Ученые с планеты Земля используют массу инструментов, пытаясь описать то, как работает природа и вселенная в целом. Что они приходят к законам и теориям. В чем разница? Научный закон можно зачастую свести к математическому утверждению, вроде E = mc²; это утверждение базируется на эмпирических данных и его истинность, как правило, ограничивается определенным набором условий. В случае E = mc² - скорость света в вакууме.
Научная теория зачастую стремится синтезировать ряд фактов или наблюдений за конкретными явлениями. И в целом (но не всегда) выходит четкое и проверяемое утверждение относительно того, как функционирует природа. Совсем не обязательно сводить научную теорию к уравнению, но она на самом деле представляет собой нечто фундаментальное о работе природы.
Как законы, так и теории зависят от основных элементов научного метода, например, создании гипотез, проведения экспериментов, нахождения (или не нахождения) эмпирических данных и заключение выводов. В конце концов, ученые должны быть в состоянии повторить результаты, если эксперименту суждено стать основой для общепринятного закона или теории.
В этой статье мы рассмотрим десять научных законов и теорий, которые вы можете освежить в памяти, даже если вы, к примеру, не так часто обращаетесь к сканирующему электронному микроскопу. Начнем со взрыва и закончим неопределенностью.
Если и стоит знать хотя бы одну научную теорию, то пусть она объяснит, как вселенная достигла нынешнего своего состояния (или не достигла, ). На основании исследований, проведенных Эдвином Хабблом, Жоржем Леметром и Альбертом Эйнштейном, теория Большого Взрыва постулирует, что Вселенная началась 14 миллиардов лет назад с массивного расширения. В какой-то момент Вселенная была заключена в одной точке и охватывала всю материю нынешней вселенной. Это движение продолжается и по сей день, а сама вселенная постоянно расширяется.
Теория Большого Взрыва получила широкую поддержку в научных кругах после того, как Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили космический микроволновый фон в 1965 году. С помощью радиотелескопов два астронома обнаружили космический шум, или статику, которая не рассеивается со временем. В сотрудничестве с принстонским исследователем Робертом Дике, пара ученых подтвердила гипотезу Дике о том, что первоначальный Большой Взрыв оставил после себя излучение низкого уровня, которое можно обнаружить по всей Вселенной.
Закон космического расширения Хаббла
Давайте на секунду задержим Эдвина Хаббла. В то время как в 1920-х годах бушевала Великая депрессия, Хаббл выступал с новаторским астрономическим исследованием. Он не только доказал, что были и другие галактики помимо Млечного Пути, но также обнаружил, что эти галактики несутся прочь от нашей собственной, и это движение он назвал разбеганием.
Для того, чтобы количественно оценить скорость этого галактического движения, Хаббл предложил закон космического расширения, он же закон Хаббла. Уравнение выглядит так: скорость = H0 x расстояние. Скорость представляет собой скорость разбегания галактик; H0 - это постоянная Хаббла, или параметр, который показывает скорость расширения вселенной; расстояние - это расстояние одной галактики до той, с которой происходит сравнение.
Постоянная Хаббла рассчитывалась при разных значениях в течение достаточно долгого времени, однако в настоящее время она замерла на точке 70 км/с на мегапарсек. Для нас это не так важно. Важно то, что закон представляет собой удобный способ измерения скорости галактики относительно нашей собственной. И еще важно то, что закон установил, что Вселенная состоит из многих галактик, движение которых прослеживается до Большого Взрыва.
Законы планетарного движения Кеплера
На протяжении веков ученые сражались друг с другом и с религиозными лидерами за орбиты планет, особенно за то, вращаются ли они вокруг Солнца. В 16 веке Коперник выдвинул свою спорную концепцию гелиоцентрической Солнечной системы, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Однако только с Иоганном Кеплером, который опирался на работы Тихо Браге и других астрономов, появилась четкая научная основа для движения планет.
Три закона планетарного движения Кеплера, сложившиеся в начале 17 века, описывают движение планет вокруг Солнца. Первый закон, который иногда называют законом орбит, утверждает, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптической орбите. Второй закон, закон площадей, говорит, что линия, соединяющая планету с солнцем, образует равные площади через равные промежутки времени. Другими словами, если вы измеряете площадь, созданную нарисованной линией от Земли от Солнца, и отслеживаете движение Земли на протяжении 30 дней, площадь будет одинаковой, вне зависимости от положения Земли касательно начала отсчета.
Третий закон, закон периодов, позволяет установить четкую взаимосвязь между орбитальным периодом планеты и расстоянием до Солнца. Благодаря этому закону, мы знаем, что планета, которая относительно близка к Солнцу, вроде Венеры, имеет гораздо более краткий орбитальный период, чем далекие планеты, вроде Нептуна.
