Физика для вузов. Механика и молекулярная физика (200,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

УДК 53 ББК 22.3 Н62 Н62 Никеров В. А. Физика для вузов: Механика и молекулярная физика: Учебник / В. А. Никеров. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2021. — 136 с. ISBN 978-5-394-00691-3 В учебнике, представляющем собой первую часть краткого современного курса физики для вузов (первая часть — Механика и молекулярная физика, вторая — Электродинамика и волновая оптика, третья — Квантовая физика), изложены основные понятия о законах современной физики, их взаимосвязи и происхождении. Дано представление о классической механике, специальной теории относительности, колебаниях и волнах, статистической физике, термодинамике и физической кинетике. Акцент сделан на наиболее перспективные, бурно развивающиеся и финансируемые приложения физики, что делает учебник востребованным и современным по сути. Речь идет о приложении физики к современным технологиям, электронике, медицине и биологии. Учебник подготовлен на основе курса лекций, прочитанных автором в Московском институте электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики». Для студентов вузов с изучением общей физики во 2–4 семестрах, а также для самоподготовки и повторения изученного материала. Курс может быть также использован преподавателями для самообразования и подготовки к занятиям. ISBN 978-5-394-00691-3 © Никеров В. А., 2012 © ООО «ИТК «Дашков и К°», 2012 2

Стр.2

Содержание Предисловие ................................................................................................. 7 1. Кинематика материальной точки ............................................................. 8 1.1. Механика и ее структура. Материальная точка и твердое тело ........................................................................................ 8 1.2. Перемещение и пройденный путь ................................................ 9 1.3. Скорость, ускорение .................................................................... 11 1.4. Тангенциальное, нормальное и полное ускорения ................... 12 2. Динамика материальной точки ......................................................... 14 2.1. Первый закон Ньютона ................................................................ 14 2.2. Второй закон Ньютона. Масса. Сила ......................................... 15 2.3. Третий закон Ньютона ................................................................. 16 2.4. Закон сохранения импульса. Центр масс (инерции). Движение центра инерции ................................................................. 17 3. Работа и энергия .................................................................................... 20 3.1. Работа силы. Мощность .............................................................. 20 3.2. Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Консервативные и диссипативные системы ..................................... 21 3.3. Связь силы и потенциальной энергии. Условие равновесия ........................................................................................... 23 3.4. Закон сохранения энергии ........................................................... 26 3.5. Упругое и неупругое соударение тел ......................................... 27 4. Кинематика и динамика вращательного движения твердого тела .............................................................................................. 33 4.1. Кинематика твердого тела. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение ............................................................. 33 4.2. Работа при вращательном движении. Момент силы ............... 35 3

Стр.3

4.3. Кинетическая энергия при вращательном движении. Момент инерции ................................................................................. 36 4.4. Теорема Штейнера ....................................................................... 39 4.5. Уравнение динамики вращательного движения ....................... 40 4.6. Закон сохранения момента импульса ......................................... 40 4.7. Аналогия между поступательным и вращательным движением ........................................................................................... 41 5. Гармонические и затухающие колебания ........................................ 43 5.1. Гармонические колебания. Свободные колебания системы ................................................................................................ 43 5.2. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение ...................................................................................... 44 5.3. Затухающие колебания. Коэффициент затухания, декремент, логарифмический декремент, время релаксации ........ 46 6. Сложение колебаний. Вынужденные колебания ........................... 50 6.1. Сложение колебаний .................................................................... 50 6.2. Сложение колебаний одинаковой частоты и одинакового направления ......................................................................................... 51 6.3. Сложение колебаний близких частот. Биения .......................... 51 6.4. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу ................................................................................. 52 6.5. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Период и амплитуда вынужденных колебаний .... 54 6.6. Резонанс. Семейство резонансных кривых ............................... 57 7. Волны ....................................................................................................... 59 7.1. Упругие волны. Продольные и поперечные волны ................. 59 7.2. Уравнение плоской волны. Фазовая скорость .......................... 60 7.3. Волновое уравнение упругой волны и его решение ................ 61 7.4. Плотность энергии упругой волны............................................. 64 7.5. Перенос энергии бегущей волной. Вектор Умова ................... 65 7.6. Принцип суперпозиции при сложении волн. Стоячая волна. Колебания струны ............................................................................... 66 8. Специальная теория относительности ............................................ 68 8.1. Преобразования Галилея и постулаты специальной теории относительности .................................................................................. 68 8.2. Преобразования Лоренца ............................................................ 70 4

Стр.4

8.3. Cледствия СТО: замедление времени и сокращение длины ........................................................................... 72 8.4. Импульс тела и основное уравнение релятивистской динамики .................................................................. 74 8.5. Кинетическая и полная энергии в СТО. Энергия покоя. Релятивистский инвариант ................................................................. 76 9. Молекулярно‐кинетическая теория. Принципы классической статистической физики ............................. 78 9.1. Физические основы молекулярно-кинетической теории. Уравнение состояния идеального газа .............................................. 78 9.2. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории ................................................................................................... 80 9.3. Элементы классической статистической физики. Функции распределения и их роль .................................................... 81 10. Распределение Максвелла и характерные скорости молекул. Барометрическая формула. Распределение Больцмана ....................................................................... 85 10.1. Распределение Максвелла по составляющим скорости ........ 85 10.2. Распределение Максвелла по модулю скорости. Нахождение наиболее вероятной, средней, среднеквадратичной скоростей.......................................................... 88 10.3. Барометрическая формула ........................................................ 90 10.4. Распределение Больцмана ......................................................... 92 11. Элементы физической кинетики. Явления переноса в газах ........................................................................ 94 11.1. Средняя длина пробега и частота столкновений молекул .... 94 11.2. Общий вид уравнения переноса ............................................... 97 11.3. Диффузия и коэффициент диффузии ....................................... 99 11.4. Теплопроводность и коэффициент теплопроводности ........ 101 11.5. Вязкость и коэффициент вязкости ......................................... 102 11.6. Броуновское движение и диффузия ....................................... 103 11.7. Сечения поглощения и рассеяния частиц. Транспортировка частиц через среды ............................................. 105 12. Первое начало термодинамики ..................................................... 108 12.1. Первое начало термодинамики и закон сохранения энергии ........................................................................... 108 5

Стр.5

12.2. Работа и теплота. Работа, совершаемая газом в различных изопроцессах ............................................................... 109 12.3. Внутренняя энергия идеального газа. Степени свободы молекул. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы ........................................................................ 111 12.4. Теплоемкость идеального газа при постоянном объеме и давлении. Уравнение Майера ....................................................... 113 12.5. Адиабатный процесс. Вывод уравнения адиабаты .............. 115 13. Второе начало термодинамики. Энтропия .................................. 118 13.1. Формулировки второго начала термодинамики ................... 118 13.2. КПД кругового процесса ......................................................... 118 13.3 Цикл Карно. КПД идеальной тепловой машины. Теоремы Карно .................................................................................. 121 13.4. Энтропия. Изменение энтропии в процессах идеального газа. Энтропия и термодинамическая вероятность. Формула Больцмана .......................................................................... 124 14. Реальные газы. Агрегатные состояния и фазовые переходы ................................................................................ 127 14.1. Уравнение Ван-дер-Ваальса .................................................... 127 14.2. Агрегатные состояния и фазовые переходы. Изотермы Ван-дер-Ваальса .............................................................. 129 14.3. Внутренняя энергия реального газа ....................................... 131 Физические константы и величины ................................................... 132 Предметный указатель ........................................................................... 133 6

Стр.6