Движущаяся материя существует в пространстве и во времени.
Все материальные объекты занимают определенное положение в выбранной нами системе отсчета и имеют определенные размеры, т.е. протяженность. Это означает, что все материальные объекты существуют в пространстве.
Пространство определяет взаимное расположение (одновременно существующих) объектов относительно друг друга и их относительную величину (расстояние и ориентацию).
Т.е. пространство характеризует протяженность материальных объектов. Оно непрерывно, изотропно (свойства при поворотах не меняются) и однородно. Описывается геометрией Евклида, т.е. трехмерное (в классической физике). Единицей пространства в СИ является 1 метр. Метр — 1,6 млн. длин световых волн атомов криптона, или длина пути, проходимого светом в вакууме за 1 / 299 792 458 с.
Все явления в природе происходят в определенной последовательности и имеет конечную продолжительность. Это означает, что любое движение материи происходит во времени.
Время определяет последовательность явлений природы (материальных событий) и их относительную продолжительность(длительность).
В классической физике время характеризуется однородностью и непрерывностью. Не изотропно,т.е.течет в одном направлении.Единица измерения в СИ – 1 секунда. Секунда — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Все явления природы происходят в пространстве в определенной последовательности и имеют конечную продолжительность. Следовательно, пространство и время не существуют сами по себе, в отрыве от материи, и материя не существует вне пространства и времени.
Общей мерой различных форм движения материи является энергия. Качественно различные физические формы движения материи способны превращаться друг в друга, но сама материя неуничтожима и несотворима. К такому выводу пришли еще античные философы-материалисты.
Итак, физика — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.
2. Научные методы познания окружающего мира (наблюдения, гипотезы, эксперимент). Физические законы и теории.
ФИЗИКА – наука, занимающаяся изучением простейших и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира. Физика – всеобъемлющая наука. Никакой процесс природы не находится вне физики.
Известно, что нахождение методов, средств, способов познания мира происходило еще в VI веке до н.э. Копился громадный экспериментальный материал. И уже в 16 веке произошло формирование основ методики получения научных знаний, которая впоследствии нашла свое применение в различных отраслях естествознания.
По мере изучения какого-либо явления, перед человеком все больше открываются его свойства и связи с другими явлениями. Такой процесс познания называют постижением истины. Истина – это верное отражение свойств изучаемых предметов или явлений, которые не зависят ни от конкретного человека, ни от всего человечества. Истина всегда относительна. Однако в ней содержится частичка такого знания, которое не может быть отвергнуто дальнейшим развитием познания – знания абсолютного. Каждый последующий шаг в познании прибавляет новые зерна в эту сумму абсолютной истины.
В настоящее время главенствующую роль в процессе познания занимает научное познание. Наука занимается выработкой и теоретической систематизацией объективных, т.е. не зависящих от конкретного исследователя, знаний о действительности.
Схему научного познания можно изобразить следующим образом
Физика – наука о природе. Процесс познания в физике начинается либо с наблюдения явления в естественных условиях, либо со специально проведенных опытов и экспериментов.
Научный метод, опираясь на опыт, отыскивает количественные (математически формулируемые) законы природы, а открытые законы — проверяются практикой.
Запомни
наблюдение — гипотеза — теория — эксперимент .
Физический опыт или эксперимент – это такое исследование явления (чаще всего проведенного в лаборатории), в котором все воздействия на исследуемую систему, влияющие на данное явление, поддаются учету. Чаще всего эксперимент сопровождается измерением тех или иных физических величин, установлением связи между этими величинами.
Эксперимент (опыт) – представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующийся объект или явления для изучения его различных сторон, связей и отношений. Эксперимент позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде, исключает воздействие посторонних факторов. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теории, имеющих фундаментальное и прикладное значение.
Физика использует разнообразные виды эксперимента:
ü натурный (реальное падение реальных ядер с Пизанской башни),
ü модельный (изучение сопротивления воды движению судов на их уменьшенных моделях),
ü мысленный (рассуждения Галилея о наблюдении движения в каюте плывущего корабля),
ü компьютерный (моделирование поведения газа, состоящего из большого числа упругих шариков).
Эксперимент осуществляется на основе теории, определяющей постановку задачи и интерпретацию результатов. В отличие от наблюдения, в эксперименте изучаемый объект подвергается активному воздействию, что значительно увеличивает возможность его исследования. Он является практическим испытанием природы, ее свойств.
Основными требованиями к научному эксперименту являются объективность, т.е. независимость от наблюдателя, и воспроизводимость. Повторение эксперимента в другом месте, в другое время, с иными физическими объектами и измерительными приборами при тех же значениях физических величин, задающих экспериментальную ситуацию, должно давать те же значения для характеристик явления. Именно воспроизводимость эксперимента обеспечивает достаточную надежность описания явления.
Экспериментальный метод исследования появился в физике в начале XVII в., когда Галилео Галилей впервые применил его для изучения механического движения тел.
В настоящее время в качестве источника сведений о физических явлениях эксперимент играет основную роль.
В то же время наблюдение природных явлений и измерение их параметров сохраняет его значение в областях, где масштабы явлений не позволяют воспроизвести их в лабораторных условиях (в астрофизике, небесной механике, геофизике).
Благодаря наблюдениям или поставленным опытам были открыты законы. Теория подводит итог всему сказанному и рисует перспективы для дальнейшего исследования.
В суждениях о природе необходимо оперировать свойствами, которые можно точно измерить. «Опыт – вот учитель жизни вечной», — говорил М.В. Ломоносов, сделавший перевод на русский язык первого учебника по физике.
Теоретическая и экспериментальная физика тесно связаны между собою. Экспериментальная физика дает информацию об изучаемом явлении, теоретики эту информацию анализируют и создают теорию этого явления. Справедливость теории всегда проверяется экспериментально.
Модели в физике . Одним из мощных методов исследования в физике является метод моделирования.
| Запомни Моделирование — это процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью. Модель — это идеализация реального объекта или явления при сохранении основных свойств, определяющих данный объект или явление. |
Подчеркнём, что модель должна сохранять те свойства реального объекта, которые определяют его поведение.
Модели бывают теоретическими и лабораторными, в последнее время широко используются компьютерные модели.
При создании теоретической модели используются результаты наблюдений и экспериментов. Очевидно, что проблема становится более понятной с помощью конкретных образов, именно поэтому модель чаще всего бывает механической. Например, движение молекул газа наглядно можно представить как движение упругих шариков, строение атома сначала предполагалось аналогичным строению Солнечной системы.
Одна из первых моделей, которой мы будем пользоваться, — это материальная точка, т. е. тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Последние слова являются ключевыми: именно условия конкретной задачи позволяют применить данную модель.
Сначала, когда данных мало, модель, как правило, получается грубой, но по мере накопления экспериментальных фактов она уточняется, однако для ответов на некоторые важные вопросы можно остановиться и на примитивной модели.
В лаборатории моделируются, как правило, явления, изучение которых в природных условиях представляет значительные трудности. Например, течение реки, изменение её русла моделируются в гидравлических лотках, испытание моделей самолётов проводится в аэродинамической трубе. При этом должны выполняться разные условия подобия — геометрическое, кинематическое и т. д.
Теоретическое решение любой физической задачи сводится к математическому моделированию, т. е. написанию уравнений. Часто эти уравнения получаются достаточно сложными, и их решения делаются с помощью компьютеров.