Физика относится к наукам о природе

Физика — наука о природе

Урок 1: Физика - наука о природе

Слово «физика» возникло в глубокой древности. Родоначальником физики был ученый Аристотель (Др. Греция 384-322 г.г. до н. э.). Он написал книгу «Физика», посвященную исследованиям природы. Значит, греческое слово «физика» — это наука о природе.

1
Примеры изучения физики: свет, звук, лёд, радуга (Источник unsplash.com)

Природа — все живое и неживое в окружающем нас мире. Все, что связано с любыми природными объектами, о которых можно судить по ощущениям человека – это материя. В классе – парты, стулья, учебники, карандаши, ручки; в столовой – вкусные обеды и завтраки, аппетитные запахи; на улице – машины, люди, здания, ветер, бегущие после дождя ручейки; дома – знакомые вещи, мебель; в лесу – деревья, кусты, трава, птицы, животные.

2
Примеры тел: велосипед, сумка с вещами, карандаши, ткани и ножницы

Эти и другие предметы называются физическими телами. Тело состоит из вещества. Например, линейка может быть деревянной, стальной, пластмассовой. Поэтому, сталь, дерево, пластмасса – это физические вещества.

12
Примеры веществ в ведрах: деревянное, металлическое, пластиковое

Некоторые тела состоят из одного вещества, другие – из нескольких, например, бронза – сплав меди и олова. Тела, состоящие из одного вещества, называются однородными, а из нескольких веществ – неоднородными.

Вещество можно видеть, ощущать, фиксировать при помощи органов чувств. Но существует еще один вид материи, которая регистрируется только приборами. Это поле. Поле определяет притяжение тел к Земле, а планет к Солнцу. Останкинскую телебашню и телевизоры в домах соединяют между собой также физические поля.

4
Магнитное поле вокруг Земли

Понятия «материя» и «поле» более глубоко изучаются в старших классах.

Явления неживой природы

Окружающий человека мир постоянно меняется. Изменения в неживой природе называются физическими явлениями. Летит птица или ползет гусеница, сверкает молния, гремит гром, идет дождь, река несет свои воды мимо берегов, падает с дерева листок, просыпается вулкан, ветер поднимает пыль на дороге, кипит вода в чайнике, тает снег и много-много другого происходит вокруг. (Если нужно рассмотреть изменения, происходящие в живом организме птицы или гусеницы, то этим займутся другие науки, например, биология, зоология).

5
Спящий вулкан

6
Летящий самолёт

7
Полярное сияние

Существует несколько видов физических явлений.

  • 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.

Многие процессы имеют сложный характер. Например, вспышка молнии – это одновременно и электрическое, и магнитное, и оптическое явление.

Наблюдения и опыты

Человеку свойственны любопытство, интерес. Люди всегда пытались понять и объяснить окружающий их мир, но объяснение должно быть научно, т.е. должно опираться на физические теории и законы. Как же открываются законы, и создаются теории? Первый этап поиска научной истины называется научным наблюдением.

8
Процесс наблюдения

Процедура наблюдения содержит разнообразие методов, приводящих к истине:

9

Ученые тщательно наблюдают за определенным явлением, изучают его закономерности, формы проявления. Солнечные затмения, землетрясения, грозы, появления необычных небесных тел — комет в далеком прошлом пугали людей, заставляли их задумываться о существовании потусторонней силы. Ученые с помощью наблюдений определили причины и условия протекания этих процессов и заставили реально посмотреть на эти природные «чудеса».

Но для полного понимания происходящего нужно перейти ко второму этапу – опытному. Опыт позволяет воссоздать природное явление в лаборатории ученого.

10
( Источник )

Лишь после этого создается теория – третий заключительный этап поиска истины.

Работая над созданием теории, ученые вводят различные физические величины, которые характеризуют изучаемое явление, например, время, длина, масса. Правильное и точное измерение величин играет большую роль в выработке правильного вывода. Для этого нужны специальные приборы: часы, линейка или сантиметровая лента, весы и т. д.

Между измеренными величинами устанавливаются определенные связи, которые являются закономерными и называются физическими законами. Законы, описывающие общую группу явлений, образуют физическую теорию.

Вот пример рождения одной из теорий. На что реагирует человек прежде всего? Конечно, на движущиеся предметы. Наблюдая за движением птиц, животных, небесных тел, за падением капель дождя и снега, человек задумывается о причинах, которые заставляют двигаться тела. Он сравнивает движение разных тел, находит сходство и различие в их движении.

Ученые, жившие еще до нашей эры, Аристотель, Архимед и другие положили начало учению о движении, основываясь на наблюдениях. Но одни наблюдения не могли точно и верно объяснить движение тел.

В XVI – XVII веках ученые переходят к экспериментальным методам. Результатом опытов Х. Гюйгенса, Г. Галилея, Р. Декарта, И. Кеплера и многих других ученых стали законы, описывающие падение тел, движение планет Солнечной системы, поведение тел при столкновениях.

