21. Гармонічні коливання. Рівняння гармонічних коливань. Гармонічні – це коливна величина змінюється за законом синуса або косинуса. Рівняння гармонічних коливань: x = A sin(Ѡt+𝝋) x = A cos(Ѡt+𝝋)

22. Математичний маятник. Формула гармонічних коливань. Математичним маятником називають матеріальну точку, підвішену на невагомій і нерозтяжній нитці. Це ідеальна коливальна система. Якщо подібний маятник не можна вважати матеріальною точкою або не можна знехтувати вагою тіла і розтягом підвісу, то маятник називають фізичним. Такий маятник коливається подібно до математичного. Період коливань математичного маятника .

23. Вимушені коливання. Резонанс. Автоколивальні системи. Колива́ння — фізичний процес, під час якого чергуються інтервали збільшення й зменшення фізичної величини. Автоколивання. Ще одним видом незагасальних коливань є автоколивання. Це коливання, які підтримуються внутрішніми джерелами енергії системи, коли не діє зовнішня періодична сила. Наприклад, настінний годинник з маятником або наручний механічний годинник - це механічні автоколивальні системи.У годинниках потенціальна енергія тягарця (або стиснутої пружини) поступово, окремими порціями передається маятнику і компенсує втрати на тертя. Можна спостерігати автоколивання струни під дією смичка, голосових зв'язок під час розмови або співу. Вимушені коливання. Резонанс. Графік ідеалізованого власного коливання являє собою синусоїду або косинусоїду. Однак у будь-якій реальній коливальній системі, внаслідок неминучості дії сил тертя й опору, власні коливання згасають, тобто їх амплітуда зменшується з часом. Вимушені коливання можуть бути незгасаючими, якщо зовнішня дія буде компенсувати зменшення енергії в системі, викликане дією сил тертя й опору. Особливим проявом дії змушуючої сили є явище резонансу — стрімкого (різкого) зростання амплітуди вимушених коливань за умови збігу частоти власних коливань системи і частоти, з якою змінюється змушуюча сила.

24. Поширення механічних коливань у пружних середовищах. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. Хвилею називають процес поширення коливань у просторі з часом. Як і коливання, хвилі за своєю фізичною природою поділяють на механічні та електромагнітні. Механічна хвиля - це процес поширення механічних коливань у пружному середовищі. Прикладом найпоширеніших механічних хвиль є звук, хвилі на поверхні рідин. Джерело хвилі - це коливальна система, яка під час коливань передає частину своєї енергії в навколишнє середовище. Ця передача має місце, коли частинки навколишнього пружного середовища беруть участь у коливальному процесі джерела. Якщо частинки пружного середовища коливаються в площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі y, то таку хвилю називають поперечною. Ця хвиля може поширюватися в твердих тілах або на поверхні рідин. Якщо частинки середовища коливаються в тій самій площині, в якій поширюється і сама хвиля, то хвилю називаютьпоздовжньою. Така хвиля поширюється в твердих тілах, рідинах і газах. Найкоротша відстань між точками хвилі, які коливаються в однакових фазах, називають довжиною хвилі l. Довжина хвилі дорівнює відстані, яку пробігає хвиля за один період. 

25. Коливальний контур. Виникнення електромагнітних коливань у коливальному контурі. Коливальний контур – це котушка індуктивності та конденсатор, з’єднанні між собою провідниками. Електромагнітні коливання – це періодичні зміни значення електричного заряду сили струму та напруги в електричному полі. Період власних коливань у коливальному контурі T=2π√LC.

26. Гармонічні електромагнітні коливання. Коливання, які відбуваються за законом синуса або косинуса, називаються гармонічними коливаннями. Рівняння таких коливань має такий вигляд: координата тіла дорівнює добутку амплітуди на косинус циклічної частоти, помноженої на час. Величина, яка стоїть під знаком синуса або косинуса, називається фазою коливань. Вона визначає при заданій амплітуді стан коливальної системи у будь-який момент часу.

27. Частота власних коливань контуру. Резонанс.

28. Утворення і поширення електромагнітних хвиль. Сукупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного і магнітного полів називають електромагнітним полем. У природі взагалі немає відокремлених одне від одного електричних і магнітних полів, а існують електромагнітні поля як особливий вид матерії, через який відбувається електромагнітна взаємодія. Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називають електромагнітною хвилею. Максвелл показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі є величиною скінченною і у вакуумі дорівнює швидкості світла (тобто c   3·10⁸ м/с). Електромагнітні хвилі є поперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість  , магнітна індукція   і швидкість поширення цих хвиль   взаємно перпендикулярні.

