Қазақша рефераттар

Толқын энергиясы

Басылым туралы мәлімет

Ұйымдар

  • Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
  • Қазақстан Республикасының Ұлттық ядролық орталығы
  • Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университеті

Оқу құралы

  • Атауы: Физика курсы, 2-бөлім
  • Тақырыптары: Тербелістер мен толқындар, толқындық оптика, кванттық механика және атомдық/ядролық физика элементтері
  • Қала/жыл: Семей, 2010
  • Көлемі: 151 бет
  • ББК: 530.1 (075.8)

Авторлар

  • М.Қ. Мұқышева
  • З.А. Паримбеков
  • Б.Ш. Тұрысбекова

Пікір жазғандар және баспаға ұсыну

Пікір жазғандар

  • Т.С. Рамазанов — физ.-мат. ғыл. докторы, Әл‑Фараби атындағы ҚазҰУ‑нің оптика және плазма кафедрасының профессоры.
  • А.К. Какимов — тех. ғыл. докторы, профессор; Шәкәрім атындағы СМУ Радиоэкологиялық зерттеу орталығының жетекшісі.

Баспаға ұсынушы

Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университетінің оқу-әдістемелік кеңесі, №5 хаттама, 2010 жылғы 31 мамыр.

© Қазақстан Республикасының Ұлттық ядролық орталығы, 2010 · © Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университеті, 2010

Алғы сөз

Бұл оқу құралы жоғары оқу орындарында кредиттік технология бойынша білім алатын инженерлік-техникалық мамандық студенттеріне арналған. Ол физика пәні стандартына сәйкес және авторлардың Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университетінде оқыған дәрістерінің негізінде дайындалған.

Оқу құралын басып шығарудың басты себебі — кредиттік оқыту жүйесінің студенттің өздік жұмысына бағытталған талаптарын қамтамасыз ету. Құралдың ықшам құрылымы студентке материалды жүйелі түрде меңгеруге қолайлы.

Бұл басылым тек қысқаша анықтамалық емес: мұнда физикалық заңдар мен құбылыстардың анықтамалары, қорытындылары және формулалары логикалық тұрғыдан негізделіп, түсіндірмелер мен дәлелдемелер арқылы берілген.

Ресей және шетелдік жоғары оқу орындарында физиканың әртүрлі бөлімдері бойынша орыс тілінде қысқаша дәріс конспектілері жиі жарияланғанымен, қазақ тіліндегі осындай жүйеленген оқу құралдары жеткіліксіз. Осы оқу құралы «Физика курсы. 2-бөлім» пәнінің типтік бағдарламасына сәйкес материалды толық қамтиды.

Бұл оқу құралы нені үйретеді?

  • Ғылыми әдебиетті саналы түрде оқу және негізгі ойды ажырату
  • Материалды тараулар мен параграфтарға бөліп, құрылымдау
  • Негізгі анықтамаларды жинақтау және жалпылау
  • Сұрақ қою, жауап іздеу және дәлелді тұжырым жасау

Мазмұны

1-тарау. Механикалық тербелістер мен толқындар

  1. 1.1 Гармониялық тербеліс
  2. 1.2 Механикалық гармониялық тербелістер
  3. 1.3 Гармониялық осциллятор
  4. 1.4 Бірдей бағыттағы және бірдей жиіліктегі гармониялық тербелістерді қосу
  5. 1.5 Бір-біріне перпендикуляр болатын тербелістерді қосу
  6. 1.6 Өшетін тербелістердің (механикалық, электромагниттік) дифференциалдық теңдеуі және оның шешуі
  7. 1.7 Еріксіз тербелістердің (механикалық, электромагниттік) дифференциалдық теңдеуі және оның шешуі
  8. 1.8 Толқындардың серпімді ортада таралуы
  9. 1.9 Жүгірме толқын теңдеуі
  10. 1.10 Толқын энергиясы
  11. 1.11 Суперпозиция принципі. Топтық жылдамдық
  12. 1.12 Толқындар интерференциясы
  13. 1.13 Тұрғын толқындар
  14. 1.14 Электромагниттік толқынның дифференциалдық теңдеуі
  15. 1.15 Электромагниттік толқындардың энергиясы. Электромагниттік өрістің импульсі

