Wprowadzenie I. Mechanika Ruch

Transkrypt

1 SPIS TREŚCI Wstęp 15 Wprowadzenie 1. Wielkości fizyczne i jednostki Układy jednostek CGS i MKS. Międzynarodowy układ jednostek miar SI Definicje jednostek podstawowych układu SI Jednostki uzupełniające Pomiar długości, masy i czasu Pomiar długości Pomiar masy Pomiar czasu Elementy analizy matematycznej Funkcje Pochodna funkcji Podstawowe wzory rachunku różniczkowego Rachunek całkowy Całka nieoznaczona Podstawowe twierdzenia i wzory rachunku całkowego Całka oznaczona Całka krzywoliniowa Całka powierzchniowa po rzucie płata Całka objętościowa Liczby zespolone Działania algebraiczne na liczbach zespolonych Elementy rachunku wektorowego Algebra wektorowa Dodawanie i odejmowanie wektorów Mnożenie wektora przez skalar Składowe i współrzędne wektora Iloczyn skalarny dwóch wektorów Iloczyn wektorowy dwóch wektorów Iloczyny trzech wektorów Analiza wektorowa Pochodna wektora względem argumentu skalarnego Pole skalarne Pole wektorowe Gradient pola skalarnego Operator nabla. Dywergencja i rotacja pola wektorowego Twierdzenie Stokesa i twierdzenie Gaussa-Ostrogradskiego Tensor 55 I. Mechanika 4. Kinematyka punktu materialnego Ruch bezwzględny i względny. Równania ruchu. Układy współrzędnych Ruch prostoliniowy Prędkość i przyspieszenie ruchu. Ruch jednostajny 60

2 Prędkość i droga w ruchu jednostajnie zmiennym Ruch krzywoliniowy Ruch jednostajny po okręgu Przyspieszenie styczne i normalne w ruchu krzywoliniowym. Przyspieszenie w ruchu po okręgu Dynamika punktu materialnego Pojęcie siły. Zasady dynamiki Druga zasada dynamiki Pęd. Popęd siły Siła ciężkości O sile Jednostki siły. Ciężarowy układ jednostek Pomiar siły Równoczesne działanie kilku sił na punkt materialny Moment siły Moment pary sił Rodzaje sił Trzecia zasada dynamiki. Siły wymuszone Kręt punktu materialnego Siła centralna. Prędkość polowa Ruch punktu materialnego po okręgu Kręt punktu materialnego w ruchu po okręgu Siła dośrodkowa : <..., ' Ruchome układy odniesienia. Układy inercjalne ' Przyspieszony układ odniesienia w ruchu postępowym. Siła bezwładności., Nieinercjalny układ odniesienia przy równoczesnym ruchu postępowym i obrotowym Siły bezwładności w wirującym układzie odniesienia: siła odśrodkowa i siła Coriolisa Praca. Moc Energia mechaniczna Energia kinetyczna Energia potencjalna Zasada zachowania energii. Układ odosobniony Dynamika układu punktów materialnych i ciała sztywnego Stopnie swobody ruchu Ruch postępowy i obrotowy ciała sztywnego Ciężar właściwy i gęstość Środek masy Ruch środka masy Zasada zachowania pędu dla układu punktów materialnych Zastosowanie zasady zachowania pędu do procesu zderzenia Centralne zderzenie niesprężyste Centralne zderzenie sprężyste Napęd odrzutowy Napęd rakietowy Ruch obrotowy układu punktów materialnych ciała sztywnego wokół osi stałej Kręt w ruchu obrotowym wokół osi stałej HO Moment bezwładności ciała sztywnego. Twierdzenie Steinera... HI Druga zasada dynamiki dla ruchu obrotowego wokół osi stałej Zasada zachowania krętu Energia kinetyczna w ruchu obrotowym wokół osi stałej Analogie między wielkościami fizycznymi ruchu postępowego i obrotowego Ruch złożony swobodnego ciała sztywnego Układ sił działających na ciało sztywne Ruch ciała sztywnego pod działaniem układu sił Energia kinetyczna ciała sztywnego w dowolnym ruchu Ruch obrotowy ciała sztywnego wokół osi swobodnej Elipsoida bezwładności. Główne osie bezwładności Bąk symetryczny i bąk symetryczny swobodny 130 6

