Fizyka dla szkół wyższych. T. 3

634 Pages·2018·41.426 MB·Polish

by  Samuel J. Ling

Fizyka dla szkół wyższych
Tom III
GŁÓWNI AUTORZY
Samuel J. Ling, Truman State University
Jeff Sanny, Loyola Marymount University
William Moebs
KKaattaallyysstt EEdduuccaattiioonn
ul. Grzybowska 5a
00-132 Warszawa
www.openstax.pl
©©22001188KKaattaallyyssttEEdduuccaattiioonn..PodręcznikFizykadlaszkółwyższychzostałopracowanyprzezKatalystEducationijest
udostępnianynalicencjiCreativeCommonsUznanieautorstwa4.0Międzynarodowe(CCBY4.0),którazezwalakaż-
demunadowolnerozpowszechnianie,modyfikowanieirozszerzanietreścipodwarunkiemuznaniaautorstwaKata-
lyst Education i osób podpisanych pod oryginałem.
⁃ Rozpowszechnianietegopodręcznikawformiecyfrowej(m.in.wpostaciPDFalubHTML)wymagaoznaczenia
na każdej stronie:
„Pobierz za darmo ze stronyhttps://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3-polska”
⁃ Rozpowszechnianie tego podręcznika w formie drukowanej wymaga oznaczenia na każdej stronie:
„Pobierz za darmo ze stronyhttps://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3-polska”
⁃ Rozpowszechnianie fragmentu tego podręcznika w formie cyfrowej bądź drukowanej wymaga oznaczenia na
każdej stronie:
„Pobierz za darmo ze stronyhttps://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3-polska”
⁃ W odwołaniach bibliograficznych do tego podręcznika prosimy o zawarcie następującego linku:
https://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3-polska
NNaazzwwyy ii zznnaakkii ttoowwaarroowwee
Katalyst Education, OpenStax, OpenStax Polska, OpenStax CNX, Openstax Tutor,Connexions, Rice University oraz
okładkiksiążekOpenStaxorazKatalystEducationniesąprzedmiotemlicencjiCCBY4.0iniemogąbyćrozpowszech-
niane bez pisemnej zgody Katalyst Education i Rice University.
Adaptacja podręcznika została sfinansowana z grantu The Brian D. Patterson USA-International Foundation.
ISBN-13 wersji PDF 978-83-948838-5-0
Rok pierwszej publikacji 2018
Spis treści
Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Część 1. Optyka
Rozdział1: Natura światła . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1 Rozchodzenie się światła . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Prawo odbicia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3 Załamanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4 Całkowite wewnętrzne odbicie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5 Rozszczepienie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.6 Zasada Huygensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.7 Polaryzacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Rozdział2: Optyka geometryczna i tworzenie obrazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.1 Obrazy tworzone przez zwierciadła płaskie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2 Zwierciadła sferyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3 Obrazy tworzone przez załamanie promieni światła . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.4 Cienkie soczewki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.5 Oko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.6 Aparat fotograficzny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.7 Proste przyrządy powiększające . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.8 Mikroskopy i teleskopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Rozdział3: Interferencja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
3.1 Doświadczenie Younga z dwiema szczelinami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
3.2 Matematyczny opis interferencji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.3 Interferencja na wielu szczelinach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
3.4 Interferencja w cienkich warstwach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
3.5 Interferometr Michelsona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Rozdział4: Dyfrakcja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.1 Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.2 Natężenie światła w dyfrakcji na pojedynczej szczelinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.3 Dyfrakcja na podwójnej szczelinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
4.4 Siatki dyfrakcyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
4.5 Otwory kołowe i rozdzielczość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.6 Dyfrakcja rentgenowska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4.7 Holografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Część 2. Fizyka współczesna
Rozdział5: Teoria względności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5.1 Niezmienność praw fizyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
5.2 Względność jednoczesności zdarzeń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
5.3 Dylatacja czasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
5.4 Skrócenie długości w szczególnej teorii względności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
5.5 Transformacja Lorentza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
5.6 Względność prędkości w szczególnej teorii względności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
5.7 Relatywistyczny efekt Dopplera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
5.8 Pęd relatywistyczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
5.9 Energia relatywistyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Rozdział6: Fotony i fale materii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
6.1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
6.2 Efekt fotoelektryczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
6.3 Efekt Comptona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
