Transform your PDFs into Flipbooks and boost your revenue!
Leverage SEO-optimized Flipbooks, powerful backlinks, and multimedia content to professionally showcase your products and significantly increase your reach.
2007<br />
URSU DODU<br />
document title]<br />
FIZICĂ<br />
GENERALĂ<br />
Universitatea Tehnic ă „Gh. Asachi”<br />
Editura pim<br />
Iaşi – 2007
Dodu Ursu<br />
FIZICA GENERALA<br />
EDITURA <strong>PIM</strong> 2007
Tipar Digital realizat la Tipografia <strong>PIM</strong><br />
oseaua tefan cel Mare nr. 11<br />
Tel./fax: 0232-212740<br />
e-mail: editurapim@pimcopy.ro<br />
www.pimcopy.ro<br />
EDITURĂ ACREDITATĂ CNCSIS BUCUREŞTI<br />
66/01.05.2006<br />
ISBN: 978-973-716-809-2
CAPITOLUL 1<br />
ELEMENTE DE MECANICĂ CLASICĂ<br />
CUPRINS<br />
1.1. Introducere 1<br />
1.1.1. Obiectul fizicii 1<br />
1.1.2. Unităţi de măsură. Sisteme de unităţi 1<br />
1.1.3. Analiză dimensională 3<br />
1.2. Mecanica 6<br />
1.2.1. Obiectul mecanicii 6<br />
1.2.2. Noţiuni şi mărimi principale în mecanica clasică 6<br />
1.2.3. Elementele mişcării 7<br />
1.2.4. Viteza 8<br />
1.2.5. Acceleraţia 9<br />
1.3. Dinamica 11<br />
1.3.1. Principiile dinamice clasice 11<br />
1.3.2. Noţiuni şi mărimi în dinamica clasică 13<br />
PROBLEME 18<br />
CAPITOLUL 2<br />
ELEMENTE DE MECANICĂ ANALITICĂ<br />
2.1. Noţiuni şi mărimi principale ale mecanicii analitice 21<br />
2.2. Principiul minimei acţiuni. Ecuaţiile lui Lagrange 26<br />
2.3. Funcţia lui Hamilton. Ecuaţiile canonice 28<br />
2.4. Ecuaţia Hamilton – Jacobi 29<br />
2.5. Parantezele lui Poisson 31<br />
2.6. Legi de conservare în mecanica analitică 33<br />
2.7. Teorema lui Liouville 36<br />
2.8. Studiul oscilaţiilor sistemelor cu mai multe grade de libertate 37<br />
2.9. Mişcarea în câmp central de forţe 42<br />
PROBLEME 45<br />
CAPITOLUL 3<br />
ELEMENTE DE MECANICĂ RELATIVISTĂ<br />
3.1. Introducere 50<br />
3.2. Experienţa Michelson – Morley 51<br />
3.3. Sisteme de referinţă inerţiale şi neinerţiale 54<br />
III
3.4. Principiul relativităţii în mecanica clasică. Transformările lui Galilei 56<br />
3.5. Principiile teoriei relativităţii restrânse 58<br />
3.6. Legătura spaţiu – timp în teoria relativităţii restrânse 61<br />
3.7. Transformările Einstein – Lorentz 64<br />
3.8. Consecinţe ale teoriei relativităţii restrânse 69<br />
3.8.1. Relativitatea spaţiului 69<br />
3.8.2. Relativitatea timpului 70<br />
3.8.3. Legea compunerii vitezelor în teoria relativităţii speciale 71<br />
3.9. Intervalul spaţiu – timp 72<br />
3.10. Elemente de dinamică relativistă.<br />
Impulsul în teoria relativităţii speciale 76<br />
3.11. Energia în teoria relativităţii restrânse 80<br />
3.12. Relaţiile de transformare ale energiei şi impulsului în<br />
teoria relativităţii restrânse 83<br />
3.13. Legătura dintre masă şi energie în relativitatea specială 85<br />
3.14. Particule cu masă de repaus nulă 86<br />
PROBLEME 88<br />
CAPITOLUL 4<br />
