Простые истины.
Начиная с рождения, все мы за два, три года невольно соприкасаемся с солидным курсом физики привыкаем к простым вещам и явлениям вокруг нас. Так, мы узнаем, что камень всегда падает вниз на землю, что есть твердые предметы, о которые можно ушибиться, что огонь может обжечь и т. д. Однако, как ни важны подобные знания, накапливаемые ребенком и взрослым человеком, они еще не образуют науку. Это частные правила, касающиеся отдельных явлений. Они говорят нам о том, что произойдет в обычных условиях, но не отвечают на вопрос: почему те или иные события вообще происходят и не могут ли эти события не наступить совсем? Они также не позволяют предсказать, что произойдет при других условиях.
Людям необходимо понять окружающий мир, чтобы использовать eго законы для облечения труда, улучшения условий жизни.
———к
Стремление понять окружающий мир, увидеть общее в разных природных явлениях, понять причины порождающие их, а также желание предсказать их возникновение привело к зарождению науки.
Любознательному человеку интересно узнать, чем отличаются различные звуки и что у них общего, что определяет разный цвет тел, что общего между падением тел на Землю и движением звезд и планет.
Физика — наука, занимающаяся изучением самых общих закономерностей явлений природы, свойств и структуры окружающего нас мира. Поэтому её понятия и законы используются в самых различных областях знания: геологии, химии, биологии и др.
Задачи, стоящие перед физикой, определяют особенности физического метода исследования: от эксперимента к количественным формулировкам законов, которые проверяются практикой.
Начало физики положил итальянский ученый Галилео Галилей, поставивший первые физические эксперименты и предложивший теоретическое объяснение движению тел. До Галилея изучение движения основывалось на чисто философских идеях и было описательным.
Изучая падение тел равной массы, Галилей не просто наблюдал за их движением, но и измерял высоту, с которой падают тела, и определял время их падения. В результате измерений Галилея были получены количественные соотношения между величинами.
——-к
Слово «физика» происходит от греческого слова «фюзис», что означает «природа». Оно впервые появилось в сочинениях величайшего мыслителя древности — Аристотеля, живущего в IV веке до нашей эры.
В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал в России первый учебник физики в переводе с немецкого языка.
Физика — одна из основных наук о природе.
Если внимательно приглядеться к происходящему в окружающем нас мире, то можно заметить, что в нем происходят разнообразные изменения, или явления.
———————————————————————————————————————————————————
Изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире, называют явлениями.
———————————————————————————————————————————————————
Так, например, кусочек льда, внесенный в теплую комнату, начнет таять. Вода в чайнике, поставленном на огонь, закипит, Если по проволоке пропустить электрический ток, то она нагреется и даже может раскалиться докрасна (как в электрической лампочке).
Таяние льда, кипение воды, падение камня, нагревание проволоки током, ветер, гром, — все это различные явления.
В физике изучают: механические, электрические, магнитные, тепловые, звуковые и световые явления. Все эти явления называют физическими.
—————————————————————————————————————————————————————
Любые превращения или проявления свойства вещества, которые происходят без изменения его состава, называют физическими явлениями
————————————————————————————————————————————————————————————
Физика — наука для всех.
Много веков длится процесс познания окружающего мира. Огромный труд был затрачен учеными, и немалый труд предстоит затратить каждому молодому человеку для того, чтобы усвоить основы современной науки. Они нужны не только ученому и инженеру, но и практически всем и везде.. Все в большей и большей мере люди на работе, да и дома, управляют машинами и механизмами. Чтобы понять, как они работают, нужно знать законы природы.
Природа, мир, вселенная… такие емкие слова….Постараемся немножко все расставить «по полочкам», введя некоторые определения и понятия.
Все, что реально существует в мире, на Земле и вне Земли, называют материей. Материальны окружающие тела и вещества из которых они состоят. Звук, свет, радиоволны, хоть их телами не называют, тоже материальны – они реально существуют.