Достигнутые опытным путем результаты, получили завершение в работах великого английского ученого-физика Исаака Ньютона (1643 — 1727 г.г.), создавшего теорию классической механики, науки о движении. Но и гениальный Ньютон не до конца рассмотрел особенности движения тел. В XX веке Альберт Эйнштейн (1879 – 1955 г.г.) создает теорию движения, которая механику Ньютона включает в себя как частный случай.

11
Эйнштейн, Ньютон, Аристотель, Архимед

И это еще не все. Пока не изучены еще звездные миры, до которых надо добраться. Но как? Это вопрос будущего. И ответ на этот вопрос, может быть, даст еще одна теория движения.

Сложен путь решения загадок, которые ставит перед человеком природа. Но учиться распутывать и разгадывать их нужно правильно, как это делает наука физика:

  • Наблюдение – начало поиска научной истины;
  • Опыт – практическое открытие или подтверждение результатов наблюдений;
  • Научная теория – завершенное доказательство научной истины.

И главная задача физики: открыть физические законы, по которым протекают различные явления; найти закономерности, сравнить и обобщить результаты; объяснить причины явлений и процессов, предположить их развитие; использовать эти законы в жизни и деятельности человека.

Законам физики подчиняется все, что находится во Вселенной.

Неизвестное слово «СИ»

При изучении физики приходится решать очень много расчетных, количественных, задач, где используются единицы измерения различных физических величин. Эти единицы измерения переводятся в общепринятую международную систему единиц измерения – СИ. Широко используются такие привычные единицы, как литр, минута, час, тонна, гектар и другие. Но, решая задачи по физике, нужно и их уметь переводить в систему интернациональную (СИ). Почему? Развернутый ответ на это вопрос здесь:

Что общего в следующих обозначениях: аршин [1] , фут [2] , кабельтов [3] , сажень [4] ?

Что объединяет штоф [5] , галлон [6] , пинту [7] , кварту [8] , четверть [9] , баррель [10] ?

Сразу очень непросто дать ответ на эти вопросы. Нужно быть неплохим эрудитом для этого. Первый набор слов обозначает единицы длины, а второй – единицы объема.

До 1960 года положение в обозначении физических величин было катастрофическим. Одни и те же физические величины по-разному обозначались не только в различных науках, но и в различных разделах физики. Одна и та же величина имела от 10 до 20 и более единиц измерения. А если учесть, что в разных странах тоже имелись свои единицы измерения, то получалась полнейшая неразбериха. Помнится история Вавилонской башни, которую не могли достроить, так как строители, начав говорить на разных языках, перестали понимать друг друга. Эта же история назревала и в мире физических единиц измерения.

Без измерения нельзя обойтись в любой сфере практической деятельности человека. В производственной и научной практике приходится измерять более 2 тысяч различных величин. Кроме того, возросли требования к точности измерения, ведь в те годы развивались такие отрасли, как кибернетика, электроника, космическая техника. Необходимо было решить противоречие: много очень точных измерений физических величин необходимо человечеству, но делались эти измерения в различных единицах, которые очень сложно сводить друг с другом.

Решением этой проблемы явилось введение единого универсального языка для измерения физических величин, понятного для всех стран. Таким языком стала Международная система единиц физических величин, разработанная ведущими специалистами ряда стран и утвержденная в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Сокращенно эту систему называют СИ – система интернациональная.

В основе СИ – 7 основных единиц (см. таблицу) и 2 дополнительные (радиан и стерадиан, изучаются в старших классах школы). Все другие физические единицы СИ называются производными. Они образованы основными и дополнительными единицами.

13

Над единицами величин производятся математические действия. Следует запомнить некоторые правила работы с ними:

  • Складывать и вычитать можно только однородные физические единицы;
  • Физические единицы можно умножать и делить;
  • Однородные физические единицы можно взаимно сокращать.

Сложные комбинации физических единиц называют в честь великих ученых, внесших большой вклад в определение этих величин. Причем сами единицы пишутся с маленькой буквы, а их сокращенные обозначения – с большой, например, 12 ньютонов и 12 Н.

Для измерения малых и больших величин применяются дольные и кратные приставки к основным единицам. Например, приставки милли (м) и микро (мк) обозначают тысячную и миллионную доли, а кило (к) и мега (М) в тысячу и миллион раз большую.

4 км = 4 000 000 мм;

5 кг = 5 000 000мг;

8 мкм = 0,00000 м;

9 мкг = 0,000009 г.

Изучая старинные единицы измерения длин, масс, площадей, объемов, можно перевести их в систему СИ с помощью справочников и наглядно представить эти физические величины.

Словарь

Меры длины:

1. Аршин – 1) величина, равная 0, 7112м. 2) деревянная узкая дощечка с делениями.

2. Фут – (в пер. с англ. значит «ступня»). 1 фут = 30 см 48 мм.

3. Кабельтов – 1) в мореплавании (185,2 м). 2) в артиллерии (182,87 м). 3) Специальный трос для швартовки.

Читайте:  Силы в природе законы ньютона формулы для егэ

4. Сажень – часто использовалась на Руси. По сведениям истории, названий саженей больше 10, между собой они никак не связаны. Простая сажень – 150,8 см.

Меры объема:

5. Штоф – одна десятая часть ведра, равная десяти чаркам – это примерно 1,23 л. Введен в петровские времена для алкогольных напитков.

6. Галлон — мера жидких и сыпучих тел в Англии, равная 4,5 л; в США — 3,7 л (для жидких тел) и 4,4 л (для сыпучих тел).

7. Пинта – исторически принятая в странах английской системы мера объема жидкостей. Применяется редко в быту и торговле.1 пинта = 0,56 л.

8. Кварта – (с лат. «четверть») мера объема. Для сухих веществ 1 кварта = 1,1012 дм 3 , для жидких = 0,9463 дм 3 .

9. Четверть – на Руси мера объёма сыпучих тел. 1 четверть = 1.4 ведра = 3,08 л.

10. Баррель – 1) Единица объема, используемая в пивоварении. 2) Единица объема в производстве нефти. 1 баррель = 159 л.

Источник



ИНФОФИЗ — мой мир.

Все мы гении. Но если вы будете судить рыбу по её способности взбираться на дерево, она проживёт всю жизнь, считая себя дурой.

Альберт Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Урок 01. Физика — фундаментальная наука о природе. Естественно-научный метод познания

С незапамятных времен люди начали проводить систематические наблюдения за явлениями природы, стремились подметить последовательность происходящих явлений и научились предвидеть ход многих событий в природе. например, смену времен года, время разливов рек и многое другое. Эти свои знания они использовали для определения времени посева, уборки урожая и т.п. Постепенно люди убедились в том, что изучение явлений природы приносит неоценимую пользу.

Тогда появились ученые, которые посвящали свою жизнь изучению явлений природы, обобщали опыт предыдущих поколений. Они записывали результаты наблюдений и опытов, сообщали свои знания ученикам. вначале учеными были жрецы, которым их знания позволяли держать народ в подчинении. Поэтому записи ученые делали в зашифрованном виде, а учеников тщательно отбирали и они должны были хранить свои знания в тайне.

Первые книги о явлениях природы, которые стали достоянием народа, появились в Древней Греции. Это способствовало быстрому развитию науки в этой стране и появлению многих выдающихся ученых.

Греческое слово «фюзис» в переводе означает природа, поэтому науку о природе стали называть физикой.

Величайший мыслитель древности Аристотель (384—322 до н.э.) в смысл слова «физика» (от греч. — природа) вкладывал всю совокупность сведений о природе, все, что было известно о земных и небесных явлениях. В русский язык термин «физика» был введен великим ученым-энциклопедистом, основоположником материалистической философии в России М.В.Ломоносовым (1711 — 1765).

Долгое время физику называли натуральной философией (философией природы), и она фактически сливалась с естествознанием. По мере накопления экспериментального материала, его научного обобщения и развития методов исследования из натуральной философии как общего учения о природе выделились астрономия, химия, физика, биология и другие науки. Этим обусловлена органическая связь физики с другими естественными науками.

Процесс длительного изучения явлений природы привел ученых к идее о материальности окружающего нас мира.

Материя есть объективная реальность существующая помимо нашего сознания и данная нам в ощущении (В.И.Ленин)

Материя включает в себя все, окружающее нас, и нас самих. То есть все, реально существующее в природе (а не в нашем воображении) материально.

Учение о строении материи является одним из центральных в физике. Оно охватывает два известных физике вида материи: вещество и поле. Материя существует не только в виде вещества — физических тел, но и в виде полей, например электромагнитного, гравитационного. Например радиоволны и свет нельзя назвать веществом. Они представляют собой особую форму материи – электромагнитное поле.

Вещество характеризуется дискретностью образования и конечной массой покоя.

Поле характеризуется непрерывностью и нулевой массой покоя.

Неотъемлемое свойство материи – движение. В философском смысле любое изменение, происходящее в природе, в окружающем нас мире, представляет собой движение материи. Движение есть способ существования материи.

Все материальные объекты (тела) не остаются неизменными. С течением времени изменяются их взаимное положение, форма, размеры, агрегатное состояние, физические и химические свойства и т. д.

Движение обнимает собой все происходящие во Вселенной изменения и процессы, начиная от простого перемещения и кончая мышлением.

Физика изучает наиболее общие формы движения материи и их взаимные превращения, такие, как механические, молекулярно-тепловые, электромагнитные, атомные и ядерные процессы.

Подобное деление на формы движения условно, однако физика в процессе изучения обычно представлена именно такими разделами.

Накопленный веками опыт убедил ученых, что материя может видоизменяться, но никогда не возникает и не исчезает. Движение материи также может изменять свою форму (превращаться из одной формы в другую), но само движение материи не создается и не уничтожается. Т.е. окружающий нас мир есть вечно движущаяся и развивающаяся материя.

Всеобщей мерой движения материи во всех её формах является энергия, а неуничтожимость движения материи выражается законом сохранения энергии.

