普通物理專題研究

內(nèi)容概要

李武鋼編著的《普通物理專題研究》圍繞物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo),
在普通物理的力、熱、光、電等學(xué)科范疇內(nèi)，講授具有一定代表性的理論性拓展、實驗探討和一些應(yīng)用性的研究內(nèi)容。
《普通物理專題研究》能幫助學(xué)生擴(kuò)展物理視野，獲得多維啟迪，提高利用普通物理學(xué)基本理論知識作進(jìn)一步的理論拓展和解決實際問題的能力，提升物理素養(yǎng)。
本教材可作為物理學(xué)專業(yè)本科生普通物理后續(xù)課程的學(xué)習(xí)資料，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生教學(xué)選用。

書籍目錄

力學(xué)部分
1  贗功及贗功能原理
  1.1  贗功及贗功能原理簡介
    1.1.1  贗功的概念
    1.1.2  贗功能原理
  1.2  關(guān)于贗功的討論
    1.2.1  贗功是否是真實功的問題
    1.2.2  贗功的本質(zhì)問題
  1.3  贗功能原理的應(yīng)用
2  小球與均質(zhì)自由桿的碰撞
  2.1  完全彈性碰撞
  2.2  完全非彈性碰撞
  2.3  系統(tǒng)動能最小可能值
  2.4  討論
3  相對運動網(wǎng)絡(luò)及類基爾霍夫電壓定律解法
  3.1  幾個概念
  3.2  相對運動網(wǎng)絡(luò)及解法
  3.3  算例
    3.3.1  算例
    3.3.2  算例
  3.4  結(jié)語
4  均質(zhì)并有對稱面的剛體轉(zhuǎn)動慣量的一個定理
  4.1  定理的提出
  4.2  定理的證明
  4.3  算例
    4.3.1  算例
    4.3.2  算例
5  由三平行軸慣量求重心的一種方法
  5.1  理論推導(dǎo)和結(jié)果
  5.2  二值問題及說明
  5.3  結(jié)語
6  引入“折合力”的兩體力學(xué)關(guān)系及應(yīng)用
  6.1  引入“折合力”的兩體力學(xué)關(guān)系
    6.1.1  引入“折合力”的動力學(xué)關(guān)系式
    6.1.2  引入“折合力”的動量定理表達(dá)形式
    6.1.3  引入“折合力”的動能定理表達(dá)形式
  6.2  算例
    6.2.1  引入“折合力”的動力學(xué)關(guān)系式算例
    6.2.2  引入“折合力”的動能定理關(guān)系式算例
  6.3  結(jié)語
7  空氣阻力因素與最大飛行路徑拋射角的關(guān)系
  7.1  基本方程和程序編制
  7.2  最大飛行路徑與拋射角的關(guān)系
    7.2.1  不同阻力系數(shù)下的最大飛行路徑拋射角
    7.2.2  不同質(zhì)量的物體的最大飛行路徑拋射角
  7.3  結(jié)語
8  天體的旋進(jìn)與角動量守恒
  8.1  作用力矩與反作用力矩
  8.2  非慣性平動參考系中的角動量定理
  8.3  地-月系統(tǒng)質(zhì)心參考系中的角動量
  8.4  天體旋進(jìn)與角動量守恒
  8.5  結(jié)語
9  駐波實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的一個錯誤
  9.1  立體駐波形成的原因
  9.2  實驗驗證
  9.3  立體駐波的特性分析
  9.4  立體駐波對實驗的影響
    9.4.1  立體駐波對波長和張力關(guān)系的影響
    9.4.2  立體駐波對波長和弦線密度關(guān)系的影響
  9.5  對實驗改進(jìn)的幾點建議
  9.6  結(jié)語
10  幾則力學(xué)疑難問題的討論
  10.1  問題
  10.2  問題
  10.3  問題
  10.4  問題
    熱力學(xué)部分
11  常用數(shù)學(xué)工具在熱力學(xué)關(guān)系式證明中的應(yīng)用
  11.1  常用數(shù)學(xué)工具簡介
    11.1.1  多元函數(shù)的導(dǎo)數(shù)及其全微分
    11.1.2  多元函數(shù)的變量變換
    11.1.3  復(fù)合函數(shù)的導(dǎo)數(shù)
  11.2  熱力學(xué)關(guān)系式常用的證明方法
    11.2.1  系數(shù)比較法與全微分求偏導(dǎo)數(shù)法
    11.2.2  循環(huán)關(guān)系法
    11.2.3  鏈?zhǔn)疥P(guān)系法
    11.2.4  復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)
    11.2.5  勒讓德變換
    11.2.6  雅可比行列式
  11.3  結(jié)語
12  導(dǎo)出分子平均平動能公式的幾種方法
  12.1  由壓強(qiáng)公式和理想氣體狀態(tài)方程導(dǎo)出
  12.2  由麥克斯韋速率分布律導(dǎo)出
  12.3  由能量按自由度均分定理導(dǎo)出
  12.4  根據(jù)分子碰撞服從的力學(xué)(經(jīng)典)規(guī)律運用統(tǒng)計概念導(dǎo)出
  12.5  根據(jù)熱平衡和力學(xué)平衡的概念，并運用壓強(qiáng)公式導(dǎo)出
13  對氣體等溫氣壓公式的修正
  13.1  氣體多方平衡過程的氣壓公式的推導(dǎo)
  13.2  數(shù)值計算結(jié)果和討論
  13.3  結(jié)語
14  升華能隨溫度和壓強(qiáng)的變化
15  氣體中有速率為無窮大的分子嗎
16  關(guān)于熱力學(xué)第一定律的微觀解釋
  16.1  由分子組成的質(zhì)點組的動能定理
  16.2  熱力學(xué)第一定律的微觀解釋
  16.3  結(jié)語
17  關(guān)于克勞修斯方法對可逆和不可逆過程(循環(huán))的處理
  17.1  關(guān)于克勞修斯方法所使用的系統(tǒng)和過程
  17.2  克勞修斯方法對可逆過程的處理
  17.3  克勞修斯方法對不可逆過程的處理
  17.4  進(jìn)一步的論述
    17.4.1  從有限過程到微變過程
    17.4.2  關(guān)于“凈熱比較法”與克勞修斯方程的一致性
    17.4.3  關(guān)于熵的另一個導(dǎo)出方法及比較
    17.4.4  兩種方法對絕熱過程的處理(克勞修斯方法的一個假設(shè)條件)
    17.4.5  關(guān)于克勞修斯方法的實質(zhì)和意義
18  均勻物質(zhì)熱力學(xué)關(guān)系的兩種記憶方法
  18.1  “魔句”與方圖記憶法
    18.1.1  “魔句”與方圖
    18.1.2  對全微分公式的記憶
    18.1.3  對偏微商公式的記憶
    18.1.4  對麥?zhǔn)详P(guān)系的記憶
  18.2  U-H-F-G圖記憶法
19  用恒流量熱器測定水的比熱容
  19.1  儀器裝置
  19.2  實驗原理
  19.3  實驗步驟
  19.4  數(shù)據(jù)記錄與處理
    19.4.1  第1組數(shù)據(jù)記錄
    19.4.2  數(shù)據(jù)處理
    19.4.3  標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算
    19.4.4  第2組數(shù)據(jù)記錄與處理
  19.5  結(jié)語
20  幾則熱學(xué)疑難問題的討論
  20.1  問題
  20.2  問題
  20.3  問題
  20.4  問題
    光學(xué)部分
21  薄透鏡在不同介質(zhì)中的會聚與發(fā)散性質(zhì)
  21.1  透鏡兩側(cè)媒質(zhì)折射率相同
    21.1.1  兩側(cè)媒質(zhì)折射率小于透鏡折射率
    21.1.2  兩側(cè)媒質(zhì)折射率大于透鏡折射率
  21.2  透鏡兩側(cè)媒質(zhì)折射率不同
    21.2.1  Δn〉0，且n〉n
    21.2.2  Δn〉0，且n〈n
    21.2.3  Δn〈0，且n〉n
    21.2.4  Δn〈0，且n〈n
  21.3  結(jié)語
