Sistema periodico di elementi D.I. Mendeleev 322
Leggi fondamentali e formule 324
Indice per soggetto 336.
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