Witaj ponownie!
Mail Grupowy pomaga Twojej grupie sprawnie się komunikować, dzielić notatkami, wydarzeniami i opiniami. Dowiedz się więcej »
Przedmioty Wykładowcy Uczelnie

Resnick, Halliday - Podstawy Fizyki 2- Resnick, Halliday - Podstawy Fizyki 2


Podgląd

Resnick, Halliday - Podstawy Fizyki 2.pdf

Podgląd pliku (pełna wersja wyższej jakości po zalogowaniu):


W Y D A W N I C T W O N A U K O W E P W N



Wybrane właściwości fizyczne (wartości zaokrąglone)

Powietrze (suche, w temp. 20°C i pod ciśn. 1 atm)

gęstość ciepło właściwe pod stałym ciśnieniem stosunek ciepeł właściwych c

p

1,21 kg/m

3 1010 J/(kg • K) /c

v

1,40 prędkość dźwięku

343 m/s natężenie pola elektrycznego przebicia

3 • 10

6 efektywna masa molowa

Woda

gęstość prędkość dźwięku ciepło właściwe pod stałym ciśnieniem ciepło topnienia (w temp. 0°C) ciepło parowania (w temp. 100°C) współczynnik załamania (X = 589 nm) masa molowa

V/m 0,0289 kg/mol

1000 kg/m

3 1460 m/s 4190 J/(kg-K) 333 kJ/kg 2260 kJ/kg 1,33 0,0180 kg/moi

Ziemia

masa średni promień przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni Ziemi standardowe ciśnienie atmosferyczne okres ruchu satelity na orbicie odległej od Ziemi o 100 km promień orbity geostacjonarnej prędkość ucieczki dipolowy moment magnetyczny średnie pole elektryczne na powierzchni Ziemi

Odległości od Ziemi

do Księżyca do Słońca do najbliższej gwiazdy do środka naszej Galaktyki do galaktyki Andromedy do granicy obserwowalnego Wszechświata

5,98 • 10

2 4

kg 6,37 • 10

6

m 9,8 m/s

2 1,01 • 10

5

Pa 86,3 min 42200 km 11,2 km/s 8,0 • 10

2 2

A • m

2 150 V/m, skierowane w dół

3,82 • 10

8

m 1,50 • 10

1 1

m 4,04 • 10

1 6

m 2,2 • 10

2 0

m 2,1 • 10

2 2

m ~ 10

2 6

m

Nazwy przedrostków jednostek SI

Czynnik Przedrostek Symbol Czynnik Przedrostek Symbol

10

2 4

decy d 10

2 1

jotta Y io-

1 zetta Z 10^

2

centy c 10

1 8

eksa E io-

3

mili m 10

1 5

peta P io-

6

mikro

|X 10

1 2

tera T IO"

9

nano n i o

9

G 10~

1 2

piko

P 10

6

giga

femto f 10

3

mega M io-

1 5 kilo k J0-18 atto

a 10

2

zepto z 10

1

hekto h io-

2 1 deka da

1 0

-24 jokto

y



David Robert Jearl Halliday Resnick Walker

FIZYKI

Z języka angielskiego tłumaczyli Mirosław Łukaszewski, Włodzimierz Komar i Rafał Bożek

W A R S Z A W A 2006 W Y D A W N I C T W O N A U K O W E PWN



Dane oryginału: David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker FUNDAMENTALS OF PHYSICS, PART 2 John Wiley & Sons, Inc.

Authorized translation from English language edition published by John Wiley & Sons, Inc. Copyright © 2001by John Wiley & Sons, Inc. Ali Rights Reserved

Projekt okładki i stron tytułowych Joanna Sobieraj

Przekład z języka angielskiego Mirosław Łukaszewski (rozdziały 13-15)

| Włodzimierz Komar | (rozdziały 16-18) Rafał Bożek (rozdziały 19-21)

Redaktor naukowy Jan Mostowski

Mirosław Łukaszewski

Redaktor Anna Bogdanienko

Korekta Małgorzata Kopczyńska

Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA Warszawa 2003

Wydawnictwo Naukowe PWN SA 00-251 Warszawa, ul. Miodowa 10 tel. 022 69 54 321 faks 022 69 54 031 e-mail: pwn@pwn.com.pl www.pwn.pl

ISBN-13: 978-83-01-14107-3 t. 2 ISBN-13: 978-83-01-13997-1 t. 1-5 ISBN-10: 83-01-14107-7 ISBN-10: 83-01-13997-8

Wydawnictwo Naukowe PWN SA Wydanie pierwsze, 2 dodruk Arkuszy drukarskich 41,5 Skład i łamanie: ArtGraph, Warszawa Druk ukończono w październiku 2006 r. Druk i oprawa: GRAFMAR Sp. z o.o. 36-100 Kolbuszowa Dolna, ul. Wiejska 43



