کتاب فیزیک عمومی — معرفی بهترین کتاب ها و فیلم های آموزشی

۶۸۶۱ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۲۳ اردیبهشت ۱۴۰۲
زمان مطالعه: ۲۰ دقیقه
کتاب فیزیک عمومی — معرفی بهترین کتاب ها و فیلم های آموزشی

در این مطلب قصد داریم تا کتاب فیزیک عمومی را که به بهترین نحو مباحث پایه‌ای فیزیک را پوشش داده‌اند معرفی کنیم. تمام رشته‌های علوم پایه و مهندسی در دانشگاه حداقل دو درس فیزیک عمومی (1) و فیزیک عمومی (2) یا فیزیک پایه (1) و (2) را در طول تحصیل می‌گذرانند. در این مطلب قصد داریم به صورت مختصر مباحثی که در این دو دوره آموزش داده می‌شوند را معرفی کنیم و سپس به معرفی منابع چاپی و ویدیویی معتبر برای یادگیری بهتر این دوره‌ها در دانشگاه می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته
997696

یادگیری کمیت‌ها در فیزیک عمومی

اولین و ابتدایی‌ترین موضوعی که در کتاب فیزیک عمومی آموزش داده می‌شود، نوع کمیت‌ها و نحوه عملیات جبری بر روی آن‌ها است.

در حقیقت در ابتدا با هفت کمیت اصلی در SI طول، زمان، دما، جریان، شدت نور، مقدار ماده و جرم آشنا شده و سپس نشان می‌دهیم که تمام یکاهای دیگر از این یکاهای اصلی مشتق می‌شوند و در ادامه تبدیل واحد یکاها به یکدیگر آموزش داده می‌شود.

کمیت‌ها در فیزیک

مقدمات دیگری که غیر از یکاها و تبدیل واحد باید آموزش داده شود نوع کمیت‌ها و روش اعمال جبری بر روی کمیت‌ها است. در فیزیک اولیه و عمومی کمیت‌ها را می‌توان به دو دسته اسکالر و بردار تقسیم کرد که عملیات جبری بر روی اسکالرها مانند تمام آموزش‌های ریاضی است که از ابتدایی فرا گرفته‌اید اما در رابطه با بردارها و عملیات جبری بر روی بردارها جهت و راستای بردار نقش مهمی ایفا می‌کنند و به همین دلیل در عملیات جبری بر روی بردارها باید جهت و راستای بردار را نیز در نظر گرفت. این موارد مفاهیمی است که به عنوان مقدمات یادگیری فیزیک باید بدانید تا وارد مباحث اصلی فیزیک عمومی شوید. برای آشنایی بیشتر با یکاها و تبدیل واحد مطلب یکا چیست؟ و دیمانسیون را در مجله فرادرس بخوانید.

حرکت در فیزیک عمومی

حرکت را در کتاب فیزیک عمومی با حرکت در یک بعد آغاز می‌کنیم. اولین کمیتی که باید برای حرکت جسم در فیزیک معرفی کنیم جابه‌جایی جسم است که یک کمیت برداری است. اگر جسم در یک بازه زمانی از نقطه x2x_2 به نقطه x1x_1 برود، جابه‌جایی جسم را به صورت زیر نمایش می‌دهیم که برابر است با:

Δx=x2x1\Delta x=x_2-x_1

تغییرات زمانی جابه‌جایی متوسط سرعت متوسط و تغییرات سرعت در یک بازه زمانی شتاب متوسط را می‌دهد. این سه کمیت اولین کمیت‌های اصلی برای تحلیل حرکت جسم است. مشتق این کمیت‌ها نسبت به زمان مقدار لحظه‌ای کمیت را محاسبه می‌کند. برای آشنایی بیشتر با این کمیت‌ها و نحوه کار با آن‌ها مطالب مسافت و جابجایی، تندی و سرعت و شتاب را در فرادرس بخوانید.

این پارامترها و حرکت در یک بعد را به راحتی می‌توان به حرکت در دو و سه بُعد نیز بسط داد و قوانین به همان صورت باقی می‌مانند تنها با این تفاوت که در این حالت حرکت در دو یا سه بعد اتفاق می‌افتد. برای مثال حرکت پرتابی نمونه‌ای از حرکت دو بعدی است که جابجایی در دو راستای x و y رخ می‌دهد. برای آشنایی بیشتر با حرکت پرتابی مطلب حرکت پرتابی — به زبان ساده را در مجله فرادرس بخوانید. حرکت دایره‌ای یکنواخت و حرکت نسبی نیز موضوعات دیگری هستند که در فصل‌های ابتدایی فیزیک عمومی یا پایه 1 آموزش داده می‌شوند.

دینامیک حرکت و کاربرد قوانین نیوتن

سه قانون مهم و مشهور نیوتن از اصول اولیه کتاب فیزیک عمومی و کلاسیک است. قانون اول نیوتن که با نام قانون لختی نیز شناخته می‌شود بیان می‌کند که اجسام تمایل دارند که حالت حرکت خود را تغییر ندهند. قانون دوم به رابطه میان جرم و شتاب می‌پردازد. بر اساس این قانون نیرویی برابر با 1 نیوتن به جسمی با جرم 1 کیلوگرمی شتابی برابر با 1 متر بر مجذور ثانیه می‌دهد. همچنین قانون سوم نیوتن که به قانون عمل و عکس العمل نیز مشهور است بیان می‌کند که اگر به یک جسم نیرویی وارد کنیم، از طرف جسم نیرویی به همان اندازه اما در خلاف جهت نیروی وارد شده به شما وارد می‌شود. برای آشنایی بیشتر با قوانین نیوتن و قانون دوم نیوتن می‌توانید این مطالب را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

