Що головне знати у фізиці. Лайфхакі для тих, хто вчить фізику: як вивчити всі сили? Еволюція та природний відбір

Вчені з планети Земля використовують масу інструментів, намагаючись описати те, як працює природа та всесвіт загалом. Що вони приходять до законів та теорій. В чому різниця? Науковий закон можна звести до математичного твердження, на кшталт E = mc²; це твердження базується на емпіричних даних та його істинність, як правило, обмежується певним набором умов. У випадку E = mc² – швидкість світла у вакуумі.

Наукова теорія найчастіше прагне синтезувати низку фактів чи спостережень за конкретними явищами. І в цілому (але не завжди) виходить чітке і твердження, що перевіряється щодо того, як функціонує природа. Зовсім не обов'язково зводити наукову теоріюдо рівняння, але вона насправді є чимось фундаментальним про роботу природи.

Як закони, і теорії залежать від основних елементів наукового методунаприклад, створення гіпотез, проведення експериментів, знаходження (або не знаходження) емпіричних даних та висновок висновків. Зрештою, вчені мають бути в змозі повторити результати, якщо експерименту судилося стати основою для загальноприйнятого закону чи теорії.

У цій статті ми розглянемо десять наукових законів і теорій, які ви можете освіжити в пам'яті, навіть якщо ви, наприклад, не так часто звертаєтеся до електронного мікроскопа, що сканує. Почнемо з вибуху та закінчимо невизначеністю.

Якщо і варто знати хоча б одну наукову теорію, то нехай вона пояснить, як всесвіт досяг нинішнього свого стану (або не досяг,). На підставі досліджень, проведених Едвіном Хабблом, Жоржем Леметром та Альбертом Ейнштейном, теорія Великого Вибуху постулює, що Всесвіт почався 14 мільярдів років тому з масивного розширення. У якийсь момент Всесвіт був укладений в одній точці і охоплював всю матерію нинішнього всесвіту. Цей рух триває й донині, а сам всесвіт постійно розширюється.

Теорія Великого Вибуху отримала широку підтримку у наукових колах після того, як Арно Пензіас та Роберт Вілсон виявили космічний мікрохвильовий фон у 1965 році. За допомогою радіотелескопів два астрономи виявили космічний шум, або статику, яка не розсіюється з часом. У співпраці з принстонським дослідником Робертом Діке, пара вчених підтвердила гіпотезу Діке про те, що початковий Великий Вибухзалишив після себе випромінювання низького рівня, яке можна виявити по всьому Всесвіту.

Закон космічного розширення Хабла

Давайте на секунду затримаємо Едвіна Хаббла. У той час як у 1920-х роках вирувала Велика депресія, Хаббл виступав із новаторським астрономічним дослідженням. Він не лише довів, що були й інші галактики, крім Чумацького Шляху, але також виявив, що ці галактики мчать геть від нашої власної, і цей рух він назвав розбіганням.

Щоб кількісно оцінити швидкість цього галактичного руху, Хаббл запропонував закон космічного розширення, він і закон Хаббла. Рівняння виглядає так: швидкість = відстань H0 x. Швидкість є швидкість розбігання галактик; H0 - це стала Хаббла, або параметр, який показує швидкість розширення всесвіту; відстань - це відстань однієї галактики до тієї, з якою порівнюється.

Постійна Хаббла розраховувалася за різних значенняхпротягом досить тривалого часу, проте нині вона завмерла на точці 70 км/с на мегапарсек. Для нас це не так важливо. Важливо те, що закон є зручним способом вимірювання швидкості галактики щодо нашої власної. І ще важливо те, що закон встановив, що Всесвіт складається з багатьох галактик, рух яких простежується до Великого Вибуху.

Закони планетарного руху Кеплера

Протягом століть вчені боролися один з одним та з релігійними лідерами за орбіти планет, особливо за те, чи обертаються вони навколо Сонця. У 16 столітті Коперник висунув свою спірну геліоцентричну концепцію Сонячна система, в якій планети обертаються навколо Сонця, а не Землі. Однак лише з Йоганном Кеплером, який спирався на роботи Тихо Брага та інших астрономів, з'явилася чітка наукова основа для руху планет.

