Физика — это естественная наука, изучающая механические, световые, тепловые и электрические явления. Явления описываются физическими величинами, которые связаны с математическими формулами, так называемыми физическими законами. Цель физики — открыть и исследовать физические законы.
БИЛИМ БУЛАГЫ
Bilim Bulagy может отображаться не так, как ожидается в этой версии Internet Explorer. Мы рекомендуем обновить Internet Explorer до более новой версии или перейти на такой браузер, как Firefox или Chrome.
- 1 Явления природы
- 2 Структура физики
- 3 Рассматриваем физические явления
- 4 Глоссарий
- 5 Полезные ссылки
- 6 Библиография
Явления природы
Физические явления, которые изучаются в физике, называются природными явлениями.
Все эти явления можно условно разделить на группы:
1) механические (падение камня, качение мяча, движение земли вокруг солнца),
2) тепловые (кипение воды, таяние льда, образование облаков),
3) электрический (удар молнии, нагрев проводника током),
4) магнитный (притяжение железных предметов магнитом, взаимодействие магнитов),
5) свет (свет от лампы или пламени, изображения от факела или зеркала).
Структура физики
Существует только три области физики, которые можно отнести к фундаментальной физике:
Макроскопическая микроскопическая физика на стыке наук.
Физика — это наука об окружающем нас мире, имеющая дело с наиболее общими и фундаментальными законами, которые управляют структурой и развитием материального мира. Законы физики составляют основу всех физических наук.
Ученые различают макроскопическую и микроскопическую физику, также отдельно рассматривая физические дисциплины, которые находятся на стыке между науками (астрофизика, геофизика и т.д.).
Микрофизика включает в себя области, которые занимаются наукой на микроскопическом уровне, т.е. тем, что не видно человеческому глазу (атомы, кварки, глюоны).
Макрофизика, с другой стороны, имеет дело не с малыми телами, а с макроскопическими объектами (планеты, спутники и т.д.).
Развитие науки происходило следующим образом. Она основана на наблюдении за природными явлениями, проведении экспериментов и формулировании гипотез, которые затем подтверждаются экспериментами. После экспериментального подтверждения гипотезы на ее основе создается теория, которая объясняет явление не только качественно, но и количественно.
Физика тесно связана с математикой: Математика предоставляет аппарат, с помощью которого можно точно сформулировать физические законы.
Содержание
- 1 Предмет физики
- 2 Научный метод
- 3 Количественный характер физики
- 4 История физики
- 4.1 Период до научной революции
- 4.2 Научная революция
- 4.3 Смена парадигм
- 4.4 Физика современности
- 8.1 Макроскопическая физика
- 8.2 Микроскопическая физика
- 8.3 Разделы физики на стыке наук
Физика — это наука о природе (естествознание) в самом общем смысле (часть естествознания). Она исследует различные субстанции бытия (материю, вещество, поля) и их простейшие и наиболее общие формы движения, а также фундаментальные W
Физика тесно связана с математикой: Математика предоставляет аппарат, с помощью которого можно точно сформулировать физические законы. Физические теории почти всегда формулируются в терминах математических выражений, с использованием более сложных разделов математики, чем это принято в других науках. Напротив, развитие многих отраслей математики стимулировалось потребностью в физических теориях (см. математическая физика).
Физика — это физическая наука. Она основана на экспериментальном изучении природных явлений и имеет задачу сформулировать законы для объяснения этих явлений. Физика сосредоточена на изучении фундаментальных и простых явлений и на ответах на простые вопросы: из чего состоит материя, как взаимодействуют частицы материи, какие правила и законы управляют движением частиц и т. д. Физические исследования основаны на наблюдении. Обобщение наблюдений позволяет физикам формулировать гипотезы об общих чертах наблюдаемых явлений. Гипотезы проверяются с помощью хорошо спланированного эксперимента, в котором явление выражено максимально четко и не осложнено другими явлениями. Анализ данных, полученных в результате серии экспериментов, позволяет сформулировать закономерность. На начальном этапе исследования закономерности в основном эмпирические, феноменологические, т.е. явление описывается количественно с помощью определенных параметров, характеризующих изучаемые тела и вещества. Анализируя закономерности и параметры, физики разрабатывают физические теории, объясняющие исследуемые явления на основе представлений о строении тел и веществ и взаимодействии между их компонентами. Физические теории, в свою очередь, создают условия для проведения точных экспериментов, в которых в значительной степени определяется их масштаб. Общие физические теории позволяют сформулировать физические законы, которые рассматриваются как общие истины до тех пор, пока накопление новых экспериментальных результатов не потребует их уточнения.