22  諾莫圖法在薄透鏡和球面鏡成像分析中的應(yīng)用
  22.1  諾莫圖結(jié)構(gòu)及符號法則
  22.2  凸透鏡及凹面鏡成像規(guī)律分析
    22.2.1  凸透鏡成像
    22.2.2  凹面鏡成像
  22.3  凹透鏡及凸面鏡成像規(guī)律分析
    22.3.1  凹透鏡成像
    22.3.2  凸面鏡成像
  22.4  符號規(guī)則的討論
  22.5  結(jié)語
23  二次成像法測定光具組的基點
  23.1  測量原理及測量方法
    23.1.1  確定焦點的位置
    23.1.2  二次成像法測定光具組的焦距
    23.1.3  確定光具組兩主點之間的距離
    23.1.4  確定光具組主點、節(jié)點的位置
  23.2  測量舉例
  23.3  討論
24  菲涅耳雙棱鏡干涉實驗中距離參數(shù)的研究
  24.1  狹縫與雙棱鏡的距離
  24.2  雙棱鏡與測微目鏡的距離
  24.3  干涉條紋間距和條紋數(shù)目
  24.4  實驗結(jié)果
25  正確理解半波損失
  25.1  問題的提出
  25.2  正確理解半波損失的產(chǎn)生
    25.2.1  光波在介質(zhì)界面上反射時半波損失的產(chǎn)生
    25.2.2  薄膜干涉中半波損失的產(chǎn)生
  25.3  結(jié)語
26  夫瑯禾費衍射光強(qiáng)的兩種計算方法
  26.1  單縫衍射
    26.1.1  用菲涅耳積分法計算光強(qiáng)
    26.1.2  用振幅矢圖解法計算光強(qiáng)
    26.1.3  兩種方法的比較
  26.2  光柵衍射
    26.2.1  用積分法計算光柵衍射光強(qiáng)
    26.2.2  用振幅矢圖解法計算光柵衍射光強(qiáng)
    26.2.3  兩種計算光柵衍射光強(qiáng)方法的比較
27  夫瑯禾費矩孔衍射的特征及其MATLAB模擬
  27.1  夫瑯禾費矩孔衍射
    27.1.1  夫瑯禾費矩孔衍射實驗裝置
    27.1.2  夫瑯禾費矩孔衍射的衍射場及光強(qiáng)分布
    27.1.3  夫瑯禾費矩孔衍射的特征
  27.2  夫瑯禾費矩孔衍射的MATLAB模擬
    27.2.1  參數(shù)的設(shè)定
    27.2.2  程序的編寫和調(diào)試
    27.2.3  夫瑯禾費矩孔衍射的MATLAB模擬結(jié)果
  27.3  結(jié)語
28  光的干涉和衍射的模擬
  28.1  雙縫干涉模擬
  28.2  單縫衍射的模擬
  28.3  光柵衍射的模擬
29  用干涉法測原子發(fā)光持續(xù)時間
  29.1  干涉實驗的方法及結(jié)果
    29.1.1  牛頓環(huán)實驗的方法和結(jié)果
    29.1.2  劈尖干涉實驗方法和結(jié)果
  29.2  用測不準(zhǔn)關(guān)系得到的理論結(jié)果
  29.3  關(guān)于結(jié)果的比較和說明
30  幾則光學(xué)疑難問題的討論
  30.1  問題
  30.2  問題
  30.3  問題
  30.4  問題
    電磁學(xué)部分
31  電磁學(xué)的三個基本結(jié)論
  31.1  “同種電荷(磁極)相斥，異種電荷(磁極)相吸”
  31.2  “電流同向相吸，異向相斥”
  31.3  “導(dǎo)體越長，對電流的阻礙越大”
32  通電導(dǎo)體中的凈電荷
  32.1  關(guān)于通電導(dǎo)體介面凈電荷的一個方程
    32.1.1  方程的導(dǎo)出
    32.1.2  方程(32.5)和方程(32.7)的討論及介面凈電荷
  32.2  電阻率連續(xù)變化的通電導(dǎo)體內(nèi)的凈電荷
  32.3  介面電流和介面電容的設(shè)想
    32.3.1  介面電流
    32.3.2  介面電容
33  幾種不同形狀導(dǎo)體表面的電荷面密度
  33.1  無限大導(dǎo)體表面
  33.2  楔形導(dǎo)體表面
  33.3  半圓柱形凸起表面
34  電阻體電容
  34.1  電阻端面電容
  34.2  電阻體分布電容