کار و انرژی

کار مفهوم دیگری است که در کتاب فیزیک عمومی یا پایه 1 با آن آشنا می‌شوید. کار برای یک نیروی ثابت برابر با مقدار نیرو در جابجایی است و به صورت زیر نمایش داده می‌شود:

W=F.d\large W=F.d

کار فیزیکی

کار برای یک نیروی متغیر نیز برابر با انتگرال نیرو در جابجایی است و به صورت زیر نمایش داده می‌شود:

W=F.dr\large W=\int F.dr

همچنین می‌توان نشان داد تغییرات انرژی جنبشی برابر با کار انجام شده بر روی سیستم است. برای آشنایی بیشتر با کار، انرژی و انرژی جنبشی مطالب قضیه کار و انرژی، انرژی جنبشی چیست؟ و انرژی چیست؟ را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

پایستگی انرژی و انرژی پتانسیل

نیروهای پایستار و ناپایستار مبحث دیگری است که در کتاب فیزیک عمومی 1 در مورد آن خواهید آموخت. به صورت کلی و به زبان ریاضی باید گفت نیروی پایستار، نیرویی است که کار انجام شده توسط آن روی یک ذره، به مسیر طی شده بستگی ندارد. در حالی که کار ناشی از نیروهای ناپایستار به مسیر انجام فرایند، بستگی دارد. برای مثال نیروی اصطکاک و مقاومت هوا انواع نیروهایی هستند که مقدار کار آن‌ها به مسیر حرکت ذره بستگی دارد.

می‌توان دید که یکی از ویژگی‌های نیروی پایستار این است که این نیرو برابر با منفی گرادیان پتانسیل است و می‌توان رابطه بین این دو را به صورت زیر نوشت:

F=Φ\large \overrightarrow{F}=-\triangledown \Phi

برای مطالعه بیشتر در مورد انواع نیروهای پایستار و ناپایستار مطلب نیروهای پایستار و ناپایستار – به زبان ساده را در مجله فرادرس بخوانید. در مورد انرژی پتانسیل نیز باید گفت از نظر فیزیکی انرژی که در جسم ذخیره شود و قابل تبدیل به کار باشد را انرژی پتانسیل می‌گوییم. یک جسم می‌تواند انرژی را در نتیجه مکان و موقعیت خود ذخیره کند. رابطه کار و انرژی پتانسیل نیز به صورت زیر تعریف می‌شود و داریم:

W=ΔU\large W=-\Delta U

برای آشنایی بیشتر با مفهوم انرژی پتانسیل و رابطه آن با کار مطالب کار و انرژی پتانسیل — به زبان ساده و انرژی پتانسیل چیست؟ — به زبان ساده را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

تکانه و برخورد چیست؟

تکانه خطی به حاصل ضرب جرم در بردار سرعت گفته می‌شود و واحد آن kg.ms\frac{kg.m}{s} است. این کمیت یک بردار است و پایستگی آن یکی از اصول اساسی مکانیک کلاسیک است. با استفاده از پایستگی تکانه و انرژی جنبشی می‌توان برخورد دو جسم یا ذره را تحلیل کرد.

در بررسی برخورد باید گفت به برخوردی که پس از رخ دادن آن، مجموع انرژی تمام ذرات ثابت بماند، «برخورد کشسان» (Elastic Collision) گفته می‌شود. اما در یک برخورد غیرکشسان، مقداری از انرژی جرم‌ها در اثر برخورد به شکل‌های دیگری از انرژی مانند صدا یا گرما تبدیل خواهد شد. برای مطالعه بیشتر در مورد تکانه و برخورد مطلب تکانه چیست؟ — به زبان ساده را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

مرکز جرم و سیستم های ذرات چه هستند؟

مرکز جرم موضوع دیگری است که در کتاب فیزیک عمومی 1 خواهید آموخت. مرکز جرم یک جسم، نقطه‌ تعادل آن جسم را نشان می‌دهد و به آن مرکز ثقل نیز گفته می‌شود. به صورت کلی می‌توان بیان کرد که مرکز جرم، مکانی است که در آن مجموع گشتاورها در جهت عقربه‌های ساعت حول مرکز جرم با مجموع گشتاور‌ها در خلاف جهت عقربه‌های ساعت حول همان نقطه، برابر است. در حقیقت داریم:

(m1+m2+...)rCM=m1r1+m2r2+. . .\large (m_1+m_2+...) r_{CM}=m_1r_1+m_2r_2+ . \ . \ .

برای مطالعه بیشتر در مورد مرکز جرم و ویژگی‌ها آن مطلب مرکز جرم — به زبان ساده را در مجله فرادرس بخوانید.

سینماتیک دورانی چیست؟

سینماتیک توصیف حرکت است. سینماتیک حرکت چرخشی روابط بین زاویه چرخش، سرعت زاویه ای، شتاب زاویه ای و زمان را توصیف می‌کند. با شروع از چهار معادله سینماتیکی که در سینماتیک یک بعدی آموختیم، می‌توانیم چهار معادله سینماتیکی چرخشی را به دست آوریم که آن‌ها را می‌توانید در ادامه ببینید:

معادلات حرکت انتقالیمعادلات حرکت انتقالیتوضیحات
x=vˉtx=\bar{v} tθ=ωˉt\theta=\bar{\omega} t-
v=v0+atv=v_{0}+a tω=ω0+αt\omega=\omega_{0}+\alpha taa و α\alpha ثابت هستند.
x=v0t+12at2x=v_{0} t+\frac{1}{2} \mathrm{at}^{2}θ=ω0t+12αt2\theta=\omega_{0} t+\frac{1}{2} \alpha t^{2}aa و α\alpha ثابت هستند.
v2=v02+2axv^{2}=v_{0}^{2}+2 a xω2=ω02+2αθ\omega^{2}=\omega_{0}^{2}+2 \alpha \thetaaa و α\alpha ثابت هستند.

