Интерактивный курс по общей Физике для технических направлений подготовки

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

сетевой учебно-методический комплекс

Видео-анимации для сопровождения лекционных занятий

Видео-анимации позволяют наглядно демонстрировать физические законы и процессы.
Оригинальные анимации принадлежат авторам сайта www.physics-animations.com


Механика


Вынужденная прецессия гироскопа. Маховик гироскопа совершает медленное вращение (прецессию) в горизонтальной плоскости, причём угловая скорость прецессии тем больше, чем больше масса подвешенного грузика.

Пассивное и активное гашение вибраций. Наиболее практически значимым случаем является введение в систему слабой обратной связи, убирающей резонансный пик, в то время как непосредственно подавление высокочастотных вибраций осуществляется пассивной частью системы (пружина и амортизатор).

Центральные и нецентральные столкновения шаров. Закон сохранения энергии и импульса.

Баллистический маятник. Пуля попадает в массивный маятник и застревает в нём. По амплитуде колебаний маятника определяют скорость пули.

Связанные маятники. Энергия передаётся от одного маятника ко другому и назад. В результате амплитуда колебаний каждого из маятников периодически изменяется.

Гармонические колебания пружинного маятника. Оставляемый на движущейся ленте след имеет форму синусоиды. Частота колебаний определяется массой груза и жёсткостью пружины.

Движение геостационарных и низкоорбитальных спутников, а также спутников на эллиптической орбите. Законы Кеплера. Спутниковая группировка "Иридиум".

Свободное движение тел в гравитационном поле Земли. На анимации показаны траектории полёта снаряда при стрельбе под углами 30, 45 и 70 градусов. Максимальная дальность полёта снаряда достигается при стрельбе под углом, равном 45 градусов.

Астрономы ранее высказывали предположения, что при столкновении галактик черные дыры, находящиеся в их центрах, могут сливаться. Новая компьютерная модель подтверждает, что такие колоссальные события действительно происходят с частотой примерно раз в год. Анимация даёт визуальное представление о процессе слияния двух чёрных дыр с поглощением межзвёздной пыли и газа.

Английский физик Генри Кавендиш определил, насколько велика сила гравитационного притяжения между двумя объектами. Для этого он использовал установку, схематически показанную на анимации. В результате этого эксперимента была достаточно точно определена гравитационная постоянная, что позволило Кавендишу впервые определить и массу Земли.

Один из самых древних экспериментов - Эратосфена Киренского, жившего в третьем веке до н.э.. Из-за кривизны земной поверхности, тени, отбрасываемые двумя одинаковыми столбами в полдень дня летнего солнцестояния в городе Сиен и в городе Александрия, имели разную длину. Измеряя длины теней он впервые определил радиус земного шара.

Используя наклонную плоскость с гладкой канавкой посередине, Галилей выяснил, что скорость скатывающегося шара квадратично зависит от времени. Это опровергало мнение Аристотеля, что скорость шаров будет постоянной.

Анимация показывает лабораторную реализацию эксперимента Жана-Бернара-Леона Фуко, проведённого в 1851 году. Французский физик экспериментально доказал вращение Земли вокруг оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Используя вращающийся лабораторный столик, можно смоделировать вращение Земли и изучить траекторию движения маятника Фуко.

Согласно легенде Галилео Галилей сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и пулю. Засекая время полёта каждого из тел, Галилей пришел к заключению, что "в среде, полностью лишенной всякого сопротивления, все тела падали бы с одинаковой скоростью". Вскоре это было подтверждено экспериментами Ньютона по падению тел в вакууме.

Солнечные часы. Циферблат устанавливается так, чтобы стержень был направлен точно на север — на Полярную звезду. Время отсчитывается по положению тени, отбрасываемой стержнем. Такие часы называются экваториальными: плоскость их циферблата параллельна плоскости экватора.


Электричество


Распространение линейно поляризованной бегущей электромагнитной волны. Вектора напряжённости электрического поля E и напряжённости магнитного поля H перпендикулярны между собой и по отношению к направлению распространению света.

Магнитные явления в ферромагнетиках: магнитострикция, гистерезис, вращение доменов и движение Блоховской стенки.

Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц на атомах металлической фольги. Было обнаружено, что некоторые частицы резко изменяли направление движения. Это стало доказательством наличия в атоме положительного ядра, обладающего малыми размерами и очень большой плотностью.

Движение заряженных частиц в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Электромагнитный метод разделения изотопов.

Каналирование электронов и позитронов в кристаллах.

Движение электронов в электронно-лучевой трубке осциллографа.

Эксперимент Роберта Милликена, в котором был измерен заряд электрона. Исследовалось поведение заряженных капель масла в электрическом поле конденсатора. Освещением рентгеновскими лучами можно слегка ионизировать воздух между пластинами конденсатора и изменять заряд капли. Милликен установил, что заряд капли изменялся дискретно на одну и ту же величину e.

Фокусировка параксиального пучка заряженных частиц в продольном магнитном поле.


Термодинамика


Хаотическое движение миниатюрной частицы, подвешенной в жидкости или газе (Броуновское движение).

Распределение Больцмана. Движение молекул газа в гравитационном поле.

Сжатие и расширение адиабатически изолированного газа сопровождается его нагреванием и охлаждением. Скорость движения молекул при адиабатическом сжатии газа увеличивается, а при расширении - уменьшается.

Тепловые колебания осциллятора. Под действием некомпенсированных ударов молекул поршень совершает хаотические движения относительно положения равновесия. Если состояние всей системы установилось, то, согласно теореме о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы, средняя кинетическая энергия движения поршня вдоль оси цилиндра равна средней кинетической энергии движения молекулы газа в том же направлении: kT/2.

Распределение Максвелла. Доска Гальтона.

Разделение изотопов методом изотермической эффузии. На анимации в левой части сосуда находится смесь частиц двух типов, отличающихся по массе в 25 раз. Скорость лёгких частиц в 5 раз больше скорости тяжёлых частиц, они чаще ударяются о стенки и, следовательно, быстрее переходят в правую часть сосуда.

Молекулярные структуры. Молекулы кофеина и этанола.

Формирование молний как электрического разряда между отрицательно заряженными тучами и положительно заряженной поверхностью Земли.


Оптика


Волоконно-оптический атомный силовой микроскоп.

Формулы Френеля. Отражение и преломление светового пучка на границе раздела двух сред: стекла с коэффициентом преломления n=1.5 и воздуха с коэффициентом преломления n=1

Линейная и круговая поляризация света. Изучение тонких плёнок методами эллипсометрии.

Дисперсия света на стеклянной призме позволяет разложить световой пучок на спектральные составляющие, распространяющиеся под разными углами к первоначальному направлению.

Дифракция Фраунгофера на одной и двух щелях.

Возбуждение колебаний микрорезонатора модулированным оптическим излучением при помощи волоконного световода. Это явление используется в микрорезонаторных волоконно-оптических датчиках.

Согласно теории цветовое зрения Юнга-Гемгольца ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зеленого и синего цвета. На анимации накладывающиеся области этих трёх цветов выглядят как белое пятно.

Волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо, образованный торцом волокна и внешним зеркалом. При приближении зеркала к световоду интенсивность излучения пульсирует за счёт интерференции лучей. См. волоконно-оптические датчики.

Рубиновый лазер. Под действием вспышки спиральной газоразрядной лампы в стержне из рубина возбуждается лазерная генерация.

Искажение изображения в собирающей линзе (дисторсия). Прямые линии, проходящие через главную оптическую ось, отображаются в виде прямых, а прочие искажаются.