Fizyka dla kandydatów na wyższe uczelnie techniczne Tom 1 - Wincenty Kamiński, Zbigniew Kamiński - pdf, ebook – Ibuk.pl

Pełen tekst

(1)Zbigniew KAMIŃSKI Wincenty KAMIŃSKI. 1. Książkę polecamy licealistom planującym naukę na kierunkach o profilu fizycznym, matematycznym lub technicznym, a także studentom, którzy muszą powtórzyć, uzupełnić i usystematyzować wiedzę z fizyki. Rozwiązania zadań obliczeniowych zamieszczonych w książce do pobrania ze strony http://wydawnictwo.pwn.pl/Do-pobrania/Rozwiazania-zadan-z-Fizyki. tom 1. całość.

(2) .

(3) . . . kandydatów uczelnie techniczne Fizyka nadlawyższe. Fizyka dla kandydatów na wyższe uczelnie techniczne to podręcznik z ponad trzydziestoletnią tradycją, sprawdzony przez kilka pokoleń Czytelników. Ułatwia powtórzenie i usystematyzowanie wiedzy z fizyki z zakresu liceum. Autorzy, oprócz omówienia bardzo obszernego materiału obejmującego rozszerzony program nauczania fizyki w liceum o profilu matematyczno-fizycznym oraz specjalistycznych liceach technicznych, prezentują skuteczną metodę samodzielnego uczenia się, szczególnie przydatną podczas przygotowań do rozszerzonej matury z tego przedmiotu.. Zbigniew KAMIŃSKI • Wincenty KAMIŃSKI. Fizyka. dla kandydatów na wyższe uczelnie techniczne. tom 1.

(4) Fizyka. dla kandydatów na wyższe uczelnie techniczne.

(5)

(6) Zbigniew KAMIŃSKI • Wincenty KAMIŃSKI. Fizyka. dla kandydatów na wyższe uczelnie techniczne. tom 1 Wydanie osiemnaste.

(7) Opiniodawca XV wydania: prof. dr hab. Miron Gaj Redaktorzy: Janina Banaś – wyd. I Małgorzata Rajwacka-Jachymek, Lilianna Szymańska Okładkę i strony tytułowe projektował: Przemysław Spiechowski Zdjęcie na okładce: boykung/Shutterstock Redaktor techniczny: Grażyna Miazek Korekta: Zespół Skład i łamanie: WOMAR Barbara Wojcieszuk Wydawca: Karol Zawadzki. Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty. Szanujmy cudzą własność i prawo. Więcej na www.legalnakultura.pl Polska Izba Książki. Copyright © by Wydawnictwo WNT Warszawa 1961, 1962, 1963, 1966, 1967, 1968, 1969, 1972, 1973, 1974, 1975, 1977, 1984, 2009, 2012 Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA Warszawa 2018 ISBN 978-83-01-19543-4 (tom I) ISBN 978-83-01-19545-8 (całość) Wydanie XVIII – 1 dodruk (PWN) Warszawa 2018 Wydawnictwo Naukowe PWN SA 02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2 tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288 infolinia 801 33 33 88 e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl www.pwn.pl Druk i oprawa: OSDW Azymut Sp. z o.o..

(8) SPIS TRE CI. PRZEDMOWA. 15. DO CZYTELNIKA. 17. Rozdzia 1. WIADOMOCI WSTPNE. 21. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12.. 21 21 22 23 24 27 30 32 32 34 36 37 41. Przedmiot zyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wielkoci zyczne i ich pomiar. Jednostki miary . . . . . . . . . . . . . . . Midzynarodowy ukad jednostek miar SI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jednostki dugoci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bdy pomiaru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jednostki pola powierzchni. Pomiary zoone . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jednostki objtoci. Dziaania na jednostkach . . . . . . . . . . . . . . . . . Jednostki czasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jednostki masy. Gsto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jednostki kta paskiego i bryowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prawa i wzory zyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rozwizywanie zada zycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 2. KINEMATYKA. 2.1. Podzia mechaniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Okrelenie ruchu. Wzgldno ruchu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44 44 44.

