- •Міністерство освіти і науки україни Запорізький національний технічний університет лекції з фізики
- •1.9 Додавання гармонічних коливань одного напрямку
- •1 Коливання
- •1.1 Комплексні числа та дії з ними
- •1.2 Порядок розв’язку лінійних диференціальних рівнянь другого прядку з постійними коефіцієнтами
- •1.3 Вільні незатухаючі гармонічні коливання. Диференціальне рівняння цих коливань (пружинний маятник, коливальний контур)
- •1.4 Розв’язок диференціального рівняння незатухаючих гармонічних коливань
- •1.5 Характеристики гармонічних коливань. Фазові співвідношення
- •1.6 Енергія гармонічних коливань
- •1.7 Фізичний і математичний маятники
- •1.8 Додавання гармонічних коливань одного напрямку однакових частот
- •1.9 Додавання гармонічних коливань одного напрямку близьких частот (биття коливань)
- •1.10 Додавання взаємно перпендикулярних гармонічних коливань (Фігури Ліссажу)
- •1.11 Затухаючі коливання. Диференціальне рівняння затухаючих коливань та його розв’язок
- •1.12 Характеристики затухаючих коливань та їх фізичний зміст
- •1.13 Вимушені коливання. Диференціальне рівняння вимушених коливань та його розв’язок
- •1.14 Резонанс напруг у коливальному контурі. Резонансні криві
- •1.15 Резонанс струмів у коливальному контурі
- •1.16 Векторні діаграми
- •2 Хвилі
- •2.1 Механізм утворення хвиль у пружному середовищі. Класифікація хвиль. Рівняння хвиль
- •2.2 Диференціальне хвильове рівняння
- •2.3 Дисперсія хвиль. Фазова швидкість хвиль
- •2.4 Швидкість передачі енергії хвилями. Групова швидкість
- •2.5 Когерентні хвилі. Утворення стоячих хвиль. Рівняння стоячих хвиль
- •2.6 Звукові хвилі. Характеристики звуку. Швидкість звуку в газах
- •2.7 Ефект Доплера
- •2.8 Основи теорії електромагнітного поля Максвела. Інтегральна форма рівнянь Максвела та їх фізичний зміст. Струм зміщення
- •2.9 Диференціальна форма рівнянь Максвела. Рівняння електромагнітних хвиль. Властивості електромагнітних хвиль
- •2.10 Енергія електромагнітних хвиль. Вектор Умова-Пойнтінга
- •3 Оптика
- •3.1 Розвиток поглядів на природу світла
- •3.2 Принцип Гюйгенса та його застосування до закону заломлення світла. Повне внутрішнє відбивання
- •3.3 Інтерференція світла. Умови максимумів і мінімумів інтерференційної картини. Інтерференція від двох джерел (дослід Юнга)
- •3.4 Інтерференція світла в плоско-паралельній пластинці і на клині. Лінії однакової товщини. Кільця Ньютона
- •3.5 Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля для розрахунку дифракційної картини
- •3.6 Дифракція Френеля від круглого отвору та диску
- •3.7 Дифракція Фраунгофера на щілині
- •Дифракційна гратка да її роздільна здатність
- •3.9 Дифракція рентгенівських променів. Формула Вульфа-Бреггів
- •3.10 Поняття про голографію
- •Природне і поляризоване світло закони Малюса і Брюстера. Ефект Керра
- •4 Оптика рухомого середовища. Елементи спеціальної теорії відносності а.Ейнштейна
- •4.1 Швидкість світла та її вимірювання. Дослід Майкельсона
- •4.2 Постулати спеціальної теорії відносності. Перетворення координат Лорентца
- •4.3 Наслідки перетворення координат Лорентца
- •5 Квантові властивості випромінювання
- •5.1 Теплове випромінювання. Абсолютно чорне та сірі тіла. Закон Кірхгофа для теплового випромінювання
- •5.2 Розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла. Формули Віна, Релея-Джинса, Планка
- •5.3 Закони випромінювання абсолютно чорного тіла. Закон Стефана-Больцмана, закон Віна
- •5.4 Фотоефект. Закони Столетова. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту. „Червона” межа фотоефекту
- •5.5 Ефект Комптона