همچنین برای آشنایی بیشتر با سینماتیک دورانی مطالب سرعت زاویه‌ ای و شتاب زاویه ای — به زبان ساده را در مجله فرادرس بخوانید.

دینامیک دورانی چیست؟

تمام قوانین نیوتن برای حرکت خطی در حرکت دورانی نیز برقرار است. این قوانین در حرکت دورانی به شکل زیر بیان می‌شوند:

  • یک جسم در حالت سکون تمایل دارد حالت خود در سکون را حفظ کند و یک جسم در حال چرخش تمایل دارد که با سرعت زاویه‌ای ثابت به چرخش خود ادامه دهد مگر اینکه توسط یک گشتاور خارجی خالص مجبور به تغییر نوع حالت خود شود.
  • شتاب زاویه ای به طور مستقیم متناسب با گشتاور خالص و متناسب با معکوس اینرسی است. به بیان دیگر داریم:

τ=Iα\sum \tau=I\alpha

  • برای هر عملی عکس العمل مساوی و متضاد آن وجود دارد که در حالت حرکت دورانی در اینجا کنش و واکنش به گشتاورها اشاره دارد.

همان طور که در حرکت انتقالی نیرو عامل حرکت بود در دینامیک دورانی نیز نشان می‌دهیم که گشتاور عامل چرخش و شتاب جسم است و لختی دورانی یا «ممان اینرسی» (Moment of Inertia) در دوران نقش جرم در حرکت انتقالی را بازی می‌کند. به صورت خلاصه داریم:

ویژگیانتقالدورانرابطه بین پارامترهای انتقالی و دورانی
دلیل شتاب گرفتن جسمF\sum Fτ\sum \tauτ=r×F\tau=r \times F
عنصر مقاوم در برابر شتاب گرفتن جسمmmIII=ri2mi=r2dmI=\sum r_i^2 m_i=\int r^2 dm
قانون دوم نیوتنF=ma\sum F=maτ=Iα\sum \tau=I \alpha-

برای آشنایی بیشتر با دینامیک دورانی مطالب لختی دورانی چیست؟ — به زبان ساده و گشتاور چیست؟ – به زبان ساده را در مجله فرادرس بخوانید.

دومین دوره آموزشی فیزیک تحت عنوان فیزیک عمومی یا پایه، فیزیک 2 یا الکتریسیته و مغناطیس است که تقریباً تمام دانشجویان علوم پایه و مهندسی آن را در دوره تحصیل کارشناسی خود می‌گذرانند. این دوره به بررسی مفاهیم مربوط به میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌پردازد که در ادامه به صورت مختصر این مفاهیم را توضیح می‌دهیم.

بار الکتریکی و میدان الکتریکی چیست؟

فقط دو نوع بار الکتریکی وجود دارد که ما آن‌ها را بارهای مثبت و منفی می‌نامیم که بارهای همنام یکدیگر را دفع و بارهای غیرهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند. در اکثر موارد بار مثبت در طبیعت توسط پروتون‌ها و بار منفی توسط الکترون‌ها حمل می‌شود. بار الکتریکی یک الکترون از نظر اندازه برابر و از نظر علامت مخالف با بار یک پروتون است. یون یک اتم یا مولکول است که به دلیل دارا بودن تعداد نابرابر الکترون و پروتون دارای بار کلی غیر صفر است و خنثی نیست. واحد SI برای بار الکتریکی کولن است که با C نمایش داده می‌شود و برای پروتون‌ها و الکترون‌ها بارهایی با علامت مخالف اما اندازه برابر است. بزرگی این بار اساسی برابر با e=1.602×1019e=1.602 \times 10^{-19} است.

بارهای مثبت و منفی در اجسام خنثی وجود دارند و می‌توان این بارها را با تماس فیزیکی یک جسم از یکدیگر جدا کرد. مالش نیز می‌تواند الکترون‌ها را از پیوندهای یک جسم خارج کرده و آن‌ها را بر روی جسم دیگر قرار دهد و باعث افزایش جداسازی بار می‌شود. برای اجسام ماکروسکوپی، بار منفی به معنای وجود بیش از حد الکترون و بار مثبت به معنای تخلیه الکترون است. قانون پایستگی بار می‌گوید بار خالص یک سیستم بسته همواره ثابت است. قانون کولمب نیروی بین بارهای نقطه‌ای را نشان می‌دهد و داریم:

F12(r)=14πε0q1q2r122r^12\large \displaystyle \overrightarrow{F_{12}}(r)=\frac{1}{4πε_0}\frac{q_1q_2}{r^2_{12}}\hat{r}_{12}

که q1q_1 و q2q_2 دو بار نقطه‌ای هستند که در فاصله r از یکدیگر قرار گرفته‌اند. نیروی کولمب یک نیروی بنیادی است زیرا بیشتر بارها ناشی از ذرات نقطه‌ای هستند. این نیرو مسئول تمام اثرات الکترواستاتیک است و زیربنای اکثر نیروهای ماکروسکوپی است.