(9) 6. SPIS TRE CI. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11.. Rodzaje ruchw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch jednostajny prostoliniowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wektory i skalary. Dodawanie i odejmowanie wektorw . . . . . . . . . . . Prdko jako wektor. Skadanie prdkoci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch prostoliniowy zmienny. Prdko rednia i rzeczywista . . . . . . . . Ruch prostoliniowy jednostajnie zmienny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Swobodne spadanie cia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch prostoliniowy niejednostajnie zmienny . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prdko w ruchu krzywoliniowym. Ruch jednostajny po okrgu . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 45 47 51 55 59 61 69 72 74 78. Rozdzia 3. DYNAMIKA. 81. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6.. 81 81 83 85 88. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 3.14. 3.15.. Przedmiot dynamiki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pierwsza zasada Newtona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Druga zasada Newtona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciar ciaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciar waciwy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ukady inercjalne i nieinercjalne. Sia bezwadnoci. Zasada wzgldnoci ruchu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pd i popd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trzecia zasada Newtona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zasada zachowania pdu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sia dorodkowa. Sia odrodkowa bezwadnoci . . . . . . . . . . . . . . . . Praca mechaniczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energia mechaniczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zasada zachowania energii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sprawno maszyn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89 93 96 97 100 106 110 114 118 123 125. Rozdzia 4. POLE GRAWITACYJNE. 128. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.4.1. 4.4.2. 4.4.3. 4.4.4. 4.4.5. 4.5.. 128 130 132 136 136 138 140 142 146 150 156. Prawo powszechnego cienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zmienno przyspieszenia ziemskiego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pole grawitacyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch w polu grawitacyjnym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rzut pionowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch po rwni pochyej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rzut poziomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rzut ukony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch satelity. Pierwsza prdko kosmiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . Potencja grawitacyjny. Druga prdko kosmiczna . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

(10) 7. SPIS TRE CI. Rozdzia 5. RUCH OBROTOWY. 159. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8.. 159 164 166 169 171 173 175 178 179. Ruch obrotowy jednostajny. Iloczyn wektorowy . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch obrotowy jednostajnie zmienny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moment siy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Praca i moc w ruchu obrotowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energia kinetyczna w ruchu obrotowym. Moment bezwadnoci . . . . . . Dynamika ruchu obrotowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moment pdu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zasada zachowania momentu pdu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 6. STATYKA. 6.1. Zjawisko rwnowagi. Cechy charakterystyczne siy . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Skadanie si przyoonych w jednym punkcie i dziaajcych w jednej paszczynie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Skadanie si przyoonych w rnych punktach i dziaajcych w jednej paszczynie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4. Warunek rwnowagi ukadu si przyoonych w jednym punkcie i dziaajcych w jednej paszczynie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5. Para si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6. Warunki rwnowagi ukadu si dowolnie rozoonych w paszczynie . . . 6.7. Maszyny proste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.8. Siy tarcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.9. rodek cikoci i rodek masy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.10. Rodzaje rwnowagi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 181 181 183 187 190 192 193 198 204 211 214 215. Rozdzia 7. STATYKA CIECZY I GAZ W. 221. 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8.. 221 222 225 228 231 235 235 238 240. Waciwoci cieczy. Cinienie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prawo Pascala. Prasa hydrauliczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cinienie hydrostatyczne. Naczynia poczone . . . . . . . . . . . . . . . . . Parcie cieczy na ciaa zanurzone. Prawo Archimedesa . . . . . . . . . . . . Pywanie cia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Waciwoci gazw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Atmosfera. Cinienie atmosferyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pomiary cinienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 8. RUCH DRGAJCY I FALOWY. 245. 8.1. Waciwoci spryste i wytrzymaociowe cia staych . . . . . . . . . . . . 245 8.2. Ruch harmoniczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.

