1611143575-f501d09a54839b58ba6706edb8cfab5f (825041), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Теорема Гюйгенса – Штейнера......................................................................... 215§ 85. Уравнение движения твердого тела ................................................................. 217§ 86. Примеры динамики вращательного движения................................................ 218§ 87. Гироскопы........................................................................................................... 221§ 88.
Элементы статики .............................................................................................. 223ГЛАВА X ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОДИНАМИКИ ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ . 228§ 89. Гидростатика ...................................................................................................... 228§ 90. Стационарные течения, закон Бернулли.......................................................... 228ГЛАВА XI ДВИЖЕНИЕ В НЕИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ОТСЧЕТА. 233§ 91. Неинерциальные системы отсчета. Неинерциальные силы...........................
233§ 92. Силы инерции во вращающейся системе отсчета........................................... 234§ 93. Приливы.............................................................................................................. 238ГЛАВА XII ГРАВИТАЦИЯ, ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИОТНОСИТЕЛЬНОСТИ................................................................................................ 242§ 94. Введение .............................................................................................................
242§ 95. Инертная и гравитационная масса, принцип эквивалентности ..................... 244§ 96. Падение фотона в гравитационном поле ......................................................... 247§ 97. Замедление времени в гравитационном поле.................................................. 248§ 98. Область применимости классических законов движения в гравитационныхполях ............................................................................................................................
249ГЛАВА XIII ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ .................................... 250§ 99. Введение, волновые свойства частиц............................................................... 250§ 100. Размер атома..................................................................................................... 251§ 101. Время падения вертикально стоящего карандаша ........................................ 252ГЛАВА XIV СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ВСЕЛЕННОЙ ............ 254§ 102.
Введение ........................................................................................................... 254§ 103. Физика элементарных частиц ......................................................................... 256§ 104. Вселенная.......................................................................................................... 268§ 105. Заключительные замечания ............................................................................
2825ПРЕДИСЛОВИЕДанное учебное пособие соответствует программе курса «Механикаи Теория относительности», читаемого на физическом факультете Новосибирского государственного университета. Курс читается в первомсеместре на первом курсе, что предъявляет к нему особые требования,обеспечивающие возможность усвоения достаточно сложного материала студентами с различным уровнем начальной школьной подготовки. Программа составлена так, что предполагается лишь знаниеэлементарной математики, все остальное дается по ходу обучения.Механика является базовым курсом физики, формирующим физическое мышление и обеспечивающим успешное усвоение последующих, более специальных, разделов физики. Преподавание на физическом факультете НГУ с самого начала было нацелено на подготовкунаучных кадров самого высокого уровня.
Именно в Новосибирске в1960-х гг. впервые были созданы ускорители со встречными электронпозитронными пучками, что нашло отражение в программе курса механики, который с самого начала включал в себя специальную теориюотносительности.Курс состоит последовательно из следующих разделов: нерелятивистская кинематика, релятивистская кинематика, нерелятивистскаядинамика, релятивистская динамика, колебания и волны, движение вцентральном поле, движение твердого тела, элементы гидродинамикиидеальной жидкости, неинерциальные системы отсчета, элементы общей теории относительности и квантовой механики, современноепредставление о строении материи и вселенной.Последние главы добавлены, чтобы после усвоения первого классического раздела физики студенты познакомились с передним краемнауки.
Благодаря работе физиков удалось многое узнать о мире, в котором мы живем, но еще больше остается непонятным и интригующим, требующим дальнейших исследований и новых идей. После данного экскурса у студентов не останется сомнений, что выбранная имиспециальность является самой интересной и этому можно посвятитьвсю жизнь.Для освоения физики нужно иметь в виду, что физика – это наука,которая пытается описать все многообразие явлений минимальным количеством постулатов (законов природы). Поэтому при ее изучениинужно выстраивать получаемые знания в логическую цепочку.
Оченьважно разобраться в происхождении и сути основных базовых законов6физики, их совсем немного, но именно их открытие и осмысление является основной задачей физики. Из этих законов вытекают очень интересные и нетривиальные следствия, представляющие целые разделыфизики.Следует также иметь в виду, что для освоения очередного разделафизики недостаточно прочесть то, что написано в учебнике. Наш мозгустроен так, что для того чтобы материал усвоился и активизировался,необходимо слушать лекции, читать учебники, решать задачи на семинарах и дома, делать все, чтобы не оставалось непонятных вопросов.Как и в любой специальности, будь то музыканта или токаря, нужнапрактика. Для того чтобы стать физиком, нужно не только усвоить определенный материал, а еще и развить способности видеть суть явлений, ставить новые задачи и получать новые знания.В данном пособии нет задач, рассматриваются только примеры, необходимые для понимания материала.
