Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Вся физика на ладони: интерактивный справочник

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 342900.03.01
К покупке доступен более свежий выпуск Перейти
Это уникальная «визуальная» книга, созданная по лучшим методикам современного обучения. В ней приведены основные законы и формулы по всем разделам физики с огромным количеством интерактивных добавлений, пояснений, иллюстраций, диаграмм, графиков, таблиц и рисунков, что позволяет усваивать материал намного эффективнее. Четкий и краткий стиль изложения концентрирует внимание читателя на изучаемом материале, а многочисленные упражнения, контрольные вопросы и задания позволяют надежно закрепить в памяти полученные знания. Дополнительные материалы по всем разделам курса общей физики доступны Вам в интернете в ЭБС Znanium.com. Используя мобильное устройство, сканируйте QR-код и получайте на своем смартфоне или планшете доступ к исчерпывающей информации по всему курсу физики в форматах мультимедиа. Кроме того, на YouTube-каналах «Вся_Физика_на_Ладони» и «Физминимум от Роки» (от «РОссийский Креативный Интернет») размещено большое количество дополнительных обучающих материалов и видеофайлов, используемых в данной книге. Интерактивный справочник предназначен для использования в учебной деятельности преподавателями и студентами технических специальностей очной и дистанционной форм обучения, а также учащимися техникумов и средних школ.

Только для владельцев печатной версии книги: чтобы получить доступ к дополнительным материалам, пожалуйста, введите последнее слово на странице №85 Вашего печатного экземпляра.

Кузнецов, С. И. Вся физика на ладони: интерактивный справочник / С. И. Кузнецов, К. И. Рогозин. — Москва : Вузовский учебник : ИНФРА-М, 2021. — 252 с. - ISBN 978-5-9558-0422-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1240720 (дата обращения: 28.11.2023). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
ВСЯ ФИЗИКА 
НА ЛАДОНИ

Интерактивный справочник

Москва

ВУЗОВСКИЙ УЧЕБНИК

ИНФРА-М

202С.И. КУЗНЕЦОВ, К.И. РОГОЗИН

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебного пособия 

для студентов высших учебных заведений, обучающихся 

по техническим направлениям подготовки 

(протокол № 4 от 02.03.2020)

Справочник

Кузнецов С.И.

Вся физика на ладони. Интерактивный справочник : справоч
ник / С.И. Кузнецов, К.И. Рогозин. — Москва : Вузовский учебник : 
ИНФРА-М, 2021. — 252 с. + Дополнительные материалы [Электронный ресурс]. — DOI 10.12737/501810.

ISBN 978-5-9558-0422-4 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-010772-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102702-8 (ИНФРА-М, online)

Это уникальная «визуальная» книга, созданная по лучшим методикам со
временного обучения. В ней приведены основные законы и формулы по всем 
разделам физики с огромным количеством интерактивных добавлений, пояснений, иллюстраций, диаграмм, графиков, таблиц и рисунков, что позволяет 
усваивать материал намного эффективнее. Четкий и краткий стиль изложения 
концентрирует внимание читателя на изучаемом материале, а многочисленные 
упражнения, контрольные вопросы и задания позволяют надежно закрепить 
в памяти полученные знания.

Дополнительные материалы по всем разделам курса общей физики доступ
ны Вам в интернете в ЭБС Znanium.com. Используя мобильное устройство, сканируйте QR-код и получайте на своем смартфоне или планшете доступ к исчерпывающей информации по всему курсу физики в форматах мультимедиа.

Кроме того, на YouTube-каналах «Вся_Физика_на_Ладони» и «Физмини
мум от Роки» (от «РОссийский Креативный Интернет») размещено большое 
количество дополнительных обучающих материалов и видеофайлов, используемых в данной книге.

Интерактивный справочник предназначен для использования в учебной 

деятельности преподавателями и студентами технических специальностей очной и дистанционной форм обучения, а также учащимися техникумов и средних 
школ. 

