Сборник избранных задач по физике для аспирантов отражает двадцатилетний опыт приема экзаменов на физическом факультете Чикагского университета.
В нем сформулированы задачи по всем разделам классической и современной физики, а также по смежным дисциплинам (математической физике и электронике) и даны решения поставленных задач.
Исключение составляют методические задания для экспериментаторов, на которые решения не приводятся ввиду многообразия вариантов решений и их связи с современным уровнем развития экспериментальных методов физики.
Справочник содержит данные по механическим, термодинамическим и молекулярно-кинетическим свойствам веществ, электрическим свойствам металлов, диэлектриков и полупроводников, магнитным свойствам диа-, пара- и ферромагнетиков, оптическим свойствам веществ, в том числе и лазерных, оптическим, рентгеновским и мёссбауэровским спектрам, нейтронной физике, термоядерным реакциям, а также геофизике и астрономии.
Материал представлен в виде таблиц и графиков, сопровождаемых краткими объяснениями и определениями соответствующих величин. Для удобства пользования приведены единицы измерения физических величин в различных системах и переводные множители.
В настоящий Сборник включены задачи, предлагавшиеся в течение многих лет студентам Московского физико-технического института на экзаменах по физике. Инициатива издания настоящего Сборника главным образом принадлежит заведующему кафедрой физики проф. С. П. Капице.
Составители отобрали и отредактировали для Сборника те задачи из обширного архива кафедры физики МФТИ, которые казались наиболее интересными с физической точки зрения. В целом в Сборнике довольно высок удельный вес задач повышенной трудности.
По этому многие задачи, включенные в Сборник, снабжены решениями или подробными указаниями. Вместе с тем было признано целесообразным в ряде случаев не указывать ход решений и ограничиться приведением только окончательных ответов. В Сборнике предпочтительно использована система единиц СИ, а также абсолютная гауссова система.
Со времени выхода в свет первого издания этой книги прошло более десяти лет. Несмотря на то, что почти одновременно появилось несколько хороших книг, посвященных тому же разделу курса общей физики, наша книга нашла своих читателей. Об этом свидетельствует быстрое исчезновение книги с полок книжных магазинов, не исключая и букинистических.
За истекшее время мнение авторов о том, каким должен быть курс молекулярной физики в высшей школе, не претерпел существенных изменений, однако в настоящем издании книга частично переработана: некоторые параграфы написаны заново, изменен порядок расположения некоторых других, введены новые параграфы. Эти изменения отчасти вызваны опытом «эксплуатации» книги, отчасти — изменениями, происходящими с течением времени в самой физике.
Курс физики, включающий в себя разделы по электричеству и магнетизму, колебаниям и волнам, предназначен для высших технических учебных заведений разных специальностей. Рукопись была подготовлена одним из основателей отечественной методики физики профессором Николаем Владимировичем Кашиным незадолго до смерти (1959 г.).
Однако в дальнейшем понадобилось ее перестроить и дополнить в соответствии с новой программой (1961 г.) курса физики Министерства высшего и среднего специального образования СССР. Сейчас книга по объему знаний полностью отвечает этой программе.
Если бы физика была чисто экспериментальной наукой, то ее задача исчерпывалась бы обнаружением и тщательным описанием тех или иных явлений природы.
Например, можно было бы довольствоваться наблюдением и описанием явлений свечения при прохождении тока через разреженные газы.
Такой метод работы в наше время с полным основанием считается неудовлетворительным, тем более, что даже современной технике информации не под силу создать картотеку, позволяющую указать, что будет происходить при заданных условиях в той или иной установке.
Как только ставится вопрос о взаимосвязи явлений, мы вступаем в область теории, которая связывает друг с другом наблюдаемые явления и не только объясняет обнаруженные, но и предсказывает новые явления, основываясь на более или менее непосредственной проверяемых основных гипотезах.
Теория теплоты, как и теория электричества, имеет два аспекта. Феноменологическая теория теплоты — термодинамика — оперирует такими понятиями макромира, как температура, количество теплоты и т. п. Эти величины непосредственно измеримы. Экспериментально установленные законы термодинамики имеют то преимущество, что они не опираются ни на какие гипотезы.
С другой стороны, именно для законов термодинамики, таких, например, как закон возрастания энтропии, чувствуется потребность в более глубоком их обосновании. Это обоснование дает статистическая теория, которая основана на атомистических представлениях и поэтому обладает большей наглядностью.
В теории теплоты нередко бывает полезно взглянуть на существо излагаемого материала с точки зрения того и другого метода, но обычно термодинамическая и статистическая теории излагаются по отдельности. Это вовсе не означает, что между ними имеется непроходимая грань.
Бурное развитие физики в последние десятилетия, состояние и темпы развития техники современного производства, переход на всеобщее среднее образование совершенно изменили расстановку тех педагогических целей и задач, к достижению и решению которых должна стремиться школа и которые должны реализовываться в учебниках. Традиционное стремление дать наибольшее количество различных сведений в учебниках и в преподавании изживает себя.
Более того, погоня за сообщением наибольшей информации, детализацией сведений о всех, хотя и очень интересных и важных новинках быстро развивающейся науки и техники начала наносить ущерб развитию способности учащихся самостоятельно мыслить и применять основные законы физики, умению находить и воспринимать новые знания, рабочещощра в науке. Эта погоня стала создавать затруднения для выпускников средней школы в начале их трудовой деятельности и при продолжении обучения в высшей школе.
С изданием настоящей книги советский читатель получает в русском переводе еще один том «Лекций по теоретической физике» известного немецкого физика А. Зоммерфельда.
Общий характер этой книги не отличается от других томов, написанных им же, где автор не стремится к исчерпывающей полноте и систематическому изложению предмета. Это, пожалуй, в особенно сильной степени относится именно к данному тому, посвященному механике сплошных сред — гидродинамике и теории упругости.
Предлагаемая вниманию читателя книга А. Зоммерфельда посвящена изложению основ термодинамики и статистической физики. Она является пятым, хронологически последним, томом серии «Лекции по теоретической физике» и вышла уже после смерти автора. Зоммерфельд не успел закончить подготовку книги к печати, и это было выполнено Боппом и Мейкснером.
По сравнению с другими томами, которые, как правило, содержали изложение избранных вопросов данной дисциплины, в настоящей книге круг рассматриваемых проблем отличается значительно большей полнотой.