Выражение «реально существуют», означает, что тот или иной предмет (вообще, окружающий нас материальный мир) существует независимо от нашего сознания и действует или может действовать на наши органы чувств, а может и нет. (Например, мы же не чувствуем действие излучения жестких рентгеновских лучей, разве только потом расплачиваемся за это своим здоровьем), хотя уже давно есть специальные приборы, которые позволяют нам избежать этого.
В настоящее время известно два вида материи — вещество и поле.
К вещественному виду материи относятся атомы, молекулы, окружающие нас тела, астрономические объекты. С полевым видом материи вы тоже уже знакомы, — это гравитационное, электрическое, магнитное, электромагнитные поля.
Кроме того физика изучает физические свойства материальных объектов, такие как теплопроводность, электропроводность, упругость, прочность и т.п.
Одно из основных свойств материи – её изменчивость. Всевозможные изменения, происходящие в материальном мире, изменение материи называют явлениями природы.
Физика изучает физические явления: механические, тепловые, электромагнитные, световые и др.
К физическим явлениям относятся: движение молекул, различных машин и механизмов, планет и их путников, нагревание и охлаждение тел, плавление, кристаллизация и парообразование, изменение ориентации магнитной стрелки вблизи проводника, по которому течет электрический ток, фотоэффект, радиоактивный распад и многие другие. Во всех этих явлениях участвуют материальные объекты или объекты окружающего нас материального мира.
Физика — наука, занимающаяся изучением самых общих закономерностей явлений природы, свойств и структуры окружающего нас мира. Поэтому её понятия и законы используются в самых разных областях научного знания: геологии, химии, биологии и др.
Физика – наука о неживой природе. Она изучает свойства материи, всевозможные её изменения (явления природы), законы, которые описывают эти изменения, связи между явлениями. От других наук физика отличается тем, что при изменении свойств материи и её изменений, вводятся физические величины, которые можно измерять и выражать числами. Благодаря этому и ход явлений и связи между ними выражаются математическим соотношениями (формулами) между введенными величинами.
Самые важные соотношения между величинами, характеризующими свойства материи, явлениями природы, называются законами природы, а т.к. физика занимается изучением этих явлений, то также физическими законами. Они тоже выражаются в виде математических формул.
О значении математики для физики существует много высказывании ученых, вот одно их них:
Итальянский ученый Галилео Галилей так сказал о значении математики для физики: «Философия написана в той величественной книге, которая постоянно открыта у нас перед глазами (я имею ввиду Вселенную) если не научишься предварительно её языку и не узнать те письмена, на которых она начертана) Её язык – математика.
А вот, что вообще про все существующие науки сказал Великий Леонардо да Винчи: «Ни одно человеческое исследование не может назваться истинной наукой, не будучи подкреплено математическими доказательствами».
Далеко не все свойства материи, не все законы природы уже известны и изучены. Но все развитие физики и других наук показывает, что в мире нет ничего такого, что нельзя было, что нельзя было изучить, узнать, понять. Познаваемость материального мира тоже можно считать его важнейшим свойством. Изучение свойств материи, законов природы отвечает естественному стремлению знать и понимать окружающий его мир. Это знание составляет важную часть того, что называют человеческой культурой. Но науки о природе и прежде всего физика, имеют и первостепенное практическое значение. Они позволят заранее знать ход тех или иных явлений.
Инженер, например, еще до того, как построена машина, знает, как она будет работать, потому что, создавая проект машины, он пользовался данными науки, прежде всего физики.
Знание науки позволяет и объяснять прошлое, потому что законы природы в прошлом были такие же, как и теперь, и такими будут всегда.
Физика – не единственная наука о неживой природе. Её изучают химия, астрономия, геология и др. Но в основе всех этих наук лежит то, что исследует физика. Вместе все эти науки позволяют предвидеть будущее. Это очень важно сейчас, когда деятельность людей, владеющих мощной техникой, оказывает большое влияние на окружающую земную среду. Чтобы это влияние не принесло людям непоправимые беды, нужно заранее предвидеть последствия. Для этого нужно как можно больше знать о законах природы, в том числе и о тех, которые изучает физика.