6.4 Model atomu wodoru Bohra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
6.5 Fale de Broglie’a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
6.6 Dualizm korpuskularno-falowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Rozdział7: Mechanika kwantowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
7.1 Funkcje falowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
7.2 Zasada nieoznaczoności Heisenberga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
7.3 Równanie Schrӧdingera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
7.4 Cząstka kwantowa w pudełku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
7.5 Kwantowy oscylator harmoniczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
7.6 Tunelowanie cząstek przez bariery potencjału . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
Rozdział8: Struktura atomowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
8.1 Atom wodoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
8.2 Orbitalny dipolowy moment magnetyczny elektronu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
8.3 Spin elektronu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
8.4 Zakaz Pauliego i układ okresowy pierwiastków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
8.5 Widma atomowe oraz promieniowanie rentgenowskie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
8.6 Lasery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
Rozdział9: Fizyka fazy skondensowanej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
9.1 Rodzaje wiązań cząsteczkowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
9.2 Widma cząsteczkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
9.3 Wiązania w ciałach stałych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
9.4 Model elektronów swobodnych w metalach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
9.5 Teoria pasmowa ciał stałych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
9.6 Półprzewodniki i domieszkowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
9.7 Przyrządy półprzewodnikowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
9.8 Nadprzewodnictwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
Rozdział10: Fizyka jądrowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
10.1 Własności jądra atomowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
10.2 Energia wiązania jądra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
10.3 Rozpad promieniotwórczy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
10.4 Procesy rozpadu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
10.5 Rozszczepienie jądra atomowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
10.6 Fuzja jądrowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
10.7 Skutki biologiczne i zastosowania medyczne promieniowania jądrowego . . . . . . . . . 500
Rozdział11: Fizyka cząstek elementarnych i kosmologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
11.1 Wstęp do fizyki cząstek elementarnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
11.2 Zasady zachowania w fizyce cząstek elementarnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
11.3 Kwarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
11.4 Akceleratory i detektory cząstek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
11.5 Model standardowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
11.6 Wielki Wybuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
11.7 Ewolucja wczesnego Wszechświata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
Dodatek A:Jednostki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
Dodatek B:Przeliczanie jednostek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
Dodatek C:Najważniejsze stałe fizyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
Dodatek D:Dane astronomiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
Dodatek E:Wzory matematyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
Dodatek F:Układ okresowy pierwiastków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
Dodatek G:Alfabet grecki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
Skorowidz nazwisk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
Skorowidz rzeczowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
Skorowidz terminów obcojęzycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
Ten podręcznik OpenStax jest dostępny za darmo pod https://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3
Przedmowa 1
PRZEDMOWA
PodręcznikFizykadlaszkółwyższychpowstałpoto,byudostępnićstudentomzadarmomateriałydydaktycznespeł-
niającenajwyższestandardyakademickie.PodręcznikstworzonyzostałprzezOpenStax,fundacjęnon-profitdziała-
jącą przy Rice University w Stanach Zjednoczonych.
Przedmowa do wydania polskiego
Wierzymy,żeprzyszłośćedukacjitoswobodnyiwygodnydostępdonajlepszychtreści,równydlawszystkich.Funda-
cjaOpenStaxrealizujetęmisję,tworzącwysokiejjakościpodręcznikiiudostępniającjestudentomiwykładowcom.
W ramach projektu opublikowano ponad 20 darmowych podręczników z różnych dziedzin nauki.
FizykadlaszkółwyższychtopolskaadaptacjatrzytomowejpublikacjiUniversityPhysics,wydanejjesienią2016roku.
To najbardziej nowatorski i aktualny podręcznik fizyki na polskim rynku. Publikacja przygotowana została przez
OpenStaxPolskawewspółpracyzsiedmiomaczołowymiuczelniamiwkrajuijestodpowiedziąnarosnącezapotrze-
bowanienatreścimającewysokiewalorydydaktyczne,azarazematrakcyjnedlawspółczesnychstudentów.Otwarta
licencjaCCrreeaattiivveeCCoommmmoonnssUUzznnaanniieeaauuttoorrssttwwaa44..00MMiięęddzzyynnaarrooddoowwee((CCCCBBYY44..00))((hhttttppss::////ccrreeaattiivveeccoommmmoonnss..oorrgg//lliicceenn--
sseess//bbyy//44..00//ddeeeedd..ppll))gwarantujecałkowiciebezpłatnydostępiniemalnieograniczonemożliwościkorzystaniazpubli-
kacji.
Jednąznajwiększych,wnaszymprzekonaniu,zaletpodręcznikajestjegowersjacyfrowa.PlikwformaciePDF
można pobrać ze strony OOppeennSSttaaxx..oorrgg ((hhttttpp::////ooppeennssttaaxx..oorrgg)) . Aby jednak wykorzystać pełny potencjał, jaki daje
otwarta licencja i nowe technologie informatyczne, udostępniamy tę publikację przede wszystkim na platformie
OOppeennSSttaaxxCCNNXX((hhttttpp::////ccnnxx..oorrgg)),którąspecjalniewtymceluprzystosowaliśmydoobsługijęzykówinnychniżangiel-
skiiprzetłumaczyliśmynajęzykpolski.Platforma,opróczzapewnieniawygodnegodostępudopodręcznika,umożli-
wiarównieżłatwąadaptacjęjegotreścidoindywidualnychpotrzeb.JeśliwięcpomyśliciePaństwoowykorzystaniu
fragmentówpublikacjidoprzygotowaniawłasnychmateriałów,niemażadnychprzeszkódprawnychanitechnicz-
nych, aby to uczynić.
Podziękowania
Wpracęnadpodręcznikiemzaangażowanychbyło52pracownikównaukowychzsiedmiuinstytucjiakademickich.
Kilka osób z tego grona okazało nam szczególną pomoc, za co bardzo dziękujemy:
prof. dr hab. inż. Zbigniew Kąkol, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
prof. PWr dr hab. inż. Włodzimierz Salejda, Politechnika Wrocławska
prof. UZ dr hab. Maria Przybylska, Uniwersytet Zielonogórski
dr inż. Radosław Strzałka, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
dr Brygida Mielewska, Politechnika Gdańska
prof. UZ dr hab. Jarosław Piskorski, Uniwersytet Zielonogórski
AdaptacjapodręcznikazostałasfinansowanazgrantuTheBrianD.PattersonUSA-InternationalFoundation.Serdecz-
nie dziękujemy.
O projekcie OpenStax
OpenStaxtofundacjacharytatywna zsiedzibąwRiceUniversitywUSA.Misjąfundacjijestułatwianie studentom
dostępudoedukacji.Pierwszyotwartypodręcznikfundacjawydaław2012roku.Odtamtejporyjejofertapodręcz-
nikówrozrosłasiędoponad20pozycji.Korzystająznichsetkitysięcystudentównacałymświecie.Opracowanew
ramachprojektuoprogramowaniepomagającezwiększyćefektywnośćuczeniasiępoprzezadaptacyjnąpersonaliza-
cjęścieżekedukacyjnychjestobecniewfaziepilotażuwszkołachpodstawowychiśrednich.OpenStaxrealizujeswoją
misjędziękihojnościinnychorganizacjicharytatywnych.Darowiznyteorazusługiizasobyotrzymywanenaprefe-
rencyjnychwarunkachodinnychpartnerówpozwalająnampokonywaćnajczęściejwystępującebarieryutrudnia-
jące osiągnięcie sukcesu zarówno studentom jak i wykładowcom.
2 Przedmowa
O zasobach OpenStax
Dostępne do modyfikacji
FizykadlaszkółwyższychjestudostępniananalicencjiCCrreeaattiivveeCCoommmmoonnssUUzznnaanniieeaauuttoorrssttwwaa44..00MMiięęddzzyynnaarrooddoowwee((CCCC
BBYY44..00))((hhttttppss::////ccrreeaattiivveeccoommmmoonnss..oorrgg//lliicceennsseess//bbyy//44..00//ddeeeedd..ppll)),którazezwalakażdemunadowolnerozpowszech-
nianie, modyfikowanie i rozszerzanie treści pod warunkiem uznania autorstwa OpenStax i osób podpisanych pod
oryginałem.OtwartalicencjaumożliwiaPaństwuwyjęcieztejpublikacjirozdziałulubfragmentu,którepotrzebuje-
ciedozajęć.Stwórzciewłasnetreści,modyfikującistniejąceiukładającjewdowolnejkolejności.Następnieprześlij-
ciestudentombezpośredniodnośnikdoswojejpublikacjinaplatformieOOppeennSSttaaxxCCNNXX((hhttttpp::////ccnnxx..oorrgg)).Platforma
OpenStaxCNXistniejeod1999rokuimazapewnionestabilnefinansowanie.Opublikowanonaniejdziesiątkitysięcy
zasobów edukacyjnych w wielu językach.
Zgłaszanie błędów
Wszystkie podręczniki OpenStax przechodzą rygorystyczny proces recenzji. Mimo toniektórebłędy mogły zostać
przeoczone,cozdarzasięwkażdejprofesjonalnejpublikacji.Naszeksiążkisącyfrowe,dlategomożemyuaktualniać
je,ilekroćzachodzitakakonieczność.Byzaproponowaćpoprawkę,prosimyskorzystaćzodnośnikanastroniepod-
ręcznika naOOppeennSSttaaxx..oorrgg ((hhttttpp::////ooppeennssttaaxx..oorrgg)). Zgłoszone poprawki są oceniane przez ekspertów.
Format
NiniejszapublikacjajestdostępnazadarmonastronieinternetowejiwformaciePDF.Podręcznikzostanierównież
wydrukowany w małym nakładzie i będzie można go znaleźć w bibliotekach uczelni partnerskich.
O podręczniku
Fizykadlaszkółwyższych,podobniejakpodręcznikUniversityPhysics,naktórymsięopiera,przeznaczonajestdlazajęć
z fizyki ogólnej z elementami analizy matematycznej, trwających 2-3 semestry. Treść dopasowano pod względem
zakresu ikolejności dopraktyki dydaktycznej większości uczelni prowadzącychtakie zajęcia. Wiedza fizyczna jest
fundamentem we wszystkich zawodach związanych z naukami ścisłymi, przyrodniczymi, medycznymi i technicz-
nymi.Niniejszapublikacjapomożestudentompoznaćkluczowepojęciafizyczneizrozumieć,jaktepojęciaodnoszą
siędoichwłasnegożyciaorazotaczającejichrzeczywistości.Zuwaginarozległyzakresmateriału,abyułatwićkorzy-
stanie z podręcznika, podzielono go na trzy tomy.
Zakres materiału
ZakreswiedzyprezentowanejwpodręcznikuFizykadlaszkółwyższychzostałdopasowanydotypowychzajęćakade-
mickichzfizykiogólnejprowadzonychprzez2-3semestry.Staraliśmysięzaprezentowaćfizykęjakodziedzinęcie-
kawą i zrozumiałą, zachowując zarazem niezbędny rygor matematyczny. Mając to na względzie, treść niniejszego
podręcznikazostałaułożonawlogicznejkolejności,odkwestiipodstawowychdobardziejzaawansowanych,odwołuje
siędowiedzy,jakąstudenciuzyskalizdotychczasowychczęści,ipodkreślapowiązaniamiędzyzagadnieniami,atakże
międzyteoriąapraktyką.Celemkażdegopodrozdziałujestnietylkonauczeniepojęć,aletakżezbudowanieumie-
jętnościposługiwaniasięnimi–umiejętności,któraprzydasięstudentomwprzyszłejpracyzawodowejlubdalszej
nauce. Układ i metodologia podręcznika powstały we współpracy z doświadczonymi wykładowcami fizyki.