Универсальный закон тяготения
Сегодня это может быть в порядке вещей, но более чем 300 лет назад сэр Исаак Ньютон предложил революционную идею: два любых объекта, независимо от их массы, оказывают гравитационное притяжение друг на друга. Этот закон представлен уравнением, с которым многие школьники сталкиваются в старших классах физико-математического профиля.
F = G × [(m1m2)/r²]
F - это гравитационная сила между двумя объектами, измеряемая в ньютонах. M1 и M2 - это массы двух объектов, в то время как r - это расстояние между ними. G - это гравитационная постоянная, в настоящее время рассчитанная как 6,67384(80)·10 −11 или Н·м²·кг −2 .
Преимущество универсального закона тяготения в том, что он позволяет вычислить гравитационное притяжение между двумя любыми объектами. Эта способность крайне полезна, когда ученые, например, запускают спутник на орбиту или определяют курс Луны.
Законы Ньютона
Раз уж мы заговорили об одном из величайших ученых, когда-либо живущих на Земле, давайте поговорим о других знаменитых законах Ньютона. Его три закона движения составляют существенную часть современной физики. И как и многие другие законы физики, они элегантны в своей простоте.
Первый из трех законов утверждает, что объект в движении остается в движении, если на него не действует внешняя сила. Для шарика, который катится по полу, внешней силой может быть трение между шаром и полом, или же мальчик, который бьет по шарику в другом направлении.
Второй закон устанавливает связь между массой объекта (m) и его ускорением (a) в виде уравнения F = m x a. F представляет собой силу, измеряемую в ньютонах. Также это вектор, то есть у него есть направленный компонент. Благодаря ускорению, мяч, который катится по полу, обладает особым вектором в направлении его движения, и это учитывается при расчете силы.
Третий закон довольно содержательный и должен быть вам знаком: для каждого действия есть равное противодействие. То есть для каждой силы, приложенной к объекту на поверхности, объект отталкивается с такой же силой.
Законы термодинамики
Британский физик и писатель Ч. П. Сноу однажды сказал, что неученый, который не знал второго закона термодинамики, был как ученый, который никогда не читал Шекспира. Нынче известное заявление Сноу подчеркивало важность термодинамики и необходимость даже людям, далеким от науки, знать его.
Термодинамика - это наука о том, как энергия работает в системе, будь то двигатель или ядро Земли. Ее можно свести к нескольким базовым законам, которые Сноу обозначил следующим образом:
- Вы не можете выиграть.
- Вы не избежите убытков.
- Вы не можете выйти из игры.
Давайте немного разберемся с этим. Говоря, что вы не можете выиграть, Сноу имел в виду то, что поскольку материя и энергия сохраняются, вы не можете получить одно, не потеряв второе (то есть E=mc²). Также это означает, что для работы двигателя вам нужно поставлять тепло, однако в отсутствии идеально замкнутой системы некоторое количество тепла неизбежно будет уходить в открытый мир, что приведет ко второму закону.
Второй закон - убытки неизбежны - означает, что в связи с возрастающей энтропией, вы не можете вернуться к прежнему энергетическому состоянию. Энергия, сконцентрированная в одном месте, всегда будет стремиться к местам более низкой концентрации.
Наконец, третий закон - вы не можете выйти из игры - относится , самой низкой теоретически возможной температуре - минус 273,15 градуса Цельсия. Когда система достигает абсолютного нуля, движение молекул останавливается, а значит энтропия достигнет самого низкого значения и не будет даже кинетической энергии. Но в реальном мире достичь абсолютного нуля невозможно - только очень близко к нему подойти.
Сила Архимеда
После того как древний грек Архимед открыл свой принцип плавучести, он якобы крикнул «Эврика!» (Нашел!) и побежал голышом по Сиракузам. Так гласит легенда. Открытие было вот настолько важным. Также легенда гласит, что Архимед обнаружил принцип, когда заметил, что вода в ванной поднимается при погружении в него тела.
Согласно принципу плавучести Архимеда, сила, действующая на погруженный или частично погруженный объект, равна массе жидкости, которую смещает объект. Этот принцип имеет важнейшее значение в расчетах плотности, а также проектировании подлодок и других океанических судов.
Эвoлюция и естественный отбор
Теперь, когда мы установили некоторые из основных понятий о том, с чего началась Вселенная и как физические законы влияют на нашу повседневную жизнь, давайте обратим внимание на человеческую форму и выясним, как мы дошли до такого. По мнению большинства ученых, вся жизнь на Земле имеет общего предка. Но для того, чтобы образовалась такая огромная разница между всеми живыми организмами, некоторые из них должны были превратиться в отдельный вид.
