Закон сохранения импульса



бет1/3
Дата01.07.2016
өлшемі0.49 Mb.
түріЗакон
  1   2   3
Билет№11.

1. Законы сохранения в классической механике.

Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени. законы сохранения выполняются в замкнутых системах взаимодействующих тел. Система называется замкнутой, если на систему не действуют внешние силы. Импульс – векторная физическая величина, количественно характеризующая запас поступательного движения: Закон сохранения импульса системы материальных точек (м.т.): в замкнутых системах м.т. полный импульс сохраняетсяили,где – скорость i-й материальной точки до взаимодействия; – ее скорость после взаимодействия.Момент импульса – физическая векторная величина, количественно характеризующая запас вращательного движения. – импульс материальной точки, – радиус-вектор материальной точки.

Закон сохранения момента импульса: в замкнутой системе суммарный момент импульса сохраняется: Закон сохранения энергии: полная энергия замкнутой системы материальных точек сохраняетсяПри отсутствии диссипации (рассеяния) энергии сохраняются и полная и механическая энергии. В диссипативных системах полная энергия сохраняется, а механическая энергия не сохраняется.в наше время установлены связи между свойствами пространства–времени и законами сохранения.Закон сохранения импульса является следствием однородности пространства.Закон сохранения момента импульса является следствием изотропности пространства.Закон сохранения энергии является следствием однородности времени.

2.Электрический заряд и его свойства.



Источником электромагнитного поля является электрический заряд. Электрический заряд – это свойство некоторых элементарных частиц вступать в электромагнитное взаимодействие. Свойства электрического заряда:

1. Электрический заряд может быть положительным и отрицательным (принято считать, что протон заряжен положительно, а электрон – отрицательно).

2. Электрический заряд квантован. Квант электрического заряда – элементарный электрический заряд (е = 1,610–19 Кл). В свободном состоянии все заряды кратны целому числу элементарных электрических зарядов:

3. Закон сохранения заряда: суммарный электрический заряд замкнутой системы сохраняется во всех процессах, происходящих с участием заряженных частиц:

q1 + q2 +...+ qN = q1* + q2*+...+ qN*.

4. релятивистская инвариантность: величина полного заряда системы не зависит от движения носителей заряда (заряд движущейся и покоящейся частиц одинаков). Иными словами – во всех ИСО величина заряда любой частицы или тела одинакова.

3. Модели атома.

В Англии Дж.Дж.Томсон (1856-1940) и лорд Кельвин (1824-1907) предложили модель атома в виде однородно заряженной положительным зарядом сферы, «начиненной» отрицательно заряженными электронами (как пудинг с изюмом!). В целом такой атом рассматривался как электрически нейтральный, а его излучение, по убеждению авторов модели, должно было описываться классической электродинамикой Максвелла. К сожалению, предложенная структура атома не могла быть устойчивой.

В 1907 году, профессор физики Манчестерского университета (бывший студент Дж.Дж.Томсона в Кембридже) Эрнст Резерфорд (1871-1937) приступил к экспериментальному изучению структуры атома. Он считал, что надо строить модель атома на основе убедительных экспериментальных результатов. Началась серия экспериментов по рассеянию тяжелых а-частиц от тонкой золотой фольги. Большинство а-частиц проходило сквозь фольгу, слабо изменяя направление своего первоначального движения (как будто сквозь решето!). Но самое удивительное состояло в том, что некоторые а-частицы отражались от тоненькой фольги, изменяя направление движения на 180°. Создавалось впечатление, будто тяжелые быстро летящие снаряды отражаются от тонкого листа бумаги! Результаты опытов надежно подтверждались. Резерфорд пришел к выводу, что атом представляет собой очень рыхлую структуру, в центре которой расположено массивное маленькое ядро, размеры которого намного меньше размера целого атома. Резерфорд сделал простые классические расчеты и, исходя из энергетических соображений, сумел оценить размер атома (10~10м). Полный объем атома определяется распределенными вокруг ядра электронами, общая масса которых ничтожна по сравнению с массой ядра. Вопрос о том, как конкретно распределены электроны вокруг ядра, оставался открытым. Резерфорд рассматривал возможность планетарной модели атома, в котором электроны, подобно планетам Солнечной системы, вращаются вокруг своего «солнца» - атомного ядра. Однако такая модель, рассматриваемая с классической точки зрения, является неустойчивой. Электроны, вращающиеся вокруг ядра, как и любые ускоренно движущиеся заряды, должны были излучать электромагнитные волны и, теряя энергию, постепенно «падать» на ядро.

4. Область исследований гуманитарных наук.

