Физика (от греческого "природа") - это наука об окружающем нас мире.
Физика - всеобъемлющая наука. Никакой процесс природы не находится вне физики. Физика описывает все: механику, электричество, магнетизм, оптику…
Какие-то вещи очевидны для нас: притяжение, силы инерции и трения, кипение жидкости…
Другие моменты природы не так понятны, хотя мы к ним давно "привыкли": электричество, магнетизм, различные излучения…
Некоторые утверждения вообще с трудом даются пониманию: например, теория относительности А.Эйнштейна.
Наблюдая, казалось бы, простые явления природы, мы редко задумываемся, почему происходит именно так, а не иначе:
- Почему идет снег?
- Как мы слышим?
- Для чего нам нужна кровь?
- Почему звезды видны только ночью?
- Почему, поскользнувшись, мы падаем назад, а споткнувшись - вперед?
- Для чего у автомобилей колеса резиновые?
- Почему нам тепло под одеялом?
Физика - это исследование мира и его устройства.
Классический курс изучения физики включает в себя, как правило, следующие разделы:
Механика . Изучение принципов движения является первым шагом понимания физических процессов, которые проявляются в наблюдении, измерении и создания математической модели на основе полученных данных.
Движение происходит под действием различных сил. Законы приложения сил - основа механики .
При описании движения объектов нам "пригодятся" представления об энергии
и импульсе
. Помните закон сохранения энергии?
"Энергия не берется из "ниоткуда" и не исчезает бесследно, - она просто переходит из одного вида в другой".
Тепло и холод - неотъемлемые спутники нашей повседневной жизни.
- Почему утром бывает роса?
- Почему в холодную погоду запотевают очки при входе в теплое помещение?
- Почему в космосе холодно?
На эти и многие другие вопросы дает ответ термодинамика .
Электричество и магнетизм вводят нас в более загадочный физический мир. Ведь действие этих физических явлений нельзя почувствовать "напрямую". Комбинируя электричество и магнетизм можно получить такое удивительное явление, как свет , который лежит в основе видимости всего мира.
Надо сказать, что бОльшая часть физики связана с невидимым миром. Любое вещество состоит из атомов, увидеть которые не представляется возможным.
"Венцом" изучения физических явлений можно считать теорию относительности А.Эйнштейна . А как же иначе? Ведь при достижении скоростей, близких к скорости света, с миром происходят удивительные вещи: масса стремится к бесконечности; время - пытается замереть на месте. А вы знаете, что происходит в "черных дырах"? Не поверите, - "там" время и пространство меняются местами!
Вот какая она удивительная и многообразная - наука ФИЗИКА!
Основные этапы развития физики
- В 17 веке Исааком Ньютоном создается классическая механика .
- К концу 19 века было в основном завершено формирование классической физики .
- В начале 20 века в физике происходит революция, она становится квантовой (М. Планк, Э. Резерфорд, Н. Бор).
- В 20-е годы была разработана квантовая механика - последовательная теория движения микрочастиц (Л. де Бройль, Э. Шредингер, В. Гейзенберг, В. Паули, П. Дирак). Одновременно появилось новое учение о пространстве и времени - теория относительности Альберта Эйнштейна, физика делается релятивистской .
- Во 2-й половине 20 века происходит дальнейшее существенное преобразование физики, связанное с познанием структуры атомного ядра, свойств элементарных частиц (Э. Ферми, Р. Фейнман, М. Гелл-Ман), конденсированных сред (Д. Бардин, Л. Д. Ландау, Н. Н. Боголюбов).
- Физика стала источником новых идей, преобразовавших современную технику: ядерная энергетика (И. В. Курчатов), квантовая электроника (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс), микроэлектроника, радиолокация возникли и развились в результате достижений физики.
Фи́зика (от др.-греч. φύσις «природа») - область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира.
Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности - Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал первый в России учебник физики в переводе с немецкого языка. Первый отечественный учебник под названием «Краткое начертание физики» был написан первым русским академиком Страховым.
Общенаучные основы физических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.
Предмет физики
Физика - это наука о природе в самом общем смысле (часть природоведения). Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, - такие свойства называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы и образованные из них вещества. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.
Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий (см. математическая физика).
Теоретическая и экспериментальная физика
Главными ветвями физики являются экспериментальная физика и теоретическая физика. И хотя может показаться, что они разделены, поскольку большинство физиков являются или чистыми теоретиками, или чистыми экспериментаторами, на самом деле теоретическая и экспериментальная физика развиваются в постоянном контакте. Над одной и той же проблемой могут работать как теоретики, так и экспериментаторы. Первые описывают существующие экспериментальные данные и делают теоретические предсказания будущих результатов, вторые проводят эксперименты, проверяя существующие теории и получая новые результаты. Многие достижения в физике были вызваны экспериментальным наблюдением явлений, не описываемых существующими теориями (например, экспериментально обнаруженная абсолютность скорости света породила специальную теорию относительности), так же как и некоторым теориям удалось предсказать результаты, проверенные позже (например, открытие позитрона).
Основные теории
Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших областях физики. Такие теории считаются в целом верными при дополнительных ограничениях. Например, классическая механика верна, если размеры исследуемых объектов намного больше размеров атомов, скорости существенно меньше скорости света, и гравитационные силы малы. Эти теории всё ещё активно исследуются; например, такой аспект классической механики, как теория хаоса был открыт только в XX веке. Они составляют основу для всех физических исследований.
Введение к теме проекта
Физика — это наука о природе, изучающая наиболее общие свойства окружающего нас мира. Она изучает материю (вещество и поля) и наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Главная цель науки - выявить и объяснить законы природы, которыми определяются все физические явления, для использования их в целях практической деятельности человека.
Мир познаваем, и процесс познания бесконечен. Изучение окружающего нас мира показало, что материя находится в постоянном движении. Под движением материи понимают любое изменение, явление. Следовательно, окружающий нас мир - это вечно движущаяся и развивающаяся материя.
Физика изучает наиболее общие формы движения материи и их взаимные превращения. Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — их называют физическими законами.
Тепловые явления в природе и технике
Оглянемся вокруг себя, и станет понятно, что физические явления окружают нас с детства, что мы многие физические знания о мире приобретаем наряду с обычным житейским опытом.
Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики.
Например, химия изучает атомы, образованные из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.
Электрические явления в живой природе и техн ике
Магнитные явления на Зе мле
Развитие науки идёт по следующему пути. В основе лежит наблюдение за явлениями природы, затем проведение экспериментов, создание гипотез, справедливость которых подтверждается опытами. Если гипотеза экспериментально обоснована, то на её основе создаётся теория, объясняющая данное явление не только с качественной, но и с количественной стороны.
Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы.
Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий.
Определение 1
Физика – это область естествознания, это наука о простейших и наиболее общих природных законах, о материи, ее движении и структуре. В основе всего естествознания лежат законы физики.
Впервые термин «физика» фигурирует в учениях Аристотеля, еще в $IV$ столетии до нашей эры. Изначально термин «философия» и термин «физика» были синонимами, поскольку в основе этих дисциплин было стремление объяснить законы Вселенной. Однако научная революция $XVI$ столетия привела к трансформации физики в отдельную дисциплину.
Предмет и значение физики в современном мире
Физика – это наука о естествознании, в общем смысле слова является частью природоведения. Предметом ее изучения является материя, в виде полей и вещества, а также общие формы ее движения. Также к предмету изучения физики можно отнести фундаментальные природные взаимодействия, которые управляют движением материи.
Общими для всех материальных систем являются некоторые закономерности, которые называются физическими законами. Часто физику называют фундаментальной наукой, поскольку иные естественные науки (биология, химия, геология) описывают только конкретные классы материальных систем, которые подчиняются физическим законам.
Предмет изучения химии – атомы, вещества, что состоят из них, а также превращение одних веществ в другие. Химические свойства любого вещества определяются физическими свойствами молекул и атомов, которые описываются в таких разделах физики, как электромагнетизм, термодинамика и квантовая физика.
Физика тесно связывается с математикой, поскольку она представляет механизм, при помощи которого физические законы могут формулироваться максимально точно. Все физические законы практически всегда формулируются в виде уравнений. Причем в данном случае используются наиболее сложные разделы математики, нежели в других науках. И наоборот, потребностями физической науки стимулировалось развитие большинства областей математики.
Значение физики в современном мире очень велико. Все, чем отличается нынешнее общество от общества прошлых столетий, возникло в результате применения физических открытий.
Исследования в сфере электромагнетизма привели к возникновению стационарных и мобильных телефонов. Благодаря открытиям термодинамики получилось создать автомобиль, а развитие электроники спровоцировало возникновение компьютерной техники. Фотоника дает возможность создать принципиально новые компьютеры и фотонную технику, которые стремительно замещают современную электронную технику и приспособления. А развитие газодинамики дало рождение самолетам и вертолетам.
Знание физических процессов, которые постоянно происходят в природе, углубляются и расширяются. Большая часть новых и современных открытий получает технико-экономическое применение, зачастую в промышленности.
Перед современными исследователями регулярно возникают новые задачи и загадки – всплывают явления, для объяснения которых необходимо разрабатывать новые физические теории. Несмотря на большой опыт приобретенных знаний, современная физика еще далека от того, чтобы объяснить все природные явления.