Материальный мир един, всё в нем взаимно связано и на части его делить нельзя. Но при изучении наук о природе, в частности, при изучении курса физики, все же удобно делить его на отдельные части, в каждой из которых изучаются отдельные явления или классы явлений и законов.
Так со временем сложилась традиция для лучшего изучения и понимания предмета.
И традиционно изучается сначала механика, потом молекулярная физика и термодинамика, потом электричество, затем, после того, как усвоены основные «три кита», переходим к другим частям физики, требующим более широкого кругозора и понимания явлений: атомной физике, квантовой механике, теории относительности.
Итак, путь большой, но дорога широкая.
А «дорогу осилит идущий»!
Преобразование мира.
О сколько нам открытий чудных
Готовит просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений парадоксов друг,
И случай Бог-изобретатель
А. С. Пушкин.
Именно развитие наук о природе дало в руки человека современную технику, и это при вело к преобразованию окружающего нас мира. Основную роль сыграла физика — важнейшая наука, изучающая самые глубокие законы природы.
Физика составляет фундамент главнейших направлений техники. Строительная техника, гидротехника, теплотехника, электротехника и энергетика, радиоэлектроника, светотехника, огромная часть военной техники выросли на основе физики. Благодаря сознательному использованию законов физики техника из области случайных находок вышла на широкую дорогу целенаправленного развития.
Открывая законы природы, спрятанные под покровом бесконечно многообразного мира явлений, человек научился применять их для своих целей, создавать то, чего никогда не было в самой природе. Было изобретено радио, построены громадные электрические машины, освобождена внутриядерная энергия; человек вышел в космическое пространство.
Физика и другие науки.
Физика — это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира. Поэтому понятия физики и ее законы лежат в основе любого раздела естествознания.
В настоящее время физика очень тесно связана с астрономией, геологией, химией. биологией и другими естественными науками. Она многое объясняет в этих науках, предоставляет им мощные методы исследования.
Научный метод.
Какими же путями добывается научная истина? Несколько сотен лет назад были выработаны основы физического метода исследования. Он состоит в следующем: опираясь на опыт, отыскивают количественные (формулируемые математически) законы природы; открытые законы проверяются практикой.
Физические величины и их измерение.
Исследование явлений начинается с их наблюдения. Но для того, чтобы понять и описать происходящие события, ученые вводят целый ряд физических величин, таких как скорость, сила, давление, температура, электрический заряд и многие другие. Каждой величине надо дать точное определение, в котором указывается, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для такого измерения опыт.
Чаще всего в определениях физических величин просто уточняют и придают количественную форму тому, что непосредственно воспринимается нашими органами чувств.
Так вводят понятия силы, температуры и т. д. Есть, конечно, величины, которые не воспринимаются непосредственно нашими органами чувств (например, электрический заряд). Но они выражаются через другие величины, на которые органы чувств человека реагируют. Так, электрический заряд определяется по силам взаимодействия между заряженными телами.
Связи между физическими величинами.
Чтобы из наблюдений за физическими явлениями сделать общие выводы, найти причины этих явлений, следует установить количественные зависимости между различными физическими величинами. Для этого необходимо специально изменять условия, в которых протекает данное явление. От непосредственного наблюдения за явлением надо перейти к физическому эксперименту.
Если меняются все условия сразу, то трудно уловить какие-либо закономерности. Поэтому, проводя физический эксперимент, стремятся проследить зависимость данной величины от характера изменения каждого из условий В отдельности. Например, давление газа зависит от eгo массы, объема и температуры. Чтобы исследовать эту зависимость, надо сначала изучить, как влияет на давление изменение объема, когда температура и масса остаются неизменными. Затем нужно проследить, как давление зависит от температуры при постоянном объеме, и т. д.