Три закони планетарного руху Кеплера, що склалися на початку 17 століття, описують рух планет навколо Сонця. Перший закон, який іноді називають законом орбіт, стверджує, що планети обертаються навколо Сонця еліптичною орбітою. Другий закон, закон площ, говорить, що лінія, що з'єднує планету із сонцем, утворює рівні площі через рівні проміжки часу. Іншими словами, якщо ви вимірюєте площу, створену намальованою лінією від Землі від Сонця, і відстежуєте рух Землі протягом 30 днів, площа буде однаковою, незалежно від положення Землі щодо початку відліку.

Третій закон, закон періодів, дозволяє встановити чіткий взаємозв'язок між орбітальним періодом планети та відстанню до Сонця. Завдяки цьому закону ми знаємо, що планета, яка відносно близька до Сонця, на кшталт Венери, має набагато короткіший орбітальний період, ніж далекі планети, на зразок Нептуна.

Універсальний закон тяжіння

Сьогодні це може бути в порядку речей, але більш ніж 300 років тому сер Ісаак Ньютон запропонував революційну ідею: два будь-які об'єкти, незалежно від їхньої маси, надають гравітаційне тяжіння один на одного. Цей закон представлений рівнянням, з яким багато школярів стикаються у старших класах фізико-математичного профілю.

F = G × [(m1m2)/r²]

F - це гравітаційна сила між двома об'єктами, що вимірюється в ньютонах. M1 і M2 – це маси двох об'єктів, тоді як r – це відстань між ними. G - це гравітаційна постійна, в даний час розрахована як 6,67384 (80) · 10-11 або Н · м² · кг -2.

Перевага універсального закону тяжіння полягає в тому, що він дозволяє обчислити гравітаційне тяжіння між двома будь-якими об'єктами. Ця здатність дуже корисна, коли вчені, наприклад, запускають супутник на орбіту або визначають курс Місяця.

Закони Ньютона

Якщо ми вже заговорили про одного з найбільших учених, які коли-небудь живуть на Землі, давайте поговоримо про інших знаменитих законахНьютон. Його три закони руху складають істотну частину сучасної фізики. І як і багато інших законів фізики, вони елегантні у своїй простоті.

Перший із трьох законів стверджує, що об'єкт у русі залишається у русі, якщо на нього не діє зовнішня сила. Для кульки, яка котиться по підлозі, зовнішньою силою може бути тертя між кулею і підлогою, або хлопчик, який б'є по кульці в іншому напрямку.

Другий закон встановлює зв'язок між масою об'єкта (m) та його прискоренням (a) у вигляді рівняння F = m x a. F є силою, що вимірюється в ньютонах. Також це вектор, тобто він має спрямований компонент. Завдяки прискоренню, м'яч, який котиться по підлозі, має особливий вектор у напрямку його руху, і це враховується при розрахунку сили.

Третій закон досить змістовний і має бути вам знайомий: для кожної дії є однакова протидія. Тобто кожної сили, прикладеної до об'єкта лежить на поверхні, об'єкт відштовхується з такою самою силою.

Закони термодинаміки

Британський фізик і письменник Ч. П. Сноу одного разу сказав, що невчений, котрий не знав другого закону термодинаміки, був як учений, який ніколи не читав Шекспіра. Нині відома заява Сноу наголошувала на важливості термодинаміки та необхідності навіть людям, далеким від науки, знати його.

Термодинаміка - це наука у тому, як енергія працює у системі, чи це двигун чи ядро Землі. Її можна звести до кількох базових законів, які Сноу позначив так:

Ви не можете виграти.
Ви не уникнете збитків.
Ви не можете вийти із гри.

Давайте трохи розберемося із цим. Говорячи, що ви не можете виграти, Сноу мав на увазі те, що оскільки матерія та енергія зберігаються, ви не можете отримати одне, не втративши друге (тобто, E=mc²). Також це означає, що для роботи двигуна вам потрібно постачати тепло, однак без ідеально замкнутої системи деяка кількість тепла неминуче буде йти в відкритий світ, що призведе до другого закону

Другий закон - збитки неминучі - означає, що у зв'язку зі зростаючою ентропією, ви не можете повернутися до колишнього енергетичного стану. Енергія, сконцентрована в одному місці, завжди прагнутиме місць нижчої концентрації.

Нарешті, третій закон - ви не можете вийти з гри - відноситься до найнижчої теоретично можливої температури - мінус 273,15 градуса Цельсія. Коли система досягає абсолютного нуля, рух молекул зупиняється, а отже, ентропія досягне найнижчого значення і не буде навіть кінетичної енергії. Але в реальному світідосягти абсолютного нуля неможливо – тільки дуже близько до нього підійти.

