Физика и естествознание

Физика является областью естествознания изучающая материю и энергию

Лекция № 1 Введение. Естественнонаучный метод познания, его возможности и границы применимости. Механическое движение. Системы отсчета.

Физика (от др.-греч. φύσις — природа) — наука о природе,  область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Всё естествознание базируется на законах физики.

Физика — одна из самых старых академических дисциплин, возможно, самая древняя благодаря астрономии. За последние два тысячелетия, физику сочли синонимичной с философией, химией и определенными ветвями математики и биологии.

Предмет физики

Физика — это наука о природе в самом общем смысле. Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Некоторые свойства 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 молекулы и образованные из них вещества. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, которых описываются 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 физических теорий.

Философские значения

Физика независимо ни от чего происходит от древней греческой философии. От первой попытки Тальза характеризовать вопрос c ограничением Демокрита, который должен быть в пределах инвариантного определения, от астрономии Птоломея — прозрачного небесного свода, и книги Аристотеля — Физика, до различных греческих философов, продвинувших собственные теории природы. Уже в XVIII веке физика была известна как «Естественная философия».

Развитие физики ответило на многие вопросы ранних философов, но также подняло новые вопросы. Исследование философских проблем, окружающих физику, философия физики, вовлекает проблемы, типа природы пространства и времени, (время) детерминизм, и метафизические перспективы, типа эмпиризма, натурализма и реализма

История физики

Исаак Ньютон (1643-1727). Начиная со старины, люди пробовали понять поведение естественного мира. Одна большая тайна была предсказуемым поведением астрономических объектов, типа Солнца и Луны. Несколько теорий были предложены, большинство которых были опровергнуты.

Философ Тальз (приблизительно 624–546 до н.э) сначала отказался принять различные сверхъестественные, религиозные или мифологические объяснения естественных явлений, объявляя, что каждый случай имел естественную причину. Рано физические теории были в значительной степени изложены в философских определениях и никогда не были проверены систематическим экспериментальным

испытанием, которое популярно сегодня. Многие из обычно принимаемых работ Птолемея и Аристотеля, как не всегда находят, соответствуют каждодневным наблюдениям (Тальз).

Даже в этом случае, много древних философов и астрономов дали правильные описания атома и астрономии. Leucippus (первая половина 5-ого столетия до н.э) изначально предложил «атомизм», в то время как Архимед создал много правильных количественных описаний механики, статики и гидростатики, включая объяснение принципа рычага.

Средневековье видело появление экспериментальной физики, берущей начало среди средневековых мусульманских физиков. Самым известным был Alhazen, который руководствовался современной физикой, в значительной степени, берущей начало среди ранних современных европейских физиков, самым известным — Исааком Ньютоном, который основывался на работах Галилео Галилеи и Джохэйннса Кеплера. В XX-ом столетии работа Альберта Эйнштейна создала новое направление в физике, которое используется в настоящее время.

Главными ветвями физики являются:

  • Экспериментальная физика;
  • Теоретическая физика.

Хотя может показаться, что они разделены, поскольку большинство физиков являются или чистыми теоретиками, или чистыми экспериментаторами, это на самом деле не так. Теоретическая и экспериментальная физика развивается 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.

Теория Основные разделы Понятия
Классическая механика Законы Ньютона  · Лагранжева механика  · Гамильтонова механика  · Теория хаоса  · Гидродинамика  · Механика сплошных сред Вещество  · Пространство  · Время  · Энергия  · Движение  · Масса  · Длина  · Скорость  · Сила  · Мощность  · Работа  · Закон сохранения  · Момент инерции  · Угловой момент  · Момент силы  · Волна  · Действие  · Размерность  · Гармонический осциллятор
Электромагнетизм Электростатика  · Электричество  · Магнитостатика  · Магнетизм  · Уравнения Максвелла Электрический заряд  · Напряжение  · Ток  · Электрическое поле  · Магнитное поле  · Электромагнитное поле  · Электромагнитное излучение
Термодинамика и Статистическая физика Тепловая машина  · Молекулярно-кинетическая теория Температура  · Постоянная Больцмана  · Энтропия  · Свободная энергия  · Термодинамическое равновесие  · Статистическая сумма  · Микроканоническое распределение  · Большое каноническое распределение
Квантовая механика Уравнение Шрёдингера  · Интеграл Фейнмана  · Квантовая теория поля Гамильтониан  · Тождественные частицы  · Постоянная Планка  · Измерение  · Квантовый осциллятор  · Волновая функция  · Нулевая энергия  · Перенормировка
Теория относительности Специальная теория относительности  · Общая теория относительности Принцип относительности  · 4-вектор  · Пространство-время  · Скорость света  · Кривизна пространства-времени  · Чёрная дыра

Единицы физических величин

К.Гаусс показал, что для построения системы единиц физических величин достаточно выбрать несколько независимых друг от друга единиц. Эти единицы называются основными. Единицы физических величин, которые определяются по уравнениям с помощью основных единиц, называются производными.

Совокупность основных и производных единиц называют системой единиц.

Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) приняла решение об установлении для международных сношений практической системы единиц, получившей сокращенное международное наименование SI, в русской транскрипции СИ.

Международная система единиц состоит из 7 основных единиц, двух дополнительных и большого числа производных единиц.

За основные приняты следующие единицы.

Метр – длина пути, проходимая светом в вакууме за 1/299792458 с.

Килограмм – единица массы – представлена массой международного прототипа килограмма.

Секунда – время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Ампер – сила неизменяемого тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2×10-7 Н.

Кельвин – единица температуры, равная 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

Кандела – сила света, испускаемого с поверхности площадью 1/600 000 м2 полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101 325 Па.

Для образования производных  из основных единиц, используют определяющие уравнения связи между величинами.

За дополнительные  приняты следующие единицы.

Плоский угол – это отношение длины дуги к радиусу этой дуги, единицей измерения является радиан, рад, rad.

Телесный угол – единица измерения – стерадиан, ср, sr.

Приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц

КРАТНЫЕ ДОЛЬНЫЕ
приставка обозначение множитель приставка обозначение множитель
экса Э 1018 атто а 10-18
пета П 1015 фемто ф 10-15
тера Т 1012 пико п 10-12
гига Г 109 нано н 10-9
мега М 106 микро мк 10-6
кило к 103 милли м 10-3
гекто г 102 санти с 10-2
дека да 101 деци д 10-1

 

Примеры:

Эксаджоуль, ЭДж; Петасекунда, Пс; Терагерц, ТГц; Гигавольт,ГВ;

Мегаватт, МВт; Килограмм,кг; Гектопаскаль, гПа; Декатесла, даТл;

Децибел,дБ; Сантиметр,см; Миллиметр, мм; Микрограмм,мкг

Нанометр, нм; Пикофарад, пФ; Фемтометр, фм; Аттокулон,аКл

 

Мои координаты для связи:

e-mail – luporev@rambler.ru

сайт – http://razmishlyajem.ru/

ВК – https://vk.com/id156973309  Василий Лупарев , Хабаровск, Россия

Понравилась запись - поделись!

Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Яндекс
Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Ваш комментарий или трекбек: Адрес для трекбека.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *