Compendiu de Fizica pentru admitere in invatamantul superior

880 Pages·1972·38.766 MB·Romanian

by  Constantinescu, Cristian

COMPENDIY
“TEFIGA
eee

~ RONITERE
— Oe

-_ SPERIN

Lucrarea a fost elaborata de:
Lect. univ. dr. ION BUNGET
Lect. univ. LUCIAN BURLACU
Lect. univ. dr. DUMITRU CIOBOTARU
Asist. univ. ADRIAN COSTESCU
Lect. univ. VIORICA FLORESCU
Lect. univ. LUCIAN GEORGESCU
Asist. univ. MIRCEA RUSU
Coordonatorul colectivulut:
Lect. univ. Dr. I. BUNGET
Coperta:
NICOLAE SIRBU
COMPENDIU DE FIZICA
pentru admitere
in invatamintul superior
Pref ata:
Prof. univ. dr. CRISTIAN CONSTANTINESCU
Facultatea de Fizica
Universitatea din Bucuresti
Co
Editura Sttunjifica
BUCURESTI, 1972
Pref ata
Experienta ultimelor 3—4 decenti arata cd descoperirtle in domeniul fizicti au
oimportantd excepfionala pentru umanitate, nu numai pentru productia de bunurt
materiale, ci si pe un plan mat general, social st chiar politic.
Pentru ilustrare este suficient sd amintim numai citeva realizdri ale fizicit, care
contribute direct la progresul soctetatit: reactorul nuclear $i reactitle termonucleare
divijate, cu implicatu extraordinare pentru energetica viitorului; tranzistorul st
numeroase alte dispozitive semiconductoare care au revolufionat electronica; laserul,
cu importante aplicafir in tehnologie, telecomunicafit, medicind etc.
Patrunderea fizicti in cele mai diferite ramuri ale economiet, stiintet, tehnicii
militave etc., determind o crestere din ce in ce mat accentuata a cerertlor de fizicient
cu inalté calificare in institute de cercetdri de diferite specialitati, laboratoare uzi-
nale, metrologie, labovatoare de analizé sau direct in produchie.
Cresterea nivelului de pregative in fizicd este insd o problema de mare actuali-
tate nu numai pentru fizicient ci st pentru o categorie mult mai larga de specialisti,
avind in vedere ca fizica este de mare utilitate pentru numeroase specialitafi teh-
nice (electronica, electrotehnica, energetica, metalurgia, termotehnica etc.), avind
de asemenea implicatii directe sau prin domenit de granita cu multe alte discipline
ca chimia, biologia, medicina, geologia $i altele.
Din cele de mat sus rezultd cd, practic, intreg invdtdémintiul tehnic, universitar ( de
stiintele naturit), invdfdmintul medical, militar etc. benefictazd in cea mat mare
masura de fizicd $i se poate prevedea ca in vittor aportul fizicii va creste si mai mult.
Pe de alta parte, in dezvoltarea actuald si de perspectivd a invdtamintulut tehnic
in tara noastra, pregdtivea de fizicd joacd de asemenea un rol important. Este su-
ficient sé amintim scolile tehnice de electronica si mat ales cele in domeniul teh-
nicit nucleare pentru care fizica reprezintd una din disciplinele fundamentale.
In sfirsit, trebuie subliniat faptul cd fizica nu oferd numai un anumit bagaj de
cunostinte de specialitate, ct insusirea ei contribuie si la formarea unet conceptit
materialiste asupra fenomenelor naturit si interpretdrit lor.
Imbundtitivea pregativti de fizicd la toate nivelele invdtdmintulut, contribuie
in mod hotaritor la formarea unor specialisti de inaltd calificare si, prin aceasta,
la accelerarea progresului tehnico-stiintific in tara noastrd, la dezvoltarea eco-
nomiet nationale.
Lucrarea de fata constitute o incercare reusitd de a prezenta in mod unitar bazele
fizicit, la un nivel corespunzdtor pregatirii generale a elevilor de la sectia reala a
liceelor, tintnd seama, in lintt generale, de programele analitice respective. Nivelul
este insd superior manualelor de fizicd de licen (prin manualele actuale, dupd pédre-
2
rea subsemnatulut, se subapreciaza posibilitatile de asimilare ale elevilor) in primul
vind prin folostvea judicioasd a matematicit (elemente de calcul diferential si
integral).
Colectivul de autori este format din fizicient de la Facultatea de Fizicd a
Universitatii din Bucuresti, care se bucurd de prestigiu in activitatea lor didacticad
$t stiinfificd.
Necesitatea unet asemenea cérti a fost mentionata in repetate rinduri atit de cadre
didactice cit si de elevi, frind impusa de mat multe motive printre care citédm:
— fizica este predatad in liceu de-a lungul a 5 ant, unele capitole fiind fragmen-
tate pe diferiti ani, ceea ce face ca ansamblul cunostinjelor de fizicd sd nu formeze
un sistem inchegat. Lipsa acestut sistem este generatd si de faptul cd nu existd o
corelare intre manualele pentru diferite clase, deoarece si colectivele de autori sint
de vegula diferite;
— in claselea XI-a si a XII-a elevii se intilnesc cu elemente de matematicd supe-
vioava (calcul diferential st integral, geometrie analiticd) care nu sint folosite
in tratarea exactéd a unor probleme de fizicd si in definitia riguroasd a wnor
marimi fizice.
Autorit lucrarti de fatd au incercasta vind in ajutorul candidatilor de la admitere
in invatimintul superior prin realizavea unei sinteze a programe: de fizicd predata
in liceu facind insd uz de unele elemente de matematicd superioara. In decursul
expunerit sint prezentate unitafile de madsurd din sistemul international, dar, lucru.
pozitiv, sint prezentate st unele unitali tolerate, inca folosite curent in practicad, ca
de exemplu: cal-putere, calorie, gauss, electron-volt. Autorit au avut in vedere,
in mod justificat, faptul cad sistemul SI nu este inca suficient de inradacinat in
toate domentile fizicui: distantele dintre atomi si alte particule sau dimensiunile
lor liniare sint incd evaluate in A; caloria este incd des folositdé ca unitate pentru
cantitatea de caldurd, tar ohm-cm pentru rezistivitatea electricd.
Structura cartit este cea clasicad (mecanica, fizicd moleculara si cdldura, electri-
citate si magnetism, opticd si fizicd atomicad) , dar contine si o parte separatd, ,,Ele-
mente de fizica solidulur, parte care prezintad unele fenomene a caror descriere este
dispersata in manuale la alte capitole (benzt de energie, semiconductori, tranzistori,
efect termoelectyonic, supraconductibiltate, difractia vadiatiilor X, laserul). Aict
aceste probleme se trateazd in mod unitar $i la un nivel superior celui din manuale.
Trebure apreciatad pozitiv introducerea acestut capitol avind in vedere ca in prezent
fizica solidulut reprezintd o ramurd distinctd a fizicit, de mare actualitate stiin-
fificad st aplicativd.
Pentru ca lucrarea sd nu veprezinte o simpla reformulare sau veorganizare a
materiet de liceu, Editura a tncurajat pe autori sad includd $i unele elemente not
fata de programa de liceu st de admitere, avindu-se in vedere ca aceasté carte nu
trebuie sd reprezinte un simplu manual, ci sd satisfacd parfial setea de cunoastere
a unor elevi mat pasionati pentru frzicd, sd vind st in ajutorul profesorulut de licen,
sd arate in ultima instan{d ca ansamblul de cunostinte insusit pind la acest stadiu
nu este inchis, ca el face parte dintr-un sistem mai larg, cu implicatit stiintifice
si practice deosebit de tmportante.
Vom sublinia in continuare citeva din ,noutatile incluse de autori in lucrare.,.
cave veprezinta aproximativ un sfert din volumul materialulus:
— In partea de Mecanicd mentiondm tratarea detaliatd a oscilatiuilor amorti-
zate $i suprapunerea undelor in diferite cazurt, precum si dinamica punctului de
masa variabild, cu aplicatit la rachete.,
6
— La Caldurd si fizicé molecularaé se remarcd aprofundarea teoriet cinetice a
gazelor, precum si introducerea a doud capitole consacrate fenomenelor de transport,
st unor elemente de fizicd statistica,
— In partea a treia (Electricitate, magnetism si elemente de electronica) sint
prezentate unele fenomene legate de electricitatea atmosfericd, deducerea legit lui
Ohmi in modelul electronilor liberi, elemente de geomagnetism, forme de magnetism.
In partea a patra (Optica si spectroscopie) retine atentia tratarea detaliatd
a opticii geometrice pornind de la notiunea de dioptru, dezvoltarea spectroscopies
st aplicatiile et.
— In partea a cincea (Fizicd atomicd si nucleard si elemente de mecanicd cuan-
ticd) se remarcd expunerea riguroasd a modelului vectorial al atomului, o prezen-
tare mat larga a frzicti nucleului st particulelor elementare st in sfirsit, ca un capitol
de sine stdtator, o introducere in mecanica cuantica, disciplina cave stad la baza in-
tregi fizict moderne.
Consider ca autorii meritad felicitari pentru curajul cu care au abordat aceasta
problema, pentru nivelul si modul de prezentare judicioase si accestbile pentru
elevt.
Pentru aprofundarea cunostintelor cartea confine un numar de aproximativ 90
probleme, cu solutit s¢ indicatii, unele dintre ele avind un grad sport de difi-
cultate.
Trebuie mentionat faptul cd aceasta carte nu este un manual obligatoriu pentru
examenul de admitere, ci constituie numat un ghid pentru candidatii la acest exa-
men, o incercare de a sport interesul pentru fizicd, stiintd fundamentala, cu largt
wmplicatit in numeroase domenii de activitate, care au fost ardtate mai sus.
Consider cd lucrarea si-a atins scopul propus, autorit reusind sd rezolve cu deo-
sebtt succes o serie de probleme difictle, legate de continut, nivel 51 metodica.
Aceasta lucrare de incontestabild valoare se inscrie in mod evident si cu priori-
tate, pe linva modernizdrit tnvdtamintulut $i ea ar putea constitu o bazd pentru
elaborarea vittoarelor manuale de fizicd,
Avind in vedere sfera largd de probleme pe care le abordeazd si nivelul la care
sint prezentate, cred cd, in afara elevilor liceelor, lucrarea va servi unor categorit
mult mat largt de citttort.
Felicitém calduros Editura Stiintificd pentru includerea in planul sdu a publi-
carit une lucrdri atit de necesare si solicitate.
Prof. univ. dv. CR. CONSTANTINESCU
Facultatea de Fizicé a Universitatii din Bucuresti