Научный метод
Например, Стивен Грей заметил, что электричество может передаваться через мокрые нити на довольно большое расстояние, и начал исследовать это явление. Георг Ом смог найти количественный закон для этого — ток в проводнике пропорционален напряжению (закон Ома). Конечно, эксперименты Ома были основаны на новых источниках энергии и новых методах измерения, которые позволили количественно оценить действие электричества. В ходе дальнейших исследований удалось устранить форму и длину проводников и ввести феноменологические характеристики, такие как удельное сопротивление проводника и внутреннее сопротивление источника питания. Закон Ома по-прежнему является основой d
В. Ленин писал: «Одним словом, «натуральный» идеализм сегодня, как и «физиологический» идеализм вчера, означает только то, что школа естествоиспытателей в одной отрасли естествознания сбилась на реакционную философию, которая может прямо и непосредственно подняться от метафизического материализма к диалектическому материализму. Современная физика делает и будет делать этот шаг, но она идет не прямо к единственно верному методу и единственно верной философии естествознания, а зигзагами, не сознательно, а стихийно, не видя ясно своей «конечной цели», а приближаясь к ней ощупью, спотыкаясь, иногда даже задом наперед — Gesammelte Werke, vol. 18, p. 327).
Физика — это количественная наука. Физический эксперимент основан на измерениях, т.е. на сравнении свойств исследуемых явлений с определенными эталонами. Для этой цели физика разработала ряд физических единиц и измерительных приборов. Отдельные физические единицы объединяются в системы физических единиц. На современном этапе развития науки нормой является Международная система СИ.
Количественный характер физики
Количественные зависимости, полученные экспериментально, позволяют использовать математические методы для их обработки и создания теоретических, т.е. математических, моделей исследуемых явлений.
Если меняются представления о природе того или иного явления, то меняются и физические единицы, в которых измеряются физические величины. Например, для измерения температуры первоначально были предложены произвольные температурные шкалы, которые делили температурный интервал между характерными явлениями (например, замерзанием и кипением воды) на определенное число более мелких интервалов, называемых температурными градусами. Для измерения количества тепла была введена единица измерения — калория, которая определяет количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма воды на один градус. Однако со временем физики установили соответствие между механической и тепловой формами энергии. Таким образом, оказалось, что ранее предложенная единица измерения количества тепла — калория — является излишней в качестве единицы измерения температуры. И количество тепла, и температура могут быть измерены в единицах механической энергии. В наше время калория и градус не исчезли из практического употребления, но существует точное числовое соотношение между этими величинами и единицей энергии джоулем. Градус как единица измерения температуры был включен в систему СИ, а коэффициент преобразования температуры в энергию, постоянная Больцмана, считается физической константой.
Мир вокруг нас постоянно меняется. Изменения в неживой природе называются природными явлениями. Летит птица или ползет гусеница, сверкает молния, гремит гром, река несет свои воды через берега, лист падает с дерева, пробуждается вулкан, ветер поднимает пыль на дороге, вода кипит в чайнике, снег тает, и многое, многое другое происходит вокруг нас. (Если вы хотите изучить изменения, происходящие в живом организме птицы, и
Явления неживой природы
Люди любопытны и интересны по своей природе. Люди всегда пытались понять и объяснить окружающий их мир, но объяснения должны быть научными, то есть основанными на физических теориях и законах. Как же открываются законы и создаются теории? Первым шагом в поиске научной истины является научное наблюдение.
Процесс наблюдения
Процесс наблюдения включает в себя различные методы, которые ведут к истине:
Ученые тщательно наблюдают за определенным явлением, изучая его закономерности и проявления. Солнечные затмения, землетрясения, бури, появление необычных небесных тел — комет в далеком прошлом пугали людей и заставляли их думать о существовании потусторонних сил. Ученые определили причины и условия этих процессов путем наблюдения и были вынуждены внимательно присмотреться к этим природным «чудесам».
Однако, чтобы полностью понять происходящее, необходимо перейти ко второму этапу, этапу опыта. Эксперименты могут быть использованы для воссоздания природного явления в лаборатории ученого.
- Механические – явления, связанные с движением. Летит самолет, бежит спортсмен, едет автомобиль. Звук — тоже движение колеблющихся тел;
- Тепловые – процессы, которые связаны с температурой тел. Нагревание воздуха в доме от батареи, горение дров в костре, образование льда на речке. Вот примеры тепловых явлений;
- Электрические – явления, обусловленные существованием в природе заряженных частиц. Например, работа электроприборов, молния, полярное сияние, искорки вокруг синтетической одежды в темноте;
- Магнитные – явления, связанные с действием магнита на некоторые тела. Стрелка компаса показывает на Юг и на Север, потому что Земля – это огромный магнит. В школе на уроках физики демонстрируют полосовой и дугообразный магниты. Электрические и магнитные явления тесным образом связаны друг с другом, поэтому их называют электромагнитными;
- Оптические (световые) явления – частный случай электромагнитных изменений. Солнечный «зайчик», радуга, зеркальное отражение – все это небольшая частица многочисленных явлений оптики.
(Источник)
Наблюдения и опыты
Только после этого появляется теория — третий и последний шаг в поиске истины.
При разработке теории ученые вводят различные физические величины, характеризующие изучаемое ими явление, такие как время, длина и масса. Правильное и точное измерение величин играет важную роль в составлении правильных выводов. Для этого необходимы специальные инструменты: часы, линейка или рулетка, весы и т.д.
Эти законы физики и называются законами физики. Законы, описывающие общий набор явлений, образуют теорию физики.
Вот пример формирования теории. На что в первую очередь реагирует человек? Разумеется, к движущимся объектам. Наблюдая за движением птиц, животных, небесных тел, падением капель дождя и снегопадов, человек задумывается о причинах, которые приводят тела в движение. Он сравнивает движения различных тел, находит сходства и различия в их движениях.
Ученые, жившие до нашей эры, такие как Аристотель, Архимед и другие, начали учить о движении на основе наблюдений. Но одни лишь наблюдения не могли точно и правильно объяснить движение тел.
В XVI и XVII веках ученые обратились к экспериментальным методам. Эксперименты Гюйгенса, Галилея, Декарта, Кеплера и многих других ученых привели к законам, описывающим падение тел, движение планет в Солнечной системе и поведение тел при столкновениях.
Экспериментальные результаты найдены в работах великого английского физика Исаака Ньютона (1643-1727), который разработал теорию классического
При изучении физики возникает множество вычислительных, количественных задач, в которых используются единицы измерения различных физических величин. Эти единицы переводятся в признанную Международную систему единиц (СИ). Используются широко известные единицы измерения, такие как литр, минута, час, тонна, гектар и другие. Однако при решении физических задач необходимо знать, как перевести их в международную систему (СИ). Почему? Здесь вы найдете подробный ответ на этот вопрос:
Что общего у следующих терминов: аршин 1, фут 2, кабельтов 3, сажень 4 ?
Что общего между сифоном 5, галлоном 6, пинтой 7, квартой 8, четвертью 9, бочкой 10?
На эти вопросы нелегко ответить сразу. Для этого нужно быть очень хорошим эрудитом. Первый набор слов относится к единицам длины, второй — к единицам объема.
До 1960 года ситуация с наименованием физических величин была катастрофической. Одни и те же физические величины назывались по-разному не только в разных науках, но и в разных отраслях физики. Одно и то же количество имеет от 10 до 20 и более единиц измерения. Следует помнить, что в разных странах также существуют свои собственные единицы измерения, что приводит к большой путанице. История о Вавилонской башне, которая не могла быть достроена, потому что строители не могли понять друг друга, так как говорили на разных языках. То же самое произошло и в мире физических сущностей.
Измерения необходимы для всех видов практической деятельности человека. В промышленной и научной практике необходимо измерять более 2 000 различных переменных. Кроме того, требования к точности измерений возросли в связи с развитием в эти годы таких областей, как кибернетика, электроника и космическая техника. Необходимо было разрешить противоречие: Человечеству необходимо множество очень точных измерений физических величин, но эти измерения были сделаны в разных единицах, которые очень трудно объединить.
Решением этой проблемы стало введение единого универсального языка для измерения физических величин, который был бы понятен во всех странах. Таким языком стала Международная система единиц физических величин, разработанная ведущими экспертами из многих стран и принятая XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году. В сокращенном виде эта система называется Международной системой единиц (СИ).
В основе СИ лежат 7 основных единиц (см. таблицу) и 2 вспомогательные единицы (радиус и стерадиан, которые изучаются в школе). Все остальные физические единицы СИ называются производными единицами. Они состоят из базовых и вспомогательных подразделений.
Математические операции выполняются с единицами.
Неизвестное слово «СИ»
- Складывать и вычитать можно только однородные физические единицы;
- Физические единицы можно умножать и делить;
- Однородные физические единицы можно взаимно сокращать.
