Понятная физика

Оглавление

Игорь Джавадов. Понятная физика

Введение, или о проблемах преподавания физики

ЧАСТЬ I

Раздел I. Механика

Глава 1. Движение частиц

§ 1. Частицы и поля

§ 2. Энергия

§ 3. Сила и вес

§ 4. Превращения энергии

§ 5. О размерностях физических величин

§ 6. Закон всемирного тяготения

§ 7. Невесомость

§ 8. Импульс силы

§ 9. Об отрицательных величинах в физике

§ 10. Два закона Ньютона

§ 11. Другие два закона Ньютона

§ 12. Работа в физике

Глава 2. Движение тел

§ 13. Вращение тел

§ 14. Движение по окружности

§ 15. Проектируем центрифугу

§ 16. О безвозвратных потерях энергии

§ 17. Трение и упругость

§ 18. Энергия пружины

§ 19. Волны вокруг нас

§ 20. Проектируем волновую электростанцию

§ 21. Продольные волны

§ 22. Другие виды волн

§ 23. О древних греках

Раздел II. Электричество

Глава 3. Электрическое поле

§ 24. Энергия электричества

§ 25. Сила тока

§ 26. Параметры тока

§ 27. Ток в металлах

§ 28. Полупроводники

§ 29. Запрещённая зона

§ 30. Ток в полупроводниках

§ 31. Ток в электролитах

§ 32. Законы электролиза

§ 33. Диэлектрики

§ 34. Теорема Гаусса

§ 35. Поле конденсатора

ЧАСТЬ II

Глава 4. Электрический магнетизм

§ 36. Опыт Эрстеда

§ 37. Опыт Фарадея

§ 38. Магнетики

Глава 5. Переменный ток

§ 39. Получение переменного тока

§ 40. Уравнение переменного тока

§ 41. Сопротивление переменному току

§ 42. Индукция и самоиндукция

§ 43. Принципы Максвелла

§ 44. Реактивные сопротивления

§ 45. Проектируем трансформаторы

ЧАСТЬ III

Глава 6. Атомы

§ 46. Атом водорода

§ 47. Разрешенные орбиты

§ 48. Энергия кванта

Глава 7. Свет

§ 49. Оптические спектры

§ 50. Спектр атома водорода

§ 51. Фотоэффект

Глава 8. Электронные оболочки

§ 52. В атоме водорода

§ 53. Атом гелия и другие

Глава 9. Волна или частица?

§ 54. Опыт Тейлора

§ 55. Волна-частица или частица-волна?

§ 56. Гипотеза де Бройля

§ 57. Море Дирака

Глава 10. Заключительная

§ 58. Как проектировали лазер

§ 59. Отвечая на вероятные вопросы

Отрывок из книги

В методике преподавания физики очевидны две проблемы. Во-первых, сложилась вековая традиция преподавать физику не как систему современных знаний о различных формах энергии, а как историю отдельных наблюдений и открытий, не всегда связанных между собой. Вторая проблема вытекает из первой – избыточность терминов. Взять хотя бы электричество. Электрические явления изучали Ампер, Фарадей, Ом, Максвелл и другие выдающиеся учёные. Вместе с их открытиями в физику вошли такие понятия как электродвижущая сила, разность потенциалов, напряжение, ток смещения и другие авторские термины. Разумеется, мы должны чтить вклад гениев в науку. Но с точки зрения современной физики речь идёт об одной и той же величине, измеряемой в вольтах. Для измерения указанных величин не нужны четыре разных прибора, достаточно одного вольтметра.

Отсутствие системного подхода и путаница в терминах приводит к непониманию физики. Возьмём, к примеру, известную фразу: «сила противодействия равна силе действия, но уравновесить ее не может». Возникают как минимум два вопроса: что такое сила противодействия и почему не может, если равна? Вразумительного ответа нет нигде, учащемуся остается слепо верить и запоминать. В результате кое-кто, храня веру в реальность силы инерции, до седых волос тратит силы и время, пытаясь собрать работающий инерцоид.

.....

Мы уже говорили, что любое массивное тело является источником гравитации. Очевидно, чем больше масса тела, тем сильнее поле тяготения вокруг него. Интересно узнать, от чего ещё зависит сила притяжения? Известно, что на Луне вес тела всего в шесть раз меньше, чем на Земле, хотя масса Луны в 81 раз меньше земной. Значит, сила притяжения зависит не только от массы. Заметим, что морские приливы на Земле от притяжения Солнца намного меньше, чем от Луны, хотя Солнце неизмеримо массивнее. Разница в том, что расстояние от Земли до Солнца намного больше, чем до Луны. Очевидно, сила притяжения зависит также от расстояния до источника гравитации. Изучение высоты прилива в зависимости от расстояния до источника гравитации показывает, что сила тяготения зависит от расстояния в квадрате до центра гравитации. Докажем это.

Разделим радиус Земли на радиус Луны и возведем в квадрат: 6 380 км / 1 740 км = 3.66; 3.66*3.66 = 13.4. Мы получили отношение квадратов расстояний до центров гравитации. Отношение масс Земли и Луны известно, оно равно 81. Разделим отношение масс на отношение квадратов радиусов: 81/13.4 = 6, что в точности равно отношению веса тела на Земле к весу того же тела на Луне. Это значит, что гравитация на Луне в шесть раз меньше гравитации на Земле, что и требовалось доказать. Следовательно, поле гравитации вокруг тела пропорционально массе тела и обратно пропорционально квадрату расстояния до центра тела: g = GM/R2 (6.1). Коэффициент G нужен, чтобы совпали размерности по обе стороны знака равенства. Из требований системы СИ следует, что размерность G равна: [G] = [L3/MT2]. Коэффициент G называется «постоянная гравитации». От её значения зависит время жизни звёзд, галактик, в общем, зависит всё. В нашей Вселенной величина постоянной гравитации равна: 6.67*10-11 м3/кг*с2.

.....