«Теоретический минимум» - книга для тех, кто пропускал уроки физики в школе и институте, но уже жалеет об этом. Хотите разобраться в основах естественных наук и научиться думать и рассуждать так, как это делают современные физики? В оригинальной и нестандартной форме известные американские ученые Леонард Сасскинд и Джордж Грабовски предлагают вводный курс по математике и физике для пытливых умов. В отличие от прочих научно-популярных книг, пытающихся доступно объяснить законы физики, ловко уклоняясь от уравнений и формул, авторы учат читателя классическим основам естественных наук. Книга предлагает собственную оригинальную методику обучения, дополненную видеолекциями, публикуемыми на сайте theoreticalminimum.com.
Что такое классическая физика?
Термин классическая физика относится к той физике, которая существовала до появления квантовой механики. Классическая физика включает ньютоновские законы движения частиц, теорию электромагнитного поля Максвелла-Фарадея и общую теорию относительности Эйнштейна. Но это нечто большее, чем просто конкретные теории конкретных явлений; это ряд принципов и правил - базовая логика, подчиняющая себе все явления, для которых несущественна квантовая неопределенность. Этот свод общих правил называется классической механикой.
Задача классической механики состоит в предсказании будущего. Великий физик восемнадцатого века Пьер-Симон Лаплас выразил это в знаменитой цитате:
"Состояние Вселенной в данный момент можно рассматривать как следствие ее прошлого и как причину ее будущего. Мыслящее существо, которое в определенный момент знало бы все движущие силы природы и все положения всех объектов, из которых состоит мир, могло бы - если бы его разум был достаточно обширен для того, чтобы проанализировать все эти данные,- выразить одним уравнением движение и самых больших тел во Вселенной, и мельчайших атомов; для такого интеллекта не осталось бы никакой неопределенности и будущее открылось бы перед его взором точно так же, как и прошлое."
Содержание
Предисловие
Лекция 1 Природа классической физики
Интерлюдия 1 Пространства, тригонометрия и векторы
Лекция 2 Движение
Интерлюдия 2 Интегральное исчисление
Лекция 3 Динамика
Интерлюдия 3 Частное дифференцирование
Лекция 4 Системы из более чем одной частицы
Лекция 5 Энергия
Лекция 6 Принцип наименьшего действия
Лекция 7 Симметрии и законы сохранения
Лекция 8 Гамильтонова механика и симметрия относительно сдвига во времени
Лекция 9 Фазовая жидкость и теорема Гиббса-Лиувилля
Лекция 10 Скобка Пуассона, угловой момент и симметрии
Лекция 11 Электрические и магнитные силы
Приложение Центральные силы и планетные орбиты.
По кнопкам выше и ниже «Купить бумажную книгу» и по ссылке «Купить» можно купить эту книгу с доставкой по всей России и похожие книги по самой лучшей цене в бумажном виде на сайтах официальных интернет магазинов Лабиринт, Озон, Буквоед, Читай-город, Литрес, My-shop, Book24, Books.ru.
По кнопке «Купить и скачать электронную книгу» можно купить эту книгу в электронном виде в официальном интернет магазине «ЛитРес» , и потом ее скачать на сайте Литреса.
По кнопке «Найти похожие материалы на других сайтах» можно найти похожие материалы на других сайтах.
On the buttons above and below you can buy the book in official online stores Labirint, Ozon and others. Also you can search related and similar materials on other sites.
Самая распространенная жалоба школьника на трудность предмета звучит так: “Зачем мне эта дурацкая …. (тут можно поставить что угодно – физику, математику, историю, биологию), если я не собираюсь заниматься ей после школы?!”
Действительно, а нужно ли бедному ребеночку зубрить формулы и разбираться с законами Ньютона и Фарадея? Может, ну ее, эту пакость, займемся лучше чем-то интересным? Удивительно, но многие взрослые и сами не понимают, зачем учили физику в школе и искренне не видят связи между этой занимательной наукой и повседневной жизнью. Давайте же найдем эту связь!
Представьте себе свой обычный день. Вот вы встали с кровати, потянулись и посмотрели в зеркало. И законы физики заработали прямо с началом вашего дня!
Движение, отражение в зеркале, гравитация, которая заставляет вас идти по земле, а воду течь в раковину, а не вам в лицо, сила, которая требуется для того, чтобы поднять сумку или открыть дверь – все это физика .