میدان الکتریکی تغییر در فضا است که در اثر وجود بار الکتریکی ایجاد می‌شود. میدان الکتریکی واسطه نیروی الکتریکی بین بار منبع و بار آزمایشی است. میدان الکتریکی نیز مانند نیروی الکتریکی از اصل برهم نهی پیروی می‌کند. این کمیت یک بردار است و طبق قرارداد از بارهای مثبت خارج شده و به بارهای منفی وارد می‌شود. برای آشنایی با این مباحث فیزیک عمومی 2 می‌توانید مطالب القای بار الکتریکی — به زبان ساده، بار الکتریکی چیست؟ — به زبان ساده و میدان الکتریکی (Electric Field) چیست؟ — از صفر تا صد را در مجله فرادرس بخوانید.

قانون گاوس چیست؟

قانون گاوس بیان می‌کند که مجموع شار الکتریکی از یک سطح بسته برابر با بار محصور تقسیم بر ضریب گذردهی محیط است و در حقیقت داریم:

Φ=Qϵ0\large \Phi=\frac{Q}{\epsilon_0}

و شار الکتریکی برابر است با

ΔΦ=E.ΔA\large \Delta \Phi=E.\Delta A

در نتیجه از قانون گاوس برای محاسبه میدان الکتریکی در سطوح گاوس استفاده می‌شود. برای آشنایی بیشتر با قانون گاوس مطالب قانون گاوس (Gauss Law) و شار الکتریکی و محاسبه میدان الکتریکی — به زبان ساده را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

پتانسیل الکتریکی چیست؟

پتانسیل الکتریکی در کتاب فیزیک عمومی به میزان کار مورد نیاز برای انتقال بار واحد از نقطه مرجع به نقطه مشخص در برابر میدان الکتریکی گفته می‌شود. نیروی الکتریکی F اعمال شده توسط میدان بر بار مثبت برابر با F=qEF=qE است. برای انتقال بار از صفحه A به صفحه B باید نیرویی برابر و مخالف یعنی F=qE\prime{F}=qE اعمال شود. کاری که در انتقال بار مثبت در فاصله d انجام می‌شود برابر با W=Fd=qEdW=\prime{F}d=-qEd است.

انرژی پتانسیل برای بار مثبت در حرکت خلاف جهت میدان الکتریکی افزایش می‌یابد و در هنگام حرکت در راستای میدان الکتریکی کاهش می‌یابد در حالی که در مورد بار منفی عکس این موضوع صادق است. این موضوع در حالی که بار واحد از میدان مغناطیسی متغیر عبور کند صادق نیست و پتانسیل آن در هر نقطه بستگی به مسیری که طی شده ندارد. برای مطالعه بیشتر در مورد این موضوع می‌توانید مطلب پتانسیل الکتریکی (Electric Potential) — از صفر تا صد را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

خازن چیست؟

خازن در کتاب عمومی فیزیک به صورت دو صفحه رسانا که توسط یک ماده عایق جدا شده‌اند تعریف می‌شود، ماده عایق بین صفحات رسانا دی الکتریک نامیده می‌شود. هنگامی که میان صفحات اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد، صفحات دارای بارهای مساوی و مخالف یکدیگر می‌شوند. ظرفیت یک خازن به صورت مستقیم با بار الکتریکی و به حالت معکوس با پتانسیل اعمال شده دو سر خازن بستگی دارد و می‌توان نوشت:

C=QVC=\frac{Q}{V}

از طرف دیگر ظرفیت یک خازن به مساحت صفحات خازن، فاصله بین صفحات و ضریب گذردهی ماده‌ای که بین صفحات خازن وجود دارد بستگی دارد و می‌توان نوشت:

C=ϵ0Ad\large C=\frac{\epsilon_0A}{d}

واحد ظرفیت خازن فارادی است. خازن‌ها را می‌توان به صورت سری و موازی با یکدیگر ترکیب کرد و یک خازن معادل داشت. برای آشنایی بیشتر با خازن مطالب خازن چیست؟ — از صفر تا صد، انواع خازن های الکتریکی — به زبان ساده، کد رنگی خازن — به زبان ساده، خازن با دی الکتریک | به زبان ساده، انرژی خازن — به زبان ساده، خازن سری — به زبان ساده و خازن موازی — به زبان ساده را مطالعه کنید.

جریان و مقاومت چیست؟

در کتاب فیزیک عمومی جریان به صورت میزان عبور بار از نقطه‌ای از مدار تعریف می‌شود. جریان زیاد نتیجه چندین کولن بار است که از سطح مقطع سیم روی یک مدار عبور می‌کند. اگر حامل‌های بار الکتریکی به صورت متراکم در سیم قرار داشته باشند، برای داشتن جریان بالا نیازی به سرعت زیاد نیست. جریان الکتریکی زیاد به معنی این نیست که بارهای الکتریکی مسافت زیادی را در زمان کوتاه طی کنند، بلکه به این معنا است که تعداد زیادی از بارهای الکتریکی از سطح مقطع سیم عبور نمایند. رابطه جریان به صورت زیر است و داریم:

I=Qt\large I=\frac{Q}{t}

واحد جریان آمپر است. در برابر جریان، مقاومت الکتریکی وجود دارد که از شارش بار در مدار جلوگیری می‌کند. مقاومت را می‌توان شبیه به نیروی اصطکاک در مکانیک و حرکت در نظر گرفت. بین مقاومت، جریان و ولتاژ رابطه‌ای وجود دارد که به نام قانون اهم شناخته می‌شود و داریم:

R=VI\large R=\frac{V}{I}

مانند خازن می‌توان مقاومت‌ها را نیز با هم به صورت سری و موازی ترکیب کرد و از آن‌ها مقاومت معادل به دست آورد. برای مطالعه بیشتر در این زمینه مطالب جریان الکتریکی — از صفر تا صد، عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی | به زبان ساده، جریان متناوب و جریان مستقیم و مقاومت الکتریکی — به زبان ساده را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