————к
Особенности научного эксперимента. Теория. Суть любого научного эксперимента состоит в наблюдении явления и измерении физических величин, его характеризующих.
В ходе эксперимента выявляется выявляется характер изменения наблюдаемых величин или их постоянство. Результаты таких исследований формулируются в виде определенных количественных и качественных закономерностей.
Физический закон — соотношение между физическими величинами, устойчиво проявляющееся при определенных условиях в эксперименте.
Особая ценность закона, полученного из опыта, состоит в том, что с его помощью часто можно описать не только изучаемое явление, но и ряд других явлений и экспериментов. Сравнительно небольшое число основных, фундаментальных физических законов достаточно для описания многих природных явлений.
Научная гипотеза является предположением о том, что существует связь между известным и вновь объясняемым явлением.
Дав количественное описание падения тел на землю, Галилей не ответил на вопрос, почему они падают. Исаак Ньютон, основоположник фундаментальной физической теории, выказал гипотезу, согласно которой причина падения тел — притяжение их к Земле. Ньютоном была создана классическая теория тяготения.
Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемое нами явление.
Результаты теории постоянно проверяются экспериментом, являющимся критерием правильности теории.
Ни одна физическая теория не может быть признана окончательной и верной навсегда. Всегда существует вероятность, что новые наблюдения потребуют её уточнения или создания новой теории.
Фундаментальная физическая теория. Особую роль в физике играет фундаментальная теория, способная предсказывать новые экспериментальные эффекты, которые не могут быть объяснены в рамках прежней теории. Примером является общая теория относительности Альберта Эйнштейна. Она количественно точно по сравнению с теорией тяготения Ньютона описала отклонение светового луча в поле тяготения.
Особенностью фундаментальных физических теорий является их преемственность. Более общая теория включает частные, уже известные законы и определяет границы применимости предыдущей теории.
Так, механика Ньютона в течение двух столетий прекрасно описывала поведение макроскопических тел. однако движение тел со скоростью, близкой к скорости света, она объяснить не смогла. Специальная теория относительности Эйнштейна. основанная на постулатах, отличных от ньютоновских, объяснила законы движения тел, движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света, например, элементарных частиц, испускаемых Солнцем. Для небольшой скорости (много меньшей скорости света) результаты теории относительности совпадают с результатами классической механики Ньютона. Это совпадение и определяет одну из границ применимости теории Ньютона.
Модельные приближения. Физические законы — лишь ступени познания окружающего мира. Изучение природных явлений часто невозможно без введения упрощающий предположений.
Подобные приближения называют модельными. В разговорной речи слово «модель» используют применительно к небоскребу, железной дороге, демонстрации одежды и т.д.
Модель в физике — упрощенный аналог физической системы (процесса), сохраняющий её (его) главные черты.
Пределы применимости физической теории. Успех описания явления зависит от того, насколько удачно выбрана физическая модель, насколько она адекватна явлению.
Для описания сложных физических систем используется ряд стандартных физических моделей: материальная точка, абсолютно твердое тело, математический маятник, идеальный проводник, изолятор и т.д.
Любая теория является описанием некоторой модели физической системы, некоторым приближением к реальности и поэтому в дальнейшем может быть развита и обобщена. В этом смысле одни и те же модели могут быть использованы для объяснений различных физических явлений. Эйнштейна восхищало то, что «можно так много сделать, зная так мало».
—————
Изучая количественные связи между отдельными величинами, можно выявить частные закономерности. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономерности с общей точки зрения. Теория позволяет не только объяснять уже наблюдавшиеся явления, но и предсказывать новые.
Так, Д. И. Менделеев на основе открытого им периодического закона предсказал существование нескольких химических элементов, которые в то время не были известны. Английский физик Дж. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и т. д.
Любые изменения в природе подчиняются определенным законам. Движение тел описывается законами механики, распространение света законами оптики и т. д.