  34.3  結(jié)語
35  梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的研究
  35.1  梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點和入端電阻的計算
    35.1.1  梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點
    35.1.2  梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的計算
  35.2  計算機(jī)輔助分析梯形網(wǎng)絡(luò)
  35.3  結(jié)語
36  格林函數(shù)互易性在電磁學(xué)中的應(yīng)用
  36.1  格林函數(shù)
    36.1.1  格林函數(shù)的公式
    36.1.2  無界空間的格林函數(shù)例
  36.2  格林函數(shù)的互易性
  36.3  格林函數(shù)的互易性在電磁學(xué)中應(yīng)用的例子
37  鏡像對稱性在電磁學(xué)中的應(yīng)用
  37.1  真矢量和贗矢量
  37.2  利用安培環(huán)路定理求磁場
    37.2.1  對稱性分析
    37.2.2  作安培環(huán)路，用場強(qiáng)表達(dá)積分
    37.2.3  利用安培環(huán)路定理求場強(qiáng)
  37.3  一個綜合問題
    37.3.1  對稱性分析
    37.3.2  做高斯面，利用高斯定理式(37.6)求場強(qiáng)
    37.3.3  作環(huán)路，利用環(huán)路定理式(37.7)求場強(qiáng)
  37.4  關(guān)于《費曼物理學(xué)講義》中的一道例題
38  最小作用量原理在電學(xué)中的應(yīng)用實例
  38.1  電阻并聯(lián)電路中電流的實際分布使電路的耗散功率取極小值
  38.2  電容器串聯(lián)電路中電壓的實際分布使電路儲存能量取極小值
  38.3  惠斯通電橋電路中電流的實際分布使電路的耗散功率取極小值
  38.4  導(dǎo)體球電荷量的實際分布使系統(tǒng)的靜電能取極小值
39  一種準(zhǔn)確測量熱敏電阻溫度特性的方法
  39.1  測量原理
    39.1.1  熱敏電阻的溫度特性
    39.1.2  內(nèi)熱效應(yīng)
    39.1.3  內(nèi)熱模型
  39.2  測量方法
    39.2.1  內(nèi)熱效應(yīng)的測量
    39.2.2  溫度特性的測量和數(shù)據(jù)處理
  39.3  結(jié)語
40  幾則電磁學(xué)疑難問題的討論
  40.1  問題
  40.2  問題
  40.3  問題
  40.4  問題
    綜合、延伸、應(yīng)用
41  什么是“物理學(xué)”——物理學(xué)概念之沿革
  41.1  物理學(xué)概念的西方源起
  41.2  中文“物理學(xué)”一詞的來源
  41.3  關(guān)于“物理學(xué)”的一般傳統(tǒng)認(rèn)識
  41.4  《物理百科全書》關(guān)于“物理學(xué)”的解釋
  41.5  朝永振一郎關(guān)于“物理學(xué)”的見解
  41.6  哥本哈根學(xué)派的觀點
  41.7  《未來我們選擇怎樣的物理學(xué)》一文的相關(guān)思想
  41.8  趙凱華先生的觀點
  41.9  啟示
42  物理模型的構(gòu)建
  42.1  量綱分析法
  42.2  抽象化
  42.3  類比法
  42.4  理想化方法
  42.5  構(gòu)造法
  42.6  等效代換法
  42.7  唯象法
  42.8  微元法與迭代法
43  量綱分析的基本理論及其應(yīng)用
  43.1  量綱分析基礎(chǔ)
    43.1.1  基本定理
    43.1.2  量綱的基本運算規(guī)則
  43.2  量綱分析中的Π定理
  43.3  量綱分析中矢量空間待定系數(shù)法的應(yīng)用
  43.4  說明
44  基于量綱分析的建模研究