مدارها در کتاب فیزیک عمومی

یک مدار در حقیقت یک حلقه بسته است که الکترون‌ها می‌توانند در آن حرکت کنند. یک منبع برق مانند باتری، انرژی الکتریکی را در مدار تأمین می‌کند. در صورتی که مدار کامل باشد، یعنی یک دور کامل حول مدار بزنیم و به منبع الکتریکی برگردیم، هیچ الکترونی حرکت نخواهد کرد. بر اساس قرار گرفتن اجزای مدار در آن می‌توان دو حالت مدار موازی و مدار سری را در نظر گرفت که برای آشنایی بیشتر با ساختار آن‌ها مطالب مدار متوالی یا مدار سری چیست؟ و مدار موازی چیست؟ را در مجله فرادرس بخوانید.

میدان‌های الکترومغناطیسی در کتاب فیزیک عمومی

میدان الکترومغناطیسی خاصیت فضایی ناشی از حرکت یک بار الکتریکی است. یک بار ثابت تنها یک میدان الکتریکی در فضای اطراف ایجاد می‌کند. اگر بار در حال حرکت باشد، میدان مغناطیسی نیز تولید می‌شود. میدان الکتریکی را می‌توان با تغییر میدان مغناطیسی نیز تولید کرد. برهم کنش متقابل میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی باعث ایجاد میدان الکترومغناطیسی می‌شود که به نظر می‌رسد جدا از بارها یا جریانات (جریانی از بارهای متحرک) که ممکن است با آن‌ها ارتباط داشته باشد، در فضا وجود دارد. تحت شرایط خاصی این میدان الکترومغناطیسی را می‌توان به عنوان موج انتقال دهنده انرژی الکترومغناطیسی توصیف کرد.

برای مطالعه بیشتر در مورد میدان‌های الکترومغناطیسی  و میدان‌های مغناطیسی حاصل از جریان‌ها مطالب امواج الکترومغناطیسی — از صفر تا صد، گشتاور مغناطیسی — به زبان ساده، میدان مغناطیسی جریان — از صفر تا صد و نیروی مغناطیسی سیم حامل جریان | به زبان ساده را مطالعه کنید.

 القا و خود القایی در کتاب فیزیک عمومی

القای الکترومغناطیسی یا القا فرآیندی است که در آن یک رسانا در موقعیت خاصی قرار می‌گیرد که میدان مغناطیسی در آن متغیر است یا میدان مغناطیسی ثابت است و رسانا در حال حرکت است. این فرآیند یک ولتاژ یا EMF (نیروی الکتروموتور) در سراسر رسانای الکتریکی تولید می‌کند. مایکل فارادی قانون القا را اولین بار در سال 1830 کشف کرد.

القای الکترومغناطیس

بر اساس قانون فارادی در القای الکترومغناطیس، مقدار ولتاژ القا شده در هسته متناسب با تعداد دورهای سیم پیچ و تغییرات میدان مغناطیسی هسته است و داریم:

e=N×dΦdt\large e=N \times d\Phi dt

که در رابطه بالا ee برابر با ولتاژ القایی، NN تعداد دورهای سیم پیچ، Φ\Phi شارمغناطیسی و tt زمان است. همچنین قانون لنز در القای الکترومغناطیسی بیان می‌کند که هنگامی که یک نیروی الکتروموتور بر اساس قانون فارادی القا شود، جهت نیروی الکتروموتور القایی به گونه‌ای است که با منشاء تولید آن مخالفت می‌کند. برای آشنایی و مطالعه بیشتر مطلب القای الکترومغناطیسی (Electromagnetic Induction) — از صفر تا صد را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

معادلات ماکسول در کتاب فیزیک عمومی

معادلات ماکسول شامل چهار معادله هستندکه با هم شرح کاملی از تولید و ارتباط میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را تشکیل می‌دهند. فیزیکدان جیمز کلرک ماکسول در قرن نوزدهم، توصیف خود از میدان‌های الکترومغناطیسی را بر اساس این چهار معادله که قوانین تجربی را بیان می‌کنند پایه گذاری کرد. بیان فیزیکی این چهار معادله به ترتیب عبارتند از:

  1. میدان الکتریکی از بار الکتریکی جدا می‌شود که بیانی از نیروی کولن است.
  2. هیچ تک قطبی مغناطیسی جداگانه‌ای وجود ندارد، اما نیروی کولن بین قطب‌های یک آهنربا عمل می‌کند.
  3. میدان‌های الکتریکی با تغییر میدان‌های مغناطیسی تولید می‌شوند که بیانی از قانون القای فارادی است.
  4. میدان‌های مغناطیسی چرخان با تغییر میدان‌های الکتریکی و جریان‌های الکتریکی تولید می‌شوند، ماکسول از قانون آمپر استفاده کرد که شامل فعل و انفعالات میدان‌های در حال تغییر نیز است.

بیان ریاضی و فرم دیفرانسیلی این چهار معادله نیز به صورت زیر است:

amp;E=ρε0amp;×E=Btamp;B=0amp;×B=μ0J+μ0ε0Et\large \begin{aligned} &\nabla \cdot \overrightarrow{\mathbf{E}}=\frac{\rho}{\varepsilon_{0}} \\ &\nabla \times \overrightarrow{\mathbf{E}}=-\frac{\partial \overrightarrow{\mathbf{B}}}{\partial t} \\ &\nabla \cdot \overrightarrow{\mathbf{B}}=0 \\ &\nabla \times \overrightarrow{\mathbf{B}}=\mu_{0} \overrightarrow{\mathbf{J}}+\mu_{0} \varepsilon_{0} \frac{\partial \overrightarrow{\mathbf{E}}}{\partial t} \end{aligned}

بهترین کتاب فیزیک عمومی چیست؟

در این بخش بهترین کتاب فیزیک عمومی که در دانشگا‌ه‌ها و موسسات مختلف توسط اساتید به عنوان منابع فیزیک پایه تدریس می‌شوند را معرفی می‌کنیم.