29. Швидкість, довжина і частота електромагнітної хвилі. У вакуумі електромагнітна хвиля розповсюджується із швидкістю, яка називається швидкістю світла. Швидкість світла є фундаментальною фізичною константою, яка позначається латинською літерою c. Згідно із основним постулатомтеорії відносності швидкість світла є максимально можливою швидкістю передачі інформації чи руху тіла. Електромагнітна хвиля характеризується частотою. Довжина електромагнітної хвилі  , де k - хвильове число. Довжина електромагнітної хвилі зв'язана з частотою через закон дисперсії. 

30. Електромагнітні хвилі в природі і техніці. Модуляція – це зміна параметру електромагнітної хвилі за певним законом, у якому закодована інформація. В Україні створена єдина автоматична система зв’язку. Ще недавно міжміський телефонний зв’язок здійснювали прокладеними у повітрі електричними лініями. Тепер застосовують радіорелейні лінії, де використовують ультракороткі хвилі. Успіхи освоєння космосу дали змогу використовувати ретрансляційні супутники зв’язку. З її допомогою передаються телевізійні програми. Удосконалюється і такі традиційні засоби зв’язку, як телеграф і фототелеграф. Найсучаснішими засобами зв’язку стали: електронна пошта, факсимільний зв’язок, комп’ютерні мережі, мобільний зв’язок.

31. Природа світла. Поширення хвилі в різних середовищах. Джерела і приймачі світла. Поглинання і розсіювання світла. Св́ітло — електромагнітні хвилі видимого спектру. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються людським оком. Як і будь-які інші електромагнітні хвилі світло характеризується частотою, довжиною хвилі, поляризацією й інтенсивністю. У вакуумі світло розповсюджується зі сталою швидкістю, яка не залежить від системи відліку — швидкістю світла. Швидкість світла в речовині залежить від властивостей речовини і загалом менша від швидкості світла у вакуумі. Довжина хвилі зв'язана з частотою законом дисперсії, який також визначає швидкість поширення світла в середовищі. Взаємодіючи з речовиною, світло розсіюється і поглинається. При переході з одного середовища в інше змінюється швидкість розповсюдження світла, що призводить до заломлення. Поряд із заломленням на границі двох середовищ світло частково відбивається. Заломлення та відбиття світла використовується в різноманітних оптичних приладах: призмах, лінзах, дзеркалах, що дозволяють формувати зображення. Всі джерела світла поділяються на природні і штучні, теплові, холодного освічення, точкові і протяжні. Природні( сонце, зорі, блискавка), штучні( свічки, лампочки).

32. Відбивання світла, заломлення світла. Закони заломлення і відбивання. Зміна напрямку поширення світла на межі розділу 2-х середовищ називається відбиванням (заломленням). Закони відбивання світла. ① кут падіння дорівнює куту відбивання. ② промінь, що падає, промінь, що відбивається та перпендикуляр поставлений в точці падіння – лежать в одній площині. Закони заломлення світла. ① промінь падаючий, заломлюючий і перпендикуляр поставлений в точку падіння, лежать в одній площині. ② відношення sin L падіння до cos L заломлення є величиною сталою і називають відносним показником середовища. ③ промінь падаючий і відбитий із вакуума – взаємообернений.

33. Світло як електромагнітна хвиля. Інтерференція світла. Дифракція, поляризація, дисперсія. Спектроскоп. З погляду фізики, світлові хвилі — це електромагнітні хвилі, до яких, крім ви­димого (неозброєним оком), належать також інфрачервоне і ультрафіолетове проміння. Світлові хвилі мають усі властивості електромагнітних хвиль, у тому числі з певною швидкістю переносять енергію. Швидкість світла можна визначити, вимірявши пройдену світлом за певний час відстань. Інтерфере́нція — явище накладання двох або більше когерентних світлових хвиль в результаті чого в одних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі (інтерференційний максимум), а в інших місцях послаблення (інтерференційний мінімум). Найпростішим випадком інтерференції є накладання двох гармонічних хвиль з однаковою частотою і поляризацією. Дифра́кція - явище, що виникає при поширенні хвиль (наприклад, світлових і звукових хвиль). Суть цього явища полягає в тому, що хвиля здатна огинати перешкоди.  Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти світла. Внаслідок зміни показника заломлення змінюється також довжина хвилі. Спектроско́п — оптичний пристрій для візуального спостереження спектра випромінювання. Використовується переважно для швидкого і якісногоспектрального аналізу в хімії, металургії та інших галузях.