УДК 53(075.8)

ББК 22.3я73

К89

ISBN 978-5-9558-0422-4 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-010772-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102702-8 (ИНФРА-М, online)

© Вузовский учебник, 2020
© Кузнецов С.И., Рогозин К.Н.,
      2020

УДК 53(075.8)
ББК 
22.3я73

 
К89

Р е ц е н з е н т ы:

А.В. Шаповалов, доктор физико-математических наук, профессор, 

заведующий кафедрой теоретической физики Национального исследовательского Томского государственного университета;

А.Г. Парфенов, доктор физико-математических наук, профессор, за
ведующий кафедрой общей информатики Томского государственного 
педагогического университета

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 

в электронно-библиотечной системе Znanium.com

ПРЕДИСЛОВИЕ

Уважаемый читатель, Вы держите в руках уникальную «визуаль
ную» книгу, созданную с использованием современных цифровых 
технологий. В ней приведены основные законы и формулы по всем 
разделам современной физики с огромным количеством интерактивных добавлений, пояснений, иллюстраций, диаграмм, графиков, 
таблиц и рисунков, что позволяет усваивать материал намного эффективнее. Книга ставит своей целью дать студентам высших технических учебных заведений, преподавателям вузов, техникумов 
и средних школ краткое пособие, охватывающее все основные разделы физики: основы механики, молекулярной физики и термодинамики, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая 
и квантовая оптика, элементы физики атомов, атомного ядра и элементарных частиц.

Интерактивный справочник подготовлен в соответствии с про
граммой, связанной с переходом на многоуровневую систему подготовки специалистов и является результатом обобщения опыта чтения 
курса общей физики в техническом вузе авторами на протяжении 
более 20 лет.

Книга не заменяет учебники, но является «путеводителем», кото
рый позволяет более рационально организовать изучение курса общей физики. Основные материалы по курсу с подробными пояснениями, выводами, контрольными вопросами, упражнениями и задачами сосредоточены в «облачном» хранилище и обозначены 
знаком 
. Они доступны в электронно-библиотечной системе 

Znanium.com. Используя мобильное устройство, сканируйте QR-код 
и получайте доступ к огромному количеству информации по физике 
в форматах мультимедиа.

Кроме того, на каналах YouTube «Вся_Физика_на_Ладони» 

и «Физминимум от Роки» (от «РОссийский Креативный Интернет») 
размещено большое количество интересных и полезных видеофайлов, используемых в учебной деятельности.

Материал интерактивного справочника основан на содержании 

учебных пособий «Курс лекций по физике», электронные версии 
которых размещены в электронном читальном зале НТБ Томского 
политехнического университета (http://www.lib.tpu.ru). Для настоящего курса физики реализовано его мультимедийное сопровождение 
и создан электронный учебник, находящийся в среде дистанционного обучения ТПУ (http://mdl.lcg.tpu.ru). Наиболее полно материал 
курса изложен на персональном сайте http://portal.tpu.ru/
SHARED/s/SMIT.

Авторы с благодарностью примут от читателей все замечания 

и пожелания, способствующие улучшению курса. Отправить их 
можно по электронной почте: krogozi@mail.ru, smit@tpu.ru.

1. МЕХАНИКА

Основные законы механики установлены итальянским физиком 

и астрономом Г. Галилееми окончательно сформулированы английским физиком И. Ньютоном. Механику Галилея и Ньютона называют классической, так как она рассматривает движение макроскопических тел со скоростями, которые значительно меньше скорости 
света в вакууме. Движение тел со скоростями, близкими к скорости 
света, изучает релятивистская механика, другое ее название — специальная теория относительности. А движением элементарных частиц занимается квантовая механика.

Механика (от греч. mechanike — орудие, сооружение) — раздел 

физики, который изучает закономерности механического движения 
и причины, вызывающие или изменяющие это движение.

Механическое движение — это изменение с течением времени вза
имного расположения тел или их частей.

Классическая механика состоит из трех основных разделов: кине
матика, динамика и статика.

1.1.  
КИНЕМАТИКА 

1.1.1. Кинематика (от греч. kinema — движение) — раздел механики, 

в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учета 
их массы и действующих на них сил.

1.1.2. Материальная точка — это тело, размерами которого можно 

пренебречь.

1.1.3. Абсолютно твердым телом называют тело, деформацией ко
торого можно пренебречь (хотя абсолютно твердых тел в природе не 
существует).

1.1.4. Система отсчета — совокупность системы координат и ча
сов, связанных с телом, относительно которого изучается движение. 
Для описания движения связывают систему отсчета, т.е. систему координат, например декартову (рис. 1.1), с телом.