کتاب فیزیک پایه: راهنمای خودآموز

فیزیک پایه: راهنمای خودآموز

این کتاب تمام مفاهیم اساسی یک دوره فیزیک مقدماتی را که در دبیرستان یا دانشگاه تدریس می‌شود را با استفاده از زبانی ساده شرح داده است. این کتاب به شما کمک می‌کند تا موضوعات مختلف و پایه فیزیک را در زمانی کوتاه یاد بگیرید و به تدریج با اصول مختلف فیزیک آشنا شوید. این کتاب برای کسانی که در زمینه فیزیک مقدماتی به کمک نیاز دارند، راهنمای خوبی است. همچنین برای دانش آموزانی که علاقه دارند تا از سطح فیزیک دبیرستان فراتر بروند و با مفاهیم بیشتری آشنا شوند، این کتاب می‌تواند مفید باشد. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

کتاب مقدمه‌ای بر فیزیک

کتاب مقدمه‌ای بر فیزیک

کتاب فیزیک عمومی مقدمه‌ای بر فیزیک توسط جان دی کاتنل نوشته شده است. دانشجویان از این کتاب به عنوان منبعی برای ایجاد اعتماد به نفس در حل مسائل فیزیک، برطرف کردن نقاط ضعف خود در تحلیل مسائل فیزیک و موفقیت بیشتر در این درس استفاده می‌کنند. این کتاب به خواننده کمک می‌کند تا ابتدا با مفاهیم فیزیک آشنا شود و سپس معادلات ریاضی مناسب را به هم مرتبط کند و در نهایت یک راه حل جبری ارائه دهد. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

کتاب فیزیک مفهومی پیرسون

کتاب فیزیک مفهومی پیرسون

در این کتاب، پائول هویت نویسنده کتاب سعی دارد تا مباحث فیزیک را برای افراد غیرآکادمیک جالب، قابل فهم و کاربردی بیان کند. متن این کتاب بر اساس اصل مفاهیم قبل از محاسبات نوشته شده و به دلیل درگیر کردن خواننده با مقایسه‌ها و تصاویر دنیای واقعی مشهور است. پس از خواندن این کتاب، خواننده می‌تواند به یک درک مفهومی قوی از اصول فیزیکی اعم از مکانیک کلاسیک تا فیزیک مدرن دست پیدا کند. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

بنیاد علم فیزیک برای کلاس (2019-2020) 9 امتحان

بنیاد علم فیزیک برای کلاس (2019-2020) 9 امتحان

این کتاب توسط «اچ. سی. ورما» (H.C. Verma) نوشته شده است. ورما که متخصص شناخته شده در زمینه فیزیک است، کتاب‌های زیادی در این زمینه نوشته است. این کتاب یک منبع خوب با تمرکز بر مبانی است که بسیاری از دانش آموزان و دانشجویان از آن برای بهبود درک موضوعات فیزیک استفاده می‌کنند. همچنین دانشجویان برای رفع شک و تردید و افزایش اعتماد به نفس به این کتاب مراجعه می‌کنند. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

کتاب فیزیک دانشگاه با فیزیک مدرن

کتاب فیزیک دانشگاه با فیزیک مدرن

این کتاب ابزارهای کلیدی را برای توسعه مهارت‌های درک مفهومی و مهارت حل مسئله در اختیار دانشجویان قرار می‌دهد. کتاب فیزیک دانشگاه به دلیل تأکید بر اصول اساسی فیزیک و نحوه استفاده از آن‌ها مورد استقبال قرار گرفته است. دلیل شهرت این کتاب روایت و بیان روشن و کامل مباحث فیزیکی و همچنین مجموعه‌ مثال‌های کار شده و بررسی شده منحصر به فرد، گسترده، عمیق و متفکرانه است. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

کتاب اصول فیزیک هالیدی ویرایش دهم

کتاب اصول فیزیک هالیدی ویرایش دهم

نویسندگان این کتاب مجموعه‌ای قوی از مسائل مختلف با کیفیت بالا را ارائه می‌دهند که بازخورد سریع و معنی داری را به وسیله پاسخ سوالات و مثال‌ها و درجه بندی سطح دشواری سوال در اختیار دانشجو قرار می‌دهد. دهمین ویرایش کتاب مبانی فیزیک هالیدی شبیه به ویرایش‌های قبلی این کتاب است که چندین ویژگی و بخش جدید به آن اضافه شده است. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

کتاب علم برای همه: مشکل آزمون استعداد در فیزیک

علم برای همه: مشکل آزمون استعداد در فیزیک

کتاب علم برای همه: مشکل آزمون استعداد در فیزیک توسط «کوروتوف» (S.S. Krotov) نوشته شده است. به وسیله این کتاب، دانشجویان بهترین و دقیق ترین مطالب در مورد فیزیک را دریافت می‌کنند. برای این کتاب، متخصصان شیوه جدیدی را برای ارائه محتوا که به راحتی قابل درک است در پیش گرفته‌اند و روش‌های قدیمی را که زمانی موثرترین روش‌های آموزش بودند را پشت سر گذاشته‌اند. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