2-тарау. Толқындық оптика

  1. 2.1 Геометриялық оптикадан кейбір мағлұматтар
  2. 2.2 Жарық интерференциясы
  3. 2.2.1 Жұқа қабыршақтағы жарық интерференциясы
  4. 2.2.2 Бірдей көлбеуліктегі интерференциялық жолақтар
  5. 2.2.3 Бірдей қалыңдықты интерференциялық жолақтар
  6. 2.2.4 Ньютон сақиналары
  7. 2.2.5 Жарық интерференциясының қолданылуы
  8. 2.2.6 Интерферометрлер
  9. 2.3 Жарық дифракциясы
  10. 2.3.1 Френель зоналары. Жарықтың түзу сызықты таралуы
  11. 2.3.2 Дөңгелек тесіктегі және дискідегі Френель дифракциясы
  12. 2.3.3 Бір саңылаудағы Фраунгофер дифракциясы
  13. 2.3.4 Дифракциялық тордағы Фраунгофер дифракциясы
  14. 2.3.5 Кеңістік тор дифракциясы. Вульф–Брегг формуласы
  15. 2.4 Жарық дисперсиясы
  16. 2.4.1 Жарық дисперсиясының электрондық теориясы
  17. 2.5 Доплер эффектісі
  18. 2.6 Черенков эффектісі
  19. 2.7 Жарық поляризациясы
  20. 2.7.1 Поляризацияланған және табиғи жарық
  21. 2.7.2 Екі диэлектриктің шекарасындағы шағылу
  22. 2.7.3 Қосарланып сыну
  23. 2.7.4 Поляризациялық призмалар және поляроидтар
  24. 2.7.5 Жасанды оптикалық анизотропия
  25. 2.7.6 Поляризация жазықтығын айналдыру
  26. 2.8 Кванттық сәулелену теориясы
  27. 2.9 Кирхгоф заңы
  28. 2.10 Абсолютті қара дененің сәулеленуі
  29. 2.11 Фотоэффект құбылысы
  30. 2.12 Рентген сәулелерінің шашырауы. Комптон эффектісі

3-тарау. Кванттық механика элементтері

  1. 3.1 Микробөлшектердің толқындық функциясы
  2. 3.2 Оңашаланған атомдардағы электронның энергетикалық деңгейлері
  3. 3.3 Шредингер теңдеуі
  4. 3.4 Қозғалыстағы электронның координатасы мен жылдамдығын анықтаудағы дәлсіздік
  5. 3.5 Квант механикасының қарапайым есептері
  6. 3.5.1 Потенциалдық шұңқырдағы электрон
  7. 3.5.2 Потенциалдық бөгет арқылы өту. Туннельдік эффект
  8. 3.6 Қатты денелер физикасы элементтері
  9. 3.6.1 Металдар, диэлектриктер және жартылай өткізгіштердің зоналық теориясы
  10. 3.6.2 Екі металдың түйіспесінің зоналық теориясы
  11. 3.6.3 Электрондық және кемтіктік жартылай өткізгіштердің түйіспесі

4-тарау. Атомдық және ядролық физика элементтері

  1. 4.1 Атомдық спектрлер
  2. 4.2 Бор бойынша сутегі атомы құрылымының теориясы
  3. 4.3 Кванттық механика бойынша сутегі атомының теориясы
  4. 4.4 Кванттық сандар және Паули принципі
  5. 4.5 Атом ядросының құрамы және сипаттамалары
  6. 4.6 Ядродағы бөлшектердің байланыс энергиясы және атом энергиясын алу мүмкіндігі
  7. 4.7 Радиоактивтілік және ядролық реакциялар
  8. Қолданылған әдебиеттер

1-тарау. Механикалық тербелістер мен толқындар

Төменде оқу құралының кіріспе тақырыптары редакцияланып, оқуға жеңіл форматта ұсынылды.

1.1 Гармониялық тербелістер

Белгілі бір уақыт аралығында қайталанып отыратын процестер немесе қозғалыстар тербеліс деп аталады. Тербелмелі процестер табиғатта да, техникада да кеңінен таралған: сағат маятнигінің тербелісі, қозғалтқыш поршеньдерінің қозғалысы, жүрек соғысы және т.б.

Физикалық табиғаты бойынша тербелістер әртүрлі болуы мүмкін. Сол себепті оларды, мысалы, механикалық және электрлік тербелістер деп бөледі. Дегенмен көптеген тербелмелі процестер ортақ сипаттамалармен және теңдеулермен беріледі, сондықтан оларды бірыңғай тәсілмен зерттеу маңызды.

Негізгі анықтамалар

  • Механикалық тербеліс — ығысу, жылдамдық, үдеу сияқты механикалық шамалардың уақыт бойынша өзгеруімен сипатталатын тербеліс.
  • Периодты тербеліс — тербеліс кезінде өзгеретін шаманың мәні бірдей уақыт аралығынан кейін қайталанатын тербеліс.
  • Еркін тербеліс — жүйеге бастапқы энергия берілгеннен кейін сыртқы күштер әсер етпеген жағдайда болатын тербеліс.

Тербелістердің ең қарапайым және жиі қолданылатын түрі — гармониялық тербеліс. Ол синус немесе косинус заңымен сипатталады: дененің тепе-теңдік күйінен ығысуы уақытқа тәуелді түрде периодты өзгереді.

Гармониялық тербелістің параметрлері

Амплитуда — тепе-теңдік күйінен ең үлкен ауытқу.

Дөңгелектік жиілік — фазаның уақыт бойынша өзгеру жылдамдығын сипаттайды.

Алғашқы фаза — бастапқы мезеттегі күйді анықтайды.

Фаза — берілген уақыттағы тербеліс күйін сипаттайтын бұрыштық шама.

Ескерту: бастапқы мәтінде формулалар мен нөмірлер (мысалы, 1.1.1–1.1.7) сілтеме ретінде берілген, алайда айнымалылардың таңбалануы толық көрінбейтін жерлер бар. Бұл бөлімде мәтіннің мағынасы сақталып, оқылымы жақсартылды.

