Предмет физики как науки - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Учебно-методическое пособие для студентов заочной формы обучения... 1 205.91kb.
История как наука, ее предмет 7 1072.04kb.
Перечень контрольных вопросов к экзамену вопросы к экзамену за II... 1 72.86kb.
Учебная программа тем по курсу «Юридическая психология» Содержание... 1 120.22kb.
1. Предмет психологии. Основные этапы ее становления как науки 33 1717.19kb.
Перечень контрольных вопросов к экзамену по физике для потока дс 1 64.38kb.
Лекция №1. 26. 09. 07 Предмет, методы и функции социологии как науки 1 139.19kb.
Технологическая карта дисциплины «Естественно-научная картина мира»... 1 118.94kb.
Вопросы для повторения по курсу «История и философия науки» 1 36.17kb.
Учебно-тематическое планирование курса «Микроэкономика 1 уровень»... 3 487.16kb.
Тест №1. «История методики преподавания физики» 1 117.65kb.
Учебно-методическое пособие Ижевск 2012 резьбовые соединения учебно-методическое... 3 420.6kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Предмет физики как науки - страница №1/1

ПРЕДМЕТ ФИЗИКИ КАК НАУКИ

Вы продолжаете изучать одну из главных наук о природе — физику. Физика исследует механические, тепловые, электромагнитные, световые явления, а также строение вещества. Задачей физики, как и других наук, является поиск законов , с помощью которых можно объяснять и предсказывать широкий круг явлений.


МЕТОДЫ ФИЗИКИ КАК НАУКИ


Физика характеризуется не только кругом явлений, который она изучает, но и методами исследований.

Физика — опытная ( экспериментальная ) наука. При постановке опыта ученый специально создает особые условия протекания интересующего его явления — так, чтобы уменьшить влияние «помех» и исследовать данное явление в наиболее «чистом» виде.

Важной особенностью физики как науки является широкое использование математики . Благодаря этому предсказания физиков отличаются высокой точностью: в этом отношении другие науки не могут пока соперничать с физикой. Великий итальянский ученый Галилей писал, что «книгу природы» можно понять, только если знаешь язык, на котором она написана, и язык этот — математика.

О НАУЧНОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ


Одна из трудностей при изучении физики связана с тем, что привычные слова, используемые в разговорной речи, приобретают иной смысл, когда они становятся научными терминами. Так, в разговорной речи слово «движение» употребляется в различных значениях: можно говорить, например, о «движении души». Такая многозначность слов обогащает речь, даря нам юмор и поэзию.

Ученым же необходимо, когда они обсуждают научные вопросы, точно и однозначно понимать друг друга. Поэтому слова, взятые из разговорного языка для обозначения научных понятий, используются в науке в точно определенном значении. Например, в механике движением называется только изменение с течением времени положения тела относительно других тел. Мы встретим много других примеров того, как обычные слова становятся научными терминами: тело, скорость, путь, сила, работа, энергия…

Превращая слово в термин, ученые вспоминают иногда о юморе и поэзии. Например, есть научные термины «красота» и «очарование», которые обозначают вполне определенные свойства «кварков», из которых состоят мельчайшие частицы вещества.

НАБЛЮДЕНИЕ, НАУЧНАЯ ГИПОТЕЗА И ЭКСПЕРИМЕНТ


Явления окружающего нас мира чрезвычайно сложны, потому что каждое из них зависит от очень многих причин. Но внимательно наблюдая то или иное явление, мы замечаем, что какие-то причины более существенны для его протекания, а какие-то — менее существенны.

Из наблюдений возникает предположение, что для целого круга явлений существуют определенные закономерности . Такое предположение называется научной гипотезой.

Чтобы проверить ее, ученый ставит опыты (эксперименты ), с целью выяснить, как изменяется протекание явлений при изменении условий их протекания. Для этого создаются специальные условия . Например, в своих экспериментах по движению Галилей старался уменьшить роль трения. Так от наблюдений ученый переходит к экспериментам , то есть начинает «задавать вопросы природе».

НАУЧНЫЕ МОДЕЛИ И НАУЧНАЯ ИДЕАЛИЗАЦИЯ


Для формулировки гипотезы, постановки эксперимента и объяснения его результатов необходимо построить модель данного явления или процесса — упрощенное, схематизированное представление о нем, в котором выделены наиболее важные черты. Примерами таких моделей являются материальная точка — тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь, и идеальный газ — газ, размеры молекул которого пренебрежимо малы, а взаимодействием между молекулами можно пренебречь, и т. д.

Полностью устранить в эксперименте «помехи», как правило, не удается. Но при рассмотрении результатов эксперимента иногда можно догадаться, что должно было бы наблюдаться в «идеальной» ситуации — если бы все помехи были устранены. Эта идеальная ситуация и называется «научной идеализацией». Именно она позволяет увидеть простоту законов, таящихся за внешней сложностью явлений.

Таким образом, научная идеализация — это мысленный эксперимент , то есть эксперимент, проведенный с помощью воображения , когда все факторы, «мешающие» проявлению искомой закономерности, исключены полностью. При этом особое значение приобретает логическая непротиворечивость результатов мысленного эксперимента.

ПРИМЕРЫ НАУЧНОЙ ИДЕАЛИЗАЦИИ


С примерами научной идеализации мы будем встречаться в нашем курсе. Сейчас же кратко опишем некоторые примеры.

Свободное тело


Хорошим примером научной идеализации является так называемое «свободное тело», то есть тело, на которое совершенно не действуют другие тела. Совершенно свободных тел, конечно, не существует: даже галактики взаимодействуют друг с другом на огромных расстояниях. Однако, мысленно продолжив закономерность, обнаруженную на опытах с реальными телами, можно представить тело, которое совершенно не взаимодействует ни с какими другими телами. Размышления о том, как будут двигаться такие тела, привели Галилея к открытию закона инерции .

