Z
WYBRANYCH DZIA L OW FIZYKI
Wybor zadan i opracowanie rozwia
zan: CZES LAW SZMYTKOWSKI
Przygotowanie wersji elektronicznej: EL ZBIETA PTASI NSKA-DENGA
PRZEDMOWA
Zadania i problemy z fizyki przedstawione w ponizszym zbiorze dotycza
tylko
niektorych dzialow fizyki - zazwyczaj nazywanych fizyka
wspolczesna
. Niniejszy
wybor powstal w oparciu o zagadnienia omawiane przez autora na cwiczeniach
z fizyki dla sluchaczy wielu rocznikow studiow na Politechnice Gdanskiej; byly
one juz prezentowane w obszerniejszym skrypcie P.G. (Zadania rachunkowe z
wybranych dzialow fizyki; Cz. Szmytkowski i W.H. Roznerski, 1974 - wyd.I i
1986 - wyd.II)
Ponizsza cze
sc zbioru zawiera 105 szczegolowo rozwia
zanych problemow z fizyki
zebranych w 9 rozdzialach. Przedstawione rozwia
zania sa
glownie owocem wielo-
letniej praktyki autora. Wplyw na wybor zadan oraz postac rozwia
zan mialy
rowniez dyskusje ze wspolpracownikami, uwagi sluchaczy jak rowniez lektura
doste
pnej literatury.
Na pocza
tku kazdego rozdzialu zamieszczono krotki wste
p zawieraja
cy niektore
formuly niezbe
dne do rozwia
zania zadan z danego dzialu fizyki. Rozdzialy
koncza
sie
zestawami cwiczen do samodzielnego rozwia
zania wraz z odpowiedzi-
ami. Do rozwia
zania cwiczen potrzebna jest znajomosc podstaw fizyki oraz
matematyki.
Gdansk, wrzesien 2003 r. Autor
2
Spis tresci
1 Szczegolna teoria wzgle
dnosci 5
1.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3
2 Promieniowanie ciala doskonale czarnego 21
2.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 Teoria kinetyczna gazow 33
3.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3 Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4 Oddzialywanie promieniowania z materia
63
4.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3
5 Fizyka atomu 95
5.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3
6 Mechanika kwantowa 123
6.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
6.3 Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7 Fizyka ciala stalego 157
7.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.3
3
Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
4
SPIS TRESCI
8 Promieniotworczosc 185
8.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.3
Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
9 Reakcje ja
drowe 205
9.1 Wste
p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
9.2 Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9.3
Cwiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
10 Uzupelnienia 225
I Przyblizone wartosci niektorych stalych . . . . . . . . . . . . . . 225
II Funkcja gamma Eulera (x) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
III Niektore zwia
zki mie
dzy ukladami wspolrze
dnych . . . . . . . . . 229
Rozdzial 1
Szczegolna teoria
wzgle
dnosci
1.1 Wste
p
1. Wspolrze
dne kartezjanskie i czas w dwoch inercjalnych ukladach
odniesieniaUiU
0
sa
ze soba
zwia
zane transformacyjnymi wzorami
Lorentza. Zalozmy, ze odpowiednie osie wspolrze
dnych ukladowUiU
0
sa
do siebie rownolegle. Jesli pre
dkoscVukladuU
0
wzgle
dem ukladuU
skierowana jest wzdluz osiXukladuU, to wzory szczegolnej transformacji
Lorentza be
da
mialy postac
Rys. 1-1 UkladU
0
porusza sie
wzgle
demUz pre
dkoscia
Vskierowana
wzdluz osiXkX
0
.
x=(x
0
+Vt
0
)
(1.1)
y=y
0
(1.2)
5