Обратите внимание на лифт, легко и быстро поднимающий вас на нужный этаж, автомобиль или другой транспорт, компьютеры, планшеты и телефоны. Без физики все это никуда бы не поехало, не включилось и не заработало.
Развитие физики можно приравнять к прогрессу.
Сначала люди поняли законы оптики и изобрели простые очки , чтобы те, кто плохо видит, могли лучше ориентироваться, читать и писать. А затем на свете появились микроскопы , с помощью которых ученые сделали невероятные открытия в таких областях, как биология и медицина. И телескопы , в которые астрономы увидели планеты, звезды и целые галактики и смогли сделать выводы об устройстве Вселенной. Каждое открытие в физике помогает человечеству сделать новый шаг вперед.
Хорошо, скажете вы. Но ведь для всего перечисленного, для всех этих открытий и разработок существуют физики. То есть люди, сознательно выбравшие именно эту науку своей основной профессией. Причем же здесь остальные, да еще и гуманитарии? Им-то на что эти знания, если можно просто прочитать инструкцию к своему телефону и этого будет достаточно для его использования?
Мы уже писали, что , но кроме этого, приведем несколько примеров из повседневной жизни, когда базовое знание физики может пригодиться каждому. Причем, разберем только один раздел физики, практически полностью созданный Исааком Ньютоном, - механику.
Движение, скорость, ускорение.
Итак, все во Вселенной постоянно двигается, включая нашу планету и землю, по которой мы ходим. А ходим мы почти ежедневно в разные места. Значит, мы постоянно рассчитываем, насколько быстро доберемся до театра, работы, друзей, чтобы не опоздать. Задачи на скорость мы решаем в средней школе в рамках курса математики, но на самом деле это базовая физика.
Теперь представьте, что вы выбираете машину. У вас есть желание получить резвый автомобиль, но вам нужно возить семью, поэтому размер тоже имеет значение. То есть резвый и большой. И как же понять, какой подойдет? На что вы обратите внимание? На ускорение , конечно! Есть такой параметр – постоянное ускорение, то есть разгон от 0 до 100 км за количество секунд. Так вот чем меньше время от 0 до 100, тем бодрее будет ваша машина на старте и виражах. И это подскажет вам физика!
Когда вы начинаете (и продолжаете) водить машину, кое-что из базового курса физики вам очень пригодится. Например, вы сами поймете, что резко тормозить на трассе при скорости 120 км/ч только потому, что вам внезапно захотелось полюбоваться красивым видом, пожалуй, не стоит.
Даже если за вами не едет на такой же скорости еще несколько автомобилей, водители которых могут не успеть среагировать. Просто при торможении ускорение отрицательное, поэтому всех, кто сидит в машине, резко бросает вперед. Поверьте, впивающиеся в тело ремни и растянутые шейные мышцы – это неприятно. Просто имейте в виду такое понятие из физики, как ускорение.
Сила тяготения, импульс и другие полезности.
Физика расскажет о законе тяготения . То есть мы уже и так знаем, что если бросить предмет, то он упадет на землю. Что это значит? Земля притягивает нас и все предметы. Мало того, планета Земля притягивает даже такой тяжелый космический предмет, как Луна. Заметим, что Луна не улетает по своей траектории и каждый вечер показывается людям. Также не зависают в воздухе любые штуки, которые мы в сердцах бросили на пол. На брошенные предметы действует еще и ускорение, потому что у Земли огромная сила притяжения. А также сила трения.
Поэтому, зная об этих законах, можно понять, что происходит, если человек прыгает с парашютом. Связана ли площадь парашюта связана с замедлением скорости падения? Может, стоит просить парашют побольше? Как действует импульс на коленки парашютиста, и почему нельзя приземляться на прямые ноги?
А как выбрать горные лыжи? Вы отлично катаетесь или только начинаете? Подумайте о трении, уточните именно эти параметры своих новых лыж. Если вы новичок, не знающий физики, то очень вероятна ошибка в выборе. Успеете ли вы остановиться?
Окей, вы не собираетесь прыгать с парашютом и ничего не хотите знать про горные лыжи.
Вернемся к повседневности. Вот перед вами гайка и гаечный ключ. За какую часть ключа нужно взяться, чтобы приложить к гайке максимальную силу? Те, кто изучал физику, возьмутся за ключ как можно дальше от гайки. Чтобы открыть тяжеленную дверь в старое здание, нужно давить на нее с самого краю, подальше от петель. Нужно ли рассказывать про рычаг и точку опоры, которой так не хватало Галилею?