TTOOMM II
CCzzęęśśćć 11:: MMeecchhaanniikkaa
Rozdział 1: Jednostki i miary
Rozdział 2: Wektory
Rozdział 3: Ruch prostoliniowy
Rozdział 4: Ruch w dwóch i trzech wymiarach
Rozdział 5: Zasady dynamiki Newtona
Rozdział 6: Zastosowania zasad dynamiki Newtona
Rozdział 7: Praca i energia kinetyczna
Rozdział 8: Energia potencjalna i zasada zachowania energii
Rozdział 9: Pęd i zderzenia
Rozdział 10: Obroty wokół stałej osi
Rozdział 11: Moment pędu
Ten podręcznik OpenStax jest dostępny za darmo pod https://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3
Przedmowa 3
Rozdział 12: Równowaga statyczna i sprężystość
Rozdział 13: Grawitacja
Rozdział 14: Mechanika płynów
CCzzęęśśćć 22:: FFaallee ii aakkuussttyykkaa
Rozdział 15: Drgania
Rozdział 16: Fale
Rozdział 17: Dźwięk
TTOOMM IIII
CCzzęęśśćć 11:: TTeerrmmooddyynnaammiikkaa
Rozdział 1: Temperatura i ciepło
Rozdział 2: Kinetyczna teoria gazów
Rozdział 3: Pierwsza zasada termodynamiki
Rozdział 4: Druga zasada termodynamiki
CCzzęęśśćć 22:: EElleekkttrryycczznnoośśćć ii mmaaggnneettyyzzmm
Rozdział 5: Ładunki elektryczne i pola
Rozdział 6: Prawo Gaussa
Rozdział 7: Potencjał elektryczny
Rozdział 8: Pojemność elektryczna
Rozdział 9: Prąd i rezystancja
Rozdział 10: Obwody prądu stałego
Rozdział 11: Siła i pole magnetyczne
Rozdział 12: Źródła pola magnetycznego
Rozdział 13: Indukcja elektromagnetyczna
Rozdział 14: Indukcyjność
Rozdział 15: Obwody prądu zmiennego
Rozdział 16: Fale elektromagnetyczne
TTOOMM IIIIII
CCzzęęśśćć 11:: OOppttyykkaa
Rozdział 1: Natura światła
Rozdział 2: Optyka geometryczna i tworzenie obrazu
Rozdział 3: Interferencja
Rozdział 4: Dyfrakcja
CCzzęęśśćć 22:: FFiizzyykkaa wwssppóółłcczzeessnnaa
Rozdział 5: Teoria względności
Rozdział 6: Fotony i fale materii
Rozdział 7: Mechanika kwantowa
Rozdział 8: Struktura atomu
Rozdział 9: Fizyka materii skondensowanej
Rozdział 10: Fizyka jądrowa
Rozdział 11: Fizyka cząstek elementarnych i kosmologia
Konstrukcja metodyczna
WcałympodręcznikuFizykadlaszkółwyższychzagadnieniaprezentowanesązarównowsposóbklasyczny,zuwzględ-
nieniemhistorycznychmetoditechnik,jakiwaspekciewspółczesnychzastosowań.Większośćrozdziałówzaczyna
sięodobserwacjilubdoświadczeń,któreumieszczająmateriałwkontekściepraktycznym.Sposóbprezentacjimate-
riału i logikę wywodu oparto na wieloletnim doświadczeniu zebranym przez wykładowców fizyki. Zastosowane w
podręcznikupodejście,równoważąceklarownośćwyjaśnieńznaukowymrygorem,sprawdziłosięwtrakcieichpracy
4 Przedmowa
zestudentami.Wtekściezamieszczonoodnośnikidowcześniejszychtreści,abystudencimogliłatwoprzypominać
sobieporuszanezagadnienia,apotemwracaćdobieżącegowywodu,coułatwiazrozumieniepowiązańmiędzytema-
tami.Najważniejszepostacieieksperymentyhistoryczneomawianesąwgłównymtekście,aniewramkachlubna
marginesie, aby nie utrudniać czytelnikowi budowania intuicyjnego rozumienia prezentowanych kwestii. Najważ-
niejszepojęcia,definicjeiwzorywyeksponowanowtekścieiprzytoczonojeponowniewpodsumowaniunakońcu
każdegorozdziału.Przykładyizdjęciastaranosiędobraćwtakisposób,abywmiaręmożliwościdotyczyływspół-
czesnychzastosowańfizykilubnowoczesnychtechnologiiznanychstudentomzcodziennegożycia,odsmartfonów
przez internet po nawigację satelitarną.
Sprawdzanie wiedzy
RRoozzwwiiąązzaanniiaapprrzzyykkłłaaddoowwyycchhzzaaddaańńzamieszczonychwkażdymrozdzialezazwyczajpodzielonesąnatrzyczęści:Stra-
tegiarozwiązania,RozwiązanieiZnaczenie,którepokazują,jakpodejśćdozadania,jakprzekształcićrównaniaiwresz-
cie jak sprawdzić i zinterpretować wynik. Dodatkowo pod przykładami często znaleźć można sekcję SSpprraawwddźź,,cczzyy
rroozzuummiieesszz,którazawierapytaniaiodpowiedzipomagającestudentomutrwalićsobiekluczowewnioskizprzykładu.
