Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.1: Основи фізики

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    75270

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Вступ: Фізика і матерія

    Фізика - це дослідження того, як поводиться Всесвіт.

    навчальні цілі

    • Застосовуйте фізику для опису функції повсякденного життя

    Фізика - це природнича наука, яка передбачає вивчення матерії та її руху через простір і час, поряд із суміжними поняттями, такими як енергія та сила. Більш широко, це вивчення природи в спробі зрозуміти, як поводиться Всесвіт.

    Що таке фізика? : Пан Андерсен пояснює важливість фізики як науки. Історія та віртуальні приклади використовуються для додання контексту дисципліни.

    Фізика використовує науковий метод, щоб допомогти розкрити основні принципи, що регулюють світло і матерію, і виявити наслідки цих законів. Він передбачає, що існують правила, за якими функціонує Всесвіт, і що ці закони можуть бути хоча б частково зрозумілі людьми. Також прийнято вважати, що ці закони можуть бути використані для передбачення всього про майбутнє Всесвіту, якщо була доступна повна інформація про теперішній стан всього світла і матерії.

    Матерія, як правило, вважається все, що має масу і об'єм. Багато концепцій, невід'ємних до вивчення класичної фізики, включають теорії і закони, що пояснюють матерію і її рух. Закон збереження маси, наприклад, стверджує, що маса не може бути створена або знищена. Подальші експерименти і розрахунки у фізиці, отже, враховують цей закон при формулюванні гіпотез, щоб спробувати пояснити природні явища.

    Фізика має на меті описати функцію всього навколо нас, від руху крихітних заряджених частинок до руху людей, автомобілів і космічних кораблів. Насправді практично все навколо можна описати досить точно законами фізики. Розглянемо смартфон; фізика описує, як електрика взаємодіє з різними ланцюгами всередині пристрою. Ці знання допомагають інженерам вибрати відповідні матеріали та схему схеми при побудові смартфона. Далі розглянемо систему GPS; фізика описує взаємозв'язок між швидкістю об'єкта, відстанню, над якою він подорожує, і часом, необхідним для проходження цієї відстані. Коли ви використовуєте пристрій GPS у транспортному засобі, він використовує ці рівняння фізики для визначення часу в дорозі з одного місця в інше. Вивчення фізики здатне внести значний внесок завдяки досягненням нових технологій, які виникають внаслідок теоретичних проривів.

    gps.jpeg

    Глобальна система позиціонування: GPS обчислює швидкість об'єкта, відстань, на яку він подорожує, і час, необхідний для проходження цієї відстані, використовуючи рівняння, засновані на законі фізики.

    Фізика та інші галузі

    Фізика є основою багатьох дисциплін і безпосередньо сприяє хімії, астрономії, інженерії та більшості наукових галузей.

    навчальні цілі

    • Поясніть, чому вивчення фізики є невід'ємною частиною вивчення інших наук

    Фізика та інші дисципліни

    Фізика є основою багатьох важливих дисциплін і сприяє безпосередньо іншим. Хімія займається взаємодією атомів і молекул, тому вона корениться в атомній і молекулярній фізиці. Більшість галузей техніки - прикладна фізика. В архітектурі фізика лежить в основі структурної стійкості і бере участь в акустиці, опаленні, освітленні та охолодженні будівель. Частини геології значною мірою покладаються на фізику, таку як радіоактивне датування гірських порід, аналіз землетрусів та теплообмін на Землі. Деякі дисципліни, такі як біофізика і геофізика, є гібридами фізики та інших дисциплін.

    covalent-bond-hydrogen.png

    Фізика в хімії: Вивчення речовини та електрики у фізиці є основоположним для розуміння понять в хімії, таких як ковалентний зв'язок.