  44.1  量綱分析基礎(chǔ)
    44.1.1  量綱
    44.1.2  白金漢Π定理
  44.2  相似定律
  44.3  量綱分析建模
45  盧瑟福散射公式的幾何證明方法
  45.1  α粒子運動的性質(zhì)
  45.2  推導(dǎo)過程
    45.2.1  證法一
    45.2.2  證法二
  45.3  結(jié)語
46  從諾貝爾物理學(xué)獎看光學(xué)的發(fā)展
  46.1  百年諾貝爾獎光學(xué)部分
  46.2  諾貝爾獎與光學(xué)的發(fā)展
  46.3  結(jié)語
47  機(jī)械能守恒定律服從力學(xué)相對性原理
  47.1  問題的提出
  47.2  機(jī)械能守恒定律服從力學(xué)相對性原理
  47.3  對文獻(xiàn)［85］的若干商榷意見
  47.4  結(jié)語
48  基于同時的相對性對鐘慢尺縮效應(yīng)的再認(rèn)識
  48.1  同時的相對性
  48.2  鐘慢效應(yīng)
    48.2.1  鐘慢效應(yīng)的物理意義
    48.2.2  對鐘慢效應(yīng)的再認(rèn)識
  48.3  尺縮效應(yīng)
    48.3.1  對尺縮效應(yīng)的再認(rèn)識
    48.3.2  列車-隧道問題
49  關(guān)于連續(xù)介質(zhì)中橫波的能量探討
  49.1  定性分析
    49.1.1  質(zhì)元的受力分析
    49.1.2  回復(fù)力與質(zhì)元的動能ΔEk
    49.1.3  切向力與彈性勢能ΔEp
    49.1.4  質(zhì)元的機(jī)械能
  49.2  定量分析
    49.2.1  質(zhì)元的動能ΔEk
    49.2.2  質(zhì)元的勢能ΔEp
    49.2.3  質(zhì)元的機(jī)械能
  49.3  結(jié)語
50  威耳遜對云室的實驗研究
  50.1  威耳遜生平
  50.2  威耳遜對云室技術(shù)的研究
    50.2.1  對凝結(jié)核的初步研究
    50.2.2  對云室的研究
    50.2.3  實驗裝置
    50.2.4  分析照片徑跡，驗證康普頓效應(yīng)
  50.3  有益的啟示
51  虛擬投影示波器及其在物理演示實驗中的應(yīng)用
  51.1  虛擬示波器的功能與使用方法
  51.2  投影示波器演示物理實驗舉例
    51.2.1  演示L、C交流電壓電流的相位差
    51.2.2  演示李薩如圖形
    51.2.3  演示LRC電路的暫態(tài)過程
52  一種用數(shù)字示波器測量液體表面張力系數(shù)的實驗方法
  52.1  原理
  52.2  實驗裝置
  52.3  實驗內(nèi)容和方法
  52.4  實驗結(jié)果
53  從魚洗到海嘯
  53.1  魚洗噴水物理機(jī)制綜述
  53.2  海嘯成因的新發(fā)現(xiàn)竟與魚洗噴水機(jī)制如出一轍
54  引潮力對月球及人造衛(wèi)星軌道平面的影響
  54.1  月球軌道平面的旋進(jìn)及其原因分析
  54.2  引潮力矩
  54.3  計算平均旋進(jìn)角速度和旋進(jìn)周期
  54.4  討論與說明
55  轎車沖撞行人過程的力學(xué)分析
  55.1  人體模型的力學(xué)分析
    55.1.1  前保險杠與下肢的沖撞
    55.1.2  腿部被沖擊后人體轉(zhuǎn)動角速度的大小
    55.1.3  頭部受沖擊后人體轉(zhuǎn)動角速度大小
    55.1.4  人體發(fā)生倒立翻轉(zhuǎn)時車速的臨界值
  55.2  討論
    55.2.1  人體的影響
    55.2.2  車體的影響
56  力學(xué)模型和規(guī)律在“哥倫比亞”號失事原因中的運用
57  物理學(xué)在現(xiàn)代汽車ABS上的應(yīng)用
  57.1  “防抱制動系統(tǒng)”的力學(xué)原理
    57.1.1  防抱制動系統(tǒng)概述
    57.1.2  汽車制動的力學(xué)原理
  57.2  “防抱制動系統(tǒng)”的電磁控制原理