3 6.10 Ruch precesyjny Precesja pod wpływem siiy ciężkości. Precesja.żyroskopu : Precesja wymuszona Precesja kuli ziemskiej Nutacja Ciążenie powszechne (grawitacja)... ' Prawo powszechnego ciążenia Pomiar stałej grawitacji Ciążenie powszechne na powierzchni Ziemi Prawa Keplera Pole potencjalne sił grawitacyjnych Tarcie Tarcie przy poślizgu Tarcie przy toczeniu Własności sprężyste ciał Prawo Hooke'a. Ciśnienie Własności sprężyste izotropowych ciał stałych Odkształcenia objętości Odkształcenia postaci Rozciąganie i ściskanie Ugięcie belek Granica proporcjonalności, sprężystości i wytrzymałości. Odkształcenie plastyczne 152 t 7.3. Własności kryształów ' Sprężystość cieczy i gazów Mechanika cieczy i gazów Hydrostatyka i aerostatyka Prawo Pascala Ciśnienie hydrostatyczne Ciśnienie atmosferyczne. Barometry. Manometry Prawo Archimedesa. Pływanie ciał. Aerometr Dynamika cieczy doskonałej Prawo ciągłości Równanie Bernoulliego Doświadczenia ilustrujące równanie Bernoulliego Wzór Torricellego ' Dynamika cieczy rzeczywistej Współczynnik lepkości cieczy Przepływ strumienia laminarnego przez rurę. Prawo Hagena-Poiseuille'a Prawo Stókesa Opór tarcia i opór ciśnienia Prawo podobieństwa hydrodynamicznego. Liczba Reynoldsa Przepływ potencjalny, cyrkulacja, wiry Przepływ potencjalny Stała cyrkulacja Ruch wirowy. Wiry Parcie aerodynamiczne. Płat lotniczy Ruch drgający Ruch harmoniczny Energia w ruchu harmonicznym Wahadło matematyczne Wahadło fizyczne, wahadło torsyjne i wahadło rewersyjne Superpozycja drgań harmonicznych liniowych Superpozycja drgań o jednakowym okresie Superpozycja drgań o różnych okresach Superpozycja drgań o mało różniących się okresach. Dudnienia , Superpozycjadrgańokierun.wzajemnieprostopadłych.KrzyweLissajous Ruch drgający tłumiony. Drgania wymuszone. Rezonans Ruch drgający tłumiony Drgania wymuszone. Rezonans 206

4 10. Ruch falowy Równanie falowe. Fale harmoniczne Prędkość rozchodzenia się fal sprężystych Równanie różniczkowe fali Interferencja fal Fale stojące. Częstotliwości własne Fale koherentne Prędkość grupowa Zjawisko Dopplera Zasa4a Huygensa Prawa odbicia i załamania Zasada Fermata Akustyka Charakterystyka dźwięków. Analiza Fouriera Liniowe źródło dźwięku Drganie struny Drgania prętów Drgania słupów powietrza Drgania własne. Dwuwymiarowe źródła dźwięku: membrany i płyty Ultradźwięki, ich wytwarzanie i zastosowanie Natężenie dźwięku Czułość ucha ludzkiego Odbieranie wrażeń dźwiękowych. Budowa ucha ludzkiego 246 tl. Nauka o cieple 12. Termometria, rozszerzalność ciał, kalorymetria Temperatura i jej pomiar Termometr gazowy i skala bezwzględna temperatur Inne rodzaje termometrów Rozszerzalność ciał stałych i ciekłych Rozszerzalność liniowa Rozszerzalność powierzchniowa i objętościowa Rozszerzalność cieczy Kalorymetria : Przemiany gazowe Równanie stanu gazu doskonałego. Wzór barometryczny Gaz rzeczywisty. Równanie van der Waałsa Izotermy pary i gazu Molekularno-kinetyczna teoria gazów Podstawowe pojęcia fizyki molekularnej Podstawowe równanie kinetycznej teorii gazów Maxwellowski rozkład prędkości cząsteczek Pomiar prędkości cząste:zek gazu Ruchy Browna Wyznaczanie liczby Avogadra Rozkład Boltzmanna Średnia liczba zderzeń i średnia droga swobodna Podstawy teorii transportu Lepkość gazu Przewodnictwo cieplne gazu Dyfuzja gazu Zjawiska wysokiej próżni Dyfuzja gazów silnie rozrzedzonych przez ścianę porowatą Efektywność transportu gazu rozrzedzonego przez cienki przewód i prawo Ohma dla układów wysokiej próżni Osiąganie stanu wysokiej próżni Pomiar wysokiej próżni Pierwsza zasada termodynamiki Wstępne sformułowanie I zasady termodynamiki Energia wewnętrzna układu 299

