[ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени М.В. Ломоносова
ФИЛИАЛ МГУ В ГОРОДЕ БАКУ
А.В. Зотеев, А.А. Склянкин
ЛЕКЦИИ
ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
Механика.
Электричество и магнетизм
Москва
Физический факультет МГУ
2014
УДК 531.537
ББК 22.3 А.В. Зотеев, А.А. Склянкин Лекции по курсу общей физики. Механика. Электричество и магнетизм. Учебное пособие. – Издательство МГУ им. М.В.
Ломоносова, филиал МГУ в г. Баку, 2014. – 242 с.
Научный редактор: д. ф.-м. н., профессор О.Б. ТАГИЕВ Рецензенты:
В.В. СУРИКОВ, д. ф.-м. н., профессор физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова;
Д.В. БЕЛОВ, к. ф.-м. н., доцент физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Рекомендовано Учебно-методической комиссией физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Настоящее учебное пособие полностью соответствует программе курса общей физики по разделам «Механика. Электричество и магнетизм», который уже многие годы один из авторов читает студентам химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Пособие предназначено для студентов химического факультета филиала МГУ имени М.В. Ломоносова в городе Баку, обучающихся по программе баклавриата, а также может быть полезно, как мы надеемся, широкому кругу студентов физических и химических специальностей ВУЗов естественнонаучного профиля.
Оригинал-макет подготовлен авторами © А.В. Зотеев, А.А. Склянкин, © Филиал МГУ им. М.В. Ломоносова в городе Баку, Введение От авторов Настоящее учебное пособие – это развернутый конспект лекций по разделам «Механика» и «Электромагнетизм», читаемых одним из авторов студентам химического факультета филиала МГУ в городе Баку. Содержание курса соответствует государственной университетской программе курса общей физики для химиков МГУ им. Ломоносова. Курс разработан и много лет читается в Москве заведующим кафедрой общей физики профессором П.К.
Кашкаровым. Несмотря на то, что можно было бы рекомендовать по нему длинный перечень учебной литературы*), мы сочли возможным предложить своё видение способа изложения традиционного материала.
К этому нас подтолкнула необходимость учесть конкретный уровень базовой подготовки (в том числе математической) выпускников современных непрофильных школ, а также многолетний опыт преподавательской работы с абитуриентами и старшими школьниками. В отличие от подчас сухого академического способа изложения материала в нашем пособии используется более эмоциональный стиль, приближающий текст к разговорной речи.
Многие вопросы нам казалось полезным “проговорить” более подробно и возможно даже избыточно дотошно, чем это принято в традиционно рекомендуемых учебных пособиях, снабдить их детально разобранными примерами.
Кроме того мы старались особо выделять и чётко формулировать законы и определения. Мы умышленно избегали длинных математических выводов и обращали внимание на физический смысл результатов и следствий из них. По возможности, указывали на практическое и научное применение изучаемых законов, отмечали их место в общей физической картине мира.
Конечно, предложенный стиль изложения понравится не всем (иначе не бывает). Но, работая над пособием, мы всегда думали – для чего и для кого мы пишем. И всегда пытались ставить себя на место тех, для кого это пособие предназначено – вчерашних школьников нынешних студентов.
Авторы глубоко признательны рецензентам проф. В.В. Сурикову и доц.
Д.В. Белову за ценные дискуссии и сделанные полезные замечания. Мы также выражаем искреннюю благодарность ректору Филиала МГУ им. М.В.
Ломоносова в городе Баку профессору Наргиз-ханум Пашаевой за внимание к нашей работе и помощь в издании данного учебного пособия.
Прежде всего, это: П.К. Кашкаров, А.И. Ефимова. «Механика и электромагнетизм». М., изд. МГУ, 2010, а также хорошо известный классический курс И.В. Савельева: Курс общей физики. т.1, 2, М., 1986 и другие издания.
Предметом механики является изучение простейшей формы изменением положения тел в пространстве. Содержанием этой части курса является классическая механика, ведущая своё начало от Г. Галилея (1564 – 1642) и И. Ньютона (1643 – 1727).
Классическая механика изучает законы движения макроскопических тел (т.е. состоящих из огромного количества атомов).
Механика как наука развилась гораздо раньше других областей физики, и причиной тому – большая наглядность используемых представлений и законов. Немалую роль в установлении законов механики сыграли астрономические наблюдения и исследования, не требовавшие в те времена больших материальных затрат, а также развитие техники, диктуемое практическими нуждами прогресса общества.
Надо сказать, что наглядность представлений классической механики о пространстве и времени, как о формах существования материи, а также их полное соответствие нашим повседневным, «обывательским» наблюдениям, играет двоякую роль в процессе познания природы. С одной стороны, это обстоятельство облегчает трактовку законов классической физики. С другой стороны, наоборот, затрудняет познавательный переход к представлениям микромира и случаю движения с очень большими скоростями (v c). Микромир является объектом изучения квантовой механики, а движение тел с большими скоростями – предмет «релятивистской» теории («специальной теории относительности)*). Квантовая механика и релятивистская теория – это новые, более высокие степени приближения в изучении природы по сравнению с классической механикой. Но они ни в какой мере не исключают «старой» теории, не говоря уж о том, что накопленных опытных фактов, новая теория обобщает старые теории. Любая физическая теория, описывая принятую ею модель внешнего мира, имеет определённые границы применимости, в рамках которых удовлетворительно описывает эту модель, объясняя известные и предсказывая новые опытные результаты.
И если оказывается, что новая теория является более общей, чем старая, то это вовсе не означает, что старая никуда не годится. Каждая из них работает в определённых условиях, и не беда, если старая является «предельным случаем» другой (новой). Так обстоит дело со взаимоотношениями между теорией относительности, квантовой механикой и классической механикой.
Последняя прекрасно описывает явления природы, пока скорости движения гораздо меньше скорости света и пока мы не пытаемся иметь дело с отдельными атомами и элементарными частицами.
Впрочем, даже в последнем случае бывают такие ситуации, когда «возмущения» в результаты измерений, вносимые квантовой природой этих частиц незначительны и лежат в пределах является хорошим приближением для описания движения этих частиц, например, движения электрически заряженных частиц в
«