ПРОГРАМА ЛЕКЦІЙ КУРСУ «ФІЗИКА»

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ГЕОЛОГІЧНОГО ФАКУЛЬТЕТУ.

(І СЕМЕСТР).

 

1.Механічний рух. Матеріальна точка (МТ). Абсолютно тверде тіло (АТТ). Система відліку. Поняття траекторії,  шляху і переміщення. Вектори і їх основні властивості.

2.Швидкість: лінійна і кутова. Поняття швидкості.  Середня швидкість. Миттєва швидкість. Вектор швидкості. Визначення пройденого шляху по відомій залежності швидкості від  часу. Кутова швидкість. Аксіальні вектори кута повороту та кутової швидкост. Зв'язок між лінійною та кутовою швидкостями.

3.Прискорення. Зв'язок між швидкістю і прискоренням.Тангенціальне і нормальне прискорення.

4.Роль початкових умов. Пошук залежності швидкості і прискорення від часу при відомій залежності радіус-вектора МТ від  часу: інтегрування рівнянь руху як обернена задача механіки.

5.Інерціальні системи відліку, І закон Ньютона. Розгляд руху точки з різних систем відліку. Інерціальні (ІСВ) і неінерціальні системи відліку. Перший закон Ньютона. Приклади ІСВ.

6.Принцип відносності Галілея. Формулювання принципу відносності Галілея (ПВГ).  Одинаковість властивостей простору і часу у всіх ІСВ. Математичне формулювання ПВГ: перетворення Галілея. Синхронізація  годинників у різних ІСВ по еталонному годиннику. Межі застосування ПВГ. Єдність простору і часу. Поняття 4-мірного простору-часу. Діаграми Мінковського: поняття світової лінії і та світової точки.

7.Маса, сила, ІІ закон Ньютона. Поняття сили. Інертність та її міра – маса. Введення поняття  як рівності відношення мас двох тіл до оберненого відношення їх прискорень. Другий закон Ньютона. Поняття імпульсу. Розмірності маси, прискорення та сили в системі СІ.

8.Сили,  ІІІ закон Ньютона. Взаємодія тіл. Третій закон Ньютона. Математичний запис ІІІ закону Ньютона. Загальна класифікація сил: фундаментальні сили. Чотири види фундаментальних сил. Розгляд деяких з фудаментальних сил.  Сили, які отримуються з фундаментальних: однорідна сила тяжіння, пружня сила, сила тертя ковзання, сила опору середовища.

9.Закон збереження імпульсу. Закон збереження імпульсу однієї МТ: ІІ закон Ньотона для МТ в імпульсному представленні, збереження окремих проекцій вектору імпульсу і збереження вектору імпульсу. Закон збереження імпульсу системи з N частинок: поняття замкнутої системи, ІІ закон Нбютона для кожної частинки в системі, “скорочення” сил взаємодій частинок системи між собою відповідно до ІІІ закону Ньютона, повний імпульс системи частинок, математичний вираз закону зміни імпульсу системи частинок, формулювання закону збереження імпульсу для замкнутої системи частинок. Приклад: абсолютно непружній удар двох тіл.

10.Реактивний рух. Поняття руху МТ із  змінною  масою на прикладі ракети. Рівняння Мещерського.  Формула Ціолковського.

11.Сила тяжіння і вага тіл. Сила тяжіння. Вага тіл. Вивід загальної формули для ваги тіл. Вага тіла в ліфті, який рухається в однорідному полі тяжіння з прискоренням:  а) вертикально вверх, б)вертикально вниз, в)вбік.

12.Робота сили. Потужність. Поняття елементарного переміщення. Дія сили на елементарному переміщенні. Елементарний шлях. Додатня та від'ємна роботи. Робота сили на даному шляху. Приклади розрахунку роботи. Поняття потужності.  Розмірність роботи в системі СІ.

13.Консервативні сили. Поняття поля сил. Стаціонарне поле. Поняття консервативних сил як робота яких не залежить від  форми пройденого шляху. Поняття консервативних сил як сил стаціонарного поля, робота яких на замкнутому шляху рівна нулю. Доведення еквівалентності двох формулювань.

