Физические основы астрономии

Курс завершён

Антон Бирюков

Курс "Физические основы астрономии" для школьников 9 класса и старше. Чем старше -- тем будет легче :-) Название курса полностью соответствует содержанию. Сегодня астрономия это часть физики и я расскажу о тех важнейших физических понятиях и теориях, которые астрономы используют в своих исследованиях. Как правило, это сложные теории, которые в школе не проходят. Более того, язык, на котором формулируется современное астрофизическое знание довольно сильно отличается от языка привычной нам "школьной физики". Это несколько другой мир, с которым я и предлагаю вам познакомися. А кроме того мы немного поговорим и о самой науке, ее методах и истории. А также порешаем разного рода задачи, некоторые из которых по сей день не имеют решения ;-)

Курс (теоретически) расчитан на 11-12 занятий. Их предварительный план выглядит следующим образом:

1. Научное знание и физика как наука
Что такое наука и научное знание? Теория и эксперимент.
Астрономия как часть физики. Особенности астрономических исследований. Математика как язык науки.
Представление о производной и интеграле. Запись физических законов. Векторы, их сложение и умножение.

2. Движение
Система координат и система отсчета. Преобразование координат. Понятие взаимодействия и силы.
Скорость и ускорение. Законы Ньютона – откуда они берутся? Фундаментальные взаимодействия в физике.
Поля. Энергия и законы сохранения.

3. История тяготения
Закон всемирного тяготения. Центростремительные ускорение и сила. Представления о тяготении в древности.
Системы мира Птолемея и Коперника. Опыты Галилея и начало современной физики. Работы Кеплера.
Формирование представлений о законе тяготения. Вклад Гука и Ньютона. Подтверждение
закона тяготения. Современные представления о тяготении.

4. Задача двух тел
Понятие гравитационного поля и гравитационного потенциала. Система двух тел: постановка
задачи, уравнения движения и интегралы движения. Момент импульса. Орбиты в задаче
двух тел. Законы Кеплера. Сложность задачи многих тел. Устойчивость Солнечной системы.

5. Электромагнетизм
Электрическое и магнитные поля – почему мы уверены, что они существуют? Волновое движение. Электромагнитные волны.
Свет как ЭМ-излучение: Опыты Юнга, Ньютона. Основы оптики. Дифракция и интерференция. Поляризация света.
Зеркала и линзы, телескопы. Спектр и спектрографы.

6. Свет и вещество
Строение вещества: атомы и молекулы. Взаимодействие излучения с веществом.
Поглощение и излучение света. Тепловое излучение и абсолютно черное тело.
Линейчатые спектры и спектры звезд. Излучение ускоренного заряда.
Представление о нетепловом излучении.

7. Элементы специальной теории относительности
Скорость света. Наблюдения Ремера, опыты Араго, Физо.
Особенности электромагнитных явлений. Предпосылки теории относительности. Пространство-время. 4-векторы. Преобразования Лоренца. Представление о замедлении времени, сокращении длин. Эффект Доплера. Наблюдения сверхсветовых движений.

8. Системы большого числа частиц
Число Лошмидта. Детерминизм и случайность в физике. Степени свободы. Элементы теории вероятности и мат. статистики.
Основы статистического описания. Газ, как система большого числа частиц. Термодинамический подход.
Понятие о температуре и уравнении состояния. Микроскопическое и макроскопическое описание. Равновесность и неравновесность. Вырождение.

9. Внутри звезды
Звезда как газовый шар. Что значит рассчитать звезду и как это сделать? Распределение плотности внутри звезды. Температура
и давление в звезде. Представление об источнике энергии звезд. Их равновесие.

10. Элементы общей теории относительности
Представление об искривленном пространстве: как нарисовать треугольник, у которого все углы прямые?
Метрика. Принцип эквивалентности. Уравнения Эйнштейна. Гравитация точечной массы.
Радиус Шварцшильда и черные дыры. Гравитационное линзирование и его наблюдения.

11. Квантовая теория
Экспериментальные и теоретические предпосылки теории. Идеи Планка. Принцип дополнительности.
Как соединить волну и частицу? Уравнение Шредингера и принцип неопределенности.
Энергетические уровни атома водорода и его спектр. Туннельный эффект. Возможность термоядерного синтеза в недрах звезд.

12. Разбор задач.

News

Расписание Астрошколы на осень 2018г.