Общие научные основы методов физики разрабатываются в методологии науки и в теории познания.
Экспериментальная и теоретическая физика
В своей основе физика является экспериментальной наукой: все ее теории и законы опираются и основаны на опытных данных. Но, несмотря на это, именно новые теории – основная причина проведения новых экспериментов, в результате осуществления которых лежат новые открытия. Поэтому принято различать теоретическую и экспериментальную физику.
В основе экспериментальной физики лежит исследование явлений природы в тех условиях, которые были подготовлены заранее. В задачи данного вида физики входит обнаружение явлений, которые не были известны ранее, а также опровержение или подтверждение физических теорий. В физике большинство достижений были сделаны благодаря экспериментальному обнаружению физических явлений, которые не описываются существующими теориями.
Экспериментальное изучение фотографического эффекта стало одной из предпосылок создания квантовой механики.
Замечание 1
Хотя научным рождением квантовой механики считается появление гипотезы Планка, который выдвинул ее для разрешения ультрафиолетовой катастрофы, что была парадоксом классической теоретической физикой излучения.
Задачами теоретической физики являются формулировка общих природных законов, объяснение их на основе различных природных явлений, а также прогнозирование неизведанных до сих пор процессов. Достоверность физической теории можно проверить экспериментально: если его результаты совпадают с прогнозами теории, то она считается адекватной и точно описывающей конкретное явление. При изучении каждого явления или процесса одинаково важны и теоретическая, и экспериментальная физика.
Прикладная физика
Физика с самого своего рождения имела огромное прикладное значение, она развивалась вместе с механизмами, машинами, которые человечество использовало для своих нужд. Физика часто применяется в инженерных науках, большинство физиков были изобретателями. Механика, как раздел физики, была тесно связана с сопротивлением материалов и с теоретической механикой, как с главными инженерными науками.
Термодинамика связана с конструированием тепловых двигателей и теплотехникой. Электричество напрямую связано с электроникой и электротехникой, для развития и становления которой были важны исследования в сфере физики твердого тела. Благодаря достижениям ядерной физики возникла ядерная энергия. Данный список можно продолжать долго.
Также физика имеет широкие междисциплинарные связи. На границе химии, физики и инженерных наук возникает и быстро развивается такая отрасль, как материаловедение. Химией используются инструменты и методы, что приводит к становлению двух исследовательских направлений: химической физики и физической химии.
Широких оборотов набирает биофизика, которая является областью исследований на границе между физикой и биологией, в которой все биологические процессы рассматриваются из атомарной структуры органических веществ. Геофизика изучает геологические явления и их физическую природу. Медицина применяет такие методы, как ультразвуковое исследование и рентгеновское облучение. Ядерный магнитный резонанс используется для диагностики, лазеры – для лечения глазных заболеваний, а ядерное облучение – в онкологии.
Основные разделы физики
Макроскопическая физика подразделяется на:
- Механика: классическая механика, релятивистская механика, а также механика сплошных сред (акустика, гидродинамика, механика твердого тела).
- Термодинамика, которая включает в себя неравновесную термодинамику.
- Оптика: физическая оптика, кристаллооптика, молекулярная и нелинейная оптика.
- Электродинамика: сюда входит магнитогидродинамика, электрогидродинамика, а также электродинамика для сплошных сред.
Микроскопическая физика состоит из следующих разделов:
- Атомная физика.
- Статистическая физика: сюда входит статистическая механика, физическая кинетика, а также статистическая теория поля.
- Физика конденсированных сред: физика жидкостей и твердого тела, физика наноструктур а также физика молекул и атомов.
- Квантовая физика. В данный раздел входят такие подразделения: квантовая теория поля, квантовая механика, квантовая хромодинамика, квантовая электродинамика, а также теория струн.
- Ядерная физика.
- Физика высоких энергий.
- Физика элементарных частиц.
Существуют также разделы физики, которые находятся на стыке наук:
- Агрофизика.
- Акустооптика.
- Астрофизика.
- Биофизика.
- Гидрофизика.
- Вычислительная физика.
- Геофизика: сейсмология, петрофизика, геофизическая гидродинамика.
- Математическая физика.
- Космология.
- Материаловедение.
- Метрология.
- Медицинская физика.
- Радиофизика: статистическая и квантовая радиофизика.
- Теория колебаний.
- Техническая физика.
- Химическая физика.
- Физика плазмы и атмосферы.
- Физическая химия.
Слов "физика" имеет греческое происхождение, дословно переводится как "природа". На сегодняшний день это одна из самых древних наук естественно-научного цикла, упоминания о которой встречаются ещё у древнегреческого учёного Аристотеля (6 век до н. э.). Что такое физика? Сегодня под ней понимают науку об общих законах природы, материи, её движении и строении. Классические законы физики считаются основой всего современного естествознания.
Предмет науки
Физику можно назвать наукой о природе в самом общем смысле этого слова. Она изучает вещество или материю, энергию, общие виды взаимодействия сил природы. Физика считается фундаментальной наукой, так как другие естественнонаучные дисциплины изучают лишь классы материальных систем, которые подчиняются физическим законам. Физика тесно связана с математикой, так как все физические законы описываются с помощью методов математического аппарата. Помимо этого, развитие некоторых областей математики произошло исключительно благодаря достижениям физиков. Так, существует целый раздел - математическая физика.
История физики
Становление современной физики прошло множество этапов, каждый из которых вносил что-то новое в физическое знание, модернизировал фундаментальные .
Древний период
Основы современной физики зародились еще в 5-6 вв. до н. э. Считается, что сам термин «физика» впервые опубликовал в своих трудах древнегреческий философ Аристотель. Другие греческие философы Евклид и Птолемей создали основы механики, оптики и других разделов современной физики. Большой вклад внесли и индийские ученые. Так, астроном Ариабхата предложил эллиптические модели планетарных систем, а мыслители Дигнага и Дхармакирти положили начало физике элементарных частиц.
Средневековье
В середине XVI века в Европе началась научная революция в связи с изобретением научных методов исследования. Так, в течение следующих 100 лет учёными были разработаны и доказаны основы всей современной фундаментальной физики. Этот период времени начинается работой Николая Коперника, а заканчивается целой плеядой талантливых исследователей: Г. Галилей, И. Кеплер, Б. Паскаль и, конечно, И. Ньютон, который создал основные законы механики.
Переломный момент
В конце XIX - начале XX века вся классическая физика была перевёрнута с ног на голову исследованиями А. Эйнштейна, Э. Резерфорда, Н. Бора. Они сменили механическую парадигму в физике, изобретя теорию относительности и теорию атома.
Современная физика
На сегодняшний день физика по большей частью занимается исследованием фундаментальных законов. Кроме того, акцент сместился на развитие ядерной физики благодаря открытию радиоактивности веществ Анри Беккерелем. Создание квантовой физике дало толчок к активному развитию микроэлектроники и физики твёрдого тела, без которых не представляется существование целых отраслей современной промышленности.
Направления физики как науки
Главными ветвями физики как науки являются следующие направления: теоретическая, прикладная и экспериментальная физика.
Теоретическая физика
Главной задачей теоретической физики является формулирование и уточнение основных законов и явлений природы. Помимо этого, теоретики непосредственно изучают, что такое физика, закладывают основы для практических исследований.
Экспериментальная физика
Этот раздел считается базовым для естественной науки, ведь именно с помощью экспериментов доказывают или опровергают законы и теории, ищут опытные данные. Теоретическая и экспериментальная физика дополняют и подкрепляют друг друга. Кстати, многие открытия в физике появились в эксперименте, а не путем теоретического анализа.
Прикладная физика
С момента своего зарождения физика ищет ответ на вопрос: где можно применить теоретические основы науки. Именно прикладная физика позволяет на практике использовать научные открытия, так именно этот раздел лежит в основе инженерии, всех изобретений. К примеру, ядерная физика помогла создать ядерную энергетику, а применение электричества было бы невозможно без знаний физики твёрдого тела. Прикладная физика имеет множество связей с другими науками, такими как химия, биология и т. д.
Основные физические теории
На сегодняшний день существует множество разделов физики, которые охватывают практически все явления природы. Вот основные из них:
- Классическая механика - раздел физики, который изучает изменения положения тела в пространстве, ищет причины, которые это вызывают. Механика основывается на теории И. Ньютона. Классическая механика делится на статику (изучает равновесие тел), кинематику (изучает геометрию движения тел) и динамику (изучает причины движения тел).
- Термодинамика - раздел физики, который изучает свойства макроскопических систем, способы и пути трансформации энергии в этих системах. Вся термодинамика делится на равновесную (классическую) и неравновесную.
- Теория электромагнетизма - изучает взаимодействия между частицами с электрическим зарядом. Сюда входят такие подразделы, как электростатика, электродинамика, магнитная гидродинамика и другие.
- Квантовая механика - раздел теоретической физики, который описывает физические явления, действие которых сравнимо с очень маленькой величиной - постоянной Планка.
- Молекулярная физика - раздел, изучающий свойства вещества на уровне молекул и атомов.
- Теория относительности - это современная теория, которая изучает пространство и время в контексте физических процессов.
- Ядерная физика - изучает физические свойства радиоактивных веществ.
- Оптика — раздел физики, изучающий явления, которые связаны с распространением электромагнитных волн, в частности свет, рентген и другие.