14.Потенціальна енергія  частинки. Зв'язок сили і потенціальної енергії.  Введення поняття потенціальної енергії.  Зв'язок сили поля і потенціальної енергії.  Поняття частинної похідної та градієнта. Сили поля як антиградієнт потенціальної енергії.

15.Кінетична енергія   частинки. Робота результуючої сили при переміщенні МТ. Випадок довільної системи частинок: залежність приросту кінетичної енергії від роботи не тільки зовнішніх,  але й внутрішніх сил.

16.Закон збереження енергії в механіці.  Вивід закону збереження енергії (ЗЗЕ) для однієї МТ: повна механічна енергія частинки в полі і умова її  збереження.  Вивід закону збереження енергії (ЗЗЕ) для системи частинок: поняття дисипативних сил, внутрішні та зовнішні сили і їх роботи, умова збереження повної механічної енергії системи частинок. Універсальний закон збереження енергії  в природі.

17.Центральний і абсолютно пружний удар куль. Вивід загальних виразів для результуючих швидкостей. Розгляд часткових випадків.

18.Теорема про рух центра мас. Поняття центра мас. Швидкість та прискорення центра мас системи. Формулювання теореми про рух центра мас.

19.Теорема Кьоніга. Залежність кінетичної енергії  МТ від  вибраної ІСВ. Залежність кінетичної енергії  системи частинок від  вибраної ІСВ. Теорема Кьоніга.

20.Момент сили, момент імпульсу. Поняття моменту сили та моменту імпульсу як векторних добутків  радіус -вектора (проведеного в точку прикладення відповідно сили або імпульсу) і відповідно сили або імпульсу.Приклади визначення моментів імпульсу.

21.Закон збереження моменту імпульсу. Закон зміни моменту імпульсу для однієї частинки. Закон зміни моменту імпульсу для системи частинок. Формулювання закону збуруження моменту імпульсу для системи частинок.

22.Основне рівняння руху абсолютно твердого тіла (АТТ). Поняття поступального і обертального рухів АТТ. Введення поняття моменту інерції  тіла відносно осі z. 

23.Тензор інерції.  Рух АТТ відносно декількох осей. Проекції моменту імпульсу на осі x, y і z. Осьові моменти інерції. Доцентрові моменти інерції.  Поняття тензору інерції.  Головні осі тензора та головні моменти інерції.

24.Розрахунок осевих моментів інерції.  Перехід до неперервного тіла. Моменти інерції МТ, однорідного стержня, циліндра та кулі.

25.Теорема Штейнера. Вивід формули, яка пов'язує моменти інерції тіл  при їх  обертанні навколо осі, яка паралельна до осі, проведеної через центр мас. Формулювання теореми Штейнера.

26.Кінетична енергія  тіла, яке котиться і обертається. Повна кінетична енергія  тіла при його обертанні.  Аналогія до кінетичної енергії поступального руху: при обертанні момент інерції відіграє роль маси, а роль лінійної швидкості відіграє кутова швидкість.Кінетична енргія  тіла,  яке обертається і рухається поступально.

27.Гіроскопи. Гіроскопічний ефект. Поняття гіроскопу. Гіроскопічний ефект. Прецесія. Прецесія гіроскопа під дією сили тяжіння.

28.Гармонічні коливання. Механічні коливання. Роклад потенціальної енергії в ряд поблизу положення стійкої рівноваги. Сила повернення. Умови винекнення коливань. Визначення гармонічних коливань: рівняння гармонічних коливань. Рівняння руху МТ при гармонічних коливаннях. Енергія системи, яка здійснює малі коливання.

29.Вільні механінічні коливання. Визначення вільних коливань. Математичний маятник: рівняння руху, частота, період, амплітуда і початкова фаза.

30.Загасаючі механічні коливання. Роль сил тертя. “Рідке тертя”. Рівняння руху для згасаючих коливань і його розв'язок.  Декремент загасання. Залежності зміщення тіла від положення рівноваги при малих і великих величинах декремента загасання.