    57.2.1  輪速傳感器
    57.2.2  電磁閥控制器
58  高密度信息存儲的物理原理
  58.1  光盤存儲的原理
    58.1.1  只讀式光盤(CD-ROM)的工作原理
    58.1.2  磁光(MO)型光盤的工作原理
    58.1.3  相變型光盤的工作原理
  58.2  實現(xiàn)高密度信息存儲的途徑
    58.2.1  減小激光聚焦直徑的方法
    58.2.2  近場光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用
    58.2.3  超分辨技術(shù)
    58.2.4  超分辨近場結(jié)構(gòu)光盤技術(shù)
59  空氣微粒的阻力系數(shù)計算及動力學(xué)行為分析
  59.1  微粒的空氣阻力系數(shù)的計算
  59.2  微?？諝庾枇ο禂?shù)討論及動力學(xué)行為分析
    59.2.1  微粒的空氣阻力系數(shù)
    59.2.2  空氣阻力與速度的關(guān)系
    59.2.3  微粒動力學(xué)行為的分析
  59.3  結(jié)語
60  一種基于電容傳感器的液體密度測量電路的設(shè)計
  60.1  液體密度測量電路原理
  60.2  各部分工作原理
    60.2.1  電容傳感器檢測液體密度原理
    60.2.2  放大電路
    60.2.3  A/D轉(zhuǎn)換電路
    60.2.4  單片機(jī)
    60.2.5  顯示電路
  60.3  液體密度測量電路
    60.3.1  硬件電路
    60.3.2  軟件流程設(shè)計
  60.4  測量舉例
    60.4.1  實驗裝置的校準(zhǔn)
    60.4.2  實驗裝置的定標(biāo)
    60.4.3  測量
  60.5  結(jié)語
61  人體在近0℃的溫度感知實驗?zāi)M及分析
  61.1  “下雪不冷化雪冷”傳統(tǒng)解釋的問題
  61.2  人體在近0℃的溫度感知模擬實驗
  61.3  模擬數(shù)值比較及分析
  61.4  “下雪不冷化雪冷”現(xiàn)象形成的機(jī)理
參考文獻(xiàn)
后記

章節(jié)摘錄

　　對稱性又稱不變性，是指體系在某種操作下變成與原狀態(tài)相同或等價的狀態(tài)。這里的“操作”含義很廣，簡單的有空間操作（平移、轉(zhuǎn)動、鏡像反射、伸縮）和時間操作（時間平移、反演），復(fù)雜的如量子理論中的粒子置換、電荷共軛變換以及內(nèi)部空間中的轉(zhuǎn)動等。對稱性是物理學(xué)中的重要概念。對于當(dāng)代理論物理學(xué)，它起著重要乃至核心的作用；而對于經(jīng)典物理學(xué)，雖然它不如在理論物理學(xué)中那么重要，但也是簡化問題的利器。　　用對稱性分析來簡化問題根源于“對稱性原理”：原因中的對稱性必反映在結(jié)果中，即結(jié)果中的對稱性至少有原因中的對稱性那么多?；蛘叻催^來說：結(jié)果中的不對稱性在原因中必有反映，即原因中的不對稱性至少有結(jié)果中的不對稱性那么多。在結(jié)果不唯一的情況下，上述原理修改為：原因中的對稱性必然反映在全部可能的結(jié)果中，即全部可能結(jié)果的集合中的對稱性至少有原因中的對稱性那么多?！　「鶕?jù)此原理，在電磁學(xué)中，如果場源（原因）具有某種對稱性，那么場強(qiáng)（結(jié)果）必然也具有這種對稱性。對于對稱性很高的體系，求場強(qiáng)的一般分析步驟如下：①對稱性分析。盡可能多地分析出場源的對稱性，從而在未求解前獲得關(guān)于場強(qiáng)的盡可能多的信息。②根據(jù)對稱性作出積分區(qū)域（閉合曲面或閉合路徑），把積分用場強(qiáng)顯示表達(dá)。這里積分區(qū)域的作法一定要使已有的對稱性盡可能地被利用上。③利用積分形式的物理定律求場強(qiáng)。根據(jù)上述一般步驟，我們對電磁學(xué)中幾種常見的問題重新進(jìn)行處理，以達(dá)到明晰思路和邏輯的目的。在這種新的處理方式中，可以明顯地看出對稱性分析在此類問題中的重要地位。 　　……

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