Сила Архімеда

Після того, як стародавній грек Архімед відкрив свій принцип плавучості, він нібито крикнув "Еврика!" (Знайшов!) І побіг голяка Сиракузами. Так свідчить легенда. Відкриття було настільки важливим. Також легенда свідчить, що Архімед виявив принцип, коли помітив, що вода у ванній піднімається під час занурення в нього тіла.

Відповідно до принципу плавучості Архімеда, сила, що діє на занурений або частково занурений об'єкт, дорівнює масі рідини, яку зміщує об'єкт. Цей принцип має найважливіше значення у розрахунках щільності, і навіть проектуванні підводних човнів та інших океанічних судів.

Еволюція та природний відбір

Тепер, коли ми встановили деякі з основних понять про те, з чого почався Всесвіт і як фізичні закони впливають на наш повсякденне життя, звернемо увагу на людську форму і з'ясуємо, як ми дійшли до такого. На думку більшості вчених, усе життя Землі має спільного предка. Але для того, щоб утворилася така величезна різниця між усіма живими організмами, деякі з них мали перетворитися на окремий вигляд.

У загальному сенсі, Ця диференціація відбулася в процесі еволюції. Популяції організмів та його риси пройшли через такі механізми, як мутації. Ті, у кого риси були вигіднішими для виживання, на зразок коричневих жаб, які відмінно маскуються в болоті, були природно обрані для виживання. Ось звідки розпочав термін природний відбір.

Можна помножити дві ці теорії на багато часу, і власне це зробив Дарвін в 19 столітті. Еволюція і природний відбір пояснюють величезну різноманітність життя Землі.

Загальна теорія відносності

Альберта Ейнштейна була і залишається найважливішим відкриттям, яке назавжди змінило наш погляд на всесвіт. Головним проривом Ейнштейна була заява про те, що простір і час не є абсолютними, а гравітація – це не просто сила, яка додається до об'єкта чи маси. Швидше гравітація пов'язана з тим, що маса викривляє простір і час (простір-час).

Щоб осмислити це, уявіть, що ви їдете через всю Землю прямою лінією в східному напрямку, скажімо, з північної півкулі. Через деякий час, якщо хтось захоче точно визначити ваше місце розташування ви будете набагато південніше і східніше свого вихідного положення. Це тому, що Земля вигнута. Щоб їхати прямо на схід, вам потрібно враховувати форму Землі та їхати під кутом трохи на північ. Порівняйте круглу кульку та аркуш паперу.

Простір - це значною мірою те саме. Наприклад, для пасажирів ракети, що летить навколо Землі, буде очевидно, що вони летять прямо у просторі. Але насправді, простір-час навколо них згинається під дією сили тяжіння Землі, змушуючи їх одночасно рухатися вперед і залишатися на орбіті Землі.

Теорія Ейнштейна справила величезний вплив на майбутнє астрофізики та космології. Вона пояснила невелику та несподівану аномалію орбіти Меркурія, показала, як згинається світло зірок і заклала. теоретичні основидля чорних дірок.

Принцип невизначеності Гейзенберга

Розширення теорії відносності Ейнштейна розповіло нам більше про те, як працює Всесвіт, і допомогло закласти основу для квантової фізики, що призвело до несподіваного конфузу теоретичної науки. У 1927 році усвідомлення того, що всі закони всесвіту у певному контексті є гнучкими, призвело до приголомшливого відкриття німецького вченого Вернера Гейзенберга.

Постулюючи свій принцип невизначеності, Гейзенберг зрозумів, що неможливо одночасно знати з високим рівнем точності дві властивості частки. Ви можете знати положення електрона з високим ступенемточності, але з його імпульс, і навпаки.

Пізніше Нільс Бор зробив відкриття, що допомогло пояснити принцип Гейзенберга. Бор з'ясував, що електрон має властивості як частинки, так і хвилі. Концепція стала відома як корпускулярно-хвильовий дуалізм та лягла в основу квантової фізики. Тому коли ми вимірюємо положення електрона, ми визначаємо його як частинку в певній точці простору з невизначеною довжиною хвилі. Коли вимірюємо імпульс, ми розглядаємо електрон як хвилю, отже можемо знати амплітуду її довжини, але з становище.