SekcjaSSttrraatteeggiieerroozzwwiiąązzyywwaanniiaazzaaddaańńzamieszczonawkażdymrozdzialerozbijasposobypodchodzeniadoróżnych
problemównałatwedozapamiętaniakroki.Nakońcukażdegorozdziałuznajdujesięrównieżzbiórróżnorodnych
zadań umożliwiający sprawdzenie zdobytej wiedzy.
PPyyttaanniiaanie wymagają żadnych obliczeń. Sprawdzają, czy student rozumie najważniejsze pojęcia.
ZZaaddaanniiaaprzypisanedokażdegopodrozdziałusprawdzająumiejętnośćpodejściadoproblemuizastosowania
teorii do praktycznych sytuacji.
ZZaaddaanniiaa ddooddaattkkoowwee wymagają zastosowania wiedzy z całego rozdziału, zmuszając studentów do wybrania
właściwych równań i pojęć. Niektóre z tych zadań, opisane jako NNiieerraaccjjoonnaallnneewwyynniikkii, żądają od studenta
ocenywiarygodnościuzyskanychwynikówiwyjaśnienia,dlaczegosąnieracjonalneiktórezzałożeńmogły
nie być prawidłowe.
ZZaaddaanniiaa ttrruuddnniieejjsszzeerozszerzają problematykę o intrygujące lecz trudne sytuacje.
Odpowiedzi do wszystkich zadań umieszczono na końcu podręcznika w sekcjiRRoozzwwiiąązzaanniiaa zzaaddaańń.
Materiały dodatkowe
Zasoby dla studentów i wykładowców
NastronieOOppeennSSttaaxx..oorrgg((hhttttpp::////ooppeennssttaaxx..oorrgg))możnaznaleźćmateriałydodatkowewjęzykuangielskim,przezna-
czone zarówno dla studentów jak i wykładowców — między innymi przewodniki użytkownika, slajdy w formacie
PowerPoint,atakżearkuszeodpowiedziirozwiązańdlaprowadzącychzajęciaistudentów.Abyuzyskaćdostępdo
materiałów dla wykładowców, należy posiadać zweryfikowane konto instruktorskie, o które można poprosić przy
logowaniu naOOppeennSSttaaxx..oorrgg ((hhttttpp::////ooppeennssttaaxx..oorrgg)). Zasoby te są ściśle dopasowane do podręcznika.
Oferta partnerów OpenStax
PartnerzyprojektuOpenStaxpomagajądostarczaćwysokiejjakościzasobyedukacyjne,wceniedostępnejdlawszyst-
kichstudentówiwykładowców.Ichnarzędziazostałyzintegrowanezpodręcznikamidostępnymiwjęzykuangiel-
skim.Abyuzyskaćdostępdozasobówiusługoferowanychprzeznaszychpartnerów,odwiedźstronędanegopod-
ręcznika naOOppeennSSttaaxx..oorrgg ((hhttttpp::////ooppeennssttaaxx..oorrgg)).
Autorzy Fizyki dla szkół wyższych
Openstax Polska
PodręcznikFizykadlaszkółwyższychpowstałwramachprojektuOpenStaxPolskafundacjiKatalystEducation.W2018
rokupowstałafundacjaOpenStaxPoland,któraprzejęłapracęodfundacjiKatalystEducationpracęnadpublikacjąi
promocją podręcznika.
MisjąobufundacjiKatalystEducationiOpenStaxPoland,opartychnafilozofiiOtwartychZasobówEdukacyjnych,
jest wyrównywanie szans wszystkich uczniów w Polsce, poprzez tworzenie cyfrowych narzędzi edukacyjnych i
dostarczanieusługwspierającychoptymalneichwykorzystanie.Więcejinformacji:OOppeennSSttaaxx..ppll((hhttttpp::////ooppeennssttaaxx..ppll))
,kkaattaallyysstteedduuccaattiioonn..oorrgg ((hhttttpp::////kkaattaallyysstteedduuccaattiioonn..oorrgg)).
KatalystEducationorazOpenStaxPolandnależądogrupyWhiteStarFoundationswPolsce.Więcejinformacji:
wwhhiitteessttaarrffoouunnddaattiioonnss..oorrgg ((hhttttpp::////wwhhiitteessttaarrffoouunnddaattiioonnss..oorrgg)).
Ten podręcznik OpenStax jest dostępny za darmo pod https://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3