31.Вимушені механічні коливання. Визначення вимушених коливань. Рівняння руху длявимушених коливань. Процес встановлення коливань. Залежність амплітуди коливань від  частоти сили вимушення. Додавання коливань. Явище биття.

32.Напруженість і потенціал гравітаційного поля. Поняття гравітаційного поля. Напруженість гравітаційного поля. Закон всесвітнього тяжіння. Потенціальне енергія взаємодії двох мас.Гравітаційне поле, утворене просторово розподіленою масою. Зв'язок між потенціалом і напруженістю гравітаційного поля.

33.Рух космічних тіл. Закони Кеплера. Розгляд руху Землі навколо Сонця: приклад поля центрвльних сил. Формулювання законів Кеплера. Розгляд законів Кеплера з використанням законів збереження енергії  і моменту імпульсу.

34.Системи багатьох частинок. Поняття ідельного газу.  Задачі молекулярної фізики. Агрегатні стани тіл. Поняття одиниці маси та відносної одиниці маси в молекулярній фізиці.  Моль. Молярна маса.  Визначення поняття ідеального газу. Динамічний, статистичний і термодинамічний методи дослідження систем  багатох частинок.

35.Рівняння стану ідеального газу. Визначення термодинамічної системи. Параметри стану. Рівноважний стан термодинамічної системи. Замкнуті термодинамічні системи. Параметри, що характеризують рівноважний стан тіла. Зв'язок між цими параметрами.Тиск (P), об'єм (V) і температура (T). Одиниця термодинамічної температури. Емпірично встановлений зв'язок між P,V i T.  Роль розрідженості газу  в точночті рівнняння стану ідеального газу. Закон Авогадро. Рівняння Менделєєва-Клайперона. Закон Дальтона.

36.Тиск газу на стінку посудини. Припущення задачі. Розрахунок тиску на стінку посудини: визначення числа частинок, які долітають до стінки, імпульс переданий стінці,  квадрат середньоквадратичної швидкості молекул, формули тиску.

37.Теорема про рівноросподілення енергії  по ступенях вільності.   Поняття про число ступеней вільності будь-якого тіла: МТ, двохатомної молекули... Розподіл кінетичної енергії по ступенях вільності для одно- і  багатоатомної молекули.

38.Внутрішня енергія термодинамічної системи. Склад внутрішньої енергії (ВЕ). ВЕ як адитивна величина. ВЕ як функція стану.  Робота в термодинаміці.

39.Перше начало термодинаміки. Розгляд двох процесів, які можуть привести до зміни ВЕ системи: роботазовнішніх сил і немеханічні шляхи передачі енергії системі. Поняття теплоти. Фізична природа теплопередачі.  Формулювання І начала термодинаміки.

40.Внутрішня енергія  і  теплоємність ідеального газу. Рівняння адіабати  ідеального газу.

41.Політропні процеси. Робота газу  при політропних процесах.

42.Основні положення теорії  ймовірностей. Ймовірність.  Теореми про додавання і множення ймовірностей. Середні значення випадкових величин. Функція розподілу. Умова нормування. Середні значення.

43.Поняття мікро- і макро- станів. Кількість параметрів при заданні мікростану і, відповідно, макростану системи. Зв'язок між мікро- і макростанами на мові ймовірностей. Статистична вага. Біномінальний розподіл.

44.Розподіл Максвела. Ростір швидкостей з декартовою системою координат. Об'мна густина ймовірності.  Вивід  функції розподілу молекул газу по швидкостях. Закон розподілу Максвела по модулю швидкості.

45.Середня, найбільш імовірна і середня квадратична швидкості.

46.Розподіл Больцмана, розподіл Максвела- Больцмана. Поведінка молекул газу під дією сил тяжіння. Пошук залежності концентрації молекул від висоти  над поверхнею Землі. Розподіл Больцмана. Розподіл Максвела- Больцмана. Розподіл Гібса.

