Определения все по физике: Все определения по физике за 7 класс (понятия, определения, формулы)

Содержание

Список терминов и понятий по физике (Словарь)

Страница 1 из 8

Словарь содержит список самых основных терминов и понятий по физике. Будет полезен школьникам и студентам при подготовке к зачетам и экзаменам, ОГЭ, ЕГЭ.

Словарь основных терминов по физике

А

Аберрация оптической системы – это искажение рисунка, создаваемого оптической системой.

Аберрация света – фиксируемое наблюдателем изменение направления луча света, вызванное движением наблюдателя относительно источника света.

Абляция – это унос вещества с поверхности твердого тела потоком горячих газов, обтекающих эту поверхность.

Абсорбция – это термин в физике означающий обьёмное поглощение вещества из раствора или газа твёрдым телом или жидкостью.

Автоволны – автоколебательные процессы в средах с распределёнными параметрами, появляющиеся в результате потери устойчивости однородного состояния сред.

Автогенератор – это генератор колебаний с самовозбуждением.

Автоионизация – процесс ионизации атомов в сильных электрических полях.

Автоколебания – в нелинейной диссипативной системе — это незатухающие колебания, которые поддерживаются внешним источником энергии, вид и свойства которых определяются самой системой.

Автоколлиматор – это оптико-механический прибор для точной настройки оптических систем, основанный на автоколлимации.

Автоколлимация – ход световых лучей, при котором они, выйдя из некоторой части оптической системы параллельным пучком, отражаются от плоского зеркала и проходят систему в обратном направлении.

Автомодуляция – это пассивное управление добротностью оптического резонатора с помощью введения в него элементов, прозрачность которых меняется под действием световых лучей.

Авторадиография – это метод изучения распределения радиоактивных компонентов в исследуемом объекте наложением на него чувствительной к радиоактивным излучениям фотоэмульсии.

Автофазировка – автоматическое сохранение синхронности между движением пучка заряженных частиц и изменением ускоряющего их поля, которое обеспечивает устойчивость пучка на орбите при ускорении частиц до высоких энергий в циклических ускорителях заряженных частиц.

Адгезия – это слипание различных неоднородных твердых и жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями, обусловленное межмолекулярным взаимодействием.

Адиабата – линия, которая изображает на термодинамической диаграмме равновесный адиабатический процесс. (ударная адиабата — зависимость давления от объёма газа в ударной волне).

Адроны – это общее наименование элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях.

Адсорбция – поглощение вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела.

Аккумулятор – это устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. (электрический аккумулятор — это прибор, накапливающий под действием электрического тока химическую энергию и отдающий её по мере надобности в виде электрической энергии во внешнюю электрическую цепь).

Акселерометр – это устройство для измерения ускорения.

Аксоид – поверхность, описываемая в пространстве мгновенной осью вращения тела, которое вращается вокруг неподвижной точки.

Акустика – это область физики, которая исследует генерацию, распространение и взаимодействие с веществом звуковых волн. (Архитектурная акустика — раздел акустики, изучающий распространение звуковых волн в помещениях, отражение и поглощение их поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки. Молекулярная акустика — раздел акустики, изучающий молекулярные процессы акустическими методами.).

Акустооптика – это раздел физики, изучающий взаимодействие электромагнитных волн со звуковыми волнами в твёрдых телах и жидкостях.

Акустоэлектроника – это область физики и техники, связанная с разработкой ультразвуковых устройств для преобразования и обработки радиосигналов.

Акцептор – дефект кристаллической решётки полупроводника, захватывающий электроны, обусловленный примесью или дислокацией.

Альбедо – физическая величина, которая характеризует отражательную или рассеивающую способность поверхности тела по отношению к падающим на неё излучению или частицам.

Альфа-лучи – вид излучения радиоактивных ядер хим элементов, представляющий из себя поток α-частиц.

Альфа-распад (α-распад) – это самопроизвольное испускание α- частиц радиоактивными ядрами элементов.

Альфа-спектометр – это устройство для измерения энергии α- частиц, который испускают радиоактивные ядра.

Альфа-частица (α-частица) – ядро атома гелия, испускаемое некоторыми радиоактивными веществами.

Ампер – это единица измерения силы электр. тока в системе СИ.

Ампер-весы – прибор для воспроизведения ампера.

Ампер-виток – это единица магнитодвижущей силы, определяемая произведением числа витков обмотки, по которой протекает электр. ток, на значение силы тока в амперах.

Амперметр – это устройство для измерения силы электрического тока.

Анастигмат – это объектив, практически свободный от всех аберраций оптических систем.

Ангармонизм – отличие колебаний от гармонических колебаний, вызванное нелинейностью колебательной системы.

Ангстрем – это внесистемная единица длины, которая используется в атомной физике, и равная 10-10м.

Анемометр – прибор-устройство для измерения скорости газовых потоков.

Анизотропия – это термин физики определяющий зависимость физических свойств тела или поля от направления. (бывает магнитная, оптическая, упругая анизотропия).

Аннигиляция – процесс превращения частицы и соответствующей ей античастицы в другие частицы, которые происходят при их столкновении.

Анод – положительный полюс источника электр. тока. 2. Электрод прибора, соединяемый с положительным полюсом источника электрического тока.

Антинейтрино – это нейтральная элементарная частица, являющаяся античастицей по отношению к нейтрино.

Антиподы оптические – оптически активные кристаллы, существующие в двух формах с одинаковой по величине, но противоположной по знаку вращательной способностью в одних и тех же условиях.

Антисегнетоэлектрик – это диэлектрический кристалл, который, не являясь сегнетоэлектриком, обладает фазовым переходом с заметной аномалией температурной зависимости диэлектрической проницаемости и гистерезисом в сильных электрических полях.

Антиферромагнетизм – магнетизм, при котором магнитные моменты атомов ли ионов в веществе антипаллельны, причём намагниченность в отсутствие магнитного поля равна нулю.

Антиферромагнетик – это вещество, которое обнаруживает антиферромагнетизм.

Античастица – это элементарная частица, отличающаяся от соответствующей ей частицы знаком электрического заряда, магнитного момента или другой характеристики.

Апертура – диаметр отверстия, которое определяет ширину светового пучка в оптической системе. (Угловая апертура — угол между крайними лучами конического светового пучка, входящего в оптическую систему).

Аподизация – искусственное перераспределение интенсивности в дифракционном изображении точечного источника света.

Апостильб – это термин несистемной единицы яркости.

Апохромат – объектив, у которого после коррекции аберраций оптических систем остаточная хроматическая аберрация меньше, чем у ахромата.

Ареометр – это устройство-прибор для определения плотности жидкостей, действие которого основано на законе Архимеда.

Ассоциация молекул – образование в растворах относительно неустойчивых групп молекул, в которых молекулы связаны ван-дер-ваальсовыми и другими сравнительно слабыми силами.

Астеризм – размытие рефлексов на лауэграмме при деформации кристаллов.

Астигматизм – это аберрация оптической системы, при которой изображение точечного источника света представляет собой два взаимно перпендикулярных отрезка прямой линии, не лежащих в одной плоскости.

Атмосфера – газовая оболочка, окружающая Землю и некоторые другие планеты. (Нормальная атмосфера — внесистемная единица давления, равная 101325Па или 760мм. рт. ст. Стандартная атмосфера — международная условная атмосфера (1.), в которой распределение давления по высоте над поверхностью Земли рассчитано по барометрической формуле. Техническая атмосфера — единица давления в системе единицМКГСС.).

Атмосферики – электрические импульсы, создаваемые радиоволнами, которые излучаются при разрядах молний.

Атом – это наименьшая часть хим. элемента, которая является носителем его свойств. (Водородоподобный атом — атом, имеющий один электрон во внешней электронной оболочке. Возбуждённый атом — состояние атома, в котором он имеет большую энергию, чем в основном состоянии. Атом отдачи — атом, получивший при радиоактивном превращении его ядра кинетическую энергию, заметно превышающую энергию теплового движения частиц среды, в которой он находится.).

Атомизм – это учение о дискретном строении материи.

Ахромат – объектив, у которого хроматическая аберрация полностью устранена для двух длин волн света, а для остальных значительно уменьшена.

Аэродинамика – это раздел аэромеханики, изучающий законы движения газообразной среды и её взаимодействия с движущимися в ней твёрдыми телами.

Аэрозоль – дисперсная система, состоящая из мелких частиц, взвешенных в воздухе или в другом газе.

Аэромеханика – это раздел механики, изучающий равновесие и движение газообразных сред, и механическое воздействие этих сред на находящиеся в них твердые тела.

Аэростатика – это раздел аэромеханики, изучающий условия равновесия газов и действия неподвижных газов на покоящиеся в них твёрдые тела.

Б

База – это электрод полупроводникового прибора, обеспечивающий электрическую связь с областью между эмиттерным и коллекторным p-n-переходом.

Бар – внесистемная единица давления.

Барион – это элементарная частица с полуцелым спином и массой не меньше массы протона.

Барн – единица площади, применяемая для выражения эффективных сечений ядерных процессов.

Барограф – это самопишущий прибор для непрерывной записи атмосферного давления.

Бародиффузия – это диффузия, происходящая под действием давления или поля силы тяжести.

Барометр – это устройство для измерения атмосферного давления.

Батарея – собрание нескольких однотипных приборов или устройств, составляющих единую систему для совместного действия. (Аккумуляторная батарея — электрическая батарея, состоящая из электрических аккумуляторов. Конденсаторная батарея — батарея, составленная из электрических конденсаторов, соединённых последовательно или параллельно. Электрическая батарея — батарея, состоящая из источников электрического тока, соединённых последовательно или параллельно.).

Беккерель – это единица активности радиоактивного нуклида в СИ.

Бел – единица десятичного логарифма отношения значений двух одноимённых физических величин в СИ.

Бета-излучение – это поток β- частиц, испускаемых атомными ядрами при β- распаде.

Бета-распад (β- распад) – это радиоактивные превращения атомных ядер, а также свободного нейтрона в протон, в процессе которых ядра испускают электроны и антинейтрино либо позитроны и нейтрино.

Бета-спектрометр – прибор для регистрации распределения β- частиц по энергиям.

Бета-спектроскопия – исследование распределения β- частиц по энергиям.

Бетатрон – это циклический индукционный ускоритель, в котором электроны ускоряются вихревым электрическим полем, создаваемым переменным магнитным полем.

Бета-частица (β- частица) – электрон или позитрон, испускаемые атомными ядрами при их β- распаде.

Бизеркало – это устройство для получения когерентных пучков света, в котором свет от точечного источника отражается от двух зеркал, расположенных под углом, немного меньшим 180°С.

Билинза – это устройство для получения когерентных пучков света, в котором свет от точечного источника разделяется на два пучка с помощью двух слегка разведённых полулинз, полученных разрезанием одной собирательной линзы.

Бинокль – состоящий из двух зрительных труб оптический прибор для наблюдения удалённых предметов двумя глазами.

Био – это основная единица силы электрического тока в системе единиц СГСБ, размер которой устанавливается на основании закона Ампера при условии, что магнитная проницаемость является безразмерной величиной, равной 1 в случае вакуума.

Бипризма – прибор для получения когерентных пучков света, в котором свет от точечного источника разделяется на два пучка с помощью двух призм с малым преломляющим углом, соединённых своими основаниями.

Бозе-газ – это совокупность свободных бозонов.

Бозе-жидкость – квантовая жидкость, в которой квазичастицы являются бозонами.

Бозон – частица или квазичастица с нулевым или целочисленным спином.

Болометр – прибор для измерения энергии электромагнитного излучения, действие которого основано на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Брахистохрона – кривая, соединяющая две данные точки потенциального силового поля, двигаясь вдоль которой, материальная точка придёт из первой точки во вторую за кратчайшее время.

Бэр – биологический ЭКВИВАЛЕНТ рентгена.

Основные понятия и законы физики и свойства элементарных частиц материи

 
Доклад на Президиуме РАН 27 октября 2009 г.
Опубликован в книге Л. Б. Окуня «О движении материи»

1. Введение

1.1. Аннотация. Законы теории относительности и квантовой механики, согласно которым происходит движение и взаимодействие элементарных частиц материи, предопределяют формирование и появление закономерностей широчайшего круга явлений, изучаемых различными естественными науками. Эти законы лежат в основе современных высоких технологий и во многом определяют состояние и развитие нашей цивилизации. Поэтому знакомство с основами фундаментальной физики необходимо не только студентам, но и школьникам. Активное владение основными знаниями об устройстве мира необходимо вступающему в жизнь человеку для того чтобы найти своё место в этом мире и успешно продолжать обучение.

1.2. В чём основная трудность этого доклада. Он адресован одновременно и специалистам в области физики элементарных частиц, и гораздо более широкой аудитории: физикам, не занимающимся элементарным частицами, математикам, химикам, биологам, энергетикам, экономистам, философам, лингвистам,… Чтобы быть достаточно точным, я должен пользоваться терминами и формулами фундаментальной физики. Чтобы быть понятым, я должен постоянно пояснять эти термины и формулы. Если физика элементарных частиц не является Вашей специальностью, прочтите сначала только те разделы, заглавия которых не помечены звёздочками. Потом пытайтесь читать разделы с одной звёздочкой *, двумя **, и, наконец, тремя ***. О большинстве разделов без звёздочек я успел рассказать во время доклада, а на остальные не было времени.

1.3. Физика элементарных частиц. Физика элементарных частиц представляет собой фундамент всех естественных наук. Она изучает мельчайшие частицы материи и основные закономерности их движений и взаимодействий. В конечном счёте именно эти закономерности и определяют поведение всех объ ектов на Земле и на небе. Физика элементарных частиц имеет дело с такими фундаментальными понятиями как пространство и время; материя; энергия, импульс и масса; спин. (Большинство читателей имеют представление о пространстве и времени, возможно слышали о связи массы и энергии и не представляют при чём тут импульс, и вряд ли догадываются о важнейшей роли спина в физике. О том, что называть материей, не могут пока договориться между собой даже эксперты.) Физика элементарных частиц была создана в XX веке. Её создание неразрывно связано с созданием двух величайших теорий в истории человечества: теории относительности и квантовой механики. Ключевыми константами этих теорий являются скорость света c и константа Планка h.

1.4. Теория относительности. Специальная теория относительности, возникшая в начале XX века, завершила синтез целого ряда наук, изучавших такие классические явления, как электричество, магнетизм и оптика, создав механику при скоростях тел, сравнимых со скоростью света. (Классическая нерелятивистская механика Ньютона имела дело со скоростями v<<c.) Затем в 1915 г. была создана общая теория относительности, которая была призвана описать гравитационные взаимодействия, учитывая конечность скорости света c.

1.5. Квантовая механика. Квантовая механика, созданная в 1920-х годах, объяснила строение и свойства атомов, исходя из дуальных корпускулярно-волновых свойств электронов. Она объяснила огромный круг химических явлений, связанных с взаимодействием атомов и молекул. И позволила описать процессы испускания и поглощения ими света. Понять информацию, которую несёт нам свет Солнца и звёзд.

1.6. Квантовая теория поля. Объединение теории относительности и квантовой механики привело к созданию квантовой теории поля, позволяющей с высокой степенью точности описать важнейшие свойства материи. Квантовая теория поля, разумеется, слишком сложна, чтобы её можно было объяснить школьникам. Но в середине XX века в ней возник наглядный язык фейнмановских диаграмм, который радикально упрощает понимание многих аспектов квантовой теории поля. Одна из основных целей этого доклада — показать, как с помощью фейнмановских диаграмм можно просто понять широчайший круг явлений. При этом я буду более детально останавливаться на вопросах, которые известны далеко не всем экспертам по квантовой теории поля (например, о связи классической и квантовой гравитации), и лишь скупо очерчу вопросы, широко обсуждаемые в научно-популярной литературе.

1.7. Тождественность элементарных частиц. Элементарными частицами называют мельчайшие неделимые частицы материи, из которых построен весь мир. Самым удивительнейшим свойством, отличающим эти частицы от обычных не элементарных частиц, например, песчинок или бусинок, является то, что все элементарные частицы одного сорта, например, все электроны во Вселенной абсолютно(!) одинаковы — тождественны. А как следствие, тождественны друг другу и их простейшие связанные состояния — атомы и простейшие молекулы.

1.8. Шесть элементарных частиц. Чтобы понять основные процессы, происходящие на Земле и на Солнце, в первом приближении достаточно понимать процессы, в которых участвуют шесть частиц: электрон e, протон p, нейтрон n и электронное нейтрино νe, а также фотон γ и гравитон g̃. Первые четыре частицы имеют спин 1/2, спин фотона равен 1, а гравитона 2. (Частицы с целым спином называют бозонами, частицы с полуцелым спином называют фермионами. Более подробно о спине будет сказано ниже.) Протоны и нейтроны обычно называют нуклонами, поскольку из них построены атомные ядра, а ядро по-английски nucleus. Электрон и нейтрино называют лептонами. Они не обладают сильными ядерными взаимодействиями.

Из-за очень слабого взаимодействия гравитонов наблюдать отдельные гравитоны невозможно, но именно посредством этих частиц осуществляется в природе гравитация. Подобно тому, как посредством фотонов осуществляются электромагнитные взаимодействия.

1.9. Античастицы. У электрона, протона и нейтрона есть так называемые античастицы: позитрон, антипротон и антинейтрон. В состав обычного вещества они не входят, так как встречаясь с соответствующими частицами, вступают с ними в реакции взаимного уничтожения — аннигиляции. Так, электрон и позитрон аннигилируют в два или три фотона. Фотон и гравитон являются истинно нейтральными частицами: они совпадают со своими античастицами. Является ли истинно нейтральной частицей нейтрино, пока неизвестно.

1.10. Нуклоны и кварки. В середине XX века выяснилось, что сами нуклоны состоят из более элементарных частиц — кварков двух типов, которые обозначают u и d: p = uud, n = ddu. Взаимодействие между кварками осуществляется глюонами. Антинуклоны состоят из антикварков.

1.11. Три поколения фермионов. Наряду с u, d, e, νeбыли открыты и изучены две другие группы (или, как говорят, поколения) кварков и лептонов: c, s, μ, νμ и t, b, τ , ντ . В состав обычного вещества эти частицы не входят, так как они нестабильны и быстро распадаются на более лёгкие частицы первого поколения. Но они играли важную роль в первые мгновения существования Вселенной.

Для ещё более полного и глубокого понимания природы нужно ещё больше частиц с ещё более необычными свойствами. Но, возможно, в дальнейшем всё это разнообразие удастся свести к нескольким простым и прекрасным сущностям.

1.12. Адроны. Многочисленное семейство частиц, состоящих из кварков и/или антикварков и глюонов, называют адронами. Все адроны, за исключением нуклонов, нестабильны и поэтому в состав обычного вещества не входят.

Часто адроны тоже относят к элементарным частицам, поскольку их нельзя разбить на свободные кварки и глюоны. (Так поступил и я, отнеся протон и нейтрон к первым шести элементарным частицам.) Если все адроны считать элементарными, то число элементарных частиц будет измеряться сотнями.

1.13. Стандартная модель и четыре типа взаимодействий. Как будет разъяснено ниже, перечисленные выше элементарные частицы позволяют в рамках так называемой «Стандартной модели элементарных частиц» описать все известные до сих пор процессы, проистекающие в природе в результате гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий. Но для того чтобы понять, как работают первые два из них, достаточно четырёх частиц: фотона, гравитона, электрона и протона. При этом то, что протон состоит из u— и d-кварков и глюонов, оказывается несущественным. Конечно, без слабого и сильного взаимодействий нельзя понять, ни как устроены атомные ядра, ни как работает наше Солнце. Но как устроены атомные оболочки, определяющие все химические свойства элементов, как работает электричество и как устроены галактики, понять можно.

1.14. За пределами познанного. Мы уже сегодня знаем, что частицы и взаимодействия Стандартной модели не исчерпывают сокровищницы природы.

Установлено, что обычные атомы и ионы составляет лишь менее 20% всей материи во Вселенной, а более 80% составляет так называемая тёмная материя, природа которой пока неизвестна. Наиболее распространено мнение, что тёмная материя состоит из суперчастиц. Возможно, что она состоит из зеркальных частиц.

Ещё более поразительным является то, что вся материя, как видимая (светлая), так и тёмная, несёт в себе лишь четверть всей энергии Вселенной. Три четверти принадлежат так называемой тёмной энергии.

1.15. Элементарные частицы «e в степени» фундаментальны. Когда мой учитель Исаак Яковлевич Померанчук хотел подчеркнуть важность какого-либо вопроса, он говорил, что вопрос e в степени важен. Разумеется, большая часть естественных наук, а не только физика элементарных частиц, фундаментальны. Физика конденсированных сред, например, подчиняется фундаментальным законам, которыми можно пользоваться, не выясняя того, как они следуют из законов физики элементарных частиц. Но законы теории относительности и квантовой механики «e в степени фундаментальны» в том смысле, что им не может противоречить ни один из менее общих законов.

1.16. Основные законы. Все процессы в природе происходят в результате локальных взаимодействий и движений (распространений) элементарных частиц. Основные законы, управляющие этими движениями и взаимодействиями, очень необычны и очень просты. Они основаны на понятии симметрии и принципе, что всё, что не противоречит симметрии, может и должно происходить. Ниже мы, используя язык фейнмановских диаграмм, проследим, как это реализуется в гравитационном, электромагнитном, слабом и сильном взаимодействиях частиц.

2. Частицы и жизнь

2.1. О цивилизации и культуре. Иностранный член РАН Валентин Телегди (1922–2006) пояснял: «Если WC (ватерклозет) — это цивилизация, то умение пользоваться им — это культура».

Сотрудник ИТЭФ А. А. Абрикосов мл. написал мне недавно: «Одна из целей Вашего доклада — убедить высокую аудиторию в необходимости шире преподавать современную физику. Если так, то возможно, стоило бы привести несколько бытовых примеров. Я имею в виду следующее:

Мы живём в мире, который даже на бытовом уровне немыслим без квантовой механики (КМ) и теории относительности (ТО). Сотовые телефоны, компьютеры, вся современная электроника, не говоря про светодиодные фонари, полупроводниковые лазеры (включая указки), ЖК-дисплеи — это существенно квантовые приборы. Объяснить, как они работают, невозможно без основных понятий КМ. А как их объяснишь, не упоминая о туннелировании?

Второй пример, возможно, знаю от Вас. Спутниковые навигаторы стоят уже в каждой 10-й машине. Точность синхронизации часов в спутниковой сети не меньше, чем 10−8 (это отвечает погрешности порядка метра в локализации объекта на поверхности Земли). Подобная точность требует учитывать поправки ТО к ходу часов на движущемся спутнике. Говорят, инженеры не могли в это поверить, поэтому первые приборы имели двойную программу: с и без учёта поправок. Как выяснилось, первая программа работает лучше. Вот Вам проверка теории относительности на бытовом уровне.

Разумеется, болтать по телефону, ездить на автомобиле и стучать по клавишам компьютера можно и без высокой науки. Но едва ли академики должны призывать не учить географию, ибо «извозчики есть».

А то школьникам, а потом и студентам пять лет талдычат про материальные точки и галилеевскую относительность, и вдруг ни с того, ни с сего заявляют, что это «не совсем правда».

Перестроиться с наглядного ньютоновского мира на квантовый даже на физтехе трудно. Ваш, AAA».

2.2. О фундаментальной физике и образовании. К сожалению, современная система образования отстала от современной фундаментальной физики на целый век. И большинство людей (в том числе и большинство научных работников) не имеют представления о той удивительно ясной и простой картине (карте) мира, которую создала физика элементарных частиц. Эта карта даёт возможность гораздо легче ориентироваться во всех естественных науках. Цель моего доклада — убедить вас в том, что некоторые элементы (понятия) физики элементарных частиц, теории относительности и квантовой теории могут и должны стать основой преподавания всех естественнонаучных предметов не только в высшей, но и в средней и даже в начальной школе. Ведь фундаментально новые понятия легче всего осваиваются именно в детском возрасте. Ребёнок легко овладевает языком, осваивается с мобильным телефоном. Многие дети в считанные секунды возвращают кубик Рубика в исходное состояние, а мне и суток не хватит.

Чтобы в дальнейшем не было неприятных сюрпризов, закладывать адекватное мировосприятие надо в детском саду. Константы c и h должны стать для детей инструментами познания.

2.3. О математике. Математика — царица и служанка всех наук — безусловно должна служить основным инструментом познания. Она даёт такие основные понятия, как истина, красота, симметрия, порядок. Понятия о нуле и бесконечности. Математика учит думать и считать. Фундаментальная физика немыслима без математики. Образование немыслимо без математики. Конечно, изучать теорию групп в школе, может быть, и рано, но научить ценить истину, красоту, симметрию и порядок (а заодно и некоторый беспорядок) необходимо.

Очень важно понимание перехода от вещественных (реальных) чисел (простых, рациональных, иррациональных) к мнимым и комплексным. Изучать гиперкомплексные числа (кватернионы и октонионы) должны, наверное, только те студенты, которые хотят работать в области математики и теоретической физики. В своей работе я, например, никогда не использовал октонионы. Но я знаю, что они упрощают понимание самой многообещающей, по мнению многих физиков-теоретиков, исключительной группы симметрии E8.

2.4. О мировоззрении и естественных науках. Представление об основных законах, управляющих миром, необходимо во всех естественных науках. Конечно, физика твёрдого тела, химия, биология, науки о Земле, астрономия имеют свои специфические понятия, методы, проблемы. Но очень важно иметь общую карту мира и понимание того, что на этой карте есть много белых пятен неизведанного. Очень важно понимание того, что наука это не окостеневшая догма, а живой процесс приближения к истине во множестве точек карты мира. Приближение к истине — асимптотический процесс.

2.5. Об истинном и вульгарном редукционизме. Представление о том, что более сложные конструкции в природе состоят из менее сложных конструкций и, в конечном счёте, из простейших элементов, принято называть редукционизмом. В этом смысле то, в чём я пытаюсь Вас убедить, это редукционизм. Но абсолютно недопустим вульгарный редукционизм, претендующий на то, что все науки могут быть сведены к физике элементарных частиц. На каждом всё более высоком уровне сложности формируются и возникают (emerge) свои закономерности. Чтобы быть хорошим биологом, знать физику элементарных частиц не нужно. Но понимать её место и роль в системе наук, понимать узловую роль констант c и h необходимо. Ведь наука в целом это — единый организм.

2.6. О гуманитарных и общественных науках. Общее представление об устройстве мира очень важно и для экономики, и для истории, и для когнитивных наук, таких, как науки о языке, и для философии. И наоборот — эти науки крайне важны для самой фундаментальной физики, которая постоянно уточняет свои основополагающие понятия. Это будет видно из рассмотрения теории относительности, к которому я сейчас перейду. Особо скажу о науках юридических, исключительно важных для процветания (не говоря уже о выживании) естественных наук. Я убеждён в том, что общественные законы не должны противоречить фундаментальным законам природы. Законы человеческие не должны противоречить Божественным Законам Природы.

2.7. Микро-, Макро-, Космо-. Наш обычный мир больших, но не гигантских, вещей принято называть макромиром. Мир небесных объектов можно назвать космомиром, а мир атомных и субатомных частиц называют микромиром. (Поскольку размеры атомов порядка 10−10 м, то под микромиром подразумевают объекты как минимум на 4, а то и на 10 порядков меньшие, чем микрометр, и на 1–7 порядков меньшие, чем нанометр. Модная область нано расположена по дороге от микро к макро.) В XX веке была построена так называемая Стандартная модель элементарных частиц, которая позволяет просто и наглядно понимать многие закономерности макро и космо на основе закономерностей микро.

2.8. Наши модели. Модели в теоретической физике строятся путём отбрасывания несущественных обстоятельств. Так, например, в атомной и ядерной физике гравитационные взаимодействия частиц пренебрежимо малы, и их можно не принимать во внимание. Такая модель мира вписывается в специальную теорию относительности. В этой модели есть атомы, молекулы, конденсированные тела,… ускорители и коллайдеры, но нет Солнца и звёзд.

Такая модель наверняка будет неправильна на очень больших масштабах, где существенна гравитация.

Конечно, для существования ЦЕРН необходимо существование Земли (и, следовательно, гравитации), но для понимания подавляющего большинства экспериментов, ведущихся в ЦЕРН (кроме поисков на коллайдере микроскопических «чёрных дырочек»), гравитация несущественна.

2.9. Порядки величин. Одна из трудностей в понимании свойств элементарных частиц связана с тем, что они очень маленькие и их очень много. В ложке воды огромное количество атомов (порядка 1023). Не намного меньше и число звёзд в видимой части Вселенной. Больших чисел не надо бояться. Ведь обращаться с ними несложно, так как умножение чисел сводится в основном к сложению их порядков: 1 = 100, 10 = 101, 100 = 102. Умножим 10 на 100, получим 101+2 = 103 = 1000.

2.10. Капля масла. Если каплю масла объёмом 1 миллилитр капнуть на поверхность воды, то она расплывётся в радужное пятно площадью порядка нескольких квадратных метров и толщиной порядка сотни нанометров. Это всего на три порядка больше размера атома. А толщина плёнки мыльного пузыря в самых тонких местах порядка размеров молекул.

2.11. Джоули. Обычная батарейка АА имеет напряжение 1,5 вольта (В) и содержит запас электрической энергии 104 джоулей (Дж). Напомню, что 1 Дж = 1 кулон × 1 В, а также, что 1 Дж = кг м22 и что ускорение земного притяжения примерно 10 м/с2. Так что 1 джоуль позволяет поднять 1 килограмм на высоту 10 см, а 104 Дж поднимут 100 кг на 10 метров. Столько энергии потребляет лифт, чтобы поднять школьника на десятый этаж. Вот сколько энергии в батарейке.

2.12. Электронвольты. Единицей энергии в физике элементарных частиц является электронвольт (эВ): энергию 1 эВ приобретает 1 электрон, прошедший разность потенциалов 1 вольт. Поскольку в одном кулоне 6,24 · 1018 электронов, то 1 Дж= 6,24 ·× 1018 эВ.

1 кэВ =103 эВ, 1 МэВ =106 эВ, 1 ГэВ =109 эВ, 1 ТэВ =1012 эВ.

Напомню, что энергия одного протона в Большом адронном коллайдере ЦЕРН должна быть равна 7 ТэВ.

3. О теории относительности

3.1. Системы отсчёта. Все наши опыты мы описываем в тех или иных системах отсчёта. Системой отсчёта может быть лаборатория, поезд, спутник Земли, центр галактики… . Системой отсчёта может быть и любая частица, летящая, например, в ускорителе частиц. Так как все эти системы движутся друг относительно друга, то не все опыты будут в них выглядеть одинаково. Кроме того, в них различно и гравитационное воздействие ближайших массивных тел. Именно учёт этих различий составляет основное содержание теории относительности.

3.2. Корабль Галилея. Галилей сформулировал принцип относительности, красочно описав всевозможные опыты в каюте плавно плывущего корабля. Если окна занавешены, невозможно с помощью этих опытов выяснить, с какой скоростью движется корабль и не стоит ли он. Эйнштейн добавил в эту каюту опыты с конечной скоростью света. Если не смотреть в окно, узнать скорость корабля нельзя. Но если посмотреть на берег, то можно.

3.3. Далёкие звёзды*. Разумно выделить такую систему отсчёта, относительно которой люди могли бы формулировать результаты своих опытов, независимо от того, где они находятся. За такую универсальную систему отсчёта уже давно принимают систему, в которой неподвижны далёкие звёзды. А сравнительно недавно (полвека тому назад) были открыты ещё более далёкие квазары и выяснилось, что в этой системе должен быть изотропен реликтовый микроволновой фон.

3.4. В поисках универсальной системы отсчёта*. По существу, вся история астрономии — это продвижение ко всё более универсальной системе отсчёта. От антропоцентрической, где в центре человек, к геоцентрической, где в центре покоящаяся Земля (Птолемей, 87–165), к гелиоцентрической, где в центре покоится Солнце (Коперник, 1473–1543), к галацентрической, где покоится центр нашей Галактики, к небулярной, где покоится система туманностей — скоплений галактик, к фоновой, где изотропен космический микроволновой фон. Существенно, однако, что скорости этих систем отсчёта малы по сравнению со скоростью света.

3.5. Коперник, Кеплер, Галилей, Ньютон*. В книге Николая Коперника «О вращениях небесных сфер», вышедшей в 1543 г., говорится: «Все замечаемые у Солнца движения не свойственны ему, но принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета; таким образом, Земля имеет несколько движений. Кажущиеся прямые и обратные движения планет принадлежат не им, но Земле. Таким образом, одно это её движение достаточно для объяснения большого числа видимых в небе неравномерностей».

Коперник и Кеплер (1571–1630) дали простое феноменологическое описание кинематики этих движений. Галилей (1564–1642) и Ньютон (1643–1727) объяснили их динамику.

3.6. Универсальные пространство и время*. Пространственные координаты и время, отнесённые к универсальной системе отсчёта, можно назвать универсальными или абсолютными в полнейшей гармонии с теорией относительности. Важно подчеркнуть только, что выбор этой системы производится и согласовывается локальными наблюдателями. Любая система отсчёта, поступательно движущаяся относительно универсальной системы, является инерциальной: в ней свободное движение равномерно и прямолинейно.