34. Шкала електромагнітних хвиль.

Довжина, м	Частота, Гц	Найменування
106-104	3∙102-3∙104	Наддовгі
104-103	3∙104-3∙105	Довгі (радіохвилі)
103-102	3∙105-3∙106	Середні (радіохвилі)
102-101	3∙106-3∙107	Короткі (радіохвилі)
101-10-1	3∙107-3∙109	Ультракороткі
10-1-10-2	3∙109-3∙1010	Телебачення (НВЧ)
10-2-10-3	3∙1010-3∙1011	Радіолокація (НВЧ)
10-3-10-6	3∙1011-3∙1014	Інфрачервоне випромінювання
10-6-10-7	3∙1014-3∙1015	Видиме світло
10-7-10-9	3∙1015-3∙1017	Ультрафіолетове випромінювання
10-9-10-12	3∙1017-3∙1020	Рентгенівське випромінювання (м'яке)
10-12-10-14	3∙1020-3∙1022	Гамма-випромінювання (жорстке)
≤10-14	≥3∙1022	Космічні промені

35. Квантові властивості світла. Гіпотеза Планка. Світлові кванти. Атоми випромінюють енергію – неперервно, а порціями – квантами. Фотоефект – це явище випускання електронів з р-ни під дією світла. Вивчав це явище Столетов. Закони фотоефекту: ① кіл-сть електронів, які вириваються світлом з поверхні за 1с прямо пропорційна світловому потоку. ② найбільша швидкість вибитих світлом електронів визначається тільки частотою світла і не залежить від його інтенсивності. ③ для кожної р-ни існує межа – мінімум частота світла.

Запас енергії коливальної системи, яка знаходиться у рівновазі з електромагнітним випромінюванням, не може набувати довільних значень. Мінімальну кількість енергії, яку система може поглинати або випромінювати, називають квантом енергії.

36. Рівняння фотоефекту. Застосування фотоефекту. Завдяки відкриттю фотоефекту стало можливим:

1) звукове кіно;

2) створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленістю вулиць, своєчасно запалюють і гасять бакени на річках, працюють "контролерами" в метро, рахують готову продукцію, контролюють якість обробки деталей; 3) перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів. Промисловість виготовляє фотоелементи двох типів - вакуумні та напівпровідникові. 1. Вакуумні фотоелементи із зовнішнім фотоефектом. Дно невеликої скляної колби з глибоким вакуумом покривають цезієм і приєднують до "-" батареї. У центрі колби знаходиться металеве кільце, яке з'єднують із затискачем "+" батареї. Унаслідок освітлення приладу світлом із цезію вириваються електрони і летять до металевого кільця. У результаті в центрі фотоелемента виникає струм. 2. Напівпровідникові фотоелементи з внутрішнім фотоелементом: фотоопори, фотодіоди, сонячні батареї та ін. (рис.7.6). Це напівпровідники із власною чи домішковою провідністю. У сонячних батареях створюють р-п - перехід, доступний для світла. Під час освітлення фотоелемента змінюється концентрація вільних носіїв зарядів, а з нею і струм. Якщо в сонячній батареї світло потрапить в п-р - перехід, то між р і п ділянками виникає напруга. Найважливіше значення фотоефекту полягає в тому, що його відкриття і дослідження стали експериментальною основою квантової теорії. Саме за пояснення законів фотоефекту на основі квантової теорії А. Ейнштейну було присуджено Нобелівську премію.

37. Люмінесценція (хімічна для світла). Люмінесце́нція — відмінне від теплового світіння збудженої речовини. Інша назва – холодне світло. Люмінесценція може продовжуватися ще дуже довго після збудження речовини. При збудженні речовини тим чи іншим способом, її молекули (у випадку газу чи рідини) переходять у високоенергетичні квантові стани. У випадку напівпровідників електрони переходять із валентної зони у вільні стани зони провідності, залишаючи у валентній зоні дірку. Збуджений стан може випромінити фотон негайно, повернувшись у основний стан або ж втратити частину енергії в результаті зіткнень. Процеси поступової втрати енергії збудженою частинкою називаються релаксацією. Релаксація продовжується, доки збуджена частка не прийде до стану, коли подальша поступова втрата енергії неможлива. Такі стани характерні для кожної речовини й визначають спектр люмінесценції. Збудження може існувати в такому стані лише певний час, а потім відбувається перехід до основного стану, який супроводжується випромінюваннями кванта світла — фотону. Кожен люмінофор характеризується своїм спектром люмінесценції, на який майже не впливає спосіб збудження.