Цікавитись навколишнім світом та закономірностями його функціонування та розвитку природно та правильно. Саме тому розумно звертати увагу на природні науки, наприклад, фізику, яка пояснює саму сутність формування та розвитку Всесвіту. Основні фізичні закони неважко зрозуміти. Вже дуже юному віцішкола знайомить дітей із цими принципами.

Для багатьох починається ця наука із підручника "Фізика (7 клас)". Основні поняття та термодинаміки відкриваються перед школярами, вони знайомляться з ядром основних фізичних закономірностей. Але чи має знання обмежуватися шкільною лавою? Які фізичні закони має знати кожна людина? Про це й йтиметься далі у статті.

Наука фізика

Багато нюансів описуваної науки знайомі всім з раннього дитинства. А пов'язано це з тим, що, по суті, фізика є однією з областей природознавства. Вона розповідає про закони природи, дія яких впливає на життя кожного, а багато в чому навіть забезпечує її, про особливості матерії, її структуру та закономірності руху.

Термін «фізика» був уперше зафіксований Аристотелем ще четвертому столітті до нашої ери. Спочатку він був синонімом поняття "філософія". Адже обидві науки мали єдину мету – правильним чином пояснити усі механізми функціонування Всесвіту. Але вже у шістнадцятому столітті внаслідок наукової революції фізика стала самостійною.

Загальний закон

Деякі основні закони фізики застосовують у різноманітних галузях науки. Крім них існують такі, які прийнято вважати загальними для всієї природи. Мова йдео

Він має на увазі, що енергія кожної замкнутої системи при протіканні в ній будь-яких явищ обов'язково зберігається. Проте вона здатна трансформуватися в іншу форму і ефективно змінювати свій кількісний зміст різних частинахназваної системи. У той же час у не замкнутої системиенергія зменшується за умови збільшення енергії будь-яких тіл та полів, які вступають у взаємодію з нею.

Крім наведеного загального принципу, Містить фізика основні поняття, формули, закони, які необхідні для тлумачення процесів, що відбуваються в навколишньому світі. Їхнє дослідження може стати неймовірно захоплюючим заняттям. Тому в цій статті будуть розглянуті основні закони фізики коротко, а щоб розібратися в них глибше, важливо надати їм повноцінної уваги.

Механіка

Відкривають юним вченим багато основних законів фізики 7-9 класи школи, де повніше вивчається така галузь науки, як механіка. Її базові засади описані нижче.

Закон відносності Галілея (також його називають механічною закономірністю відносності, або базисом класичної механіки). Суть принципу полягає в тому, що в аналогічних умовах механічні процеси у будь-яких інерційних системахвідліки відбуваються абсолютно ідентично.
Закон Гука. Його суть у тому, що чим більшим є вплив на пружне тіло (пружину, стрижень, консоль, балку) з боку, тим більшою є його деформація.

Закони Ньютона (є базис класичної механіки):

Принцип інерції повідомляє, що будь-яке тіло здатне полягати у спокої чи рухатися рівномірно і прямолінійно лише тому випадку, якщо ніякі інші тіла жодним чином нього не впливають, або якщо вони якимось чином компенсують дію одне одного. Щоб змінити швидкість руху, на тіло необхідно впливати з будь-якою силою, і, звичайно, результат впливу однакової сили на різні за величиною тіла теж відрізнятиметься.
Головна закономірність динаміки стверджує, що чим більша рівнодіюча сил, які зараз впливають на дане тіло, тим більше отримане ним прискорення. І, відповідно, що більше маса тіла, то цей показник менший.
Третій закон Ньютона повідомляє, що будь-які два тіла завжди взаємодіють одне з одним за ідентичною схемою: їхні сили мають одну природу, є еквівалентними за величиною і обов'язково мають протилежний напрямок уздовж прямої, що з'єднує ці тіла.
Принцип відносності стверджує, що це явища, які відбуваються за тих самих умов в інерційних системах відліку, проходять абсолютно ідентичним чином.

Термодинаміка

Шкільний підручник, який відкриває учням основні закони ("Фізика. 7 клас"), знайомить їх і з основами термодинаміки. Її принципи ми розглянемо далі.

Закони термодинаміки, є базовими у галузі науки, мають загальний характері і пов'язані з деталями будови конкретної речовини лише на рівні атомів. До речі, ці принципи важливі як для фізики, а й у хімії, біології, аерокосмічної техніки тощо.

Наприклад, у названій галузі існує правило, що не піддається логічному визначенню, що в замкнутій системі, зовнішні умови для якої незмінні, згодом встановлюється рівноважний стан. І процеси, що тривають у ній, незмінно компенсують один одного.

