Лекция на тему: «Физика – наука о природе. Естественный метод познания. Моделирование физических явлений и процессов. Роль эксперимента и теории. Физические законы»
С давних времен человек наблюдал за окружающим миром, от которого зависела его жизнь, пытался понять явления природы. Солнце давало людям тепло и приносило иссушающий зной, дожди поили живительной влагой поля и вызывали наводнения, неисчисляемые бедствия несли ураганы и землетрясения. Не зная причин их возникновения, люди приписывали эти действия сверхъестественным силам, но постепенно они стали понимать действительные причины природных явлений и приводить их в определенную систему. Так зародились науки о природе.
Поскольку природа чрезвычайно многообразна, то в процессе ее познания формировались различные естественные науки: физика, химия, биология, астрономия, география, геология и др. Так сформировалась целая совокупность естественных наук. По объектам исследования их можно разделить на две большие группы: науки о живой и не живой природе. Важнейшими естественными науками о живой и не живой природе являются: физика, химия и биология.
В русском языке слово физика (от греч. «природа») появилось в 18 веке благодаря великому ученому-энциклопедисту, основоположнику отечественной науки Михаилу Васильевичу Ломоносову.
Физика – наука, изучающая свойства объектов и физических явлений, происходящие с объектами микромира, макромира и мегамира.
Микромир – мир невидимых объектов (атомы, молекулы).
Макромир – мир объектов, обладающих «обычными» размерами.
Мегамир – мир астрономических объектов (звезды, системы, галактики).
Основная задача физики – выявить и объяснить законы природы, которыми определяются физические явления.
Процесс длительного изучения явлений природы привел ученых к идее о материальности окружающего мира. Материя включает в себя всё, окружающее нас и нас самих.
Материя – это всё то, что существует во вселенной независимо от нашего сознания (небесные тела, растения, животные).
Физическое тело – это каждый окружающий нас предмет (ручка, книга, парта).
Вещество – это всё то, из чего состоит физическое тело.
Материя существует в виде вещества и поля.
Всякое изменение, происходящее в окружающем нас мире, представляет собой движение материи.
Движение – способ существования материи.
Материя существует в пространстве и во времени.
Пространство определяет взаимное расположение объектов относительно друг друга и их относительную величину.
Все явления природы происходят в определенной последовательности и имеют конечную продолжительность.
Время определяет последовательность явлений природы и их относительную продолжительность.
Следовательно, пространство и время не существуют сами по себе, в отрыве от материи, и материя не существует вне пространства и времени.
Основная задача физики – выявить и объяснить законы природы, которыми определяются физические явления, т.е. познание природы.
В физике выделяют следующие уровни познания:
— эмпирический, т.е. основанный на опыте;
Каждый из уровней использует определенные методы изучения.
Метод –совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.
Эмпирический уровень предусматривает использование методов, опирающихся на чувственное познание объективно существующего мира. К этим методам относятся: систематическое наблюдение, эксперименты и измерения.
Наблюдение : мы можем наблюдать за деревьями, как они сбрасывают листву, что бревно плывет в воде по течению, что стрелка компаса указывает на север. При наблюдении мы не вмешиваемся в процесс, который наблюдаем.
Наблюдения являются первоначальным источником информации (организованное, целенаправленное, фиксируемое восприятие явлений с целью их изучения в определенных условиях). Накопив за время наблюдений определенные данные о явлениях, мы пытаемся выяснить, как эти явления протекают и почему. В ходе таких размышлений рождаются различные предложения или гипотезы.
Гипотеза – научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого либо явления требующее проверки на опыте.
Физические явления – это изменения, происходящие с физическими явлениями.
Для проверки гипотезы ставят специальные опыты-эксперименты.
Эксперимент предлагает активное взаимодействие человека с наблюдаемым явлением. Во время экспериментов обычно производят измерения.
Измерение – совокупность действий, выполняемых с помощью средств измерений в целях нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.
Эксперимент предполагает наличие определенной цели и заранее продуманный план действий. Выдвигая ту или иную гипотезу, мы с помощью эксперимента можем подтвердить или опровергнуть нашу гипотезу.
Еще один уровень познания моделирование.
Моделирование позволяет воспроизвести определенные геометрические, физические, динамические характеристики объекта.
Модель – упрощенная версия физической системы или процесса, сохраняющая их главные черты.
Физическая величина – это характеристика, которая является общей для нескольких материальных объектов или явлений в качественном отношении, но может принимать индивидуальные значения для каждого из них.
Измерить физическую величину, значит сравнить её с однородной величиной принятой за единицу. примеры физических величин – путь, время, масса, плотность, сила, температура, давление, напряжение, освещенность и др.
Физические величины бывают скалярными и векторными. Скалярные физические величины характеризуются только численным значением, тогда как векторные определяются и числом и направлением. Скалярными физическими величинами являются: время, температура, масса, векторными – скорость, ускорение, сила.
Единицу физической величины можно установить произвольно, но если принять их независимыми друг от друга, то в формулах, связывающих различные физические величины, появятся много переводных коэффициентов, что усложнит сами формулы, так и вычисления.
Есть основные и производные единицы измерения. Производные определяются по уравнениям с помощью основных единиц.
Единицы измерения или система СИ, состоит из семи основных, двух дополнительных и большого числа производных единиц.
Например: для работы и энергии из уравнения
А = F · S = 1 Н · 1 м = 1 Н·м = 1 Дж
Основные единицы измерения:
Источник