OSCILAŢII ŞI UNDE MECANICE<br />
4.1 Oscilaţii mecanice 91<br />
4.1.1 Mişcarea oscilatorie armonică 91<br />
4.1.2 Compunerea oscilaţiilor armonice 93<br />
4.1.2.1 Compunerea oscilaţiilor armonice de aceeasi frecvenţă<br />
si aceeaşi direcţie 93<br />
4.1.2.2 Compunerea oscilaţiilor armonice reciproc perpendiculare 96<br />
4.1.2.3 Compunerea a N oscilaţii paralele de aceeasi pulsaţie<br />
şi aceeasi amplitudine 98<br />
4.1.3 Descompunerea unei funcţii continue într-o serie de<br />
funcţii armonice 100<br />
4.1.4 Oscilaţii amortizate 102<br />
4.1.5 Oscilaţii intreţinute. Fenomenul de rezonanţă 107<br />
4.1.6 Oscilaţii neliniare 111<br />
4.1.7 Oscilaţii parametrice. Rezonanta parametrica 112<br />
4.2 Unde mecanice 116<br />
4.2.1 Propagarea undelor în medii elastice 116<br />
4.2.2 Unde progresive plane si sferice 118<br />
4.2.3 Ecuaţia undei plane care se propagă într-o direcţie oarecare 120<br />
4.2.4 Ecuaţia diferenţială a undelor elastice 122<br />
4.2.5 Pachet de unde. Viteza de fază şi viteza de grup a undelor.<br />
Dispersia undelor 123<br />
4.2.6 Viteza de propagare a undelor in solide 127<br />
4.2.7 Viteza undelor într-o coardă elastică 127<br />
4.2.8 Energia undelor elastice 129<br />
4.2.9 Interferenţa undelor 131<br />
4.2.10 Unde staţionare 133<br />
4.2.11 Unde sonore 136<br />
IV
4.2.12 Viteza de propagare a sunetelor în gaze 139<br />
4.2.13 Efectul Doppler 141<br />
4.2.14 Ultraacustica 143<br />
4.2.15 Aplicaţii ale ultrasunetelor 146<br />
PROBLEME 149<br />
CAPITOLUL 5<br />
ELEMENTE DE FIZICĂ STATISTICĂ ŞI TERMODINAMICĂ<br />
5.1. Caracterul mişcării termice a moleculelor 152<br />
5.2. Ciocnirile moleculelor de un perete 154<br />
5.3. Presiunea unui gaz 157<br />
5.4. Energia medie a moleculei 159<br />
5.5. Formula barometrică 166<br />
5.6. Legea de distribuţie a lui Boltzmann 167<br />
5.7. Noţiuni de teoria probabilităţilor. Funcţia de distribuţie 169<br />
5.8. Distribuţia Maxwell 171<br />
5.9. Verificarea experimentală a legii de distribuţie a lui Maxwell 180<br />
5.10. Echilibrul termodinamic în fizica statistică. 182<br />
5.11. Distribuţia microcanonică 183<br />
5.12. Distribuţia canonică 186<br />
5.13. Distribuţia macrocanonică 188<br />
5.14. Teorema virialului şi teorema echipartiţiei energiei 190<br />
5.15. Aplicaţii la studiul gazului ideal 192<br />
5.16. Entropia 194<br />
5.17. Principiile termodinamicii 199<br />
5.18. Ciclu Carnot 200<br />
5.19. Scara termodinamică a temperaturilor 203<br />
5.20. Unele aplicaţii ale entropiei 205<br />
5.21. Metoda ciclurilor 207<br />
5.22. Metoda potenţialelor termodinamice 209<br />
5.23. Răcirea magnetică 213<br />
5.24. Radiaţia de neechilibru şi radiaţia de echilibru.<br />
Radiaţia termică şi luminiscenţa 214<br />
5.25. Mărimi caracteristice radiaţiei termice. Legea lui Kirchhoff 215<br />
5.26. Densitatea de energie a radiaţiei termice de echilibru 219<br />
5.27. Legea Stefan-Botzmann. Legea lui Wien 221<br />