(11) 8. SPIS TRE CI. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 8.10. 8.11.. Wahado matematyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wahado zyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drgania wymuszone. Rezonans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruch falowy. Rodzaje fal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fala sinusoidalna. Interferencja fal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fale stojce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zasada Huygensa. Ugicie, czyli dyfrakcja fal . . . . . . . . . . . . . . . . . Odbicie i zaamanie si fal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energia i natenie fali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 257 259 261 263 267 271 272 274 277 278. Rozdzia 9. AKUSTYKA. 281. 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6.. 281 284 287 288 290 294 295. Fale dwikowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cechy dwiku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Uginanie, odbijanie i interferencja fal dwikowych. Dudnienia . . . . . . Zjawisko Dopplera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . rda fal dwikowych. Rezonans akustyczny . . . . . . . . . . . . . . . . . Ultradwiki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 10. CIEPO. 10.1. Temperatura. Skale termometryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2. Ilo ciepa. Ciepo waciwe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. Bilans ciepa. Kalorymetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4. Rozszerzalno cieplna cia staych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5. Rozszerzalno cieplna cieczy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6. Rozszerzalno objtociowa cia staych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7. Przepyw ciepa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.8. Stany skupienia. Topnienie i krzepnicie. Krzepnicie roztworw . . . . . 10.9. Parowanie i skraplanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.10. Temperatura i cinienie krytyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.11. Wasnoci par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.12. Sublimacja. Punkt potrjny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.13. Wilgotno powietrza i gazw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.14. Ciepo spalania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 11. PRZEMIANY GAZU DOSKONAEGO. 297 297 300 303 306 310 314 315 319 324 329 330 333 335 338 341. 345. 11.1. Gaz doskonay. Parametry stanu i przemiany gazu doskonaego . . . . . . 345 11.2. Przemiana izotermiczna. Prawo Boyle'a-Mariotte'a . . . . . . . . . . . . . . 346 11.3. Przemiana izobaryczna. Prawo Gay-Lussaca . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348.

(12) 9. SPIS TRE CI. 11.4. 11.5. 11.6. 11.7.. Przemiana izochoryczna. Prawo Charlesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rwnanie stanu gazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciepo waciwe gazw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Przemiana adiabatyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 12. MOLEKULARNO-KINETYCZNA TEORIA BUDOWY MATERII. 351 354 358 360 363. 365. 12.1. Atomy i czsteczki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2. Siy midzyczsteczkowe. Energia wizania w ciaach staych, cieczach i gazach. Ruch czsteczek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3. Zjawiska czsteczkowe w cieczach i gazach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4. Kinetyczna teoria gazw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5. Wyjanienie zjawisk cieplnych na podstawie teorii molekularno-kinetycznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 365. Rozdzia 13. TERMODYNAMIKA. 389. 13.1. 13.2. 13.3. 13.4.. Rwnowano ciepa i pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pierwsza zasada termodynamiki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zjawiska odwracalne i nieodwracalne. Cykl Carnota, Otta i Diesla . . . . Druga zasada termodynamiki. Bezwzgldna skala temperatur . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 368 375 381 385 388. 389 391 397 403 404. Rozdzia 14. ELEKTROSTATYKA. 406. 14.1. Elektryzowanie cia. adunek elektryczny dodatni i ujemny . . . . . . . . 14.2. Elektroskop. Przewodniki i izolatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3. Prawo Coulomba. Jednostka adunku elektrycznego . . . . . . . . . . . . . 14.4. Natura adunku elektrycznego. adunek elementarny . . . . . . . . . . . . 14.5. Zasada zachowania adunku. Indukcja elektrostatyczna . . . . . . . . . . . 14.6. Pole elektryczne. Natenie pola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.7. Potencja elektryczny. Napicie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.8. Powierzchnie ekwipotencjalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.9. Rozmieszczenie adunku na powierzchni przewodnika . . . . . . . . . . . . 14.10. Pojemno elektryczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.11. Kondensatory. czenie kondensatorw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.12. Przewodnik i dielektryk w polu elektrycznym . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.13. Energia pola elektrycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 406 407 409 411 414 416 422 429 431 432 434 441 445 448.

