Физика 10 класс Барьяхтар академ (стр. 1 из 10)
10Àêàäåì³÷íèé ð³âåíü
Підручник для загальноосвітніх
навчальних закладів
УДК 371.388:53
ББК 22.3я721
Б76
Підручник виданий за рахунок державних коштів.
Продаж заборонено
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України
(наказ Міністерства освіти і науки України від 03.03.2010 р. № 177)
Р е ц е н з е н т
С. В. Каплун, зав. кафедри методики природн.-мат. освіти Харківського обласного науково-методичного інституту безперервної освіти, канд. пед. наук, доцент
Бар’яхтар В. Г.
Б76 Фізика. 10 клас. Академічний рівень: Підручник для загальноосвіт.
навч. закладів / В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Б ожинова.— Х.: Видавництво « Ранок», 2010.— 256 с.: іл.
ISBN 978-611-540-714-9
Пропонований підручник є складовою частиною навчально-методичного комплекту «Фізика-10», який включає також збірник задач, зошит для лаборатор них робіт та комплексний зошит для контролю знань.
Основна мета підручника — сприяти формуванню базових фізичних знань, які достатні для продовження навчання за напрямами, де потрібна відповідна підготовка з фізики.
УДК 371.388:53
ББК 22.3я721
| © В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова, 2010 | |
| © Н. В. Алимова, іл., 2010 | |
| ISBN 978-611-540-714-9 | © ТОВ Видавництво «Ранок», 2010 |
Дорогі друзі!
Ви вивчаєте фізику вже четвертий рік. Сподіваємося, ви зуміли оцінити достоїнства цієї дивовижної науки про природу, більш того — намагаєтесь, використовуючи набуті знання, усвідомлювати й пояснювати процеси, що відбуваються навколо.
Цього навчального року на вас знову чекає зустріч з механікою, механічним рухом, але вже на новому, більш високому, рівні. Що пояснюють закони Ньютона і чим класична механіка відрізняється від «релятивістської механіки» Ейнштейна, якої швидкості має набути ракетоносій, щоб вивести супутник на орбіту, та чому супутники обертаються навколо Землі й не губляться в космічному просторі — на ці та інші питання ви отримаєте відповідь протягом навчання.
У процесі вивчення розділу «Кінематика» ви згадаєте низку вже знайомих вам понять, пригадаєте відомості про прямолінійний рух та рівномірний рух по колу, а також познайомитеся з такими новими для вас поняттями, як переміщення, прискорення, кутова швидкість тощо.
Умови, за якими тіла змінюють власну швидкість, умови прямолінійного рівномірного руху тіл ви з’ясуєте, вивчаючи розділ «Динаміка». Ви згадаєте про сили, що діють на тіло, розглянете різни види сил, дізнаєтеся про закони Ньютона та навчитеся розв’язувати задачі про рух тіла під дією декількох сил.
У розділі «Закони збереження в механіці» ви ознайомитеся з таким фундаментальним законом фізики, як закон збереження імпульса, розширите свої знання про закон збереження енергії, переконайтеся, що застосування цих законів значно спрощує вирішення цілої низки фізичних задач.
Знання законів кінематики, динаміки та законів збереження енергії дозволяє зрозуміти такий вид руху, як механічні коливання, та їхне поширення в пружному середовищі — механічні хвилі. Тож, наступний розділ має саме таку назву — «Механічні коливання та хвилі».
Створена А. Енштейном теорія відносності, а особливо — її наслідки вже понад 100 років дивують тих, хто з цим стикається. З деякими положеннями цієї теорії ви познайомитеся під час вивчення розділу «Релятивістська механіка».
Розділ 1. Вступ
§ 1. заРодження і РозВиток фізики як науки. Роль фізичного знання В житті людини та В суспільному РозВитку
| ?! |
Нещодавно люди навіть мріяти не могли про ті блага, що мають сьогодні. Наприклад, ще у XVIII ст. освітлення будинків здійснювалося за допомогою свічок, скіп і газових пальників, листи йшли до адресатів тижнями і т. д. Зараз же завдяки Інтернету й радіозв’язку можна протягом декількох секунд зв’язатися зі своїм адресатом на будь-якому континенті. Сьогодні наука, у тому числі фізика,— реальна основа розвитку суспільства й створення нового рівня добробуту людства. Досить згадати численні електроприлади, аудіо- та відеотехніку, автомобілі, комп’ютери тощо. А ще — новітні технології одержування енергії, створення матеріалів із заданими властивостями, досягнення радіотехніки, авіації, космонавтики, мореплавства.