SPIS ZAWARTOŚCI WSZYSTKICH TOMÓW

Rozdział 1. Pomiar

Rozdział 2. Ruch prostoliniowy

Rozdział 3. Wektory

Rozdział 4. Ruch w dwóch i trzech wymiarach

Rozdział 5. Siła i ruch I

Rozdział 6. Siła i ruch II

Rozdział 7. Energia kinetyczna i praca

Rozdział 8. Energia potencjalna i zachowanie energii

Rozdział 9. Układy cząstek

Rozdział 10. Zderzenia

Rozdział 11. Obroty

Rozdział 12. Toczenie się ciał, moment siły i moment pędu

Rozdział 13. Równowaga i sprężystość

Rozdział 14. Grawitacja

Rozdział 15. Płyny

Rozdział 16. Drgania

Rozdział 1 7. Fale I

Rozdział 18. Fale II

Rozdział 19. Temperatura, ciepło

i pierwsza zasada termodynamiki

Rozdział 20. Kinetyczna teoria gazów

Rozdział 21. Entropia i druga zasada termodynamiki

Rozdział 22. Ładunek elektryczny

Rozdział 23. Pole elektryczne

Rozdział 24. Prawo Gaussa

Rozdział 25. Potencjał elektryczny

Rozdział 26. Pojemność elektryczna

Rozdział 27. Prąd elektryczny i opór elektryczny

Rozdział 28. Obwody elektryczne

Rozdział 29. Pole magnetyczne

Rozdział 30. Pole magnetyczne wywołane przepływem

prądu

Rozdział 31. Zjawisko indukcji i indukcyjność

Rozdział 32. Magnetyzm materii; równanie Maxwella

Rozdział 33. Drgania elektromagnetyczne i prąd zmienny

Rozdział 34. Fale elektromagnetyczne

Rozdział 35. Obrazy

Rozdział 36. Interferencja

Rozdział 37. Dyfrakcja

Rozdział 38. Teoria względności

Rozdział 39. Fotony i fale materii

Rozdział 40. Jeszcze o falach materii

Rozdział 41. Wszystko o atomach

Rozdział 42. Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Rozdział 43. Fizyka jądrowa

Rozdział 44. Energia jądrowa

Rozdział 45. Kwarki, leptony i Wielki Wybuch

Dodatki

Odpowiedzi do sprawdzianów oraz pytań i zadań

o numerach nieparzystych

Skorowidz



13.1. Niektóre cechy sprężyste wybranych materiałów przydatnych w technice 16

14.1. Zmiana a

g

z wysokością 33

14.2. Prędkość ucieczki z kilku ciał niebieskich 41

14.3. Trzecie prawo Keplera dla planet Układu Słonecznego 44

15.1. Wybrane gęstości 62

15.2. Wybrane wartości ciśnienia 64

17.1. Różnice faz i charakter interferencji 139

18.1. Prędkość dźwięku 156

18.2. Głośności wybranych dźwięków 166

19.1. Wybrane temperatury w skali Celsjusza i Fahrenheita 192

19.2. Wartości współczynnika rozszerzalności liniowej wybranych substancji 195

19.3. Wartości ciepła właściwego wybranych substancji w temperaturze pokojowej 1

19.4. Wartości ciepła przemiany wybranych substancji 200

19.5. Pierwsza zasada termodynamiki: cztery przypadki szczególne 206

19.6. Wartości przewodności cieplnej właściwej wybranych substancji 209

20.1. Przykładowe prędkości cząsteczek w temperaturze pokojowej (T = 300 K) 232

20.2. Molowe ciepła właściwe przy stałej objętości 241

20.3. Liczba stopni swobody dla różnych cząsteczek 246

20.4. Cztery szczególne przemiany 251

21.1. Sześć cząsteczek w zbiorniku 277



Przedmowa

Równowaga i sprężystość 1

Jak można bezpiecznie odpocząć w czasie wspinaczki w kominie skalnym?

13.1. Równowaga 2

13.2. Warunki równowagi 3

13.3. Środek ciężkości 5

13.4. Kilka przykładów równowagi statycznej 7

13.5. Układy nieoznaczone 12

13.6. Sprężystość 14

Podsumowanie 18

Pytania 19

Zadania 20

Płyny 60 Dlaczego początkujący nurkowie czasem tracą życie?

15.1. Płyny w otaczającym nas świecie 61

15.2. Co to jest płyn? 61

15.3. Gęstość i ciśnienie 61

15.4. Płyny w spoczynku 64

15.5. Jak się mierzy ciśnienie? 67

15.6. Prawo Pascala 69

15.7. Prawo Archimedesa 71

15.8. Ruch płynów doskonałych 75

15.9. Równanie ciągłości 76

15.10. Równanie Bernoulliego 79

Podsumowanie 83

Pytania 84

Zadania 85

ROZDZIAŁ 14

Grawitacja 27

Jak można wykryć czarną dziurę ?

