Προβλήματα Γενικής Φυσικής, Ι. Μηχανική

25,44 21,62

N-id: 0985 Κατηγορίες: , , Σελίδες: 324 Σχήμα: 17 x 24 Xρονολογία: 2003 ISBN: 960-431-871-3 Κωδικός Ευδόξου: 11349 Έκδοση: 3η έκδοση Εκδόσεις: Εκδόσεις Ζήτη

Όπως έγραφα και στον πρόλογο της α’ έκδοσης, το βιβλίο αυτό περιέχει προβλήματα Γενικής Φυσικής και ιδιαίτερα της Μηχανικής στο επίπεδο της διδασκαλίας του αντίστοιχου μαθήματος του Α’ εξαμήνου του Τμήματος Φυσικής του Α.Π.Θ. Αποτελεί λοιπόν ένα βοήθημα για τους φοιτητές των Θετικών Επιστημών των Πανεπιστημίων, μπορούν όμως να προστρέξουν σ’ αυτό και οι συνάδελφοι διδάσκοντες, αλλά και μαθητές των Λυκείων και καθηγητές της Μέσης Εκπαίδευσης. Aλλωστε, η φυσική νομοτέλεια είναι ορισμένη, η φυσική σκέψη πρέπει να ακολουθεί με λογική και συνέπεια αυτή τη νομοτέλεια, την οποία στο τέλος πρέπει να εκφράζουμε με διατυπώσεις νοημάτων, μαθηματικές εξισώσεις ή οποιοδήποτε πρόσφορο μέσο και τρόπο, ώστε να γίνεται αντιληπτή και κατανοητή. Το μαθηματικό επίπεδο που χρησιμοποιείται εδώ δεν είναι ιδιαίτερα υψηλό, μερικές βασικές γνώσεις από διανυσματικό, διαφορικό και ολοκληρωτικό λογισμό είναι αρκετές. Αυτό προκύπτει από την ανάγκη χειρισμού των διανυσματικών φυσικών μεγεθών και από το ότι η περιγραφή καταστάσεων απαιτεί στιγμιαίες τιμές, που επιτρέπουν να προβλέψουμε συμπεριφορές για μεγάλα διαστήματα, ή αντίστροφα συνάγονται από τη γνώση του τί συμβαίνει σε μεγάλα χρονικά διαστήματα. Επίσης, ο συνήθης κανόνας είναι τα φυσικά μεγέθη να εξελίσσονται και να μεταβάλλονται συνεχώς και η σταθερότητα μπορεί να προσεγγιστεί με στοιχειώδεις (απειροστές) μεταβολές.
Σε ότι αφορά το περιεχόμενο του βιβλίου, η διάρθρωση του και ο χωρισμός της ύλης σε κεφάλαια ακολουθεί σε γενικές γραμμές το πανεπιστημιακό μας βιβλίο θεωρίας «ΦΥΣΙΚΗ – Εισαγωγή στη Μηχανική». Στην προηγούμενη Β’ έκδοση προστέθηκε και το κεφάλαιο της Σχετικότητας. Γι’ αυτό το λόγο δεν υπάρχει εδώ συνοπτική θεωρία ή τυπολόγιο. Πιστεύω άλλωστε, ότι είναι καλύτερα να ανατρέχουμε, όταν χρειάζεται, στην αναλυτική παρουσίαση ενός θέματος ώστε η κατανόηση και η εμπέδωση να έχουν πιο μόνιμο χαρακτήρα. Υπάρχουν δώδεκα κεφάλαια λυμένων προβλημάτων, συνολικού αριθμού 153 και ακολουθούν 169 προβλήματα προτεινόμενα για λύση. Η ύλη συμπληρώνεται με 41 προβλήματα για ηλεκτρονικό υπολογιστή, από τα οποία τα 22 είναι λυμένα και τα υπόλοιπα 19 προσφέρονται για λύση.
Θα ήθελα να εκθέσω μερικές σκέψεις μου, για τη χρήση και σκοπιμότητα των προβλημάτων στη διδασκαλία και εκμάθηση της φυσικής. Συνηθίζεται σε διάφορα βιβλία φυσικής, ελληνικά και ξένα, να υπάρχει πληθώρα προβλημάτων σε κάθε τόμο. Aλλα απ’ αυτά είναι απλές εφαρμογές, άλλα «εύκολα» και άλλα δυσκολότερα. Επίσης, παρατηρείται μερικές φορές στις εξετάσεις του μαθήματος σε διάφορα πανεπιστημιακά τμήματα, να θέτονται για λύση προβλήματα σύνθετα, δυσεπίλυτα ενίοτε και ίσως με απαιτούμενες γνώσεις που ξεπερνούν το βασικό επίπεδο του μαθήματος. Το αποτέλεσμα είναι ο φοιτητής ή ο μαθητής να βομβαρδίζεται με όγκο προβλημάτων και να καταφεύγει στην «εύκολη λύση», δηλαδή στην απομνημόνευση.
Ο σκοπός των προβλημάτων όμως είναι άλλος. .εν είναι να μπορούμε να λύσουμε οποιοδήποτε πρόβλημα, ακόμη και το πιο δύσκολο και σύνθετο και πολύ περισσότερο δεν είναι αυτοσκοπός. Ο γράφων δεν διεκδικεί τέτοια ικανότητα και το προνόμιο του παντογνώστη. Aλλωστε για κάθε θέμα ή ενότητα ή αντίστοιχο πεδίο έρευνας υπάρχουν οι εξειδικευμένοι επιστήμονες που έχουν και τον τελευταίο λόγο. Γι’ αυτό και στο παρόν βιβλίο ο αριθμός των προβλημάτων δεν είναι πολύ μεγάλος και μερικά θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν σαν στοιχειώδη. Η εκπαιδευτική μου εμπειρία από διδασκαλία και εξετάσεις μου επιτρέπει να πω στο σημείο αυτό ότι τα στοιχειώδη χρειαζόμαστε γιατί εκεί χωλαίνουμε. Το πρόβλημα πρέπει να βοηθήσει ώστε να κατανοήσουμε τη λειτουργία της φυσικής νομοτέλειας κατά την εξέλιξη των φαινομένων, ποια είναι η σημασία των φυσικών μεγεθών και των φυσικών νόμων που τα συνδέουν και πώς μπορούμε να τους εφαρμόσουμε ώστε να καταλήξουμε σε ασφαλή συμπεράσματα. Για παράδειγμα πρέπει να καταλάβουμε ότι η τριβή δεν είναι πάντοτε μια δύναμη επιζήμια που εμποδίζει την κίνηση, αλλά αντίθετα πολλές φορές είναι μια χρήσιμη δύναμη (ωφέλιμη για μας) που υποβοηθά και διατηρεί κίνηση. Το πρόβλημα είναι, ποιος παρατηρεί και ποιος υφίσταται! Θα μπορούσε κανείς να γράψει ολόκληρο βιβλίο με τις παράδοξες (κατά ήπιο χαρακτηρισμό) απορίες και απαντήσεις που κατά καιρούς έχει συναντήσει. Ακόμη και όταν οι φοιτητές, μπροστά στη δυσκολία που αντιμετωπίζουν, ανακαλούν, ύστερα από ένα χρόνο, τις γνώσεις τους από το Λύκειο, προβάλλει τραγικά η αποτυχία της απομνημόνευσης και της μη εμπέδωσης. Βέβαια πολλά ερωτηματικά γεννώνται και για το εκπαιδευτικό μας σύστημα και στο τέλος – τέλος για το τι κάνουμε όλοι εμείς οι δάσκαλοι μέσα στις αίθουσες.
Το καινούργιο σ’ αυτήν την έκδοση αφορά τα προβλήματα για ηλεκτρονικό υπολογιστή. Στις προηγούμενες εκδόσεις, για τη λύση τους είχε προτιμηθεί η γλώσσα προγραμματισμού BASIC, η οποία είναι αρκετά εύκολη στη χρήση της είναι όμως παράλληλα ένα ευφυές προϊόν λογισμικού και όπως αναφερόταν σε αντίστοιχα ξένα βιβλία, εθεωρείτο ως μια γλώσσα υψηλού επιπέδου. Επειδή όμως όλα τα πράγματα εξελίσσονται, ιδιαίτερα δε στους υπολογιστές, στην παρούσα έκδοση γίνεται χρήση της VISUAL BASIC, την οποία θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε σαν προέκταση της BASIC, αν και αυτό δεν είναι απόλυτα αλήθεια.
Πιστεύω ότι η παρουσίαση των προβλημάτων υπολογιστή είναι αρκετά συγκροτημένη και η επιλογή και λύση τους έγινε έτσι ώστε να κεντρίζουν την προσοχή και το ενδιαφέρον του αναγνώστη. Είναι βέβαια γνωστό ότι σήμερα υπάρχουν έτοιμα προγράμματα για οποιοδήποτε είδος εργασίας με τυποποιημένη και σχεδόν αυτόματη την πορεία επεξεργασίας. Ο σκοπός μας όμως εδώ είναι να προγραμματίσουμε οι ίδιοι δημιουργικά, να διασκεδάσουμε, να κατανοήσουμε και λίγο περισσότερο τη φυσική και ακόμη να νοιώσουμε και το συναίσθημα της επιτυχίας.
Το περιεχόμενο της εκφώνησης μερικών προβλημάτων μπορεί να το συναντήσει κανείς με παραλλαγές και αλλού, αφού αναφέρονται σε συγκεκριμένα προβλήματα φυσικής. Επίσης πολλά από τα προβλήματα είναι καινούργια, η λύση όμως όλων των προτεινομένων προβλημάτων είναι πρωτότυπη. Γι’ αυτό και ένας έμπειρος προγραμματιστής, ιδιαίτερα με την VISUAL BASIC, ίσως είχε καλύτερες προτάσεις λύσης τους. Παράλληλα με τη λογική λύσης τους και το πρόγραμμα που προτείνεται γίνεται και επαρκής ανάλυση και επεξήγηση της φυσικής κάθε προβλήματος και όπου χρειάζεται και των αποτελεσμάτων που προκύπτουν.


Περιεχόμενα:

  1. Διανύσματα
  2. Κίνηση
  3. Δυνάμεις
  4. Συστήματα αναφοράς
  5. Οι νόμοι της διατήρησης
  6. Συστήματα υλικών σωμάτων
  7. Στατική του στερεού σώματος
  8. Δυναμική του στερεού σώματος
  9. Ταλαντώσεις
  10. Κύματα σε ελαστικά μέσα
  11. Μηχανική των συνεχών μέσων
  12. Σχετικότητα
  13. Προβλήματα για λύση
  14. Προβλήματα για Ηλεκτρονικό Υπολογιστή
    • Λυμένα προβλήματα
    • Προβλήματα για λύση

Θεμελιώδεις φυσικές σταθερές