Физика (7 класс)/Введение

Материал из Викиверситета
Перейти к навигации Перейти к поиску

Вы приступаете к изучению нового для вас предмета, который называется "Физика".[править]

Слово "физика" происходит от греческого слова "фюзис", что означает природа. Оно впервые появилось в сочинениях одного из известнейших мыслителей древности - Аристотеля, жившего в 4 веке до нашей эры. "Физика — это наука о материи, ее свойствах и движении. Она является одной из наиболее древних научных дисциплин, и первые дошедшие до нас работы восходят к временам Древней Греции. (Википедия)". В русский язык слово "Физика" было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал в России первый учебник физики в переводе с немецкого языка. Физика - наука о природе. Если внимательно приглядеться к происходящему в окружающем нас мире, то можно заметить, что в нем происходят разнообразные изменения или явления. Так, например, кусочек льда, внесенный в теплую комнату, начинает таять. Вода в чайнике, поставленном на огонь, закипит. Камень, выпущенный из рук, упадет на землю. Если по проволоке пропустить электрический ток, то она нагреется и может даже раскалиться докрасна(как в электрической лампочке).

Вращение Земли

Теперь мы знаем, что кипение воды, таяние льда, ветер, гром - называются явлениями. Физика изучает механические, электрические, магнитные, тепловые, звуковые и световые явления. Эти явления называют - физическими. Итак, мы узнали новый термин - физические явления. Физика обладает интересным свойством. Изучая простые явления, можно найти общие законы. Например, изучая свободное падение шариков, имеющих разный размер, с различной высоты, можно установить законы, которые будут выполняться при падении других тел.

Задача физики состоит в том, чтобы  открывать и изучать законы, которые связывают между собой различные физические явления, происходящие в природе.

Например, выяснено, что причиной падения различных тел на Землю, является их притяжение Землей. Смена дня и ночи объясняется тем, что Земля движется вокруг своей оси.

Одна из причин возникновения ветра - неравномерное нагревание воздуха и т. д. Изучением природы занимаются и другие науки: биология, химия. география, астрономия. Все эти науки применяют законы физики, а физика в свою очередь применяет законы этих наук. Например. в географии они необходимы для объяснения климата в данном регионе, течения рек, образования ветров, гор, долин. равнин, и многое другое. А в астрономии законы физики используют при изучении возникновения, строения, развития небесных тел. В этой книге вы узнаете о многих важнейших открытиях, благодаря которым развивалась физика, изучите различные физические явления, поймете, как они связаны между собой, узнаете имена многих ученых, открывших важнейшие законы.

Некоторые физические термины.[править]

В физику, кроме обычных слов, используют специальные термины. Некоторые из этих терминов, постепенно вошли в нашу разговорную речь. Например, такие термины, как: электричество, энергия, сила и т. п.

В физике каждое из окружающих нас тел (песчинку, камень, Луну) принято называть физическим телом, или просто телом. Физические тела, как мы поняли из вышесказанного, весьма разнообразны. Точнее, так можно назвать все, что мы видим. Это карандаш, листок, мяч, и многое другое.

Всякое тело имеет форму и объем. Например, кусок пластилина, и стол вылепленный из такого куска пластилина. Они имеют разную форму, но одинаковый объем. Или чайная и столовая ложки, - они имеют разный объем, но одинаковую форму. И все это - физические тела.

Все то, из чего состоят физические тела, называется веществом. Железо, медь, резина, вода - все это различные вещества.

Вода - вещество, капля воды - физическое тело, алюминий - вещество, алюминиевая кружка - физическое тело.

Вещество это один из видов материи. А материей в официальной науке называют все, что есть во Вселенной.

Материя - это все то, что существует во вселенной, что мы видим(небесные тела, животные, растения и др.), и что мы не видим (свет, радиоволны, магнитное излучение и др.).

В этом параграфе мы познакомились с новыми для вас терминами: физическое тело, вещество, материя.

Изучая физику, вы будете постоянно расширять свои знания, узнавать новые термины, и их значения.

Наблюдения и опыты.[править]

Пизанская башня

Как изучают явления? Многие знания получены людьми из собственных наблюдений.

Для изучения какого-либо явления необходимо прежде всего наблюдать его и по возможности не один раз. Чтобы изучить такое явление, как падение на Землю тел, недостаточно один раз увидеть, как падает то или иное тело. Следует выяснить, будет ли разница в падении тела легкого, и тяжелого. Одинаково ли падают тела различных размеров с различной высоты? Это можно узнать, если много раз наблюдать, и проводить необходимые измерения, вычисления.

Для проведения наблюдений, необходимо организовать нужные для этого условия. Хотя ученым не всегда приходится организовывать необходимые условия для проведения высокоточных наблюдений (недостаток финансирования, знаний, и т.п.), для простых наблюдений вполне хватит, скажем, яблока, ручки, книги. Вызывая их падение, мы проводим наблюдения, путем проведения опыта. Во время опытов обычно выполняются измерения - это очень важно.