5.28. Formula Rayleigh-Jeans 222<br />
5.29. Formula lui Planck 223<br />
5.30. Aplicaţii ale teroriei radiaţiei corpului negru 227<br />
PROBLEME 229<br />
CAPITOLUL 6<br />
NOŢIUNI DE ELECTROMAGNETISM<br />
6.1. Electrizarea corpurilor. Sarcina electrică elementară 231<br />
6.2. Densitatea de sarcină 231<br />
V
6.3. Interacţiunea dintre sarcinile electrice. Legea lui Coulomb 232<br />
6.4. Câmpul electrostatic 233<br />
6.5. Câmpul electric al unei sarcini punctiforme 234<br />
6.6. Potenţialul electric 234<br />
6.7. Energia de interacţiune a sistemelor de sarcini electrice 238<br />
6.8. Legătura dintre intensitatea câmpului electric şi potenţial 239<br />
6.9. Dipolul electric 241<br />
6.10. Teorema lui Gauss 244<br />
6.11. Ecuaţia lui Poisson 246<br />
6.12. Inducţia electrică 247<br />
6.13. Echilibrul sarcinilor în conductoare 249<br />
6.14. Conductoare în câmp electric exterior 251<br />
6.15. Capacitatea electrică 252<br />
6.16. Condensatoare 253<br />
6.17. Curentul electric 255<br />
6.18. Ecuaţia de continuitate 257<br />
6.19. Tensiunea electromotoare 258<br />
6.20. Legea lui Ohm. Rezistenţa conductoarelor 260<br />
6.21. Inducţia magnetică. Fluxul câmpului magnetic 263<br />
6.22. Câmpul magnetic al unei sarcini electrice în mişcare 264<br />
6.23. Legea Biot – Savart – Laplace 266<br />
6.25. Divergenţa şi rotorul câmpului magnetic 268<br />
6.26. Câmpul magnetic în substanţă. Intensitatea câmpului magnetic 271<br />
6.27. Inducţia electromagnetică 275<br />
6.28. Curentul electric printr-o reţea deschisă şi printr-o reţea închisă 277<br />
6.29. Energia câmpului magnetic 279<br />
6.30. Câmpul electric variabil 282<br />
6.31. Curentul de deplasare 283<br />
6.32. Ecuaţiile Maxwell 287<br />
6.33. Unde electromagnetice 289<br />
6.34. Caracterul transversal al undelor electromagnetice 291<br />
6.35. Legea conservării şi transformării energiei<br />
în procesele electromagnetice 293<br />
6.36. Mişcarea particulelor încărcate în câmpuri electrice şi magnetice 295<br />
PROBLEME 300<br />
CAPITOLUL7<br />
ELEMENTE DE OPTICĂ<br />
7.1. Unde luminoase 309<br />
7.2. Reflexia şi refracţia undelor plane la o suprafaţă<br />
de separaţie a doi dielectrici 311<br />
7.3. Principiul Fermat 317<br />
7.4. Sisteme optice centrate 320<br />
7.5. Oglinzi 326<br />
7.6. Lentile subţiri 330<br />
7.7. Defectele lentilelor 331<br />
VI
7.8. Noţiuni de fotometrie 334<br />
7.9. Lungimea de interferenţă 339<br />
7.10. Condiţii de minim şi maxim la interferenţă 340<br />
7.10 . Dispozitive de interferenţă 344<br />
7.11 . Interferenţa cu franje localizate în spaţiu 347<br />
7.12 . Inelele lui Newton 350<br />
7.13 . Straturi antireflex 351<br />
7.14 . Unde luminoase staţionare 351<br />
7.15 . Interferenţa fasciculelor multiple 352<br />
7.16 . Alte aplicaţii ale fenomenului de interferenţă a luminii 358<br />
7.17 . Principiul Huygens – Fresnel 360<br />