    Фізика має багато застосувань у біологічних науках. На мікроскопічному рівні він допомагає описати властивості клітинних стінок і клітинних мембран. На макроскопічному рівні це може пояснити тепло, роботу та потужність, пов'язані з людським тілом. Фізика бере участь у медичній діагностиці, такій як рентген, магнітно-резонансна томографія (МРТ) та ультразвукові вимірювання кровотоку. Медикаментозна терапія іноді безпосередньо включає фізику: наприклад, променева терапія раку використовує іонізуюче випромінювання. Фізика також може пояснити сенсорні явища, такі як музичні інструменти видають звук, як око виявляє колір і як лазери можуть передавати інформацію.

    Кордон між фізикою та іншими науками не завжди зрозуміла. Наприклад, хіміки вивчають атоми і молекули, з яких будується речовина, і є деякі вчені, які були б однаково готові називати себе фізиками або хімічними фізиками. Може здатися, що різниця між фізикою та біологією була б чіткішою, оскільки фізика, здається, має справу з неживими предметами. Насправді майже всі фізики погодяться з тим, що основні закони фізики, які застосовуються до молекул у пробірці, однаково добре працюють для комбінації молекул, що становить бактерію. Що відрізняє фізику від біології, полягає в тому, що багато наукових теорій, які описують живі істоти, в кінцевому підсумку є результатом фундаментальних законів фізики, але не можуть бути строго виведені з фізичних принципів.

    Не обов'язково формально вивчати всі програми фізики. Що найкорисніше, так це знання основних законів фізики і майстерність в аналітичних методах їх застосування. Вивчення фізики також може поліпшити ваші навички вирішення проблем. Крім того, фізика зберегла найосновніші аспекти науки, тому вона використовується всіма науками. Вивчення фізики полегшує розуміння інших наук.

    Моделі, теорії та закони

    Терміни модель, теорія та право мають точні значення стосовно їх використання у вивченні фізики.

    навчальні цілі

    • Визначте терміни модель, теорію та право

    Визначення термінів: модель, теорія, право

    У розмовному вживанні терміни модель, теорія та право часто використовуються взаємозамінно або мають різні інтерпретації, ніж у науках. Щодо вивчення фізики, однак, кожен термін має своє певне значення.

    Закони природи - це лаконічні описи Всесвіту навколо нас. Вони не пояснення, а людські висловлювання основних правил, яким слідують всі природні процеси. Вони є невід'ємними для Всесвіту; люди не створили їх, і ми не можемо їх змінити. Нам залишається тільки виявити і зрозуміти їх. Наріжним каменем відкриття природних законів є спостереження; наука повинна описувати Всесвіт таким, яким він є, а не таким, яким ми можемо собі уявити. Закони ніколи не можна знати зі стовідсотковою впевненістю, адже неможливо проводити експерименти по встановленню і підтвердженню закону в усіх можливих без винятку сценаріях. Фізики діють за припущенням, що всі наукові закони і теорії діють до тих пір, поки не буде дотримано контрприклад. Якщо якісний, що піддається перевірці експеримент суперечить усталеному закону, то закон повинен бути змінений або повалений повністю.

    Моделі

    Модель - це подання чогось, що часто занадто важко (або неможливо) відобразити безпосередньо. Хоча дизайн моделі виправданий з використанням експериментальної інформації, він є точним лише в обмежених ситуаціях. Прикладом може служити широко використовувана «планетарна модель» атома, в якій електрони зображені як обертаються навколо ядра, аналогічно тому, як планети обертаються навколо Сонця. Ми не можемо спостерігати електронні орбіти безпосередньо, але ментальний образ допомагає пояснити спостереження, які ми можемо зробити, наприклад, випромінювання світла від гарячих газів. Фізики використовують моделі для самих різних цілей. Наприклад, моделі можуть допомогти фізикам проаналізувати сценарій і виконати розрахунок, або вони можуть бути використані для представлення ситуації у вигляді комп'ютерного моделювання.