Рекомендуемый задачник: «Задачи по механике и теории относительности» под редакциейВ. И. Тельнова (авторы Т. Д. Ахметов, А. В. Болеста, Ф. А. Еманов,А. С. Руденко, В. И. Тельнов, А. А. Шошин), соответствующий программе данного курса.7ГЛАВА IВВЕДЕНИЕ§ 1. Задача физики.
Механика, основные теории и области их применимостиФизика – это наука, целью которой является познание природы окружающего нас мира на самом глубоком уровне. Основные вопросыможно сформулировать так: как возникла и эволюционировала Вселенная; из чего она состоит, какие есть виды материи; как устроена материя, какие есть виды взаимодействия, каковы законы движения; почему так устроен мир? Эти вопросы волнуют любого человека (и даже,наверное, любое живое существо). Кроме чисто фундаментальных задач физики занимаются также применением знаний для нужд человечества. Мы живем в мире техники, которая придумана и создана в основном физиками.Данный курс, «Механика и Теория относительности», посвященрассмотрению законов движения.
Он идет в программе самым первым,и можно считать, что является самым важным. Физика как наука началась с механики, с Галилея, Ньютона. В начале 20 в. работы Эйнштейна и других привели к созданию так называемой специальной теорииотносительности, которая является расширением ньютоновской механики на область больших скоростей. Была осознана связь пространства и времени, открыт путь к новым методам получения энергии впроцессах слияния и деления ядер. Установленная связь между энергии с массой открыла путь к созданию ускорителей частиц, с помощьюкоторых удается рождать из чистой энергии новые элементарные частицы, новые виды материи, изучать их, открывать новые законы природы.
Обо всем этом пойдет речь в данном курсе.Мир устроен очень сложно. В конце 19 в. казалось все проще. Но вначале 20 в. появились теория относительности, квантовая механика. Оказалось, что механика Ньютона не работает при больших скоростях, ее пределы применимости v c . А. Эйнштейн (1905 г.) расширил ее до любых скоростей ( v £ c ).Однако выяснилось, что и механика Ньютона – Эйнштейна имеетпредел применимости, она не работают на малых расстояниях, точнеепри mvr < , где = 1, 05 ⋅ 10-27 (система СГС) – постоянная Планка.Устройство атома полностью определяется квантовой механикой.
Час8тицы обладают волновыми свойствами ( l = 2p/p – длина волныДе Бройля) и испытывают дифракции. При пролете частицы черезщель угол отклонения q /pd , где p – импульс частицы, d – ширинащели. Для электрона ( m = 9 ⋅ 10-28 г), пролетающего через щель шириной 1 см со скоростью 1 см/с, угол отклонения составляет порядкаодного радиана, т.
е. его движение нельзя описывать классической траекторией. Такие законы, как сохранение импульса и энергии, работаюти на малых расстояниях. Квантовая механика позволила объяснитьстроение атомов и молекул.§ 2. Сколько фундаментальных констант? СтандартнаямодельУ физиков есть мечта объяснить (описать) природу с помощью минимального количества постулатов и фундаментальных констант, таких как c, e, , G (скорость света, заряд электрона, постоянная Планка,гравитационная постоянная). Их уже достаточно, чтобы составитьформулу с размерностями грамм, сантиметр, секунда, т. е. через нихможет быть выражена любая физическая величина. Однако величинаc=G2 ⋅ 10-5 г, что в 1019 раз больше массы протона.
Совсем неочевидно, чтоэто та масса, через которую должны выражаться массы элементарныхчастиц.К настоящему времени открыты следующие фундаментальные частицы: 6 кварков, 6 лептонов, 5 бозонов (переносчиков взаимодействий), но мы не знаем, почему их столько, не умеем рассчитывать ихмассы и даже их отношения. Имеется теория, Стандартная модель,которая описывает взаимодействия и превращения всех известных частиц, однако она содержит около трех десятков дополнительных констант (учетом масс частиц), которые найдены экспериментально. Нетсомнения, что когда-нибудь будет создана теория, которая позволитуменьшить их количество.Стандартная модель элементарных частиц предполагает, что массыу частиц возникают за счет взаимодействия с неким полем, заполняющим всю Вселенную.
Квантом такого поля является бозон Хиггса. Этагипотеза возникла еще в 60-х гг. прошлого века. И что удивительно,массы, масса Планка, получаемая их этих констант, M P =9так и оказалось: хиггсовский бозон с нужными свойствами был найденв 2012 г. на Большом адроном коллайдере в Женеве.Современные ускорители со встречными пучками, коллайдеры (отcollide – сталкиваться), позволяют рождать частицы с массой в тысячураз больше массы протона. Они являются своеобразными микроскопами и позволяют «разглядеть», что происходит на расстояниях до1018 см . Предельные энергии, соответствующие массе Планка,E P = M Pc 2 , в 1015 раз больше достигнутой на ускорителях, а соответ-ствующие расстояния на 15 порядков меньше, чем можно разглядеть спомощью самого современного ускорителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