Сучасні економісти цілком слушно вважають, що головне багатство країни — це знання, якими володіє її населення. Простежимо, як накопичувалися фізичні знан ня на деяких етапах розвитку людства.
| 1 |
фізики й астрономи стародавньої греції
Найбільший вплив на встановлення фізичних понять і закономірностей здійснили мислителі Стародавньої Греції: Аристотель, Архімед, Аристарх Самоський, Демокрит, Левкіпп, Піфагор, Птолемей, Евклід. Вони заклали елементи наукових уявлень про фізичні властивості навколишнього світу.
Аристотель (384–322 рр. до н. е.) увійшов в історію науки як учений, що узагальнив та систематизував знання в галузі суспільних і природничих наук свого часу. Його роботи аж до XVI ст. вважалися «істиною в останній інстанції». Аристотель перший сформулював поняття стану тіла в механіці, який, на його думку, визначається положенням тіла в просторі (координатами тіла); вивів правила додавання паралельних і перпендикулярних одне до одного переміщень (елементи векторного додавання), а також правило рівноваги важеля. Аристотелю також належить наукова картина поширення звуку в повітрі, яке він пояснював чергуванням областей стиснення і розрідження повітря. Це уявлення про звукові хвилі збереглось і в сучасній фізиці.
Демокриту й Левкіппу (V ст. до н. е.) належить дуже важлива ідея про атомну будову матерії. До речі, експериментально підтверджено цю ідею було тільки на початку XX ст.
Видатним астрономом Стародавньої Греції був Аристарх Самоський (кін. IV — перша пол. III ст. до н. е.). Задовго до польського вченого Миколая Коперника (1473–1543) він висунув ідею геліоцентричної будови світу (від грецьк. helios — Сонце), відповідно до якої
§ 1. Зародження і розвиток фізики як науки. Роль фізичного знання в житті людини та в суспільному розвитку
в центрі всесвіту розташоване нерухоме Сонце, а довкола нього обертаються планети.
Евклід (III ст. до н. е.) заклав основи геометричної оптики, сформулював закон прямолінійного поширення світла та закон відбиття світла (кут відбиття дорівнює куту падіння).
Величезний внесок у розвиток фізики зробив Архімед (бл. 287– 212 рр. до н. е.) — видатний фізик, механік, математик, інженер. Зокрема, він запровадив поняття центра тяжіння, побудував теорію рівноваги важеля, дав означення моменту сил, експериментально
визначив закони плавання тіл.
| 2 |
початок нової ери у фізиці
Видатним фізиком XVII ст., безперечно, є Ґалілео Ґалілей (рис. 1.1). Його справедливо вважають засновником експериментальної фізи ки. Водночас Ґалілей великого значення надавав використанню у фізичних дослідженнях математики: «Той, хто хоче розв’язувати питання природничих наук без допомоги математики, ставить нерозв’язне завдання. Слід вимірювати те, що можна виміряти, і робити вимірюваним те, що таким не є». Своїми експериментами вчений переконливо спростував низку висловів Аристотеля й заклав фундамент класичної механіки.
Ще один якісно новий етап у фізиці пов’язаний з іменем Ісаака Ньютона (рис. 1.2). У своїй книзі «Математичні початки натуральної філософії» Ньютон сформулював основні закони механіки, які визначили розвиток фізики на 300 років наперед.
| 3 |
учення про електрику й магнетизм
У створення сучасної науки про електричні та магнітні явища визначальний внесок здійснили французькі фізики Шарль Кулон (1736–1806) і Андре Марі Ампер (1775–1836), данський фізик Ганс Ерстед (1777–1851), британські фізики Майкл Фарадей (1791–1867) і Джеймс Максвелл (1831–1879). XX ст. стало часом тріумфального проникнення електромагнетизму в інженерну практику і зрештою — у життя суспільства. Електродвигуни, лампи, телебачення, комп’ютери, засоби зв’язку та багато іншого ввійшли в повсякденне життя людей.
| 4 |
учення про теплові двигуни
З XVIII ст. бурхливо розвивалася галузь фізики, пов’язана з використанням теплових двигунів. На її розвиток найбільше вплинули дві події. Перша —
Рис. 1.1. Ґалілео Ґалілей (1564–1642) — італійський фізик, механік і астроном, один із засновників точного природознавства. Заклав основи сучасної механіки, заснував експериментальну фізику
Рис. 1.2. Ісаак Ньютон (1643–1727) — англійський математик, фізик, механік, астроном, що заклав основи сучасного природознавства; творець класичної механіки
винайдення англійським інженером Джеймсом Ваттом (1736–1819) теплової машини. У 1785 р. одна з таких машин була встановлена на пивоварному заводі в Лондоні й виконувала роботу 24 коней. Друга подія — вихід роботи французького інженера й фізи ка Саді Карно (1796–1832) «Міркування про рушійну силу вогню та про машини, здатні розвивати цю силу». Учений проаналізував наявні на той час парові машини й вивів умови, за яких ККД машин сягає максимального значення (тоді їхній ККД не перевищував 2 %, зараз може становити 60 % у парогазових пристроях).