3.7. «Теория инвариантности»*. Заметим, что и Альберт Эйнштейн (1879–1955), и Макс Планк (1858–1947) (который ввёл в 1907 г. термин «теория относительности», назвав им теорию, выдвинутую Эйнштейном в 1905 г.) считали, что термин «теория инвариантности» мог бы более точно отражать ее суть. Но, по-видимому, в начале XX века важней было подчеркнуть относительность таких понятий, как время и одновременность в равноправных инерциальных системах отсчёта, чем выделять одну из этих систем. Важней было, что при занавешенных окнах каюты Галилея выяснить скорость корабля нельзя. Но сейчас пришла пора раздвинуть шторы и посмотреть на берег. При этом, разумеется, все закономерности, установленные при закрытых шторах, останутся незыблемыми.

3.8. Письмо Чиммеру*. В 1921 г. Эйнштейн в письме Э. Чиммеру — автору книги «Философские письма» написал: «Что касается термина «теория относительности», то я признаю, что он неудачен и приводит к философским недоразумениям». Но менять его, по мнению Эйнштейна, уже поздно, в частности, потому, что он широко распространён. Это письмо опубликовано в вышедшем осенью 2009 г. 12 томе 25-томного «Собрания трудов Эйнштейна», издаваемого в Принстоне.

3.9. Максимальная скорость в природе. Ключевой константой теории относительности является скорость света c = 300 000 км/с= 3 × 108 м/с. (Более точно, c = 299 792 458 м/с. И это число лежит теперь в основе определения метра.) Эта скорость является максимальной скоростью распространения любых сигналов в природе. Она на много порядков величин превышает скорости массивных объектов, с которыми мы имеем дело каждодневно. Именно её непривычно большая величина мешает пониманию основного содержания теории относительности. Частицы, движущиеся со скоростями порядка скорости света, называют релятивистскими.

3.10. Энергия, импульс и скорость. Свободное движение частицы характеризуется энергией частицы E и её импульсом p. Согласно теории относительности, скорость частицы v определяется формулой

Одна из основных причин терминологической путаницы, о которой говорится в разд. 3.14, заключается в том, что при создании теории относительности пытались сохранить ньютоновскую связь между импульсом и скоростью p = mv, что противоречит теории относительности.

3.11. Масса. Масса частицы m определяется формулой

В то время как энергия и импульс частицы зависят от системы отсчёта, величина её массы m от системы отсчёта не зависит. Она является инвариантом. Формулы (1) и (2) являются основными в теории относительности.

Как ни странно, первая монография по теории относительности, в которой появилась формула (2), вышла только в 1941 г. Это была «Теории поля» Л. Ландау (1908–1968) и Е. Лифшица (1915–1985). Ни в одном из трудов Эйнштейна я её не нашёл. Нет её и в замечательной книге «Теория относительности» В. Паули (1900–1958), вышедшей в 1921 г. Но релятивистское волновое уравнение, содержащее эту формулу, было в вышедшей в 1930 г. книге «Принципы квантовой механики» П. Дирака (1902–1984), а еще раньше в статьях 1926 г. О. Клейна (1894– 1977) и В. Фока (1898–1974).

3.12. Безмассовый фотон. Если масса частицы равна нулю, т. е. частица является безмассовой, то из формул (1) и (2) следует, что в любой системе отсчета ее скорость равна c. Поскольку масса частицы света — фотона — настолько мала, что ее не удается обнаружить, то принято считать, что она равна нулю и что c — это скорость света.

3.13. Энергия покоя. Если же масса частицы отлична от нуля, то рассмотрим систему отсчёта, в которой свободная частица покоится и у неё v = 0, p = 0. Такую систему отсчёта называют системой покоя частицы, а энергию частицы в этой системе называют энергией покоя и обозначают E0. Из формулы (2) следует, что

Эта формула выражает соотношение между энергией покоя массивной частицы и её массой, открытое Эйнштейном в 1905 г.

3.14. «Самая знаменитая формула». К сожалению, очень часто формулу Эйнштейна записывают в виде «самой знаменитой формулы E = mc2», опуская нулевой индекс у энергии покоя, что приводит к многочисленным недоразумениям и путанице. Ведь эта «знаменитая формула» отождествляет энергию и массу, что противоречит теории относительности вообще и формуле (2) в частности. Из неё вытекает широко распространённое заблуждение, что масса тела, согласно теории относительности, якобы растёт с ростом его скорости. В последние годы Российская академия образования много сделала для того, чтобы рассеять это заблуждение.

3.15. Единица скорости*. В теории относительности, имеющей дело со скоростями, сравнимыми со скоростью света, естественно выбрать c в качестве единицы скорости. Такой выбор упрощает все формулы, поскольку c/c = 1, и в них следует положить c = 1. При этом скорость становится безразмерной величиной, расстояние имеет размерность времени, а масса имеет размерность энергии.

В физике элементарных частиц массы частиц обычно измеряют в электронвольтах — эВ и их производных (см разд. 2.14). Масса электрона порядка 0,5 МэВ, масса протона порядка 1 ГэВ, масса самого тяжёлого кварка порядка 170 ГэВ, а массы нейтрино порядка долей эВ.

3.16. Астрономические расстояния*. В астрономии расстояния измеряют световыми годами. Размеры видимой части Вселенной порядка 14 миллиардов световых лет. Это число производит ещё более сильное впечатление, если сравнить его со временем 10−24 с, за которое свет проходит расстояние порядка размера протона. И во всём этом колоссальном диапазоне работает теория относительности.

3.17. Мир Минковского. В 1908 г. за несколько месяцев до своей безвременной смерти Герман Минковский (1864–1909) пророчески сказал: «Воззрения на пространство и время, которые я намерен перед вами развить, возникли на экспериментально-физической основе. В этом их сила. Их тенденция радикальна. Отныне пространство само по себе и время само по себе должны обратиться в фикции, и лишь некоторый вид соединения обоих должен еще сохранить самостоятельность».

Спустя столетие мы знаем, что время и пространство не превратились в фикции, но идея Минковского позволила очень просто описать движения и взаимодействия частиц материи.

3.18. Четырёхмерный мир*. В единицах, в которых c = 1, особенно красиво выглядит представление о мире Минковского, который объединяет время и трёхмерное пространство в единый четырёхмерный мир. Энергия и импульс объединяются при этом в единый четырёхмерный вектор, а масса в соответствии с уравнением (2) служит псевдоевклидовой длиной этого 4-вектора энергии-импульса p = Ep:

Четырёхмерную траекторию в мире Минковского называют мировой линией, а отдельные точки — мировыми точками.

3.19. Зависимость хода часов от их скорости**. Многочисленные наблюдения указывают на то, что часы идут быстрее всего, когда они покоятся относительно инерциальной системы. Финитное движение в инерциальной системе отсчёта замедляет их ход. Чем быстрей они перемещаются в пространстве, тем медленнее идут во времени. Замедление это абсолютное в универсальной системе отсчёта (см. разд. 3.1–3.8). Его мерой является отношение E/m, которое часто обозначают буквой γ.

3.20. Мюоны в кольцевом ускорителе и в покое**. В существовании этого замедления нагляднее всего можно убедиться, сравнивая времена жизни покоящегося мюона и мюона, вращающегося в кольцевом ускорителе. То обстоятельство, что в ускорителе мюон движется не вполне свободно, а имеет центростремительное ускорение ω2R, где ω — радиальная частота обращения, а R — радиус орбиты, даёт лишь пренебрежимо малую поправку, поскольку E/ω2R = ER >> 1. Движение по окружности, а не по прямой, абсолютно существенно для непосредственного сопоставления вращающегося мюона с покоящимся. Но в том, что касается темпа старения движущегося мюона, дуга окружности достаточно большого радиуса неотличима от прямой. Этот темп определяются отношением E/m. (Подчеркну, что согласно специальной теории относительности, система отсчёта, в которой покоится вращающийся мюон, не инерциальна.)

3.21. Дуга и хорда**. С точки зрения наблюдателя, по- коящегося в инерциальной системе отсчёта, дуга окружности достаточно большого радиуса и её хорда практически неотличимы: движение по дуге почти инерциально. С точки же зрения наблюдателя, покоящегося относительно мюона, летящего по окружности, его движение существенно не инерциально. Ведь его скорость меняет знак за пол-оборота. (Для движущегося наблюдателя далёкие звёзды отнюдь не неподвижны. Вся Вселенная для него асимметрична: звёзды впереди синие, а позади красные. В то время как для нас все они одинаковые — золотистые, потому что скорость солнечной системы мала.) А неинерциальность этого наблюдателя проявляется в том, что созвездия впереди и сзади меняются по мере движения мюона в кольцевом ускорителе. Мы не можем считать покоящегося и движущегося наблюдателей эквивалентными, поскольку первый не испытывает никакого ускорения, а второй, чтобы вернуться к месту встречи, должен испытывать его.

3.22. ОТО**. Физики-теоретики, привыкшие к языку Общей теории относительности (ОТО), настаивают на том, что все системы отсчёта равноправны. Не только инерциальные, но и ускоренные. Что пространство-время само по себе — кривое. При этом гравитационное взаимодействие перестаёт быть таким же физическим взаимодействием, как электромагнитное, слабое и сильное, а становится исключительным проявлением кривого пространства. В результате вся физика для них оказывается как бы расколотой на две части. Если же исходить из того, что ускорение всегда обусловлено взаимодействием, что оно не относительно, а абсолютно, то физика становится единой и простой.

3.23. «Ленком». Употребление слов «относительность» и «релятивизм» в отношении скорости света напоминает название театра «Ленком» или газеты «Московский комсомолец», лишь генеалогически связанных с комсомолом. Таковы языковые парадоксы. Скорость света в пустоте не относительна. Она абсолютна. Просто физикам нужна помощь лингвистов.

4. О квантовой теории

4.1. Константа Планка. Если в теории относительности ключевой константой является скорость света c, то в квантовой механике ключевой является константа h = 6,63·10−34 Дж· c, открытая Максом Планком в 1900 г. Физический смысл этой константы станет ясен из последующего изложения. Большей частью в формулах квантовой механики фигурирует так называемая приведённая константа Планка:

ħ = h/2π = 1,05·10−34 Дж × c = 6,58·10−22 МэВ·c.

Во многих явлениях важную роль играет величина ħc = 1,97·10−11 МэВ·см.

4.2. Спин электрона. Начнём с широко известного наивного сравнения атома с планетной системой. Планеты вращаются вокруг Солнца и вокруг собственной оси. Подобно этому, электроны вращаются вокруг ядра и вокруг собственной оси. Вращение электрона по орбите характеризуют орбитальным угловым импульсом L (его часто и не вполне правильно называют орбитальным угловым моментом). Вращение электрона вокруг собственной оси характеризуют собственным угловым импульсом — спином S. Оказалось, что у всех электронов в мире спин равен (1/2)ħ. Для сравнения отметим, что «спин» Земли равен 6·1033 м2·кг/c = 6·1067ħ.

4.3. Атом водорода. На самом деле атом это не планетная система, а электрон не обычная частица, движущаяся по орбите. Электрон, как и все другие элементарные частицы, вовсе не является частицей в том житейском смысле этого слова, который подразумевает, что частица должна двигаться по определённой траектории. В простейшем атоме — атоме водорода, если он находится в своём основном состоянии, т. е. не возбуждён, электрон напоминает скорее сферическое облачко радиусом порядка 0,5·10−10 м. По мере возбуждения атома, электрон переходит во все более высокие состояния, имеющие всё больший размер.

4.4. Квантовые числа электронов. Без учёта спина движение электрона в атоме характеризуют двумя квантовыми числами: главным квантовым числом n и орбитальным квантовым числом l, причём n ≥ l. Если l = 0, то электрон представляет собой сферически симметричное облако. Чем больше n, тем больше размер этого облака. Чем больше l, тем больше движение электрона похоже на движение классической частицы по орбите. Энергия связи электрона, находящегося в атоме водорода на оболочке с квантовым числом n, равна

где α = e2/ħc ≈ 1/137, a e — заряд электрона.

4.5. Многоэлектронные атомы. Спин играет ключевую роль при заполнении электронных оболочек многоэлектронных атомов. Дело в том, что два электрона с одинаково направленным собственным вращением (одинаково направленными спинами) не могут находиться на одной оболочке с данными значениями n и l. Это запрещено так называемым принципом Паули (1900–1958). По существу, принцип Паули определяет периоды Периодической таблицы элементов Менделеева (1834–1907).

4.6. Бозоны и фермионы. Все элементарные частицы обладают спином. Так, спин фотона равен 1 в единицах ħ, спин гравитона равен 2. Частицы с целым спином в единицах ħ получили название бозонов. Частицы с полуцелым спином называют фермионами. Бозоны — коллективисты: «они стремятся все жить в одной комнате», находиться в одном квантовом состоянии. На этом свойстве фотонов основан лазер: все фотоны в лазерном пучке имеют строго одинаковые импульсы. Фермионы же индивидуалисты: «каждому из них нужна отдельная квартира». Это свойство электронов определяет закономерности заполнения электронных оболочек атомов.

4.7. «Квантовые кентавры». Элементарные частицы это как бы квантовые кентавры: получастицы — полуволны. Благодаря своим волновым свойствам квантовые кентавры, в отличие от классических частиц, могут проходить сразу через две щели, создавая в результате интерференционную картину на стоящем позади экране. Все попытки уложить квантовых кентавров в прокрустово ложе понятий классической физики оказались бесплодными.

4.8. Соотношения неопределённости. Константа ħ определяет особенности не только вращательного, но и поступательного движения элементарных частиц. Неопределённости положения и импульса частицы должны удовлетворять так называемым соотношениям неопределённости Гейзенберга (1901–1976), типа

Аналогичное соотношение существует для энергии и времени:

4.9. Квантовая механика. И квантование спина, и соотношения неопределённости являются частными проявлениями общих закономерностей квантовой механики, созданной в 20-х годах XX века. Согласно квантовой механике, любая элементарная частица, например, электрон, это одновременно и элементарная частица, и элементарная (одночастичная) волна. Причём, в отличие от обычной волны, которая является периодическим движением колоссального числа частиц, элементарная волна — это новый, неизвестный ранее вид движения индивидуальной частицы. Элементарная длина волны λ частицы с импульсом p равна λ = h/|p|, а элементарная частота ν, отвечающая энергии E, равна ν = E/h.

4.10. Квантовая теория поля. Итак, сначала мы были вынуждены признать, что частицы могут быть сколь угодно лёгкими и даже безмассовыми, и что их скорости не могут превышать c. Потом мы были вынуждены признать, что частицы вовсе не частицы, а своеобразные гибриды частиц и волн, поведение которых объединяется квантом h. Объединение теории относительности и квантовой механики было произведено Дираком (1902–1984) в 1930 г. и привело к созданию теории, которая получила название квантовая теория поля. Именно эта теория описывает основные свойства материи.

4.11. Единицы, в которых c, ħ = 1. В дальнейшем мы, как правило, будем пользоваться такими единицами, в которых за единицу скорости принята c, а за единицу углового импульса (действия) — ħ. В этих единицах все формулы существенно упрощаются. В них, в частности, размерности энергии, массы и частоты одинаковы. Эти единицы приняты в физике высоких энергий, поскольку в ней существенны квантовые и релятивистские явления. В тех случаях, когда надо подчеркнуть квантовый характер того или иного явления, мы будем явно выписывать ħ. Аналогично будем поступать и с c.

4.12. Эйнштейн и квантовая механика*. Эйнштейн, в известном смысле породив квантовую механику, не примирился с ней. И до конца жизни пытался построить «единую теорию всего» на основе классической теории поля, игнорируя ħ. Эйнштейн верил в классический детерминизм и в недопустимость случайности. Он повторял о Боге: «Он не играет в кости». И не мог примириться с тем, что мгновение распада индивидуальной частицы в принципе предсказать нельзя, хотя среднее время жизни того или иного типа частиц предсказывается в рамках квантовой механики с беспрецедентной точностью. К сожалению, его пристрастия определили взгляды очень многих людей.

5. Диаграммы Фейнмана

5.1. Простейшая диаграмма. Взаимодействия частиц удобно рассматривать с помощью диаграмм, предложенных Ричардом Фейнманом (1918–1988) в 1949 г. На рис. 1 приведена простейшая диаграмма Фейнмана, описывающая взаимодействие электрона и протона путём обмена фотоном.

Стрелки на рисунке указывают направление течения времени для каждой частицы.

5.2. Реальные частицы. Каждому процесс отвечает одна или несколько диаграмм Фейнмана. Внешним линиям на диаграмме соответствуют входящие (до взаимодействия) и выходящие (после взаимодействия) частицы, которые свободны. Их 4-импульсы p удовлетворяют уравнению

Их называют реальными частицами и говорят, что они находятся на массовой поверхности.

5.3. Виртуальные частицы. Внутренние линии диаграмм соответствуют частицам, находящимся в виртуальном состоянии. Для них

Их называют виртуальными частицами и говорят, что они находятся вне массовой поверхности. Распространение виртуальной частицы описывается математической величиной, которую называют пропагатором.

Эта общепринятая терминология может натолкнуть новичка на мысль, что виртуальные частицы менее материальны, чем реальные частицы. В действительности же они в равной степени материальны, но реальные частицы мы воспринимаем как вещество и излучение, а виртуальные — в основном как силовые поля, хотя это различие в значительной степени условно. Важно, что одна и та же частица, например, фотон или электрон, может быть реальной в одних условиях и виртуальной — в других.

5.4. Вершины. Вершины диаграммы описывают локальные акты элементарных взаимодействий между частицами. В каждой вершине 4-импульс сохраняется. Легко видеть, что если в одной вершине встречаются три линии стабильных частиц, то по крайней мере одна из них должна быть виртуальной, т. е. должна находиться вне массовой поверхности: «Боливару не снести троих». (Например, свободный электрон не может испустить свободный фотон и остаться при этом свободным электроном.)

Две реальные частицы взаимодействуют на расстоянии, обмениваясь одной или несколькими виртуальными частицами.

5.5. Распространение. Если о реальных частицах говорят, что они движутся, то о виртуальных частицах говорят, что они распространяются (propagate). Термин «распространение» подчёркивает то обстоятельство, что у виртуальной частицы может быть много траекторий, и может быть, что ни одна из них не является классической, как у виртуального фотона с нулевой энергией и ненулевым импульсом, описывающим статическое кулоновское взаимодействие.

5.6. Античастицы. Замечательным свойством фейнмановских диаграмм является то, что они единым образом описывают как частицы, так и соответствующие античастицы. При этом античастица выглядит, как частица, движущаяся вспять по времени. На рис. 2 приведена диаграмма, изображающая рождение протона и антипротона при аннигиляции электрона и позитрона.

Движение вспять по времени в равной мере применимо и к фермионам, и к бозонам. Оно делает ненужной интерпретацию позитронов как незаполненных состояний в море электронов с отрицательной энергией, к которой прибег Дирак, когда в 1930 г. ввёл понятие античастицы.

5.7. Швингер и диаграммы Фейнмана. Швингер (1918–1994), которому вычислительные трудности были нипочём, диаграмм Фейнмана не любил и несколько свысока писал о них: «Как компьютерный чип в более недавние годы, диаграмма Фейнмана несла вычисления в массы». К сожалению, до самых широких масс, в отличие от чипа, диаграммы Фейнмана не дошли.

5.8. Фейнман и диаграммы Фейнмана. По непонятным причинам диаграммы Фейнмана не дошли даже до знаменитых «Фейнмановских лекций по физике». Я убежден в том, что их необходимо довести до учеников средней школы, объясняя им основные идеи физики элементарных частиц. Это самый простой взгляд на микромир и на мир в целом. Если школьник владеет понятием потенциальной энергии (например, законом Ньютона, или законом Кулона), то диаграммы Фейнмана позволяют ему получать выражение для этой потенциальной энергии.

5.9. Виртуальные частицы и физические силовые поля. Фейнмановские диаграммы — это наиболее простой язык квантовой теории поля. (По крайней мере в тех случаях, когда взаимодействие не очень сильное и можно пользоваться теорией возмущений.) В большинстве книг по квантовой теории поля частицы рассматриваются как квантовые возбуждения полей, что требует знакомства с формализмом вторичного квантования. На языке же диаграмм Фейнмана поля заменяются виртуальными частицами.

Элементарные частицы обладают и корпускулярными, и волновыми свойствами. Причём в реальном состоянии они являются частицами материи, а в виртуальном состоянии они же являются переносчиками сил между материальными объектами. После введения виртуальных частиц понятие силы становится ненужным, а с понятием поля, если с ним не было знакомства раньше, возможно, следует знакомиться после того, как освоено понятие виртуальной частицы.

5.10. Элементарные взаимодействия*. Элементарные акты испускания и поглощения виртуальных частиц (вершины) характеризуются такими константами взаимодействия, как электрический заряд e в случае фотона, слабые заряды e/sin θW в случае W-бозона и e/sin θW cos θW в случае Z-бозона (где θW — угол Вайнберга), цветовой заряд g в случае глюонов, и величина √G в случае гравитона, где G — константа Ньютона. (См. гл. 6–10.) Электромагнитное взаимодействие рассмотрено ниже в гл. 7. Слабое взаимодействие — в гл. 8. Сильное — в гл. 9.

А начнём мы в следующей гл. 6 с гравитационного взаимодействия.

6. Гравитационное взаимодействие

6.1. Гравитоны. Я начну с частиц, которые пока не открыты и наверняка не будут открыты в обозримом будущем. Это частицы гравитационного поля — гравитоны. Не открыты пока не только гравитоны, но и гравитационные волны (и это в то время, как электромагнитные волны буквально пронизывают нашу жизнь). Это обусловлено тем, что при низких энергиях гравитационное взаимодействие очень слабо. Как мы увидим, теория гравитонов позволяет понять все известные свойства гравитационного взаимодействия.

6.2. Обмен гравитонами. На языке диаграмм Фейнмана гравитационное взаимодействие двух тел осуществляется обменом виртуальными гравитонами между составляющими эти тела элементарными частицами. На рис. 3 гравитон испускается частицей с 4-импульсом p1 и поглощается другой частицей с 4-импульсом p2. В силу сохранения 4-импульса, q=p1 − p′1=p′2−p2, где q — 4-импульс гравитона.

Распространение виртуального гравитона (ему, как и любой виртуальной частице, отвечает пропагатор) изображено на рисунке пружинкой.

6.3. Атом водорода в гравитационном поле Земли. На рис. 4 изображена сумма диаграмм, на которых атом водорода с 4-импульсом p1 обменивается гравитонами со всеми атомами Земли, обладающими суммарным 4-импульсом p2. И в этом случае q = p1 − p′1 = p′2 − p2, где q — суммарный 4-импульс виртуальных гравитонов.

6.4. О массе атома. В дальнейшем при рассмотрении гравитационного взаимодействия мы будем пренебрегать массой электрона по сравнению с массой протона, а также пренебрегать разностью масс протона и нейтрона и энергией связи нуклонов в атомных ядрах. Так что масса атома это примерно сумма масс нуклонов в атомном ядре.

6.5. Коэффициент усиления*. Число нуклонов Земли NE ≈ 3,6·1051 равно произведению числа нуклонов в одном грамме земного вещества, т. е. числа Авогадро NA ≈ 6·1023, на массу Земли в граммах ≈ 6·1027. Поэтому диаграмма рис. 4 представляет собой сумму 3,6·1051 диаграмм рис. 3, что отмечено утолщением линий Земли и виртуальных гравитонов на рис. 4. Кроме того, «гравитонная пружина», в отличие от пропагатора одного гравитона, сделана на рис. 4 серой. Она как бы содержит 3,6·1051 гравитонов.

6.6. Яблоко Ньютона в гравитационном поле Земли. На рис. 5 все атомы яблока, обладающие суммарным 4-импульсом p1, взаимодействуют со всеми атомами Земли, обладающими суммарным 4-импульсом p2.

6.7. Число диаграмм*. Напомню, что один грамм обычного вещества содержит NA = 6·1023 нуклонов. Число нуклонов в 100-граммовом яблоке Na = 100NA = 6·1025. Масса Земли 6·1027 г, и следовательно, число нуклонов Земли NE = 3,6 · 1051. Разумеется, утолщение линий на рис. 5 ни в какой мере не отвечает огромному числу нуклонов яблока Na, нуклонов Земли NE и гораздо большему, просто фантастическому числу фейнмановских диаграмм Nd = Na NE = 2,2·1077. Ведь каждый нуклон яблока взаимодействует с каждым нуклоном Земли. Чтобы подчеркнуть колоссальное число диаграмм, пружина на рис. 5 сделана темной.

Хотя взаимодействие гравитона с отдельной элементарной частицей очень мало, сумма диаграмм для всех нуклонов Земли создаёт значительное притяжение, которое мы ощущаем. Универсальная гравитация притягивает Луну к Земле, их обеих к Солнцу, все звёзды в нашей Галактике и все галактики друг к другу.

6.8. Фейнмановская амплитуда и её фурье-образ***.

Фейнмановской диаграмме гравитационного взаимодействия двух медленных тел с массами m1 и m2 соответствует фейнмановская амплитуда

где G — константа Ньютона, a q — 3-импульс, переносимый виртуальными гравитонами. (Величина 1/q2, где q — 4-импульс, называется гравитонным пропагатором. В случае медленных тел энергия практически не передается и потому q2 = −q2.)

Чтобы перейти от импульсного пространства к конфигурационному (координатному), надо взять фурье-образ амплитуды A(q)

Величина A(r) даёт потенциальную энергию гравитационного взаимодействия нерелятивистских частиц и определяет движение релятивистской частицы в статическом гравитационном поле.

6.9. Потенциал Ньютона*. Потенциальная энергия двух тел с массой m1 и m2 равна

где G — константа Ньютона, a r — расстояние между телами.

Эта энергия заключена в «пружине» виртуальных гравитонов на рис. 5. Взаимодействие, потенциал которого спадает как 1/r, называется дальнодействующим. Используя фурье-преобразование, можно увидеть, что гравитация — дальнодействующая, потому что гравитон безмассов.

6.10. Потенциал типа потенциала Юкавы**. Действительно, если бы гравитон имел ненулевую массу m, то фейнмановская амплитуда для обмена им имела бы вид

и ей отвечал бы потенциал типа потенциала Юкавы с радиусом действия r ≈ 1/m:

6.11. О потенциальной энергии**. В нерелятивистской механике Ньютона кинетическая энергия частицы зависит от её скорости (импульса), а потенциальная только от её координат, т. е. от положения в пространстве. В релятивистской механике сохранить такое требование нельзя, поскольку само взаимодействие частиц зачастую зависит от их скоростей (импульсов) и, следовательно, от кинетической энергии. Однако для обычных, достаточно слабых гравитационных полей изменение кинетической энергии частицы мало по сравнению с её полной энергией, и поэтому этим изменением можно пренебречь. Полную энергию нерелятивистской частицы в слабом гравитационном поле можно записать в виде ε = Ekin + E0 + U.

6.12. Универсальность гравитации. В отличие от всех других взаимодействий, гравитация обладает замечательным свойством универсальности. Взаимодействие гравитона с любой частицей не зависит от свойств этой частицы, а зависит только от величины энергии, которой частица обладает. Если эта частица медленная, то её энергия покоя E0 = mc2, заключённая в её массе, намного превышает её кинетическую энергию. И потому её гравитационное взаимодействие пропорционально её массе. Но для достаточно быстрой частицы её кинетическая энергия намного больше её массы. В этом случае её гравитационное взаимодействие от массы практически не зависит и пропорционально её кинетической энергии.

6.13. Спин гравитона и универсальность гравитации**. Более точно, испускание гравитона пропорционально не просто энергии, а тензору энергии-импульса частицы. А это, в свою очередь, обусловлено тем, что спин гравитона равен двум. Пусть 4-импульс частицы до испускания гравитона был p1, а после испускания p2. Тогда импульс гравитона равен q = p1p2. Если ввести обозначение p = p1 + p2, то вершина испускания гравитона будет иметь вид

где hαβ — волновая функция гравитона.

6.14. Взаимодействие гравитона с фотоном**. Особенно наглядно это видно на примере фотона, масса которого равна нулю. Экспериментально доказано, что когда фотон летит с нижнего этажа здания на верхний этаж, его импульс уменьшается под действием притяжения Земли. Доказано также, что луч света далёкой звезды отклоняется гравитационным притяжением Солнца.

6.15. Взаимодействие фотона с Землёй**. На рис. 6 показан обмен гравитонами между Землёй и фотоном. Этот рисунок условно представляет собой сумму рисунков гравитонных обменов фотона со всеми нуклонами Земли. На нём земная вершина получается из нуклонной умножением на число нуклонов в Земле NE c соответствующей заменой 4-импульса нуклона на 4-импульс Земли (см. рис. 3).

6.16. Взаимодействие гравитона с гравитоном***. Поскольку гравитоны несут энергию, они сами должны испускать и поглощать гравитоны. Отдельных реальных гравитонов мы не видели и никогда не увидим. Тем не менее взаимодействие между виртуальными гравитонами приводит к наблюдаемым эффектам. На первый взгляд вклад трёх виртуальных гравитонов в гравитационное взаимодействие двух нуклонов слишком мал, чтобы его можно было обнаружить (см. рис. 7).

6.17. Вековая прецессия Меркурия**. Однако этот вклад проявляется в прецессии перигелия орбиты Меркурия. Вековая прецессия Меркурия описывается суммой однопетлевых гравитонных диаграмм притяжения Меркурия к Солнцу (рис. 8).

6.18. Коэффициент усиления для Меркурия**. Отношение масс Меркурия и Земли равно 0,055. Так что число нуклонов в Меркурии NM = 0,055 NE = 2·1050. Масса Солнца MS = 2·1033 г. Так что число нуклонов в Солнце NS = NAMS = 1,2·1057. А число диаграмм, описывающих гравитационное взаимодействие нуклонов Меркурия и Солнца, NdM = 2,4·10107.

Если потенциальная энергия притяжения Меркурия к Солнцу равна U = GMS MM/r, то после учёта обсуждаемой поправки на взаимодействие виртуальных гравитонов друг с другом она умножается на коэффициент 1 − 3GMS/r. Мы видим, что поправка к потенциальной энергии составляет −3G2MS2 MM/r2.

6.19. Орбита Меркурия**. Радиус орбиты Меркурия a = 58·106 км. Период обращения 88 земных суток. Эксцентриситет орбиты e = 0,21. Из-за обсуждаемой поправки за один оборот большая полуось орбиты поворачивается на угол 6πGMS/a(1 − e2), т. е. порядка одной десятой угловой секунды, а за 100 земных лет поворачивается на 43».

6.20. Гравитационный лэмбовский сдвиг**. Всякий, кто изучал квантовую электродинамику, сразу увидит, что диаграмма рис. 7 похожа на треугольную диаграмму, описывающую сдвиг частоты (энергии) уровня 2S1/2относительно уровня 2P1/2 в атоме водорода (там треугольник состоит из одной фотонной и двух электронных линий). Этот сдвиг измерили в 1947 г. Лэмб и Ризерфорд и установили, что он равен 1060 МГц (1,06 ГГц).

Это измерение положило начало цепной реакции теоретических и экспериментальных работ, приведших к созданию квантовой электродинамики и фейнмановских диаграмм. Частота прецессии Меркурия на 25 порядков меньше.

6.21. Классический или квантовый эффект?**. Хорошо известно, что лэмбовский сдвиг энергии уровня — это чисто квантовый эффект, в то время как прецессия Меркурия — чисто классический эффект. Каким образом могут они описываться похожими фейнмановскими диаграммами?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить соотношение E = ħω и учесть, что преобразование Фурье при переходе от импульсного пространства к конфигурационному в разд. 6.8 содержит eiqr/ħ. Кроме того, следует учесть, что в электромагнитном треугольнике лэмбовского сдвига только одна линия безмассовой частицы (фотона), а две других — это пропагаторы электрона. Поэтому характерные расстояния в нём определяются массой электрона (комптоновской длиной волны электрона). А в треугольнике прецессии Меркурия имеются два пропагатора безмассовой частицы (гравитона). Это обстоятельство, обусловленное трёхгравитонной вершиной, и приводит к тому, что гравитационный треугольник даёт вклад на несравненно больших расстояниях, чем электромагнитный. В этом сравнении проявляется мощь квантовой теории поля в методе фейнмановских диаграмм, позволяющих просто понимать и рассчитывать широкий круг явлений, как квантовых, так и классических.

7. Электромагнитное взаимодействие

7.1. Электрическое взаимодействие. Электрическое взаимодействие частиц осуществляется обменом виртуальными фотонами, как на рис. 1, 9.

Фотоны, как и гравитоны, тоже безмассовые частицы. Так что электрическое взаимодействие тоже дальнодействующее:

Почему же оно не столь универсально, как гравитация?

7.2. Положительные и отрицательные заряды. Во-первых, потому, что существуют электрические заряды двух знаков. И во-вторых, потому, что существуют нейтральные частицы, которые вообще не имеют электрического заряда (нейтрон, нейтрино, фотон…). Частицы с зарядами противоположных знаков, как электрон и протон, притягиваются друг к другу. Частицы с одинаковыми зарядами отталкиваются. В результате атомы и состоящие из них тела в основном электронейтральны.

7.3. Нейтральные частицы. Нейтрон содержит u-кварк с зарядом +2e/3 и два d-кварка с зарядом −e/3. Так что суммарный заряд нейтрона равен нулю. (Напомним, что протон содержит два u-кварка и один d-кварк.) Истинно элементарными частицами, не имеющими электрического заряда, являются фотон, гравитон, нейтрино, Z-бозон и бозон Хиггса.

7.4. Кулоновский потенциал. Потенциальная энергия притяжения электрона и протона, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна

7.5. Магнитное взаимодействие. Магнитное взаимодействие является не столь дальнодействующим, как электрическое. Оно спадает как 1/r3. Оно зависит не только от расстояния между двумя магнитами, но и от их взаимной ориентации. Хорошо известный пример — взаимодействие стрелки компаса с полем магнитного диполя Земли. Потенциальная энергия взаимодействия двух магнитных диполей μ1 и μ2 равна

где n = r/r.

7.6. Электромагнитное взаимодействие. Величайшим достижением XIX столетия было открытие того, что электрические и магнитные силы — это два различных проявления одной и той же электромагнитной силы. В 1821 г. М. Фарадей (1791–1867) исследовал взаимодействие магнита и проводника с током. Спустя десятилетие он установил законы электромагнитной индукции при взаимодействии двух проводников. В последующие годы он ввёл понятие электромагнитного поля и высказал идею об электромагнитной природе света. В 1870-х Дж. Максвелл (1831–1879) осознал, что электромагнитное взаимодействие ответственно за широкий класс оптических явлений: испускание, преобразование и поглощение света, и написал уравнения, описывающие электромагнитное поле. Вскоре Г. Герц (1857–1894) открыл радиоволны, а В. Рентген (1845–1923) — Х-лучи. Вся наша цивилизация основана на проявлениях электромагнитных взаимодействий.

7.7. Объединение теории относительности и квантовой механики. Важнейшим этапом в развитии физики был 1928 год, когда появилась статья П. Дирака (1902–1984), в которой он предложил квантовое и релятивистское уравнение для электрона. Это уравнение содержало магнитный момент электрона и указывало на существование античастицы электрона — позитрона, открытого через несколько лет. После этого квантовая механика и теория относительности объединились в квантовую теорию поля.

То, что электромагнитные взаимодействия вызваны испусканием и поглощением виртуальных фотонов, стало полностью ясно лишь в середине XX века с появлением диаграмм Фейнмана, т. е. после того, как чётко сформировалось понятие виртуальной частицы.

8. Слабое взаимодействие

8.1. Ядерные взаимодействия. В начале XX века были открыты атом и его ядро и α-, β— и γ-лучи, испускаемые радиоактивными ядрами. Как оказалось, γ-лучи — это фотоны очень высокой энергии, β-лучи — это высокоэнергичные электроны, α-лучи — ядра гелия. Это привело к открытию двух новых типов взаимодействий — сильного и слабого. В отличие от гравитационного и электромагнитного взаимодействий, сильное и слабое взаимодействия являются короткодействующими.

В дальнейшем было установлено,что они ответственны за преобразование водорода в гелий в нашем Солнце и других звёздах.

8.2. Заряженные токи*. Слабое взаимодействие ответственно за превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и электронного антинейтрино. В основе большого класса процессов слабого взаимодействия лежат превращения кварков одного типа в кварки другого типа с испусканием (или поглощением) виртуальных W-бозонов: uct ↔ dsb. Аналогично при испускании и поглощении W-бозонов происходят переходы между заряженными лептонами и соответствующими нейтрино:

eνe, μνμ, τ ↔ ντ. В равной степени происходят и переходы типа dˉuW и eˉνe W. Во всех этих переходах с участием W-бозонов участвуют так называемые заряженные токи, меняющие на единицу заряды лептонов и кварков. Слабое взаимодействие заряженных токов короткодействующее, оно описывается потенциалом Юкавы e−mWr/r, так что эффективный радиус у него r ≈ 1/mW.

8.3. Нейтральные токи*. В 1970-х годах были открыты процессы слабого взаимодействия нейтрино, электронов и нуклонов, обусловленные так называемыми нейтральными токами. В 1980-х годах было экспериментально установлено, что взаимодействия заряженных токов происходят путем обмена W-бозонами, а взаимодействия нейтральных токов — путём обмена Z-бозонами.

8.4. Нарушение P— и CP-чётности*. Во второй половине 1950-х годов было открыто нарушение пространственной чётности P и зарядовой чётности C в слабых взаимодействиях. В 1964 г. были открыты слабые распады, нарушающие сохранение CP-симметрии. В настоящее время механизм нарушения CP-симметрии изучается в распадах мезонов, содержащих b-кварки.

8.5. Осцилляции нейтрино*. Последние два десятилетия внимание физиков приковано к измерениям, проводимым на подземных килотонных детекторах в Камиока (Япония) и Садбери (Канада). Эти измерения показали, что между тремя сортами нейтрино νe, νμ, ντ происходят в вакууме взаимные переходы (осцилляции). Природа этих осцилляций выясняется.

8.6. Электрослабое взаимодействие. В 1960-х годах была сформулирована теория, согласно которой электромагнитное и слабое взаимодействия являются различными проявлениями единого электрослабого взаимодействия. Если бы имела место строгая электрослабая симметрия, то массы W— и Z-бозонов были бы равны нулю подобно массе фотона.

8.7. Нарушение электрослабой симметрии. В рамках Стандартной модели бозон Хиггса нарушает электрослабую симметрию и объясняет таким образом, почему фотон безмассов, а слабые бозоны массивны. Он же даёт массы лептонам, кваркам и самому себе.

8.8. Что надо узнать о хиггсе. Одной из основных задач Большого адронного коллайдера LHC является открытие бозона Хиггса (который называют просто хиггс и обозначают h или H) и последующее установление его свойств. В первую очередь измерение его взаимодействий с W— и Z-бозонами, с фотонами, а также его самовзаимодействия, т. е. изучение вершин, содержащих три и четыре хиггса: h3 и h4, и его взаимодействия с лептонами и кварками, особенно с топ-кварком. В рамках Стандартной модели для всех этих взаимодействий существуют чёткие предсказания. Их экспериментальная проверка представляет очень большой интерес с точки зрения поисков «новой физики» за пределами Стандартной модели.

8.9. А если хиггса нет? Если же окажется, что в интервале масс порядка нескольких сот ГэВ хиггс не существует, то это будет означать, что при энергиях выше ТэВ лежит новая, абсолютно неизведанная область, где взаимодействия W— и Z-бозонов становятся непертурбативно сильными, т. е. не могут описываться теорией возмущений. Исследования этой области принесут много сюрпризов.

8.10. Лептонные коллайдеры будущего. Для выполнения всей этой программы исследований в дополнение к LHC возможно придётся построить лептонные коллайдеры:

ILC (International Linear Collider) с энергией столкновения 0,5 ТэВ,

или CLIC (Compact Linear Collider) с энергией столкновения 1 ТэВ,

или MC (Muon Collider) с энергией столкновения 3 ТэВ.

8.11. Линейные электрон-позитронные коллайдеры. ILC — Международный линейный коллайдер, в котором должны сталкиваться электроны с позитронами, а также фотоны с фотонами. Решение о его строительстве может быть принято только после того, как станет ясно, существует ли хиггс и какова его масса. Одно из предлагаемых мест строительства ILC — окрестности Дубны. CLIC — Компактный линейный коллайдер электронов и позитронов. Проект разрабатывается в ЦЕРН.

8.12. Мюонный коллайдер. МС — Мюонный коллайдер был впервые задуман Г. И. Будкером (1918–1977). В 1999 г. в Сан-Франциско состоялась пятая Международная конференция «Физический потенциал и развитие мюонных коллайдеров и нейтринных фабрик». В настоящее время проект МС разрабатывается в Фермиевской национальной лаборатории и может быть осуществлён лет через 20.

9. Сильное взаимодействие

9.1. Глюоны и кварки. Сильное взаимодействие держит нуклоны (протоны и нейтроны) внутри ядра. В его основе взаимодействие глюонов с кварками и взаимодействие глюонов с глюонами. Именно самодействие глюонов приводит к тому, что несмотря на то, что масса глюона равна нулю, так же, как равны нулю массы фотона и гравитона, обмен глюонами не приводит к глюонному дальнодействию, подобному фотонному и гравитонному. Более того, оно приводит к отсутствию свободных глюонов и кварков. Это обусловлено тем, что сумма одноглюонных обменов заменяется глюонной трубкой или нитью. Взаимодействие нуклонов в ядре подобно силам Ван-дер-Ваальса между нейтральными атомами.

9.2. Конфайнмент и асимптотическая свобода. Явление невылетания глюонов и кварков из адронов называют словом конфайнмент. Обратной стороной динамики, приводящей к конфайнменту является то, что на очень малых расстояниях глубоко внутри адронов взаимодействие между глюонами и кварками постепенно спадает. Кварки как бы становятся свободными на малых расстояниях. Это явление называют термином асимптотическая свобода.

9.3. Цвета кварков. Явление конфайнмента является следствием того, что каждый из шести кварков существует как бы в виде трех «цветовых» разновидностей. Кварки обычно «раскрашивают» в желтый, синий и красный цвета. Антикварки раскрашивают в дополнительные цвета: фиолетовый, оранжевый, зелёный. Всеми этими цветами обозначают своеобразные заряды кварков — «многомерные аналоги» электрического заряда, ответственные за сильные взаимодействия. Разумеется, никакой связи, кроме метафорической, между цветами кварков и обычными оптическими цветами нет.

9.4. Цвета глюонов. Ещё более многочисленно семейство цветных глюонов: их восемь, из которых два идентичны своим античастицам, а остальные шесть — нет. Взаимодействия цветовых зарядов описываются квантовой хромодинамикой и определяют свойства протона, нейтрона, всех атомных ядер и свойства всех адронов. То, что глюоны несут цветовые заряды, приводит к явлению конфайнмента глюонов и кварков, заключающегося в том, что цветные глюоны и кварки не могут вырваться из адронов. Ядерные силы между бесцветными (белыми) адронами представляют собой слабые отголоски могучих цветовых взаимодействий внутри адронов. Это похоже на малость молекулярных связей по сравнению с внутриатомными.

9.5. Массы адронов. Массы адронов вообще и нуклонов в частности обусловлены глюонным самодействием. Таким образом, масса всего видимого вещества, составляющего 4–5% энергии Вселенной, обусловлена именно самодействием глюонов.

10. Стандартная модель и за её пределами

10.1. 18 частиц Стандартной модели. Все известные фундаментальные частицы естественно распадаются на три группы:

6 лептонов (спин 1/2):
3 нейтрино: νe, νμ, ντ;
3 заряженных лептона: e, μ, τ;
6 кварков (спин 1/2):
u, c, t,
d, s, b;
6 бозонов:
g̃ — гравитон (спин 2),
γ, W, Z, g — глюоны (спин 1),
h — хиггс (спин 0).

10.2. За пределами Стандартной модели. 96% энергии Вселенной находится за пределами Стандартной модели и ждёт своего открытия и изучения. Есть несколько основных предположений о том, как может выглядеть новая физика (см. Ниже пункты 10.3–10.6).

10.3. Великое объединение. Объединению сильного и электрослабого взаимодействия посвящено огромное число работ, в основном теоретических. В большинстве из них предполагается, что оно происходит при энергиях порядка 1016 ГэВ. Такое объединение должно приводить к распаду протона.

10.4. Суперсимметричные частицы. Согласно идее суперсимметрии, впервые зародившейся в ФИАН, у каждой «нашей» частицы есть суперпартнер, спин которого отличается на 1/2: 6 скварков и 6 слептонов со спином 0, хиггсино, фотино, вино и зино со спином 1/2, гравитино со спином 3/2. Массы этих суперпартнёров должны быть существенно больше, чем у наших частиц. Иначе их давно бы открыли. Некоторые из суперпартнёров, возможно, будут открыты, когда заработает Большой адронный коллайдер.

10.5. Суперструны. Развивает гипотезу о суперсимметрии гипотеза о существовании суперструн, которые живут на очень малых расстояниях порядка 10−33 см и отвечающих им энергиях 1019 ГэВ. Многие физики-теоретики надеются, что именно на основе представлений о суперструнах удастся построить единую теорию всех взаимодействий, не содержащую свободных параметров.

10.6. Зеркальные частицы. Согласно идее о зеркальной материи, впервые зародившейся в ИТЭФ, у каждой нашей частицы есть зеркальный двойник, и существует зеркальный мир, который только очень слабо связан с нашим миром.

10.7. Тёмная материя. Только 4–5% всей энергии во Вселенной существует в виде массы обычного вещества. Порядка 20% энергии вселенной заключено в так называемой тёмной материи, состоящей, как думают, из суперчастиц, или зеркальных частиц, или каких-то других неизвестных частиц. Если частицы тёмной материи гораздо тяжелее обычных частиц и если, сталкиваясь друг с другом в космосе, они аннигилируют в обычные фотоны, то эти фотоны высокой энергии могут быть зарегистрированы специальными детекторами в космосе и на Земле. Выяснение природы тёмной материи является одной из основных задач физики.

10.8. Тёмная энергия. Но подавляющая часть энергии Вселенной (порядка 75%), обусловлена так называемой тёмной энергией. Она «разлита» по вакууму и расталкивает скопления галактик. Ее природа пока непонятна.

11. Элементарные частицы в России и мире

11.1. Указ Президента РФ. 30 сентября 2009 г. был издан Указ Президента РФ «О дополнительных мерах по реализации пилотного проекта по созданию Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”». Указ предусматривает участие в проекте следующих организаций: Петербургского института ядерной физики, Института физики высоких энергий и Института теоретической и экспериментальной физики. Указ предусматривает также «включение указанного учреждения, как наиболее значимого учреждения науки, в ведомственную структуру расходов федерального бюджета в качестве главного распорядителя бюджетных средств». Этот Указ может способствовать возвращению физики элементарных частиц в число приоритетных направлений развития науки в нашей стране.

11.2. Слушания в Конгрессе США 1. 1 октября 2009 г. состоялись слушания в подкомитете по энергии и окружающей среде комитета по науке и технологии Палаты представителей США по теме «Исследования природы материи, энергии, пространства и времени». Ассигнования Департамента энергии на эту программу в 2009 г. составляют 795,7 млн долларов. Профессор Гарвардского университета Лиза Рендалл изложила взгляды на материю, энергию и происхождение Вселенной с точки зрения будущей теории струн. Директор Фермиевской национальной лаборатории (Батавия) Пьер Оддоне рассказал о состоянии физики частиц в США, и в частности, о предстоящем завершении работы Тэватрона и начале совместной работы ФНАЛ и подземной лаборатории DUSEL по изучению свойств нейтрино и редких процессов. Он подчеркнул важность участия американских физиков в проектах по физике высоких энергий в Европе (LHC), Японии (JPARC), Китае (ВЕРС) и международном космическом проекте (GLAST, названном недавно именем Ферми).

11.3. Слушания в Конгрессе США 2. Директор Национальной Лаборатории имени Джеферсона Хью Монтгомери говорил о вкладе этой Лаборатории в ядерную физику, в ускорительные технологии и в образовательные программы. Директор научного отдела по физике высоких энергий Департамента энергии Деннис Ковар рассказал о трёх основных направлениях по физике высоких энергий:

1) ускорительные исследования при максимальных энергиях,

2) ускорительные исследования при максимальных интенсивностях,

3) наземные и спутниковые исследования космоса с целью выяснения природы тёмной материи и тёмной энергии,

и трёх основных направлениях по ядерной физике:

1) изучение сильных взаимодействий кварков и глюонов,

2) изучение того, как из протонов и нейтронов образовались атомные ядра,

3) изучение слабых взаимодействий с участием нейтрино.

12. О фундаментальной науке

12.1. Что такое фундаментальная наука. Из изложенного выше текста ясно, что я, как и большинство научных работников, называю фундаментальной наукой ту часть науки, которая устанавливает наиболее фундаментальные законы природы. Эти законы лежат в фундаменте пирамиды науки или отдельных её этажей. Они определяют долговременное развитие цивилизации. Существуют, однако, люди, которые фундаментальной наукой называют те разделы науки, которые оказывают наибольшее непосредственное влияние на сиюминутные достижения в развитии цивилизации. Мне лично кажется, что эти разделы и направления лучше называть прикладной наукой.

12.2. Корни и плоды. Если фундаментальную науку можно сравнить с корнями дерева, то прикладную можно сравнить с его плодами. Такие важнейшие технологические прорывы, как создание мобильных телефонов или оптоволоконной связи, это плоды науки.

12.3. А. И. Герцен о науке. В 1845 г. Александр Иванович Герцен (1812–1870) опубликовал в журнале «Отечественные записки» замечательные «Письма об изучении природы». В конце первого письма он написал: «Наука кажется трудною не потому, чтоб она была в самом деле трудна, а потому, что иначе не дойдёшь до её простоты, как пробившись сквозь тьму тем готовых понятий, мешающих прямо видеть. Пусть входящие вперёд знают, что весь арсенал ржавых и негодных орудий, доставшихся нам по наследству от схоластики, негоден, что надобно пожертвовать вне науки составленными воззрениями, что, не отбросив все полулжи, которыми для понятности облекают полуистины, нельзя войти в науку, нельзя дойти до целой истины».

12.4. О сокращении школьных программ. Современные программы по физике в школе вполне могут включить в себя активное владение элементами теории элементарных частиц, теории относительности и квантовой механики, если сократить в них те разделы, которые имеют в основном описательный характер и увеличивают «эрудицию» ребенка, а не понимание окружающего мира и умение жить и творить.

12.5. Заключение. Было бы правильно, чтобы Президиум РАН отметил важность раннего приобщения молодёжи к мировоззрению, основанному на достижениях теории относительности и квантовой механики, и поручил Комиссиям Президиума РАН по учебникам (председатель — вице-президент  В.В. Козлов) и по образованию (председатель — вице-президент В. А. Садовничий) подготовить предложения по совершенствованию преподавания современной фундаментальной физики в средней и высшей школе.

Все главные формулы по физике — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

 

Кинематика

К оглавлению…

Путь при равномерном движении:

Перемещение S (расстояние по прямой между начальной и конечной точкой движения) обычно находится из геометрических соображений. Координата при равномерном прямолинейном движении изменяется по закону (аналогичные уравнения получаются для остальных координатных осей):

Средняя скорость пути:

Средняя скорость перемещения:

Определение ускорения при равноускоренном движении:

Выразив из формулы выше конечную скорость, получаем более распространённый вид предыдущей формулы, которая теперь выражает зависимость скорости от времени при равноускоренном движении:

Средняя скорость при равноускоренном движении:

Перемещение при равноускоренном прямолинейном движении может быть рассчитано по нескольким формулам:

Координата при равноускоренном движении изменяется по закону:

Проекция скорости при равноускоренном движении изменяется по такому закону:

Скорость, с которой упадет тело падающее с высоты h без начальной скорости:

Время падения тела с высоты h без начальной скорости:

Максимальная высота на которую поднимется тело, брошенное вертикально вверх с начальной скоростью v0, время подъема этого тела на максимальную высоту, и полное время полета (до возвращения в исходную точку):

Формула для тормозного пути тела:

Время падения тела при горизонтальном броске с высоты H может быть найдено по формуле:

Дальность полета тела при горизонтальном броске с высоты H:

Полная скорость в произвольный момент времени при горизонтальном броске, и угол наклона скорости к горизонту:

Максимальная высота подъема при броске под углом к горизонту (относительно начального уровня):

Время подъема до максимальной высоты при броске под углом к горизонту:

Дальность полета и полное время полета тела брошенного под углом к горизонту (при условии, что полет заканчивается на той же высоте с которой начался, т.е. тело бросали, например, с земли на землю):

Определение периода вращения при равномерном движении по окружности:

Определение частоты вращения при равномерном движении по окружности:

Связь периода и частоты:

Линейная скорость при равномерном движении по окружности может быть найдена по формулам:

Угловая скорость вращения при равномерном движении по окружности:

Связь линейной и скорости и угловой скорости выражается формулой:

Связь угла поворота и пути при равномерном движении по окружности радиусом R (фактически, это просто формула для длины дуги из геометрии):

Центростремительное ускорение находится по одной из формул:

 

Динамика

К оглавлению…

Второй закон Ньютона:

Здесь: F — равнодействующая сила, которая равна сумме всех сил действующих на тело:

Второй закон Ньютона в проекциях на оси (именно такая форма записи чаще всего и применяется на практике):

Третий закон Ньютона (сила действия равна силе противодействия):

Сила упругости:

Общий коэффициент жесткости параллельно соединённых пружин:

Общий коэффициент жесткости последовательно соединённых пружин:

Сила трения скольжения (или максимальное значение силы трения покоя):

Закон всемирного тяготения:

Если рассмотреть тело на поверхности планеты и ввести следующее обозначение:

Где: g — ускорение свободного падения на поверхности данной планеты, то получим следующую формулу для силы тяжести:

Ускорение свободного падения на некоторой высоте от поверхности планеты выражается формулой:

Скорость спутника на круговой орбите:

Первая космическая скорость:

Закон Кеплера для периодов обращения двух тел вращающихся вокруг одного притягивающего центра:

 

Статика

К оглавлению…

Момент силы определяется с помощью следующей формулы:

Условие при котором тело не будет вращаться:

Координата центра тяжести системы тел (аналогичные уравнения для остальных осей):

 

Гидростатика

К оглавлению…

Определение давления задаётся следующей формулой:

Давление, которое создает столб жидкости находится по формуле:

Но часто нужно учитывать еще и атмосферное давление, тогда формула для общего давления на некоторой глубине h в жидкости приобретает вид:

Идеальный гидравлический пресс:

Любой гидравлический пресс:

КПД для неидеального гидравлического пресса:

Сила Архимеда (выталкивающая сила, V — объем погруженной части тела):

 

Импульс

К оглавлению…

Импульс тела находится по следующей формуле:

Изменение импульса тела или системы тел (обратите внимание, что разность конечного и начального импульсов векторная):

Общий импульс системы тел (важно то, что сумма векторная):

Второй закон Ньютона в импульсной форме может быть записан в виде следующей формулы:

Закон сохранения импульса. Как следует из предыдущей формулы, в случае если на систему тел не действует внешних сил, либо действие внешних сил скомпенсировано (равнодействующая сила равна нолю), то изменение импульса равно нолю, что означает, что общий импульс системы сохраняется:

Если внешние силы не действуют только вдоль одной из осей, то сохраняется проекция импульса на данную ось, например:

 

Работа, мощность, энергия

К оглавлению…

Механическая работа рассчитывается по следующей формуле:

Самая общая формула для мощности (если мощность переменная, то по следующей формуле рассчитывается средняя мощность):

Мгновенная механическая мощность:

Коэффициент полезного действия (КПД) может быть рассчитан и через мощности и через работы:

Формула для кинетической энергии:

Потенциальная энергия тела поднятого на высоту:

Потенциальная энергия растянутой (или сжатой) пружины:

Полная механическая энергия:

Связь полной механической энергии тела или системы тел и работы внешних сил:

Закон сохранения механической энергии (далее – ЗСЭ). Как следует из предыдущей формулы, если внешние силы не совершают работы над телом (или системой тел), то его (их) общая полная механическая энергия остается постоянной, при этом энергия может перетекать из одного вида в другой (из кинетической в потенциальную или наоборот):

 

Молекулярная физика

К оглавлению…

Химическое количество вещества находится по одной из формул:

Масса одной молекулы вещества может быть найдена по следующей формуле:

Связь массы, плотности и объёма:

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) идеального газа:

Определение концентрации задаётся следующей формулой:

Для средней квадратичной скорости молекул имеется две формулы:

Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы:

Постоянная Больцмана, постоянная Авогадро и универсальная газовая постоянная связаны следующим образом:

Следствия из основного уравнения МКТ:

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева):

Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта:

Закон Гей-Люссака:

Закон Шарля:

Универсальный газовый закон (Клапейрона):

Давление смеси газов (закон Дальтона):

Тепловое расширение тел. Тепловое расширение газов описывается законом Гей-Люссака. Тепловое расширение жидкостей подчиняется следующему закону:

Для расширения твердых тел применяются три формулы, описывающие изменение линейных размеров, площади и объема тела:

 

Термодинамика

К оглавлению…

Количество теплоты (энергии) необходимое для нагревания некоторого тела (или количество теплоты выделяющееся при остывании тела) рассчитывается по формуле:

Теплоемкость (С — большое) тела может быть рассчитана через удельную теплоёмкость (c — маленькое) вещества и массу тела по следующей формуле:

Тогда формула для количества теплоты необходимой для нагревания тела, либо выделившейся при остывании тела может быть переписана следующим образом:

Фазовые превращения. При парообразовании поглощается, а при конденсации выделяется количество теплоты равное:

При плавлении поглощается, а при кристаллизации выделяется количество теплоты равное:

При сгорании топлива выделяется количество теплоты равное:

Уравнение теплового баланса (ЗСЭ). Для замкнутой системы тел выполняется следующее (сумма отданных теплот равна сумме полученных):

Если все теплоты записывать с учетом знака, где «+» соответствует получению энергии телом, а «–» выделению, то данное уравнение можно записать в виде:

Работа идеального газа:

Если же давление газа меняется, то работу газа считают, как площадь фигуры под графиком в pV координатах. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа:

Изменение внутренней энергии рассчитывается по формуле:

Первый закон (первое начало) термодинамики (ЗСЭ):

Для различных изопроцессов можно выписать формулы по которым могут быть рассчитаны полученная теплота Q, изменение внутренней энергии ΔU и работа газа A. Изохорный процесс (V = const):

Изобарный процесс (p = const):

Изотермический процесс (T = const):

Адиабатный процесс (Q = 0):

КПД тепловой машины может быть рассчитан по формуле:

Где: Q1 – количество теплоты полученное рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q2 – количество теплоты переданное рабочим телом за один цикл холодильнику. Работа совершенная тепловой машиной за один цикл:

Наибольший КПД при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2, достигается если тепловая машина работает по циклу Карно. Этот КПД цикла Карно равен:

Абсолютная влажность рассчитывается как плотность водяных паров (из уравнения Клапейрона-Менделеева выражается отношение массы к объему и получается следующая формула):

Относительная влажность воздуха может быть рассчитана по следующим формулам:

Потенциальная энергия поверхности жидкости площадью S:

Сила поверхностного натяжения, действующая на участок границы жидкости длиной L:

Высота столба жидкости в капилляре:

При полном смачивании θ = 0°, cos θ = 1. В этом случае высота столба жидкости в капилляре станет равной:

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

 

Электростатика

К оглавлению…

Электрический заряд может быть найден по формуле:

Линейная плотность заряда:

Поверхностная плотность заряда:

Объёмная плотность заряда:

Закон Кулона (сила электростатического взаимодействия двух электрических зарядов):

Где: k — некоторый постоянный электростатический коэффициент, который определяется следующим образом:

Напряжённость электрического поля находится по формуле (хотя чаще эту формулу используют для нахождения силы действующей на заряд в данном электрическом поле):

Принцип суперпозиции для электрических полей (результирующее электрическое поле равно векторной сумме электрических полей составляющих его):

Напряженность электрического поля, которую создает заряд Q на расстоянии r от своего центра:

Напряженность электрического поля, которую создает заряженная плоскость:

Потенциальная энергия взаимодействия двух электрических зарядов выражается формулой:

Электрическое напряжение это просто разность потенциалов, т.е. определение электрического напряжения может быть задано формулой:

В однородном электрическом поле существует связь между напряженностью поля и напряжением:

Работа электрического поля может быть вычислена как разность начальной и конечной потенциальной энергии системы зарядов:

Работа электрического поля в общем случае может быть вычислена также и по одной из формул:

В однородном поле при перемещении заряда вдоль его силовых линий работа поля может быть также рассчитана по следующей формуле:

Определение потенциала задаётся выражением:

Потенциал, который создает точечный заряд или заряженная сфера:

Принцип суперпозиции для электрического потенциала (результирующий потенциал равен скалярной сумме потенциалов полей составляющих итоговое поле):

Для диэлектрической проницаемости вещества верно следующее:

Определение электрической ёмкости задаётся формулой:

Ёмкость плоского конденсатора:

Заряд конденсатора:

Напряжённость электрического поля внутри плоского конденсатора:

Сила притяжения пластин плоского конденсатора:

Энергия конденсатора (вообще говоря, это энергия электрического поля внутри конденсатора):

Объёмная плотность энергии электрического поля:

 

Электрический ток

К оглавлению…

Сила тока может быть найдена с помощью формулы:

Плотность тока:

Сопротивление проводника:

Зависимость сопротивления проводника от температуры задаётся следующей формулой:

Закон Ома (выражает зависимость силы тока от электрического напряжения и сопротивления):

Закономерности последовательного соединения:

Закономерности параллельного соединения:

Электродвижущая сила источника тока (ЭДС) определяется с помощью следующей формулы:

Закон Ома для полной цепи:

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):

Сила тока короткого замыкания:

Работа электрического тока (закон Джоуля-Ленца). Работа А электрического тока протекающего по проводнику обладающему сопротивлением преобразуется в теплоту Q выделяющуюся на проводнике:

Мощность электрического тока:

Энергобаланс замкнутой цепи

Полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R1 и R2 на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

Электролиз

Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

Где: n – валентность вещества, NA – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

 

Магнетизм

К оглавлению…

Сила Ампера, действующая на проводник с током помещённый в однородное магнитное поле, рассчитывается по формуле:

Момент сил действующих на рамку с током:

Сила Лоренца, действующая на заряженную частицу движущуюся в однородном магнитном поле, рассчитывается по формуле:

Радиус траектории полета заряженной частицы в магнитном поле:

Модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением:

Индукция поля в центре витка с током радиусом R:

Внутри соленоида длиной l и с количеством витков N создается однородное магнитное поле с индукцией:

Магнитная проницаемость вещества выражается следующим образом:

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину заданную формулой:

ЭДС индукции рассчитывается по формуле:

При движении проводника длиной l в магнитном поле B со скоростью v также возникает ЭДС индукции (проводник движется в направлении перпендикулярном самому себе):

Максимальное значение ЭДС индукции в контуре состоящем из N витков, площадью S, вращающемся с угловой скоростью ω в магнитном поле с индукцией В:

Индуктивность катушки:

Где: n — концентрация витков на единицу длины катушки:

Связь индуктивности катушки, силы тока протекающего через неё и собственного магнитного потока пронизывающего её, задаётся формулой:

ЭДС самоиндукции возникающая в катушке:

Энергия катушки (вообще говоря, это энергия магнитного поля внутри катушки):

Объемная плотность энергии магнитного поля:

 

Колебания

К оглавлению…

Уравнение описывающее физические системы способные совершать гармонические колебания с циклической частотой ω0:

Решение предыдущего уравнения является уравнением движения для гармонических колебаний и имеет вид:

Период колебаний вычисляется по формуле:

Частота колебаний:

Циклическая частота колебаний:

Зависимость скорости от времени при гармонических механических колебаниях выражается следующей формулой:

Максимальное значение скорости при гармонических механических колебаниях:

Зависимость ускорения от времени при гармонических механических колебаниях:

Максимальное значение ускорения при механических гармонических колебаниях:

Циклическая частота колебаний математического маятника рассчитывается по формуле:

Период колебаний математического маятника:

Циклическая частота колебаний пружинного маятника:

Период колебаний пружинного маятника:

Максимальное значение кинетической энергии при механических гармонических колебаниях задаётся формулой:

Максимальное значение потенциальной энергии при механических гармонических колебаниях пружинного маятника:

Взаимосвязь энергетических характеристик механического колебательного процесса:

Энергетические характеристики и их взаимосвязь при колебаниях в электрическом контуре:

Период гармонических колебаний в электрическом колебательном контуре определяется по формуле:

Циклическая частота колебаний в электрическом колебательном контуре:

Зависимость заряда на конденсаторе от времени при колебаниях в электрическом контуре описывается законом:

Зависимость электрического тока протекающего через катушку индуктивности от времени при колебаниях в электрическом контуре:

Зависимость напряжения на конденсаторе от времени при колебаниях в электрическом контуре:

Максимальное значение силы тока при гармонических колебаниях в электрическом контуре может быть рассчитано по формуле:

Максимальное значение напряжения на конденсаторе при гармонических колебаниях в электрическом контуре:

Переменный ток характеризуется действующими значениями силы тока и напряжения, которые связаны с амплитудными значениями соответствующих величин следующим образом. Действующее значение силы тока:

Действующее значение напряжения:

Мощность в цепи переменного тока:

Трансформатор

Если напряжение на входе в трансформатор равно U1, а на выходе U2, при этом число витков в первичной обмотке равно n1, а во вторичной n2, то выполняется следующее соотношение:

Коэффициент трансформации вычисляется по формуле:

Если трансформатор идеальный, то выполняется следующее соотношение (мощности на входе и выходе равны):

В неидеальном трансформаторе вводится понятие КПД:

Волны

Длина волны может быть рассчитана по формуле:

Разность фаз колебаний двух точек волны, расстояние между которыми l:

Скорость электромагнитной волны (в т.ч. света) в некоторой среде:

Скорость электромагнитной волны (в т.ч. света) в вакууме постоянна и равна с = 3∙108 м/с, она также может быть вычислена по формуле:

Скорости электромагнитной волны (в т.ч. света) в среде и в вакууме также связаны между собой формулой:

При этом показатель преломления некоторого вещества можно рассчитать используя формулу:

 

Оптика

К оглавлению…

Оптическая длина пути определяется формулой:

Оптическая разность хода двух лучей:

Условие интерференционного максимума:

Условие интерференционного минимума:

Формула дифракционной решетки:

Закон преломления света на границе двух прозрачных сред:

Постоянную величину n21 называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Если n1 > n2, то возможно явление полного внутреннего отражения, при этом:

Формула тонкой линзы:

Линейным увеличением линзы Γ называют отношение линейных размеров изображения и предмета:

 

Атомная и ядерная физика

К оглавлению…

Энергия кванта электромагнитной волны (в т.ч. света) или, другими словами, энергия фотона вычисляется по формуле:

Импульс фотона:

Формула Эйнштейна для внешнего фотоэффекта (ЗСЭ):

Максимальная кинетическая энергия вылетающих электронов при фотоэффекте может быть выражена через величину задерживающего напряжение Uз и элементарный заряд е:

Существует граничная частота или длинна волны света (называемая красной границей фотоэффекта) такая, что свет с меньшей частотой или большей длиной волны не может вызвать фотоэффект. Эти значения связаны с величиной работы выхода следующим соотношением:

Второй постулат Бора или правило частот (ЗСЭ):

В атоме водорода выполняются следующие соотношения, связывающие радиус траектории вращающегося вокруг ядра электрона, его скорость и энергию на первой орбите с аналогичными характеристиками на остальных орбитах:

На любой орбите в атоме водорода кинетическая (К) и потенциальная (П) энергии электрона связаны с полной энергией (Е) следующими формулами:

Общее число нуклонов в ядре равно сумме числа протонов и нейтронов:

Дефект массы:

Энергия связи ядра выраженная в единицах СИ:

Энергия связи ядра выраженная в МэВ (где масса берется в атомных единицах):

Формула альфа-распада:

Формула бета-распада:

Закон радиоактивного распада:

Ядерные реакции

Для произвольной ядерной реакции описывающейся формулой вида:

Выполняются следующие условия:

Энергетический выход такой ядерной реакции при этом равен:

 

Основы специальной теории относительности (СТО)

К оглавлению…

Релятивистское сокращение длины:

Релятивистское удлинение времени события:

Релятивистский закон сложения скоростей. Если два тела движутся навстречу друг другу, то их скорость сближения:

Релятивистский закон сложения скоростей. Если же тела движутся в одном направлении, то их относительная скорость:

Энергия покоя тела:

Любое изменение энергии тела означает изменение массы тела и наоборот:

Полная энергия тела:

Полная энергия тела Е пропорциональна релятивистской массе и зависит от скорости движущегося тела, в этом смысле важны следующие соотношения:

Релятивистское увеличение массы:

Кинетическая энергия тела, движущегося с релятивистской скоростью:

Между полной энергией тела, энергией покоя и импульсом существует зависимость:

 

Равномерное движение по окружности

К оглавлению…

В качестве дополнения, в таблице ниже приводим всевозможные взаимосвязи между характеристиками тела равномерно вращающегося по окружности (T – период, N – количество оборотов, v – частота, R – радиус окружности, ω – угловая скорость, φ – угол поворота (в радианах), υ – линейная скорость тела, an – центростремительное ускорение, L – длина дуги окружности, t – время):

 

Расширенная PDF версия документа «Все главные формулы по школьной физике»:

К оглавлению.2}$

 

 

В чем сила измеряется?