5 Energia wewnętrzna gazu doskonałego. Ciepło właściwe gazu w stałej objętości Praca ciśnienia przy zmianie objętości gazu Ciepło właściwe gazu doskonałego przy stałym ciśnieniu Praca przy izotermicznym sprężaniu lub rozprężaniu gazu doskonałego Praca przy adiabatycznym sprężaniu i rozprężaniu gazu doskonałego Energia wewnętrzna gazu rzeczywistego Doświadczenie Joule'a Zjawisko Joułe'a-Thomsona Równanie Poissona Entalpia. Proces dławikowy Skraplanie gazów i osiąganie niskich temperatur Metoda kaskadowa " Metoda Lindego Metoda rozprężania adiabatycznego z wykonaniem pracy Osiąganie najniższych temperatur Druga i trzecia zasada termodynamiki Procesy odwracalne i nieodwracalne. Procesy ąuasistatyczne Sformułowanie drugiej zasady termodynamiki Cykl Carnota Twierdzenie Carnota Entropia Przykłady obliczania entropii Zmiana entropii w procesach nieodwracalnych Sformułowanie II zasady termodynamiki na podstawie pojęcia entropii Entropia a prawdopodobieństwo termodynamiczne stanu Obiegi techniczne Silniki spalinowe z zapłonem iskrowym Silnik spalinowy wysokoprężny (Diesla) Cykl parowej maszyny tłokowej Maszyna chłodząca Trzecia zasada termodynamiki Ciała stałe, ciecze, roztwory Zmiany stanu skupienia Topnienie Parowanie i wrzenie Sublimacja Zmiana siatki krystalicznej Ciepło przemiany. Temperatura zmiany stanu skupienia Punkt potrójny. Wykres fazowy Przechłodzenie i przegrzanie Ciała bezpostaciowe Para nasycona Zależność temperatury wrzenia qd ciśnienia zewnętrznego Równanie Clausiusa-Clapeyrona Napięcie powierzchniowe Ciśnienie błon zakrzywionych Krople oliwy na powierzchni wody Kształt powierzchni swobodnej cieczy Ciecz w naczyniach włoskowatych Fizyczne własności roztworów Krzepnięcie roztworów. Prawo Raoulta Stopy o niskiej temperaturze topnienia Ciśnienie pary nasyconej nad roztworem, wrzenie roztworów Osmoza, kohezja, adhezja 350 iii. Nauka o elektryczności 17. Elektrostatyka." Elektryzowanie ciał przez potarcie Prawo zachowania ładunku. Ładunek elementarny Elektroskopy Gęstość powierzchniowa ładunku 356