Человек обладает знанием об окружающей его природе (Вселенной), о самом себе и собственных произведениях. Это делит всю имеющуюся у него информацию на два больших раздела — на естественнонаучное

(естественное в том смысле, что изучается то, что существует независимо от человека, в противоположность искусственному — созданному человеком) и гуманитарное (от "гомо" — человек) знание, знание о человеке.

Как следует из определения, различия между естественнонаучными и гуманитарными знаниями заключаются в том, что первые основаны на разделении субъекта (человека) и объекта (природы, которую познает человек — субъект), при преимущественном внимании, уделяемом объекту, а вторые имеют отношение прежде всего к самому субъекту.

Английский писатель Ч. Сноу сформулировал альтернативу "двух культур" — научно-технической и художественно-гуманитарной. По его мнению, они настолько разделены в современном мире, что представители каждой из них не понимают друг друга.

Билет №12.


  1. Инертная и гравитационная масса. Принцип эквивалентности.

Масса – это скалярная физическая величина, количественно характеризующая инертные и гравитационные свойства материи.

Инертность – это стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инертная масса характеризует способность тела сопротивляться изменению своего состояния (покоя или движения), например, во втором законе Ньютона.

Гравитационная масса характеризует способность тела создавать гравитационное поле, которое характеризуется векторной величиной , называемой напряженностью. Напряженность гравитационного поля точечной массы равна:,Гравитационная масса характеризует способность тела взаимодействовать с гравитационным полем:.

принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс: каждая масса является одновременно и инертной и гравитационной.

Масса тела зависит от плотности вещества ρ и размеров тела (объема тела V):.

Масса не тождественна количеству вещества, так как (в отличие от количества вещества) масса зависит от скорости:

,где m0 – масса покоя.

Понятие массы не тождественно понятиям веса и силы тяжести. Она не зависит от полей тяготения и ускорений.



  1. Определение модели “поле”. Скалярные, векторные и тензорные поля. Примеры.

Поле – особая форма материи, то, что нельзя потрогать, понюхать, увидеть. В начале 19 века английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля – материальной среды, являющейся переносчиком электромагнитного взаимодействия. Модель электромагнитного поля была введена для объяснения механизма дальнодействия. Фарадею удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же «силой» природы.

  1. Дуализм “волна – частица”.

В 1923 году выпускник Сорбонны французский физик принц Луи де Бройль высказал предположение (гипотезу) о том, что корпускулярно – волновой дуализм присущ не только свету, но и частицам вещества. Он рассуждал следующим образом. Кванты света с длиной волны имеют импульс , величина которого определяется по формуле:.Любой частице вещества, имеющей импульс , можно поставить в соответствие волну, длина волны которой определяется соотношением:.Соотношение де Бройля недолго оставалось гипотезой. Де Бройль предсказывал, что волны вещества можно будет обнаружить при изучении дифракции пучка частиц вещества на кристаллической структуре естественных кристаллов.

  1. Явление внешнего фотоэффекта. Вольтамперная характеристика

А. Эйнштейн применил идею дискретности излучения для объяснения закономерностей фотоэффекта. Фотоэффект – это явление вырывания электронов из твердых и жидких тел под действием света. Обнаружил явление фотоэффекта Генрих Герц (1857 – 1894) в 1887 году. Он заметил, что проскакивание искры между шариками разрядника значительно облегчается, если один из шариков осветить ультрафиолетовыми лучами. Затем в 1889 году фотоэффект исследовал Александр Григорьевич Столетов (1839 – 1896). Он установил, что:

  • наибольшее действие оказывают ультрафиолетовые лучи;

  • с ростом светового потока растет фототок;

  • заряд частиц, вылетающих из твердых и жидких тел под действием света отрицателен. Параллельно со Столетовым фотоэффект исследовал немецкий ученый Филипп Ленард (1862 – 1947). Они и установили основные законы фотоэффекта.

С
Рис.1
овременная схема фотоэффекта проста (рис.1). В стеклянных баллон впаяны два электрода (катод и анод), на которые подается напряжение U. В отсутствии света амперметр А показывает, что тока в цепи нет. Когда катод освещается светом даже при отсутствии напряжения между катодом и анодом амперметр показывает наличие небольшого тока в цепи – фототока. То есть электроны, вылетевшие из катода, обладают некоторой кинетической энергией и достигают анода «самостоятельно». Чтобы «запереть» фотоэлемент, то есть фототок уменьшить до нуля, необходимо подать «запирающее напряжение» . В этом случае электростатическое поле совершает работу и тормозит фотоэлектроны. Это означает, что ни один из вылетающих из металла электронов не достигает анода, если потенциал анода ниже потенциала катода на величину .

Законы фотоэффекта:

1.Эксперимент показал, что при изменении частоты падающего света начальная точка графика сдвигается по горизонтальной оси. Из этого следует, что величина запирающего напряжения, и кинетическая энергия вылетающих электронов, зависят от частоты падающего света. Следовательно, величина максимальной скорости вылетающих электронов зависит от частоты падающего излучения (растет с ростом частоты).

2. Зависимость величины фототока от величины напряжения между катодом и анодом называется вольтамперной характеристикой. Все вольтамперные характеристики, полученные при разных значениях интенсивности (на рисунке I1 и I2) падающего монохроматического (одночастотного) света, берут начало в одной и той же точке. При любой интенсивности света фототок обращается в ноль при конкретном (для каждого значения частоты) задерживающем напряжении . При одной и той же частоте света с ростом напряжения ток сначала растет, но затем его рост прекращается. Начиная с некоторого значения ускоряющего напряжения, фототок перестает изменяться, достигая своего максимального (при данной интенсивности света) значения. Этот фототок называется током насыщения. Если увеличить интенсивность падающего света, то характер зависимости тока от напряжения не изменяется, лишь увеличивается величина тока насыщения.


Билет№13.

  1. Замкнутая и незамкнутая физические системы.

Система называется замкнутой, если на систему не действуют внешние силы, но такого не бувает, значит действие этих сил очень мало или действие всех сил скмпенсировано.

  1. Термодинамическое равновесие.

Термодинамика – это учение о связи и взаимопревращениях различных видов энергии, теплоты и работы. Равновесным называется такое состояние, при котором в изолированной системе при отсутствии внешних воздействий все параметры системы приобретают постоянные значения.

Вместо движения – переход из одного равновесного состояния в другое равновесное состояние.



  1. Дж. Максвелл и его вклад в раздел физики “Электромагнетизм”. Основные положения и выводы теории Максвелла.

Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879). Его основной работой, заключавшей в себе математическую теорию электромагнитного поля, явился «Трактат об электричестве и магнетизме», изданный в 1873 году. Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.

Эта теория существенно изменила представления о картине электрических и магнитных явлений, объединив их в единое целое.

В основе его теории лежат 2 важнейших положения: 1е- всякое изменение магнитного поля создает в пространстве вихревое электрическое поле, 2е- всякое изменение электрического поля создает в пространстве магнитное поле.


  1. Красная граница фотоэффекта.

При изучении фотоэффекта было установлено, что не всякое излучение вызывает фотоэффект. Для каждого вещества существует минимальная частота (максимальная длина волны) при которой еще возможен фотоэффект. Эту длину волны называют «красная граница фотоэффекта» (а частоту соответствующей красной границе фотоэффекта).
Билет№14.

1. Классическая механика Ньютона. “Математические начала натуральной философии”. Основные идеи, изложенные в главном научном труде И.Ньютона.

Исаак Ньютон и создал теорию, которая на два столетия определила развитие науки. Создав стройную теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), он завершил постройку фундамента нового классического естествознания. 28 апреля 1686 года – одна из величайших дат в истории человечества. В этот день Ньютон представил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию – механику земных и небесных процессов. В основе классической механики Ньютона лежит система взглядов на пространство и время. Ньютон, раскрывая сущность времени и пространства, характеризует их как «вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве – в смысле порядка положения». Классическая механика была изложена Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии». Ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца 19 века.

Основные положения этой картины мира заключаются в следующем.



Пространство считалось: бесконечным, плоским или евклидовым (его метрические свойства описывались геометрией Евклида), пустым, абсолютным (не зависящим от состояния движения тела отсчета), однородным (нет выделенных точек), изотропным (нет выделенных направлений).

Пространство выступало как «вместилище» материальных тел.



Время понималось: однородным, равномерно текущим (оно идет сразу и везде во всей Вселенной «единообразно и синхронно» и выступает как независимый от материальных объектов процесс длительности), абсолютным (не зависящим от состояния движения тела отсчета).

В механике Ньютона время абсолютно, абсолютна и одновременность во всей Вселенной. Это послужило основой для теории дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение, которое мгновенно и прямолинейно распространяло силы на бесконечные расстояния.

Кроме основных представлений о пространстве и времени она содержала:


  1. Понятия массы, силы, инерции, ускорения.

  2. Основные законы движения материальной точки.

  3. Закон всемирного тяготения.

  4. Принцип относительности и закон сложения скоростей Галилея.

.

В механике Ньютона движение тела происходит по строго определенным траекториям, то есть всегда можно одновременно измерить его координаты и его скорость (или импульс).

Большинство явлений, происходящих в природе, подтверждали справедливость построенной Ньютоном механистической картины мира.


  1. Закон сохранения импульса. Примеры.

Импульс – векторная физическая величина, количественно характеризующая запас поступательного движения:.Закон сохранения импульса системы материальных точек (м.т.): в замкнутых системах м.т. полный импульс сохраняется,или ,где – скорость i-й материальной точки до взаимодействия; – ее скорость после взаимодействия.


    1. Электростатическое поле – частный случай единого электромагнитного поля.

Поля принято изображать с помощью силовых линий.

Силовая линия – это линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности поля.

Для точечных неподвижных зарядов картина силовых линий электростатического поля.

Рисунки!!!

Вектор напряженности электростатического поля, создаваемого точечным зарядом определяется по формуле (рис.7 а и б)



.

магнитное поле существует и проявляется только в системе отсчета, относительно которой электрический заряд движется.

Движущийся электрический заряд создает и электрическое и магнитное поля (единое электромагнитное поле). Силовая характеристика магнитного поля – индукция – связана с напряженностью электрического поля соотношением



.

Поэтому индукция магнитного поля медленно движущегося точечного заряда равна .

Силовая линия магнитного поля строится так, чтобы в каждой точке силовой линии вектор был направлен по касательной к этой линии. Силовые линии магнитного поля замкнуты (рис.8). Это говорит о том, что магнитное поле – вихревое поле.


    1. Закон Кулона. Примеры его применения.

Величина силы, с которой заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а заряды разного знака притягиваются друг к другу, определяется с помощью эмпирически установленного закона Кулона:.

Рисунок!!!



Здесь , – электрическая постоянная.

Билет№15.

  1. Древние атомисты: Демокрит, Эпикур и Тит Лукреций Кар. Главные идеи их учений.

Новый шаг в развитии понятия материи был сделан древними атомистами. Выдающимся представителем натурфилософской идеологии атомизма был Демокрит (ок. 470 или 460 гг. до н.э —ок. 370 гг. до н.э.).Основные принципы его атомистического учения:

  1. Вся Вселенная состоит из мельчайших материальных частиц — атомов и незаполненного пространства — пустоты. Пустота нужна для перемещения атомов в пространстве.

  2. Атомы представляют собой мельчайшие, неизменные, непроницаемые и абсолютно неделимые частицы.

  3. Атомы неуничтожимы, вечны, а потому и вся Вселенная, из них состоящая, существует вечно.

  4. Атомы находятся в постоянном движении, изменяют свое положение в пространстве.

  5. Атомы различаются по форме и величине. Но все они настолько малы, что недоступны для восприятия органами чувств человека. Форма их может быть весьма разнообразной. Самые малые атомы имеют, например, сферическую форму. Это, по выражению Демокрита, «атомы души и человеческой мысли».

  6. Все предметы материального мира образуются из атомов различных форм и различного порядка их сочетаний (подобно тому, как слова образуются из букв).Демокрит считал, что из атомов образуются не только окружающие нас предметы, но и целые миры, которых во Вселенной бесчисленное множество. При этом одни миры еще только формируются, другие — находятся в расцвете, а третьи уже разрушаются. Новые тела и миры возникают от сложения атомов. Уничтожаются они от разложения на атомы.

свое развитие идеи атомистики получили в учении Эпикура (341— 270 гг. до н.э.). Эпикур разделял точку зрения Демокрита о том, что мир состоит из атомов и пустоты, а все существующее во Вселенной возникает в результате соединения атомов в различных комбинациях. Однако Эпикур внес в описание атомов некоторые поправки: атомы не могут превышать некоторой величины, число их форм ограничено, атомы обладают тяжестью, изменение направления их движения может быть обусловлено причинами, содержащимися внутри самих атомов. Одним из наиболее известных натурфилософов-атомистов Древнего Рима был Тит Лукреций Кар ок.99 или 95—55 гг. до н.э.). Его философская поэма «О природе вещей» является важным источником сведений об атомистических воззрениях Демокрита и Эпикура (поскольку из сочинений последних до нас дошли лишь немногие отрывки). Лукреций высказал мысль о вечности материи. Вещи временны, они возникают и исчезают, распадаясь на атомы — свои первичные составные части. Атомы же вечны, и их количество во Вселенной всегда остается одним и тем же. Отсюда вытекал вывод о вечности материи, которую Лукреций отождествлял с атомами.

  1. Случайность - фундаментальное свойство природы.

В начале 20 века началась третья (эйнштейновская) глобальная научная революция в естествознании. Она связана с рождением принципиально новых идей: теории относительности и квантовой механики. Если ньютоновская революция связана с заменой геоцентризма на гелиоцентризм, то эйнштейновская революция связана с отказом от всякого центризма вообще (нет выделенных систем отсчета). Квантовая механика утверждала вероятностный характер законов микромира и корпускулярно-волновой дуализм. Так родилось неклассическое естествознание.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©dereksiz.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет