Научный метод познания законов природы

Научный метод познания. Опыт, гипотеза, закон, теория

Что такое научный метод познания? На чем он базируется? Что лежит в его основе и чем он отличается от других методов познания? Способ получить частичные ответы на вопросы придуман несколько сотен лет назад. Наблюдение, размышление и опыт составляют так называемый научный метод познания, который и позволяет давать ответы на многие интересующие нас вопросы. Основой научного метода является опыт — пробный камень всех наших знаний. Опыт, эксперимент — это единственный судья научной истины. Проводя наблюдения каких-либо природных явлений, невозможно охватить все процессы, с этими явлениями связанные. Поэтому нужно отбросить все второстепенные факты и выделить основные, т.е. суть явления. Этот процесс называется абстрагированием или построением модели явления. В размышлениях создается основа наблюдаемого явления, его модель. Что является существенным для данного явления, а что несущественным, вопрос неоднозначный и сложный. Не всегда он решается сразу, на первых этапах наблюдения и размышления. На этом этапе нельзя, как говорится в старой поговорке, «ыплеснуть младенца из купели вместе с водой» В создаваемой модели должны быть учтены главные характеристики и основные параметры изучаемого явления. Построенная модель должна не только верно описывать наблюдаемое это явление, но и хорошо прогнозировать его развитие в новых условиях. Предсказания теории проверяются экспериментом или опытом — важнейшей частью научного метода познания. С самого начала необходимо договорится, что подразумеваться под тем или иным термином. В понятие «опыт» будем вкладывать смысл наблюдения за явлением при контролируемых условиях, т.е. наблюдения с возможностью контролировать, воспроизводить и изменять желаемым образом внешние условия. Существенна возможность создавать как обычные, так и искусственные (т.е. в природе не встречающиеся) условия. Физика, химия, биология и ряд других наук называются естественными именно потому, что в их основе лежит опыт. Для объяснения экспериментальных фактов привлекаются гипотезы. Гипотеза — это предположение, позволяющее объяснить и количественно описать наблюдаемое явление. Описать что-либо количественно можно лишь на языке математики. Между явлениями природы существуют устойчивые, повторяющиеся связи — проявления законов природы. Качественная формулировка законов может быть иногда дана без привлечения математического аппарата. Законы, записанные на языке формул позволяют перейти к более высокой ступени познания. Эту ступень называют теорией. Т.е. при определенных условиях выдвинутая гипотеза может перейти в теорию, в основе которой лежат законы. Теория дает представление о закономерностях и существенных связях в определенной области. Законы естественных наук устанавливают количественные соотношения между наблюдаемыми явлениями, т.е. имеют математическую формулировку. Не всегда эта формулировка бывает явной. Например, всем привычна следующая, казалось бы, качественная формулировка первого закона Ньютона: “Существуют такие системы отсчета, которых тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, если на него не действуют другие тела, или действие других тел взаимно компенсируется”. Но строго сформулировать, что такое прямолинейное равномерное движение, можно лишь на языке математических формул. Т.е. даже качественная формулировка закона подразумевает введение количественных понятий. Естествознание, изучающее количественные (т.е. точные) соотношения природных явлений, относится к точным наукам. Понятие «точное» требует комментариев. Точные науки, как правило оперируют не с абсолютно точными, а с приближенными величинами. При количественном описании любого наблюдаемого явления всегда оговаривают, с какой степенью точности имеют дело, т.е. приводят погрешности измеряемых величин. Когда гипотеза перерастает в теорию, т. е. в форму научных знаний, дающих целостное представление о закономерностях и существенных связях определенной области действительности? Какой путь она должна пройти? Ответ на этот вопрос частично дан. Гипотезы должны быть проверены фактами, опытами, здравым смыслом. В своей области они должны объяснять всю совокупность имеющихся явлений. Но этого мало. Для того, чтобы стать теорией, гипотеза должна сформулировать количественные отношения между наблюдаемыми явлениями. Фактически это означает формулировку законов. Непременным условием превращения гипотезы в теорию является предсказание новых, до сих пор не наблюдавшихся и из известных теорий не следующих, явлений, и подтверждение этих предсказаний в специально поставленных экспериментах. Переход гипотезы в теорию зачастую не обходится без драм. Классическими являются примеры Николая Коперника (1473-1543) и Джордано Бруно (1548-1600). Н.Коперник выдвинул гипотезу о гелиоцентрической системе мира, в которой планеты вращаются вокруг Солнца по орбитам. Эта гипотеза позволяла достаточно точно и просто описывать и предсказывать наблюдаемые движения планет. Однако сам Коперник не утверждал, что наша система и есть гелиоцентрическая. Для него модель гелиоцентрической системы мира нужна была только для более удобного описания движения планет. Гелиоцентрическая система противоречила Библии, в которой говорилось, что Иисус Навин остановил вращение Солнца вокруг Земли. Развивая гелиоцентрическую космологию, Бруно выдвинул идею множественности миров во Вселенной, центрами которых являются звезды. Д. Бруно утвердил мысль о том, что гелиоцентрическая система не является гипотезой Коперника, а космологической теорией, опирающейся на факт движения планет вокруг Солнца. И именно поэтому был обвинен в ереси и сожжен в 1600 году на Площади Роз в Риме. Естественнонаучная теория дает объяснение целой области явлений в природе с единой точки зрения. Квинтэссенцией теории являются законы, устанавливающие количественные связи, соотношения между различными наблюдаемыми в опыте величинами. Нужно различать законы природы и законы науки. Первые проявляются в особенностях протекания природных явлений и процессов и во взаимосвязи некоторых величин. Они неизменны и всегда выполняются. Научные законы — это попытка описать законы природы на языке математических формул и точных формулировок. В дальнейшем речь будет идти только о них. Научные законы не точны и не постоянны. На определенных этапах развития науки возникает необходимость уточнения наблюдаемых в опыте явлений и пересмотра законов или границ их применимости. Постоянная проверка опытных фактов на базе новых экспериментальных методик, позволяющих увеличить точность проведения эксперимента, необходима всегда на любом уровне знаний. Расхождение экспериментальных данных и существующих законов позволяет выдвигать новые гипотезы и строить новые теории.

Источник

1.Научные методы познания окружающего мира; роль эксперимента и теории в процессе познания природы; моделирование явлений и объектов природы.

Эксперимент-метод познания, который предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных сторон, свойств, связей. Исследовательские эксперименты дают возможность обнаружить у объекта новые, неизвестные св-ва. Результатом такого эксперимента могут быть выводы, не вытекавшие из имевшихся знаний об объекте исследования. Примером могут служить эксперименты, поставленные в лаборатории Э. Резерфорда, которые привели к обнаружению ядра атома, и тем самым и к рождению ядерной физики.

Модель- упрощенное представление явления или процесса, сохраняющее его наиболее важные черты. Моделирование- создание и использование моделей для изучения оригинала.

Моделирование использ. В тех случаях, если: исследование оригинала опасно для жизни; исследовать объект сложно; интересуют некоторые св-ва оригинала

Цели моделирования: исследование оригинала; анализ(что будет,если); синтез(как делать,чтобы); оптимизация(как сделать лучше).

26.Конденсатор.Электроемкость конденсатора.Энергиязаряженного конденсатора.

— характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд.

— зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.

Единицы измерения в СИ: ( Ф — фарад )

— электротехническое устройство, накапливающее заряд

( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).

Обозначение на электрических схемах:

Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.

Заряд конденсатора — это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.

1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические

2. по форме обкладок: плоские, сферические.

3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).

Включение конденсаторов в электрическую цепь

конденсатор — это система заряженных тел и обладает энергией.

Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную,

или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов , необходимой при зарядке конденсатора.

2. Научные гипотезы; физические законы и теории, границы их применимости.

Физ.закон- гипотеза, подтвержденная экспериментом(опытом).

Научная теория- совокупность законов, описывающих широкий круг наблюдаемых явлений.

Физич. Теории имеют границы применимости. Они определены пределами применимости используемой модели.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Последовательное и параллельное соединение проводников. ЭДС. Закон Ома для полной электрической цепи

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц — электронов.

СИЛА ТОКА – это количество тех самых электронов протекающих через поперечное сечение проводника.

Все физические вещества, в том числе металлы состоят из молекул, состоящих из атомов, которые в свою очередь состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов. Во время химических реакций электроны переходят от одних атомов к другим, поэтому, атомы одного вещества испытывают недостаток в электронах, а атомы другого вещества имеют их избыток. Это означает, что вещества имеют разноименные заряды. В случае их контакта, электроны будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Именно это перемещение электронов и есть ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Ток, который будет течь, до тех пор, пока заряды этих двух веществ не уравняются. Разность зарядов этих веществ можно назвать разностью потенциалов, или НАПРЯЖЕНИЕМ.

Последовательное и параллельное соеденение проводников

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно, при последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

По закону Ома, напряжения U1 и U2 на проводниках равны U1 = IR1, U2 = IR2.

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U1 и U2: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR,

где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует: R = R1 + R2.

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников. Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников. При параллельном соединении напряжения U1 и U2 на обоих проводниках одинаковы

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников. Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников

Электродвижущая сила (эдс), физическая величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура

Закон Ома для полной электрической цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока

Источник