6 17.5. Prawo Coulomba. Układy jednostek. Przenikalność elektryczna próżni Pole elektrostatyczne. Natężenie pola Pole ładunku punktowego Przestrzenny obraz pola elektrostatycznego Twierdzenie Gaussa-Ostrogradskiego Pole wewnątrz przewodnika i w jego pobliżu Pole nieskończenie wielkiej równomiernie naładowanej płaszczyzny Zestawienie wzorów w układzie CGS 3o Potencjał elektryczny Podstawowe twierdzenie pola elektrostatycznego Napięcie i potencjał Potencjał pola wytworzonego przez kilka ładunków punktowych oraz przez ładunek na powierzchni przewodnika Opis wektorowy i skalarny pola elektrostatycznego Powierzchnie ekwipotencjalne Dipol elektryczny Zestawienie wzorów w układzie CGS Pomiar potencjału Indukcja elektrostatyczna 377, Doświadczenia z puszką Faradaya Elektrofor Pole elektrostatyczne w dielektrykach Prawa załamania wektorów E i D na granicy dwóch dielektryków Pomiar wektorów E i D wewnątrz dielektryka (cieczy lub gazu) Pojemność elektryczna Kondensator płaski Kondensator kulisty Kondensator cylindryczny Łączenie równoległe i szeregowe kondensatorów Zestawienie wzorów w układzie CGS Polaryzacja dielektryków Gęstość ładunków indukowanych Wektor polaryzacji Prąd polaryzacji Zestawienie wzorów w układzie CGS Energia pola elektrostatycznego Siła działająca między dwiema płytami kondensatora płaskiego Zestawienie wzorów w układzie CGS Zjawisko piezoelektryczne.' Zjawisko piroeiektryczne Napięcie kontaktowe Napięcie kontaktowe na powierzchni granicznej dielektryków Napięcie kontaktowe w przewodnikach Ogniwa galwaniczne Stacjonarny prąd elektryczny Prąd elektryczny. Natężenie i gęstość prądu Prawo Ohma Zależność oporu od temperatury Nadprzewodnictwo Termistory Prawa Kirchhoffa Łączenie równoległe oporów Łączenie szeregowe oporów Ciepło Joule'a-Lentza Termoelektryczność. Zjawisko Peltiera i Thomsona Pole magnetyczne prądu elektrycznego Doświadczenie Oersteda Siła Lorentza. Indukcja magnetyczna Prawo Biota-Sayarta Pole magnetyczne długiego przewodu prostoliniowego Siła działająca między dwoma równoległymi przewodami z prądem.. 426

7 Pole magnetyczne obwodu kołowego Pole magnetyczne solenoidu Pole magnetyczne toroidu. Natężenie pola magnetycznego Własności magnetyczne ciał Ferromagnetyki Teoria magnetyzmu Ampere'a Załamanie się wektorów B i H na granicy dwóch ośrodków Prawo Ohma dla obwodu magnetycznego Moment magnetyczny zamkniętego obwodu płaskiego Moment magnetyczny magnesu. Prawo Coulomba dla magnesów Elektryczne przyrządy pomiarowe Przyrządy do pomiarów prądu stałego Przyrządy do pomiarów prądu zmiennego Pomiar ładunku przepływającego podczas krótkotrwałych impulsów prądu: galwanometr balistyczny Indukcja elektromagnetyczna Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Prądy wirowe Współczynnik indukcji wzajemnej Współczynnik indukcji własnej (samoindukcji) Energia magnetyczna cewki Zasada działania prądnicy Obwód prądu zmiennego Natężenie i napięcie skuteczne prądu zmiennego Moc prądu zmiennego Elementy R, L, C w obwodzie prądu stałego i prądu zmiennego. Impedancja Opór indukcyjny, pojemnościowy i opór omowy w obwodzie prądu zmiennego... ; Metoda wektorowego sumowania napięć w obwodzie RLC Transformatory Prąd trójfazowy Wytwarzanie prądu trójfazowego Wirujące pole magnetyczne. Silnik prądu trójfazowego Podstawowe prawa elektrodynamiki Równania Maxwella w postaci całkowej Drugie uogólnione prawo Kirchhoffa Drgania elektryczne. Fale elektromagnetyczne.' Obwód drgający. Drgania zanikające Obwód RC. Drgania relaksacyjne Drgania elektryczne niezanikające w obwodzie RLC Drgania wymuszone. Rezonans Prędkość rozchodzenia się drgań elektrycznych wzdłuż przewodów. Fale stojące Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych. Oscylator Hertza Równania Maxwella Równania Maxwella w postaci różniczkowej Rozwiązanie równań Maxwella dla fali płaskiej Jednostki i wymiary wielkości elektromagnetycznych Prąd elektryczny w elektrolitach i gazach Prawa elektrolizy Faradaya Prąd elektryczny w gazach 494 IV. Optyka 22. Optyka geometryczna Podstawowe prawa optyki geometrycznej Źródła świata. Zjawisko odbicia Powstawanie obrazu Otrzymywanie obrazu przy użyciu zwierciadła płaskiego Otrzymywanie obrazu przy użyciu zwierciadła sferycznego Zjawisko załamania światła 508