- •Тиск світла
- •6 Фізика атомів
- •Дослід е.Резерфорда по розсіюванню α-частинок. Ядерна модель атома
- •Протиріччя резерфордовської моделі атома. Постулати н.Бора та їх дослідне обґрунтування (дослід Франка і Герца)
- •Борівська теорія воднеподібних атомів. Закономірності лінійчатих атомних спектрів
- •Елементи квантової механіки
- •Гіпотеза де-Бройля. Дослідне обґрунтування корпускулярно-хвильового дуалізму матерії. Хвильова функція
4 Оптика рухомого середовища. Елементи спеціальної теорії відносності а.Ейнштейна
4.1 Швидкість світла та її вимірювання. Дослід Майкельсона
Вперше швидкість світла виміряв у 1667 р. датський астроном О. Ремер (1644-1710) із спостережень затемнення супутника Юпітера (рис.4.1). Вихід супутника Юпітера із затемнення, коли Земля знаходилась на своїй орбіті в положенні 2, спостерігався із запізненням, ніж коли Земля знаходилась в положенні 1. Це зумовлено необхідністю проходження світлом діаметра орбіти Землі. Було отримане величезне, але кінцеве значення 215000 км/с.
У 1727 р англійський астроном Брадлей визначив швидкість світла по явищу аберації (рис.4.2). Якщо направити телескоп на віддалену зірку, то за рік спостереження її зображення описує в полі зору коло. Це пояснюється тим, що за час проходження променем відстані від об’єктива до окуляра телескопа він разом із Землею переміщується по орбіті Землі на певну відстань. Внаслідок цього промінь поширюється на вздовж осі телескопа, а утворює з нею певний кут. В досліді Брадлея він дорівнював 40,0II . Було одержане значення швидкості світла 303000 км/с.
В земних умовах швидкість світла вперше виміряв у 1849 р. французький вчений Фізо (1819-1896). Схема досліду показана на рис.4.3. Промінь світла відбивався від напівпрозорого дзеркала ДЗ1, проходив між зубами зубчатого колеса, яке оберталось, відбивався від дзеркала ДЗ2 на відстані L=8,6 км і повертався назад. Якщо за час проходження променем відстані 2L зубчате колесо повернеться на цілу кількість зубів n=1,2,3,..., то промінь потрапляє в око спостерігачеві. Знаючи послідовні значення кутової швидкості ω колеса, при яких джерело світла S стає видимим, розраховувалась швидкість світла . Одержано 313000 км/с.
У 1972 р швидкість світла була визначена із незалежних вимірювань довжини хвилі і частоти світла гелій-неонового лазера. Одержано значення (299 792 458 ± 1) м/с.
Перший експеримент по виявленню ефіру і ефірного вітру виконав американський фізик (поляк за походженням) А.Майкельсон. Ідея досліду дуже проста: виявити різницю швидкості світла по зміні інтерференційної картини при поширенні світла в напрямку орбітального руху Землі і в протилежному, або в будь-якому іншому напрямку. Якщо ефір і ефірний вітер існують, то швидкості світла у різних напрямках будуть різними, а отже зміниться оптична різниця ходу і інтерференційна картина. Схема досліду показана на рис. 4.4. Промені 1 і 2 двічі проходили плечі інтерферометра Майкельсона по 11м у взаємно-перпендикулярних напрямках, і після напівпрозорого дзеркала між променями 1I і 2I виникала різниця ходу і вони давали певну інтерференційну картину. При повороті всієї установки напрямки поширення світла у плечах відносно ефірного вітру змінювались, а отже повинна була змінитись і швидкість світла, і разом з нею і інтерференційна картина. Але ніяких змін у інтерференційній картині виявлено не було! У 1964 році цей дослід був проведений із лазерним випромінюванням, що дало змогу підвищити точність експерименту у 50 разів. Але знову таки інтерференційна картина залишалась незмінною. Отже ніякого ефіру і ефірного вітру немає.