В общем смысле, эта дифференциация произошла в процессе эволюции. Популяции организмов и их черты прошли через такие механизмы, как мутации. Те, у кого черты были более выгодными для выживания, вроде коричневых лягушек, которые отлично маскируются в болоте, были естественным образом избраны для выживания. Вот откуда взял начало термин естественный отбор.
Можно умножить две этих теории на много-много времени, и собственно это сделал Дарвин в 19 веке. Эволюция и естественный отбор объясняют огромное разнообразие жизни на Земле.
Общая теория относительности
Альберта Эйнштейна была и остается важнейшим открытием, которое навсегда изменила наш взгляд на вселенную. Главным прорывом Эйнштейна было заявление о том, что пространство и время не являются абсолютными, а гравитация - это не просто сила, приложенная к объекту или массе. Скорее гравитация связана с тем, что масса искривляет само пространство и время (пространство-время).
Чтобы осмыслить это, представьте, что вы едете через всю Землю по прямой линии в восточном направлении, скажем, из северного полушария. Через некоторое время, если кто-то захочет точно определить ваше местоположение вы будете гораздо южнее и восточнее своего исходного положения. Это потому что Земля изогнута. Чтобы ехать прямо на восток, вам нужно учитывать форму Земли и ехать под углом немного на север. Сравните круглый шарик и лист бумаги.
Пространство - это в значительной мере то же самое. К примеру, для пассажиров ракеты, летящей вокруг Земли, будет очевидно, что они летят по прямой в пространстве. Но на самом деле, пространство-время вокруг них изгибается под действием силы тяжести Земли, заставляя их одновременно двигаться вперед и оставаться на орбите Земли.
Теория Эйнштейна оказала огромное влияние на будущее астрофизики и космологии. Она объяснила небольшую и неожиданную аномалию орбиты Меркурия, показала, как изгибается свет звезд и заложила теоретические основы для черных дыр.
Принцип неопределенности Гейзенберга
Расширение теории относительности Эйнштейна рассказало нам больше о том, как работает Вселенная, и помогло заложить основу для квантовой физики, что привело к совершенно неожиданному конфузу теоретической науки. В 1927 году осознание того, что все законы вселенной в определенном контексте являются гибкими, привело к ошеломительному открытию немецкого ученого Вернера Гейзенберга.
Постулируя свой принцип неопределенности, Гейзенберг понял, что невозможно одновременно знать с высоким уровнем точности два свойства частицы. Вы можете знать положение электрона с высокой степенью точности, но не его импульс, и наоборот.
Позже Нильс Бор сделал открытие, которое помогло объяснить принцип Гейзенберга. Бор выяснил, что электрон обладает качествами как частицы, так и волны. Концепция стала известна как корпускулярно-волновой дуализм и легла в основу квантовой физики. Поэтому, когда мы измеряем положение электрона, мы определяем его как частицу в определенной точке пространства с неопределенной длиной волны. Когда мы измеряем импульс, мы рассматриваем электрон как волну, а значит можем знать амплитуду ее длины, но не положение.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
фИзика в нашей жизни
Живет всегда природа по своим законам. Мы изучаем их, стремясь понять, И очень важно знать и понимать основы, Чтоб эти знанья в жизни применять. А человек – явление самой природы – Всегда стремился к ней, она его душа. Энергия везде, энергия свободы И до чего ж природа хороша!
Радость видеть и понимать – есть самый прекрасный дар природы. Задача физики: Сделать НЕИЗВЕСТНОЕ ИЗВЕСТНЫМ, Превратить НЕЗНАНИЯ в ЗНАНИЯ. А. Эйнштейн
Откуда берётся ветер? Почему идёт дождь? Что такое гроза? Изучение физики поможет вам объяснить природные явления, ответить на многие вопросы,
Почему солнце село, а еще светло? Почему Луна на небе бывает разная?
Северное сияние Вы видели такую красоту? Оно парит, меняется, играет. И тянет в колдовскую высоту. Махнет крылом и в бездну улетает. Какая сила и какой восторг! Какие краски, сердце замирает! Вон пролетает, видишь там дракон? А вот смотри, теперь орган играет. Сиянье севера ведь ты как Божество! Ты не подвластно не уму, ни телу! О Господи! Прекрасно и легко!. Такое чудо здесь, на крайнем севере!
Что такое радуга?
Что такое огонь? Что такое электризация?
ФИЗИКА И КОСМОС Что такое метеорит? Что такое спутник?
Какая скорость у ракеты? Что такое астероиды?
Можно ли жить на других планетах? меркурий САТУРН
Что такое атмосферное давление? Как устроена наша планета?
Что такое звук? Как устроены наши глаза? Почему в снег проваливаются?
Как работает лампочка? Как работает электродвигатель? Как работает поршневой насос? Как работает холодильник?