1.1.5. Положение материальной точки в пространстве задают с по
мощью радиуса-вектора точки r  (см. рис. 1.1):

r
xi
yj
zk
=
+
+
,

где 

i
j k
, ,
 
 
 — единичные векторы (орты); х, у, z — координаты точки.

1.1.6. Вектор перемещения ∆r  есть приращение r1  за время ∆t , 

а ∆s  — путь, пройденный телом за время ∆t  (рис. 1.2): 

∆
∆
∆
∆
r
xi
yj
zk
=
+
+
.

 
 
Рис. 1.1 
Рис. 1.2

1.1.7. Модуль вектора перемещения — это длина пройденного от
резка:

∆
∆
∆
∆
r
x
y
z
=
+
+
2
2
2.

Модуль перемещения совпадает с пройденным путем только в том 

случае, если при движении направление перемещения не изменяется.

1.1.8. Скорость — векторная величина, характеризующая быстроту 

перемещения и направление движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчета.
• Средняя скорость материальной точки — это отношение вектора 

перемещения ∆r  ко времени ∆t , за которое это перемещение 
произошло (рис. 1.3):

<
> =
υ
∆
∆
r
t .

• Мгновенная скорость материальной точки — это вектор скорости 

в данный момент времени, равный первой производной от r  по 
времени и направленный по касательной к траектории в данной 
точке в сторону движения (см. рис. 1.3): 

υ
υ
υ
υ
=
=
+
+
d
d
,
r
t
i
j
k
x
y
z

где υ
υ
υ
x
y
z
x
t
y
t
z
t
=
=
=
d
d
d
d
d
d
;
;
 — проекции скорости υ  на оси 

координат.

• Модуль скорости: υ
υ
υ
υ
υ
=
=
+
+
x
y
z

2
2
2 .

Рис. 1.3

1.1.9. Ускорение — векторная величина, показывающая, на
сколько изменяется вектор скорости точки (тела) при ее движении 
за единицу времени (рис. 1.4).

r

O

Рис. 1.4 

• Среднее ускорение материальной точки — быстрота изменения 

скорости по времени и направлению:

<
>=
a
t
∆
∆
υ.

• Мгновенное ускорение — это предел, к которому стремится сред
нее ускорение за бесконечно малый промежуток времени:

a
t
t
=
→
lim
,

∆

∆
∆
0

υ  или a
t
ia
ja
ka
x
y
z
=
=
+
+
d
d
υ
,

где a
t a
t a
t
x
x
y
y
z
z
=
=
=
d
d
d
d
d
d
υ
υ
υ
;
;
 — проекции вектора ускоре
ния a  на оси координат. 
• Модуль ускорения: a
a
a
a
a
x
y
z
=
=
+
+
2
2
2 .

1.1.10. Полное ускорение при криволинейном движении (см. 

рис. 1.4):

a
a
a
a
a
a
n
n
=
+
=
+
τ
τ
;
2
2, где

•
a
t
τ
υ τ
= d
d
 — тангенциальная составляющая ускорения;

•
a
a
r

n
n
=
= υ2

 — нормальная составляющая ускорения;

• r — радиус кривизны траектории — радиус такой окружности, 

которая сливается с кривой в данной точке на бесконечно малом ее участке.
1.1.11. Кинематическое уравнение прямолинейного равномерного 

движения вдоль оси х:

x
x
t
=
+
0
υ .

1.1.12. Путь s и скорость υ  равнопеременного движения с началь
ной скоростью υ0 :

s
s
t
at
=
+
+
0
0

2

2
υ
; υ
υ
=
+
0
at.

1.1.13. Кинематика вращательного движения:

• Угловая скорость — это вектор ω , численно равный первой про
изводной от угла поворота по времени и направленный вдоль 
оси вращения в направлении dϕ  (рис. 1.5, 1.6). При этом ω
и dϕ  всегда направлены в одну сторону:

ω
ϕ
= d
dt .

α

dr

z

dϕ

α

z

an
aτ

ε_

ε+

 
 
Рис. 1.5 
Рис. 1.6 

• Угловое ускорение — векторная величина, характеризующая быс
троту изменения угловой скорости твердого тела (см. рис. 1.6):

ε
ω
= d
dt .