38. Квантові генератори та їх застосування. Квáнтовий генерáтор - загальна назва джерел електромагнітного випромінювання, що працюють на основі вимушеного випромінювання атомів і молекул. Залежно від того, хвилі якої довжини випромінює квантовий генератор, він може називатися по різному: лазер, мазер, разер, газер.

39. Основні положення спеціальної теорії відносності. Швидкість світла у вакуумі. Теорії відносності описує рух тіл з великими швидкостями, близькі до швидкості світла. В її осн. Лежать 2 принципи(постулати): 1) у всіх інформаціальних системах відліку всі фізичні явища відбуваються однаково. 2) швидкість світла однакова у всіх інерціальних системах відліку, не залежить ні від швидкості руху джерела, ні від швидкості руху приймача світла. Швидкість світла у вакуумі є граничною.

40. Ядерна модель атома. Квантові постулати Бора. Маса електрона є приблизно в 2000 разів меншою за масу одного з найлегших атомів - атома водню - і дорівнює m_e = 9,1·10^-31 кг. Виходячи з цих даних, Томсон запропонував модель атома, згідно якою атом є зарядженою кулею радіусом R   10 ^-8 см, всередині якої знаходяться електрони. Більш складні атоми в додатно зарядженій кулі мають декілька електронів. Таким чином, атом подібний пиріжка, роль родзинок при цьому відіграють електрони. Однак модель атома Томсона виявилась повністю відмінною від моделі, яку запропонував Резерфорд у результаті своїх досліджень. Резерфорд 1906 року запропонував модель, згідно з якою будова атома дуже схожа на будову сонячної системи. Щоб перевірити правильність своєї теорії, він провів низку дослідів, які називають дослідами Резерфорда (рис. 7.7). Він зондував атоми золота швидкорухомими ядрами гелію (a частинками). 1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія E_n. У стаціонарному стані атом енергію не випромінює. 2. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів. 3. Радіуси r_n стаціонарних станів задовольняють умову.

41. Поглинання і випромінювання енергії атомом. Виходячи з постулатів Бора, можна пояснити процес поглинання і випромінювання енергії атомами. Якщо атом поглинає енергію, то при цьому він переходить у збуджений стан. Його електрон може підніматися на вищу орбіту. Якщо існують вакансії для електрона ближче до ядра, то з часом електрон займає їх, переходячи на більш низький енергетичний рівень. Енергія, яка при цьому вивільняється, випромінюється атомом у вигляді кванта світла. Якщо світло випромінюють розріджені гази, то атоми газу знаходяться так далеко один від одного, що не чинять ніякого впливу на випромінювання сусідніх атомів, і у спектрі такого джерела будуть спостерігатись лише певні лінії. Цей спектр називають лінійчастим спектром. Якщо світло випромінюють тверді тіла, рідини чи дуже сильно стиснені гази, то на випромінювання кожного з атомів суттєво впливають сусідні атоми. Унаслідок цього можна спостерігати розмивання ліній в спектрі випромінювання і плавний перехід від одного кольору до іншого. Так виглядає суцільний спектр. Лінійчастий спектр кожного хімічного елемента є індивідуальним. Цю властивість використовують для спектрального аналізу сполук, оскільки кожний атом цього елемента в його складі випромінює свої лінії, які не зливаються з лініями інших елементів. Цю речовину обов'язково потрібно перевести в газоподібний стан і дуже нагріти, щоб вона світилась. Прилади, які використовують для спектрального аналізу, називають спектрографами.

42. Спектральний аналіз та його застосування. Спектральний аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз ґрунтується на явищі дис­персії світла. Традиційно розмежовують:

• атомарний та молекулярний спектральний аналіз,

• «емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання,

Най­важливішим джерелом інформації про більшість космічних об'єктів є їхнє випроміню­вання. Дістати найцінніші й найрізноманітніші відомості про тіла дає змогу спектральний аналіз їхнього випромінювання. За допо­могою цього методу можна встановити якісний і кількісний хіміч­ний склад світила, його температуру, наявність магнітного поля, швидкість руху та багато іншого. Для одержання спектрів застосовують спектроскоп та спектрограф. У першому спектр розглядають, а у другому його фотографують. Спектрограма — фотографія спектра.