Наверное, этих примеров пока достаточно для иллюстрации ежедневного присутствия физики в нашей жизни. И это была только механика! А ведь есть еще оптика, которую мы упоминали в начале статьи, и электричество с магнитными полями. И это мы скромно молчим про теорию относительности.
Поверьте, физика на базовом уровне необходима каждому, чтобы не выглядеть глупо и смешно в самых обычных ситуациях.
Как готовиться к ЕГЭ по физике? Да и нужна ли старательному ученику какая-то специальная подготовка ?
«В школе по физике пятерка. Ходим на курсы. Что еще надо? Ведь физика - не литература, где надо прочитать 100 книг, прежде чем написать сочинение. Здесь всё просто: подставишь числа в формулу - получишь свои баллы».
Так обычно рассуждают недальновидные родители и ученики. «Для порядка» посещают подготовительные курсы при вузе. За месяц до экзамена обращаются к репетитору: «Поднатаскайте нас перед ЕГЭ и покажите, как решать типовые задачи». И вдруг гром среди ясного неба – низкие баллы на ЕГЭ по физике. Почему? Кто виноват? Может быть, репетитор?
Оказывается, что школьная пятерка по физике ничего не стоила! Получить ее несложно – прочитай параграф в учебнике, подними руку на уроке, сделай доклад по теме «Жизнь Ломоносова», - и готово. В школе не учат решать задачи по физике , а ЕГЭ по этому предмету почти полностью состоит из задач.
Оказывается, что в школе практически нет физического эксперимента. Ученик представляет себе конденсатор или рамку с током так, как ему фантазия подскажет. Очевидно, каждому фантазия подсказывает что-то своё.
Оказывается, во многих школах Москвы вообще нет физики. Часто ученики сообщают: «А у нас физику ведет историк. А у нас физичка год болела, а потом эмигрировала».
Физика оказалась где-то на задворках школьного образования! Она давно превратилась во второстепенный предмет, что-то вроде ОБЖ или природоведения.
В школе с физикой – настоящая катастрофа
.
Последствия этой катастрофы наше общество ощущает уже сейчас. Острая нехватка специалистов – инженеров, строителей, конструкторов. Техногенные аварии. Неспособность персонала управляться даже с тем оборудованием, которое построено в советское время. И в то же время – переизбыток людей с дипломами экономиста, юриста или «менеджера по маркетингу».
На инженерные специальности многие идут лишь потому, что там низкий конкурс. «В МГИМО не получится, в армию не хотим, значит, пойдем в МАИ, придется готовиться к ЕГЭ по физике». Вот и готовятся со скрипом, прогуливая занятия и удивляясь: почему это задачки не решаются?
К вам это не относится, правда?
Физика - это настоящая наука. Красивая. Парадоксальная. И очень интересная. «Натаскаться» здесь невозможно – надо изучать саму физику как науку.
Нет никаких «типовых» задач ЕГЭ. Нет волшебных «формул», в которые надо что-то подставить. Физика – это понимание на уровне идей. Это стройная система сложных идей о том, как устроен мир .
Если вы решили готовиться к ЕГЭ по физике и поступать в технический вуз – настраивайтесь на серьезную работу.
Вот несколько практических советов:
Совет 1.
Начинайте готовиться к ЕГЭ по физике заблаговременно. Два года, то есть 10 и 11 класс – оптимальный срок подготовки. За один учебный год еще можно успеть что-то сделать. А начнете за два месяца до экзамена – рассчитывайте максимум на 50 баллов.
Сразу предостерегаем от самостоятельной подготовки. Решать задачи по физике – это мастерство. Более того – это искусство, научиться которому можно только под руководством мастера – опытного репетитора.
Совет 2.
Физика невозможна без математики. Если у вас есть пробелы в математической подготовке – ликвидируйте их немедленно. Вы не знаете, есть ли у вас эти пробелы? Легко проверить. Если вы не можете разложить вектор по составляющим, выразить неизвестную величину из формулы или решить уравнение – значит, займитесь математикой .
Ведь решение многих задач ЕГЭ по физике заканчивается получением численного ответа. Вам нужен непрограммируемый калькулятор с синусами и логарифмами. Офисный калькулятор с четырьмя действиями или калькулятор в мобильном телефоне – не годится.
Купите непрограммируемый калькулятор в самом начале подготовки, чтобы освоить его на уровне автоматизма. Каждую задачу, которую решаете, доводите до конца, то есть до правильного численного ответа.
По каким книгам лучше всего готовиться к ЕГЭ по физике?
1. Задачник Рымкевича.
Он содержит много простых задач, на которых хорошо набивать руку. После «Рымкевича» формулы запоминаются сами собой, и задачи части А решаются без труда.
2. Еще несколько полезных книг:
Бендриков Г. А., Буховцев Б. Б., Керженцев В. В., Мякишев Г. Я. Задачи по физике для поступающих в ВУЗы.
Баканина Л. П., Белонучкин В. Е., Козел С. М. Сборник задач по физике: Для 10–11 классов с углубленным изучением физики.
Парфентьева Н. А. Сборник задач по физике. 10–11 класс.
Самое главное. Чтобы успешно готовиться к ЕГЭ по физике, надо четко осознавать, для чего вам это нужно. Ведь не только для того, чтобы сдать ЕГЭ, поступить и откосить от армии?
Возможный ответ может быть таким. Готовиться к ЕГЭ по физике надо для того, чтобы стать в будущем высококлассным, востребованным специалистом. Более того – знание физики поможет вам стать по-настоящему образованным человеком.
Физика — точная и фундаментальная наука, которая изучает общие закономерности различных природных явлений, а также законы строения и движения материи. Все законы и понятия физики формируют основы предмета естествознания.
В средней школе появляется отдельный предмет — физика, главной целью которого является формирование у учащихся знания предмета, стиля мышления и научного мировоззрения. С седьмого по девятый класс школьники изучают базовый курс физики , благодаря которому формируется представление о физической картине мира, изучаются основные физические понятия, термины и законы, а также основные алгоритмы для решения задач, развиваются исследовательские и экспериментальные навыки. В конце девятого класса ученики сдают ГИА по физике . По запросу в поисковике «физика бесплатно» в Интернете можно найти различные видеоуроки, справочники, книги и статьи, которые помогут подготовиться самостоятельно.
Экспериментальная и теоретическая физика
Очень трудно определить грань, где заканчивается теоретическая часть курса по физике и начинается экспериментальная, так как они очень тесно взаимосвязаны и дополняют друг друга. Целью экспериментальной физики является проведение различных экспериментов для проверки гипотез, законов, а также установление новых фактов. Теоретическая физика ориентирована на объяснение различных природных явлений исходя из физических законов.
Структура предмета физика
Структурно предмет физики поделить достаточно сложно, так как она тесно связана с другими дисциплинами. Однако в основе всех ее разделов лежат фундаментальные теории, законы и принципы, которые описывают суть физических процессов и явлений.
Основные разделы физики:
- механика — наука о движении и вызывающих движение силах;
- молекулярная физика — раздел изучающий физические свойства тел с точки зрения их молекулярного строения;
- колебания и волны — раздел физики, в котором рассматриваются периодические изменения движения частиц;
- теплофизика — группа дисциплин по теоретическим основам энергетики;
- электродинамика — раздел, изучающий свойства электромагнитного поля, электрические и магнитные явления, электрический ток;
- электростатика — раздел физики, в котором рассматривается электростатическое поле, а также электрические заряды;
- магнетизм — наука о магнитных полях;
- оптика изучает свойства и природу света;
- атомная физика — раздел физики о свойствах атомов и молекул;
- квантовая физика — раздел физики, который изучает квантово-механические и квантово-полевые системы, законы их движения.
Как подготовиться к ГИА по физике?
Нужно повторять и изучать материал в соответствии с требованиями к ГИА по физике. В этом помогут различные справочники, пособия и сборники тестовых заданий. Полезными будут по физике бесплатные занятия с разбором демовариантов ГИА, которые представлены на сайте сайт.
Следует интересоваться дополнительными материалами и принять участие в пробном тестировании. Во время выполнения тестовых заданий происходит знакомство с особенностями вопросов. Замечено, что ученики, которые проходили тестовые занятия в итоге набирали более высокие баллы. Необходимо составить план самостоятельных занятий с указанием тем, которые планируется выучить для ГИА по физике . Можно начать с наиболее трудных и непонятных. Также не нужно стараться выучить сразу весь учебник или пересмотреть все видеоуроки. Важно структурировать изучаемый материал, составлять планы и таблицы, которые помогут лучшему запоминанию и повторению. Не помешает чередовать занятия и отдых, а также быть уверенным в своих силах и не думать о неудачах.