Вектор углового ускорения направлен по оси вращения, совпа
дает с вектором угловой скорости при ускоренном вращении и противоположен ему при замедленном вращении.
• Период вращения Т — промежуток времени, в течение которого 

тело совершает полный оборот (поворот на угол ϕ
π
= 2 ):

T = 2π ω,

где ω
πν
= 2
 — циклическая частота вращения.

• Частота ν — число оборотов тела за одну секунду:

ν =1 T .

• Циклическая частота равномерного вращательного движения

ω
π
πν
ϕ
=
=
=
2
2
T
t.

1.1.14. Кинематическое уравнение равномерного вращения:

ϕ
ϕ
ω
=
+
0
t.

1.1.15. Угол поворота и угловая скорость для равнопеременного вра
щательного движения с начальной угловой скоростью ω0 :

ϕ
ω
ε
ω
ω
ε
=
±
=
±
0

2

0
2
t
t
t
;
.

1.1.16. Связь между линейными и угловыми величинами при враща
тельном движении:

s
R
=
ϕ; υ
ω
= R ; a
a
an
=
+
τ
; a
a
an
=
+
τ
2
2;

a
R
R
n =
=
=
υ
ω
υω
2
2
; a
R
τ
ε
=
.

1.1.17. Движение тела в поле тяжести Земли. Для описания такого 

движения вводят идеализированную модель, основные допущения которой следующие:
• тело — материальная точка;
• движение рассматривается вблизи поверхности Земли, когда 

высота подъема тела мала по сравнению с радиусом Земли;

• сопротивление воздуха не учитывают;
• ускорение свободного падения g направлено всегда к центру 

Земли. Вблизи поверхности Земли g ≈ 9,8 м/с2.
1.1.18. Свободное падение тел — все тела, независимо от их массы, 

в отсутствие сил сопротивления воздуха падают на Землю (вблизи 
поверхности) с одинаковым ускорением, называемым ускорением 
свободного падения g  (рис. 1.7).
• Скорость тела в момент времени t 

υ = gt .

• Путь при свободном падении тела

h
gt
=
2 2 .

O

h
g

y

υ0 = 0

Рис. 1.7 

1.1.19. Движение тела, брошенного вертикально вверх. Тело двига
ется вертикально вверх с начальной скоростью υ  (0) (рис. 1.8). 
На участке до наивысшей точки подъема движение является равнозамедленным, а после достижения точки подъема — свободным падением без начальной скорости (см. рис. 1.7).

υ0 

g

y

y0

Рис. 1.8

• Кинематическое уравнение проекции скорости:

υ
υ
y
gt
=
−
0
.

• Кинематическое уравнение координаты:

y
y
t
gt
=
+
−
0
0

2

2
υ
.

• Высота подъема тела, если начальная координата y0
0
= :

h
t
gt
=
−
υ0
2 2.

• Время подъема t1  тела до наивысшей точки равно времени падения

на прежний уровень:

t
g
1
0
= υ .

• Максимальная высота подъема тела:

h
gt
h
g
max
max
,
.
=
=
1
2
0
2

2
2
υ

1.1.20. Движение тела, брошенного горизонтально со скоростью υ0: 

• Траектория движения — парабола. Криволинейное движение по 

параболе обусловлено результатом сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по горизонтальной оси 
и свободного падения по вертикальной оси.

υ0

υx = υ0

υy
υ

s
y

h

0

g

x

Рис. 1.9:

υ0  — начальная скорость тела; υ  — скорость тела в момент времени t; 

s — дальность полета по горизонтали; h — высота над поверхностью Земли, 

с которой тело брошено горизонтально

• Кинематические уравнения проекций скорости:

υ
υ
υ
x
y
gt
=
=
0;
.

• Кинематические уравнения координат:

h
gt
x
t
y
gt
=
=
=
п
2
0
2
2
2
;
;
,
υ

где tп  — время падения.

В момент  падения на Землю y = h, x = s (см. рис. 1.9).

• Скорость тела в момент времени t

υ
υ
=
+
0
2
2
(
) .
gt

• Максимальная дальность полета по горизонтали

s
t
= υ0 п.

• Высота над поверхностью Земли, с которой тело брошено гори
зонтально:

h
gt
=
п
2

2 .

К покупке доступен более свежий выпуск Перейти