کتاب مسائل و مشکلات فیزیک عمومی

کتاب مسائل و مشکلات فیزیک عمومی

این کتاب شامل حدود 1900 مسئله با نکاتی برای حل پیچیده‌ترین آنها برای دانشجویانی طراحی شده است که در حال تحصیل دوره بالاتر فیزیک هستند. هر فصل در کتاب با خلاصه‌ای از موضوع و برای صرفه جویی در زمان از فرمول‌های اصلی مربوط به حوزه فیزیک آغاز می‌شود. این کتاب به خوانندگان کمک می‌کند تا درمورد مسائل مختلف فیزیک عمومی بینش عمیقی به دست آورند. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

فیزیک برای محققین و مهندسان با فیزیک مدرن

فیزیک برای محققین و مهندسان با فیزیک مدرن

در این کتاب «ریموند سروی» (Raymond A. Serway) طیف گسترده‌ای از مثال‌ها، تمرین‌ها و تصاویر را ارائه کرده است که به شما در درک قوانین فیزیک و موفقیت در دوره آموزشی که قصد سپری کردن آن را دارید، کمک می‌کند. نویسنده از داده‌های گسترده و جمع آوری شده در یک وبسایت توسط اساتید و دانشجویان برای شناسایی مسائلی که دارای موضوعاتی مبهم یا نامشخص هستند، استفاده کرده است. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

الکتریسیته و مغناطیس (در واحدهای Si): دوره فیزیک برکلی - جلد 2

«ادوارد پرسل» (Edward Purcell) نویسنده کتاب الکتریسیته و مغناطیس است. پرسل به دلیل فعالیت‌های علمی، آموزشی و اجتماعی جوایز بسیاری را دریافت کرده است. این کتاب کلاسیک به طور گسترده‌ای بهترین کتاب درسی مقدماتی در مورد این موضوع تلقی می‌شود و دارای پوشش کامل و یکپارچه مناسب برای افرادی است که می‌خواهند مفاهیم اساسی این موضوع را درک کنند. فصل‌های این کتاب را می‌توانید در اینجا (+) مشاهده کنید.

معرفی فیلم‌های فیزیک عمومی فرادرس

در ادامه برخی آموزش‌های فیزیک عمومی فرادرس را که برای رشته‌های فیزیک، علوم پایه و مهندسی آماده شده است را معرفی می‌کنیم. این فیلم‌های و دوره‌های ویدیویی در کنار یک منبع اصلی می‌تواند کمک شایانی به دانشجویان این رشته‌ها کند.

معرفی فیلم آموزش فیزیک پایه 1

آموزش فیزیک پایه ۱

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش فیزیک پایه ۱ کرده است. این مجموعه آموزشی از سیزده درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته‌های علوم پایه و فنی و مهندسی مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش ریاضی عمومی ۱ است. این آموزش جزو اولین دروس دانشگاهی است که شامل مفاهیم مربوط به فیزیک عمومی است و اگر شما در مفاهیم ابتدایی فیزیک دچار مشکل هستید، پیشنهاد می‌کنیم از این آموزش شروع کنید و سپس مجموعه‌های دیگر مربوط به فیزیک را مشاهده کنید.

درس اول این مجموعه به اندازه گیری و یکاها و درس دوم به قوانین بردارها می‌پردازد. درس سوم به حرکت در یک بُعد و درس چهارم به حرکت در دو و سه بُعد اختصاص دارد. در درس پنجم و ششم به ترتیب دینامیک حرکت و کاربرد قوانین نیوتن و کار و انرژی را خواهید آموخت و در درس هفتم مفاهیم مربوط به پایستگی انرژی و انرژی پتانسیل بررسی می‌شود. در درس هشتم درباره تکانه و برخورد خواهید آموخت و درس نهم به مرکز جرم و سیستم‌های ذرات اختصاص دارد. درس دهم و یازدهم مباحث مربوط به سینماتیک و دینامیک دورانی را پوشش می‌دهد و درس دوازدهم و سیزدهم به مفاهیم مربوط به تکانه زاویه‌ای و تعادل اختصاص دارد.

معرفی فیلم آموزش فیزیک ۲ دانشگاه

آموزش فیزیک ۲

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم  آموزش فیزیک ۲ دانشگاه برای دانشجویان علوم پایه و فنی و مهندسی کرده است. این مجموعه آموزشی از شانزده درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته علوم پایه و فنی مهندسی مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش فیزیک پایه ۱، ریاضی ۱ و معادلات دیفرانسیل است.

درس اول دوم این مجموعه به ترتیب به بار الکتریکی و میدان‌های الکتریکی اختصاص دارد. درس سوم و چهارم در مورد قانون گاوس صحبت خواهد کرد و درس پنجم به مفهوم پتانسیل الکتریکی می‌پردازد. درس ششم، هفتم و هشتم مربوط به مفاهیم ظرفیت، جریان و مقاومت و مدار‌ها است و درس نهم به معرفی مفهوم میدان‌های الکترومغناطیسی می‌پردازد. در درس دهم مفهوم میدان‌های مغناطیسی حاصل از جریان‌ها معرفی می‌شود و در درس یازدهم و دوازدهم القا و خودالقایی آموزش داده می‌شود. درس سیزدهم و چهاردهم این مجموعه آموزشی به موضوع نوسان‌های الکترومغناطیسی و جریان های متناوب اختصاص دارد و درس پانزدهم به معرفی معادلات ماکسول می‌پردازد. در نهایت در درس شانزدهم امواج الکترومغناطیس آموزش داده می‌شود.