Во всех учебниках и умных книжках, силу принято выражать в Ньютонах, но кроме как в моделях которыми оперируют физики ньютоны ни где не применяются. Это крайне неудобно.

Ньютон newton (Н) — производная единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ).
Исходя из второго закона Ньютона, единица ньютон определяется как сила, изменяющая за одну секунду скорость тела массой один килограмм на 1 метр в секунду в направлении действия силы.

Таким образом, 1 Н = 1 кг·м/с².   

Килограмм-сила (кгс или кГ) — гравитационная метрическая единица силы, равная силе, которая действует на тело массой один килограмм в гравитационном поле земли. Поэтому по определению килограмм-сила равна 9,80665 Н. Килограмм-сила удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг.
1 кгс = 9,80665 ньютонов (примерно ≈ 10 Н)
1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

1 Н = 1 кг x 1м/с2.

 

 

 

Закон тяготения

Каждый объект Вселенной притягивается к любому другому объекту с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.2 \right ) }$. Знак минус означает, что сила, действующая на пробное тело, всегда направлена по радиус-вектору от пробного тела к источнику гравитационного поля, т.е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению тел.
Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии, что при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение.
В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал и сила зависят только от положения тела в данный момент времени.

 

 

Тяжелее — Легче

Вес тела ${\large P}$ выражается произведением его массы ${\large m}$ на ускорение силы тяжести ${\large g}$.2 }$ 

 

В результате произведение ${\large m \cdot g }$, а следовательно и вес уменьшаются в 6 раз.

Но нельзя обозначить оба эти явления одним и тем же выражением «сделать легче». На луне тела становятся не легче, а лишь менее стремительно падают они «менее падучи»))).

 

 

Векторные и скалярные величины

Векторная величина (например сила, приложенная к телу), помимо значения (модуля), характеризуется также направлением. Скалярная же величина (например, длина) характеризуется только значением. Все классические законы механики сформулированы для векторных величин.

 


 

 

 

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 1.

 

На рис. 1 изображены различные варианты расположения вектора ${ \large \overrightarrow{F}}$ и его проекции ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ на оси ${ \large X}$ и ${ \large Y}$ соответственно:

  • A.    величины ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ являются ненулевыми и положительными
  • B.    величины ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ являются ненулевыми, при этом ${\large F_y}$ — положительная величина, а ${\large F_x}$ — отрицательная, т.к. вектор ${\large \overrightarrow{F}}$ направлен в сторону, противоположную направлению оси ${\large X}$ 
  • C.    ${\large F_y}$ — положительная  ненулевая величина, ${\large F_x}$ равна нулю, т.к. вектор ${\large \overrightarrow{F}}$ направлен перпендикулярно оси ${\large X}$

 

Момент силы

Моментом силы называют векторное произведение радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Т.е. согласно классическому определению момент силы — величина векторная. В рамках нашей задачи, это определение можно упростить до следующего: моментом силы ${\large \overrightarrow{F}}$, приложенной к точке с координатой ${\large x_F}$, относительно оси, расположенной в точке ${\large x_0}$ называется скалярная величина, равная произведению модуля силы ${\large \overrightarrow{F}}$, на плечо силы — ${\large \left | x_F — x_0 \right |}$. А знак этой скалярной величины зависит от направления силы: если она вращает объект по часовой стрелке, то знак плюс, если против — то минус.

Важно понимать, что ось мы можем выбирать произвольным образом — если тело не вращается, то сумма моментов сил относительно любой оси равна нулю. Второе важное замечание — если сила приложена к точке, через которую проходит ось, то момент этой силы относительно этой оси равен нулю (поскольку плечо силы будет равно нулю). 

 

 

Проиллюстрируем вышесказанное примером, на рис.2. Предположим, что система, изображенная на рис.{gr}}}$

Теперь рассмотрим условие равенства моментов сил, действующих на опору, относительно оси, проходящей через точку А (и, как мы договаривались ранее, перпендикулярную плоскости рисунка):

 

${\large N \cdot l_1 — N_2 \cdot \left ( l_1 +l_2 \right ) = 0}$

Обратите внимание, что в уравнение не вошёл момент силы ${\large \overrightarrow{N_1}}$, поскольку плечо этой силы относительно рассматриваемой оси равно ${\large 0}$. Если же мы по каким-либо причинам хотим выбрать ось, проходящую через точку С, то условие равенства моментов сил будет выглядеть так:

 

${\large N_1 \cdot l_1 — N_2 \cdot l_2  = 0}$

Можно показать, что с математической точки зрения два последних уравнения эквивалентны.

 

 

Центр тяжести

Центром тяжести механической системы называется точка, относительно которой суммарный момент сил тяжести, действующих на систему, равен нулю.

 

 

 

Центр масс

Точка центра масс замечательна тем , что если на частицы образующие тело (неважно будет ли оно твердым или жидким, скоплением звезд или чем то другим) действует великое множество сил (имеются ввиду только внешние силы, поскольку все внутренние силы компенсируют друг друга), то результирующая сила приводит к такому ускорению этой точки, как будто в ней вся масса тела ${\large m}$.

Положение центра масс определяется уравнением:

 

${\large R_{c.m.} = \frac{\sum m_i\, r_i}{\sum m_i}}$

 

Это векторное уравнение, т.е. фактически три уравнения — по одному для каждого из трех направлений. Но рассмотрим только ${\large x}$ направление.  Что означает следующее равенство?

 

${\large X_{c.m.} = \frac{\sum m_i\, x_i}{\sum m_i}}$

 

Предположим тело разделено на маленькие кусочки с одинаковой массой ${\large m}$, причем полная масса тела равна будет равна числу таких кусочков ${\large N}$, умноженному на массу одного кусочка, например 1 грамм. Тогда это уравнение означает, что нужно взять координаты ${\large x}$ всех кусочков, сложить их и результат разделить на число кусочков. Иными словами, если массы кусочков равны то ${\large X_{c.m.}}$ будет просто средним арифметическим ${\large x}$ координат всех кусочков.

 

 


 

центр масс сложного тела

лежит на линии, соединяющей центры масс

двух составляющих его частей

 

 

 

Масса и плотность

Масса — фундаментальная физическая величина. Масса характеризует сразу несколько свойств тела и сама по себе обладает рядом важных свойств.

 

  • Масса служит мерой содержащегося в теле вещества.
  • Масса является мерой инертности тела. Инертностью называется свойство тела сохранять свою скорость неизменной (в инерциальной системе отсчёта), когда внешние воздействия отсутствуют или компенсируют друг друга. При наличии внешних воздействий инертность тела проявляется в том, что его скорость меняется не мгновенно, а постепенно, и тем медленнее, чем больше инертность (т.е. масса) тела. Например, если бильярдный шар и автобус движутся с одинаковой скоростью и тормозятся одинаковым усилием, то для остановки шара требуется гораздо меньше времени, чем для остановки автобуса.
  • Массы тел являются причиной их гравитационного притяжения друг к другу (см. раздел «Сила тяготения»).
  • Масса тела равна сумме масс его частей. Это так называемая аддитивность массы. Аддитивность позволяет использовать для измерения массы эталон — 1 кг.
  • Масса изолированной системы тел не меняется со временем (закон сохранения массы).
  • Масса тела не зависит от скорости его движения. Масса не меняется при переходе от одной системы отсчёта к другой.
  • Плотностью однородного тела называется отношение массы тела к его объёму:

 ${\large p = \dfrac {m}{V} }$

 

Плотность не зависит от геометрических свойств тела (формы, объёма) и является характеристикой вещества тела. Плотности различных веществ представлены в справочных таблицах. Желательно помнить плотность воды: 1000 кг/м3.

 

 

Второй и третий законы Ньютона

Взаимодействие тел можно описывать с помощью понятия силы. Сила — это векторная величина, являющаяся мерой воздействия одного тела на другое.
Будучи вектором, сила характеризуется модулем (абсолютной величиной) и направлением в пространстве. Кроме того, важна точка приложения силы: одна и та же по модулю и направлению сила, приложенная в разных точках тела, может оказывать различное воздействие. Так, если взяться за обод велосипедного колеса и потянуть по касательной к ободу, то колесо начнёт вращаться. Если же тянуть вдоль радиуса, никакого вращения не будет.

Второй закон Ньютона

Произведение массы тела на вектор ускорения есть равнодействующая всех сил, приложенных к телу:

${\large m \cdot \overrightarrow{a} = \overrightarrow{F} }$

Второй закон Ньютона связывает векторы ускорения и силы. Это означает, что справедливы следующие утверждения.

  1. ${\large m \cdot a = F}$, где ${\large a}$ — модуль ускорения, ${\large F}$ — модуль равнодействующей силы.
  2. Вектор ускорения имеет одинаковое направление с вектором равнодействующей силы, так как масса тела положительна.

Третий закон Ньютона

Два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одну и ту же физическую природу и направлены вдоль прямой, соединяющей их точки приложения.

 

 

 

Принцип суперпозиции

Опыт показывает, что если на данное тело действуют несколько других тел, то соответствующие силы складываются как векторы. Более точно, справедлив принцип суперпозиции.
Принцип суперпозиции сил. Пусть на тело действуют силы ${\large \overrightarrow{F_1}, \overrightarrow{F_2},\ \ldots \overrightarrow{F_n}}$  Если заменить их одной силой ${\large \overrightarrow{F} =  \overrightarrow{F_1} + \overrightarrow{F_2} \ldots + \overrightarrow{F_n}}$, то результат воздействия не изменится.
Сила ${\large \overrightarrow{F}}$ называется равнодействующей сил ${\large \overrightarrow{F_1}, \overrightarrow{F_2},\ \ldots \overrightarrow{F_n}}$ или результирующей силой.
 

 

 

Основные термины и формулы из курса физики 8 класса

 

1. Тепловые явления

Вопрос

Ответ

1

Какое движение называется тепловым?

Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют тепловым движением.

2

Какую энергию называют внутренней энергией тела?

Кинетическая энергия молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела.

3

Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершая механическую работу и теплопередачей.

4

Что такое теплопередача?

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей.

5

Какими способами можно осуществить теплопередачу?

Теплопередачу можно осуществить тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

6

Какое явление называется теплопроводностью?

Явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой называется теплопроводностью.

7

Какое явление называется конвекцией?

Явление передачи энергии путём её переноса самими струями газа или жидкости называется конвекцией.

8

Каким свойством обладают тела, находящиеся под действием излучения?

Тела обладают способностью поглощать энергию излучения.

9

Что такое количество теплоты?

Энергию, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты.

10

От чего зависит количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела?

Количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела, зависит от массы этого тела, от изменения его температуры и рода вещества.

11

Что называют удельной теплоёмкостью вещества?

Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 градус цельсия, называется удельной теплоёмкостью вещества.

12

В каких единицах в СИ измеряется количество теплоты?

Количество теплоты в международной системе измеряется в джоулях (Дж).

13

Что такое удельная теплота сгорания топлива?

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется  удельной теплотой сгорания топлива.

14

Закон сохранения энергии в механических и тепловых процессах.

Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом её значение сохраняется.

15

Какие единицы измерения в СИ удельной теплоёмкости вещества?

Единица измерения в СИ удельной теплоёмкости вещества -Дж/(кг* 0С)

16

Какие единицы измерения в СИ удельной теплоты сгорания топлива?

Единица измерения в СИ удельной теплоты сгорания топлива — Дж/кг.

 

2. Изменение агрегатных состояний вещества

17

В каких агрегатных состояниях может находиться одно и то же вещество?

Одно и то же вещество может находиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.

18

Молекулы одного и того же вещества в твёрдом, жидком и газообразном состояниях отличаются ли друг от друга?

молекулы одного и того же вещества в твёрдом, жидком и газообразном состояниях ничем не отличаются друг от друга.

19

Какой процесс называют плавлением?

Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называют плавлением.

20

Какой процесс называют отвердеванием?

Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое называют отвердеванием.

21

Как называют температуру, при которой вещество плавится?

Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества.

22

Как называют температуру, при которой вещество кристаллизуется?

Температуру, при которой вещество отвердевает, называют температурой кристаллизации вещества.

23

Меняется ли температура в процессе плавления вещества?

В процессе плавления вещества температура тела не меняется.

24

Меняется ли температура в процессе кристаллизации вещества?

В процессе отвердевания вещества температура тела не меняется.

25

Что называется удельной теплотой плавления?

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется удельной теплотой плавления.

26

Единица измерения удельной теплоты плавления в СИ.

В международной системе удельная теплота плавления измеряется в Дж/кг.

27

Какой процесс называют парообразованием?

Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием.

28

Какой процесс называют испарением?

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением.

29

Какой пар называется насыщенным?

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

30

Какой пар называется ненасыщенным?

Пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

31

Какое явление называется конденсацией?

Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией.

32

Какое явление называется кипением?

Кипение — это интесивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости при определённой температуре.

33

Что называют температурой кипения жидкости?

Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

34

Что называют относительной влажностью воздуха?

Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженной в процентах.

35

Что называют точкой росы?

Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

36

Что называется удельной теплотой парообразования?

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить жидкости массой 1 кг при температуре кипения, чтобы полностью превратить её в пар, называется удельной теплотой парообразования

37

Единица измерения удельной теплоты парообразования в СИ.

В международной системе удельная теплота парообразования измеряется в Дж/кг.

38

Какие двигатели называются тепловыми?

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

39

Какой двигатель называю двигателем внутреннего сгорания (ДВС)?

Двигателем внутреннего сгорания называют такую тепловую машину, в которой топливо сгорает в самом цилиндре.

40

Что называют коэффициентом полезного действия?

Отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

 

3. Электрические явления

41

Какие два рода электрических зарядов существуют в природе?

В природе существуют два рода электрических зарядов: положительный и отрицательный.

42

Как взаимодействуют тела, имеющие заряды одного знака?

Тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются.

43

Как взаимодействуют тела, имеющие заряды разного знака?

Тела, имеющие электрические заряды разного знака, взаимно притягиваются.

44

Что называют проводниками?

Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному.

45

Что называют непроводниками?

Непроводниками называют тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела к незаряженному.

46

Что такое электрическое поле и его свойства?

Электрическое поле — это особый вид материи, отличающийся от вещества. Оно возникает вокруг всякого неподвижного электрического заряда и распространяется в любой среде (даже в вакууме).

47

Какая сила называется электрической?

Сила, с которой электрическое поле действует на внесённый в него электрический заряд, называется электрической силой.

48

Что такое электрон?

Электрон — это элементарная заряженная частица, имеющая самый маленький заряд, который невозможно разделить. q=1,610-19Кл.

49

Каково строение атомов?

Атом состоит их положительно заряженного ядра и отрицательно зараженных электронов, вращающихся вокруг этого ядра.

50

Каково строение ядра атома?

Ядро атома состоит из электрически нейтральных нейтронов и положительно заряженных протонов.

51

Почему тела обычно электрически нейтральны?

Сумма всех отрицательных зарядов в теле равна по абсолютному значению сумме всех положительных зарядов.

52

Что такое электрический ток?

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц.

53

Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал электрический ток?

Чтобы создать электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле с помощью источника тока (блока питания, гальванического элемента или аккумулятора).

54

Из каких частей состоит электрическая цепь?

Иточник тока, потребители электрического тока, замыкающие устройства, соединённые между собой проводами, составляют простейшую электрическую цепь.

55

Что представляет собой электрический ток в металлах?

Электрический ток в металлах представляет собой упрядоченное движение свободных электронов.

56

Какие явления вызывает электрический ток?

Электрический ток вызывает следующие явления: тепловые, химические и магнитные.

57

Направление движения каких частиц в проводнике принято за направление тока?

За направление электрического тока принято направление движения положительно заряженных частиц.

58

В каких единицах в СИ измеряется сила тока?

В международной системе сила тока измеряется в амперах (А).

59

Как называется прибор для измерения силы тока и как он подсоединяется в электрическую цепь?

Прибор для измерения силы тока называется амперметром и подсоединяется в электрическую цепь последовательно.

60

Что такое электрическое напряжение?

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле, созданное источником тока в проводниках.

61

Как называется прибор для измерения напряжения и как он подсоединяется в электрическую цепь?

Прибор для измерения напряжения называется вольтметром и подсоединяется в электрическую цепь параллельно к проводнику, на котором необходимо измерить напряжение.

62

Что такое электрическое сопротивление?

Электрическое сопротивление — физическая величина, зависящая от свойств проводника (длины, площади поперечного сечения, рода вещества).

63

В каких единицах в СИ измеряется сопротивление?

В международной системе сопротивление измеряется в омах (Ом).

64

Закон Ома для участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорцианальна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

65

Что называется удельным сопротивлением проводника?

Сопротивление проводника из данного вещества длиной 1 м, площадью поперечного сечения 1 м2 называется удельным сопротивлением проводника.

66

Какое соединение в электрической цепи называют последовательным?

Последовательным соединением называется такое соединение, при котором конец первого проводника соединяется с началом второго, конец второго проводника соединяется с началом третьего и так далее.

67

Какое соединение в электрической цепи называют параллельным?

Параллельным соединением называется такое соединение, при котором соединяются между собой начала всех проводником и, соответственно, все их концы.

68

В каких единицах в СИ измеряется работа электрического тока?

Работа электрического тока в международной системе измеряется в джоулях (Дж).

69

Что называют мощностью электрического тока?

Мощность — это физическая величина, показывающая какую работу выполняет ток в проводнике за единицу времени.

70

В каких единицах в СИ измеряют мощность?

Мощность в международной системе измерают в ваттах (Вт).

 

4. Электромагнитные явления

71

Что такое магнитное поле?

Магнитное поле — это особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий независимоот нашего сознания, образующееся только вокруг движущихся электрических зарядов.

72

Что называют магнитной линией магнитного поля?

Линии вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.

73

Что называют электромагнитом?

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.

74

Какие тела называют постоянными магнитами?

Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами.

75

Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов?

Одноимённые полюсы магнитов отталкиваются, а разноимённые — притягиваются.

76

Где находятся магнитные полюсы Земли?

Магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами: где северный географический полюс — там южный магнитный полюс; где южный географический полюс — там северный магнитный полюс.

77

Какое направление имеют силовые линии магнитного поля?

Силовые линии магнитного поля начинаются на северном магнитном полюсе и заканчиваются на южном магнитном полюсе.

78

Какое действие магнитное поле оказывает на проводник с током?

Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле.

 

5. Световые явления

79

Какое светящееся тело назвается точечным источником?

Если размеры светящегося тела намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие, то светящееся тело называется точечным источником.

80

Что такое луч света?

Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света.

81

Что такое тень?

Тень — это та область пространства, в которую не попадает свет от источника.

82

Что такое полутень?

Полутень — это та область пространства, в которую попадает свет от части источника света.

83

Сформулируйте законы отражения света.

Лучи падающий и отражённый, лежат в одной плоскасти с перпендикуляром, проведённым к границе раздела двух сред в точке падения луча. Угол падения равен углу отражения.

84

Сформулируйте законы преломления света.

Лучи падающий, преломленный и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскасти. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред.

85

Какие тела называются линзами?

Линзами называются прозрачные тела, ограниченные с двух сторон сферическими поверхностями.

86

Каких видов бывают линзы?

Линзы бывают двух видов: выпуклые (собирающие) и вогнутые (рассеивающие).

87

Какую точку называют фокусом линзы?

Фокусом линзы называют точку, в которой пересекаются все преломленные лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси.

88

Что называют фокусным расстоянием?

Расстояние от линзы до её фокуса называется фокусным расстоянием линзы.

89

Что называют оптической силой линзы?

Оптическая сила линзы — это величина, обратная её фокусному расстоянию.

90

Как называется единица оптической силы линзы?

За единицу оптической силы линзы принята диоптрия (дптр).

91

Какие изображения можно получить с помощью линзы?

Действительное, мнимое, увеличенное, уменьшенное, равное, перевернутое, прямое.

определения и примеры по разделам

Формулы по физике 7 класс, все разделы

В 7 классе ученики, изучая физику, проходят следующий список разделов:

  1. Введение, в котором знакомятся с наукой, историей ее возникновения, мерами физических величин.
  2. Сведения о строении вещества. В этом разделе школьники узнают об атомах и молекулах.
  3. Взаимодействие тел, в котором изучают взаимодействие тел друг с другом под влиянием различных физических сил.
  4. Давление твердых тел, жидкостей и газов, в котором рассматриваются ключевые понятия и физические законы.
  5. Работа и мощность, энергия. В данном разделе учащиеся узнают об основных видах и законах превращения энергии.

Измерение физических величин

Людям часто приходится производить измерения при работе с техникой, в быту и при изучении различных явлений, которые можно объяснить с помощью науки. Например, чтобы узнать, сколько времени понадобится на то, чтобы дойти от дома до школы, нужно знать скорость движения и расстояние до учебного заведения от того места, где вы живете. Скорость, время и расстояние — это физические величины. Физическую величину всегда можно измерить.

Для того, чтобы это сделать, необходимо сравнить физическую величину с однородной величиной, которую принято считать единицей. Каждая физическая величина имеет свои единицы. Во всем мире приняты одинаковые единицы измерения физических величин. Для этого создана интернациональная система единиц — СИ. В ней за основную единицу длины принято считать 1 метр, единицу времени — 1 секунду, единицу массы — 1 килограмм.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Для измерения физических величин применяют измерительные приборы. К ним относятся:

  • линейка;
  • рулетка;
  • секундомер;
  • шагомер;
  • термометр;
  • весы; 
  • амперметр;
  • вольтметр и т. п.

Механическое движение

Механическим движением называется изменение положения тела относительно других тел с течением времени.

Траектория движения — эта линия, по которой тело совершает свое движение.

Рассмотрим основные физические величины, которые характеризуют механическое движение.

Скорость, путь, время движения, средняя скорость

Длина траектории, по которой тело двигалось в течение какого-то времени, называется путем. Обозначается символом S и измеряется в метрах.

Время движения — это физическая величина, которая показывает, сколько времени понадобилось телу, чтобы совершить свой путь. Обозначается t, измеряется в секундах.

Скорость — это величина, которая характеризует быстроту движения тел. При равномерном движении эта величина остается постоянной и показывает, какой путь тело прошло за единицу времени. Обозначается V. В интернациональной системе единицей измерения скорости принято считать м/с.

Рассчитывается скорость по формуле:

\(V=\frac St\)

где S — путь, пройденный объектом за определенное время (t).

Скорость — векторная величина.

Физическая величина, которая помимо числового значения обладает направлением, называется векторной.

В физике существует понятие средней скорости, которая характеризует неравномерное движение.

Неравномерное движение — это движение тела, при котором его скорость меняется на отдельных участках пути.

Для того, чтобы определить среднюю скорость, нужно весь пройденный путь разделить на всё время движения.

Сила тяжести, вес, масса, плотность

В XVII веке Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения, согласно которому:

  1. Силы притяжения между телами зависят от их массы. Чем больше массы тел, тем больше будут силы притяжения.
  2. Силы притяжения тел зависят от расстояния между ними. Если расстояние между телами увеличивается, силы притяжения уменьшаются.3\).

    Плотность определяется по формуле:

    \(p=\frac mV\)

    где m — масса, V — объем.

    Весом называют силу, с которой тело действует на опору или растягивает подвес. Обозначается P, измеряется в ньютонах.

    Рассчитать вес можно по той же формуле, что и силу тяжести.

    Давление

    Давлением называют физическую величину, которая равна отношению силы, перпендикулярно действующей на некоторую поверхность, к площади этой поверхности. Обозначается p, измеряется в паскалях.

    Давление можно вычислить по формуле:

    \(P=\frac FS\)

    где F — сила, направленная перпендикулярно площади поверхности, S — площадь этой поверхности.

    Сила давления

    Силой давления называют силу, действующую перпендикулярно некоторой поверхности.

    Примечание

    В качестве силы давления может выступать сила упругости или вес тела.

    Давление газов и жидкостей

    Давление в жидкости или газе зависит от 2-х факторов:

    1. Уровня вещества в емкости. (Из-за того, что верхние слои «давят» на нижние слои жидкости).
    2. Плотности жидкости или газа. Чем больше плотность, тем больше давление.

    В виде уравнения зависимость выглядит так:

    \(P=p\times g\times h\)

    где P — давление в жидкости / газе, p — плотность вещества, g — коэффициент силы тяжести, равный 9,8 м/с, h — уровень жидкости в емкости. 

    Давление в жидкости и газе также измеряется в паскалях.

    Примечание

    Согласно закону Паскаля, давление в жидкости и газах передается одинаково по всем направлениям.

    Давление однородной жидкости



    Источник: 900igr.net

    Закон сообщающихся сосудов

    Сообщающиеся сосуды — это два или несколько сосудов, соединенных между собой в нижней части таким образом, что жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой.

    Закон сообщающихся сосудов гласит: уровни однородной жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаются на одной высоте.

    Это правило верно для любого количества сообщающихся сосудов, независимо от их формы и расположения в пространстве. Главное условие — чтобы в сосудах находилась одна и та же жидкость.

    Закон гидравлической машины



    Источник: infourok.ru

    В основе закона гидравлической машины лежит закон Паскаля, согласно которому давление, производимое на жидкость, передается в любую точку без изменения.

    Описание этого закона уравнением выглядит так:

    \(P=\frac FS\)

    где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.

    Закон Архимеда

    Архимедова сила — это сила выталкивания, которая воздействует на тело, погруженное в жидкость или газ. Она всегда направлена вверх и равна по модулю весу жидкости, которое вытеснило тело. Обозначается \(F_a\), измеряется в ньютонах.

    Сила Архимеда обладает следующими признаками:

    1. Зависит от плотности жидкости и объема погруженной части тела.
    2. Не зависит от плотности тела, его формы и высоты столба жидкости над телом.

    Вычисляется по формуле:

    \(F_a=p\times g\times V\)

    где p — плотность жидкости или газа, g — коэффициент силы тяжести, V — объем погруженного в жидкость объекта.

    Условие плавания тел

    Тела, оказавшись в жидкости, ведут себя по-разному: одни тонут, другие плавают внутри жидкости, третьи всплывают на поверхность.

    Такое поведение тел зависит:

    • от взаимодействия силы тяжести и силы выталкивания;
    • от плотности тела относительно плотности жидкости.

    Примечание

    Если сила тяжести больше силы Архимеда, тело будет тонуть.

    Если сила тяжести приблизительно равна Архимедовой силе, тело будет плавать внутри жидкости.

    Если сила тяжести меньше силы Архимеда, тело будет плавать на поверхности жидкости.

    Примечание

    Если плотность объекта больше плотности жидкости, он будет тонуть.

    Если плотность объекта меньше плотности жидкости, он будет плавать на поверхности.

    Если плотность объекта примерно равна плотности жидкости, он будет плавать внутри жидкости.

    Работа, мощность

    В физике термин «работа» употребляется в связи с действием силы и полученным в процессе этого действия перемещением тела.

    Механическая работа силы — это физическая величина, которая прямо пропорциональна приложенной к телу силе и пройденному телом пути. Обозначается A, измеряется в джоулях.

    Вычислить механическую работу можно по формуле:

    \(A=F\times S\)

    где F — значение силы, S — путь.

    Работа может быть отрицательной при условии перемещения тела против направления действия силы.

    В некоторых случаях механическая работа может равняться 0:

    1. На тело действует сила, но тело не перемещается. Например, сила тяжести на любой неподвижный объект.
    2. Тело перемещается по инерции, без воздействия на него каких-либо сил.
    3. На тело действует сила, направленная не по направлению движения тела, а перпендикулярно ему.

    Мощность — это физическая величина, характеризующая быстроту работы и равная отношению работы ко времени ее выполнения. Обозначается N, выражается в ваттах.

    Определить мощность можно двумя способами:

    \(N=\frac At \)

    где A — работа, t — время ее выполнения.

    или

    \(N=F\times V\)

    где F — сила, приложенная к телу, v — скорость движения тела в направлении силы.

    Механический рычаг

    Механический рычаг — это простой механизм, с помощью которого можно совершать механическую работу. Рычаг представляет собой твердый предмет, у которого есть неподвижная ось вращения (точка опоры или подвеса) и на который действуют силы, стремящиеся повернуть его вокруг оси вращения.



    Источник: infourok.ru

    Условие равновесия рычага



    Источник: infourok.ru

    Момент силы



    Источник: v.900igr.net

    КПД

    Отношение полезной работы к затраченной называют коэффициентом полезного действия (КПД). Обозначается \eta и выражается в процентах.

    Формула вычисления КПД выглядит так:

    \( \eta=\frac{A_п}{A_з}\)

    где \(А_п\) — полезная работа, \(A_з\) — затраченная работа.

    Энергия

    Механическая энергия — это способность тела или нескольких взаимодействующих тел совершать механическую работу. Обозначается Е, измеряется в джоулях.

    Вычислить энергию можно по формуле:

    \(E=A_{max}\)

    где \(A_{max}\) — максимальная работа.

    Механическая энергия может быть 2-х видов:

    1. Потенциальная.
    2. Кинетическая.

    Потенциальная энергия

    Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия.

    Она определяется по формулам:

    \(E_п=A\)

    где A — работа,

    или

    \(E=m\times g\times h\)

    где m — масса, g — коэффициент силы тяжести, h — высота, на которое поднято тело.2}2\)

    где m — масса, V — скорость движения.

    Сохранение и превращение механической энергии

    Закон сохранения энергии гласит, что энергия в природе существует всегда, ее значение при этом остается постоянным, просто она видоизменяется при передаче от одного тела к другому и превращается из одного вида в другой.

    Формула закона сохранения энергии выглядит так:

    \(E_{k_1}+E_{p_1}=E_{k_2}+E_{p_2}\)

    Уравнение означает, что полная механическая энергия тела, состоящая из кинетической и потенциальной, остается постоянной.

    В данной формуле \(E_{k_1} и E_{k_2}\) — это кинетическая энергия тела, \(E_{p_1} и E_{p_2}\) — потенциальная.

    Полную механическую энергию (E) можно рассчитать по формуле:

    \(E=E_k+E_p\)

    где \(E_k\) — кинетическая энергия, \(E_p\) — потенциальная.

    Формулы меры длины и веса



    Источник: infourok.ru

    Примеры задач

    Рассмотрим самые распространенные задачи из каждого раздела.

    Задачи на нахождение скорости, пути или времени движения

    Задача

    Дано: Поезд «Москва-Сочи» движется со скоростью 72 км/ч. Какой путь поезд преодолеет за 20 минут?

    Решение

    Сначала необходимо известные в задаче величины привести к одинаковым единицам измерения. 20 мин=1200 с. 72 км/ч=20 м/с.

    \(S=V\times t=1200*20=24000м=24\) км.

    Задача

    Дано: Самолет «Нью-Йорк-Лондон» летит со скоростью 850 км/ч. За какое время он преодолеет расстояние в 3400 км?

    Решение

    По формуле \(t=\frac SV\) ищем время.

    t=3400/850=4 часа.

    Задача

    Дано: Поезд, двигаясь с постоянной скоростью, за 2 часа прошел 108 км. Определите скорость движения поезда.

    Решение

    По формуле\( V=\frac St\) находим скорость.

    V=108/2=54км/ч=15 м/с.

    Задачи на вычисление силы тяжести, веса, массы, плотности

    Задача

    Дано: Льдина объемом 8 м^3 обладает массой в 7200 кг.2\) действует сила в 500 Н. Рассчитайте давление, производимое силой на поверхность.

    Решение

    \(P=\frac FS=500/2=250\) Па.

    Задача

    Дано: Подводная лодка находится в Баренцевом море на глубине 300 метров. Определите давление воды на судно.

    Решение

    \(P=p\times g\times h=1030*9,8*300=3028200\) Па.

    Задачи на вычисление работы, мощности, КПД

    Задача

    Дано: Тело массой 5 кг свободно перемещается с высоты в 5 метров. Определите работу силы тяжести.

    Решение

    \(A=F\times S\)

    \(F=m\times g\)

    \(A=m\times g\times S=5*5*9,8=245\) Дж.

    Задача

    Дано: Какую мощность развивает объект при движении с постоянной скоростью 3,6 км/ч, если его сила тяги равна 1 кН.

    Решение

    3,6 км/ч=1 м/с.

    1 кН=1000 Н.

    \(N=\frac At\)

    \(A=F\times S\)

    \(S=V\times t\)

    \(N=F\times V=1*1000=1000 Вт=1\) кВт.

    Задача

    Дано: Машина мощностью 5 кВт поднимает 180 тонн песка на высоту 6 метров за один час. Определите КПД установки.

    Решение

    \( \eta=\frac{A_п}{A_з}\)

    \(А_п=m\times g\times h\)

    \(A_з=A=P\times t\)

    \(\eta=\frac{m\times g\times h}{P\times t}=180000*9,8*6/(5000*3600)=0,59\)

    0,59*100%=59%

    Словарь физических терминов за курс физики 7 класса. Кроссворд на эти термины. | Методическая разработка по физике (7 класс) по теме:

    Толковый физический словарь

    Основные Термины

    7 класс

    Словарь является справочным пособием по терминологии в области физики 7 класса. Даются краткие определения терминов. Предназначается для учащихся 7 класса.

    Предлагается кроссворд по данному словарю.

    • Физика. Наука, изучающая явления природы, свойства и строение материи.
    • Материя. Всё, что есть во Вселенной.
    • Молекула.  Мельчайшая частица данного вещества.
    • Диффузия. Взаимное перемешивание  молекул одного вещества  с молекулами другого.
    • Механическое движение. Изменение положения тела относительно других тел  с течением времени.
    • Путь. Длина траектории.
    • Траектория. Линия, по которой движется тело.
    • Равномерное движение. Движение, при котором         тело за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.
    • Скорость. Величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден.
    • Инерция. Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.
    • Тормозной путь. Путь, который проходит автомобиль после выключения двигателя до полной остановки.
    • Плотность. Физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму.
    • Сила.Мера механического воздействия на тело со стороны других тел.
    • Масса. Мера инертности.
    • Вес. Сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует  на горизонтальную опору или подвес.
    • Равнодействующая сил. Сила, которая производит на тело такое же  действие, как несколько одновременно действующих сил.
    • Сила трения. Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная против движения.
    • Давление. Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
    • Атмосфера. Воздушная оболочка Земли.
    • Архимедова сила. Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа.
    • Работа. Величина, равная произведению приложенной  силы на  пройденный путь.
    • Мощность. Величина, равная  отношению работы ко времени, за которое она была совершена.
    • Рычаг. Твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.
    • КПД. Отношение полезной работы к полной работе.
    • Потенциальная энергия. Энергия взаимодействия.
    • Кинетическая  энергия. Энергия движения.

                  Кроссворд на тему «Термины.   Физика 7 класс»

    По горизонтали

    2. Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности

    6. Всё, что есть во Вселенной

    7. Мера механического воздействия на тело со стороны других тел

    8. Величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден

    10. Величина, равная произведению приложенной  силы на  пройденный путь

    12. Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел

    14. Линия, по которой движется тело

    По вертикали

    1. Физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму

    3. Воздушная оболочка Земли

    4. Мера инертности

    5. Мельчайшая частица данного вещества

    9. Величина, равная  отношению работы ко времени, за которое она была совершена

    11. Наука, изучающая явления природы, свойства и строение материи

    13. Твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры

    Физика: Физические термины Списки слов

    ускорение: скорость увеличения скорости или скорость изменения скорости переменного тока: непрерывный электрический ток, который периодически меняет направление, обычно синусоидальный ампер — основная единица измерения электрического тока в системе СИ; постоянный ток, который при поддержании в двух параллельных проводниках бесконечной длины и незначительного поперечного сечения, расположенных на расстоянии 1 метра в свободном пространстве, создает между ними силу 2 × 10–7 ньютон на метр. 1 ампер эквивалентен 1 кулону в секунду в усилителе электронного устройства, используемого для увеличения мощности подаваемого в него сигнала. Единица измерения длины, равная 10–10 метрам, используется в основном для выражения длин волн электромагнитного излучения.Это эквивалентно 0,1 нанометровому аниону отрицательно заряженного иона; ион, который притягивается к аноду во время электролиза, антиматтера форма материи, состоящая из античастиц, таких как антиводород, состоящая из антипротонов и позитронов, атом, эта сущность как источник ядерной энергии барион, любой из класса элементарных частиц, имеющих массу больше или равную к протону, участвуют в сильных взаимодействиях и имеют спин. Барионы бывают нуклонами или гиперонами. Барионное число — это количество барионов в системе за вычетом количества антибарионов, взятых из производной единицы радиоактивности в системе СИ, равной одному распаду в секунду по закону Бойля, принципу, согласно которому давление газа изменяется обратно пропорционально его объему при постоянной температуре Броуновское движение, случайное движение микроскопических размеров. частицы, взвешенные в жидкости, вызванные бомбардировкой частиц молекулами жидкости.Впервые наблюдаемый в 1827 году, он предоставил убедительные доказательства в поддержку кинетической теории молекулы — калорийная единица тепла, равная 4,1868 джоулей (калорийность по Международной таблице): ранее определялась как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды за счет 1 ° C при стандартных условиях. В настоящее время он в значительной степени заменен джоулевым емкостным сопротивлением для научных целей — свойством системы, которое позволяет ей накапливать электрический заряд, катодный клапан, в котором пучок высокоэнергетических электронов фокусируется на флуоресцентном экране, давая видимое пятно света.Устройство с соответствующим отклоняющим оборудованием используется в телевизионных приемниках, дисплеях, осциллографах и т. на любое тело, которое вращается или движется по изогнутой траектории, центростремительная сила — сила, которая действует внутрь на любое тело, которое вращается или движется по изогнутой траектории и направлена ​​к центру кривизны траектории или оси вращения, заряжает атрибут материи, с помощью которого он реагирует на электромагнитные силы, ответственные за все электрические явления, существующие в двух формах, которым произвольно приписываются отрицательные и положительные знаки закон Чарльза, принцип, согласно которому все газы расширяются одинаково при одинаковом повышении температуры, если они находятся под постоянным давлением: давление всех газов увеличивается одинаково при одинаковом повышении температуры, если они поддерживаются при постоянном давлении. люм.Теперь известно, что этот закон справедлив только для идеальных газов, проводящих вещество, тело или систему, проводящую электричество, тепло и т. движение более холодного воздуха космического рая-излучения с высокой проникающей способностью, которое исходит из космического пространства и частично состоит из высокоэнергетического атомного кулона, производной единицы электрического заряда в системе СИ; количество электричества, переносимое за одну секунду током в 1 ампер, поток электрического заряда через проводник циклотронного типа ускорителя частиц, в котором частицы вращаются по спирали внутри двух полых металлических электродов D-образной формы, расположенных друг напротив друга под действием сильного вертикальное магнитное поле, получающее энергию за счет высокочастотного напряжения, приложенного между этими электродами, децибела, единица измерения для сравнения двух токов, напряжений или уровней мощности, равная одной десятой белковой плотности, мера плотности вещества, выраженная как его масса на единицу. единичный объем.Он измеряется в килограммах на кубический метр или фунтах на кубический фут. Дифракция отклонение в направлении волны на краю препятствия на ее пути диффузия случайное тепловое движение атомов, молекул, кластеров атомов и т. Д. В газах, жидкостях, и некоторый твердый диод — полупроводниковое устройство, содержащее один pn переход, используемое в схемах для преобразования переменного тока в постоянный ток. характеризующийся изменением кажущейся частоты волны в результате относительного движения между наблюдателем и источником заземления; соединение между электрической цепью или устройством и землей, имеющее нулевой потенциал; электричество; любое явление, связанное со стационарными или движущимися электронами, ионами. , или другие заряженные частицы, электродвижущая сила, источник энергии, который может вызвать е — ток, протекающий в электрической цепи или устройстве электронной стабильной элементарной частицы, присутствующей во всех атомах, вращающейся вокруг ядра в количестве, равном порядковому номеру элемента в нейтральном атоме; лептон с отрицательным зарядом 1.602 176 462 × 10–19 кулонов, масса покоя 9,109 381 88 × 10–31 кг, радиус 2,817 940 285 × 10–15 метров и вращение энергии — мера этой способности, выраженная как работа, которую он делает при переходе к некоторому указанному ссылочному состоянию. Она измеряется в джоулях (единицах СИ) фарад производная единица электрической емкости СИ; емкость конденсатора, между пластинами которого создается потенциал в 1 вольт за счет заряда в 1 кулоновское поле, область пространства, которая является векторным полем; область пространства под влиянием некоторой скалярной величины, такой как температурное деление; расщепление атомного ядра на приблизительно равные части либо спонтанно, либо в результате удара частицы, обычно с соответствующим выделением энергии флуоресценции; испусканием света или другое излучение от атомов или молекул, которые бомбардируются частицами, такими как электроны, или излучением от отдельного источника.Бомбардирующее излучение производит возбужденные атомы, молекулы или ионы, и они испускают фотоны, когда они возвращаются в основное состояние, вызывая динамическое воздействие, которое переводит тело из состояния покоя в состояние движения или изменяет скорость его движения. Величина силы равна произведению массы тела на частоту его ускорения — количество раз, которое периодическая функция или вибрация повторяется за заданное время, часто 1 секунду. Обычно оно измеряется в герцах. Сопротивление трения, возникающее, когда одно тело движется относительно другого тела, с которым оно находится в контакте, взрыватель из горючего черного пороха в водонепроницаемом покрытии (предохранительный предохранитель) или провод, содержащий взрывчатое вещество (детонирующий взрыватель), используется. слияния заряда взрывчатого вещества — реакция, в которой два ядра объединяются, образуя ядро ​​с выделением энергии гамма-излучения. Электромагнитное излучение с длиной волны 10-9 сантиметров или меньше: может быть произведено реакциями ядер или элементарных частиц или взаимодействием. электронов высокой энергии с веществом, генерирующим устройство для преобразования механической энергии в электрическую энергию посредством электромагнитной индукции, особенно большой, как в гравитационной волне электростанции; волнообразное движение в гравитационном поле, возникающее, когда масса ускоряется или иным образом возмущается; они путешествуют в пространстве-времени со скоростью света, и самые сильные источники — это источники с самыми сильными гравитационными полями, хотя волны очень слабые; предсказанная Эйнштейном в 1916 году, но не наблюдавшаяся впервые до 2015 года, гравитация сила притяжения, которая перемещает или имеет тенденцию перемещать тела к центру небесного тела, такого как полужизнь Земли или Луны, время, затрачиваемое на половину атомов в радиоактивном материал, подвергающийся распаду герц — производная единица частоты в системе СИ; частота периодического явления с периодом времени 1 секунда; 1 цикл в секунду гиперон: Любой барион, не являющийся нуклоном, создает силу, которая приводит тело в движение или которая имеет тенденцию сопротивляться изменениям в индуктивности движения тела. Свойство электрической цепи, в результате которого создается электродвижущая сила за счет изменения тока. в той же цепи (самоиндукция) или в соседней цепи (взаимная индуктивность).Обычно его измеряют в генри, инерционность — стремление тела сохранять свое состояние покоя или равномерного движения, если только на него не действует внешняя сила в инфракрасном диапазоне — часть электромагнитного спектра с большей длиной волны, чем свет, но меньшей длиной волны, чем радиоволны; излучение с длиной волны от 0,8 микрометра до 1 миллиметра джоуля — производная единица работы или энергии в системе СИ; работа, совершаемая при перемещении точки приложения силы в 1 ньютон на расстояние 1 метр в направлении силы.1 джоуль эквивалентен 1 ватт-секунде, 107 эрг, 0,2390 калориям или 0,738 фут-фунт кельвина в основной единице термодинамической температуры в системе СИ; доля 1⁄273,16 термодинамической температуры тройной точки воды
    Символ: K кинетическая энергия — энергия движения тела, равная работе, которую оно совершило бы, если бы остановилось. Поступательная кинетическая энергия зависит от движения в пространстве и для твердого тела постоянной массы равна произведению половины массы на квадрат скорости.Кинетическая энергия вращения зависит от вращения вокруг оси, и для тела с постоянным моментом инерции равна произведению половины момента инерции на квадрат угловой скорости. В релятивистской физике кинетическая энергия равна произведению увеличения массы, вызванного движением, на квадрат скорости света. Единицей СИ является джоуль, но электронвольт часто используется в атомной физике в качестве лазерного источника высокоинтенсивного оптического, инфракрасного или ультрафиолетового излучения, создаваемого в результате стимулированного излучения, сохраняемого в твердой, жидкой или газообразной среде.Все фотоны, участвующие в процессе излучения, имеют одинаковую энергию и фазу, поэтому лазерный луч является монохроматическим и когерентным, что позволяет направить его на линзу с тонкой фокусировкой — устройство, которое расходится или сходится пучок электромагнитного излучения, звука или лептонных частиц. группы элементарных частиц и их античастиц, таких как электрон, мюон или нейтрино, которые участвуют в электромагнитных и слабых взаимодействиях и имеют полуцелую спиновую люминесценцию — излучение света при низких температурах в результате любого процесса, кроме накаливания, например фосфоресценция или хемилюминесценция — физическая величина, выражающая количество вещества в теле.Это мера сопротивления тела изменениям скорости (инерционная масса), а также силы, действующей в гравитационном поле (гравитационная масса): согласно теории относительности, инерционная и гравитационная массы — это равные материальные вещества, занимающие пространство и обладающие Масса, в отличие от материи, которая является ментальной, духовной и т. д., состоит из группы элементарных частиц, таких как пион или каон, которая обычно имеет массу покоя между массой электрона и протона и интегральный спин.Они несут ответственность за силу между нуклонами в ядре атома, микроволновое электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 0,3 до 0,001 метра: используется в радарах, приготовлении пищи и т. Д. В момент произведения физической величины, такой как сила или масса, на расстояние от фиксированной точки отсчета. точечный импульс — произведение массы тела и его скорости мюона положительной или отрицательной элементарной частицы с массой в 207 раз больше массы электрона и спина. Первоначально он назывался мю-мезон, но теперь классифицируется как лептонное нейтрино — стабильная лептонная нейтральная элементарная частица с очень малой или, возможно, нулевой массой покоя и спином, которая движется со скоростью света.Существуют три типа: электрон, мюон и нейтронная элементарная частица тау-частицы с массой покоя 1,674 92716 × 10–27 килограмм и спином; классифицируется как барион. В ядре атома он стабилен, но в свободном состоянии он распадается на производную единицу силы в системе СИ, которая сообщает ускорение 1 метр в секунду массе в 1 килограмм; эквивалентен 105 динам или 7,233 фунтам нуклеоны, протону или нейтрону, особенно тот, который присутствует в ядре атомного ядра — центральная часть в голове кометы, состоящая из небольших твердых частиц льда и замороженных газов, которые испаряются при приближении к Солнцу, образуя кому и хвостовой ом — производная единица электрического сопротивления в системе СИ; сопротивление между двумя точками на проводнике, когда постоянная разность потенциалов в 1 вольт между ними создает ток в 1 ампер Закон Ома принцип, согласно которому электрический ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов на нем, при условии, что температура остается постоянный.Константа пропорциональности — это сопротивление частицы-проводника — тела с конечной массой, которое можно рассматривать как имеющее незначительный размер, и паскаль внутренней структуры — производная единица давления в системе СИ; давление, оказываемое на площадь 1 квадратный метр силой в 1 ньютон; эквивалентно 10 динам на квадратный сантиметр или 1,45 × 10–4 фунта на квадратный дюйм постоянной Планка или постоянной Планка — фундаментальной постоянной, равной энергии любого кванта излучения, деленной на его частоту. Имеет значение 6.62606876 × 10–34 джоулей секунды разность потенциалов: разность электрических потенциалов между двумя точками в электрическом поле; работа, которая должна быть выполнена при передаче единичного положительного заряда из одной точки в другую, измеряемая в вольтах потенциальная энергия — энергия тела или системы в результате ее положения в электрическом, магнитном или гравитационном поле. Он измеряется в джоулях (единицах СИ), электронвольтах, эргах и т. Д. Стабильная протонная, положительно заряженная элементарная частица, обнаруженная в атомных ядрах в количестве, равном атомному номеру элемента.Это барион с зарядом 1,602176462 × 10–19 кулонов, массой покоя 1,672 62159 × 10–27 килограмм и спиновым квантом — наименьшей величиной некоторого физического свойства, например энергии, которым система может обладать в соответствии с квантовой Теория излучения: излучение или передача лучистой энергии в виде частиц, электромагнитных волн, звука и т. д., радиоактивность, спонтанное излучение ядер атомов. Излучение может состоять из альфа-, бета- и гамма-излучения радиоволн; электромагнитной волны радиочастоты; красного смещения: сдвига линий спектра астрономического объекта в сторону большей длины волны (красный конец оптического спектра) относительно длины волны. этих линий в земном спектре, обычно в результате эффекта Доплера, вызванного рецессией отражения объекта, актом отражения или состоянием отражения преломления, изменением направления распространяющейся волны, такой как свет или звук, при прохождении. от одной среды к другой, в которой она имеет различную относительность скоростей, либо две теории, разработанные Альбертом Эйнштейном, либо специальную теорию относительности, которая требует, чтобы законы физики были такими же, какими их видят любые два разных наблюдателя в однородном относительном движении, и общая теория относительности, которая рассматривает наблюдателей с относительным ускорением и приводит к теории сопротивления гравитации. к потоку электрического тока через компонент цепи, среду или вещество.Это величина действительной части импеданса, которая измеряется в омах в единице активности, равной количеству радиоактивного нуклида, необходимого для производства одного миллиона распадов в секунду полупроводникового устройства, такого как транзистор или интегральная схема, который зависит от свойства такого вещества: простое гармоническое движение, форма периодического движения частицы и т. призма или дифракционная решетка.Длина волны непрерывно изменяется от красной, самой длинной волны, до фиолетовой, самой короткой. Обычно выделяют семь цветов: фиолетовый, индиго, синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Статическое электричество; электрические искры или треск, вызванные сверхпроводимостью субатомных частиц трения, свойством некоторых веществ, не имеющих электрического сопротивления. В металлах это происходит при очень низких температурах, но сверхпроводимость при более высоких температурах возникает в некоторых керамических материалах. Сверхтекучесть — состояние или свойство превращаться в сверхтекучее поверхностное натяжение — свойство жидкостей, вызванное межмолекулярными силами вблизи поверхности, ведущими к кажущемуся присутствию поверхностной пленки и к капиллярности и т. д. тау-частица — нестабильный, отрицательно заряженный лептон с массой c.1777 МэВ / c2 (или примерно в 3490 раз больше, чем у электрона) и средний срок службы 2,2 × 10-13 секунд — сила, которая имеет тенденцию вызывать удлинение конечной скорости тела или конструкции — постоянную максимальную скорость, достигаемую телом, падающим под гравитация через жидкость, особенно атмосферный термостат
    устройство, поддерживающее постоянную температуру в системе. Он часто состоит из биметаллической ленты, которая изгибается при расширении и сжатии при изменении температуры, тем самым размыкая и контактируя с устройством-трансформатором электропитания, которое передает переменный ток от одной цепи к одной или нескольким другим цепям, обычно с увеличением (шаг повышающий трансформатор) или понижение (понижающий трансформатор) напряжения.Входной ток подается на первичную обмотку, а выходной сигнал берется из вторичной обмотки или обмоток, индуктивно связанных с полупроводниковым устройством первичного транзистора, имеющего три или более выводов, прикрепленных к электродным областям, в которых ток, протекающий между двумя электродами, регулируется с помощью напряжение или ток, приложенные к одному или нескольким указанным электродам. Устройство способно к усилению и т. Д. И заменило клапан в большинстве схем, поскольку оно намного меньше, надежнее и работает при гораздо более низком напряжении в ультрафиолетовом диапазоне, часть электромагнитного спектра с длинами волн короче света, но длиннее рентгеновских лучей. ; в диапазоне 0.4 × 10–6 и 1 × 10–8 метров область вакуума, не содержащая материи; скорость свободного пространства — мера скорости движения тела, выраженная как скорость изменения его положения в определенном направлении во времени. Она измеряется в метрах в секунду, милях в час и т. Д. Вязкость — мера этого сопротивления, равная касательному напряжению в жидкости, подвергающемуся обтекаемому потоку, деленному на ее градиент скорости. Он измеряется в ньютон-секундах на метр в квадрате вольта — производная единица измерения электрического потенциала в системе СИ; разность потенциалов между двумя точками на проводе, по которому проходит ток в 1 ампер, когда мощность, рассеиваемая между этими точками, составляет 1 ватт — производная единица мощности в системе СИ, равная 1 джоуль в секунду; мощность, рассеиваемая током в 1 ампер, протекающим через разность потенциалов в 1 вольт.1 ватт эквивалентен 1,341 × 10–3 волне мощности одной из последовательности гребней или волн, которые движутся по поверхности жидкого тела, особенно в море: создаваемых ветром или движущимся объектом и длиной волны силы тяжести, расстояние, измеряемое в направление распространения между двумя точками одной и той же фазы в последовательных циклах волнового рентгеновского электромагнитного излучения, испускаемого при бомбардировке вещества быстрыми электронами. Рентгеновские лучи имеют длину волны короче, чем ультрафиолетовое излучение, то есть менее 1 × 10–8 метров.Они распространяются на бесконечно короткие длины волн, но ниже примерно 1 × 10–11 метров их часто называют гамма-излучением ▷ См. Физику

    Copyright © 2016 by HarperCollins Publishers. Все права защищены.

    1.1 Физика: определения и приложения — Физика

    Задачи обучения разделу

    К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

    • Опишите определение, цели и разделы физики
    • Описать и отличить классическую физику от современной физики и описать важность теории относительности, квантовой механики и релятивистской квантовой механики в современной физике
    • Опишите, как аспекты физики используются в других науках (например,г., биология, химия, геология и др.), а также в бытовой технике

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

    • (2) Научные процессы. Студент использует системный подход к ответам на вопросы научных лабораторий и полевых исследований. Ожидается, что студент:

      • (A) знать определение науки и понимать, что оно имеет ограничения, указанные в подразделе (b) (2) этого раздела;
    • (3) Научные процессы.Учащийся использует критическое мышление, научные рассуждения и решение проблем, чтобы принимать обоснованные решения в классе и за его пределами. Ожидается, что студент:

      • (A) во всех областях науки анализировать, оценивать и критиковать научные объяснения с использованием эмпирических данных, логических рассуждений, экспериментальных и наблюдательных проверок, включая изучение всех сторон научных свидетельств этих научных объяснений, чтобы поощрять критическое мышление посредством студент.
      • (B) передавать и применять научную информацию, полученную из различных источников, таких как текущие события, новостные отчеты, опубликованные журнальные статьи и маркетинговые материалы;
      • (C) делать выводы на основе данных, касающихся рекламных материалов для продуктов и услуг;
      • (D) объяснять влияние научного вклада различных исторических и современных ученых на научную мысль и общество.

    Раздел Ключевые термины

    атом классическая физика современная физика
    физика квантовая механика теория относительности

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Чтобы помочь удовлетворить мультимодальные потребности классных комнат сегодня, OpenStax Tutor Physics предоставляет советы по поддержке учителей на уровне [OL], ниже уровня [BL] и выше уровня [AL] студенты.

    [OL] Предварительная оценка по этому разделу может включать в себя вопросы учащихся об определении материи, атомов, электронов, протонов, нейтронов, субатомных частиц и энергии. Студентов также можно попросить назвать некоторых выдающихся классиков и современных физиков и описать некоторые из их работ в общих чертах.

    [OL] Введение и вводная картинка предназначены для того, чтобы показать студентам, что физические законы, управляющие их повседневным окружением, также управляют движением звезд в галактике.Учителя могут спросить учащихся, как гравитация влияет на жизнь на Земле. Студенты, вероятно, упомянут, как гравитация удерживает нас на поверхности Земли. При необходимости предложите им подумать также об орбитальном движении Земли вокруг Солнца. Это движение позволяет Земле наслаждаться теплом солнечного света. Без гравитации Солнца Земля продолжала бы двигаться по прямой линии и удалялась от Солнца, в то время как люди отрывались бы от поверхности Земли. Орбита Луны также может быть включена в это обсуждение, потому что гравитация Земли заставляет Луну двигаться вокруг Земли, а не продолжать движение по прямому пути.

    Что такое физика

    Подумайте обо всех технологических устройствах, которые вы используете регулярно. На ум могут прийти компьютеры, беспроводной Интернет, смартфоны, планшеты, система глобального позиционирования (GPS), MP3-плееры и спутниковое радио. Затем подумайте о самых захватывающих современных технологиях, о которых вы слышали в новостях, таких как поезда, которые парят над своими рельсами, плащи-невидимки , , которые излучают свет вокруг них, и микроскопических роботов, которые борются с больными клетками нашего тела.Все эти новаторские достижения основаны на принципах физики.

    Физика — это отрасль науки. Слово наука происходит от латинского слова, которое означает , обладающее знаниями , и относится к знанию того, как работает физический мир, на основе объективных свидетельств, определенных посредством наблюдений и экспериментов. Ключевым требованием любого научного объяснения природного явления является то, что оно должно быть проверено; нужно уметь разработать и провести экспериментальное исследование, которое либо поддерживает, либо опровергает это объяснение.Важно отметить, что некоторые вопросы выходят за рамки науки именно потому, что они имеют дело с явлениями, которые не поддаются научной проверке. Эта потребность в объективных доказательствах помогает определить процесс расследования, которому следуют ученые, который будет описан позже в этой главе.

    Физика — это наука, направленная на описание фундаментальных аспектов нашей Вселенной. Это включает в себя, что в нем находится, какие свойства этих вещей заметны и каким процессам подвергаются эти предметы или их свойства.Проще говоря, физика пытается описать основные механизмы, которые заставляют нашу Вселенную вести себя именно так. Например, рассмотрим смартфон (рис. 1.2). Физика описывает, как электрический ток взаимодействует с различными цепями внутри устройства. Эти знания помогают инженерам выбрать подходящие материалы и схему схемы при сборке смартфона. Далее рассмотрим GPS. Физика описывает взаимосвязь между скоростью объекта, расстоянием, на которое он проходит, и временем, которое требуется, чтобы пройти это расстояние.Когда вы используете устройство GPS в транспортном средстве, оно использует эти физические взаимосвязи для определения времени в пути из одного места в другое.

    Рис. 1.2 Физика описывает способ прохождения электрического заряда через цепи этого устройства. Инженеры используют свои знания физики для создания смартфона с функциями, которые понравятся потребителям, например, с функцией GPS. GPS использует уравнения физики для определения времени в пути между двумя точками на карте. (@gletham GIS, Social, Mobile Tech Images)

    Teacher Support

    Teacher Support

    [AL] Спросите, какие части сотового телефона должны содержать токопроводящие материалы (провода, печатные платы и т. д.)) по сравнению с изоляционными материалами (например, в местах, где электрическая изоляция не позволяет людям прикасаться к электрическим цепям внутри телефона).

    [AL] Вы можете углубиться в использование GPS на этом этапе, определив скорость = расстояние / время, обсудив триангуляцию и / или обсудив прямую видимость.

    По мере того, как наша технология развивалась на протяжении веков, физика расширилась во многие области. Древние люди могли изучать только то, что они могли видеть невооруженным глазом или иным образом испытать без помощи научного оборудования.Это включало изучение кинематики, то есть изучение движущихся объектов. Например, древние люди часто изучали видимое движение объектов на небе, таких как солнце, луна и звезды. Это очевидно при строительстве доисторических астрономических обсерваторий, таких как Стоунхендж в Англии (показано на рис. 1.3).

    Рис. 1.3 Стоунхендж — памятник, расположенный в Англии, построенный между 3000 и 1000 годами до нашей эры. Он функционирует как древняя астрономическая обсерватория, а некоторые камни в памятнике соответствуют положению солнца во время летнего и зимнего солнцестояния.Другие скалы совпадают с восходом и заходом луны в определенные дни года. (Citypeek, Wikimedia Commons)

    Древние люди также изучали статику и динамику, которые фокусируются на том, как объекты начинают двигаться, прекращают движение и изменяют скорость и направление в ответ на силы, толкающие или притягивающие объекты. Этот ранний интерес к кинематике и динамике позволил людям изобрести простые механизмы, такие как рычаг, шкив, рампа и колесо. Эти простые машины постепенно объединялись и объединялись для производства более сложных машин, таких как вагоны и краны.Машины позволяли людям постепенно выполнять больше работы более эффективно за меньшее время, позволяя им создавать более крупные и сложные здания и сооружения, многие из которых все еще существуют с древних времен.

    По мере развития технологий разделы физики стали еще более разнообразными. К ним относятся такие отрасли, как акустика, изучение звука и оптика, изучение света. В 1608 году изобретение телескопа немецким мастером по изготовлению очков Гансом Липперши привело к огромным открытиям в астрономии — изучении объектов или явлений в космосе.Год спустя, в 1609 году, Галилео Галилей начал первые исследования Солнечной системы и Вселенной с помощью телескопа. В эпоху Возрождения Исаак Ньютон использовал наблюдения Галилея, чтобы построить свои три закона движения. Эти законы были стандартом для изучения кинематики и динамики даже сегодня.

    Другой важной областью физики является термодинамика, которая включает изучение тепловой энергии и передачи тепла. Джеймс Прескотт Джоуль, английский физик, изучал природу тепла и его связь с работой.Работа Джоуля помогла заложить основу первого из трех законов термодинамики, которые описывают, как энергия в нашей Вселенной передается от одного объекта к другому или трансформируется из одной формы в другую. Исследования в области термодинамики были мотивированы необходимостью сделать двигатели более эффективными, защитить людей от непогоды и сохранить пищу.

    18 и 19 века также стали свидетелями больших успехов в изучении электричества и магнетизма. Электричество предполагает изучение электрических зарядов и их движения.Магнетизм давно был замечен как сила притяжения между намагниченным объектом и таким металлом, как железо, или между противоположными полюсами (северным и южным) двух намагниченных объектов. В 1820 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед показал, что электрические токи создают магнитные поля. В 1831 году английский изобретатель Майкл Фарадей показал, что перемещение провода через магнитное поле может вызвать электрический ток. Эти исследования привели к изобретениям электродвигателя и электрогенератора, которые произвели революцию в жизни человека, внося электричество и магнетизм в наши машины.

    В конце 19-го, -го, -го века французские ученые Мари и Пьер Кюри открыли радиоактивные вещества. Ядерная физика предполагает изучение ядер атомов, источника ядерного излучения. В 20, -м, веках изучение ядерной физики в конечном итоге привело к способности расщеплять ядро ​​атома, этот процесс получил название ядерного деления. Этот процесс лежит в основе атомных электростанций и ядерного оружия. Кроме того, область квантовой механики, которая включает в себя механику атомов и молекул, достигла больших успехов в течение 20–90–115–90–116-го века по мере расширения нашего понимания атомов и субатомных частиц (см. Ниже).

    В начале -х годов века Альберт Эйнштейн произвел революцию в нескольких областях физики, особенно в теории относительности. Относительность произвела революцию в нашем понимании движения и Вселенной в целом, как описано далее в этой главе. Сейчас, в 21 веке, физики продолжают изучать эти и многие другие разделы физики.

    Изучая наиболее важные темы физики, вы приобретете аналитические способности, которые позволят вам применять физику далеко за пределами того, что может быть включено в одну книгу.Эти аналитические навыки помогут вам преуспеть в учебе, а также помогут критически мыслить в любой карьере, которую вы выберете.

    Физика: прошлое и настоящее

    Считается, что слово «физика» произошло от греческого слова phusis , означающего «природа». Позже изучение природы было названо натурфилософией . С древних времен до эпохи Возрождения натурфилософия охватывала множество областей, включая астрономию, биологию, химию, математику и медицину.За последние несколько столетий рост научного знания привел к постоянно растущей специализации и разветвлению натурфилософии на отдельные области, при этом физика сохранила самые основные аспекты. Физика в том виде, в котором она развивалась с эпохи Возрождения до конца 19, -го, века, называется классической физикой. Революционные открытия, начавшиеся в начале 20-го, 90-го, 115-го, 90-го и 116-го века, превратили физику из классической физики в современную физику.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL] [EL] Изучающим английский язык может потребоваться философия и классическая , определенные в этом разделе.Свяжите определение классической физики с использованием слова классический в контексте, который, вероятно, более знаком студентам, например, в классических фильмах.

    Классическая физика не является точным описанием Вселенной, но это отличное приближение при следующих условиях: (1) материя должна двигаться со скоростью менее примерно 1 процента скорости света, (2) объекты, с которыми имеет дело должен быть достаточно большим, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом, и (3) может быть задействована только слабая гравитация, например, создаваемая Землей.Очень маленькие объекты, такие как атомы и молекулы, не могут быть адекватно объяснены классической физикой. Эти три условия применимы практически ко всему повседневному опыту. В результате большинство аспектов классической физики должны иметь смысл на интуитивном уровне.

    Teacher Support

    Teacher Support

    [OL] Чтобы лучше понять опыт учащихся, выразите скорость света в единицах, используемых при вождении автомобиля, например, 1,080 миллиона км / ч или 671 миллион миль в час. Сравните это с примерно восьмиминутным путешествием, которое требуется свету, чтобы пройти 150 миллиардов километров (93 миллиарда миль) от Солнца до Земли.

    Многие законы классической физики были изменены в течение 90–115–90–16 века, что привело к революционным изменениям в технологиях, обществе и нашем взгляде на Вселенную. В результате многие аспекты современной физики, которые выходят за рамки нашего повседневного опыта, могут показаться странными или невероятными. Так почему же большая часть этого учебника посвящена классической физике? Есть две основные причины. Во-первых, знание классической физики необходимо для понимания современной физики.Вторая причина заключается в том, что классическая физика по-прежнему дает точное описание Вселенной в широком диапазоне повседневных обстоятельств.

    Современная физика включает две революционные теории: относительность и квантовую механику. Эти теории имеют дело с очень быстрым и очень маленьким соответственно. Теория относительности была разработана Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Изучая, как два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга, будут видеть одни и те же явления, Эйнштейн разработал радикально новые идеи о времени и пространстве.Он пришел к поразительному выводу, что измеренная длина объекта, движущегося с высокой скоростью (более одного процента от скорости света), короче, чем длина того же объекта, измеренная в состоянии покоя. Возможно, еще более странным является представление о том, что время для одного и того же процесса различается в зависимости от движения наблюдателя. Время течет медленнее для объекта, движущегося с высокой скоростью. Путешествие к ближайшей звездной системе, Альфе Центавра, может занять у астронавта 4,5 земных года, если корабль движется со скоростью, близкой к скорости света.Однако из-за того, что время замедляется с большей скоростью, астронавт за время полета постареет всего на 0,5 года. Идеи относительности Эйнштейна были приняты после того, как они были подтверждены многочисленными экспериментами.

    Гравитация, сила, удерживающая нас на Земле, также может влиять на время и пространство. Например, на поверхности Земли время течет медленнее, чем для объектов, находящихся дальше от поверхности, таких как спутник на орбите. Очень точные часы на спутниках глобального позиционирования должны это исправить.Они медленно опережают часы на поверхности Земли. Это называется замедлением времени и происходит потому, что гравитация, по сути, замедляет время.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [AL] Говоря о том, что время течет медленнее при скоростях, близких к свету или при высокой гравитации, важно отметить, что люди в обоих местах воспринимают секунду как один и тот же отрезок времени.

    Большие объекты, такие как Земля, обладают достаточно сильной гравитацией, чтобы искажать пространство. Чтобы визуализировать эту идею, представьте шар для боулинга, установленный на батуте.Шар для боулинга вдавливает или искривляет поверхность батута. Если вы катите шарик по батуту, он будет следовать за поверхностью батута, скатится в углубление, образованное шаром для боулинга, и ударит по мячу. Точно так же Земля изгибает пространство вокруг себя в форме воронки. Эти изгибы в космосе из-за Земли вызывают притяжение объектов к Земле (т. Е. Гравитацию).

    Из-за того, как гравитация влияет на пространство и время, Эйнштейн заявил, что гравитация влияет на пространственно-временной континуум, как показано на рисунке 1.4. Вот почему время у поверхности Земли течет медленнее, чем на орбите. В черных дырах, гравитация которых в сотни раз больше земной, время течет так медленно, что далекому наблюдателю могло показаться, что оно остановилось!

    Рис. 1.4 Теория относительности Эйнштейна описывает пространство и время как переплетенную сетку. Большие объекты, такие как планета, искажают пространство, заставляя объекты падать на планету под действием силы тяжести. Крупные объекты также искажают время, заставляя время течь медленнее у поверхности Земли по сравнению с областью за пределами искаженной области пространства-времени.

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    [AL] Черные дыры намного плотнее и массивнее Земли. Чем больше масса объекта, тем сильнее создаваемое им гравитационное поле и тем сильнее гравитация замедляет время.

    Таким образом, теория относительности утверждает, что при описании Вселенной важно понимать, что время, пространство и скорость не абсолютны. Вместо этого они могут казаться разными для разных наблюдателей. Способность Эйнштейна обосновывать теорию относительности еще более удивительна, потому что мы не можем видеть эффекты относительности в нашей повседневной жизни.

    Квантовая механика — вторая важная теория современной физики. Квантовая механика имеет дело с очень маленькими, а именно с субатомными частицами, из которых состоят атомы. Атомы (рис. 1.5) — это мельчайшие единицы элементов. Однако сами атомы состоят из еще более мелких субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны. Квантовая механика стремится описать свойства и поведение этих и других субатомных частиц. Часто эти частицы ведут себя не так, как ожидает классическая физика.Одна из причин этого в том, что они достаточно малы, чтобы двигаться с огромной скоростью, близкой к скорости света.

    Рис. 1.5. Используя сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), ученые могут видеть отдельные атомы, составляющие этот лист золота. (Erwinrossen)

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    [OL] [AL] Оцените предыдущие знания о субатомных частицах, спросив учащихся, слышали ли они о протонах, электронах, нейтронах, а также о кварках, частицах Хиггса-бозона и скоро.

    [AL] Сканирующие электронные микроскопы генерируют высокодетализированные виды поверхности объектов, таких как показано на рисунке 1.5. Они сканируют поверхность объекта пучками электронов, чтобы определить микроскопическую топографию объекта.

    На коллайдерах частиц (рис. 1.6), таких как Большой адронный коллайдер на французско-швейцарской границе, физики элементарных частиц могут заставить субатомные частицы перемещаться с очень высокой скоростью в сверхпроводящем туннеле длиной 27 километров (17 миль). Затем они могут изучать свойства частиц на высоких скоростях, а также сталкивать их друг с другом, чтобы увидеть, как они обмениваются энергией.Это привело ко многим интригующим открытиям, таким как частица Хиггса-Бозона, которая придает материи свойство массы, и антивещество, которое вызывает огромное выделение энергии при контакте с веществом.

    Рис. 1.6 Коллайдеры частиц, такие как Большой адронный коллайдер в Швейцарии или Фермилаб в Соединенных Штатах (на фото), имеют длинные туннели, которые позволяют субатомным частицам ускоряться до скорости, близкой к световой. (Andrius.v)

    В настоящее время физики пытаются объединить две теории современной физики, теорию относительности и квантовую механику, в единую всеобъемлющую теорию, называемую релятивистской квантовой механикой.Связывание поведения субатомных частиц с гравитацией, временем и пространством позволит нам объяснить, как устроена Вселенная, в гораздо более полной мере.

    Применение физики

    Чтобы использовать физику, не нужно быть ученым. Напротив, знание физики полезно в повседневных ситуациях, а также в ненаучных профессиях. Например, физика может помочь вам понять, почему не следует помещать металл в микроволновую печь (рис. 1.7), почему черный автомобильный радиатор помогает отводить тепло в двигателе автомобиля и почему белая крыша помогает сохранять прохладу внутри дома.Работу системы зажигания автомобиля, а также передачу электрических сигналов через нашу нервную систему гораздо легче понять, если подумать о них с точки зрения базовой физики электричества.

    Рис. 1.7 Почему нельзя класть металл в микроволновую печь? Микроволны — это высокоэнергетическое излучение, которое увеличивает движение электронов в металле. Эти движущиеся электроны могут создавать электрический ток, вызывая искрение, которое может привести к пожару. (= MoneyBlogNewz)

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    [AL] Опасно класть металл в микроволновую печь, потому что металл отражает микроволны, которые, когда они могут колебаться вокруг духовки, могут повредить духовку.Кроме того, металл в микроволновой печи сильно нагревается и начинает генерировать электрическое поле. Это электрическое поле ионизирует воздух, окружающий металл, создавая искры.

    Физика — основа многих важных научных дисциплин. Например, химия занимается взаимодействием атомов и молекул. Неудивительно, что химия уходит корнями в атомную и молекулярную физику. Большинство областей техники также относятся к прикладной физике. В архитектуре физика лежит в основе определения структурной устойчивости, акустики, отопления, освещения и охлаждения зданий.Части геологии, изучение неживых частей Земли, во многом опираются на физику; включая радиоактивное датирование, анализ землетрясений и теплопередачу через поверхность Земли. Действительно, некоторые дисциплины, такие как биофизика и геофизика, представляют собой гибриды физики и других дисциплин.

    Teacher Support

    Teacher Support

    [BL] [EL] Учащимся может потребоваться акустика , чтобы объяснить свойства комнаты или конструкции, которые определяют, как звук передается в ней.

    Физика также описывает химические процессы, которые приводят в действие человеческое тело. Физика участвует в медицинской диагностике, такой как рентген, магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвуковые измерения кровотока (рис. 1.8). Лечебная терапия. Физика также имеет множество применений в биологии, изучении жизни. Например, физика описывает, как клетки могут защитить себя, используя свои клеточные стенки и клеточные мембраны (рис. 1.9). Медицинская терапия иногда напрямую связана с физикой, например, с использованием рентгеновских лучей для диагностики состояний здоровья.Физика также может объяснить то, что мы воспринимаем нашими чувствами, например, как уши улавливают звук или глаза определяют цвет.

    Рис. 1.8 Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует электромагнитные волны для получения изображения мозга, которое врачи могут использовать для поиска пораженных участков. (Рашми Чавла, Дэниел Смит и Пол Э. Марик)

    Рис. 1.9 Физика, химия и биология помогают описать свойства клеточных стенок в клетках растений, таких как клетки лука, показанные здесь. (Умберто Сальваньин)

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    [BL] Клеточные мембраны (присутствующие в клетках всех организмов) контролируют перенос материалов в клетку и из клетки.Клеточные стенки (обнаруженные в клетках растений, клетках грибов, бактерий и микробов, похожих на растения) в основном обеспечивают структуру и поддержку.

    [AL] Рентгеновские лучи легко проникают через кожу и мягкие ткани, но в гораздо большей степени поглощаются костями. Это создает изображение, на котором кости внутри тела четко видны, а мягкие ткани — нет. МРТ сканирует магнитные свойства атомов внутри тела, позволяя визуализировать твердые и пустые области внутри тела. Ультразвуковые измерения кровотока используют звуковые волны и эффект Доплера для измерения скорости и объема кровотока.

    Безграничная физика

    Физика посадки на комету

    12 ноября 2014 года космический аппарат Rosetta Европейского космического агентства (показан на рис. 1.10) стал первым из когда-либо достигших орбиты кометы. Вскоре после этого на комету приземлился марсоход Розетты, Philae, что стало первым случаем, когда люди приземлили космический зонд на комету.

    Рис. 1.10 Космический аппарат Rosetta с его большими революционными солнечными батареями доставил посадочный модуль Philae к комете.Затем спускаемый аппарат отделился и приземлился на поверхность кометы. (Европейское космическое агентство)

    Пролетев 6,4 миллиарда километров с момента запуска на Землю, Розетта приземлилась на комете 67P / Чурюмова-Герасименко, ширина которой составляет всего 4 километра. Физика была необходима, чтобы успешно проложить курс к такой маленькой, далекой и быстро движущейся цели. Путь Розетты к комете был непростым. Зонд сначала должен был отправиться на Марс, чтобы гравитация Марса могла ускорить его и отклонить в точном направлении к комете.

    Это был не первый случай, когда люди использовали гравитацию для питания наших космических кораблей. Космический зонд «Вояджер-2», запущенный в 1977 году, использовал гравитацию Сатурна для измерения рогатки над Ураном и Нептуном (проиллюстрирован на рис. 1.11), что позволило получить первые фотографии этих планет. Теперь, спустя почти 40 лет после запуска, «Вояджер-2» находится на самом краю нашей Солнечной системы и вот-вот войдет в межзвездное пространство. Его родственный корабль «Вояджер-1» (показан на рис. 1.11), который также был спущен на воду в 1977 году, уже там.

    Чтобы послушать звуки межзвездного пространства или увидеть изображения, которые были переданы с «Вояджера I», или узнать больше о миссии «Вояджер», посетите веб-сайт миссии «Вояджер».

    Рис. 1.11 а) «Вояджер-2», запущенный в 1977 году, использовал силу притяжения Сатурна, чтобы перелететь к Урану и Нептуну. НАСА б) Визуализация «Вояджера-1», первого космического зонда, когда-либо покинувшего нашу солнечную систему и вошедшего в межзвездное пространство. NASA

    У обоих «Вояджеров» есть генераторы электроэнергии, основанные на распаде радиоизотопов.Эти генераторы служат им почти 40 лет. Розетта, напротив, работает на солнечной энергии. Фактически, Rosetta стала первым космическим зондом, который вышел за пределы пояса астероидов, полагаясь только на солнечные батареи для выработки энергии.

    Находясь в 800 миллионах километров от Солнца, Розетта получает солнечный свет, который всего на 4 процента сильнее, чем на Земле. К тому же в космосе очень холодно. Поэтому много физиков ушло на разработку низкотемпературных солнечных элементов Rosetta.

    В этом смысле проект Rosetta прекрасно показывает огромный диапазон тем, охватываемых физикой: от моделирования движения гигантских планет на огромные расстояния в пределах наших солнечных систем до обучения выработке электроэнергии из света низкой интенсивности. На сегодняшний день физика — это самая обширная область науки.

    Проверка захвата

    Какие характеристики Солнечной системы необходимо было узнать или рассчитать, чтобы отправить зонд на далекую планету, например, на Юпитер?

    1. Эффекты от света далеких звезд
    2. Воздух в солнечной системе
    3. Эффекты гравитации от других планет
    4. эффекты космического микроволнового фонового излучения

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    Этот отрывок описывает физику, лежащую в основе перемещения зондов Rosetta и Voyager через Солнечную систему с помощью выстрелов с помощью гравитационной пращи.Кроме того, сравнивается физика систем питания этих зондов. Это сделано для того, чтобы укрепить применимость физики в широких пределах, от огромных расстояний в нашей Вселенной до крошечных размеров субатомных частиц.

    Ответы на проверку хватки могут отличаться. Пример ответа: вам нужно знать, как движется целевая планета, чтобы узнать, когда запустить зонд, чтобы он действительно достиг планеты. Вам также необходимо знать и учитывать влияние гравитации других планет на пути, пройденном во время его путешествия.

    Таким образом, физика изучает многие из самых основных аспектов науки. Следовательно, знание физики необходимо для понимания всех других наук. Это потому, что физика объясняет самые основные способы работы нашей Вселенной. Однако формально изучать все приложения физики необязательно. Знание основных законов физики будет очень полезно для вас, чтобы вы могли использовать их для решения некоторых повседневных задач. Таким образом, изучение физики может улучшить ваши навыки решения проблем.

    Проверьте свое понимание

    1.

    Что из следующего не является существенной чертой научного объяснения?

    1. Они должны пройти тестирование.
    2. Они строго относятся к физическому миру.
    3. Об их достоверности судят на основании объективных наблюдений.
    4. После того, как они подтверждены наблюдением, они могут рассматриваться как факт.

    2.

    Что из следующего не , а не представляет собой вопрос, на который наука может дать ответ?

    1. Сколько энергии выделяется в данной цепной ядерной реакции?
    2. Можно ли контролировать цепную ядерную реакцию?
    3. Следует ли использовать неконтролируемые ядерные реакции в военных целях?
    4. Каков период полураспада отходов ядерной реакции?

    3.

    Каковы три условия, при которых классическая физика дает прекрасное описание нашей Вселенной?

      1. Материя движется со скоростью менее 1 процента от скорости света
      2. Обрабатываемые предметы должны быть достаточно большими, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
      3. Задействованы сильные электромагнитные поля.
      1. Материя движется со скоростью менее 1 процента скорости света.
      2. Обрабатываемые предметы должны быть достаточно большими, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
      3. Речь идет только о слабых гравитационных полях.
      1. Материя движется с огромной скоростью, сравнимой со скоростью света.
      2. Обрабатываемые объекты достаточно большие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
      3. Задействованы сильные гравитационные поля.
      1. Материя движется с огромной скоростью, сравнимой со скоростью света.
      2. Объекты достаточно большие, чтобы их можно было увидеть в самый мощный телескоп.
      3. Речь идет только о слабых гравитационных полях.

    4.

    Почему греческое слово «природа» подходит для описания области физики?

    1. Физика — это естествознание, изучающее жизнь и живые организмы на обитаемых планетах, таких как Земля.
    2. Физика — это естественная наука, изучающая законы и принципы нашей Вселенной.
    3. Физика — это физическая наука, изучающая состав, структуру и изменения материи в нашей Вселенной.
    4. Физика — это социальная наука, изучающая социальное поведение живых существ на обитаемых планетах, таких как Земля.

    5.

    Какой аспект Вселенной изучает квантовая механика?

    1. объектов на галактическом уровне
    2. предметов на классическом уровне
    3. объектов на субатомном уровне
    4. объектов на всех уровнях, от субатомного до галактического

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    Используйте вопросы «Проверьте свое понимание», чтобы оценить усвоение учащимися целей обучения по разделам.Если учащиеся не справляются с какой-либо конкретной целью, «Проверьте свое понимание» поможет определить источник проблемы и направить учащихся к соответствующему содержанию.

    Определение физики Merriam-Webster

    физика

    | \ ˈFi-ziks

    \

    1

    : наука, изучающая материю и энергию и их взаимодействие.

    : физические процессы и явления в конкретной системе

    б

    : физические свойства и состав чего-либо

    Основы физики | Безграничная физика

    Введение: физика и материя

    Физика — это исследование поведения Вселенной.

    Цели обучения

    Применить физику для описания функции повседневной жизни

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Физика — это естествознание, которое включает изучение материи и ее движения в пространстве и времени, а также связанных с ними понятий, таких как энергия и сила.
    • Материей обычно считается все, что имеет массу и объем.
    • Научные законы и теории выражают общие истины природы и совокупность знаний, которые они охватывают.Эти законы природы — правила, которым, кажется, следуют все естественные процессы.
    Ключевые термины
    • материя : основной структурный компонент Вселенной. Материя обычно имеет массу и объем.
    • научный метод : метод открытия знаний о мире природы, основанный на создании фальсифицируемых прогнозов (гипотез), их эмпирической проверке и разработке рецензируемых теорий, которые наилучшим образом объясняют известные данные.

    Физика — это естествознание, которое включает изучение материи и ее движения в пространстве и времени, а также связанных с ними понятий, таких как энергия и сила.В более широком смысле, это изучение природы в попытке понять, как ведет себя Вселенная.

    Что такое физика? : Г-н Андерсен объясняет важность физики как науки. История и виртуальные примеры используются для придания контекста дисциплины.

    Физика использует научный метод, чтобы помочь раскрыть основные принципы, управляющие светом и материей, и обнаружить последствия этих законов. Он предполагает, что существуют правила, по которым функционирует Вселенная, и что эти законы могут быть хотя бы частично поняты людьми.Также широко распространено мнение, что эти законы можно было бы использовать для предсказания всего о будущем Вселенной, если бы была доступна полная информация о текущем состоянии всего света и материи.

    Материей обычно считается все, что имеет массу и объем. Многие концепции, неотъемлемые для изучения классической физики, включают теории и законы, объясняющие материю и ее движение. Например, закон сохранения массы гласит, что масса не может быть создана или уничтожена. Поэтому дальнейшие эксперименты и расчеты в физике учитывают этот закон при формулировании гипотез, пытающихся объяснить природные явления.

    Физика стремится описать функции всего, что нас окружает, от движения крошечных заряженных частиц до движения людей, автомобилей и космических кораблей. На самом деле, практически все, что вас окружает, можно довольно точно описать законами физики. Рассмотрим смартфон; физика описывает, как электричество взаимодействует с различными цепями внутри устройства. Эти знания помогают инженерам выбрать подходящие материалы и схему схемы при сборке смартфона. Затем рассмотрим систему GPS; Физика описывает взаимосвязь между скоростью объекта, расстоянием, на которое он проходит, и временем, которое требуется, чтобы пройти это расстояние.Когда вы используете устройство GPS в транспортном средстве, оно использует эти физические уравнения для определения времени в пути из одного места в другое. Изучение физики способно внести значительный вклад благодаря достижениям в новых технологиях, которые возникли в результате теоретических открытий.

    Глобальная система позиционирования : GPS вычисляет скорость объекта, расстояние, на которое он перемещается, и время, необходимое для прохождения этого расстояния, с помощью уравнений, основанных на законах физики.

    Физика и другие области

    Физика является основой многих дисциплин и вносит непосредственный вклад в химию, астрономию, инженерию и большинство научных областей.

    Цели обучения

    Объясните, почему изучение физики является неотъемлемой частью изучения других наук

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Многие научные дисциплины, такие как биофизика, представляют собой гибриды физики и других наук.
    • Изучение физики охватывает все формы материи и ее движения в пространстве и времени.
    • Применение физики имеет фундаментальное значение для значительного вклада в новые технологии, являющегося результатом теоретических открытий.
    Ключевые термины
    • заявка : акт ввода в эксплуатацию

    Физика и другие дисциплины

    Физика является основой многих важных дисциплин и вносит непосредственный вклад в развитие других. Химия занимается взаимодействием атомов и молекул, поэтому она основана на атомной и молекулярной физике.Большинство областей техники — это прикладная физика. В архитектуре физика лежит в основе структурной устойчивости и участвует в акустике, обогреве, освещении и охлаждении зданий. Части геологии в значительной степени полагаются на физику, например, радиоактивное датирование горных пород, анализ землетрясений и теплопередачу на Земле. Некоторые дисциплины, такие как биофизика и геофизика, представляют собой гибриды физики и других дисциплин.

    Physics in Chemistry : Изучение материи и электричества в физике является фундаментальным для понимания концепций в химии, таких как ковалентная связь.

    Физика имеет множество приложений в биологических науках. На микроскопическом уровне он помогает описать свойства клеточных стенок и клеточных мембран. На макроскопическом уровне это может объяснить тепло, работу и энергию, связанные с человеческим телом. Физика занимается медицинской диагностикой, такой как рентген, магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвуковые измерения кровотока. Медицинская терапия иногда напрямую связана с физикой: например, в радиотерапии рака используется ионизирующее излучение.Физика также может объяснить сенсорные явления, например, как музыкальные инструменты издают звук, как глаз определяет цвет и как лазеры могут передавать информацию.

    Граница между физикой и другими науками не всегда ясна. Например, химики изучают атомы и молекулы, из которых состоит материя, и есть некоторые ученые, которые в равной степени готовы называть себя физико-химиками или физиками-химиками. Может показаться, что различие между физикой и биологией будет более четким, поскольку физика, похоже, имеет дело с неодушевленными объектами.Фактически, почти все физики согласятся, что основные законы физики, применимые к молекулам в пробирке, одинаково хорошо работают для комбинации молекул, составляющих бактерию. Что отличает физику от биологии, так это то, что многие научные теории, описывающие живые существа, в конечном итоге являются результатом фундаментальных законов физики, но не могут быть строго выведены из физических принципов.

    Необязательно формально изучать все приложения физики. Что наиболее полезно, так это знание основных законов физики и навыки аналитических методов их применения.Изучение физики также может улучшить ваши навыки решения проблем. Более того, физика сохранила самые основные аспекты науки, поэтому она используется всеми науками. Изучение физики облегчает понимание других наук.

    Модели, теории и законы

    Термины модель , теория и закон имеют точные значения в отношении их использования в изучении физики.

    Цели обучения

    Определите термины модель, теория и закон

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Физические концепции нельзя доказать, они могут быть подтверждены или опровергнуты только наблюдениями и экспериментами.
    • Модель — это основанное на фактах представление чего-либо, что либо слишком сложно, либо невозможно отобразить напрямую.
    • Теория — это объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей.
    • В законе используется краткий язык, часто выражаемый в виде математического уравнения, для описания обобщенной закономерности в природе, которая подтверждается научными данными и повторяющимися экспериментами.
    Ключевые термины
    • Модель : представление чего-то, что трудно или невозможно отобразить напрямую
    • Закон : Краткое описание, обычно в форме математического уравнения, используемое для описания закономерностей в природе
    • теория : объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей

    Определение терминов: модель, теория, закон

    В разговорной речи термины модель , теория и закон часто используются взаимозаменяемо или имеют иное толкование, чем в естественных науках.Однако применительно к изучению физики каждый термин имеет свое особое значение.

    законов природы — это краткие описания вселенной вокруг нас. Это не объяснения, а человеческие утверждения основных правил, которым следуют все естественные процессы. Они присущи Вселенной; люди не создавали их, и мы не можем их изменить. Мы можем только их открыть и понять. Краеугольный камень открытия законов природы — наблюдение; наука должна описывать Вселенную такой, какая она есть, а не такой, какой мы можем ее себе представить.Законы никогда нельзя узнать с абсолютной уверенностью, потому что невозможно проводить эксперименты, чтобы установить и подтвердить закон во всех возможных сценариях без исключения. Физики исходят из предположения, что все научные законы и теории действительны до тех пор, пока не будет обнаружен контрпример. Если качественный, поддающийся проверке эксперимент противоречит устоявшемуся закону, то закон должен быть изменен или полностью отменен.

    Модели

    Модель представляет собой представление того, что часто слишком сложно (или невозможно) отобразить напрямую.Хотя конструкция модели оправдана с использованием экспериментальной информации, она является точной только в ограниченных ситуациях. Примером может служить широко используемая «планетарная модель» атома, в которой электроны изображаются вращающимися вокруг ядра, аналогично тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Мы не можем наблюдать орбиты электронов напрямую, но мысленный образ помогает объяснить наблюдения, которые мы можем сделать, например, излучение света горячими газами. Физики используют модели для самых разных целей. Например, модели могут помочь физикам анализировать сценарий и выполнять вычисления, или их можно использовать для представления ситуации в форме компьютерного моделирования.

    Планетарная модель атома : Планетарная модель атома, в которой электроны изображены вращающимися вокруг ядра, аналогично тому, как планеты вращаются вокруг Солнца

    Теории

    Теория — это объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей. Некоторые теории включают модели, помогающие визуализировать явления, а другие нет. . Например, теория гравитации Ньютона не требует модели или мысленного образа, потому что мы можем наблюдать объекты непосредственно нашими собственными чувствами.Кинетическая теория газов, с другой стороны, использует модель, в которой газ рассматривается как состоящий из атомов и молекул. Атомы и молекулы слишком малы, чтобы их можно было наблюдать непосредственно нашими чувствами, поэтому мы мысленно представляем их, чтобы понять, что наши инструменты говорят нам о поведении газов.

    Законы

    В законе используется краткий язык для описания обобщенной закономерности в природе, которая подтверждается научными данными и повторными экспериментами. Часто закон можно выразить в виде одного математического уравнения.Законы и теории похожи в том, что они являются научными утверждениями, которые являются результатом проверенной гипотезы и поддерживаются научными доказательствами. Однако закон обозначения зарезервирован для краткого и очень общего утверждения, описывающего явления в природе, например, закон сохранения энергии во время любого процесса или второй закон движения Ньютона, который связывает силу, массу и ускорение с помощью простого уравнение F = ma. Теория, напротив, представляет собой менее сжатое изложение наблюдаемых явлений.Например, теорию эволюции и теорию относительности нельзя выразить достаточно кратко, чтобы их можно было считать законом. Самая большая разница между законом и теорией состоит в том, что закон намного сложнее и динамичнее, а теория более объяснительна. Закон описывает единственную наблюдаемую точку факта, тогда как теория объясняет целую группу связанных явлений. И если закон — это постулат, лежащий в основе научного метода, теория — это конечный результат этого процесса.