Учёные физики Архимед Блез Паскаль Альберт Эйнштейн Галилео Галилей Исаак Ньютон Рене Декарт М. В. Ломоносов 2 3 1 4 5 6 2. 7
Водяной пар не все время остается в воздухе. Часть его снова превращается в воду. Это называется конденсацией и происходит, когда воздух охлаждается Куда исчезает вода при высыхании? На некоторые физические вопросы вы можете ответить уже сейчас Вода из воздуха Вы можете сами заставить воду появиться Поставь стакан с водой в холодильник на час, чтобы он хорошенько охладился. Когда ты его вынешь, то увидишь, как на стенках стакана начнут появляться капли воды. Холодный стакан охлаждает воздух вокруг себя, и водяной пар из воздуха, конденсируясь, образует капли воды на стенках стакана. По этой же причине ты видишь, как водяные капли стекают по внутренней поверхности запотевшего оконного стекла в холодные дни.
Вода с виду безобидное вещество. А бывает, что вода взрывается, словно порох. Да что порох. Вода раз в двадцать опаснее пороха, если не уметь с ней обращаться. Был случай, когда вода взорвала целый дом в пять этажей и убила двадцать три человека. Это было в Америке лет сорок тому назад, Как же это могло случиться? Дело в том, что в доме этом была фабрика. В нижнем этаже вмазан был в большую печку огромный котел. Воды в нем помещалось столько же, сколько в большом пруду. Когда печку топили, вода в котле кипела, а пар шел по трубе в паровую машину. Один раз машинист зазевался и не подкачал вовремя воды. В котле воды осталось совсем мало. А печка продолжала топиться. От этого стенки котла раскалились. Машинист об этом не подумал -- взял да и пустил воду в раскаленный котел. А вы знаете, что бывает, когда льешь воду на раскаленное железо? Она вся сразу превращается в пар. То же самое случилось и тут. Вода вся превратилась в пар, пару в котле скопилось слишком много, котел не выдержал и лопнул. Бывало еще хуже: в Германии однажды сразу взорвалось двадцать два котла. Все дома вокруг были разрушены. Обломки котлов валялись на расстоянии полукилометра от места взрыва. Вот какая страшная вещь водяной пар! Может ли вода взорвать дом?
Приборы Как устроены? Как пользоваться? Что измеряют?
ЗАГАДКИ Заревел медведь на все горы, все моря. Что это такое? 1.ПЕСНЯ 2. ГРОМ 3 .ШОРОХ То как арбузы велики, То словно яблоки мелки. Они не могут говорить, Но могут вес определить. Через нос проходит в грудь И обратный держит путь. Он невидимый, и все же Без него мы жить не можем.
Всё поведает, хоть и без языка, Когда будет ясно, а когда – облака. На улице гроза, идет сильный дождь. Какое явление мы зафиксируем раньше: услышим гром или увидим молнию?
Я горячее храню, Я холодное храню, Я и печь, и холодильник Вам в походе заменю. Там сверкает снег и лед, Там сама зима живет. Под водой железный кит, Днем и ночью кит не спит Днем и ночью под водой Охраняет твой покой.
Что нужно сделать, чтобы один из листов упал раньше другого? Ответ. Один из вариантов решения: скомкать один листок, уменьшится объем, тело упадет быстрее.
Физические приборы
Физические явления молния трение инерция движение радуга молекула
НАУКУ ВСЁ ГЛУБЖЕ ПОСТИГНУТЬ СТРЕМИСЬ, ПОЗНАНИЕМ ВЕЧНОГО ЖАЖДОЙ ТОМИСЬ. ЛИШЬ ПЕРВЫХ ПОЗНАНИЙ БЛЕСНЁТ ТЕБЕ СВЕТ, УЗНАЕШЬ: ПРЕДЕЛА ДЛЯ ЗНАНИЯ НЕТ. Фирдоуси (Персидский и таджикский поэт, 940- 1030 гг.)
Интересоваться окружающим миром и закономерностями его функционирования и развития природно и правильно. Именно поэтому разумно обращать свое внимание на естественные науки, например, физику, которая объясняет саму сущность формирования и развития Вселенной. Основные физические законы несложно понять. Уже в очень юном возрасте школа знакомит детей с этими принципами.
Для многих начинается эта наука с учебника "Физика (7 класс)". Основные понятия и и термодинамики открываются перед школьниками, они знакомятся с ядром главных физических закономерностей. Но должно ли знание ограничиваться школьной скамьей? Какие физические законы должен знать каждый человек? Об этом и пойдет речь далее в статье.