Ще одне правило термодинаміки підтверджує прагнення системи, що складається з колосального числа частинок, що характеризуються хаотичним рухом, до самостійного переходу з менш ймовірних для системи станів більш ймовірні.

А закон Гей-Люссака (його називають стверджує, що з газу певної маси за умов стабільного тиску результат розподілу його обсягу на абсолютну температуру неодмінно стає величиною постійної.

Ще одне важливе правилоцій галузі - перший закон термодинаміки, який також прийнято називати принципом збереження та перетворення енергії для термодинамічної системи. Згідно з ним, будь-яка кількість теплоти, яку було повідомлено системі, буде витрачено виключно на метаморфозу її внутрішньої енергії та здійснення нею роботи по відношенню до будь-яких діючих зовнішніх сил. Саме ця закономірність і стала базисом на формування схеми роботи теплових машин.

Інша газова закономірність – це закон Шарля. Він говорить, що чим більший тиск певної маси ідеального газу в умовах збереження постійного обсягу, тим більша його температура.

Електрика

Відкриває юним вченим цікаві основні закони фізики 10 класу школи. У цей час вивчаються основні засади природи та закономірності події електричного струмута інші нюанси.

Закон Ампера, наприклад, стверджує, що провідники, з'єднані паралельно, якими тече струм у однаковому напрямі, неминуче притягуються, а разі протилежного напрями струму, відповідно, відштовхуються. Іноді таку ж назву використовують для фізичного закону, який визначає силу, що діє в існуючому магнітному полі на невелику ділянку провідника, Наразіпровідного струму. Її так і називають – сила Ампера. Це відкриття було зроблено вченим у першій половині дев'ятнадцятого століття (а саме 1820 р.).

Закон збереження заряду одна із базових принципів природи. Він говорить, що алгебраїчна сумавсіх електричних зарядів, що виникають у будь-якій електрично ізольованій системі, завжди зберігається (стає постійною). Незважаючи на це, названий принцип не виключає і виникнення у таких системах нових заряджених частинок внаслідок перебігу деяких процесів. Проте загальний електричний заряд всіх новостворених частинок неодмінно має дорівнювати нулю.

Закон Кулона є одним із основних в електростатиці. Він висловлює принцип сили взаємодії між нерухомими точковими зарядами та пояснює кількісне обчислення відстані між ними. Закон Кулона дозволяє обґрунтувати базові принципи електродинаміки експериментальним чином. Він говорить, що нерухомі точкові заряди неодмінно взаємодіють між собою з силою, яка тим вище, чим більший добуток їх величин і, відповідно, тим менше, чим менше квадрат відстані між зарядами, що розглядаються, і середовища, в якому і відбувається описувана взаємодія.

Закон Ома одна із базових принципів електрики. Він говорить, що чим більше силапостійного електричного струму, що діє на певній ділянці ланцюга, тим більше напруга на її кінцях.

Називають принцип, який дозволяє визначити напрямок у провіднику струму, що рухається в умовах впливу магнітного поляпевним чином. Для цього необхідно розташувати пензель правої рукитак, щоб лінії магнітної індукції образно стосувалися розкритої долоні, а великий палецьвитягнути за напрямом руху провідника. У такому разі інші чотири випрямлені пальці визначать напрямок руху індукційного струму.

Також цей принцип допомагає з'ясувати точне розташування ліній магнітної індукції прямолінійного провідника, що проводить струм в даний момент. Це відбувається так: помістіть великий палець правої руки таким чином, щоб він вказував, а рештою чотирма пальцями образно обхопіть провідник. Розташування цих пальців і продемонструє точний напрямок ліній магнітної індукції.

Принцип електромагнітної індукціїє закономірністю, яка пояснює процес роботи трансформаторів, генераторів, електродвигунів. Цей закон полягає в наступному: в замкнутому контурі індукції, що генерується, тим більше, чим більше швидкість зміни магнітного потоку.