Tabla de materii
I MECANICA SI ACUSTICA (de L. Burlacu si A. Costescw)
1, Imtroducere 0... cee cere eee terete ten eeeneee 21
1.1. Miscare si repaus .... 2... eeee ecee cett e tenes 21
1.2. Elementele miscdrii ... 2... eecte ee tees 23
Q) Cimematica .. 0... eee cette tent e eet eens 24
f
2.1. Obiectul de studi... eee cece eee eee eee renee 24
5 7 7: 25
2.3, Accelerafia .. 0. cc cece ccc cece eect e eer eee teen teen ene e tens 28
2.4. Ecttatiile miscarii 00... cece ccc ee eee teen eee eees 31
2.5. Miscarea rectilinie..... 0.26. fee cectee eeee eee 32
2.6. Miscarea circulara... 2... eee cece eee eens 40
2.7. Miscarea oscilatorie armomicd ....... cece cee ee cee eee eee
2.8, Compunerea miscdrilor oscilatorii............. eee nee ees 51
3. Dimamica «5... cece cece eee tte ete e eee e eee eteee
3.1. Primul principiu al mecanicii: principiul imertiei ............
3,2. Principiul al doilea al mecanicil...............0.00.0. 0.ee
3.3. Principiul relativitaftii mecanice, al lui Galilei..............
3.4. Principiul al treilea al mecanicii.2..... .ce.e .ee. ee.e e.e e
3.5. Legea conservarii impulsului... 6... eeeeee eee
3.6, Forte de frecare 2... ccc eee eee eee ene
3.7. Momentul forfei si momentul cinetic...................04.
3.8. Greutatea corpurilor.. 1... . cece eee eee eee ee eee
3.9. Forte in miscarea circulara uniforma................. lena
3.10. Forte elastice. Pendulul matematic.................. vane
3.11, Atractia Unliversala 2.0... eee eens
3.12, Sisteme neinertiale. Forte de inertie..........ce.ce. e.e.e
3.13. Forfe de inertiela suprafata Pamintului..................
3.14, Dinamica punctului de masa variabila ....................
(4\ Lucrat mecanic si emergia 6.0.0... 6. cece eee eee eee eee eee ee 121
Al. Tuucrul mecanic oo. ec ee eee reece ne eens 121
AQ, Puterea ec ccc eee e een eee ene nteas 127
4.3. Energia cineticd 6... eeceeet nett etnies 127.
4.4, Energia potentiala 9... eee eee eee eee e eee ee teee 129
4.5, Legea conservarii energie] mecanice.s.ees. c.er.e e.tr.e .eee e 132
4.6. Aplicatii ale legii conservarii energiei.....e.e.e .s.er.e.ne 133.
4.7. Ciocniri--elastieesi-imelasticerrr. ccc cecec eeee e ee 137.
Pi Miscarea corpului rigid 2.1.6... cee eee ete eens 140
5.1. Cinematica corpului rigid .............. acce eee te eee ans 140
5.2, Centrul-de-masden occeee eees “142.
5.3, Momentul cinetic si momentul de inertie. Legea conservarii mo-
mentului cinetic wee eee eee ee eee eee een terete 144
5.4. Legea a doua a dinamicii pentru miscarea de rotafie........-. 148
5.5. Energia cineticd de rotatie ....--. 6... eee eee e ence eee ees 149
(5.6; Hdectul_gitoscopie oo. ss ce seeee eerste e eet e teen ener e ees {150
6 Statica 6. cece ccc eee eee eee ete n nent ee es 154
6.1. Echilibrul forfelor ( .. cc cece cece cece ener eee e ene eens 154
6.2. Sisteme de forte concurente. Compunerea fortelor. Momentul
forfei cece cece cece eee eter e ete een etna ene en ee tas 155
6.3. Sisteme de forte paralele. Cuplu de forfe..........-------55- 159
6.4. Centrul de gretitate 6... cece cece eee rete eee eee eens 162
6.5. Echilibrul corpurilor sub actiunea gravitafiei.............. 164
a Elemente de elasticitate si rezistenta materialelor ................ 168
7.1. Introducere wee eee ee eee ce te ee teeter teens 168
7.2. Tipuri de deformatii. Forte interioare. Efort........-.++105- 169
7.3. Legea lui Hooke oc. cece cece eee eee ete eee tenet ees 172
7.4, Curba caracteristicd 2... cee eee eee eee ns 174
7.5. Rezistenta admisibila. Coeficientul de siguranta ...... vena 177
(BByy MasiMas ni simplP e 0... ccc eee cee cere recente nee neneenens 179
B.1, Introducere ee ccc cece eee eee eee e nee t anaes 179
8.2. Pirghit 2... cece eee eee eee cree eee eee nee e eee n nee tnes 179
8.3. Balanfe ieee cece eee nee ete teen e eee enenes 182
8.4. Troliul (eee ec cee cece eect teen eter tneeeee 185
8.5. Scripefi eee ence tee eee eee tenn ene en aes 187
8.6. Planul tnclinat .... cece cee cee eee eee ee eee eee teens 192
8.7. Pana eee cee cee eee e tee eee tense eee e eee e et netens 193
8.8. Surmbul eecece eeee eee et e ene n ees 195
8.9. Randamentul masinilor simple ............s-e.es- eeeeeee 197
10