(13) 10. SPIS TRE CI. Rozdzia 15. PRD ELEKTRYCZNY. 15.1. Prd elektryczny. rda napicia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2. Natenie prdu elektrycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3. Prawo Ohma. Opr elektryczny. Nadprzewodnictwo . . . . . . . . . . . . . 15.4. Spadek potencjau wzdu przewodnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.5. Sia elektromotoryczna. Prawo Ohma dla caego obwodu . . . . . . . . . . 15.6. Prawa Kirchhoa. czenie oporw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.7. Pomiar natenia, napicia i oporu elektrycznego . . . . . . . . . . . . . . . 15.8. Praca i moc prdu elektrycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.9. Przemiana energii elektrycznej na ciepln. Prawo Joule'a . . . . . . . . . . 15.10. Dysocjacja elektrolityczna. Elektroliza. Prawa Faradaya . . . . . . . . . . . 15.11. Ogniwa. Polaryzacja elektrod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.12. Akumulatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.13. czenie rde napicia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 16. ELEKTROMAGNETYZM. 16.1. Pole magnetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2. Oddziaywanie pola magnetycznego na poruszajcy si adunek elektryczny. Indukcja magnetyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3. Strumie indukcji magnetycznej. Natenie pola magnetycznego . . . . . 16.4. Pole magnetyczne prdu staego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5. Oddziaywanie pola magnetycznego na przewodnik z prdem. Sia elektrodynamiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.6. Wzajemne oddziaywanie przewodnikw z prdem. Denicja ampera . . 16.7. Moment magnetyczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.8. Silnik elektryczny prdu staego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.9. Magnetoelektryczne przyrzdy pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.10. Ruch adunkw elektrycznych w polu magnetycznym . . . . . . . . . . . . 16.11. Magnetyczne waciwoci materii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.12. Elektromagnesy i magnesy trwae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.13. Pole magnetyczne Ziemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 452 452 455 457 462 463 465 470 474 478 482 489 491 494 498. 503 503 507 510 511 515 518 520 522 523 524 526 532 535 536. Rozdzia 17. INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. 539. 17.1. 17.2. 17.3. 17.4. 17.5. 17.6.. 539 542 546 549 553 557. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sia elektromotoryczna indukcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wirowe pole elektryczne. Prdy wirowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Samoindukcja. Indukcyjno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prd przemienny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prdnice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

(14) 11. SPIS TRE CI. 17.7. Wartoci skuteczne napicia i natenia prdu przemiennego . . . . . . . . 17.8. Przyrzdy pomiarowe na prd przemienny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.9. Obwd prdu przemiennego. Opr czynny i bierny . . . . . . . . . . . . . . 17.10. Moc prdu przemiennego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.11. Prd trjfazowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.12. Wirujce pole magnetyczne. Silniki indukcyjne asynchroniczne . . . . . . 17.13. Indukcyjno wzajemna. Transformator. Induktor . . . . . . . . . . . . . . . 17.14. Przyrzdy elektroakustyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 559 561 563 570 574 576 579 584 588. Rozdzia 18. PRD ELEKTRYCZNY W PR NI I W GAZACH 592 18.1. 18.2. 18.3. 18.4. 18.5. 18.6.. Emisja termoelektronowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wytwarzanie i odchylanie promieni elektronowych. Oscylograf elektronowy Jonizacja gazw. Prd elektryczny w gazach. Plazma . . . . . . . . . . . . Wyadowania w gazach pod cinieniem atmosferycznym . . . . . . . . . . Wyadowania w gazach rozrzedzonych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Promienie katodowe i kanalikowe. Spektrograf masowy . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 592 595 599 605 606 610 612. Rozdzia 19. DRGANIA I FALE ELEKTROMAGNETYCZNE. 613. 19.1. 19.2. 19.3. 19.4. 19.5. 19.6.. 613 617 620 625 628 633 635. Drgania elektromagnetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wytwarzanie drga niegasncych. Rezonans elektryczny . . . . . . . . . . Fale elektromagnetyczne. Teoria Maxwella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Radiofonia. Przekaz analogowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Telewizja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Rozdzia 20. OPTYKA. 20.1. Widmo elektromagnetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2. Pomiar prdkoci wiata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.3. Waciwoci fal wietlnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4. Prawa odbicia i zaamania wiata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.5. Zjawisko cakowitego odbicia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.6. Zwierciado paskie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.7. Zwierciado wklse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.8. Zwierciado wypuke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.9. Pryzmat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.10. Soczewka skupiajca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.11. Soczewka rozpraszajca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.12. Dyspersja wiata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 637 637 640 641 643 648 650 652 658 660 664 670 672.

(15) 12. SPIS TRE CI. 20.13. Barwa wiata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.14. Spektroskop. Analiza widmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.15. Wady soczewek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.16. Oko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.17. Przyrzdy optyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.18. Natenie wiata. Owietlenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.19. Pomiary fotometryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.20. Dyfrakcja i interferencja wiata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.21. Siatka dyfrakcyjna. Zdolno rozdzielcza ukadw optycznych . . . . . . . 20.22. Polaryzacja wiata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.23. Promieniowanie cieplne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 673 675 677 680 682 686 692 694 699 702 709 714. Rozdzia 21. FIZYKA ATOMOWA. 720. 21.1. Rozwj pogldw na budow materii. Model atomu Rutherforda i Bohra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Kwantowa natura promieniowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Zjawisko fotoelektryczne zewntrzne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4. Promieniowanie rentgenowskie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5. Fale materii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 720 725 731 735 741 743. Rozdzia 22. FIZYKA JDROWA. SZCZEG LNA TEORIA WZGLDNOCI. 745. 22.1. Budowa jdra atomowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2. Ukad okresowy pierwiastkw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3. Izotopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.4. Promieniotwrczo naturalna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.5. Rozpad pierwiastkw promieniotwrczych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.6. Prawo przesuni. Rodziny promieniotwrcze . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.7. Promieniotwrczo sztuczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.8. Akceleratory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.9. Wykrywanie i pomiary promieniowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.10. Zastosowania promieniotwrczoci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.11. Promieniowanie kosmiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.12. Czstki elementarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.13. Szczeglna teoria wzgldnoci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.14. Rwnowano masy i energii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.15. Energia wizania jder atomowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.16. Rozszczepianie jder atomowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.17. Reakcje acuchowe. Materiay rozszczepialne . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.18. Wytwarzanie energii jdrowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 745 748 751 752 755 759 761 762 764 767 769 771 774 780 785 787 791 794.

(16) 13. SPIS TRE CI. 22.19. Reakcje termojdrowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797 Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 800. Rozdzia 23. FIZYKA CIAA STAEGO. 23.1. Krystaliczna budowa cia staych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2. Rodzaje wiza sieci krystalicznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3. Badanie struktury cia staych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.4. Teoria pasmowa. Przewodnictwo elektryczne cia staych . . . . . . . . . . 23.5. Pprzewodniki samoistne. Termistor. Opornik fotoelektryczny . . . . . . 23.6. Pprzewodniki domieszkowe. Zcze n-p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.7. Dioda pprzewodnikowa. Tranzystor. Tyrystor . . . . . . . . . . . . . . . . 23.8. Ukady scalone. Procesory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.9. Zjawisko fotowoltaiczne. Ogniwo fotoelektryczne . . . . . . . . . . . . . . . 23.10. Zjawisko termoelektryczne w metalach i pprzewodnikach . . . . . . . . . 23.11. Lasery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.12. Holograa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 804 804 805 809 811 815 819 822 827 829 831 832 835 836. Rozdzia 24. WSP CZESNE ZASTOSOWANIA NOWYCH ZDOBYCZY FIZYKI. 838. 24.1. 24.2. 24.3. 24.4. 24.5. 24.6. 24.7. 24.8.. 838 842 846 851 854 858 861 865 869. Przekaz analogowy i cyfrowy. System cyfrowy . . . . . . . . . . . . . . . . . Zapis i odczyt sygnaw cyfrowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Komputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Skaner, faks, kserograf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sie komputerowa. Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wywietlacze ciekokrystaliczne. Ekrany plazmowe . . . . . . . . . . . . . . Fotograa cyfrowa. Aparaty i kamery cyfrowe . . . . . . . . . . . . . . . . . Telefonia komrkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pytania i zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. TABLICE. 870. SKOROWIDZ. 888.