    определение физики по The Free Dictionary

    существительное

    Физика

    Отрасли физики акустика, аэродинамика, аэростатика, прикладная физика, астрофизика, атомная физика, биофизика, физика конденсированного состояния или физика твердого тела, космология , криогеника или физика низких температур, динамика, электромагнетизм, электроника, электростатика, геофизика, гармоники, физика высоких энергий или физика частиц, кинетика, макрофизика, магнетизм или магнетизм, магнитостатика, механика, мезоскопика, микрофизика, ядерная физика, нуклеоника, оптика, фотометрия, пневматика, квантовая механика, квантовая физика, реология, солнечная физика, звуковая, спектроскопия, статика, статистическая механика, супераэродинамика, теоретическая физика, термодинамика, термометрия, термостатика, ультразвук

    термины физики ускорение , переменный ток, ампер, усилитель, ангстрем, анион, ан вещество, атом, барион, беккерель, закон Бойля, броуновское движение, cacion, калория, емкость, катодный луч, центр тяжести, центробежная сила, центростремительная сила, заряд, закон Чарльза, проводник, конвекция, космические лучи, кулон, ток, циклотрон, децибел, плотность, дифракция, диффузия, диод, постоянный ток, эффект Доплера, земля, электричество, электродвижущая сила, электрон, энергия, фарад, поле, деление, флуоресценция, сила, частота, трение, предохранитель, синтез, гамма-луч, генератор, гравитация, период полураспада, герц, гиперон, импульс, индуктивность, инерция, инфракрасный, джоуль, кельвин, кинетическая энергия, лазер, линза, лептон, люминесценция, масса, материя, мезон, микроволновая печь, момент, импульс, мюон, нейтрино , нейтрон, ньютон, нуклон, ядро, ом, закон Ома, частица, паскаль, постоянная Планка или постоянная Планка, разность потенциалов, потенциальная энергия, протон, квант, излучение, радиоактивность, радиоволна, красное смещение, отражение, преломление, относительность, сопротивление, резерфорд, полупроводник , простое гармоническое движение, спектр, статическое электричество, субатомная частица, сверхпроводимость, сверхтекучесть, поверхностное натяжение, тау-частица, напряжение, конечная скорость, термостат, трансформатор, транзистор, ультрафиолет, вакуум, скорость, вязкость, вольт, ватт, волна, длина волны, рентген

    Физики Эрнст Аббе ( немецкий ), Жан Ле Ронд Аламбер ( французский ), Ханнес Олаф Гёста Альфвен ( шведский ), Луис Вальтер Альварес ( U.S. ), Андре Мари Ампер ( французский язык ), Карл Дэвид Андерсон ( США ), Элизабет Гарретт Андерсон ( английский язык ), Филип Уоррен Андерсон ( США ), Андерс Йонас Ангстрём ( шведский ) Эдвард Эпплтон ( английский ), Архимед ( греческий ), Сванте Август Аррениус ( шведский ), Фрэнсис Уильям Астон ( английский ), Пьер Оже ( французский ), Амедео Авогадро ( итальянский ), Жак Бабине ( французский язык ), Джон Бардин ( U.S. ), Генрих Георг Баркхаузен ( немецкий ), Чарльз Гловер Баркла ( английский ), Николай Басов ( русский ), Антуан Анри Беккерель ( французский ), Георг фон Бекеси ( США ), Даниэль Бернулли ( швейцарский ), Ганс Альбрехт Бете ( US ), Герд Бинниг ( немецкий ), Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт ( английский ), Феликс Блох ( US ), Оге Нильс Бор ( датчанин) , Нильс (Хенрик Давид) Бор ( датский ), Людвиг Больцманн ( австрийский ), Макс Борн ( британский ), Джагадис Чандра Бозе ( индийский ), Сатьендра Нат Боз ( индийский ), Вальтер Ботэ Герман ), Роберт Бойл ( ирландский ), Вальтер Хаузер Браттейн ( U.S. ), Карл Фердинанд Браун ( немецкий язык ), Огюст Браве ( французский язык ), Дэвид Брюстер ( шотландский язык ), Перси Бриджман ( США ), Морис Бройль ( французский язык ), Николас Леонард Сади Карно ( французский ), Генри Кавендиш ( английский ), Джеймс Чедвик ( английский ), Оуэн Чемберлен ( США ), Жак Шарль ( французский ), Павел Алексеевич Черенков ( советский ), Фредерик Александр Линдеманн Черуэлл ( английский ), Рудольф Клаузиус ( немецкий ), Джон Дуглас Кокрофт ( английский ), Артур Холли Комптон ( U.S. ), Леон Купер ( США ), Шарль Огюстен де Кулон ( французский язык ), Джеймс Уотсон Кронин ( США ), Уильям Крукс ( английский ), Мария Кюри ( французский ), Пьер Кюри ( французский ), Джон Далтон ( английский ), Клинтон Джозеф Дэвиссон ( США ), Питер Джозеф Вильгельм Дебай ( голландский ), Джеймс Дьюар ( шотландский ), Пол Адриен Морис Дирак ( британский ) , CJ Doppler ( австрийский ), Артур Стэнли Эддингтон ( английский ), Альберт Эйнштейн ( немецкий-U.S. ), Роланд фон Этвеш ( венгерский ), Шарль Фабри ( французский ), Габриэль Даниэль Фаренгейт ( немецкий ), Майкл Фарадей ( британский ), Густав Фехнер ( немецкий ), Энрико Ферми ( итальянский ), Ричард Фейнман ( США ), Жан Бернар Леон Фуко ( французский ), Уильям Генри Фокс Талбот ( английский ), Джеймс Франк ( США ), Джозеф фон Фраунгофер ( немецкий ), Огюстен Френель ( французский ), Отто Фриш ( австрийско-британский ), Клаус Фукс ( немецко-британский ), Галилео (Галилей) ( итальянский ), Уильям Гилберт ( английский ), Дональд Артур Глейзер ( U.S. ), Роберт Хатчингс Годдард ( США ), Джозеф Луи Гей-Люссак ( французский язык ), Ганс Гейгер ( немецкий язык ), Мюррей Гелл-Ман ( США ), Джозия Уиллард Гиббс ( США ) ), Пьер Гассенди ( французский ), Томас Грэм ( английский ), Отто фон Герике ( немецкий ), Отто Хан ( немецкий ), Стивен Уильям Хокинг ( английский ), Оливер Хевисайд ( английский ) ), Вернер Карл Гейзенбург ( немецкий язык ), Вальтер Хайтлер ( немецкий язык ), Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц ( немецкий язык ), Йозеф Генри ( U.С. ), Густав Герц ( немецкий ), Генрих Рудольф Герц ( немецкий ), Виктор Фрэнсис Гесс ( США ), Роберт Гук ( английский ), Христиан Гюйгенс ( голландский ), Владимир Николаевич Ипати ( США ), Джеймс Хопвуд Джинс ( английский ), Брайан Дэвид Джозефсон ( английский ), Джеймс Прескотт Джоуль ( английский ), Хайке Камерлинг-Оннес ( голландский ), Петр Леонидович Капица ( русский ) ), Уильям Томсон Кельвин (, английский, ), Джон Керр (, шотландский, ), Густав Кирхгоф (, немецкий, ), Уиллис Юджин Лэмб ( U.С. ), Лев Давидович Ландау ( Советский ), Сэмюэл Пирпон Лэнгли ( США ), Пьер Симон Лаплас ( французский язык ), Макс Теодор Феликс фон Лауэ ( немецкий язык ), Эрнест Орландо Лоуренс ( США ) ), Цунг-Дао Ли ( США ), Фредерик Линдеманн ( немецко-британский ), Габриэль Липпман ( французский язык ), Оливер Лодж ( английский язык ), Хендрик Антон Лоренц ( голландский ), Эдвин Макмиллан ( США ), Гульельмо Маркони ( итальянец ), Эрнст Мах ( австриец ), Джеймс Клерк Максвелл ( шотландский ), Юлиус Роберт фон Майер ( немецкий ), Лиз Мейтнер ( австриец ), Альберт Михельсон ( U.S. ), Роберт Миликин ( США ), Генри Гвин-Джеффрис Мозли ( английский ), Роберт Сандерсон Малликин ( США ), Луи Нил ( французский ), Исаак Ньютон ( английский ), Георг Саймон Ом ( немецкий ), Марк Лоуренс Элвин Олифант ( австралийско-британский ), Дж. (Улиус) Роберт Оппенгеймер ( США ), Блез Паскаль ( французский ), Вольфганг Паули ( США ), Роджер Пенроуз ( английский ), Жан Батист Перрен ( французский ), Огюст Пикар ( швейцарский ), Макс (Карл Эрнст Людвиг) Планк ( немецкий ), Жюль Анри Пуанкаре ( французский ), Александр Степанович Попов ( Русский ), Селик Пауэлл ( английский ), Людвиг Прандтль ( немецкий ), Эдвард Милл Перселл ( U.S. ), Исидор Исаак Раби ( США ), Джон Уильям Струтт Рэлей ( английский ), Оуэн Уилланс Ричардсон ( английский ), Бертон Рихтер ( США ), Вильгельм Конрад Рентген ( немецкий ), Эрнест Резерфорд ( британский ), Андрей Сахаров ( советский ), Эрвин Шредингер ( австрийский ), Гленн Сиборг ( США ), Эмилио Сегре ( США ), Уильям Брэдфилд Шокли ( США ) Зигбан ( шведский ), К.П. Сноу ( английский ), Йоханнес Старк ( немецкий ), Джозеф Уилсон Свон ( английский ), Лео Сцилард ( США ), Эдвард Теллер ( США ), Бенджамин Томсон ( англо-американский ) ), Джордж Пэджет Томсон ( английский ), Джозеф Джон Томсон ( английский ), Самуэль Чао Чунг Тинг ( США ), Евангелиста Торричелли ( итальянский ), Чарльз Хард Таунс ( США ), Джон Тиндалл ( Ирландский ), Джеймс Ван Аллен ( U.S. ), Р.Дж. Ван де Грааф ( США ), Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс ( голландский ), Алессандро Вольта ( итальянец ), Эрнест Томас Синтон Уолтон ( ирландский ), Роберт Александр Ватсон-Ватт ( шотландский ), Вильгельм Эдуард Вебер (, немецкий ), Стивен Вайнберг (, США, ), Джон Арчибальд Уиллер (, США, ), Вильгельм Вин (, немецкий язык, ), Юджин Пол Вигнер (, США, ), Чарльз Томсон Риз Уилсон (, шотландский, ) ), Чен Нин Ян ( U.S. ), Томас Янг (, английский, ), Хидеки Юкава (, японский, ), Фриц Цвикки (, швейцарский, ), Владимир Косма Зворыкин (, США, ),

    ,

    Тезаурус Коллинза по английскому языку — полный и полный, 2-й Версия. 2002 © HarperCollins Publishers 1995, 2002

    Физико-астрономический глоссарий

    Технические термины науки имеют очень специфическое значение.

    Стандартные словари не всегда являются лучшим источником полезных и

    правильные определения их.

    Этот глоссарий не претендует на полноту.

    Он ориентирован на те термины, которые вызывают у студентов особые трудности.

    Некоторые слова имеют тонкие и запутанные значения, которые не могут быть

    заключено в краткое определение. Вот почему существуют учебники. Хороший

    глоссарий по элементарной физике можно найти в Приложении G-1 к

    Киркпатрик и Уиллер, Физика, Взгляд на мир, Сондерс,

    1992.

    Этот документ постоянно находится в разработке и, возможно, никогда не будет

    законченный.

    Глоссарий

    Точно. В точности соответствует некоторым стандартам. Имея очень

    небольшая ошибка любого рода.

    См .: Неопределенность.

    Сравните: точно.

    Абсолютная неопределенность. Неопределенность измеренной величины обусловлена

    к внутренним вариациям самого процесса измерения.Неопределенность

    в результате происходит из-за комбинированного и совокупного воздействия этих

    погрешности измерения, которые использовались при вычислении этого

    результат. Когда эти неопределенности выражены в тех же единицах, что и

    Само количество они называются абсолютными неопределенностями .

    Значения неопределенности

    обычно прилагается к указанному значению экспериментального измерения или

    результат, один общий формат: (количество) ± (абсолютная погрешность

    в таком количестве).

    Сравните: относительная неопределенность.

    Действие. Этот технический термин является исторической реликвией 17-го века.

    века, прежде чем были поняты энергия и импульс. В современном

    По терминологии, действие имеет размерность энергия × время. Планка

    константа имеет эти размеры и поэтому иногда называется

    Квант действия Планка .Пары измеримых величин

    продукт которого имеет размерность энергия × время, называются

    сопряженных величин в квантовой механике и имеют

    особое отношение друг к другу, выраженное в

    принцип неопределенности. К сожалению, слово действие сохраняется в

    учебники в бессмысленных формулировках третьего закона Ньютона: «Действие

    равняется реакции.«Это утверждение бесполезно для современного студента,

    кто не имеет ни малейшего представления, что такое действие.

    См .: 3-й закон Ньютона.

    для полезного определения.

    Также см. Принцип неопределенности Гейзенберга.

    Постоянная Авогадро. Константа Авогадро имеет единицу

    моль -1 . Это , а не просто число, и

    , а не , назовите номер Авогадро. Это — это , можно сказать

    что количество частиц в грамм-моль составляет 6,02 x 10 23 .

    Некоторые старые книги называют это значение числом Авогадро ,

    и когда это будет сделано, к нему не будут прикреплены никакие единицы. Это может быть

    сбивает с толку и вводит в заблуждение студентов, которые сознательно пытаются

    научитесь балансировать единицы в уравнениях.

    Один должен указывать, равно ли значение константы Авогадро

    выражено для

    грамм-моль или килограмм-моль.Некоторые книги предпочитают килограмм-моль.

    Название единицы грамм-моль — просто моль .

    Название единицы килограмм-моль — кмоль .

    Когда используется килограмм-моль, постоянная Авогадро должна

    написать: 6.02252 x 10 26 кмоль -1 . Дело в том, что

    Постоянная Авогадро

    имеет единицы, еще больше убеждает нас, что это , а не ‘просто число.’

    Хотя это кажется непоследовательным, основной единицей СИ является грамм-моль. Как Марио

    Иона мне напоминает, СИ — это , а не — система МКС. Некоторые учебники еще

    предпочитаю использовать килограмм-моль или того хуже, использовать и

    грамм-моль. Это влияет на приведенные ими значения универсальной газовой постоянной.

    и константа Фарадея.

    Постоянная Авогадро — это просто число? А как насчет тех учебников, в которых написано

    «У вас может быть родинка из звезд, песчинок или людей.’В науке мы

    используют ли сущности, которые представляют собой только номера , например, e,

    3, 100 и т. Д. Хотя это , используемые в науке , их определения

    независимы от науки . Никакой научный эксперимент никогда не сможет

    определить их стоимость, кроме приблизительно. Постоянная Авогадро,

    однако должен быть определен экспериментально, например, с помощью

    , считая числом атомов в кристалле. Значение

    Число Авогадро в справочниках — экспериментально .

    определенное количество.Вы не обнаружите его ценность экспериментально,

    считая звезды, песчинки или людей. Вы найдете это, только посчитав

    атомы или молекулы с известной относительной молекулярной массой. И ты

    не обнаружит, что это играет какую-либо роль в уравнениях или теориях о звездах,

    песок, или люди.

    Обратная величина постоянной Авогадро численно равна

    единая атомная единица массы u, то есть 1/12 массы углерода 12

    атом.

    1 u = 1,66043 x 10 -27 кг = 1 / 6,02252 x 10 23

    моль -1 .

    Потому что. Вот слова, которого лучше избегать в физике. Всякий раз, когда он появляется

    можно быть почти уверенным, что это слово-заполнитель слова в предложении

    который не говорит ничего стоящего, или слово используется, когда никто не может придумать

    уважительная или конкретная причина.Хотя использование слова потому что как

    звено в цепочке логических шагов доброкачественное, его все же следует заменить

    со словами, более конкретно указывающими на тип ссылки, которая

    имел ввиду. Понять, почему.

    Иллюстративная басня: Искатель истины искал мудрости у

    Гуру, который жил отшельником на вершине Гималайской горы. После долгого

    и трудный подъем на вершину горы искатель получил аудиенцию.Сидя у стоп великого Гуру, ищущий смиренно сказал: «Пожалуйста,

    ответьте для меня на извечный вопрос: почему? » Гуру поднял глаза на

    небо, немного помедитировал, затем посмотрел ищущему прямо в глаза и

    ответил, с видом проницательной глубины, ‘Потому что!’

    Емкость. Емкость конденсатора равна

    измеряется с помощью этой процедуры: поместите одинаковые и противоположные заряды на его

    пластины, а затем измерьте потенциал между пластинами.Тогда C

    = | Q / V |, где Q — заряд на одной и пластинах.

    Конденсаторы для использования в схемах состоят из двух проводов (пластин). Мы

    говорят о конденсаторе как о «заряженном», когда он имеет заряд Q на одной пластине, и

    -Q с другой. Конечно, чистая стоимость всего объекта равна нулю;

    то есть к заряженному конденсатору не добавлен чистый заряд, но есть

    подверглись внутреннему разделению заряда.К сожалению, этот процесс

    обычно называют зарядкой конденсатора, что вводит в заблуждение

    потому что он предлагает добавить заряд конденсатору. Фактически, этот процесс

    обычно состоит из перемещения заряда с одной пластины на другую.

    Вместимость отдельного объекта, скажем изолированной сферы, определяется

    учитывая, что другая пластина представляет собой бесконечную сферу, окружающую

    Это.Объект получает заряд, перемещая заряд из бесконечной сферы,

    который действует как бесконечный резервуар заряда («земля»). Потенциал

    объекта — это потенциал между объектом и

    бесконечная сфера.

    Емкость зависит только от геометрии физического конденсатора.

    структура и диэлектрическая проницаемость материальной среды, в которой

    существует электрическое поле конденсатора.Размер емкости конденсатора

    одинакова независимо от заряда и потенциала (если предположить, что диэлектрическая проницаемость

    константа не меняется). Это верно, даже если заряд на обеих пластинах

    снижается до нуля, а значит, потенциал конденсатора равен нулю. Если

    конденсатор с зарядом на его пластинах имеет емкость, скажем, 2

    микрофарад, то его емкость тоже 2 мкФ, когда пластины

    бесплатно.Это должно напомнить нам, что C = | Q / V | является

    не сам по себе определение емкости, а просто

    формула, которая позволяет связать емкость с зарядом и

    потенциал , когда пластины конденсатора имеют равные и противоположные

    зарядить их.

    Распространенное заблуждение относительно электрической емкости состоит в предположении, что

    Емкость представляет собой максимальное количество заряда, которое может хранить конденсатор.Это заблуждение, потому что конденсаторы не хранят

    заряда (их общий заряд равен нулю), но их пластины имеют равные и

    противоположный заряд. Это неправильно, потому что максимальный заряд, который можно поставить на

    обкладка конденсатора определяется потенциалом, при котором диэлектрическая

    происходит поломка. Сравните: вместимость.

    Вероятно, нам следует избегать словосочетаний «заряженный конденсатор» или «зарядка конденсатора».

    конденсатор’.Некоторые предложили альтернативное выражение « заряжать энергией

    конденсатор ‘, потому что процесс заключается в придании конденсатору электрического

    потенциальная энергия за счет перестановки в ней зарядов.

    Вместимость. Это слово используется в названиях величин, выражающих

    относительно количество некоторого количества по отношению к другому

    количество, от которого это зависит.Например, теплоемкость dU / dT, где

    U — внутренняя энергия, а T — температура. Электрическая мощность, или

    Емкость — другой пример: C = | dQ / dV |, где Q равно

    величина заряда на каждой пластине конденсатора, а V — потенциал

    разница между пластинами.

    Центробежная сила. При неинерциальной вращающейся системе координат

    используется для анализа движения, закон Ньютона F = m a равно , а не

    правильно, если к действительным силам не прибавить фиктивной силы

    называется центробежной силой . Центробежная сила, необходимая в

    неинерциальная система равна центростремительной системе и противоположна ей.

    сила , рассчитанная в инерциальной системе.Поскольку центробежный и

    центростремительные силы — это концепции, используемые в двух разных

    постановки задачи, их ни в коем случае нельзя считать

    пара сил реакции. Кроме того, они действуют на одно и то же тело, а не на разные

    тела.

    См .: центростремительная сила,

    действие,

    и инерциальные системы.

    Центростремительная сила. Центростремительная сила — радиальная

    составляющая чистой силы, действующей на тело при анализе проблемы

    в инерциальной системе. Сила направлена ​​внутрь к мгновенному центру

    кривизны траектории тела. Размер силы

    mv 2 / r, где r — мгновенный радиус кривизны.

    См .: центробежная сила.

    cgs. Система единиц, основанная на фундаментальной метрике.

    единицы: сантиметр, грамм и секунда.

    Классическая физика. Физика, разработанная примерно до 1900 г.,

    до того, как мы узнали об теории относительности и квантовой механике.

    См .: современная физика.

    Закрытая система . Физическая система, на которой нет внешнего

    воздействует на действие; закрыто, чтобы ничего не попало и не вышло

    система, и ничто извне не может повлиять на наблюдаемую систему

    поведение или свойства.

    Очевидно, что мы никогда не сможем проводить измерения в замкнутой системе, если не

    были в нем , ибо никакая информация о нем не могла выйти из него!

    На практике мы немного ослабляем условие и настаиваем только на том, чтобы

    не иметь взаимодействия с внешним миром, которое могло бы повлиять на тех

    свойства исследуемой системы.

    † Кроме того, когда экспериментатор является частью системы, все

    возникает масса других проблем.Это дилемма, с которой должны столкнуться физики

    с: тем фактом, что если мы проводим измерения, мы являемся частью системы,

    и должны быть очень уверены в том, что мы проводим эксперименты, чтобы этот факт

    не искажает и не наносит ущерба результатам.

    Сохранено. Количество считается сохраненным , если

    при определенных условиях его значение не меняется со временем.

    Пример : В замкнутой системе заряд, масса, общий

    энергия, импульс и момент количества движения системы сохраняются.(Теория относительности позволяет преобразовать массу в

    энергии и наоборот, поэтому мы модифицируем это, чтобы сказать, что масса-энергия

    сохранено.)

    Текущий. Скорость прохождения заряда через

    элемент цепи или через фиксированное место в токопроводящем проводе, I =

    dq / dt.

    Предупреждение о неправильном использовании.

    Очень частая ошибка, которую можно найти в учебниках, — это говорить о потоке

    Текущий’.Сам ток — это поток заряда; что же тогда могло течь

    текущего ‘среднего? Это либо избыточно, либо вводит в заблуждение, либо неверно.

    Это выражение следует удалить из нашего словаря.

    Сравните аналогичную ошибку: «Скорость движется на запад».

    Данные. Слово данных является множественным числом от данных .

    Примеры правильного использования:

    «Данные разумные, учитывая…»

    «Данные были получены за три дня.’

    «Насколько хорошо данные подтверждают теорию?»

    Производные. Вывести результат или заключение — значит показать, используя логику

    и математика, как вывод следует логически из определенных данных

    факты и принципы.

    Размеры. Основные измеримые параметры системы единиц в

    физика — те, которые определены посредством рабочих определений.Все

    другие измеримые величины в физике определяются с помощью математических

    отношения к фундаментальным величинам. Следовательно, любой измеримый физический

    может быть выражено как математическая комбинация размеров.

    См .: операционные определения.

    Пример : В системе MKSA (метр-килограмм-секунда-ампер)

    единиц измерения длины, массы, времени и силы тока являются основными

    измеримые величины, символически представленные L, M, T и I.Следовательно

    мы говорим, что скорость имеет размеры LT -1 .

    Энергия имеет размеры ML 2 T -2 .

    Несоответствие. (1) Любое отклонение от

    ожидал. (2) Разница между двумя измерениями или результатами. (3)

    Разница между экспериментальным определением величины

    и его стандартное или принятое значение, обычно называемое

    экспериментальное несоответствие.

    Эмпирический закон. Закон, основанный исключительно на эксперименте, который может

    отсутствие теоретической основы.

    Электричество. Этим словом называют филиал или подразделение

    физика, так же как другие разделы называются «механика»,

    «Термодинамика», «оптика» и др.

    Предупреждение о неправильном использовании: Иногда слово электричество

    в разговорной речи неправильно используется, как если бы он назвал физическую величину, например

    «Конденсатор хранит электричество» или «Электричество в

    резистор выделяет тепло.« следует избегать такого использования!

    Во всех таких случаях доступен более конкретный или точный

    слово, такое как «Конденсатор хранит электрической энергии »,

    резистор нагревается электрическим током , током ‘и’ Коммунальная

    компания взимает с меня плату за электроэнергии, которую я использую ». (Я

    с меня не взимается плата на основе мощности , поэтому эти компании

    Не стоит называть себя энергетическими компаниями.У некоторых уже есть

    изменили свои имена на что-то вроде «… Энергия»)

    Энергия. Энергия — это свойство тела, а не материальной субстанции.

    Когда тела взаимодействуют, энергия одного может увеличиваться за счет

    другое, и это иногда называют передачей энергии . Этот

    не означает, что мы можем перехватить эту энергию в пути и

    разлить по бутылкам. После передачи одно из тел может иметь более высокий

    энергии, чем раньше, и мы говорим о ней как о «накопленной энергии».Но затем

    не означает, что энергия «содержится в нем» в том же смысле, что и

    вода в ведре.

    Пример неправильного использования: ‘Полярные сияния Земли — северное и южное

    огни — показывают, как энергия Солнца попадает на нашу планету ».

    Science News, 149 , 1 июня 1996 г. Это предложение размывает понимание.

    процесса взаимодействия энергичных заряженных частиц Солнца

    с магнитным полем Земли и нашей атмосферой, чтобы вызвать полярные сияния.

    Когда слышишь, как люди говорят об «энергетических полях», «психической энергии»,

    и другие выражения, трактующие энергию как «вещь» или «субстанцию»,

    вы знаете, они говорят не о физике, а о самогоне.

    В некоторых шарлатанских теориях восточной медицины, таких как цигун

    (произносится как chee gung ) считается, что что-то под названием qi

    циркулировать по телу по определенным, отображаемым путям, называемым

    меридианы.Эта идея пронизывает надуманные

    объяснения / рационализации акупунктуры, и qi

    Обычно переводится на английский как energy . Никто никогда не

    обнаружили эту так называемую «энергию» и не подтвердили уникальность ее

    меридианных путей, не подтвержденные надлежащими двойными слепыми тестами, что

    любая терапия или лечение, основанные на теории, действительно работают. В

    сторонники qi не могут сказать, является ли это жидкостью, газом, зарядом,

    текущий или что-то еще, и их теория требует, чтобы это не подчинялось

    любая физика известных носителей энергии.Но как только мы слышим

    кто-то говорит об этом, как если бы это была вещь , мы знаем, что они

    не говоря о науке, а о шарлатанстве.

    Утверждение «Энергия — свойство тела» требует пояснения. В виде

    во многих вещах в физике величина энергии зависит от

    система координат. Тело, движущееся со скоростью V в одной системе координат, имеет

    кинетическая энергия & половина; мВ 2 .То же тело имеет нулевую кинетику

    энергия в системе координат, движущейся вместе с ней со скоростью V. Поскольку

    инерциальную систему координат можно считать «специальной» или «абсолютной», мы

    не следует говорить: «Кинетическая энергия тела …», но следует говорить: «Кинетическая энергия тела …»

    кинетическая энергия движущегося тела в этой системе отсчета … ‘

    Равно. [Не все «равные» равны.] Слово равно и

    символ ‘=’ имеет различных использования.Словарь предупреждает, что

    равные вещи одинаковы или согласуются в определенном смысле в отношении

    к указанным свойствам. ‘ При этом мы должны быть осторожны с указанными

    смысл и указанные свойства.

    Значение математического символа ‘=’ зависит от того, что стоит

    по обе стороны от него. Когда он стоит между векторами, он символизирует то, что

    векторы равны как по размеру , так и по направлению .

    В алгебре знак равенства стоит между двумя алгебраическими выражениями и

    указывает на то, что два выражения связаны рефлексивным, симметричным и

    переходное отношение. Математические выражения по обе стороны от

    Знак ‘=’ математически идентичны и взаимозаменяемы в уравнениях.

    Когда знак равенства стоит между двумя математическими выражениями с

    физический смысл, это означает совсем другое.В физике мы

    может правильно написать 12 дюймов = 1 фут, но написать 12 = 1 просто

    неправильно. В первом случае уравнение говорит нам о физически эквивалентном

    измерения. Он имеет физический смысл, а единицы — незаменимый

    часть количества.

    Когда мы пишем a = d v / dt, мы получаем , определяя ускорение.

    с точки зрения скорости изменения скорости во времени.Никто не проверяет

    определение экспериментальным путем. Однако эксперимент может показать, что в некоторых случаях

    (например, свободно падающее тело) ускорение тела постоянно.

    Трехстрочный знак равенства, = , часто используется для обозначения «определенное равенство».

    к’. К сожалению, этот символ не является частью набора символов HTML, поэтому

    в этом документе вместо этого мы используем подчеркнутый знак равенства.

    Когда мы пишем F = м a , мы выражаем связь между

    измеримые величины, которые соблюдаются при определенных условиях,

    квалификации и ограничения. Это нечто большее, чем уравнение. Один

    должен, например, указывать, что все измерения выполняются в инерциальной системе отсчета, поскольку, если это не так, это соотношение

    не является правильным в его нынешнем виде и должен быть изменен. Многие физические законы,

    включая это, также включают определения.Это уравнение может быть

    считается определением силы, если m и a определены ранее. Но

    если F был определен ранее, это можно рассматривать как определение массы.

    Но тот факт, что эта связь может быть экспериментально проверена, и, возможно,

    быть доказанным как ложное (при определенных условиях) демонстрирует, что это

    больше , чем простое определение.

    Дополнительное обсуждение этих вопросов можно найти в книге Арнольда Аронса.

    Руководство по вводному обучению физике , раздел 3.23, перечисленные в

    ссылки в конце этого документа.

    Примечание об использовании: Когда читает вслух уравнений, мы часто говорим: ‘F

    равно m a ‘. Это, конечно, говорит о том, что две вещи математически

    равны в уравнениях, и одно может заменить другое. Это , а не

    говоря, что F — это , физически то же самое, что и m a .Возможно

    уравнения не были предназначены для чтения вслух, поскольку устное слово не

    обладают тонкостью смысла, необходимой для выполнения задачи. По крайней мере, мы должны

    понять, что устные уравнения в лучшем случае являются сокращенным приближением к

    значение; словесное описание символов. Если бы мы попытались говорить

    физический смысл, это будет что-то вроде: «Закон Ньютона говорит нам

    что результирующая векторная сила, действующая на тело массы m, математически

    равняется произведению его массы на его векторное ускорение.’ В

    учебник, подобные слова будут появляться в тексте рядом с уравнением, на

    по крайней мере при первом появлении уравнения.

    Ошибка. В просторечии «ошибка». В техническом использовании

    Ошибка является синонимом экспериментальной неопределенности в

    измерение или результат.

    Смотрите: неопределенность.

    Анализ ошибок. Математический анализ, показывающий

    количественно, как неопределенности в данных приводят к неопределенности в расчетных

    результаты, и найти размеры неопределенности в результатах. [В

    математика слово анализ является синонимом исчисления ,

    или «метод математических расчетов». Раньше курсы математики были

    под названием Анализ .]

    См .: неопределенность

    Обширная собственность. Измеримое свойство

    термодинамической системы является обширным, если, когда две идентичные системы

    объединены в одну, значение этого свойства объединенной системы равно

    удвоить исходное значение в каждой системе. Примеры: масса, объем, число.

    родинок.

    См .: интенсивно переменное и специфическое.

    Экспериментальная ошибка. Неопределенность в значении

    количество.Это можно найти из (1) статистического анализа

    разброс данных или (2) математический анализ, показывающий, как данные

    неопределенности влияют на неопределенность расчетных результатов.

    Предупреждение о неправильном использовании: В элементарных лабораторных руководствах часто можно встретить:

    экспериментальная ошибка = | ваша стоимость — балансовая стоимость | /ценность книги.

    Это следует называть экспериментальным расхождением .

    Смотрите: несоответствие.

    Фактор. Одно из нескольких умноженных вместе вещей.

    Предупреждение о неправильном использовании: Будьте осторожны, чтобы читатель не перепутал это с

    в разговорной речи: «Один из факторов успеха этого эксперимента.

    было …

    Фиктивная сила. См .: инерциальные системы отсчета.

    Координатор. Фокус линзы определяется с учетом

    параллельный пучок или луч света, падающий на линзу,

    параллельно оптической оси (симметрии) линзы.Координатор

    это та точка, к которой сходятся лучи или из которой они

    расходятся. Первый случай — сходящийся (положительный)

    линза. Второй случай — это расходящийся (отрицательный)

    линза. Легко определить, какой у вас объектив, чтобы

    линзы толще в центре, чем по краям, и расходятся

    линзы в центре тоньше, чем по краям.

    кадров в секунду. Система единиц, основанная на основных единицах

    «английская система»: фут, фунт и секунда.

    Тепло. Тепло, как и работа, является мерой количества энергии.

    передал из одного тела в другое из-за температуры

    разница между этими телами. Тепло — это , а не энергии

    принадлежало телу. Мы должны , а не говорить о жаре

    в кузове. ‘ Энергия, которой тело обладает благодаря своей температуре, — это

    другое дело, называется внутренней тепловой энергией .Неправильное использование

    это слово

    вероятно, восходит к 18 веку, когда еще считалось, что

    тела, подвергающиеся тепловым процессам, обмениваются веществом, называемым

    калорий или флогистон , вещество, позже названное

    тепло . Теперь мы знаем

    это тепло не субстанция. Ссылка: Земанский, Марк В. The Use

    и неправильное употребление слова «тепло» в преподавании физики » Физика

    Учитель, 8 , 6 (сентябрь 1970) стр.295-300.

    Смотрите: работа.

    Принцип неопределенности Гейзенберга. Пары измеримых

    количества, продукт которых имеет размерность энергия × время, называются

    сопряженных величин в квантовой механике и имеют

    особое отношение друг к другу, выраженное в

    принцип неопределенности.В нем говорится, что продукт

    Погрешности двух величин не менее h / 2. Таким образом

    если вы улучшите точность измерения одной величины,

    точность другого ухудшается.

    Предупреждение о неправильном использовании: Люди, которые не обращают внимания на детали науки,

    слышно, как говорят: «Гейзенберг показал, что нельзя быть уверенным в

    что-нибудь.«Мы также слышим, как некоторые люди оправдывают веру в экстрасенсорное или экстрасенсорное восприятие.

    явлений, апеллируя к принципу Гейзенберга. Это неверно по нескольким

    подсчитывает. (1) Точность любого измерения никогда не бывает идеальной.

    уверен, и мы знали это еще до Гейзенберга. (2) Гейзенберг

    принцип неопределенности говорит нам, что мы можем измерить что угодно произвольно

    небольшая точность, но в процессе некоторые другие измерения получают

    хуже.(3) Включенные здесь неопределенности влияют только на микроскопические (атомные

    и явлений на молекулярном уровне) и не применимы к

    макроскопические явления повседневной жизни.

    Гипотеза. Непроверенное высказывание о природе; научный

    предположение или обоснованное предположение. Формально гипотеза делается до того, как

    проводить эксперименты, предназначенные для его проверки.

    Сравните: закон и теория.

    Уравнение идеальной линзы. 1 / p + 1 / q = 1 / f , где p —

    расстояние от объекта до объектива, q — расстояние от объектива до изображения,

    и f — фокусное расстояние объектива. Это уравнение имеет важное

    ограничения, действительные только для тонких линз , а также для

    параксиальных лучей. Тонкие линзы имеют небольшую толщину по сравнению с

    к p, q и f. Параксиальные лучи — это те лучи, которые делают углы малыми.

    достаточно с оптической осью, чтобы приближение

    Можно использовать (угол в радианах) = sin (угол) .См .: соглашения об оптических знаках,

    и изображение.

    Инерция Описательный термин для того свойства тела, которое

    сопротивляется изменению своего движения. Два вида изменений движения:

    распознается: изменения поступательного движения и изменения вращательного

    движение.

    В современном использовании мерой инерции поступательного движения является

    масса.Первый закон движения Ньютона иногда называют законом

    Инерция », ярлык, который ничего не добавляет к смыслу первого закона.

    Вместе первый и второй законы Ньютона необходимы для полного

    описание последствий инерции тела.

    Мерой сопротивления тела вращению является его Момент вращения.

    Инерция .

    Инерциальная рамка. Система координат без ускорения. Тот, в котором

    F = м a , где F — сумма всех

    реальные силы

    действующий на тело массы m с ускорением a . В

    классический

    механика, реальные силы на теле — это те, которые возникают из-за

    влияние другого тела.[Или силы на части тела из-за

    другие части этого тела.] Контактные силы, гравитационные, электрические и

    магнитные силы реальны. Фиктивные силы — это силы, которые

    возникают исключительно из постановки задачи в неинерциальной системе, в которой

    м a = F + (условные силы)

    Интенсивная переменная. Измеримое свойство термодинамики

    система является интенсивной, если две идентичные системы объединены в

    единица, переменная комбинированной системы такая же, как

    исходное значение в каждой системе. Примеры: температура, давление.