    зображення

    Планетарна модель атома: Планетарна модель атома, в якій електрони зображені як обертаються навколо ядра, аналогічно тому, як планети обертаються навколо Сонця

    Теорії

    Теорія - це пояснення закономірностей у природі, яке підтверджується науковими доказами і багаторазово перевіряється різними групами дослідників. Деякі теорії включають моделі, які допомагають візуалізувати явища, тоді як інші - ні. Наприклад, теорія гравітації Ньютона не вимагає моделі чи ментального образу, оскільки ми можемо спостерігати за об'єктами безпосередньо власними почуттями. Кінетична теорія газів, з іншого боку, використовує модель, в якій газ розглядається як складається з атомів і молекул. Атоми і молекули занадто малі, щоб їх можна було спостерігати безпосередньо з нашими почуттями - таким чином, ми малюємо їх подумки, щоб зрозуміти, що наші інструменти говорять нам про поведінку газів.

    закони

    Закон використовує стислу мову для опису узагальненої закономірності в природі, яка підкріплюється науковими доказами та повторними експериментами. Найчастіше закон може бути виражений у вигляді єдиного математичного рівняння. Закони та теорії схожі тим, що вони обидва є науковими твердженнями, які є результатом перевіреної гіпотези і підкріплені науковими доказами. Однак закон позначення зарезервований для стислого і дуже загального твердження, яке описує явища в природі, такі як закон про те, що енергія зберігається під час будь-якого процесу, або другий закон руху Ньютона, який пов'язує силу, масу та прискорення простим рівнянням\(F=ma\). А теорія, навпаки, є менш лаконічним висловлюванням спостережуваних явищ. Наприклад, Теорія еволюції та теорія відносності не можуть бути виражені досить стисло, щоб вважатися законом. Найбільша відмінність між законом і теорією полягає в тому, що закон набагато складніший і динамічніший, а теорія є більш пояснювальною. Закон описує одну спостережувану точку факту, тоді як теорія пояснює цілу групу пов'язаних явищ. І, хоча закон є постулатом, який є основою наукового методу, теорія є кінцевим результатом цього процесу.

    Ключові моменти

    • Фізика - це природнича наука, яка передбачає вивчення матерії та її руху через простір і час, поряд із суміжними поняттями, такими як енергія та сила.
    • Матерія, як правило, вважається все, що має масу і об'єм.
    • Наукові закони та теорії виражають загальні істини природи та сукупність знань, які вони охоплюють. Ці закони природи - це правила, яким, здається, дотримуються всі природні процеси.
    • Багато наукових дисциплін, такі як біофізика, є гібридами фізики та інших наук.
    • Вивчення фізики охоплює всі форми матерії та її рух у просторі та часі.
    • Застосування фізики є основоположним для значного внеску в нові технології, які виникають внаслідок теоретичних проривів.
    • Поняття у фізиці не можуть бути доведені, їх можна лише підтримати або спростувати шляхом спостереження та експериментів.
    • Модель - це доказове представлення чогось, що або занадто важко, або неможливо відобразити безпосередньо.
    • Теорія - це пояснення закономірностей у природі, яке підтверджується науковими доказами і багаторазово перевіряється різними групами дослідників.
    • Закон використовує стислу мову, часто виражену як математичне рівняння, для опису узагальненої закономірності в природі, яка підкріплена науковими доказами та повторними експериментами.

    Ключові умови

    • матерія: Основна структурна складова Всесвіту. Матерія зазвичай має масу і обсяг.
    • науковий метод: Метод виявлення знань про природний світ, заснований на створенні фальсифікованих прогнозів (гіпотез), їх емпіричному тестуванні та розробці рецензованих теорій, які найкраще пояснюють відомі дані.
    • застосування: акт введення чогось в експлуатацію
    • Модель: Представлення чогось важкого або неможливого для відображення безпосередньо
    • Закон: стислий опис, зазвичай у вигляді математичного рівняння, що використовується для опису закономірності в природі
    • теорія: Пояснення закономірностей у природі, яке підтверджується науковими доказами та багаторазово перевірено різними групами дослідників

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