Тербеліс периоды — жүйенің күйі қайталанатын ең қысқа уақыт аралығы. Ал периодқа кері шама уақыт бірлігіндегі толық тербелістер саны ретінде жиілік деп аталады. Жиіліктің өлшем бірлігі — герц (Гц).

Гармониялық тербеліс үшін жылдамдық пен үдеу де гармониялық түрде өзгереді; олар ығысуға қатысты фазалық ығысумен сипатталады: жылдамдық фазасы ығысу фазасын, ал үдеу фазасы одан да көбірек мөлшерде озады.

1.2 Механикалық гармониялық тербелістер

Материялық нүкте тепе-теңдік күйінің маңында бір түзудің бойымен гармониялық тербеліс жасасын. Мұндай қозғалыста жылдамдық пен үдеу ығысудан туындайды, ал әсер етуші қорытқы күш нүктені тепе-теңдікке қайтаратын бағытта болады.

Энергиялардың түрленуі

Гармониялық тербеліс кезінде кинетикалық және потенциалдық энергиялар бір-біріне периодты түрде түрленеді, ал толық энергия (идеал жағдайда) тұрақты болып қалады.

1.3 Гармониялық осциллятор

Тербелісі белгілі бір екінші ретті дифференциалдық теңдеумен сипатталатын жүйе гармониялық осциллятор деп аталады. Ол классикалық және кванттық физикада көптеген есептердің нақты немесе жуық моделі ретінде маңызды рөл атқарады.

Серіппелік маятник

Серіппеге ілінген жүк вертикаль бағытта гармониялық тербеліс жасайды. Қозғалыс теңдеуі Гук және Ньютон заңдарына сүйеніп құрылады, ал период масса мен серіппе қатаңдығына тәуелді.

Физикалық маятник

Қозғалмайтын горизонталь осьтің төңірегінде ауырлық күшінің әсерінен тербелетін қатты дене физикалық маятник деп аталады. Период инерция моментіне және масса центріне дейінгі арақашықтыққа байланысты.

Математикалық маятник

Салмақсыз, созылмайтын жіпке ілінген материялық нүкте ауырлық күшінің әсерінен тербеледі. Кіші бұрыштар үшін қозғалыс гармониялыққа жуық және период жіптің ұзындығына тәуелді.

Тербелмелі контур

Индуктивтік катушка мен сыйымдылық конденсатордан тұратын контурда заряд, кернеу және ток периодты түрде өзгеріп отырады. Идеал жағдайда электр және магнит өрістерінің энергиясы бір-біріне түрленіп, өшпейтін тербеліс пайда болады.

Тербеліс периоды Томсон формуласымен анықталады; заряд пен токтың арасында фазалық ығысу болады.

1.4 Бірдей бағыттағы және бірдей жиіліктегі гармониялық тербелістерді қосу

Дененің бір мезгілде бірнеше тербелмелі процеске қатысуы мүмкін. Мұндай жағдайда қорытқы қозғалысты табу үшін тербелістерді қосу қарастырылады.

Негізгі идея

Бір бағытта және бірдей жиілікпен жүретін екі гармониялық тербелістің қорытқы тербелісі де сол жиілікпен және сол бағытта болады. Ал қорытқы амплитуда фазалар айырмасына тәуелді.

Егер жиіліктері бір-біріне өте жақын екі бағыттас тербеліс қосылса, амплитудасы периодты түрде өзгеретін құбылыс пайда болады. Бұл құбылыс соғу (beat) деп аталады; соғу периоды жиіліктер айырмасымен анықталады.

1.5 Бір-біріне перпендикуляр болатын тербелістерді қосу

Бір-біріне перпендикуляр бағыттардағы, жиіліктері бірдей екі тербелісті қосқанда қорытқы траектория, жалпы жағдайда, эллипс болады. Сондықтан мұндай тербелістер эллипстік поляризацияланған тербелістер ретінде қарастырылады.

Фазалар айырмасының кейбір ерекше мәндерінде траектория түзуге (түзу поляризация) немесе шеңберге (дөңгелек поляризация) айналуы мүмкін. Ал жиіліктері әртүрлі болғанда күрделі траекториялар — Лиссажу фигуралары пайда болады.

1.6 Өшетін тербелістердің дифференциалдық теңдеуі және оның шешуі

Нақты жүйелерде кез келген тербеліс сыртқы ортаның кедергісіне байланысты уақыт өте өшеді. Кедергі күші көбіне жылдамдыққа пропорционал деп алынады; бұл модель механикалық жүйелерге де, электромагниттік аналогтарға да қолданылады.

Маңызды қорытынды

Өшу коэффициенті тербеліс амплитудасының уақыт бойынша кемуін сипаттайды. Теңдеудің шешімі экспоненциалды кемитін амплитудасы бар гармониялық функция түрінде жазылады.

Берілген үзінді бастапқы мәтінде осы бөлімде үзіліп қалады; әрі қарай теңдеулердің толық аяқталуы көрсетілмеген. Құрылым мен терминология редакцияланып, мазмұны сақталды.