Материя существует в пространстве и во времени.

Пространство определяет взаимное расположение (одновременно существующих) объектов относительно друг друга и их относительную величину (расстояние и ориентацию).

Т.е. пространство характеризует протяженность материальных объектов. Оно непрерывно, изотропно (свойства при поворотах не меняются) и однородно. Описывается геометрией Евклида, т.е. трехмерное (в классической физике). Единицей пространства в СИявляется 1 метр. Метр1,6 млн. длин световых волн атомов криптона, или длина пути, проходимого светом в вакууме за 1 / 299 792 458 с.

Время определяет последовательность явлений природы (материальных событий) и их относительную продолжительность(длительность).

В классической физике время характеризуется однородностью и непрерывностью. Не изотропно, т.е.течет в одном направлении.Единица измерения в СИ – 1 секунда. Секундавремя, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Все явления природы происходят в пространстве в определенной последовательности и имеют конечную продолжительность. Следовательно, пространство и время не существуют сами по себе, в отрыве от материи, и материя не существует вне пространства и времени.

Общей мерой различных форм движения материи является энергия. Качественно различные физические формы движения материи способны превращаться друг в друга, но сама материя неуничтожима и несотворима. К такому выводу пришли еще античные философы-материалисты. Итак, физиканаука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.

Физика — основа естествознания. Физика относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений. Она является наукой экспериментальной. Многие ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Факты остаются, а истолкование их иногда меняется в ходе исторического развития науки, в процессе все более глубокого понимания основных законов природы.

Роль естествознания в жизни людей велика. Естествознание является основой жизнеобеспечения – физиологического, технического, энергетического. Естествознание – это теоретическая основа промышленности и сельского хозяйства, всех технологий, различных видов производства, в том числе производства энергии, продуктов питания, одежды и т.д. Естествознание – это важнейший элемент культуры человечества, это один из существенных показателей уровня цивилизации.

Особенности естественнонаучного метода познания:

1. Носит объективный характер

2. Предмет познания типичен

3. Историчность не обязательна

4. Создает только знание

5. Естествоиспытатель стремится быть сторонним наблюдателем

6. Опирается на язык терминов и чисел

Метод — это совокупность приемов или операций практической или теоретической деятельности.

Методы научного познания включают так называемые всеобщие методы, т.е. общечеловеческие приемы мышления, общенаучные методы и методы конкретных наук. Методы могут быть классифицированы и по соотношению эмпирического знания (т.е. знания полученного в результате опыта, опытного знания) и знания теоретического, суть которого — познание сущности явлений, их внутренних связей.

Классификация методов научного познания

Следует иметь в виду, что каждая отрасль естествознания наряду с общенаучными применяет свои конкретно-научные, специальные методы, обусловленные сущностью объекта исследования. Однако зачастую методы, характерные для какой-либо конкретной науки применяются и в других науках. Это происходит потому, что объекты исследования этих наук подчиняются также и законам данной науки. Например, физические и химические методы исследования применяются в биологии на том основании, что объекты биологического исследования включают в себя в том или ином виде физические и химические формы движения материи и, следовательно, подчиняются физическим и химическим законам (вспомним «лестницу Кекуле», рассмотренную нами в первой лекции).

Всеобщих методов в истории познания — два: диалектический и метафизический. Это общефилософские методы.

Диалектический метод — это метод познания действительности в ее противоречивости, целостности и развитии.

Метафизический метод — метод, противоположный диалектическому, рассматривающий явления вне их взаимной связи и развития.

С середины 19-го века метафизический метод все больше и больше вытеснялся из естествознания диалектическим методом.

Соотношение общенаучных методов


Анализ — мысленное или реальное разложение объекта на составляющие его части.

Синтез — объединение познанных в результате анализа элементов в единое целое.

Обобщение — процесс мысленного перехода от единичного к общему, от менее общего, к более общему, например: переход от суждения «этот металл проводит электричество» к суждению «все металлы проводят электричество», от суждения : «механическая форма энергии превращается в тепловую» к суждению «всякая форма энергии превращается в тепловую».

Абстрагирование (идеализация) — мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследования. В результате идеализации из рассмотрения могут быть исключены некоторые свойства, признаки объектов, которые не являются существенными для данного исследования. Пример такой идеализации в механике — материальная точка, т.е. точка, обладающая массой, но лишенная всяких размеров. Таким же абстрактным (идеальным) объектом является абсолютно твердое тело.

Индукция — процесс выведения общего положения из наблюдения ряда частных единичных фактов, т.е. познание от частного к общему. На практике чаще всего применяется неполная индукция, которая предполагает вывод о всех объектах множества на основании познания лишь части объектов. Неполная индукция, основанная на экспериментальных исследованиях и включающая теоретическое обоснование называется научной индукцией. Выводы такой индукции часто носят вероятностный характер. Это рискованный, но творческий метод. При строгой постановке эксперимента, логической последовательности и строгости выводов она способна давать достоверное заключение. По словам известного французского физика Луи де Бройля, научная индукция является истинным источником действительно научного прогресса.

Читайте:  Рабочий лист к уроку Познания мира на тему Явления природы

Дедукция — процесс аналитического рассуждения от общего к частному или менее общему. Она тесно связана с обобщением. Если исходные общие положения являются установленной научной истиной, то метом дедукции всегда будет получен истинный вывод. Особенно большое значение дедуктивный метод имеет в математике. Математики оперируют математическими абстракциями и строят свои рассуждения на общих положениях. Эти общие положения применяются к решению частных, конкретных задач.

Аналогия — вероятное, правдоподобное заключение о сходстве двух предметов или явлений в каком-либо признаке, на основании установленного их сходства в других признаках. Аналогия с простым позволяет понять более сложное. Так, по аналогии с искусственным отбором лучших пород домашних животных Ч.Дарвин открыл закон естественного отбора в животном и растительном мире.

Моделирование — воспроизведение свойств объекта познания на специально устроенном его аналоге — модели. Модели могут быть реальными (материальными), например, модели самолетов, макеты зданий. фотографии, протезы, куклы и т.п. и идеальными (абстрактными), создаваемые средствами языка (как естественного человеческого языка, так и специальных языков, например, языком математики. В этом случае мы имеем математическую модель. Обычно это система уравнений, описывающая взаимосвязи в изучаемой системе.

Исторический метод подразумевает воспроизведение истории изучаемого объекта во всей своей многогранности, с учетом всех деталей и случайностей.

Логический метод — это, по сути, логическое воспроизведение истории изучаемого объекта. При этом история эта освобождается от всего случайного, несущественного, т.е. это как бы тот же исторический метод, но освобожденный от его исторической формы.

Классификация — распределение тех или иных объектов по классам (отделам, разрядам) в зависимости от их общих признаков, фиксирующее закономерные связи между классами объектов в единой системе конкретной отрасли знания. Становление каждой науки связано с созданием классификаций изучаемых объектов, явлений.

Классификация — это процесс упорядочивания информации. В процессе изучения новых объектов в отношении каждого такого объекта делается вывод: принадлежит ли он к уже установленным классификационным группам.

Методы эмпирического и теоретического познания:


Наблюдение — целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений.

Эксперимент — способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях. Эксперимент позволяет, во-первых, изолировать исследуемый объект от влияния побочных несущественных для него явлений. Во-вторых, в ходе эксперимента многократно воспроизводится ход процесса. В третьих, эксперимент позволяет планомерно изменять само протекание изучаемого процесса и состояния объекта изучения.

Измерение — это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.

Интуиция. Особым способом постижения истины является интуиция. Это вид знания, которое возникает как бы внезапно, как озарение у человека, долгое время пытавшегося решить мучивший его вопрос. Интуитивное познание является непосредственным — способ его осуществления не осознается человеком. Однако, после того, как задача решена, ход ее решения может быть осознан и проанализирован. Интуиция, таким образом, есть качественно особый вид познания, в котором отдельные звенья логической цепи познания остаются на уровне бессознательного.

Формы научного знания:


Факт, как явление действительности, становится научным фактом, если он прошел строгую проверку на истинность. Факты — это наиболее надежные аргументы как для доказательства, так и для опровержения каких-либо теоретических утверждений.

Научные проблемы — это осознанные вопросы, для ответа на которые имеющихся знаний недостаточно. Ее можно определить и как «знание о незнании».

Научная гипотеза — такое предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказано, но которое выдвигается не произвольно, а при соблюдении ряда требований, к которым относятся следующие.

  1. Отсутствие противоречий. Основные положение предлагаемой гипотезы не должны противоречить известным и проверенным фактам. (При этом следует учитывать, что бывают и ложные факты, которые сами нуждаются в проверке).
  2. Соответствие новой гипотезы надежно установленным теориям. Так, после открытия закона сохранения и превращения энергии все новые предложения о создании «вечного двигателя» более не рассматриваются.
  3. Доступность выдвигаемой гипотезы экспериментальной проверке, хотя бы в принципе (см. ниже — принцип верифицируемости).
  4. Максимальная простота гипотезы.

Категории науки — это наиболее общие понятия теории, характеризующие существенные свойства объекта теории, предметов и явлений объективного мира. Например, важнейшими категориями являются материя, пространство, время, движение, причинность, качество, количество, причинность и.т.п.

Законы науки отражают существенные связи явлений в форме теоретических утверждений. Принципы и законы выражаются через соотношение двух и более категорий.

Научные принципы — наиболее общие и важные фундаментальные положения теории. Научные принципы играют роль исходных, первичных посылок и закладываются в фундамент создаваемых теорий. Содержание принципов раскрываются в совокупности законов и категорий.

Научные концепции — наиболее общие и важные фундаментальные положения теорий.

Научная теория — это систематизированные знания в их совокупности. Научные теории объясняют множество накопленных научных фактов и описывают определенный фрагмент реальности (например, электрические явления, механическое движение, превращение веществ, эволюцию видов и т.п.) посредством системы законов.

Главное отличие теории от гипотезы — достоверность, доказанность. сам термин теория имеет множество смыслов. Теория в строго научном смысле — это система уже подтвержденного знания, всесторонне раскрывающая структуру, функционирование и развитие изучаемого объекта, взаимоотношение всех его элементов, сторон и теорий.

Новые теории создаются в соответствии с некоторым образцом парадигмой.

Научная теория должна выполнять две важнейшие функции, первой из которых является объяснение фактов, а вторая — предсказание новых, еще неизвестных фактов и характеризующих их закономерностей.

Научная теория — одна из наиболее устойчивых форм научного знания, но и они претерпевают изменения вслед за накоплением новых фактов. Когда изменения затрагивают фундаментальные принципы теории, происходит переход к новым принципам, а, следовательно, кновой теории. Изменения же в наиболее общих теориях, приводят к качественным изменениям всей системы теоретического знания. в результате чего происходят глобальные естественнонаучные революции и меняется научная картина мира.

Научная картина мира — это система научных теорий, описывающая реальность. Подробнее о научных картинах мира, их эволюции будет сказано в следующей лекции.

Процесс научного познания

Определив формы научного знания и методы научного познания, мы можем схематично представить весь процесс научного познания в виде некоторой схемы:

Источник

Физика – наука о природе

Физика – одна из наук, изучающих природу. Свое название физика получила от греческого слова «фюзис», что в переводе означает «природа». Поначалу физикой называли науку, которая рассматривала любые природные явления. Впоследствии же круг изучаемых физикой явлений был достаточно четко обозначен.

Что же называют явлениями природы? Явления природы – это изменения, которые постоянно в ней происходят.

Среди физических явлений прежде всего необходимо назвать:

  • механические, которые связаны с движением тел. Физика не только рассматривает и описывает движение, но и объясняет причины, по которым тело начинает или прекращает движение, движется или покоится;
  • тепловые, обусловленные внутренним строением вещества (изучает термодинамика);
  • электромагнитные;
  • световые.

Благодаря важным открытиям развивается не только сама физика, но и другие естественные науки: химия, астрономия, биология и др. Физика – одна из основ естественных наук. Изучение физики имеет важнейшее значение и для развития техники: люди получили возможность сконструировать самолеты и космические корабли, электронные приборы, компьютерную технику и многое другое.

Многие свои знания люди получают из наблюдений. Ученые-физики также используют в своей работе метод наблюдений. Часто применяют и другой научный метод – опыт. В этом случае обдуманно, с определенной целью создают условия для протекания того или иного явления и затем изучают его. Опыт – важнейший источник физических знаний.

Как правило, опыты проводятся в специальных лабораториях, с использованием лабораторных приборов и оборудования. Изучая физические явления, стремятся не только выяснить их причины, но и наиболее точно описать их, выразить количественные соотношения. Для этого приходится проводить измерения физических величин.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу величины. При проведении измерений используют разнообразные измерительные приборы и инструменты – линейки, термометры, секундомеры, амперметры и др. Для каждой физической величины существуют свои единицы измерения. Например, длину измеряют в метрах, площадь – в квадратных метрах, температуру – в градусах Цельсия. Для удобства в разных странах стараются пользоваться одинаковыми единицами. Наибольшее распространение получила Международная система единиц (СИ).

При изучении физических явлений устанавливают связи между величинами. Если связь между величинами носит устойчивый характер, ее называют физическим законом, который является математическим выражением закона природы.

Объяснить, почему то или иное явление протекает так, а не иначе, выяснить причину явления позволяет физическая теория. Курс физики дает возможность не только объяснить, но и предсказать ход явлений, свойства тел.

Каждая физическая теория описывает определенные явления окружающего материального мира. Все они связаны между собой, поскольку материальный мир един. Совокупность всех наших знаний о мире представляет собой физическую картину мира.

По мере развития науки происходит углубление и уточнение знаний о материальном мире. Не все свойства материального мира и законы природы уже известны и изучены. Однако развитие науки свидетельствует о том, что материальный мир познаваем и процесс познавания бесконечен.

Источник

Физика относится к наукам о природе

Урок 1: Физика - наука о природе

Слово «физика» возникло в глубокой древности. Родоначальником физики был ученый Аристотель (Др. Греция 384-322 г.г. до н. э.). Он написал книгу «Физика», посвященную исследованиям природы. Значит, греческое слово «физика» — это наука о природе.

1
Примеры изучения физики: свет, звук, лёд, радуга (Источник unsplash.com)

Природа — все живое и неживое в окружающем нас мире. Все, что связано с любыми природными объектами, о которых можно судить по ощущениям человека – это материя. В классе – парты, стулья, учебники, карандаши, ручки; в столовой – вкусные обеды и завтраки, аппетитные запахи; на улице – машины, люди, здания, ветер, бегущие после дождя ручейки; дома – знакомые вещи, мебель; в лесу – деревья, кусты, трава, птицы, животные.