14.1. Siła grawitacyjna we Wszechświecie 28

14.2. Prawo powszechnego ciążenia 28

14.3. Grawitacja a zasada superpozycji 30

14.4. Grawitacja w pobliżu powierzchni Ziemi 32

14.5. Grawitacja wewnątrz Ziemi 36

14.6. Grawitacyjna energia potencjalna 37

14.7. Planety i satelity: prawa Keplera 42

14.8. Satelity: orbity i energia 46

14.9. Grawitacja według Einsteina 48

Podsumowanie 51

Pytania 52

Zadania 54

I B Drgania 93 Dlaczego budynki Mexico City zawaliły się pod wpływem bardzo odległego trzęsienia ziemi?

16.1. Drgania 94

16.2. Ruch harmoniczny 94

16.3. Siła w ruchu harmonicznym 98

16.4. Energia w ruchu harmonicznym 100

16.5. Wahadło torsyjne 102

16.6. Wahadła 103

16.7. Ruch harmoniczny a ruch jednostajny po okręgu 108

16.8. Ruch harmoniczny tłumiony 110

16.9. Drgania wymuszone i rezonans 112

Podsumowanie 113

Pytania 114

Zadania 116



Temperatura Fale 122

uda

Jak skorpion wykrywa obecność chrząszcza,

termodynamiki 187

nie widząc go ani nie słysząc?

Jak pszczoły wykorzystują ciepło do obrony przed szerszeniami?

17.1. Fale i cząstki 123

19.1. Termodynamika 188 17.2. Rodzaje fal 123

19.2. Zerowa zasada termodynamiki 188 17.3. Fale poprzeczne i podłużne 124

19.3. Pomiary temperatury 189

17.4. Długość fali i częstość 125

19.4. Skale Celsjusza i Fahrenheita 192

17.5. Prędkość fali biegnącej 128

19.5. Rozszerzalność cieplna 194

17.6. Prędkość fali w napiętej linie 131

19.6. Temperatura i ciepło 197

17.7. Energia i moc fali biegnącej w linie 134

19.7. Pochłanianie ciepła przez ciała stałe i ciecze 198

17.8. Zasada superpozycji fal 136

19.8. Bliższe spojrzenie na ciepło i pracę 202

19.9. Pierwsza zasada termodynamiki 205 17.9. Interferencja fal 137

19.10. Niektóre szczególne przypadki pierwszej zasady 17.10. Wskazy 140

termodynamiki 206 17.11. Fale stojące 142

19.11. Mechanizmy przekazywania ciepła 209

17.12. Fale stojące i rezonans 144

Podsumowanie 214

Podsumowanie 147

Pytania 216

Pytania 148

Zadania 217

Zadania 149

ROZDZIA

ROZDZIAŁ

Fale II 154

Jak nietoperz odnajduje ćmę w całkowitej ciemności?

18.1. Fale dźwiękowe 155

18.2. Prędkość dźwięku 155

18.3. Biegnące fale dźwiękowe 159

18.4. Interferencja 162

18.5. Natężenie i głośność dźwięku 1 64

18.6. Źródła dźwięków w muzyce 168

18.7. Dudnienia 171

18.8. Zjawisko Dopplera 173

18.9. Prędkości naddźwiękowe; fale uderzeniowe 178

Podsumowanie 179

Pytania 180

Zadania 182

S

Kinetyczna teoria gazów 224

Dlaczego przy otwarciu butelki z zimnym napojem gazowanym tworzy się mgiełka?

20.1. Nowe spojrzenie na gazy 225

20.2. Liczba Avogadra 225

20.3. Gazy doskonałe 226

20.4. Ciśnienie, temperatura i prędkość średnia kwadra­

towa 230

20.5. Energia kinetyczna ruchu postępowego 233

20.6. Średnia droga swobodna 233

20.7. Rozkład prędkości cząsteczek 236

20.8. Molowe ciepła właściwe gazu doskonałego 239

20.9. Stopnie swobody a molowe ciepła właściwe 244

20.10. Nieco fizyki kwantowej 246

20.11. Rozprężanie adiabatyczne gazu doskonałego 247

Podsumowanie 251

Pytania 253

Zadania 254

VIII Spis treści



Entropia i druga zasada termodynamiki 259

Co wyznacza kierunek czasu?