Опыт - воспроизведение какого-нибудь явления экспериментальным путем, создание чего-нибудь нового, в определенных условиях с целью исследования, испытания. (Ожегов).

Опыт - совокупность знаний и практических умений, навыков. (Ожегов).

Опыты отличаются от наблюдений тем, что их проводят с определенной целью, по заранее продуманному плану. Для составления такого плана лучше всего иметь предварительные догадки о том, как протекает явление, т.е. выдвинуть гипотезу.

Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое, для объяснения каких-нибудь явлений; вообще - предположение, требующее подтверждения. (Ожегов).

Чтобы получить научные знания об окружающем нас мире, необходимо обдумать и объяснить результаты проведенных опытов, найти причины наблюдаемых явлений, сделать выводы.

Известна легенда об итальянском ученом Г. Галилее. Для того, чтобы изучить, как происходит падение тел, Галилей ронял разные с наклонной башни в г. Пизе. Проделав такие опыты, ученый получил подтверждение своей гипотезы и открыл закон падения тел.

Таким образом, источниками физических знаний являются наблюдения и опыты.


Физические величины. Измерение физических величин.[править]

Рулетка
Линейка
Мензурка

В быту, технике, при изучении физических явлений часто приходится выполнять различные измерения. Так, например, изучая падение тела, необходимо измерить высоту, с которой падает тело, массу тела, его скорость, время падения. Высота, масса, скорость, время и т.д. являются физическими величинами. Физическую величину можно измерить.

Измерить какую-нибудь величину - это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Так, например, измерить длину стола - значить сравнить ее с другой длиной, которая принята за единицу длины, например с метром.

Для каждой физической величины приняты свои единицы.

Для удобства все страны мира стремятся пользоваться одинаковыми единицами физических величин. С 1963 г. в России и других странах применяется Международная система единиц - СИ (система интернациональная). В этой системе основной единицей длины является метр (1 м), единицей времени - секунда (1 с), единицей массы - килограмм (1 кг.)

Часто применяют единицы, которые в 10, 100, 1000 и т.д. раз больше принятых единиц (кратные). Эти единицы получили наименования с соответствующими приставками, взятыми из греческого языка. "Деци-" - 0,1; "санти-" - 0,01; "милли - " - 0,001.

Приставки к названиям единиц.


г - гекто (100 или 10^2)

к - кило (1000 или 10^3)

М - мега (1 000 000 или 10^6)

д - деци (0,1 или 10^-1)

с- санти (0,01 или 10^-2)

м - милли (0,001 или 10^-3)


Пример. Длина теннисной ракетки 60 см. Выразите ее длину в метрах (м).

60 см = 0,6 или 6 · 10ˆ-1 м.

Для проведения опытов необходимы приборы. Одни из них очень просты и предназначены для простых измерений. К таким приборам можно отнести: измерительную линейку, рулетку, измерительный цилиндр (мензурка) и др.


По мере развития физики приборы усложнялись и совершенствовались. Появились амперметры, вольтметры, секундомеры, термометры.

Вольтметр
Амперметр
Секундомер
Термометр

Измерительные приборы, как правило, имеют шкалу. Это значит, что на приборе нанесены штриховые деления, а рядом написаны значения величин, соответствующие делениям. Расстояния между двумя штрихами, возле которых написаны значения физической величины, могут быть дополнительно разделены еще на несколько делений. Эти деления иногда не обозначены числами.

Определить, какому значению величины соответствует каждое самое малое деление, нетрудно. К примеру, возьмем измерительную линейку. На ней, цифрами обозначены расстояния между штрихами, которые разделены на 10 одинаковых делений. Следовательно, каждое деление (расстояние между ближайшими штрихами) соответствует 1 мм. Эта величина называется ценой деления шкалы прибора.

Перед тем как приступить к измерению физической величины, следует определить цену деления шкалы используемого прибора.

Для того чтобы определить цену деления, необходимо:

- найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины;

- вычесть из большего значения меньшее и полученное разделить на число делений, находящихся между ними.

Определим цену деления термометра. Возьмем два штриха, около которых нанесены значения измеряемой величины (температуры). Например, штрихи с обозначениями 10°С и 20°С. Расстояния между этими штрихами разделены на 10 делений. Следовательно, цена деления будет равна:

10°С - 20°С ⁄ 10 = 1°С. Следовательно, термометр показывает 24°С.

Точность и погрешность измерений.[править]

Всякое измерение может быть выполнено с большей или меньшей точностью.

В качестве примера рассмотрим измерение длины бруска демонстрационным метром с сантиметровыми делениями.(иллюстрация)

Вначале определим цену деления линейки. Она будет равна 1 см.

Если левый конец линейки совместить с нулевым штрихом, то правый будет находиться между 11 и 12 штрихами, но ближе к 11.

