FIZIKA - Udzbenik Za FPZ

download FIZIKA - Udzbenik Za FPZ

of 284

  • date post

    15-Sep-2015
  • Category

    Documents

  • view

    228
  • download

    10

Embed Size (px)

description

Book for physics on Faculty of Transport.

Transcript of FIZIKA - Udzbenik Za FPZ

  • FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

    ZAGREB

    ODABRANA POGLAVLJA IZ FIZIKE

    (AUTORIZIRANA PREDAVANJA)

    ZAGREB 2005

  • GRKI ALFABET

    NEKE FIZIKALNE VELIINE GRAFIJA NAZIV SLOVA

    OZNAENE GRIM ALFABETOM estice zraenja

    A kut upada svjetlost alfa kut otklona zrake svjetlosti estica zraenja beta kut loma zrake svjetlosti estice zraenja gama EMG valovi kut devijacije , Braggov uvjet delta operator: razlika fizikalnih veliina dielektrina konstanta epsilon koeficijent brze fuzije

    zeta broj brzih neutrona eta

    , kut sjaja theta jota kapa

    valna duljina lambda konstanta radioaktivnog raspada magnetska permeabilnost mi

    - frekvencija ni ksi omikraon =3,14 pi elektrina otpornost materijala rho plona gustoa naboja sigma

    vrijeme, temperatura smjese tau srednji ivot radioaktivne estice ipsilon

    faza fi izlazni tok hi psi omega

  • POVIJEST FIZIKE

    0 POVIJEST FIZIKE

    FIZIKA je osnovna prirodna znanost (gr. physis, priroda), unutar koje se istrauje i tumai materijalna stvarnost: struktura i odnosi osnovnih sastojaka materije, na osnovi iskustvenih injenica i teorijskih istraivanja. Te se spoznaje oblikuju u shvatljive principe (poetne nazore), tzv. zakone fizike, koji se definiraju egzaktnim matematikim aparatom.

    U vrijeme nastanka nae civilizacije, fizika, tzv. philosophia naturalis, obuhvaala je svu materijalnu stvarnost, no ve su se u antiko doba iz ove prafizike odvojile grane unutar kojih se prouavaju posebni problemi: medicina, astronomija, kemija, geologija, biologija, a u novije vrijeme razliite grane tehnike. I danas je fizika, u uem smislu, osnova svih grana prirodnih znanosti te je teko postaviti otru granicu izmeu fizike kao osnovne znanosti i znanstvenih disciplina proizalih iz nje.

    Do danas su se u jeziku zadrali tragovi sveobuhvatnosti fizike, npr. doskora se u nas gradski lijenik zvao fizik, u engleskom je physician lijenik, physic lijek, ljekarstvo, fizika je physics, u francuskom je le physique vanjtina (tjelesna), a la physique je fizika.

    Dananja fizika obuhvaa: klasinu mehaniku, termodinamiku, elektrodinamiku, optiku, zatim kvantnu mehaniku, statistiku fiziku i elektrodinamiku, nadalje teoriju relativnosti, atomsku i nuklearnu fiziku te fiziku subatomskih estica (koja opet obuhvaa niz specijaliziranih grupa).

    Gotovo svaka od tih grana ima dva vida istraivanja, eksperimentalni i teorijski, koji se esto meusobno isprepliu i utjeu jedan na drugi.