47.Ентропія.  Різниця між рівноважними і  нерівноважними системами. Поняття ентропії,  її  зв'язок  з ймовірністю. Ентропія як функція стану термодинамічної системи. Властивості ентропії.  Друге начало термодинаміки. Ентропія і необоротні процеси. Ентропія і температура (теорема Нернста) – третє начало термодинаміки.

48.Ентропія ідельного газу.  Кількість теплоти, температура і ентропія в оборотньому процесі.  Робота газу для оборотнього процесу. Вираз для ентропії моля ідеального газу в представленні змінних температури та об'єму.

49.Флуктуації.  Визначення флуктуації.  Середньоквадратична та відносна середньоквадратична флуктуації  для однієї  молекули і системи з незалежних частинок (молекул ідевльного газу). Зв'язок флуктуацій термодинамічних величин з кількістю молекул в системі. 

50.ККД теплової машини (цикл Дизеля, двигун внутрішнього згорання). Цикл Карно.

51.Довжина вільного пробігу  молекул.

52.Емпіричні рівняння явищ переносу. Процес релаксації.  Виникнення переносу речовини. Поняття потоку. Дифузія. Теплопровідність.  Внутрішнє тертя.

53.Реальні гази. Рівняння Ван-дер-Ваальса.  Оцінка меж застосування рівняння Менделєєва – Клайперона. Кількість об'єму газу, зайнята молекулами. Рівняння Ван-дер-Ваальса і його поправки (константи): взаємодія між молекулами та ефективний об'єм, зайнятий молекулами. Внутрішня енргія газу Ван-дер-Ваальса.

ПРОГРАМА ЛЕКЦІЙ КУРСУ «ФІЗИКА»

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ГЕОЛОГІЧНОГО ФАКУЛЬТЕТУ.

(ІІ СЕМЕСТР).

1.Електризація тіл. Електричний заряд. Взаємодія  електричних зарядів у вакуумі. Електричне поле і його напруженість.

2.Електричний диполь. Поле диполя.

3.Теорема Остроградського-Гауса. Напруженість рівномірно заряджених безкінечної нитки та безкінечної площини. Напруженість поля між двома безкінечно паралельними рівномірно зарядженими площинами.

4.Робота при переміщенні заряда в електричномуполі. Потенціал. Вивід формул для роботи при переміщенні заряда в електричному полі і для потенціалу.

5.Провідники в електричному полі. Електроємність. Енергія зарядженого провідника.  Нейтральний провідник (металічна куля) в електричному полі,  явище електростатичної індукції.  Поняття еквіпотенціальної поверхні.  Електростатичний захист. Поняття електроємності провідника. Розмірність електроємності  та електричної постійної. Вивід формули для енергії зарядженого провідника.

6.Діелектрики. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електричне поле в діелектриці. Діелектрична проникливість. Вектор електричної індукції.

7.Конденсатор. Енергія електричного поля.

8.Електричний струм. Сила струму. Електрорушійна сила. Напруга.

9.Струм в металічних провідниках. Опір. Закон Ома. Робота і потужність струму. Електричні кола. Правила Кірхгофа.

10.Контактна різниця потенціалів.  Термоелектричні явища. Емісія електронів.  Термоелектронна емісія. Електронні лампи.

11.Напівпровідники. Струм в напівпровідниках. Власна і домішкова провідності напівпровідників. Напівпровідникові випрямлячі, підсилювачі і термоелектричні батареї.

12.Струм в рідинах і газах.  Електроліз.  Закон Фарадея. Струм в газах. Несамостійний і самостійний газові розряди. Типи самостіних газових розрядів.

13.Магнітні поля. Постійний магніт  і коловий струм. Магнітні поля магнітів і струмів. Магнітна взаємодія струмів у вакуумі.  Напруженість магнітного поля. Формула Ампера. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітні поля соленоїда і тороїда.

14.Магнітна індукція. Діа-, пара- і феромагнітні речовини. Поняття магнітної індукції. Потік магнітної індукції.