Какое же из этих двух значений следует принять за длину бруска? Очевидно, то, которое ближе к истинному значению, т.е. 11 см.

Считая, что длина бруска 11 см, мы допустим неточность, так как брусок чуть длиннее 11 см.

В физике допускаемую при измерении неточность называют погрешностью измерений. Погрешность измерения не может быть больше цены деления измерительного прибора.

В нашем случае погрешность измерения бруска не превышает 1см. Если такая точность измерений нас не устраивает, то можно произвести измерения с большей точностью. Но тогда придется взять масштабную линейку с миллиметровыми делениями, т.е. с ценой деления 1мм.

В этом случае длина бруска окажется равной 11,4 см.

Из этого примера видно, что точность измерений зависит от цены деления шкалы прибора.

Чем меньше цена деления, тем больше точность измерения.

Точность измерения зависит от правильного применения измерительного прибора, расположения глаз при отсчете по прибору.

Вследствие несовершенства измерительных приборов и несовершенства в развитии наших органов чувств при любом измерения получаются лишь приближенные значения, несколько бóльшие или меньшие истинного значения измеряемой величины.

Во время выполнения лабораторных работ или просто измерений следует считать, что:

погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора.

Так, если длина шариковой ручки 14 см, а цена деления линейки 1 мм, то погрешность измерения будет равна 0,5 мм, или 0,05 см.

Следовательно, длину ручки можно записать в виде:

l = (14 ± 0,05) см,

где l - длина ручки.

Истинное значение длины ручки находится в интервале от 13,95 см до 14,05 см.

При записи величин, с учетом погрешности, следует пользоваться формулой:

A = a ± Δa,

где A - измеряемая величина, a - результат измерений, Δa - погрешность измерений (Δ - греческая буква "дельта").


Физика и техника.[править]

Двигатель внутреннего сгорания

Развитие техники сопровождалось изменением представления людей об окружающем мире. Отказ от привычных взглядов, открытие новых теорий, изучение физических явлений характерно для физики с момента зарождения этой науки до наших дней.

Важное значение имеют открытия в области физики для развития техники. Так, например двигатель внутреннего сгорания, приводящий в движение автомобили, тепловозы, речные и морские суда, был разработан на основе научных наблюдений.

Тепловоз

Современное кино, телевидение, радио, магнитная запись - все это разработано после того, как были изучены многие звуковые, световые и электрические явления.

В свою очередь, развитие техники влияет на развитие науки. Так, например, усовершенствованные машины, точные измерительные приборы и т. д. используются учеными при исследовании физических явлений. После того, как были разработаны современные приборы и ракеты, возможным глубже изучить космическое пространство.

Подобных примеров можно привести множество. Открытия сделанные в науке, результат упорного труда многих ученых разных стран.

Рассмотрим некоторые этапы развития физики.

Ныне считается, что выдающийся английский физик и математик Исаак Ньютон, является автором открытия законов движения тел и закона тяготения, изучил важные свойства света, разработал важнейшие разделы высшей математики. Обобщив результаты наблюдений и опытов своих предшественников И. Кеплера и Г. Галилея, Ньютон написал большой труд "Математические начала натуральной философии". В этой работе ученый изложил важнейшие основы механики, которые были названы его именем. Законы Ньютона привели к бурному развитию представлений о механическом движении.

Дальнейшее развитие физики определилось изучением тепловых и электромагнитных явлений.

Исследования электромагнитных явлений коренным образом изменило научную картину мира. Оказалось, что нас окружают физические тела и поля. Общую теорию электромагнитных явлений разработал Джеймс Максвелл.

Теория Максвелла объяснила природу света и помогла разработке новых технических приборов и устройств, основанных на явлениях электромагнетизма.

Новый этап бурного развития физики начался в 20 веке. Возникли и стали развиваться новые направления: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика твердого тела и др. Возросла роль физики и ее влияние на технический и социальный процесс. Свой вклад в развитие современной физике внесли видные ученые России: Н. Г. Басов, П. Л. Капица, Л. Д. Ландау, Л. И. Мандельштам, А. М. Прохоров и др.

Ярким подтверждением связи науки и техники явился огромный прорыв в области изучения космоса. Так, 4 октября 1957 г. в нашей стране был запущен первый в мире искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 года Юрий Алексеевич Гагарин стал вообще первым космонавтом в мире, облетел земной шар. А 21 июля 1969 года впервые была осуществлена посадка на Луну американского космического корабля с астронавтами на борту: Нейлом Армстронгом и Эдвином Олдрином. Большой вклад в научную и техническую разработку полетов сделал Сергей Павлович Королев. Это под его командованием в космос были запущены первый в мире искусственный спутник Земли, и первый космонавт в мире (Гагарин).

Здесь названы лишь основные этапы развития физики и перечислены немногие из выдающихся людей науки, которые сделали важные открытия, благодаря которым развивалась эта наука.

Ссылки[править]