Файл: Практикум Краснодар.pdf

155
Фото́н (от греч. phos, род. падеж photos – свет) – элементарная частица, являющаяся квантом электромагнитного излучения и являющаяся переносчиком электромагнитного взаимодействия. Фотон безмассовая частица, способная существовать в вакууме, только двигаясь со скоростью света.
Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения
(спиральностью)
±1.
Классическая электродинамика описывает фотон как электромагнитную волну с круговой правой или левой поляризацией. С точки зрения классической квантовой механики фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно- волновой дуализм: он проявляет одновременно свойства частицы и волны.
Цель – желаемый результат (предмет стремления), финальный результат, на который преднамеренно направлен процесс.
Це́нтнер (ц) (нем. Zentner, от лат. centenarius – содержащий
100 единиц) – единица массы, равная 100 кг.
Экспериме́нт (от лат. experimentum — проба, опыт) – метод эмпирического познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях получают знание относительно причинных связей между явлениями и объектами либо обнаруживают новые свойства объектов или явлений. В так называемых решающих экспериментах проверке может подвергаться теория в целом. Эксперимент позволяет: 1) изучать явление в чистом виде, когда искусственно устраняются побочные (фоновые) факторы; 2) исследовать свойства предмета в искусственно создаваемых экстремальных условиях или вызывать явления, слабо или вообще не проявляющиеся в естественных режимах; 3) планомерно изменять и варьировать различные условия для получения искомого результата;
4) многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксируемых и повторяющихся условиях. К эксперименту обычно обращаются: для обнаружения у объекта ранее

156 неизвестных свойств; для получения знания, не вытекающего из наличного (исследовательские эксперименты); для проверки правильности гипотез или каких-либо теоретических построений
(проверочные эксперименты); для демонстрации явления в учебных целях (демонстрационные эксперименты).
Электро́н (от греч. ēlektron – янтарь) – стабильная отрицательно заряженная элементарная частица. Считается фундаментальной (не имеющей, насколько это известно, составных частей) и является одной из основных структурных единиц вещества. Классифицируется как фермион (обладает спином, равным 1/2) и как лептон. Единственный (наравне со своей античастицей – позитроном) из известных заряженных лептонов, являющийся стабильным. Электроны образуют электронные оболочки атомов, строение которых определяет большинство оптических, электрических, магнитных, механических, химических свойств вещества. Движение электронов обусловливает протекание электрического тока во многих проводниках (в частности, в металлах). В рациональной системе единиц комптоновская длина волны электрона является единицей длины, а масса электрона – единицей массы.
Электри́ческий заря́д (количество электричества) – это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 г. Единица измерения электрического заряда в Международной системе единиц (СИ) – кулон (Кл). Один кулон равен электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника с током силой в 1 A за время 1 с. Электрический заряд в один кулон очень велик. Если бы два тела, каждое из которых обладает электрическим зарядом (????
1
= ????
2
= 1 Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9⋅10 9
H, т.е. с силой, равной по величине силе, с которой гравитация
Земли притягивает предмет массой порядка 1 млн т.

157

Элемента́рные части́цы – мельчайшие известные частицы физической материи. Представления об элементарных частицах отражают ту степень в познании строения материи, которая достигнута современной наукой. Характерная особенность элементарных частиц – способность к взаимным превращениям.
Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы
(электрон, нейтрино, кварки и т.д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы, в том числе частицы, составляющие ядро атома – протоны и нейтроны) имеют сложную внутреннюю структуру, но тем не менее по современным представлениям разделить их на части невозможно по причине эффекта конфайнмента.
Эмпири́ческий зако́н – закон, получаемый из опыта, имеющий силу только при определенных условиях и предпосылках, что обуславливает его относительный характер.
Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια – действие, деятельность, сила, мощь) – скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то ее энергия сохраняется в этой системе на протяжении времени, в течение которого система будет являться замкнутой. Это утверждение носит название закона сохранения энергии. Энергия определяет способность тела совершить работу.
Энтальпи́я (теплосодержание) (от греч. enthalpo – нагреваю) – термодинамический потенциал, характеризующий состояние макроскопической системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве основных независимых переменных энтропии ???? и давления ????. Энтальпия – экстенсивная величина: для составной системы она равна сумме энтальпий ее независимых частей. Как и внутренняя энергия, энтальпия