Все, что происходит в нашем мире, происходит благодаря воздействию определенных сил в физике. И выучить каждую из них придется если не в школе, то уж в институте точно.
Конечно, вы можете попытаться вызубрить их. Но гораздо быстрее, веселее и интереснее будет просто осознать суть каждой физической силы как она взаимодействует с окружающей средой.
Силы в природе и фундаментальные взаимодействия
Сил существует огромное множество. Сила Архимеда, сила тяжести, сила Ампера, сила Лоренца, Кореолиса, сила трения-качения и др. Собственно, все силы выучить невозможно, так как не все они еще открыты. Но и это очень важно - все без исключения известные нам силы можно свести к проявлению так называемых фундаментальных физических взаимодействий .
В природе существуют 4 фундаментальных физических взаимодействия. Точнее будет сказать, что людям известны 4 фундаментальных взаимодействия, и на данный момент иных взаимодействий не обнаружено. Что это за взаимодействия?
- Гравитационное взаимодействие
- Электромагнитное взаимодействие
- Сильное взаимодействие
- Слабое взаимодействие
Так, сила тяжести - проявление гравитационного взаимодействия. Большинство механических сил (сила трения, сила упругости) являются следствием электромагнитного взаимодействия. Сильное взаимодействие удерживает нуклоны ядра атома вместе, не давая ядру распасться. Слабое взаимодействие заставляет распадаться свободные элементарные частицы. При этом, электромагнитное и слабое взаимодействия объединены в электрослабое взаимодействие .
Возможным пятым фундаментальным взаимодействием (после открытия бозона Хиггса ) называют поле Хиггса . Но в этой области все изучено настолько мало, что мы не будем спешить с выводами, а лучше подождем, что скажут нам ученые из ЦЕРНа.
Учить законы физики можно двумя способами.
Первый – тупо выучить значения, определения, формулы. Существенный недостаток этого способа – он вряд ли поможет ответить на дополнительные вопросы преподавателя. Есть и другой немаловажный минус этого метода – выучив таким образом, вы не получите самого главного: понимания. В итоге, заучивание правила/формулы/закона или чего бы там ни было позволяет приобрести лишь непрочные, кратковременные знания по теме.
Второй способ – понимание изучаемого материала. Но так ли легко понять то, что понять (по вашему мнению) невозможно?
Есть, есть решение этой ужасно трудной, но решабельной проблемы! Вот несколько способов того, как выучить все силы в физике (и вообще в любом другом предмете):
На заметку!
Важно помнить и знать все физические силы (ну или выучить весь список их в физике), чтобы избежать неловких недоразумений. Помните, что масса тела – это не его вес, а мера его инертности. Например, в условиях невесомости тела не имеют веса, потому как отсутствует гравитация. А вот если вы захотите сдвинуть тело в невесомости с места, придется воздействовать на него с определенной силой. И чем выше масса тела, тем большую силу придется задействовать.
Если вам удастся представить себе, каким образом вес человека может меняться в зависимости от выбора планеты, вам удастся довольно быстро разобраться с понятием гравитационной силы, с понятиями веса и массы, силой ускорения и прочими физическими силами. Это понимание принесет с собой логическое осознание других происходящих процессов, и в результате вам не придется даже заучивать непонятный материал – вы сможете запоминать его по мере прохождения. Достаточно просто понять суть.
- Чтобы понять электромагнитное воздействие, достаточно будет просто понять, каким образом ток протекает по проводнику и какие при этом образуются поля, как эти поля взаимодействуют руг с другом. Рассмотрите это на простейших примерах, и вам не составит труда разбираться в принципах работы электродвигателя, принципах горения электрической лампочки и пр.
Преподавателя в первую очередь будет волновать то, насколько хорошо вы разбираетесь в изученном материале. И не так уж важно, будете ли вы помнить назубок все формулы. А в случае решения контрольных, лабораторных, задач, практических работ или купить РГР вам всегда смогут помочь наши специалисты , сила которых таится в знаниях и многолетнем практическом опыте!