8 Załamanie światła w pryzmacie Rozszczepienie światła w pryzmacie Zjawisko całkowitego odbicia światła Załamanie światła przy przejściu przez płytkę płasko-równoległą Załamanie światła na powierzchni kulistej Otrzymywanie obrazów przy użyciu soczewek Wady odwzorowania soczewek Przyrządy optyczne Aparat projekcyjny Aparat fotograficzny Oko Lupa Luneta Mikroskop... s Spektroskop Refraktometr Dyspersja, interferencja i dyfrakcja światła Dyspersja światła Absorpcja światła Widma Widma emisyjne Widma absorpcyjne Widzenie barwne Interferencja światła Interferencja w cienkich warstwach Doświadczenia Pohla Pierścienie Newtona Interferometry Interferometry Jamina i Michelsona Interferencja dużej liczby wiązek światła Dyfrakcja światła. Strefy Fresnela Dyfrakcja na przesłonie kołowej Dyfrakcja na prostoliniowym brzegu przesłony Spirala Cornu Dyfrakcja w szczelinie Siatka dyfrakcyjna Zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych Zdolność rozdzielcza mikroskopu Zdolność rozdzielcza teleskopu Polaryzacja i podwójne załamanie światła Polaryzacja światła przy odbiciu i załamaniu Światło spolaryzowane Wzory Fresnela. Prawo Brewstera Polaryzacja światła przy rozproszeniu Polaryzacja światła przy podwójnym załamaniu Ź Kryształy podwójnie łamiące Polaryzatory Interferencja światła spolaryzowanego Płytka z kryształu podwójnie łamiącego wycięta równolegle do osi, wstawiona między polaroidy równoległe albo skrzyżowane Klin wycięty równolegle do osi optycznej kryształu podwójnie łamiącego Płytka wycięta prostopadle do osi optycznej kryształu podwójnie łamiącego wstawiona między polaroidy Zjawisko Kerra i Cottona-Moutona Skręcanie płaszczyzny polaryzacji Efekt Faradaya Promieniowanie elektromagnetyczne. Teoria promieniowania Widmo fal elektromagnetycznych Fale radiowe Promieniowanie podczerwone Promieniowanie widzialne Promieniowanie nadfioletowe 588

9 Promieniowanie rentgenowskie Promieniowanie cieplne Prawo Kirchhoffa Ciało doskonale czarne Promieniowanie ciała doskonale czarnego Prawo Stefana-Boltzmarina Prawo przesunięć Wiena Prawo promieniowania Wiena Wzór Rayleigha-Jeansa Prawo Plancka Fotometria Fotometria energetyczna Fotometria wizualna Teoria względności Niezmienniczość prędkości światła Transformacja Lorentza Względność równoczesności Dylatacja (wydłużenie) czasu Kontrakcja (skrócenie) długości Twierdzenie relatywistyczne o składaniu prędkości Niezmienniczość praw fizycznych Równoważność masy i energii Energia i pęd cząstki relatywistycznej Przykłady zajwisk relatywistycznych Paradoks bliźniąt Optyczne zjawisko Dopplera Powstawanie magnetyzmu 612 Literatura 616 Skorowidz rzeczowy 617