Наука физика
Многие нюансы описываемой науки знакомы всем с раннего детства. А связано это с тем, что, в сущности, физика представляет собой одну из областей естествознания. Она повествует о законах природы, действие которых оказывает влияние на жизнь каждого, а во многом даже обеспечивает ее, об особенностях материи, ее структуре и закономерностях движения.
Термин «физика» был впервые зафиксирован Аристотелем еще в четвертом веке до нашей эры. Изначально он являлся синонимом понятия "философия". Ведь обе науки имели единую цель - правильным образом объяснить все механизмы функционирования Вселенной. Но уже в шестнадцатом веке вследствие научной революции физика стала самостоятельной.
Общий закон
Некоторые основные законы физики применяются в разнообразных отраслях науки. Кроме них существуют такие, которые принято считать общими для всей природы. Речь идет о
Он подразумевает, что энергия каждой замкнутой системы при протекании в ней любых явлений непременно сохраняется. Тем не менее она способна трансформироваться в другую форму и эффективно менять свое количественное содержание в различных частях названной системы. В то же время в незамкнутой системе энергия уменьшается при условии увеличения энергии любых тел и полей, которые вступают во взаимодействие с ней.
Помимо приведенного общего принципа, содержит физика основные понятия, формулы, законы, которые необходимы для толкования процессов, происходящих в окружающем мире. Их исследование может стать невероятно увлекательным занятием. Поэтому в этой статье будут рассмотрены основные законы физики кратко, а чтобы разобраться в них глубже, важно уделить им полноценное внимание.
Механика
Открывают юным ученым многие основные законы физики 7-9 классы школы, где более полно изучается такая отрасль науки, как механика. Ее базовые принципы описаны ниже.
- Закон относительности Галилея (также его называют механической закономерностью относительности, или базисом классической механики). Суть принципа заключается в том, что в аналогичных условиях механические процессы в любых инерциальных системах отсчета проходят совершенно идентично.
- Закон Гука. Его суть в том, что чем большим является воздействие на упругое тело (пружину, стержень, консоль, балку) со стороны, тем большей оказывается его деформация.
Законы Ньютона (представляют собой базис классической механики):
- Принцип инерции сообщает, что любое тело способно состоять в покое или двигаться равномерно и прямолинейно только в том случае, если никакие другие тела никаким образом на него не воздействуют, либо же если они каким-либо образом компенсируют действие друг друга. Чтобы изменить скорость движения, на тело необходимо воздействовать с какой-либо силой, и, конечно, результат воздействия одинаковой силы на разные по величине тела будет тоже различаться.
- Главная закономерность динамики утверждает, что чем больше равнодействующая сил, которые в текущий момент воздействуют на данное тело, тем больше полученное им ускорение. И, соответственно, чем больше масса тела, тем этот показатель меньше.
- Третий закон Ньютона сообщает, что любые два тела всегда взаимодействуют друг с другом по идентичной схеме: их силы имеют одну природу, являются эквивалентными по величине и обязательно имеют противоположное направление вдоль прямой, которая соединяет эти тела.
- Принцип относительности утверждает, что все явления, протекающие при одних и тех же условиях в инерциальных системах отсчета, проходят абсолютно идентичным образом.
Термодинамика
Школьный учебник, открывающий ученикам основные законы ("Физика. 7 класс"), знакомит их и с основами термодинамики. Ее принципы мы коротко рассмотрим далее.
Законы термодинамики, являющиеся базовыми в данной отрасли науки, имеют общий характер и не связаны с деталями строения конкретного вещества на уровне атомов. Кстати, эти принципы важны не только для физики, но и для химии, биологии, аэрокосмической техники и т. д.
Например, в названной отрасли существует не поддающееся логическому определению правило, что в замкнутой системе, внешние условия для которой неизменны, со временем устанавливается равновесное состояние. И процессы, продолжающиеся в ней, неизменно компенсируют друг друга.
Еще одно правило термодинамики подтверждает стремление системы, которая состоит из колоссального числа частиц, характеризующихся хаотическим движением, к самостоятельному переходу из менее вероятных для системы состояний в более вероятные.
А закон Гей-Люссака (его также называют утверждает, что для газа определенной массы в условиях стабильного давления результат деления его объема на абсолютную температуру непременно становится величиной постоянной.
Еще одно важное правило этой отрасли - первый закон термодинамики, который также принято называть принципом сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Согласно ему, любое количество теплоты, которое было сообщено системе, будет израсходовано исключительно на метаморфозу ее внутренней энергии и совершение ею работы по отношению к любым действующим внешним силам. Именно эта закономерность и стала базисом для формирования схемы работы тепловых машин.
Другая газовая закономерность - это закон Шарля. Он гласит, что чем больше давление определенной массы идеального газа в условиях сохранения постоянного объема, тем больше его температура.