    0.1 ANTIKA FIZIKA

    Ve u prapovijesno doba ovjek je stjecao prva empirijska fizikalna znanja. On je nauio da upotrebljava npr. polugu iako nije znao zakon na kojemu se temelji njezina uporaba. Fizikalna znanja empirijski su se stjecala i u prvim civilizacijama: Egiptu, Babilonu i Kini. Iako se tih empirijskih znanja dosta nakupilo, ipak su ona interpretirana tek u staroj Grkoj. Tales (VII. st. prije Krista), bez obzira na to to je raspolagao malom koliinom znanja, pokuao je nai meusobnu povezanost pojava, a tvrdio je da je sve proizilo iz jednoga prvotnog poela vode. Prapoelo su traili i drugi Grci, pa se tako kao prapoelo isticao zrak ili vatra. Empedokle (V. st. prije Krista) smatrao je da su etiri prapoela: zemlja, voda, zrak i vatra, od kojih svako moe imati i etiri kvalitete: toplo, vlano, hladno i suho. Pitagorejci su napravili razliku izmeu nebeskog podruja, koje je savreno i nepromjenljivo, i zemaljskog, u kojemu je sve promjenljivo i nesavreno. Tako je za ta dva podruja vrijedila i razliita fizika. Demokrit je, naprotiv, smatrao da se cijeli svijet sastoji od dvaju dijelova: punog i praznog. Puni se sastoji od malih estica koje su nedjeljive i nazivaju se atomi. Svi fizikalni procesi nastaju zbog neprekidnog skupljanja i razdvajanja atoma.

    5

  • FIZIKA ODABRANA POGLAVLJA

    Prema Empedoklu, tijela se razdvajaju ili spajaju mrnjom i ljubavlju. To su u biti sile, ali su shvaene u psiholokom smislu. Silu je i Platon (427. 347. g. prije Krista) shvaao u psiholokom smislu. Prema Platonu, postoji tendencija da se slino spoji sa slinim. Zbog toga i poela, zemlja, voda, zrak i vatra, zauzimaju svoja mjesta. Aristotel (384. 322.g. prije Krista), slino Platonu, uzimao je da poela tee svom prirodnom mjestu i takvo gibanje naziva se prirodnim gibanjem. Sva druga gibanja su nasilna i potjeu uvijek od sile kojoj je uzrok u prvom pokretau. Tako je za nasilna gibanja uvijek potrebna sila bez obzira na to kakvo je gibanje. Prostor je za Aristotela ogranien i pun. Aristotel prihvaa razliku zemaljskog i nebeskog podruja za koja vrijede razliite fizike. Aristotelova fizika bila je kvalitativna i spekulativna, ali je imala velik utjecaj na razvoj znanosti. Arhimed (287. 212.), za razliku od Aristotela, uveo je u fiziku kvantitativne odnose. Prvi je dao matematiki zakon za polugu i matematiki formuliran zakon koji je kasnije nazvan Arhimedov zakon.

    0.2 SREDNJOVJEKOVNA FIZIKA

    Aristotelova prirodna filozofija, koja je ukljuivala i fiziku, bila je openito prihvaena u srednjem vijeku. ak i Roger Bacon (oko 1214. 1292), koji je smatrao da je pokus mjerodavan za formiranje miljenja o nekom znanstvenom problemu i koji je traio da se u znanosti eksperimentira, bio je pristaa Aristotelove prirodne filozofije i svoje zakljuke donosio unutar nje. Ipak je u srednjem vijeku dolo do stanovitog napretka i do novih znanstvenih rezultata. Dana su rjeenja u razliitim fizikalnim podrujima: optici, magnetizmu i u meteorologiji. Optika je doivjela izvanredni napredak tijekom srednjeg vijeka, osobito u razdoblju 1250. 1350. Zanimanje za optike probleme inicirao je arapski uenjak Ibn al Haitan (965. 1039), koji je izvrio izvanredan utjecaj na muslimanski Istok i latinski Zapad. Od optikih problema opet se najvie istraivao problem duge. Dietrich iz Freiberga, poznat i kao Theodoric, dao je rjeenje postanka dviju duga koje je gotovo u potpunosti kasnije preuzeo Descartes. Problem plime uspjeno je rjeavan u srednjem vijeku, pa su Giacomo Dondi i Zadranin Federik Grisogono dali toan opis pojave plime i njene kvantitativne odnose. U srednjem vijeku su rjeavani i mnogi drugi fizikalni problemi, ali gotovo svi u okviru Aristotelove tzv. peripatetike prirodne filozofije.

