🗊Презентация Физика - фундаментальная наука о природе

Лекция № 1 Физика – фундаментальная наука о природе Алексей Викторович Гуденко

Физика – наука о природе. Физика – наука о природе. Фундаментальные законы Примеры необычных физических явлений (тепловой и электро- двигатели, велосипедное колесо, кипение холодной жидкости, левитация карандашного грифеля) Научный метод (Айсберг, Желоб Галилея) Инерциальные системы отсчёта. Свободное тело. Принцип относительности. Фильм «Чем занимается физика»

Тепловой и электро- двигатели Тепловой и электро- двигатели Велосипедное колесо и китайский волчок Левитация грифеля Неуравновешенные шарики Кипение воды (молока) Труба, желоб Галилея Воздушная дорога

Физика это естественная наука, изучающая фундаментальные, наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Физика это естественная наука, изучающая фундаментальные, наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения.

Физический закон – это количественное соотношение между физическими величинами, которое устанавливается на основе обобщения опытных фактов и выражают объективные закономерности, существующие в природе. Физический закон – это количественное соотношение между физическими величинами, которое устанавливается на основе обобщения опытных фактов и выражают объективные закономерности, существующие в природе.

Физика – наука фундаментальная. Физика – наука фундаментальная. Физика – наука естественная. Фундаментальность означает, что законы или принципы не могут быть доказаны логическим путём. Их доказательством является опыт.

«Называем мы их фундаментальными потому, что законы их действия фундаментально просты»

F = GmM/r2

«Высшим долгом физиков является поиск тех общих элементарных законов, из которых путём чистой дедукции можно получить картину мира. К этим законам ведёт не логический путь, а только основанная на проникновении в суть опыта интуиция» «Высшим долгом физиков является поиск тех общих элементарных законов, из которых путём чистой дедукции можно получить картину мира. К этим законам ведёт не логический путь, а только основанная на проникновении в суть опыта интуиция»

«Что такое время, пространство, место и движение, я не объясняю, так как это известно всем» «Что такое время, пространство, место и движение, я не объясняю, так как это известно всем»

Международная система единиц СИ: основные механические единицы: метр (м); килограмм (кг); секунда (с). Международная система единиц СИ: основные механические единицы: метр (м); килограмм (кг); секунда (с). Секунда – это промежуток времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний электромагнитного излучения, соответствующее переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 в отсутствие внешних полей (атомные часы). Метр – это длина пути, проходимая светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Килограмм – масса платино-иридиевого тела в Международном бюро мер и весов в Севре (близ Парижа).

«Из наблюдений установлять теорию, через теорию исправлять наблюдения, - есть лучший всех способ к изысканию правды» «Из наблюдений установлять теорию, через теорию исправлять наблюдения, - есть лучший всех способ к изысканию правды» «Мысленные рассуждения произведены бывают из надёжных и много раз повторённых опытов»

А будет ли убегать кипящее под вакуумом молоко? А будет ли убегать кипящее под вакуумом молоко?

Основной метод исследования в физике является опыт, эксперимент, т.е. наблюдение исследуемого явления в точно контролируемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих условий. Основной метод исследования в физике является опыт, эксперимент, т.е. наблюдение исследуемого явления в точно контролируемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих условий. Наблюдение Размышление Гипотезы, модели, теории Эксперимент

Из-за таяния поперечные размера айсберга уменьшаются вдвое быстрее, чем вертикальные. Из-за таяния поперечные размера айсберга уменьшаются вдвое быстрее, чем вертикальные. Айсберг абсолютно неустойчив, если его характерные поперечные размеры на 20% меньше размеров вертикальных

размер модельного «айсберга»:10х10х8 см3 размер модельного «айсберга»:10х10х8 см3 температура воды t0 = 20 0C время переворота T = 30 минут. Каковы размеры «айсберга» непосредственно перед опрокидыванием? Через какое время опрокинется реальный айсберг с размерами 500х500х400 м3 в океане при температуре 5 °С? Каковы размеры перевернувшегося айсберга?

Если толщина растаявшего льда x, то к моменту переворота: Если толщина растаявшего льда x, то к моменту переворота: (a0 – 2x) = 0,8(c0 - x)  x = 3 см  Размеры перевернувшегося модельного «айсберга» 4х4х5 см3

Реальный айсберг с размерами 500х500х400 м3 к моменту переворота будет иметь размеры 200х200х250 м3. Толщина растаявшего льда X = 150 м. Реальный айсберг с размерами 500х500х400 м3 к моменту переворота будет иметь размеры 200х200х250 м3. Толщина растаявшего льда X = 150 м. Переворот произойдёт через время: τ = τ0(X/x) (t0/t) ≈ 1год и 2 месяца.

Принцип относительности Принцип относительности Все законы природы имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчёта Все физические явления протекают одинаково в различных ИСО. ИСО – система, связанная со свободно движущимся телом.

Модель – это идеальный объект, отражающий существенные для данного явления свойства. Модель – это идеальный объект, отражающий существенные для данного явления свойства. На вопрос, что существенно, а что нет может ответить только опыт. Примеры моделей: материальная точка, абсолютно твёрдое тело, идеальная жидкость, идеальный газ.

Принцип относительности: «Дайте движение кораблю, и притом с какой угодно скоростью; тогда (если только движение его будет равномерным, а не колеблющимся туда и сюда) вы не заметите ни малейшей разницы» Принцип относительности: «Дайте движение кораблю, и притом с какой угодно скоростью; тогда (если только движение его будет равномерным, а не колеблющимся туда и сюда) вы не заметите ни малейшей разницы» Закон инерции: «…если бы все сопротивления были уничтожены, то его (тела) движение было бы вечно равномерным, если бы плоскость простиралась в бесконечность» («неистребимо запечатлённое движение»). Законы свободного падения: скорость нарастает пропорционально времени, а путь — пропорционально квадрату времени. Научный метод – наблюдение, размышление и опыт

Все тела, независимо от их массы, в поле тяжести Земли приобретают одинаковые ускорения (падение в вакууме) Все тела, независимо от их массы, в поле тяжести Земли приобретают одинаковые ускорения (падение в вакууме) Гипотеза: скорость нарастает линейно → закон нечётных чисел: S1: S2:S3 …= 1:3:5… Эксперимент: жёлоб Галилея

Жёлоб Галилея: закон нечётных чисел Жёлоб Галилея: закон нечётных чисел Свободное падение вблизи Земли: H = 4,9 м за секунду; R = 6380 км; r = 384000 км ≈ 60,2R  h = H/60,22 ≈ 1,352 мм Что на самом деле? Рассчитаем «падение Луны»: T = 27,3 суток; скорость Луны v = 2πr/T ≈ 1,02 км/с; за секунду Луна падает на hr = (vt)2/2r ≈ 1,355 мм  h ≈ hr

На дне стакана, стоящего на весах, сидит муха. В какой момент весы начнут чувствовать, что муха улетела? На дне стакана, стоящего на весах, сидит муха. В какой момент весы начнут чувствовать, что муха улетела? Какие движения должен совершать человек, чтобы вращать обруч? С какой скоростью должен бежать по воде человек, чтобы не тонуть? Почему жидкий азот (-195 0С) можно лить на руку, не боясь «ожога»? Какого цвета будет казаться красная жидкость, если сосуд с ней поместить в сосуд с синей жидкостью?

«Есть две бесконечные вещи — Вселенная и человеческая глупость. Впрочем, насчёт Вселенной я не уверен». «Есть две бесконечные вещи — Вселенная и человеческая глупость. Впрочем, насчёт Вселенной я не уверен».