Электричество
Открывает юным ученым интересные основные законы физики 10 класс школы. В это время изучаются главные принципы природы и закономерности действия электрического тока, а также другие нюансы.
Закон Ампера, например, утверждает, что проводники, соединенные параллельно, по которым течет ток в одинаковом направлении, неизбежно притягиваются, а в случае противоположного направления тока, соответственно, отталкиваются. Порой такое же название используют для физического закона, который определяет силу, действующую в существующем магнитном поле на небольшой участок проводника, в данный момент проводящего ток. Ее так и называют - сила Ампера. Это открытие было сделано ученым в первой половине девятнадцатого века (а именно в 1820 г.).
Закон сохранения заряда является одним из базовых принципов природы. Он гласит, что алгебраическая сумма всех электрических зарядов, возникающих в любой электрически изолированной системе, всегда сохраняется (становится постоянной). Несмотря на это, названный принцип не исключает и возникновения в таких системах новых заряженных частиц в результате протекания некоторых процессов. Тем не менее общий электрический заряд всех новообразованных частиц непременно должен равняться нулю.
Закон Кулона является одним из основных в электростатике. Он выражает принцип силы взаимодействия между неподвижными точечными зарядами и поясняет количественное исчисление расстояния между ними. Закон Кулона позволяет обосновать базовые принципы электродинамики экспериментальным образом. Он гласит, что неподвижные точечные заряды непременно взаимодействуют между собой с силой, которая тем выше, чем больше произведение их величин и, соответственно, тем меньше, чем меньше квадрат расстояния между рассматриваемыми зарядами и среды, в которой и происходит описываемое взаимодействие.
Закон Ома является одним из базовых принципов электричества. Он гласит, что чем больше сила постоянного электрического тока, действующего на определенном участке цепи, тем больше напряжение на ее концах.
Называют принцип, который позволяет определить направление в проводнике тока, движущегося в условиях воздействия магнитного поля определенным образом. Для этого необходимо расположить кисть правой руки так, чтобы линии магнитной индукции образно касались раскрытой ладони, а большой палец вытянуть по направлению движения проводника. В таком случае остальные четыре выпрямленных пальца определят направление движения индукционного тока.
Также этот принцип помогает выяснить точное расположение линий магнитной индукции прямолинейного проводника, проводящего ток в данный момент. Это происходит так: поместите большой палец правой руки таким образом, чтобы он указывал а остальными четырьмя пальцами образно обхватите проводник. Расположение этих пальцев и продемонстрирует точное направление линий магнитной индукции.
Принцип электромагнитной индукции представляет собой закономерность, которая объясняет процесс работы трансформаторов, генераторов, электродвигателей. Данный закон состоит в следующем: в замкнутом контуре генерируемая индукции тем больше, чем больше скорость изменения магнитного потока.
Оптика
Отрасль "Оптика" также отражает часть школьной программы (основные законы физики: 7-9 классы). Поэтому эти принципы не так сложны для понимания, как может показаться на первый взгляд. Их изучение приносит с собой не просто дополнительные знания, но лучшее понимание окружающей действительности. Основные законы физики, которые можно отнести к области изучения оптики, следующие:
- Принцип Гюйнеса. Он представляет собой метод, который позволяет эффективно определить в каждую конкретную долю секунды точное положение фронта волны. Суть его состоит в следующем: все точки, которые оказываются на пути у фронта волны в определенную долю секунды, в сущности, сами по себе становятся источниками сферических волн (вторичных), в то время как размещение фронта волны в ту же долю секунду является идентичным поверхности, которая огибает все сферические волны (вторичные). Данный принцип используется с целью объяснения существующих законов, связанных с преломлением света и его отражением.
- Принцип Гюйгенса-Френеля отражает эффективный метод разрешения вопросов, связанных с распространением волн. Он помогать объяснить элементарные задачи, связанные с дифракцией света.
- волн. Применяется в равной степени и для отражения в зеркале. Его суть состоит в том, что как ниспадающий луч, так и тот, который был отражен, а также перпендикуляр, построенный из точки падения луча, располагаются в единой плоскости. Важно также помнить, что при этом угол, под которым падает луч, всегда абсолютно равен углу преломления.
- Принцип преломления света. Это изменение траектории движения электромагнитной волны (света) в момент движения из одной однородной среды в другую, которая значительно отличается от первой по ряду показателей преломления. Скорость распространения света в них различна.
- Закон прямолинейного распространения света. По своей сути он является законом, относящимся к области геометрической оптики, и заключается в следующем: в любой однородной среде (вне зависимости от ее природы) свет распространяется строго прямолинейно, по кратчайшему расстоянию. Данный закон просто и доступно объясняет образование тени.