معرفی فیلم آموزش فیزیک عمومی ۲ - حل مساله

آموزش فیزیک عمومی ۲ - حل مساله

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش فیزیک عمومی ۲ - حل مساله کرده است. این مجموعه آموزشی از هفت درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته مهندسی برق و مهندسی عمران مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش ریاضی عمومی ۱، آموزش ریاضی عمومی ۲ و معادلات دیفرانسیل است.

درس اول این مجموعه به حل مسئله در زمینه میدان و پتانسیل الکتریکی می‌پردازد و درس دوم مسائلی را در زمینه شار الکتریکی و قانون گاووس بررسی می‌کند. درس سوم به مسائل مربوط به خازن‌ها و دی الکتریک و درس چهارم به بررسی مسائل جریان، مقاومت و مدارهای الکتریکی اختصاص دارد. در درس پنجم و ششم این مجموعه به ترتیب بررسی و تحلیل مسائل در زمینه میدان مغناطیسی و قانون آمپر و قانون القای فارادی را خواهید آموخت و در نهایت درس هفتم و آخر این مجموعه به مسائل مربوط به مدارات RLC اختصاص دارد.

معرفی فیلم آموزش فیزیک ۱ دانشگاهی با رویکرد حل مساله

آموزش فیزیک ۱ دانشگاهی با رویکرد حل مساله

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش فیزیک ۱ دانشگاهی با رویکرد حل مساله کرده است. این مجموعه آموزشی از هفت درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته‌های علوم پایه و مهندسی است.

درس اول این مجموعه به اندازه گیری و درس دوم به محاسبات برداری می‌پردازد. درس سوم حرکت یک بعدی و درس چهارم حرکت در دو بعد را بررسی می‌کند. در درس پنجم و ششم به ترتیب دینامیک و کار و انرژی را خواهید آموخت و در درس هفتم مفاهیم مربوط به گرما و دما (ترمودینامیک) بررسی می‌شود.

معرفی فیلم آموزش فیزیک پایه ۱ (مرور و حل تست)

آموزش فیزیک پایه ۱ (مرور و حل تست)

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش فیزیک پایه ۱ (مرور و حل تست) کرده است. این مجموعه آموزشی از بیست و سه درس تشکیل شده و برای دانشجویان همه گرایش‌های رشته فیزیک مفید است. پیش نیاز این مجموعه آموزش فیزیک پایه ۱، آموزش معادلات دیفرانسیل و آموزش ریاضی عمومی ۱ است.

درس اول این مجموعه به بیان مقدمه‌ای بر فیزیک پایه ۱ (حل تست کنکور ارشد) و درس دوم و سوم در دو بخش به بررسی حرکت شناسی (سینماتیک) می‌پردازد. درس چهارم، پنجم و ششم در سه بخش به دینامیک سیستم‌های تک ‌ذره‌ای اختصاص دارد و درس هشتم، نهم و دهم در سه بخش به دینامیک سیستم‌های بس ‌ذره‌ای می‌پردازد. دروس یازدهم تا چهاردهم به حرکت دورانی اختصاص دارد و دروس پانزدهم و شانزدهم تعادل دینامیکی را بررسی می‌کند. در ادامه مبحث کار و انرژی در چهار بخش و در دروس هفدهم، هجدهم، نوزدهم و بیستم بررسی می‌شود و در نهایت دروس بیست و یک تا بیست و سه به نوسان اختصاص دارد.

معرفی فیلم آموزش فیزیک الکتریسیته

آموزش فیزیک الکتریسیته

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش فیزیک الکتریسیته کرده است. این مجموعه آموزشی از پنج درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته‌های علوم پایه و مهندسی مفید است.

درس اول این مجموعه به بیان مفاهیم مقدماتی الکتروستاتیک و درس دوم به بررسی مفاهیم مربوط به ‌میدان الکتریکی می‌پردازد. درس سوم به بررسی قانون گاوس و کاربردهای آن اختصاص دارد. در درس چهارم پتانسیل الکتریکی و تغییرات پتانسیل و میدان الکتریکی برای جسم رسانای کروی باردار بررسی می‌شود و در نهایت و در درس پنجم این مجموعه خازن‌ها و دی الکتریک‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

جمع‌بندی

در این مطلب در مورد کتاب فیزیک عمومی صحبت کردیم. در ابتدا خلاصه‌ای از موضوعاتی که در فیزیک عمومی تدریس می‌شود را بیان کردیم و سپس بهترین کتاب فیزیک عمومی را که در دانشگاه‌ها و موسسات معتبر مورد استفاده قرار می‌گیرد را معرفی کردیم. در نهایت نیز مروری بر ویدیوهای آموزشی فیزیک عمومی فرادرس و سرفصل‌های آن داشتیم.

بر اساس رای ۱۴ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
FreeStudyمجله فرادرس
۳ دیدگاه برای «کتاب فیزیک عمومی — معرفی بهترین کتاب ها و فیلم های آموزشی»

سلام ایا ترجمه های روان و خوبی از کتابهای معرفی شده موجوده؟؟؟ بخصوص ترجمه ی کتاب فیریک پایه راهنمای خوداموز

سلام خانم داستان، ممنون از مقاله تون.
من درخواستی از شما دارم که لطفا مطلبی در مورد نور قطبیده و معادله های مربوط به آن بنویسید.
با تشکر از شما.

سلام و روز شما به خیر؛

برای آشنایی با نور و ویژگی‌های آن می‌توانید مطلب فیزیک نور چیست و چه کاربردی دارد؟ + معرفی منابع یادگیری را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

از همراهی شما با مجله فرادرس خرسندیم.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *