Fizyka dla inżynierów Część 1 Fizyka klasyczna

Godzina 7:00. Otwierasz oczy na dźwięk budzika. Myjesz zęby, pijesz ulubioną kawę i rozpoczynasz kolejny dzień we wszechświecie. W drodze do pracy stoisz w korku, słuchasz radia i przeglądasz telefon w poszukiwaniu nowych informacji. W tym samym czasie wokół ciebie wirują niewyobrażalne ilości cząsteczek i atomów, dokonując wyczynów przeczących zdrowemu rozsądkowi: znajdują się w wielu miejscach naraz lub poruszają się w dwóch kierunkach jednocześnie. I chociaż wydawać się to może niepojęte, to prawda jest taka, że kwanty zrobiły ci dzień! W swojej książce Jeremie Harris w przystępny i ciekawy sposób tłumaczy zawiły i fascynujący świat fizyki kwantowej. Opowiada o kotach zombie, nieśmiertelności i o tym, dlaczego twój mózg jest obiektem mechaniki kwantowej. Pokazuje, dlaczego multiświat jest większy, niż sądzimy, a nasze działania z góry ustalone. Weź kubek z ulubioną kawą i zanurz się w świecie fizyki kwantowej. Jeremie Harris – fizyk, który trudne zagadnienia współczesnej nauki przekształca w opowieści fascynujące jak kino sensacyjne. Jako specjalista w dziedzinie sztucznej inteligencji doradzał rządom Kanady, Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii. Prowadzone przez niego badania w dziedzinie mechaniki kwantowej zostały opublikowane w najważniejszych czasopismach fizycznych na świecie. Gdy nie zajmuje się fizyką, pracuje w Hollywood jako konsultant do spraw rzeczywistości alternatywnej. Prawdopodobnie pierwszy człowiek w historii, który za pomoc w przygotowaniu książki chce odwdzięczyć się pieniędzmi... z Monopoly.

Podczas swej działalności wykładowcy, demonstratora i popularyzatora fizyki (także w licznych wykładach i pokazach fizycznych na różnych uczelniach amerykańskich oraz w wielu występach radiowych i telewizyjnych) Jearl Walker stał się prawdziwym kolekcjonerem przykładów, doświadczeń, ciekawostek, historyjek i faktów, świadczących o tym, że „fizyka jest wszędzie”, że niemal wszystko, co dzieje się wokół nas, można wyjaśnić na podstawie wiedzy z zakresu fizyki.
Te właśnie przykłady, doświadczenia, ciekawostki, historyjki i fakty oraz ich wyjaśnienia na podstawie pojęć i praw fizyki są zawarte w recenzowanej książce The Flying Circus of Physics. Jak pisze autor, książka powstała w związku z zainteresowaniem zawartością jego „kolekcji” ze strony studentów oraz jego kolegów – wykładowców i asystentów.
Książka dzieli się na siedem części, poświęconym ruchom, płynom, dźwiękom, ciepłu, elektryczności i magnetyzmowi, optyce oraz widzeniu. Zawiera kilkaset historyjek, które składają się z omówienia sytuacji, pytań do czytelnika oraz raczej zwięzłej odpowiedzi autora. Oto kilka przykładów:
Czy można rozpalić ogień za pomocą lodu? Dlaczego tuż przed uderzeniem tornada (trąby powietrznej) niebo robi się zielone? W jaki sposób elektryczny węgorz wytwarza pole elektryczne? Dlaczego mokry piasek jest ciemniejszy od suchego? Co jest przyczyną mirażu oazy? Dlaczego gwiazdy migoczą? Czy można jeździć samochodem po suficie? Zebrane w książce historyjki te są bardzo różne – jedne całkiem proste, a inne bardzo skomplikowane, jedne niezwykle pomysłowe, a inne cokolwiek wydumane. Wiele z nich dotyczy różnych dyscyplin sportu, ewolucji cyrkowych, katastrof budowlanych, lawin śniegowych i kamiennych, instrumentów muzycznych i akustyki, sopli lodowych i płatków śniegu, błyskawic i elektryczności statycznej, tęczy i kalejdoskopów oraz złudzeń optycznych. Siłą książki jest niezwykła mnogość zebranych historyjek oraz ich atrakcyjne i na ogół dowcipne przedstawienie. Niektóre z nich wykorzystano w podręczniku Hallidaya, Resnicka i Walkera Podstawy fizyki w charakterze przykładów lub zadań domowych, lecz większość jest całkiem nowa także dla znających Podstawy fizyki.

The year 2017 marks the 100th anniversary of premature death of Marian Smoluchowski, an outstanding Polish physicist, a pioneer of the kinetic theory of matter currently known as statistical physics. On this occasion, we have published the volume containing:
>> essays on Smoluchowski’s life and his contribution to science,
>> translations into English of Marian Smoluchowski’s papers originally published in German, French and Polish. Among them three extremely important articles have been prepared for the first time especially for this publication.