Атомная и ядерная физика
Основные законы квантовой физики, а также основы атомной и ядерной физики изучаются в старших классах средней школы и высших учебных заведениях.
Так, постулаты Бора представляют собой ряд базовых гипотез, которые стали основой теории. Ее суть состоит в том, что любая атомная система может оставаться устойчивой исключительно в стационарных состояниях. Любое излучение или поглощение энергии атомом непременно происходит с использованием принципа, суть которого следующая: излучение, связанное с транспортацией, становится монохроматическим.
Эти постулаты относятся к стандартной школьной программе, изучающей основные законы физики (11 класс). Их знание является обязательным для выпускника.
Основные законы физики, которые должен знать человек
Некоторые физические принципы, хоть и относятся к одной из отраслей данной науки, тем не менее носят общий характер и должны быть известны всем. Перечислим основные законы физики, которые должен знать человек:
- Закон Архимеда (относится к областям гидро-, а также аэростатики). Он подразумевает, что на любое тело, которое было погружено в газообразное вещество или в жидкость, действует своего рода выталкивающая сила, которая непременно направлена вертикально вверх. Эта сила всегда численно равна весу вытесненной телом жидкости или газа.
- Другая формулировка этого закона следующая: тело, погруженное в газ или жидкость, непременно теряет в весе столько же, сколько составила масса жидкости или газа, в который оно было погружено. Этот закон и стал базовым постулатом теории плавания тел.
- Закон всемирного тяготения (открыт Ньютоном). Его суть состоит в том, что абсолютно все тела неизбежно притягиваются друг к другу с силой, которая тем больше, чем больше произведение масс данных тел и, соответственно, тем меньше, чем меньше квадрат расстояния между ними.
Это и есть 3 основных закона физики, которые должен знать каждый, желающий разобраться в механизме функционирования окружающего мира и особенностях протекания процессов, происходящих в нем. Понять принцип их действия достаточно просто.
Ценность подобных знаний
Основные законы физики обязаны быть в багаже знаний человека, независимо от его возраста и рода деятельности. Они отражают механизм существования всей сегодняшней действительности, и, в сущности, являются единственной константой в непрерывно изменяющемся мире.
Основные законы, понятия физики открывают новые возможности для изучения окружающего мира. Их знание помогает понимать механизм существования Вселенной и движения всех космических тел. Оно превращает нас не в просто соглядатаев ежедневных событий и процессов, а позволяет осознавать их. Когда человек ясно понимает основные законы физики, то есть все происходящие вокруг него процессы, он получает возможность управлять ими наиболее эффективным образом, совершая открытия и делая тем самым свою жизнь более комфортной.
Итоги
Некоторые вынуждены углубленно изучать основные законы физики для ЕГЭ, другие - по роду деятельности, а некоторые - из научного любопытства. Независимо от целей изучения данной науки, пользу полученных знаний трудно переоценить. Нет ничего более удовлетворяющего, чем понимание основных механизмов и закономерностей существования окружающего мира.
Не оставайтесь равнодушными - развивайтесь!
Появилась в продаже книга Луиса Блумфилда «Как все работает. Законы физики в нашей жизни» , подготовленная к печати издательством Corpus при двойной поддержке Политехнического музея и «Книжных проектов Дмитрия Зимина». Расскажем о том, почему её стоит прочитать - особенно если физика представляется вам чем-то скучным и непонятным.
Поднимаясь утром с пружинного матраса, включая электрический чайник, согревая руки о чашку кофе и проделывая ещё десятки повседневных вещей, мы редко задумываемся о том, как именно всё это происходит. Возможно, в чьей-то памяти одиноким осколком торчит закон Ома или правило буравчика (хорошо, если вы вообще помните, что «буравчик» - это винт, а не фамилия).
Далеко не всегда ясно, в какие моменты жизни мы встречаемся с силой тока и моментом импульса.
Само собой, существуют учёные, технические специалисты и гики. Мы даже готовы поверить, что бывают люди, которые просто очень хорошо учили физику в школе (наше им уважение). Для них не составит труда рассказать, как именно работает лампа накаливания или солнечная батарея и объяснить, глядя на крутящееся велосипедное колесо, где там трение покоя, а где - трение скольжения. Однако, будем честными, большинство людей имеет обо всём этом весьма смутные представления.
Из-за этого кажется, будто природные объекты и механизмы ведут себя тем или иным образом благодаря каким-то волшебным силам. Бытовое представление о причинах и следствиях может оградить от некоторых ошибок (например, не класть обёрнутые фольгой продукты в микроволновку), однако более глубокое понимание физико-химических процессов позволяет лучше разбираться, что к чему, и аргументировать свои решения.
Луис Блумфилд - профессор Виргинского университета, исследователь атомной физики, физики конденсированного состояния и оптики.