(17)

(18) PRZEDMOWA. Pierwowzorem niniejszego podręcznika był skrypt pt. Fizyka wydany w 1956 r. nakładem Ośrodka Szkoleniowego Stowarzyszenia Inżynierów Mechaników Polskich dla kursów przygotowawczych do studiów politechnicznych. W roku 1961 ukazało się pierwsze, jednotomowe wydanie podręcznika pt. Fizyka dla kandydatów na wyższe uczelnie techniczne zrealizowane przez Wydawnictwa Naukowo-Techniczne w Warszawie, a w roku 1968 – dwutomowe wydanie angielskie – przez wydawnictwo Iliffe Books Limited, przy czym drugi tom podręcznika był wspólnym dziełem autora wydania polskiego i prof. R.A. Gilesa z Queen’s University of Belfast. Kolejne, niemal coroczne wydania podręcznika przez Wydawnictwa Naukowo-Techniczne były udoskonalane i uzupełniane przez wprowadzanie nowych zagadnień związanych z osiągnięciami nauki oraz zwiększanie liczby zarówno przykładów rozwiązanych w tekście, jak i zadań przeznaczonych do rozwiązania przez Czytelnika. Szesnaste, dwutomowe wydanie podręcznika zrealizowane przez Wydawnictwa Naukowo-Techniczne w 1984 r. zostało gruntownie zmienione, przede wszystkim pod względem metodyki wykładu i zapewniło bardziej nowoczesny jej poziom. Kolejne, siedemnaste wydanie ukazało się po dwudziestoletniej przerwie i zawiera, dzięki współpracy mego syna Wincentego Kamińskiego, szereg uzupełnień z dziedziny fizyki współczesnej oraz nowy rozdział 24 pt. „Współczesne zastosowania nowych zdobyczy fizyki”. W rozdziale tym omówiono budowę i zasadę działania powszechnie stosowanych urządzeń, takich jak komputer, skaner, faks, drukarki komputerowe, cyfrowy aparat fotograficzny, cyfrowa.

(19) 16. PRZEDMOWA. kamera filmowa oraz telefon komórkowy. Ponadto na stronie http://wydawnictwo.pwn.pl/Do-pobrania/Rozwiazania-zadan-z-fizyki udostępniono do pobrania pliki z rozwiązaniami zadań obliczeniowych podanych na końcu każdego z rozdziałów. Życzymy Czytelnikom powodzenia w nauce i mamy nadzieję, że podręcznik ten przyczyni się do ułatwienia im dalszych studiów. Zbigniew Kamiński i Wincenty Kamiński Warszawa, 2013 r..

(20) DO CZYTELNIKA. Zadaniem niniejszego podr cznika jest uatwienie Czytelnikowi powt rzenia materiau zyki z zakresu liceum i gimnazjum oraz pomoc w przygotowaniu si do studi w wyszych. Powt rzenie bardzo obszernego materiau tego przedmiotu wymaga od Czytelnika nie tylko systematycznej pracy, lecz r wnie umiej tnoci jej rozplanowania i obrania najwaciwszej metody uczenia si . Podr cznik zawiera bardzo obszerny materia obejmujcy rozszerzony zakres nauczania zyki w liceum o prolu matematyczno-zycznym oraz w specjalizowanych liceach technicznych. Dlatego doradzam Czytelnikowi, aby przede wszystkim ograniczy zakres powt rzenia do rozdzia w istotnych dla podj tego przez niego kierunku studi w, a nast pnie podzieli przeznaczony do powt rzenia materia nauczania na jednostki lekcyjne" o takiej obj toci, kt ra umoliwiaaby poznanie i opanowanie zawartego w nich materiau w czasie dw ch do czterech godzin pracy. Oczywicie zakadajc, e przerabiane zagadnienia s Czytelnikowi znane z kursu liceum lub technikum, a nauka sprowadza si do powt rzenia i usystematyzowania wiadomoci oraz pog bienia umiej tnoci rozwizywania zada. Istotny wpyw na skuteczno pracy Czytelnika ma wyb r waciwej metody uczenia si . W nauce zyki najlepsze wyniki daj takie metody, kt re prowadz do poznania i zrozumienia istotnej, zycznej treci przerabianego tematu oraz utrwalenia w pami ci jego w zowych zagadnie, z pomini ciem szczeg w i element w mniej wanych. Metoda ta jest wi c przeciwiestwem dosownego zapami tywania tekstu materiau nauczania,.