• A Contribution to the Theory of Electric Endosmosis and a Few Related Phenomena. Smoluchowski received a remarkable result in this paper. He showed that under the thin double layer assumption, the fluid flow in such phenomena is independent of boundary shape. The paper was published in 1903 in Polish and French.

• On the Kinetic Theory of the Brownian Molecular Motion and of Suspensions. The paper played a very important role in convincing scientists as to the validity of the kinetic theory of matter. This paper (published in 1906) was translated from the German original into English by Rudolf Schmitz from RWTH Aachen and Robert Jones from Queen Mary College University of London.

• Molecular-Kinetic Theory of the Opalescence of Gases in the Critical State and a Few Related Phenomena. The same two physicists translated Marian Smoluchowski’s paper on critical opalescence published in German in 1908 (French and Polish versions appeared in 1907). Explaining this mysterious phenomenon, discovered at the end of the 19th century, was at the time a great challenge for scientists.

*****


Some of his [Marian Smoluchowski – ed. note] fundamental contributions concerned the role of statistical fluctuations in phenomena involving assemblies of particles, and confirmed their importance in explaining phenomena like the Brownian motion and opalescence. One might say that, before him, most studies were concerned with the thermodynamic variables representing the first means or expected values of the relevant random variables. Because it went further into an examination of the deviations and second moments, the work of Smoluchowski gave further confirmation to the reality of a kinetic picture of matter.

Stanisław Ulam, Marian Smoluchowski and the Theory of Probabilities in Physics (Los Alamos Scientific Laboratory, Los Alamos, New Mexico, US, 1956)

Zarówno atomy różnych pierwiastków, jak i atomy różnych izotopów danego pierwiastka, a także atomy tego samego izotopu, ale będące w różnych stanach energetycznych (w różnych stanach wzbudzenia), różnią się od siebie w sposób wykrywalny doświadczalnie metodami fizyki atomowej. Te charakterystyczne, unikatowe cechy danego atomu wynikają z jego wewnętrznej struktury, określonej przede wszystkim usytuowaniem poszczególnych elektronów w powłoce elektronowej, a także, choć w mniejszym stopniu, własnościami jądra. Badanie i opis tej struktury stanowi przedmiot współczesnej fizyki atomu.
Niniejsza publikacja to nowa, odświeżona wersja znanego podręcznika, w której Autorka kompleksowo omawia zagadnienia związane z fizyką atomu, w tym:
teorię Bohra atomu wodoru i „starą” teorię kwantów, podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej, zasadę Pauliego i okresowy układ pierwiastków, zarys teorii promieniowania, strukturę optycznych widm atomowych oraz liniowych widm rentgenowskich, wpływ jądra na strukturę widm atomowych, zachowanie atomu w polu magnetycznym i elektrycznym, fizykę zimnych atomów. Publikacja została napisana z myślą o studentach i wykładowcach kierunków fizycznych oraz chemicznych.

Po wprowadzeniu podstawowych pojęć i równań teorii kwantów, Autorzy omówili jej zastosowania do coraz bardziej złożonych układów. Szczególny nacisk położyli na wyjaśnienie genezy i roli równania Schrodingera i jego probabilistycznej interpretacji. Czytelnik znajdzie tu szereg tematów, które rzadko są omawiane w toku tradycyjnych wykładów mechaniki kwantowej, na przykład : znaczenie pomiaru, entropowe zasady nieznaczności, funkcje Wignera, czy hydrodynamiczne sformułowanie mechaniki falowej. Dużo uwagi poświęcono także historii mechaniki kwantowej.

Legendarny podręcznik – nowa edycja!

Seria FIZYKA TEORETYCZNA, autorstwa L.D. Landaua i J.M. Lifszyca, to klasyczne podręczniki znane i cenione przez fizyków na całym świecie. Książki te zyskały ogromną popularność przede wszystkim dzięki zwięzłej, bardzo klarownej i logicznej prezentacji materiału, tak bardzo charakterystycznej dla Landaua i Lifszyca.
Podręcznik zawiera systematyczny wykład elektrodynamiki ośrodków ciągłych, czyli teorii pól elektromagnetycznych w ośrodkach materialnych oraz teorii makroskopowych elektrycznych i magnetycznych właściwości materii.

Zakres przedstawionych treści jest niezwykle szeroki i obejmuje:
statyczne pola elektryczne w przewodnikach i dielektrykach,
stany stacjonarnych przepływów ładunku elektrycznego,
magnetostatykę, opis faz ferromagnetycznych i antyferromagnetycznych,
nadprzewodnictwo,
magnetohydrodynamikę,
obszerną analizę propagacji fal elektromagnetycznych w materii łącznie z procesami ich rozpraszania w ośrodkach o najróżniejszych własnościach,
zagadnienia optyki nieliniowej oraz dyfrakcji promieni rentgenowskich,
teorię zjawisk towarzyszących propagacji szybkich cząstek przenikających ośrodki materialne.

Na uwagę zasługują zadania związane bezpośrednio z głównym nurtem wykładu. Są one podane wraz z rozwiązaniami i komentarzami, co z pewnością ułatwi studentom zrozumienie materiału.