Оптика

Галузь "Оптика" також відображає частину шкільної програми(Основні закони фізики: 7-9 класи). Тому ці принципи не такі складні для розуміння, як може здатися на перший погляд. Їхнє вивчення приносить із собою не просто додаткові знання, але краще розуміння навколишньої дійсності. Основні закони фізики, які можна зарахувати до галузі вивчення оптики, такі:

Принцип Ґюйнеса. Він є методом, який дозволяє ефективно визначити в кожну конкретну частку секунди точне положення фронту хвилі. Суть його полягає в наступному: всі точки, які опиняються на шляху біля фронту хвилі в певну частку секунди, по суті, самі по собі стають джерелами сферичних хвиль (вторинних), у той час як розміщення фронту хвилі в ту саму частку секунди є ідентичним поверхні , що огинає всі сферичні хвилі (вторинні). Цей принцип використовується з метою пояснення існуючих законів, пов'язаних із заломленням світла та його відображенням.
Принцип Гюйгенса-Френеля відбиває ефективний методвирішення питань, пов'язаних із поширенням хвиль. Він допомагатиме пояснити елементарні завдання, пов'язані з дифракцією світла.
хвиль. Застосовується в рівного ступенята для відображення у дзеркалі. Його суть полягає в тому, що як спадаючий промінь, так і той, який був відбитий, а також перпендикуляр, побудований з точки падіння променя, розташовуються в єдиній площині. Важливо також пам'ятати, що кут, під яким падає промінь, завжди абсолютно дорівнює кутузаломлення.
Принцип заломлення світла. Це зміна траєкторії руху електромагнітної хвилі(світла) в момент руху з одного однорідного середовища в інше, яке значно відрізняється від першої за рядом показників заломлення. Швидкість поширення світла у них різна.
Закон прямолінійного поширення світла. За своєю суттю він є законом, що стосується області геометричної оптики, і полягає в наступному: у будь-якому однорідному середовищі (незалежно від її природи) світло поширюється строго прямолінійно, по найкоротшій відстані. Цей закон просто і доступно пояснює утворення тіні.

Атомна та ядерна фізика

Основні закони квантової фізики, а також основи атомної та ядерної фізикививчаються у старших класах середньої школита вищих навчальних закладах.

Так, постулати Бора є рядом базових гіпотез, які стали основою теорії. Її суть полягає в тому, що будь-яка атомна система може залишатися стійкою виключно в стаціонарних станах. Будь-яке випромінювання чи поглинання енергії атомом неодмінно відбувається з допомогою принципу, суть якого така: випромінювання, що з транспортацією, стає монохроматичним.

Ці постулати відносяться до стандартної шкільної програми, яка вивчає основні закони фізики (11 клас). Їхнє знання є обов'язковим для випускника.

Основні закони фізики, які має знати людина

Деякі фізичні принципи, хоч і відносяться до однієї з галузей цієї науки, проте мають загальний характер і мають бути відомі всім. Перерахуємо основні закони фізики, які має знати людина:

Закон Архімеда (належить до областей гідро-, а також аеростатики). Він має на увазі, що на будь-яке тіло, яке було занурене в газоподібну речовину або рідину, діє свого роду виштовхувальна сила, яка неодмінно спрямована вертикально вгору. Ця сила завжди чисельно дорівнює вазі витісненої тілом рідини чи газу.
Інше формулювання цього закону таке: тіло, занурене в газ чи рідину, неодмінно втрачає у вазі стільки ж, скільки склала маса рідини чи газу, у який воно було занурено. Цей закон став базовим постулатом теорії плавання тел.
Закон всесвітнього тяжіння(Відкритий Ньютоном). Його суть полягає в тому, що абсолютно всі тіла неминуче притягуються один до одного з силою, яка тим більша, чим більший добуток мас даних тіл і, тим менше, чим менше квадрат відстані між ними.

Це і є 3 основні закони фізики, які повинен знати кожен, хто бажає розібратися в механізмі функціонування навколишнього світу та особливостях перебігу процесів, що відбуваються в ньому. Зрозуміти принцип їхньої дії досить просто.

Цінність подібних знань

Основні закони фізики повинні бути в багажі знань людини, незалежно від її віку та роду діяльності. Вони відображають механізм існування всієї сьогоднішньої дійсності, і, по суті, є єдиною константою в світі, що безперервно змінюється.

Основні закони, поняття фізики відкривають нові можливості вивчення навколишнього світу. Їхнє знання допомагає розуміти механізм існування Всесвіту та руху всіх космічних тіл. Воно перетворює нас не на просто виглядачів щоденних подій та процесів, а дозволяє усвідомлювати їх. Коли людина ясно розуміє основні закони фізики, тобто всі процеси, що відбуваються навколо нього, він отримує можливість управляти ними найбільш ефективним чином, здійснюючи відкриття і роблячи тим самим своє життя більш комфортним.

