Волновое движение. Образование волн. Продольные и поперечные волны. Волновая поверхность и фронт волны. Принцип Гюйгенса. Уравнение плоской волны. Длина волны. Принцип суперпозиции. Когерентные источники волн. Интерференция волн. Стоячие волны. Понятие о дифракции волн. Энергия волны. Вектор Умова.

Молекулярная физика и термодинамика

Термодинамические системы. Идеальный газ. Молекулярно-

кинетический и термодинамический методы изучения макроскопических явлений. Тепловое движение молекул. Броуновское движение. Взаимодействие молекул. Состояние системы. Параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояния. Равновесный и неравновесный процессы. Работа, совершаемая газом при изменении объема. Внутренняя энергия. Уравнение состояния идеального газа.

Физические основы молекулярно-кинетической теории. Иде-

альный газ как молекулярно-кинетическая модель реальных газов. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Средняя кинетическая энергия поступательного движения одноатомной молекулы и ее связь с температурой. Число степеней свободы и средняя энергия многоатомной молекулы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.

Распределение молекул по скоростям. Функция распределения. Распределение Максвелла. Вероятностный характер закона распределения. График распределения Максвелла. Наиболее вероятная, средняя арифметическая и средняя квадратичная скорости молекул.

Распределение молекул по значениям кинетической энергии поступательного движения. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Идеальный газ в поле тяжести. Изменение плотности частиц с высотой. Распределение Максвелла – Больцмана.

Столкновение между молекулами. Эффективный диаметр молекулы. Средняя длина свободного пробега.

Явления переноса. Тепловое движение и связанный с ним перенос массы, импульса и энергии. Диффузия, вязкость и теплопроводность в газах. Экспериментальные законы диффузии, вязкости и теплопроводности и молекулярно-кинетический расчет коэффициентов диффузии, вязкости и теплопроводности.

Основы термодинамики. Метод термодинамики. Основные законы термодинамики. Первое начало термодинамики. Изопроцессы. Работа газа при различных процессах. Второе начало термодинамики. Тепловой двигатель. Круговые процессы. Цикл Карно. КПД цикла Карно.

Энтропия. Необратимые процессы. Приведенная теплота. Эн-

тропия. Вычисление энтропии. Изменение энтропии при необратимых

6

процессах. Статистический смысл второго начала термодинамики. Связь энтропии и вероятности состояния. Флуктация параметров состояния. Тепловая теорема Нернста.

Реальные газы. Отступление от закона идеальных газов. Размеры молекул. Взаимодействие молекул. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными изотермами. Критическое состояние. Критические параметры. Области однофазных и двухфазных состояний. Внутренняя энергия реального газа.

Жидкости. Ближний порядок в жидкостях. Характер теплового движения в жидкостях. Радиус молекулярного действия. Поверхностный слой жидкости. Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Явление смачивания. Краевой угол. Поверхностное давление. Капиллярные явления.

Твердые тела. Кристаллические и аморфные тела. Понятие о характере теплового движения в твердых телах. Тепловое расширение и теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Агрегатные состояния веществ. Понятие фазы. Кристаллизация и плавление. Испарение и конденсация. Теплота фазового перехода. Условие равновесия фаз. Диаграмма состояния. Тройная точка.

УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА ФИЗИКИ

Предметом физики является изучение простейших и в то же время наиболее общих форм движения материи. При этом под материей понимается объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им.

Механика – раздел физики, который изучает механическое движение и взаимодействие тел. Механику подразделяют на статику, кинематику и динамику.

Статика изучает законы равновесия системы тел. Кинематика описывает механическое движение, не рассматривая взаимодействие тел и приложенных к ним сил. Динамика изучает законы движения тел, и те причины, которые вызывают или изменяют это движение.

Простейшая модель тела – материальная точка. Материальной точкой называется тело, формой и размерами которого в данной задаче можно пренебречь.

Механика Галилея–Ньютона называется классической и изучает законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света. Релятивистская механика изучает движение тел со скоростями, близкими к скорости света. Квантовая механика изучает движения микрочастиц (отдельных атомов, элементарных частиц), масса которых сравнима с массой покоя атома.

7

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

1 . 1 . КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

Если известно, каким образом изменяется со временем положение каждой частицы тела, то говорят, что определен закон движения тела. Описать движение физической системы – значит, в каждый момент времени указать положение всех ее частей в пространстве по отношению к выбранной системе отсчета. Для этого необхо-

yние физической системы в пространстве, называется числом ее степеней свободы.

Положение материальной точки в пространстве однозначно определяется радиус-вектором r , проведенным из начала отсчета в данную точку. Согласно этому определению число степеней свободы частицы равно трем. Если тело состоит из N частиц, и все они могут перемещаться друг относительно друга во всех направлениях, то оно обладает 3N степенями свободы.

Если на взаимные перемещения частиц наложены ограничения, называемые связями, то число степеней свободы будет меньше. Рассмотрим абсолютно

твердое тело, на котором указаны три

точки А, В и С. Если их положения из-

вестны, то тем самым однозначно опреде-

лено положение любой точки D. Положения точек А, В и С определяются девятью координатами xA, yA, zA, ... , xC, yC, zC. Од-

нако из этих девяти величин независимыми являются только шесть, поскольку существуют три ограничения, обусловленные требованием сохранения трех расстояний АВ, АС и ВС. Поэтому число степеней свободы абсолютно твердого тела равно шести.

При движении радиус-вектор частицы изменяется, т. е. он является функцией времени:

r = r (t),

или

x = x(t), y = y(t), z = z(t).

8

При движении частицы конец радиус-вектора описывает в пространстве линию – траекторию частицы.

В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным.

Расстояние, которое проходит точка по траектории, называется

пройденным путем ∆S и является

движущейся точки в положение ее в данный момент времени, называется

перемещением.

Естественно, при прямолинейном движении ∆rr равен

пройденному пути ∆S.

Для характеристики движения материальной точки вводится векторная величина – скорость, которая определяет как быстроту движения, так и его направление в данный момент времени.

Скорость

Средней скоростью называют вектор, равный отношению вектора перемещения ∆r к промежутку времени ∆t этого перемещения:

Если перейдем к пределу при ∆t → 0, то мгновенная скорость

будет равна первой производной радиуса-вектора движущейся точки по времени:

Вектор скорости v направлен по касательной к траектории. При задании уравнений движения в виде

x = x(t), y = y(t), z = z(t)

вычисляют проекции скорости на оси координат:

9