2
Примеры тел: велосипед, сумка с вещами, карандаши, ткани и ножницы

Эти и другие предметы называются физическими телами. Тело состоит из вещества. Например, линейка может быть деревянной, стальной, пластмассовой. Поэтому, сталь, дерево, пластмасса – это физические вещества.

12
Примеры веществ в ведрах: деревянное, металлическое, пластиковое

Некоторые тела состоят из одного вещества, другие – из нескольких, например, бронза – сплав меди и олова. Тела, состоящие из одного вещества, называются однородными, а из нескольких веществ – неоднородными.

Вещество можно видеть, ощущать, фиксировать при помощи органов чувств. Но существует еще один вид материи, которая регистрируется только приборами. Это поле. Поле определяет притяжение тел к Земле, а планет к Солнцу. Останкинскую телебашню и телевизоры в домах соединяют между собой также физические поля.

4
Магнитное поле вокруг Земли

Понятия «материя» и «поле» более глубоко изучаются в старших классах.

Явления неживой природы

Окружающий человека мир постоянно меняется. Изменения в неживой природе называются физическими явлениями. Летит птица или ползет гусеница, сверкает молния, гремит гром, идет дождь, река несет свои воды мимо берегов, падает с дерева листок, просыпается вулкан, ветер поднимает пыль на дороге, кипит вода в чайнике, тает снег и много-много другого происходит вокруг. (Если нужно рассмотреть изменения, происходящие в живом организме птицы или гусеницы, то этим займутся другие науки, например, биология, зоология).

5
Спящий вулкан

6
Летящий самолёт

7
Полярное сияние

Существует несколько видов физических явлений.

  • 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.

Многие процессы имеют сложный характер. Например, вспышка молнии – это одновременно и электрическое, и магнитное, и оптическое явление.

Наблюдения и опыты

Человеку свойственны любопытство, интерес. Люди всегда пытались понять и объяснить окружающий их мир, но объяснение должно быть научно, т.е. должно опираться на физические теории и законы. Как же открываются законы, и создаются теории? Первый этап поиска научной истины называется научным наблюдением.

8
Процесс наблюдения

Процедура наблюдения содержит разнообразие методов, приводящих к истине:

9

Ученые тщательно наблюдают за определенным явлением, изучают его закономерности, формы проявления. Солнечные затмения, землетрясения, грозы, появления необычных небесных тел — комет в далеком прошлом пугали людей, заставляли их задумываться о существовании потусторонней силы. Ученые с помощью наблюдений определили причины и условия протекания этих процессов и заставили реально посмотреть на эти природные «чудеса».

Но для полного понимания происходящего нужно перейти ко второму этапу – опытному. Опыт позволяет воссоздать природное явление в лаборатории ученого.

10
( Источник )

Лишь после этого создается теория – третий заключительный этап поиска истины.

Работая над созданием теории, ученые вводят различные физические величины, которые характеризуют изучаемое явление, например, время, длина, масса. Правильное и точное измерение величин играет большую роль в выработке правильного вывода. Для этого нужны специальные приборы: часы, линейка или сантиметровая лента, весы и т. д.

Между измеренными величинами устанавливаются определенные связи, которые являются закономерными и называются физическими законами. Законы, описывающие общую группу явлений, образуют физическую теорию.

Вот пример рождения одной из теорий. На что реагирует человек прежде всего? Конечно, на движущиеся предметы. Наблюдая за движением птиц, животных, небесных тел, за падением капель дождя и снега, человек задумывается о причинах, которые заставляют двигаться тела. Он сравнивает движение разных тел, находит сходство и различие в их движении.

Ученые, жившие еще до нашей эры, Аристотель, Архимед и другие положили начало учению о движении, основываясь на наблюдениях. Но одни наблюдения не могли точно и верно объяснить движение тел.

В XVI – XVII веках ученые переходят к экспериментальным методам. Результатом опытов Х. Гюйгенса, Г. Галилея, Р. Декарта, И. Кеплера и многих других ученых стали законы, описывающие падение тел, движение планет Солнечной системы, поведение тел при столкновениях.

Достигнутые опытным путем результаты, получили завершение в работах великого английского ученого-физика Исаака Ньютона (1643 — 1727 г.г.), создавшего теорию классической механики, науки о движении. Но и гениальный Ньютон не до конца рассмотрел особенности движения тел. В XX веке Альберт Эйнштейн (1879 – 1955 г.г.) создает теорию движения, которая механику Ньютона включает в себя как частный случай.

11
Эйнштейн, Ньютон, Аристотель, Архимед

И это еще не все. Пока не изучены еще звездные миры, до которых надо добраться. Но как? Это вопрос будущего. И ответ на этот вопрос, может быть, даст еще одна теория движения.

Сложен путь решения загадок, которые ставит перед человеком природа. Но учиться распутывать и разгадывать их нужно правильно, как это делает наука физика:

  • Наблюдение – начало поиска научной истины;
  • Опыт – практическое открытие или подтверждение результатов наблюдений;
  • Научная теория – завершенное доказательство научной истины.