Підсумки

Деякі змушені поглиблено вивчати основні закони фізики для ЄДІ, інші – за діяльністю, а деякі – з наукової цікавості. Незалежно від цілей вивчення цієї науки, користь отриманих знань важко переоцінити. Немає нічого більш задовольняючого, ніж розуміння основних механізмів та закономірностей існування навколишнього світу.

Не залишайтеся байдужими – розвивайтеся!

Фізика приходить до нас у 7 класі загальноосвітньої школи, хоча насправді ми знайомі з нею мало не з пелюшок, адже це все, що оточує нас. Цей предмет здається дуже складним вивчення, а вчити його треба.

Ця стаття призначена для осіб віком від 18 років.

А вам уже виповнилося 18?

Вчити фізику можна по-різному - всі методи хороші по-своєму (але даються всім не однаково). Шкільна програма не дає повного поняття (і ухвалення) всіх явищ і процесів. Виною всьому - недолік практичних знань, адже вивчена теорія насправді нічого не дає (особливо для людей з невеликою просторовою уявою).

Отже, перш ніж приступати до вивчення цього найцікавішого предмета, потрібно відразу з'ясувати дві речі — навіщо ви вчите фізику і на які результати розраховуєте.

Хочете здати ЄДІ та вступити до технічного ВНЗ? Відмінно - можете починати дистанційне навчанняв інтернеті. Зараз багато університетів чи просто професорів ведуть свої онлайн-курси, де у досить доступній формі викладають весь шкільний курсфізики. Але тут є й невеликі мінуси: перший — готуйтеся до того, що це буде далеко не безкоштовно (і чим крутіше наукове звання вашого віртуального викладача, тим дорожче), друге — вчити ви будете виключно теорію. Застосовувати будь-яку технологію доведеться вдома і самостійно.

Якщо ж у вас просто проблемне навчання— нестиковка у поглядах з учителем, пропущені уроки, ліньки чи просто незрозуміла мова викладу, тут справа набагато простіша. Потрібно просто взяти себе до рук, а до рук — книжки і вчити, вчити, вчити. Тільки так можна отримати явні предметні результати (причому одразу з усіх предметів) та значно підвищити рівень своїх знань. Пам'ятайте - уві сні вивчити фізику неможливо (хоч і дуже хочеться). Та й дуже ефективне евристичне навчання не принесе плодів без гарного знанняоснов теорії Тобто, позитивні заплановані результати можливі лише за:

якісне вивчення теорії;
розвиваюче навчання взаємозв'язку фізики та інших наук;
виконання вправ практично;
заняттях з однодумцями (якщо вже закортіло зайнятися евристикою).

DIV_ADBLOCK201">

Початок навчання фізики з нуля найскладніший, але водночас і простий етап. Складнощі полягають лише в тому, що вам доведеться запам'ятовувати багато досить суперечливої та складної інформації досі незнайомою мовою — над термінами потрібно буде особливо попрацювати. Але в принципі це все можливо і нічого надприродного вам для цього не знадобиться.

Як вивчити фізику з нуля?

Не чекайте, що початок навчання буде дуже складним – це достатньо проста науказа умови, якщо зрозуміти її суть. Не поспішайте вчити багато різних термінів - спочатку розберіться з кожним явищем і "приміряйте" його на своє повсякденне життя. Тільки так фізика зможе ожити для вас і стане максимально зрозумілою - зубріжкою цього ви просто не досягнете. Тому правило перше - вчимо фізику розмірено, без різких ривків, не впадаючи в крайнощі.

З чого почати? Почніть із підручників, на жаль, вони важливі та потрібні. Саме там ви знайдете потрібні формули та терміни, без яких вам не обійтися у процесі навчання. Швидко вивчити їх у вас не вийде, є сенс розписати їх на папірцях і розвісити на видних місцях (зорову пам'ять ще ніхто не скасовував). А далі буквально за 5 хвилин ви їх щодня освіжатимете в пам'яті, поки, нарешті, не запам'ятаєте.

Максимально якісного результату ви можете досягти десь за рік – це повний та зрозумілий курс фізики. Звичайно ж, побачити перші зрушення можна буде за місяць — цього часу буде цілком достатньо, щоб здолати базові поняття (але не глибокі знання — прохання не плутати).