(21) 18. DO CZYTELNIKA. kt ry, w odr nieniu od okrele podstawowych, moe by z powodzeniem om wiony wasnymi sowami. W opanowaniu i utrwaleniu materiau nauczania du rol odgrywa rozwizywanie zada obliczeniowych, kt re stanowi ilustracj praktycznego wykorzystania poznanych praw i zalenoci, a r wnoczenie sprawdzian opanowania przerabianego tematu. Uzupenieniem podr cznika s udost pnione na stronie www.wnt.pl pliki zawierajce rozwizania wszystkich zada znajdujcych si na kocu kadego z rozdzia w. Nie zalecam jednake Czytelnikowi korzystania z tych plik w przed przynajmniej kilkukrotn pr b samodzielnego rozwizania zadania. Gotowe rozwizanie moe suy Czytelnikowi jedynie do sprawdzenia poprawnoci rozumowania i prawidowoci dokonanych samodzielnie oblicze, a jedynie w wyjtkowych przypadkach, bardzo trudnych zada, do naprowadzenia go na waciwy tok rozwizania. Zalecam r wnie Czytelnikowi przerabianie poszczeg lnych jednostek lekcyjnych, na kt re podzieli materia nauczania, w czterech kolejnych etapach: Pierwszy etap, kt rego celem jest zapoznanie si z przerabianym zagadnieniem, zrozumienie jego istoty i wyznaczenie punkt w w zowych tematu, polega na uwanym przeczytaniu jego treci i dokonaniu odpowiednich oznacze, na przykad znak w zapytania w miejscach wtpliwych, podkrele denicji itp. Ten etap wymaga najwi kszej koncentracji, przy czym tempo czytania powinno by dostosowane do stopnia trudnoci i do dotychczasowej znajomoci tematu. Drugi etap, kt rego celem jest usuni cie ewentualnych wtpliwoci i przygotowanie do utrwalenia materiau, polega na ponownym przeczytaniu tekstu, z r wnoczesnym sporzdzeniem notatek. Notatki powinny ujmowa tylko istotne, w zowe punkty tematu, takie jak denicje, wzory, zwaszcza metody post powania przy ich wyprowadzeniu itp., przy czym powinny by one staranne i przejrzyste, b d bowiem stanowiy niezb dn pomoc w utrwalaniu i powtarzaniu przerobionego materiau. Nieodczn cz ci tego etapu jest samodzielne rozwizanie przykad w obliczeniowych, zamieszczonych w tekcie, kt rych rozwizania zostay przeanalizowane w trakcie pierwszego czytania. W przypadku gdy niekt re zagadnienia lub partie materiau s dla Czytelnika w dalszym cigu niezrozumiae lub wtpliwe, naley je oddzielnie zanotowa, w celu p niejszego wyjanienia na konsultacjach z nauczycielem lub z kolegami. Trzeci etap, kt rego celem jest sprawdzenie stopnia opanowania i przyswojenia tematu, polega na samodzielnym rozwizaniu odpowiadajcych mu zada obliczeniowych, podanych na kocu kadego rozdziau. Spos b rozwizania kadego zadania powinien by nast pnie por wnany z rozwizaniem podanym w pliku na stronie www.wnt.pl, z uwypukleniem wszystkich.

(22) DO CZYTELNIKA. 19. b d w i nieprawidowoci samodzielnego rozwizania, o ile takie wystpiy. Odpowiedzi na pytania naley najpierw sformuowa ustnie, a nast pnie pisemnie, konfrontujc je pod wzgl dem poprawnoci i cisoci z treci zawart w ksice. Czwarty etap, kt rego celem jest utrwalenie materiau nauczania, polega na powt rzeniu treci kilku ostatnich lekcji z przerabianego rozdziau ksiki. W tym celu naley przeczyta ze zrozumieniem notatki i moliwie dokadnie odtworzy na ich podstawie tre omawianych zagadnie oraz wyprowadzenia wzor w. W celu usystematyzowania i dodatkowego utrwalenia materiau, zalecam Czytelnikowi, aby po przerobieniu kadego rozdziau powi ci ca jednostk lekcyjn na jego powt rzenie. W tym celu naley ponownie przeczyta notatki i rozwiza zadania przewidziane do powt rzenia, zamieszczone na kocu rozdziau, jak r wnie ponownie rozwiza te zadania, kt re sprawiay Czytelnikowi najwi ksze trudnoci albo te te, kt rych rozwizania byy obarczone b dami. ycz Czytelnikowi powodzenia w Jego pracy. Zbigniew Kamiski.

(23)