И главная задача физики: открыть физические законы, по которым протекают различные явления; найти закономерности, сравнить и обобщить результаты; объяснить причины явлений и процессов, предположить их развитие; использовать эти законы в жизни и деятельности человека.

Законам физики подчиняется все, что находится во Вселенной.

Неизвестное слово «СИ»

При изучении физики приходится решать очень много расчетных, количественных, задач, где используются единицы измерения различных физических величин. Эти единицы измерения переводятся в общепринятую международную систему единиц измерения – СИ. Широко используются такие привычные единицы, как литр, минута, час, тонна, гектар и другие. Но, решая задачи по физике, нужно и их уметь переводить в систему интернациональную (СИ). Почему? Развернутый ответ на это вопрос здесь:

Что общего в следующих обозначениях: аршин [1] , фут [2] , кабельтов [3] , сажень [4] ?

Что объединяет штоф [5] , галлон [6] , пинту [7] , кварту [8] , четверть [9] , баррель [10] ?

Сразу очень непросто дать ответ на эти вопросы. Нужно быть неплохим эрудитом для этого. Первый набор слов обозначает единицы длины, а второй – единицы объема.

До 1960 года положение в обозначении физических величин было катастрофическим. Одни и те же физические величины по-разному обозначались не только в различных науках, но и в различных разделах физики. Одна и та же величина имела от 10 до 20 и более единиц измерения. А если учесть, что в разных странах тоже имелись свои единицы измерения, то получалась полнейшая неразбериха. Помнится история Вавилонской башни, которую не могли достроить, так как строители, начав говорить на разных языках, перестали понимать друг друга. Эта же история назревала и в мире физических единиц измерения.

Без измерения нельзя обойтись в любой сфере практической деятельности человека. В производственной и научной практике приходится измерять более 2 тысяч различных величин. Кроме того, возросли требования к точности измерения, ведь в те годы развивались такие отрасли, как кибернетика, электроника, космическая техника. Необходимо было решить противоречие: много очень точных измерений физических величин необходимо человечеству, но делались эти измерения в различных единицах, которые очень сложно сводить друг с другом.

Решением этой проблемы явилось введение единого универсального языка для измерения физических величин, понятного для всех стран. Таким языком стала Международная система единиц физических величин, разработанная ведущими специалистами ряда стран и утвержденная в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Сокращенно эту систему называют СИ – система интернациональная.

В основе СИ – 7 основных единиц (см. таблицу) и 2 дополнительные (радиан и стерадиан, изучаются в старших классах школы). Все другие физические единицы СИ называются производными. Они образованы основными и дополнительными единицами.

13

Над единицами величин производятся математические действия. Следует запомнить некоторые правила работы с ними:

  • Складывать и вычитать можно только однородные физические единицы;
  • Физические единицы можно умножать и делить;
  • Однородные физические единицы можно взаимно сокращать.

Сложные комбинации физических единиц называют в честь великих ученых, внесших большой вклад в определение этих величин. Причем сами единицы пишутся с маленькой буквы, а их сокращенные обозначения – с большой, например, 12 ньютонов и 12 Н.

Для измерения малых и больших величин применяются дольные и кратные приставки к основным единицам. Например, приставки милли (м) и микро (мк) обозначают тысячную и миллионную доли, а кило (к) и мега (М) в тысячу и миллион раз большую.

4 км = 4 000 000 мм;

5 кг = 5 000 000мг;

8 мкм = 0,00000 м;

9 мкг = 0,000009 г.

Изучая старинные единицы измерения длин, масс, площадей, объемов, можно перевести их в систему СИ с помощью справочников и наглядно представить эти физические величины.

Словарь

Меры длины:

1. Аршин – 1) величина, равная 0, 7112м. 2) деревянная узкая дощечка с делениями.

2. Фут – (в пер. с англ. значит «ступня»). 1 фут = 30 см 48 мм.

3. Кабельтов – 1) в мореплавании (185,2 м). 2) в артиллерии (182,87 м). 3) Специальный трос для швартовки.

4. Сажень – часто использовалась на Руси. По сведениям истории, названий саженей больше 10, между собой они никак не связаны. Простая сажень – 150,8 см.

Меры объема:

5. Штоф – одна десятая часть ведра, равная десяти чаркам – это примерно 1,23 л. Введен в петровские времена для алкогольных напитков.

6. Галлон — мера жидких и сыпучих тел в Англии, равная 4,5 л; в США — 3,7 л (для жидких тел) и 4,4 л (для сыпучих тел).

7. Пинта – исторически принятая в странах английской системы мера объема жидкостей. Применяется редко в быту и торговле.1 пинта = 0,56 л.

8. Кварта – (с лат. «четверть») мера объема. Для сухих веществ 1 кварта = 1,1012 дм 3 , для жидких = 0,9463 дм 3 .

9. Четверть – на Руси мера объёма сыпучих тел. 1 четверть = 1.4 ведра = 3,08 л.

10. Баррель – 1) Единица объема, используемая в пивоварении. 2) Единица объема в производстве нефти. 1 баррель = 159 л.

Источник