    Ipak, ve u srednjem vijeku dolo je unutar te prirodne filozofije i do znatnih udaljavanja od Aristotelova gledita. Ve je Filoponos, koji je djelovao u prvoj polovini estog stoljea, smatrao da je dovoljno da se na poetku gibanja utisne u tijelo sila koja mu odrava gibanje, a da nije potrebno njezino stalno djelovanje izvana. Slino su tvrdili Ing Sin (980. 1037) i Jean Buridan (XIII.-XIV. st.). Prema Buridanu, tijelo dobiva na poetku gibanja impetus koji odrava gibanje tijela. U srednjem vijeku napravljen je velik napredak i u izuavanju kinematikih svojstava gibanja. U tom pogledu osobito je vaan Merton College u Engleskoj u razdoblju izmeu 1328. i 1350. U tom koledu uvedena je jasna distinkcija izmeu dinamike i kinematike, definirano je jednoliko ubrzano gibanje kao ono gibanje u koje se jednaki prirasti brzine postiu u jednakim vremenskim razmacima, i dan je izraz za prijeeni put kod jednoliko ubrzanoga gibanja.

    U srednjem je vijeku u fiziku uveden i pojam kvantitativne promjene. U staroj Grkoj promjena se promatrala kao kvaliteta, a u srednjem vijeku poela se promatrati

    6

  • POVIJEST FIZIKE

    promjena topline, intenzitet svjetla, promjena brzine, akceleracije i gustoe, kao kvantitativna promjena. Neprekinutu promjenu brzine kod jednoliko ubrzanog gibanjaa grafiki je predoivao Nicole Oresme (1323. 1382).

    0.3 KLASINA FIZIKA

    Novi vijek je obiljeen pojavom novih pogleda na materijalnu stvarnost. Ve je Nikola Kuzanski u XV. stoljeu tvrdio da je prostor beskonaan, a to su krajem XVI. stoljea prihvaali Giordano Bruno (1548. 1600.) i Franjo Petrievi s Cresa (1529. 1597.). Time je naputen Aristotelov pojam ogranienog prostora.

    U XVI. stoljeu uenjaci su sve vie naputali kvalitativno promatranje fizikalnih pojava i sve vie promatrali kvantitativne promjene i kvantitativne odnose. Kvantitativno promatranje fizike i uvoenje matematike interpretacije bilo je uope znaajke renesanse.

    Novu mehaniku, koja je bila bitno razliita od peripatetike, je poetkom XVII. st. Galileo Galilei (1564. 642.). On je preuzeo sve rezultate koje su dobili prethodnici kritizirajui Aristotelovu prirodnu filozofiju. U prvom redu on, je prihvatio pojam impetusa i sve rezultate koje su dobili istraivai u Merton Collegeu. Njegova mehanika je temeljena na isto matematikim naelima. Galilei je matemtiki izvodio svoje pouke iz nekih poetnih tvrdnji, ali ih je potvrivao i pokusom. Tako Galile izvodi poznati pouak da se prirasti putova kod jednoliko ubrzanoga gibanja odnose kao kvadrati proteklih vremena. Taj pouak Galilei je izvodio iz Oresmeovih i Buridanovih tvrdnji matematikim putem, ali i potvrivao eksperimentalno. Galilei je dobro definirao gibanje koje je posljedica kosog izbacivanja tijela. On je drao da je to sloeno gibanje. Osim toga, Galilei je kod slaganja gibanja upotrebljavao naelo ustrajnosti iako ga nije dobro formulirao. Taj pojam stroe je definirao Descartes. Galilejeva mehanika bila je samo kinematika, on nije htio raspravljati o sili, smatrajui taj pojam nejasnim.

    Rene Descartes (1596. 1650.) odbacio je pojam sile i umjesto njeg uveo pojam vrtloga. Naime, po Descartesu je prostor ispunjen eterom, a u tom eteru postoje vrtlozi koji su uzrok gibanja. Descartes je definirao i pojam odranja gibanja to je bio prvi zakon odranja jedne fizikalne veliine. Taj zakon zajedno s pojmom vrtloga postavio je Descartes u temelj svoje fizike. Pojam punog prostora i vrtloga u fluidima bili su vani u fizici XVIII. st.

    U XVII. st. postalo je jasno da zemlja, voda, zrak i vatra nisu po