158 определяется с точностью до произвольного постоянного слагаемого.
Энтропи́я (от греч. entropia – поворот, превращение) – понятие, впервые введенное в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии или бесполезности энергии (потому что не всю энергию системы можно использовать для превращения в какую-нибудь полезную работу). Для понятия энтропии в термодинамике используют название термодинамическая энтропия. Термодинамическая энтропия обычно применяется для описания равновесных
(обратимых) процессов. В статистической физике энтропия характеризует вероятность осуществления какого-либо макроскопического состояния. Кроме физики, термин широко употребляется в математике: теории информации и математической статистике. В этих областях знания энтропия определяется статистически и называется статистической, или информационной, энтропией. Данное определение энтропии известно также как энтропия Шеннона (в математике) и энтропия
Больцмана – Гиббса
(в физике).
Хотя понятия термодинамической и информационной энтропии вводятся в рамках различных формализмов, они имеют общий физический смысл – логарифм числа доступных микросостояний системы, умноженный на некоторую постоянную. Взаимосвязь этих понятий впервые установил Людвиг Больцман. В неравновесных
(необратимых) процессах энтропия также служит мерой близости состояния системы к равновесному: чем больше энтропия, тем ближе система к равновесию (в состоянии термодинамического равновесия энтропия системы максимальна).
Юстиро́вка (от лат. justus – правильный) – совокупность операций по приведению средств измерений в состояние, обеспечивающее их правильное функционирование. При юстировке приборов осуществляется проверка и наладка измерительного и/или оптического прибора, подразумевающая достижение верного взаиморасположения элементов прибора и правильного их взаимодействия. Для обозначения подобных

159 действий к различным приборам также применяют термин
«регулировка» или «калибровка».
Я́дерная реа́кция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, который может сопровождаться изменением состава и строения ядра.
Последствием взаимодействия может стать деление ядра, испускание элементарных частиц или фотонов. Кинетическая энергия вновь образованных частиц может быть гораздо выше первоначальной, при этом говорят о выделении энергии ядерной реакцией. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в
1919 г., бомбардируя α-частицами ядра атомов азота. Она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.
По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида: 1) реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергии сталкивающихся частиц (примерно до
10 МэВ); 2) прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро; главным образом такой механизм проявляется при больших энергиях бомбардирующих частиц.
Ядро́ а́томное – центральная и очень компактная часть атома, в которой сосредоточена практически вся его масса (более
99,9%) и весь положительный электрический заряд. Заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом.
Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома. Ядро, удерживая вблизи себя кулоновскими силами электроны в количестве, компенсирующем его положительный заряд, образует нейтральный атом. Атомные ядра изучает ядерная физика.

160
Приложение
Фотография кометы Донати (1858 г.)

161
Фотография кометы C/2020 F3 NEOWISE (21 июля 2020 г.)

162
Снимок ядра кометы 67P/Чурюмова – Герасименко, сделанный
19 сентября 2014 г. камерой КА «Розетта» с расстояния около 30 км

163
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………….....…... 3
Лабораторная работа № 1. Измерение линейных размеров тел различной формы и вычисление их средней плотности ………...…...…...…...…...…...…...…...…...……... 5
Лабораторная работа № 2. Определение длин кометных хвостов …....
25
Лабораторная работа № 3. Определение скорости звука в воздухе методом стоячей волны ............................................. 35
Лабораторная работа № 4. Определение моментов инерции тел с помощью трифилярного подвеса …………….............. 51
Лабораторная работа № 5. Измерение ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда …….………………… 60
Лабораторная работа № 6. Вычисление силы взаимо- действия шаров при центральном ударе…………………..... 72
Лабораторная работа № 7. Определение скорости полета пули с помощью крутильного баллистического маятника ………………………………………........................ 84
Лабораторная работа № 8. Определение коэффициента трения качения ………………………………………...…...... 93
Лабораторная работа № 9. Исследование
КПД электро- мотора с помощью ленточного тормоза .................................... 105 105
Лабораторная работа № 10. Определение ускорения свобод- ного падения с помощью математического и физического маятников ...................................................................................... 114 114
Глоссарий……………………………………………………….. 127
Приложение……………………………………………………... 160

Учебное издание
С к а ч е д у б Александр Валерьевич
МЕХАНИКА. КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА
Лабораторный практикум
Подписано в печать 17.11.2020. Выход в свет 11.12.2020.
Формат 60×84 1
/
16
. Печать цифровая. Уч.-изд. л. 10,2.
Тираж 500 экз. Заказ № 4353.
Кубанский государственный университет
350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.
Издательско-полиграфический центр КубГУ
350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.