    См .: обширная переменная и

    специфический.

    Изображение. (Оптика) Удивительное количество глоссариев по физике

    опустите определение этого! Неудивительно. Трудно вставить

    несколько слов, и все же быть исчерпывающим по своему охвату. Попробуй это. Изображение:

    Точечное отображение светящихся точек объекта, расположенных в одном

    область пространства к точкам в другой области пространства, образованной

    преломление или отражение света способом, который вызывает свет

    от каждой точки объекта, чтобы сходиться или отклоняться от

    укажите в другом месте (на изображении).Изображения, которые полезны

    обычно имеют характер, при котором соседние точки карты объекта

    к соседним точкам изображения без разрыва,

    и является узнаваемым (хотя, возможно, несколько искаженным) отображением

    объект. Смотрите: реальное изображение

    и виртуальный образ.

    Закон. Утверждение, обычно математическое, которое описывает некоторые

    физические явления.Сравните: гипотеза

    и теория.

    Объектив. Прозрачный объект с двумя преломляющими поверхностями.

    Обычно поверхности бывают плоскими или сферическими (сферические линзы).

    Иногда для улучшения качества изображения. Линзы сделаны намеренно

    с поверхностями, слегка отклоняющимися от сферической (асферической

    линзы).

    Кинетическая энергия. Энергия, которую тело имеет благодаря своей

    движение. Кинетическая энергия — это работа, совершаемая внешней силой.

    чтобы привести тело из состояния покоя в определенное состояние движения.

    Смотрите: работа.

    Распространенное заблуждение: Многие студенты думают, что кинетическая

    энергия определяется как ½ мВ 2 .Нет.

    Это примерно кинетическая энергия объектов.

    движется медленно, с малыми долями скорости света.

    Если тело движется с релятивистскими скоростями, его кинетическая энергия

    это mc 2 , что может быть выражено как

    ½ мв 2

    + бесконечная серия

    условий . 2 = 1 / (1- (v / c) 2 ) ,

    где c — скорость света в вакууме.

    Макро-. Префикс, означающий «большой».

    См .: micro-

    Макроскопический. Физическое лицо или крупномасштабный процесс,

    шкала обычного человеческого опыта. В частности, любые явления в

    которого отдельные молекулы и атомы не измеряются и не измеряются.

    явно учитывались при описании явлений.

    См .: микроскопический.

    Увеличение.

    Для описания полезно использовать два вида увеличения.

    оптические системы, и их нельзя путать, так как они не

    синоним. Любая оптическая система, которая производит реальное изображение с реального

    объект описывается своим линейным увеличением . Любая система

    через которое просматривается виртуальное изображение, описывается его

    угловое увеличение .У них разные определения, и они

    основанные на принципиально разных концепциях.

    Линейное увеличение — это отношение размера объекта к

    размер изображения.

    Угловое увеличение — это отношение углового размера

    объект, видимый через инструмент, до углового размера

    Вид объекта «невооруженным глазом» .Вид невооруженным глазом

    без использования оптического прибора , но с оптимальным обзором

    условия.

    Здесь скрываются определенные подводные камни. Что такое «оптимальные» условия? Обычно это

    означает условия, при которых детали объекта видны лучше всего

    четко. Для небольшого предмета, который держат в руке, это будет, когда

    объект поднесен как можно ближе и все еще отчетливо виден, чтобы он

    ближняя точка глаза, около 25 см для нормального зрения.Для далекого

    горы, близко нельзя подвести, поэтому при определении увеличения

    телескопа мы предполагаем, что объект находится очень далеко или на бесконечности.

    И каково «оптимальное» положение изображения? Для простой лупы

    в котором увеличение сильно зависит от положения изображения,

    изображение лучше всего видно в непосредственной близости от глаза, 25 см.Для телескопа

    размер изображения не сильно меняется, когда вы возитесь с фокусом, поэтому вы

    вероятно, поместит изображение на бесконечное расстояние для удобного просмотра. В

    микроскоп — промежуточный случай. Всегда стремимся к большему

    разрешение, пользователь может подтянуть изображение близко, к ближайшей точке, даже

    хотя это не сильно увеличивает его размер. Но обычно пользователи

    поместите изображение подальше, на расстоянии одного-двух метров или даже

    на бесконечности.Но поскольку объект находится очень близко к фокусной точке,

    увеличение слабо зависит от положения изображения.

    В некоторых текстах угловое увеличение выражается как отношение углов, в некоторых

    выразить это как отношение касательных углов. Если все

    углы небольшие, разница между этими двумя

    определения. Однако, если вы исследуете вывод формулы, эти

    книги дают для увеличения телескопа

    f o / f e , вы понимаете, что они должны иметь

    был

    используя касательные.Касательная форма определения — это

    традиционно правильный, тот, который используется в науке и промышленности, для

    почти все оптические инструменты, которые предназначены для получения изображений,

    сохранить линейную геометрию объекта.

    Микро-. Приставка, означающая «маленький», как в «микроскоп»,

    «Микрометр», «микрофотография».Также метрический префикс означает 10 -6 .

    См .: macro-

    Микроскопический. Физическое лицо или процесс небольшого масштаба,

    слишком мал, чтобы напрямую ощущать наши чувства. В частности, любой

    явления в молекулярном и атомном масштабе или меньше.

    См .: макроскопический.

    МКСА. Система физических единиц, основанная на фундаментальной метрике

    единицы: метр килограмм, секунда и ампер.

    Современная физика. Физика развивалась примерно с 1900 г.,

    который включает в себя теорию относительности и квантовую механику.

    См .: классическая физика.

    Моль. Термин моль — сокращение от имени

    грамм-молярный вес ; это , а не сокращенная форма слова

    молекула . (Однако слово молекула также является производным

    от слова моляр .)

    См .: Постоянная Авогадро.

    Предупреждение о неправильном использовании: Во многих книгах подчеркивается, что родинка «просто

    число, мера количества частиц в

    коллекция.Говорят, что у одного родинка может быть любой род.

    частиц, бейсбольных мячей, атомов, звезд, песчинок и т. д.

    Это не обязательно должны быть молекулы. Это заблуждение.

    Сказать, что родинка — это просто число, просто неправильно, поскольку

    физические, педагогические, философские и исторические аспекты

    Посмотреть. Нет никакого физического значения в родинке из звезд или

    моль песчинок, или моль людей.Физический

    возникает значение родинки как меры количества

    только , имея дело с физическими законами о материи на

    молекулярный масштаб. Единственные физические и химические законы , которые

    использовать крот — это те, которые имеют дело с газами или системами, ведущими себя как

    газы.

    Молекулярная масса. Молекулярная масса чего-то

    — масса одного моля его (в единицах сгс), или

    на один километр из них (в единицах МКС).Единицами молекулярной массы являются соответственно грамм и килограмм.

    Значения молекулярной массы cgs и MKS численно равны.

    Молекулярная масса равна , а не массе одной молекулы.

    Некоторые книги до сих пор называют это значение молекулярной массой .

    Одно из словарных определений моляра : «Относится к

    тело материи в целом: в отличие от молекулярных и

    атомный .«Родинка — это мера, подходящая для

    макрос объем материала по сравнению с

    микро объем (несколько атомов или молекул).

    Смотрите: крот,

    Постоянная Авогадро,

    микроскопический

    макроскопический.

    Первый и второй законы движения Ньютона. F =

    d (m v ) / dt.

    F чистая (полная) сила, действующая на тело

    масса м. Индивидуальные силы, действующие на m, должны быть суммированы.

    векторно. В частном случае, когда масса постоянна, это

    становится F = m a .

    Третий закон движения Ньютона. Когда тело A оказывает силу на тело B,

    тогда B оказывает равное и противоположное усилие на A. Две силы, связанные соотношением

    Этот закон действует в отношении различных органов . Силы не должны быть нетто

    силы.

    Закон Ома. V = IR , где V — потенциал на

    элемент цепи, I — ток через него, а R — его

    сопротивление.Это , а не общеприменимое определение

    сопротивление. Это применимо только к резисторам Ом , у которых

    сопротивление R постоянно во всем интересующем диапазоне, а V подчиняется

    строго линейное отношение к I .

    Материалы считаются омическими , когда В линейно зависит от

    R .Металлы омичны, пока сохраняется их температура.

    постоянный. Но изменение температуры металла меняет R

    немного. Поэтому такое устройство, как электрическая лампочка, увеличивает срок его службы.

    температура по мере нагревания, поэтому он светится немного ярче на

    очень короткое время сразу после включения.

    Для неомических резисторов R является функцией тока и

    Определение R = dV / dI гораздо более полезно.Иногда это называют

    динамическое сопротивление . Твердотельные устройства, такие как термисторы,

    неомический и нелинейный. Сопротивление термистора уменьшается по мере нагревания

    вверх, поэтому его динамическое сопротивление отрицательное. Туннельные диоды и некоторые

    электрохимические процессы имеют сложную кривую I-V с

    область действия отрицательного сопротивления.

    Зависимость сопротивления от тока частично связана с изменением

    температура устройства с увеличением тока, но другие тонкие процессы

    также способствуют изменению сопротивления в твердотельных устройствах.

    Оперативное определение. Определение, описывающее

    экспериментальная процедура , с помощью которой числовое значение количества может

    определяется.

    См. Размеры.

    Пример: Длина определяется оперативно путем указания

    процедура деления стандарта длины на более мелкие

    единиц измерения, чтобы сделать мерную линейку, затем положив ее на

    объект измерения и т. д..

    Очень несколько физических величин нуждаются в оперативном

    определенный. Это фундаментальных величин, которые включают

    длина, масса и время. Остальные количества определяются из этих

    через математические отношения.

    Условные обозначения оптических знаков. Во вводной

    (для первокурсников) по физике знаковое соглашение используется для предметов и

    изображения, в которых должно быть записано уравнение объектива 1 / p + 1 / q = 1 / f .Часто правила этого соглашения о знаках представлены в запутанной форме.

    манера. Простое и легко запоминающееся правило таково: p — это

    расстояние от объекта до объектива расстояние. q — линза к изображению

    расстояние. Координатная ось вдоль оптической оси направлена ​​в направлении

    прохождение света через линзу, что определяет положительный

    направление.Пример: если ось и направление света слева направо

    (как обычно), а объект находится слева от линзы,

    расстояние от объекта до объектива положительное. если объект находится справа от

    линза (виртуальный объект), расстояние от объекта до линзы отрицательное. Оно работает

    то же самое для изображений.

    Для преломляющих поверхностей определите радиус поверхности как направленный

    расстояние от поверхности до центра ее кривизны.Таким образом, выпуклая поверхность

    к падающему свету положительна, одна вогнутая к падающему свету

    отрицательный. Уравнение поверхности тогда n / s + n ‘/ s’ = (n’-n) / R , где

    s и s ‘ — расстояние до объекта и изображения, а n

    и n ‘ показатель преломления падающей и возникающей среды,

    соответственно.

    Для зеркал уравнение обычно записывается 1 / с + 1 / с ‘= 2 / R =

    1 / ф .Расширяющееся зеркало выпукло для падающего света, с отрицательным

    ф . Из этого факта делаем вывод, что R тоже отрицательный. Этот

    форма уравнения согласуется с уравнением линзы, а

    То же самое и с толкованием знака фокусного расстояния. Но насилие

    сделано для определения R , которое мы использовали выше, для преломления. Можно

    говорят, что зеркало сгибает оси длины у зеркала, так что

    выходящие лучи к реальному изображению слева представляют собой положительное значение

    года .Мы вынуждены также заявить, что зеркало также переворачивает

    знак радиуса поверхности. Для отражающих поверхностей радиус

    кривизна определяется как направленное расстояние от поверхности до ее

    центр кривизны, измеряется относительно оси, используемой для

    возникающий свет. С этой квалификацией условное обозначение знаков

    s ‘ и R то же для зеркал, что и для преломляющих

    поверхности.

    В продвинутых курсах оптики используется декартово знаковое соглашение .

    что все объекты слева от линзы отрицательны, все объекты в

    права положительны. Когда это используется, уравнение линзы должно быть записано

    1 / p + 1 / f = 1 / q . (Знак члена 1 / p противоположен знаку

    в другом соглашении о знаках). Это особенно значимая версия,

    для 1 / p — мера сходимости (схождения или расхождения)

    лучи, попадающие в линзу, 1 / f — это величина, на которую линза меняет

    вершина, а 1 / q — вершина выходящих лучей.

    Принцип гидростатики Паскаля . На самом деле у Паскаля три

    отдельные принципы гидростатики. Когда в учебнике упоминается

    Принцип Паскаля он должен указать, что имеется в виду.

    Паскаль 1: Давление в любой точке жидкости оказывает одинаковую силу

    во всех направлениях. Это означает, что бесконечно малая площадь поверхности

    помещенный в эту точку будет испытывать ту же силу из-за давления нет

    независимо от того, какова его ориентация.

    Паскаль 2: Когда давление изменяется (увеличивается или уменьшается) в любой

    точка в однородной несжимаемой жидкости, все остальные точки испытывают

    такое же изменение давления.

    За исключением незначительных правок и вставки слов «однородный» и

    «несжимаемый» — это утверждение принципа, изложенного в книге Джона А.Учебник Элдриджа College Physics (McGraw-Hill, 1937). Еще более

    в половине проверенных мной учебников, в том числе и недавних, отсутствует

    важное слово «изменилось». Некоторые учебники добавляют квалификацию «прилагается».

    жидкость’. Это создает ложное впечатление, что жидкость должна находиться в закрытом

    контейнер, что не является необходимым условием принципа Паскаля при

    все.

    Некоторые из этих учебников указывают, что принцип Паскаля применим только

    к изменениям давления, но делайте это в окружающем тексте, а не в

    жирное, выделенное и заключенное в рамку изложение принципа. Студенты, из

    Конечно, прочтите подчеркнутое изложение принципа, а не

    окружающий текст. В немногих книгах приводятся примеры применения этого принципа к

    ничего, кроме закрытых жидкостей.Обычный пример — гидравлический

    нажимать. Слишком мало доказательств того, что принцип Паскаля выводится за один шаг из

    Уравнение Бернулли. Поэтому у студентов создается ложное впечатление, что

    это независимые законы.

    Паскаль 3. Гидравлический рычаг. Гидравлический домкрат — проблема в

    жидкостное равновесие, так же как система шкивов является проблемой в механической

    равновесие (без ускорений).Это статическая ситуация в

    небольшая сила, действующая на маленький поршень, уравновешивает большую силу на большом

    поршень. Здесь нет необходимости в изменении давления. Постоянная сила на

    один поршень медленно поднимает другой поршень с постоянной силой. В

    все время во время этого процесса жидкость находится почти в равновесии. Этот

    «принцип» — это не более чем применение определения давления

    как F / A , отношение чистой силы к площади, на которой сила

    действует.Однако он также использует принцип, согласно которому давление в жидкости

    равномерно по всей жидкости во всех точках одинаковой высоты.

    Этот процесс подъема гидравлического домкрата осуществляется с постоянной скоростью. Если двое

    поршни находятся на разных уровнях, как обычно в настоящих домкратах

    для подъема существует разница давлений между двумя поршнями из-за

    перепад высот (rho) gh .В примерах из учебников это обычно

    считается достаточно маленьким, чтобы пренебречь им, и о нем можно даже не упоминать.

    Собственное обсуждение принципа Паскаля сформулировано нечетко и может

    вводить в заблуждение, если наспех читать. См. Его О равновесии

    Жидкости , 1663. Он представляет принцип на примере

    поршень как часть закрытого сосуда и учитывает, что произойдет, если сила

    применяется к этому поршню.Он заключает, что каждая часть сосуда

    нажимается пропорционально его площади. Он в скобках упоминает, что

    он « не учитывает вес воды … потому что я говорю только о

    поршневой эффект ».

    Процент. Старые словари предлагали процента быть

    используется, когда делается неколичественный отчет: «Процент

    рост экономики был обнадеживающим.’Но используйте процента , когда

    указав числовое значение: «Валовой национальный продукт увеличился на 2

    процентов в прошлом году ». Хотя новые словари более снисходительны, я считаю

    неизбирательное и ненужное употребление уродливого слова процента

    быть преувеличенным и раздражающим, как в «Экспериментальном проценте

    неопределенность составила 9% ». Гораздо более изящно: «Экспериментальная неопределенность

    было 9%.’

    Примечание по теме: Студенты странно думают, что результаты

    лучше в процентах. Некоторые экспериментальные

    погрешности должны быть выражены в процентах , а не . Примеры: (1)

    температура в градусах Цельсия или Фаренгейта, (2) показатель преломления, (3)

    диэлектрические проницаемости. Эти измеримые параметры произвольно выбрали «фиксированные»

    точки’.Рассмотрим погрешность в 1 градус при температуре 99 градусов Цельсия.

    Неопределенность 1%? Рассмотрим ту же ошибку при измерении 5

    градусов. Неуверенность сейчас 20%? Считайте, насколько меньше процент

    было бы, если бы температуру выражали в градусах Кельвина. Это показывает

    эта процентная погрешность температуры Цельсия и Фаренгейта

    замеры бессмысленны. Однако абсолютная (по Кельвину) температура

    шкала имеет физически значимую фиксированную точку (абсолютный ноль), а не

    произвольно выбранный, а в некоторых ситуациях процентная неопределенность

    абсолютная температура имеет значение .

    за единицу. На мой взгляд, это выражение — лучшее варварство.

    избегали. Когда ученику говорят, что электрическое поле составляет сил на

    единица заряда , а в системе МКС одна единица заряда — кулон

    ( огромная сумма ) должны мы получить столько заряда, чтобы измерить

    поле? Конечно нет. Фактически, нужно принять предел

    F / q, когда q стремится к нулю.Просто скажите: «Сила, разделенная на заряд».

    или «F больше q», или даже «сила на заряд». К сожалению, есть

    нет изящного способа сказать эти вещи, кроме как просто написать

    уравнение.

    Per — одно из тех разочаровывающих слов в английском языке. В

    Словарь американского наследия определение: «Кому, для или кем

    каждый; для каждого.Пример: «40 центов за галлон». Мы должны поставить

    вина за единиц на единицу лежит на ученых и

    инженеры.

    Точный. Резко или четко очерченный. Имея небольшой экспериментальный

    неуверенность. Точное измерение все равно может быть неточным, если бы

    нераспознанная определенная ошибка измерения (например,

    откалиброванный инструмент).Сравните: точно.

    Доказательство. Термин из логики и математики, описывающий аргумент.

    от предпосылки к выводу, используя строго логические принципы. В

    математика, теоремы или предложения устанавливаются логическими аргументами

    из набора аксиом, процесс установления теоремы называется

    пруф .

    Разговорное значение слова «доказательство» вызывает множество проблем в физике.

    обсуждение и лучше избегать.Поскольку математика так важна

    часть физики, математический смысл доказательства должен быть единственным

    тот, который мы используем. Кроме того, мы часто просим студентов старших курсов сделать

    доказательства некоторых теорем математической физики, а нас а не

    прошу экспериментальной демонстрации!

    Итак, в лабораторном отчете мы не должны говорить: «Мы доказали закон Ньютона.’

    Скорее скажем: «Сегодня мы продемонстрировали (или проверено )

    справедливость закона Ньютона в частном случае… »

    Радиоактивный материал. Материал, ядра которого спонтанно дают

    от ядерной радиации. Естественно радиоактивные материалы (обнаружены в

    земная кора) выделяют альфа-, бета- или гамма-частицы. Альфа-частицы

    — ядра гелия, бета-частицы — электроны, а гамма-частицы —

    фотоны высоких энергий.

    Радиоактивный. Слово, обозначающее радиоактивные материалы

    от тех, которых нет. Использование: «U-235 радиоактивен; He-4 — нет ».

    Примечание: Радиоактивный наименее вводит в заблуждение при использовании в качестве

    прилагательное, а не существительное. Иногда используется в форме существительного как

    укороченная замена радиоактивного материала , как в примере

    выше.

    Радиоактивность. Процесс испускания частиц ядром.

    Использование: «Некоторые материалы, встречающиеся в природе, демонстрируют радиоактивность».

    Предупреждение о неправильном использовании: Радиоактивность — это процесс , а не

    вещь , а не вещество . Так же неправильно сказать

    «U-235 излучает радиоактивность», как говорится «течет ток».’А

    неисправный ядерный реактор не выделяет радиоактивность ,

    хотя он может выбросить радиоактивные материалы в окружающую среду

    окружающая обстановка. Пациент, проходящий лучевую терапию, не

    поглощает радиоактивность , но поглощает часть

    излучение (альфа, бета, гамма) испускается радиоактивными

    используемые материалы.

    Это неправильное употребление слова радиоактивность заставляет многих людей

    неправильно думать о радиоактивности как о чем-то, что можно получить

    находиться рядом с радиоактивными материалами. Есть только один процесс, который ведет себя

    что-нибудь в этом роде, и это называется искусственно индуцированный

    радиоактивность , процесс в основном осуществляется в исследовательских лабораториях.Когда некоторые материалы бомбардируются протонами, нейтронами или другими ядерными

    частицы соответствующей энергии, их ядра могут трансмутироваться, создавая

    нестабильные изотопы, которые радиоактивны.

    Оценить. Количество одной вещи по сравнению с количеством

    Другой. [Словарное определение]

    В физике сравнение обычно производится путем частного.Таким образом, скорость определяется как dx / dt, «скорость изменения во времени.

    позиция’.

    Распространенное злоупотребление : Мы часто слышим, как неученые говорят такие вещи

    как «Машина ехала с большой скоростью». Это избыточно

    в лучшем случае, поскольку это просто означает «Автомобиль двигался с большой скоростью».

    Это своего рода ошибка, которую допускают люди, которые не думают, пока они

    разговаривать.

    Соотношение. Частное двух одинаковых величин.

    В физике две величины должны иметь одинаковые единицы, чтобы быть

    ‘аналогичный’. Поэтому мы можем правильно говорить о соотношении двух

    длины. Но сказать «отношение заряда к массе электрона»

    неправильно. Последний правильно называется

    удельный заряд электрона ».

    Смотрите: конкретные.

    Реакция. Силы реакции — это равные и противоположные силы

    Третий закон Ньютона.Хотя их иногда называют действием и

    реакция , никто никогда не увидит единую силу, называемую

    сила действия .

    См .: Третий закон Ньютона.

    Реальная сила. См .: инерциальный

    Рамка.

    Реальное изображение. Точка (точки), в которой световые лучи сходятся как

    они выходят из линзы или зеркала.См .: виртуальный образ.

    Реальный объект. Точка (точки), из которых световые лучи расходятся как

    они попадают в линзу или зеркало.

    См .: виртуальный объект.

    Родственник. В просторечии «по сравнению с». В теории г.

    относительность наблюдения движущихся наблюдателей количественно

    в сравнении.Эти наблюдатели получают разные значения, когда

    измерения одних и тех же величин, и эти величины называются

    родственник. Теория, однако, показывает нам, как разные

    измеренные значения точно связаны с относительной скоростью

    двух наблюдателей. Некоторые величины совпадают для

    все наблюдатели и называются инвариантами . Один постулат

    теория относительности заключается в том, что скорость света является инвариантом

    количество.Когда теория выражена в четырехмерной форме,

    при соответствующем выборе величин, новые инвариантные величины

    эмердж: смещение мира (x + y + z + ict) ,

    четырехвекторная энергия-импульс, а электрическая и магнитная

    потенциалы можно объединить в инвариантный четырехвектор. Таким образом, относительность

    Теорию можно было бы правильно назвать теорией инвариантности.

    Предупреждение о неправильном использовании: Некоторые люди с поверхностным умом слышат

    говорят ‘Эйнштейн показал, что все относительно.’Фактически, особые

    относительность показывает, что относительны только некоторые измеримые вещи,

    но точно и математически определенным образом, и другие

    вещи есть, не родственники, ибо с ними согласны все наблюдатели.

    Относительная неопределенность. Неопределенность количества по сравнению с

    само количество, выраженное как отношение абсолютной неопределенности к

    размер количества. Это также может быть выражено в процентах неопределенности.Относительная неопределенность безразмерна и безразмерна.

    Смотрите: абсолютная неопределенность.

    Ограничено масштабом. Измерительный прибор называется

    с ограничением по масштабу , если экспериментальная погрешность в этом приборе

    меньше наименьшего деления на его шкале. Следовательно

    экспериментальная погрешность принимается равной половине наименьшей читаемой

    приращение шкалы.

    Конкретный. В физике и химии слово специфическое в

    название количества обычно означает «делится на обширную

    мера, то есть деленная на количество, представляющее количество

    материал. Удельный объем означает объем, деленный на массу, которая равна

    величина, обратная плотности. Удельная теплоемкость теплота

    емкость деленная на массу.См .: обширный,

    и емкость.

    Tele-. Префикс, означающий на расстоянии , как в

    телескоп , телеметрия , телескоп .

    Срок. Одно из нескольких суммируемых величин.

    Может возникнуть путаница с другим использованием этого слова, например, когда

    попросили «выразить результат через массу и время.» Это означает

    «Как функция массы и времени», очевидно, не означает, что

    масса и время должны быть добавлены как термины.

    Правда. Это слово лучше всего избегать в физике

    кроме случаев, когда они помещены в кавычки или с тщательной квалификацией. Его

    в разговорной речи есть много оттенков значения от «кажется,

    правильным »к абсолютным истинам, провозглашенным религией, что она использует

    не вызывает ничего, кроме непонимания.Кто-то однажды сказал: «Наука

    ищет ближайшие (приблизительные) истины ». Другие говорят о

    предварительных или предварительных истин. Конечно наука

    не претендует на окончательную или абсолютную истину.

    Теоретический. Описание идеи, являющейся частью теории,

    или следствие, выведенное из теории.

    Предупреждение о неправомерном использовании: Не называйте официальную или «балансовую» стоимость

    физическая величина теоретическое значение , например: «Мы сравнили наши

    экспериментально определенное значение показателя преломления с

    теоретическое значение и обнаружил, что они различаются на 0.07. ‘ Значение

    полученный из таблиц показателей преломления, получается , а не из

    теория, но из эксперимента, и поэтому не должна называться

    теоретический. Слово теоретически страдает так же

    злоупотреблять. Только когда числовое значение является предсказанием теории,

    можно ли правильно называть это «теоретической ценностью».

    Теория. A Проверенная математическая модель некоторых

    часть науки. В физике теория обычно принимает форму

    уравнение или группу уравнений, а также поясняющие правила для

    их приложение. Теории считаются успешными, если (1) они

    синтезировать и объединить значительный круг явлений; (2) они

    обладают предсказательной силой, либо предсказывают новые явления, либо

    предлагая направление для дальнейших исследований и испытаний.

    Сравните: гипотеза,

    и закон.

    Неопределенность. Синоним: ошибка . А

    мера присущей изменчивости повторных измерений

    количество. Прогноз вероятной изменчивости результата, основанный на

    присущие неопределенности в данных, найденные с помощью математического

    расчет того, как неопределенность данных в сочетании приведет к

    неуверенность в результате. Этот расчет или процесс, с помощью которого

    предсказывает размер неопределенности результатов из неопределенностей в

    данные и процедура называется анализом ошибок .

    См .: абсолютная неопределенность и относительная неопределенность.

    Неопределенности присутствуют всегда; работа экспериментатора — сохранить их

    настолько мал, насколько это необходимо для получения полезного результата. Мы различаем два вида

    неопределенности: неопределенные и определенные. Неопределенный

    неопределенности — это те, размер и знак которых неизвестны, а иногда

    (ошибочно) называл случайным .Определенные неопределенности — это те

    определенного знака, часто относящегося к неопределенностям, связанным с прибором.

    ошибка калибровки, смещение шкалы чтения или какое-то неизвестное влияние на

    измерение.

    шт. Этикетки, отличающие один тип измеряемой величины от

    другие типы. Длина, масса и время совершенно разные физические

    количества и, следовательно, имеют разные названия единиц измерения, метры, килограммы и

    секунд.Мы используем несколько систем единиц, в том числе метрическую систему единиц (СИ),

    английские (или обычные единицы США) и ряд других, в основном

    исторический интерес.

    Примечание. Некоторым безразмерным величинам присвоены названия единиц измерения, некоторым — нет.

    Удельный вес не имеет названия, но плотность имеет. Углы

    безразмерные, но имеют названия единиц измерения: градус, радиан, град.Некоторые количества

    которые физически различаются и имеют разные названия юнитов, могут иметь

    одинаковые габариты, например, крутящий момент и работа.

    Сравните: габариты.

    Виртуальный образ. Точка (точки), из которых сходятся световые лучи, когда они

    выходят из линзы или зеркала. На самом деле лучи не проходят через каждый

    точка изображения, но расходятся с ней.Смотрите: реальное изображение.

    Виртуальный объект. Точка (точки), к которой сходятся световые лучи, когда они

    войти в линзу. Лучи проходят через каждую точку объекта.

    Смотрите: реальный объект.

    Вес. Величина внешней силы, необходимой для удержания тела в

    отдыхайте в его системе отсчета.

    В элементарных учебниках почти всегда вес определяется как « размер

    гравитационная сила на теле ». Это было бы хорошо, если бы они только

    постоянно придерживайтесь этого определения. Но нет, позже они говорят о

    невесомые космонавты , потеря веса тела погружены

    в жидкости и др.

    Этот глоссарий создан Дональдом Э. Симанеком из Университета Лок-Хейвен и размещен здесь с разрешения.

    Ключевые термины и определения по физике

    Вот весь жаргон, который вам нужно знать, чтобы понять физику на экзамене GCSE. Будет очень сложно ответить на все вопросы в статье, не зная этих ключевых терминов и определений. Итак, выучите все эти слова и фразы наизусть. Помните, понимание — это первый шаг на пути к успеху.

    Ускорение — изменение скорости за определенный промежуток времени.

    Амперметр — прибор для измерения электрического тока в амперах.

    Амплитуда — высота или глубина волны от середины до гребня или впадины соответственно.

    Угол падения — угол между нормальным и падающим лучом.

    Угол отражения — угол между нормальным и отраженным лучом.

    Барометр — прибор, используемый для измерения атмосферного давления в паскалях.

    Броуновское движение — случайное движение частиц в жидкости из-за столкновений.

    Центр масс — точка на объекте, через которую, кажется, действуют силы, действующие на объект.

    Центростремительная сила — сила, необходимая для поддержания кругового движения объекта.

    Конденсация — изменение состояния с газа на жидкость.

    Конвекция — передача энергии в жидкости или газе из-за различных температур, вызывающих циркуляцию в жидкости.

    Плотность — масса, деленная на объем объекта.

    Дифракция — распространение волн, проходящих через щель или трещину в объекте.

    Дисперсия — расщепление белых световых волн, когда они входят и проходят через стеклянную призму.

    Echo- Отражение звука на гладких поверхностях.

    КПД — количество полезной энергии, выделяемой устройством, деленное на общую потребляемую энергию.

    Эластичный — Описание объекта или формы, которые восстанавливают свое исходное положение и форму после изменения или искажения.

    Электромагнит — устройство, которое может притягивать намагниченные объекты с помощью электричества.

    Равновесие — когда две или более силы уравновешены.

    Испарение — изменение состояния с жидкости на газ.

    Частота — количество волн, проходящих через точку за период времени.

    Гравитация — сила, которая притягивает все объекты в атмосфере Земли к центру Земли.

    Гидравлическая система — система, в которой используется давление жидкости или жидкости для приложения силы к объекту.

    Инерция — сопротивление массы объекта.

    Кинетическая энергия — энергия движения. Говорят, что любой движущийся объект обладает кинетической энергией.

    Продольные волны — Волны, направление колебаний которых параллельно направлению движения волн.

    Громкость — насколько велика амплитуда звука.

    Увеличение — когда объект увеличился в размере, поэтому его изображение больше исходного объекта.

    Масса — количество вещества в объекте.

    Плавление — изменение состояния от твердого до жидкого.

    Момент — усилие поворота. Рассчитывается путем умножения силы на перпендикулярное расстояние от оси.

    Ядерная энергия — энергия, выделяемая при расщеплении ядра атома.

    Деление ядра — процесс, при котором ядро ​​урана расщепляется на две части, образуя более мелкие ядра.

    Ядерный синтез — процесс, в котором два меньших ядра соединяются вместе, образуя большее ядро.

    Ядро — положительно заряженный объект, находящийся в центре каждого атома.

    Шаг — частота звуковой волны. Чем выше частота, тем выше высота звука.

    Разница потенциалов — энергия, переданная определенному количеству электрического заряда.

    Давление — величина силы, приложенной к определенной области.

    Радиоактивность — когда свойства материалов заставляют их постоянно излучать излучение.

    Отражение — когда волны отражаются от гладкой поверхности.

    Refraction — Изменение направления и скорости волн, когда они проходят через другую среду.

    Сопротивление — разность потенциалов, деленная на ток. Единица измерения — Ом.

    Результирующая сила — единичная сила, действующая на объект, которая имеет тот же эффект, что и все силы, действующие на него.

    Скаляр — величина с величиной, но не направлением.

    Удельная теплоемкость — энергия, необходимая для того, чтобы один килограмм вещества поднялся на 1 градус Цельсия.

    Скорость — пройденное расстояние, разделенное на определенный период времени.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.