7.18 . Zonele Fresnel 361<br />
7.19 . Difracţia Fresnel produsă de diferite obstacole 365<br />
7.20 . Difracţia Fraunhofer de la o fantă 371<br />
7.21 . Reţeaua de difracţie 378<br />
7.22 . Utilizarea fenomenului Moire în tensiometrie 383<br />
7.23 . Lumina naturală. Lumina polarizată 386<br />
7.25 . Formulele lui Fresnel 390<br />
7.26 . Polarizarea luminii prin reflexie şi refracţie 396<br />
7.27 . Polarizarea prin dublă refracţie 400<br />
7.28 . Interferenţa luminii polarizate 403<br />
7.29 . Lama cristalină între doi polarizori 407<br />
7.30 . Birefringenţa artificială 410<br />
7.31 . Rotirea planului de polarizare a luminii 412<br />
7.32 . Dispersia luminii 414<br />
7.33 . Absorbţia luminii 423<br />
7.34 . Difuzia luminii 425<br />
CAPITOLUL 8.<br />
ELEMENTE DE FIZICĂ ATOMICĂ ŞI MECANICĂ CUANTICĂ<br />
8.1. Originile fizicii cuantice. Fotonii 428<br />
8.1.1. Sarcina electrică elementară 428<br />
8.1.2. Efectul fotoelectric 432<br />
8.2. Experienţele Rutherford-Geiger – Marsden de difuzie a particulelor α.<br />
Modeleul nuclear al atomului 451<br />
8.3. Nivelele de energie ale electronilor în atomi 456<br />
8.3.1. Potenţialul de ionizare. Experienţa lui Lenard 456<br />
8.3.2. Experienţele lui J. Franck şi G. Hertz 457<br />
8.4. Spectrul atomului de hidrogen 461<br />
8.5. Teoria semicuantică a structurii atomului 465<br />
8.5.1. Regula de cuantificare a orbitelor 465<br />
8.5.2. Teoria lui N. Bohr 466<br />
8.5.3. Modelul atomic Sommerfeld – Wilson 468<br />
8.6. Caracterul dual unda – corpuscul al microparticulelor 472<br />
8.6.1. Ipoteza lui de Broglie 472<br />
8.6.2. Experienţa Davidson – Germer 473<br />
8.6.3. Relaţiile de nedeterminare Heisenberg 476<br />
VII
8.7. Principiile mecanicii cuantice 479<br />
8.8. Ecuaţia lui Schrodinger 483<br />
8.9. Operatori în mecanica cuantică 487<br />
8.10. Sensul fizic al funcţiei de undă 491<br />
8.11. Aplicaţii unidimensionale ale ecuaţiei lui Schrodinger 493<br />
8.11.1. Particula în groapa de potenţial 493<br />
8.11.2. Oscilatorul armonic liniar în mecanica cuantică 496<br />
8.11.3. Bariera de potenţial. Efect tunel 500<br />
8.12. Utilizarea ecuaţiei lui Schrodinger la studiul atomilor hidrogenoizi 504<br />
8.13. Momentul cinetic orbital în mecanica cuantică 510<br />
8.14. Magnetonul Bohr-Procopiu 512<br />
8.15. Descoperirea experimentală a spinului electronului 515<br />
8.15.1. Experienţa Stern – Gerlach 515<br />
8.15.2. Experienţa Einstein - De Haas 517<br />
8.16. Modelul vectorial al atomului 519<br />
8.17. Efectul Zeeman 524<br />
8.18. Principiul lui Pauli . Dispunerea electronilor pe nivelele<br />
energetice ale atomului 530<br />
8.19. Statistici cuantice 533<br />
8.19.1. Statistica Bose-Einstein 535<br />
8.19.2. Statistica Fermi-Dirac 539<br />
8.19.3. Limita statisticilor cuantice 541<br />
8.19.4. Aplicaţii ale statisticilor cuantice 543<br />
8.19.4.1. Statistica Maxwell - Boltzman 543<br />
8.19.4.2. Aplicarea statisticii Bose-Einstein la studiul radiaţiei<br />
corpului negru 545<br />
PROBLEME 546<br />
CAPITOLUL9<br />
ELEMENTE DE FIZICA SOLIDULUI<br />
9.1. Corpuri solide cristaline şi corpuri solide amorfe 552<br />
9.2. Tipuri de legături în cristale 554<br />
9.3. Celule elementare. Celule primitive 556<br />
9.4. Sisteme cristaline 557<br />
9.5. Reţele Bravais 559<br />
9.6. Direcţii şi plane cristalografice. Indicii Miller 561<br />
9.7. Reţeaua reciprocă (inversă) 563<br />
9.8. Distanţa dintre planele cristaline 566<br />
9.9. Celula Wigner - Seitz. Zone Brillouin 567<br />
9.10. Defecte în cristale 570<br />
9.11. Teoria cuantică a electronilor liberi în metale 572<br />
9.12. Teoria zonelor de energie. Clasificarea solidelor cristaline 577<br />
9.13. Dinamica electronilor în reţeaua cristalină 581<br />
9.14. Vibraţiile reţelei unidimensionale cu un tip de atomi 584<br />
9.15. Vibraţiile reţelei liniare cu două tipuri de atomi 588<br />
9.16. Vibraţiile reţelei tridimensionale 591<br />
9.17. Vibraţiile unui sistem cu un număr mare<br />
VIII
de grade de libertate (moduri normale de vibraţie) 593<br />
9.18. Fononii 596<br />
9.19. Teoria clasică a căldurilor specifice ale solidelor 597<br />
9.20. Teoria lui Einstein 598<br />
9.21. Teoria lui Debye 600<br />
9.22. Căldura specifică a electronilor de conducţie 604<br />
9.23. Conductibilitatea termică 606<br />
9.24. Dilatarea termică 609<br />
9.25. Teoria conducţiei electrice a metalelor 613<br />
9.26. Supraconductibilitatea 618<br />
9.27. Lucrul mecanic de extracţie. Emisia termoelectrică 625<br />
9.28. Diferenţa de potenţial de contact 629<br />
9.29. Semiconductori 630<br />
9.30. Efectul Hall 636<br />
9.31. Fenomene termoelectrice 638<br />
9.32. Efectul fotoelectric intern 642<br />
9.33. Diamagnetismul 643<br />
9.34. Paramagnetismul 646<br />
9.35. Substanţe cu ordonare magnetică 649<br />
9.35.1. Feromagnetismul 651<br />
9.35.2. Metamagnetismul 658<br />
9.36. Generatoare şi amplificatoare cuantice de radiatii.<br />
Laserul şi maserul 659<br />
9.37. Holografia 672<br />
PROBLEME 675<br />
CAPITOLUL10<br />
ELEMENTE DE FIZICA NUCLEULUI ATOMIC ŞI A PARTICULELOR ELEMENTARE<br />
10.1. Constituţia şi caracteristicile nucleului atomic 678<br />
10.2. Defect de masă. Energia de legătură 681<br />
10.3. Forţe nucleare 683<br />
10.4. Modele nucleare 688<br />
10.5. Radioactivitatea 692<br />
10.6. Reactii nucleare 700<br />
10.7. Tipuri de interacţii şi particule elementare 706<br />
10.8. Detecţia particulelor elementare 708<br />
10.9. Particule şi antiparticule 710<br />
10.10. Particule stranii 713<br />
10.11. Quarkuri 714<br />
10.12. Fisiunea nucleară 714<br />
10.13. Fuziunea nucleară 718<br />
10.14. Noţiuni de fizica plasmei 721<br />
10.15. Curentul electric prin gaze 721<br />
10.16. Cvasineutralitatea plasmei 726<br />
10.17. Aplicaţii ale plasmei 728<br />
PROBLEME 730<br />
IX
Change language