15.Дія магнітного поля. Дія магнітного поля на провідник з струмом. Рух заряджених частинок в електричному і магнітному полях. Визначення заряду і маси електрона.

16.Електромагнітна індукція. Закон Фарадея. Правило Ленца. Струми Фуко. Взаємна індуктивність і індуктивність.

17.Енергія магнітного поля. Електромагнітна теорія Максвела.

18.Контур, що обертається в магнітному полі.  Синусоїдальний змінний струм. Робота і потужність змінного струму.

19.Узагальнений закон Ома. Електричний резонанс. Коефіціент потужності електричного кола.

20.Трьохфазний струм.

21.Електромагнітніколивання іелектромагнітні хвилі. Закритий коливальний контур. Вібратор Герца. Автоколивальний контур. Діапазон частот електромагнітних хвиль. Радіозв'язок.

22.Природа світла. Корпускулярна теорія. Хвильова теорія і її еволюція до електромагнітної теорії світла. Фотоелектричний ефект і дискретний характер випромінювання, поширення і поглинання світла: поняття кванта і фотона. Корпускулярно хвильовий дуалізм.

23.Оптика. Відбивання і заломлення світла. Повне відбивання. Дисперсія світла. Спектри. Тонкі лінзи. Мікроскоп. Око як оптична система. Спектральна чутливість ока.

24.Основні фотометричні характеристики.

25.Поглинання світла. Фізико-хімічна і фізіологічна дія світла.

26.Інтерференція світла.  Інтерферометр. Застосування інтерферометрії.  Дослід Майкельсона і спеціальна теорія відносності. Інтерференція світла, відбитого від прозорих плівок.

27.Дифракція. Роздільна здатність оптичних приладів. Дифракція на щілинах. Дифракційні спектри. Дифракційна ґратка. Розсіяння світла в мутному середовищі. Дифракція мікрочастинок. Хвилі де Бройля.

28.Поляризація світла. Природнє і поляризоване світло. Поляризація світла в турмаліні. Поляроїди. Подвійне заломлення променя. Поляризація світла в ісландському шпаті. Призма Ніколя. Обертання площини коливань поляризованого світла. Поляриметр.

29.Теплове випромінювання і випромінювання абсолютно чорного тіла.  Поняття теплового випромінювання і абсолютно чорного тіла. Закон Кірхгофа. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла. Квантовий характер випромінювання. Формула Планка.

30.Будова атома. Ядерна модель будови атома. Дискретність енергетичних станів атома. Постулати Бора. Квантова теорія будови атома водню. Пояснення спектрів випромінювання і поглинання водню. Квантова теорія будови багатоелектронних атомів і утворення оптичних та характеристичних спектрів.

31.Люміносценсія. Закони фотолюміносцесії  і  її  практичне застосування.

32.Індуковане випромінювання. Квантові генератори. Лазери та мазери.

33.Фотон. Фотоефект. Закони фотоефекта. Фотоелементи. Маса і  імпульс  фотона. Світловий тиск. Ефект Комптона. Флуктуації світла.

34.Атомні ядра. Загальні відомості про атомні ядра. Ізотопи. Природня радіоактивність. Альфа-, бета- і  гамма-випромінювання. Закони радіоактивного розпаду. Методи спостереження і реєстрації мікрочастинок.

35.Ядерні реакції.  Штучна радіоактивність. Енергія зв'язку. Дефект маси атомного ядра. Реакція поділу. Ланцюгова реакція. Ядерний реактор. Типи ядерних реакторів.

36.Термоядерні реакції (реакції синтезу). Типи термоядерних ядерних реакцій в ядрах зір. Енергія зір.

37.Елементарні частинки. Космічні промені. Типи елементарних частинок. Типи взаємодії об'єктів матерії.

 

Доцент кафедри астрофізики, канд. фіз.-мат. наук                                                                                                Мелех  Б.Я.

 

Затвердив:

зав. каф. Астрофізики, доктор фіз.-мат. Наук, професор                                                                                       Ваврух. М.В.