Ещё в юности он выбрал опыты главным методом исследования мира, черпая из обыденных вещей вдохновение для занятий наукой. Стремясь сделать знания доступными для многих людей, а не горстки специалистов, Блумфилд занимается преподаванием , выступает на телевидении и пишет научно-популярные работы.
Главная задача книги «Как все работает. Законы физики в нашей жизни» - опровергнуть представление о физике как скучной и оторванной от жизни науке, и дать понять, что она описывает реальные явления, которые можно увидеть, пощупать и ощутить.
Для меня всегда было загадкой, почему физика традиционно преподается как абстрактная наука - ведь она изучает вещественный мир и законы, которыми тот управляется. Я убеждён в обратном: если лишить физику бесчисленных примеров из живого, реального мира, она не будет иметь ни основы, ни формы - словно молочный коктейль без стакана.
Луис Блумфильд
Речь идёт о движении тел, механических устройствах, тепле и многом другом. Вместо того, чтобы начинать с теории, автор идёт от окружающих нас вещей, формулируя с их помощью законы и принципы. Отправными точками служат карусели, американские горки, водопровод, тёплая одежда, аудиоплееры, лазеры и светодиоды, телескопы и микроскопы...
Вот некоторые примеры из книги, на которых автор объясняет механику простых вещей.
Почему конькобежцы быстро двигаются
Коньки - удобный способ рассказать о принципах движения. Ещё Галилео Галилей сформулировал, что тела имеют свойство двигаться равномерно и прямолинейно в отсутствие внешних сил, будь то сопротивление воздуха или трение поверхности. Коньки способны почти полностью устранить трение, так что вы легко скользите по льду. Объект в состоянии покоя стремится остаться на месте, а объект движущийся - двигаться дальше. Именно это называется инерцией.
Как режут ножницы
Сдвигая кольца ножниц, вы производите моменты сил, под действием которых лезвия смыкаются и режут бумагу. Бумага стремится раздвинуть лезвия за счет моментов сил, «разводящих» лезвия. Если вы приложите достаточно большое усилие, «сдвигающие» моменты сил возобладают над «разводящими». В результате лезвия ножниц приобретут угловое ускорение, начнут поворачиваться, сомкнутся и разрежут лист бумаги.
Что творится в шампурах
Если нагреть один конец металлического стержня, атомы в этой части стержня будут колебаться более интенсивно, чем в холодном конце, и металл начнет проводить тепло из горячего конца к холодному. Некоторая часть этого тепла передается благодаря взаимодействию соседних атомов, однако основная его часть будет передана подвижными электронами, которые переносят тепловую энергию на большие расстояния от одного атома к другому.
Как забиваются гвозди
Весь направленный вниз импульс, который вы сообщаете молотку, замахнувшись, передаётся гвоздю за время краткого удара. Поскольку время передачи импульса мало, со стороны молотка должна быть приложена очень большая сила, чтобы его импульс перешёл к гвоздю. Эта ударная сила вбивает гвоздь в доску.
Зачем воздушные шары нагревают
Чтобы заполнить воздушный шар горячим воздухом, нужно меньше частиц, чем для заполнения холодным воздухом. Дело в том, что в среднем частица горячего воздуха движется быстрее, сталкивается чаще и занимает больше места, чем частица холодного воздуха. Поэтому шар, наполненный горячим воздухом, весит меньше, чем такой же шар, наполненный холодным. Если вес шара достаточно мал, равнодействующая сила направлена вверх, и шар поднимается.
Почему воланчик летит всегда одинаково
Бадминтонный волан всегда летит головкой вперед, так как результирующая сила, вызванная давлением, приложена в его центре давления, на некотором расстоянии от центра масс. Если вдруг оперение случайно окажется впереди головки, сопротивление воздуха создаст момент силы относительно центра масс и вернет всё на свои места.
Что делает воду жёсткой
Жёсткой считается вода, в которой содержание положительно заряженных ионов кальция и магния превышает 120 мг на литр. Ионы этих и некоторых других металлов связывают отрицательные ионы мыла и создают нерастворимую пену, оседающую грязным налетом на раковине, лейке душа, ванне, в стиральной машине и на одежде. Затеяв стирку мылом в жёсткой воде, будьте готовы к неприятным сюрпризам.
Пройти курс у автора
У Луиса Блумфилда можно поучиться онлайн на курсе «Как работают вещи» : здесь он запускает машинки, отправляется на детскую площадку, чтобы поговорить о качелях, ставит опыты и рассказывает обо всём на свете.
Если даже этого вам окажется мало, и профессора захочется увидеть воочию, такая возможность тоже есть: Луис Блумфилд будет в Москве с 3 по 8 декабря.
Загрузка...