Инерциальные системы отсчета


Из наблюдений и опытов мы видим, что есть такие системы отсчета , в которых закон инерции не выполняется совсем (например, разгоняющийся или тормозящий автомобиль, в котором пассажиров без действия внешних сил отбрасывает назад или вперед), есть такие, в которых он выполняется весьма приближенно (например, почти равномерно движущийся поезд), и такие, в которых он выполняется с большой точностью (например, Земля). Продолжая мысленно эту «цепочку», мы можем представить себе такую систему отсчета, в которой закон инерции выполняется точно. Это и есть инерциальная система отсчета .

НАУЧНЫЙ ЗАКОН И НАУЧНАЯ ТЕОРИЯ


Гипотеза о закономерности в протекании физических явлений, подтвержденная экспериментом, становится физическим законом.

Мы уже рассказывали об одном из таких законов — законе инерции . Основное содержание механики составляют три закона, сформулированные выдающимся английским ученым Ньютоном (три закона Ньютона ), и закон всемирного тяготения (открытый также Ньютоном). Для газовых процессов открыты законы, описывающие, например, зависимость объема или давления газа от его температуры. Взаимодействие покоящихся электрически заряженных частиц подчиняется закону, открытому французским физиком Кулоном.

Вся совокупность законов, описываемых широкий круг явлений, называется научной теорией . Например, законы Ньютона составляют содержание одной из первых физических теорий — классической механики. Содержание классической теории электромагнетизма составляют законы, сформулированные английским физиком Максвеллом (уравнения Максвелла).

Наряду с законами научная теория содержит определения основных физических величин и понятий, с помощью которых формулируются законы этой теории. Очень важно, чтобы все определяемые в данной физической теории величины могли быть измерены, поскольку только сравнением с опытом может быть установлена справедливость физических законов и теорий.






ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ И ТЕОРИЙ

Все физические законы и теории являются приближением к действительности, поскольку при построении теорий используется определенная модель явлений и процессов. Поэтому как законы, так и теории имеют определенные границы применимости .

Например, классическая механика, основанная на трех законах Ньютона и законе всемирного тяготения , справедлива только при движении тел со скоростями, намного меньшими скорости света. Если же скорости тел становятся сравнимыми со скоростью света (например, удаленные от нас космические объекты или элементарные частицы в ускорителях), предсказания классической механики становятся неправильными. Тут в «игру» вступает специальная теория относительности , созданная в начале 20-го века Эйнштейном.

Второй пример: поведение мельчайших частиц вещества — так называемых элементарных частиц, а также строение атома не могут быть поняты в рамках классической механики: оказалось, что явления, происходящие на очень малых расстояниях и в очень короткие промежутки времени, находятся вне границ ее применимости. И в начале 20-го века для объяснения атомных явлений трудами нескольких ученых была создана квантовая механика .

Третий пример: хорошо знакомая вам из курса физики основной школы геометрическая оптика, основанная на представлении о световых лучах, прекрасно согласуется с опытом, если размеры предметов, с которыми взаимодействует свет, намного больше длины световой волны. Но если размеры предметов сравнимы с длиной световой волны или намного меньше ее, вступает в силу волновая теория света , в основе которой лежит представление о световых волнах.

ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ


Появление новой физической теории не отменяет прежнюю, более упрощенную теорию, а уточняет и дополняет ее. Одним из важнейших требований при создании новых физических теорий является принцип соответствия , согласно которому предсказания новой теории должны совпадать с предсказаниями прежней теории в границах ее применимости . Это означает, что новая теория, если она справедлива, должна включать старую теорию как частный, предельный случай. Принцип соответствия сформулировал в начале 20-го века датский физик Бор — один из создателей квантовой механики.

Принципу соответствия удовлетворяют все приведенные выше примеры физических теорий.

Например, предсказания специальной теории относительности совпадают с предсказаниями классической механики, если скорости движения тел намного меньше скорости света. Квантовая механика «превращается» в классическую, если размеры тел достаточно велики, а законы волновой оптики — в законы геометрической оптики, если длины световых волн малы по сравнению с размерами препятствий.

СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА


Современная физическая картина мира основана на представлении о том, что вещество состоит из мельчайших частиц, между которыми существует несколько типов фундаментальных взаимодействий — так называемые сильные взаимодействия, электромагнитные, слабые и гравитационные. Во второй половине 20-го века электромагнитные взаимодействия были объединены со слабыми в «электрослабое» взаимодействие. Сегодня продолжаются интенсивные попытки построения «великого объединения» — теории, которая позволила бы объединить все известные типы взаимодействий.

ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗНАНИЯ И МЕТОДЫ?


Объяснение и предсказание явлений необходимо для того, чтобы можно было управлять ими. Именно благодаря тому, что человек научился управлять явлениями, он стал «великаном»: например, создал машины, в миллионы раз превосходящие своей мощью силу человеческих рук, и объединил весь мир надежной системой связи. Все чудеса современной техники обязаны своим происхождением прежде всего физике: без знания физических законов невозможно проектировать и использовать машины, механизмы, приборы, космические аппараты и т. д.

Знание физики важно для понимания окружающего мира, а это нужно не только ученым и инженерам — это необходимо любому культурному человеку, даже далекому от науки и техники.



Физические знания и методы рождают новые науки, например, биофизику, геофизику, астрофизику




Женщины верят, что они наряжаются ради мужчин или для собственного удовольствия; а по правде, они наряжаются друг для друга. Франсис де Миомандр
ещё >>