21.1. Kilka przemian nieodwracalnych 260

21.2. Zmiana entropii 261

21.3. Druga zasada termodynamiki 266

21.4. Entropia w świecie rzeczywistym: silniki 267

21.5. Entropia w świecie rzeczywistym: chłodziarki

21.6. Sprawność silników rzeczywistych 275

21.7. Statystyczne spojrzenie na entropię 276

Podsumowanie 281

Pytania 282

Zadania 283

DODATK

A. Międzynarodowy Układ Jednostek (SI) Al

B. Niektóre podstawowe stałe fizyczne A3

C. Niektóre dane astronomiczne A5

D. Współczynniki zamiany jednostek A7

E. Wzory matematyczne Al 1

F. Właściwości pierwiastków Al 4

G. Układ okresowy pierwiastków Al 7

Odpowiedzi do sprc oraz pytań i zadań o numerach niepar;

BI



f. PRZEDMOWA

Obecne, szóste wydanie Podstaw fizyki jest znacznie zmie­ nione — pod względem układu treści i organizacji ma­ teriału — w stosunku do bardzo popularnego wydania piątego, zachowuje jednak wiele elementów klasycznego podręcznika Davida Hallidaya i Roberta Resnicka. Nie­ mal wszystkie zmiany wynikają z sugestii wykładowców i studentów korzystających z wydania piątego oraz recen­ zentów maszynopisu wydania szóstego, a także z wyników badań nad procesem nauczania. Czytelnicy mogą nadsy­ łać swoje sugestie, poprawki oraz uwagi — pozytywne i negatywne — do wydawnictwa John Wiley and Sons (http://www.wiley.com/college/hrw) lub do Jearla Walkera (adres pocztowy: Physics Department, Cleveland State University, Cleveland, OH 44115, USA; faks: (USA) (216) 687-2424; adres elektroniczny: physics@wiley.com). Nie uda nam się pewnie odpowiedzieć na każdy list, ale wszyst­ kie zachowamy i uważnie przeczytamy.

Zmiany w organizacji materiału

^ Bardziej przejrzysty układ tekstu. Poprzednie wy­ dania oryginału były drukowane w dwóch szpaltach, co wielu studentów i wykładowców uważało za układ tekstu zbyt zagęszczony i prowadzący do rozproszenia uwagi czytelnika.

Potoczyste przedstawienie materiału. Wszystkim podręcznikom zarzuca się zwykle, że zawierają zbyt wiele materiału. W odpowiedzi na takie uwagi krytyczne szóste wydanie podręcznika zostało skrócone na dwa sposoby:

1. Materiał dotyczący szczególnej teorii względności i fizyki kwantowej został usunięty z rozdziałów począt­ kowych i umieszczony w dalszych rozdziałach, poświę­ conych fizyce współczesnej.

2. W książce pozostawiono tylko najważniejsze przy­ kłady, a pozostałe — bardziej wyspecjalizowane — prze­ sunięto do towarzyszącego podręcznikowi Zbioru za­

dań uzupełniających, który jest opisany w dalszej części przedmowy.

Zapis wektorów. Wektory są obecnie zapisywane jako symbol ze strzałką nad literą (np. F), a nie za pomocą czcionki półgrubej (jak F).

^ Użycie jednostek metrycznych. W podręczniku stoso­ wane są niemal wyłącznie jednostki metryczne. Jedynym wyjątkiem jest rozdział 1, w którym przedstawione są różne układy jednostek.

Układ i kolejność zadań. Zebrane w podręczniku zadania, przeznaczone do rozwiązania w ramach pracy domowej, są podzielone na grupy odnoszące się do kolej­ nych paragrafów tekstu głównego, a w ramach tych grup są ułożone w kolejności wzrastającej trudności. Wiele za­ dań z wydania piątego przesunięto jednak do Zbioru za­ dań uzupełniających, przy czym nie porządkowano ich ani pod względem trudności, ani tematyki w ramach roz­ działu (łączna liczba zadań w podręczniku i w Zbiorze zadań uzupełniających jest większa od liczby zadań w wydaniu piątym).

^ Rozwiązania zadań. Rozwiązania części zadań o nu­ merach nieparzystych są dostępne w postaci elektronicznej. W tym przypadku na końcu treści zadania umieszczona jest ikonka informująca studenta i wykładowcę, gdzie może w razie potrzeby znaleźć rozwiązanie. Informacja o zna­ czeniu poszczególnych ikonek jest zawarta na początku każdego zestawu zadań domowych. Ma ona postać:

www Rozwiązanie jest dostępne na stronie internetowej pod­

ręcznika: http://www.wiley.com/college/hrw ii w Rozwiązanie jest dostępne w postaci interaktywnej, wykorzystującej oprogramowanie lnteractive Learning- Ware (na tej samej stronic)

Materiały te są opisane w dalszej części przedmowy.

Współpraca

Wczytywanie...