Але при всій легкості предмета не чекайте, що вам вдасться все вивчити за 1 день або за тиждень - це неможливо. Тому є сенс сісти за підручники задовго до початку ЄДІ. Та й зациклюватися на питанні, за скільки можна визубрити фізику не варто – це дуже непрогнозовано. Все тому, що різні розділи цього предмета зовсім по-різному даються і про те, як вам піде кінематика або оптика ніхто не знає. Тому навчайтеся послідовно: параграф за параграфом, формула за формулою. Визначення краще кілька разів прописати і іноді освіжати в пам'яті. Це основа, яку ви обов'язково маєте запам'ятовувати, важливо навчитися оперувати визначеннями (вживати їх). Для цього намагайтеся переносити фізику на життя - використовуйте терміни в побуті.

Але найголовніше, основа кожного методу та способу навчання – це щоденний і наполеглива працябез якого результатів ви не дочекаєтеся. І це друге правило легкого вивченняпредмета - чим більше ви дізнаватиметеся нового, тим простіше це вам буде це даватися. Забудьте рекомендації типу науки уві сні, навіть якщо це працює, то не з фізикою. Натомість займіться завданнями — це не тільки спосіб зрозуміти черговий закон, а й відмінне тренування для розуму.

Навіщо потрібно вчити фізику? Напевно 90% школярів дадуть відповідь, що для ЄДІ, але це зовсім не так. У житті вона стане в нагоді набагато частіше, ніж географія — ймовірність заблукати в лісі трохи нижче, ніж самостійно поміняти лампочку. Тому питанням, навіщо потрібна фізика, можна відповісти однозначно — собі. Звичайно ж, не всім вона знадобиться у повному обсязі, але базові знання просто потрібні. Тому придивіться саме до аз - це спосіб, як легко і просто зрозуміти (не вивчити) основні закони.

c"> Чи можливо вивчити фізику самостійно?

Звичайно можна - вчіть визначення, терміни, закони, формули, намагайтеся застосовувати набуті знання на практиці. Важливим буде й пояснення питання як вчити? Виділіть для фізики хоча б годину на день. Половину цього часу залиште для отримання нового матеріалу – почитайте підручник. Чверть години залиште для зубріння або повторення нових понять. 15 хвилин, що залишилося, — час практики. Тобто поспостерігайте за фізичним явищем, зробіть досвід або просто вирішите цікаве завдання.

Чи реально такими темпами швидко вивчити фізику? Швидше за все, ні — ваші знання будуть досить глибокі, але не великі. Але це єдиний шляхЯк правильно можна вивчити фізику

Найпростіше це зробити, якщо втрачені знання лише за 7 клас (хоча, у 9 класі це вже проблема). Ви просто відновлюєте невеликі прогалини у знаннях і все. Але якщо на носі 10 клас, а ваше знання фізики дорівнює нулю — це звичайно складна ситуація, але можна виправити. Достатньо взяти всі підручники за 7, 8, 9 класи і, отже, поступово вивчити кожен розділ. Є й простіший шлях — взяти видання для абітурієнтів. Там в одній книжці зібрано весь шкільний курс фізики, але не чекайте на докладні й послідовні пояснення — підсобні матеріали передбачають наявність елементарного рівня знань.

Навчання фізики - це дуже довгий шлях, який можна з честю пройти лише за допомогою щоденної наполегливої праці.

Починаємо серію статей про проблеми та застарілі концепції у шкільній програмі та пропонуємо поміркувати про те, навіщо школярам потрібна фізика, і чому сьогодні її викладають не так, як хотілося б.

Навіщо сучасний школяр вивчає фізику? Або для того, щоб йому не набридали батьки та вчителі, або для того, щоб успішно здати ЄДІ на вибір, набрати потрібну кількість балів і вступити в хороший вуз. Є ще варіант, що школяр фізику любить, але це кохання зазвичай існує якось окремо від шкільної програми.

У кожному з цих випадків викладання ведеться за однаковою схемою. Воно підлаштовується під систему власного контролю - знання повинні подаватися у такій формі, щоб їх можна було легко перевірити. Для цього і існує система ДІА та ЄДІ, а підготовка до цих іспитів у результаті стає головною метою навчання.

Як влаштовано ЄДІ з фізики у його сьогоднішньому варіанті? Завдання іспиту складаються за спеціальним кодифікатором, до якого входять формули, які, за ідеєю, повинен знати кожен учень. Це близько сотні формул за всіма розділами шкільної програми – від кінематики до фізики атомного ядра.

Більшість завдань - десь 80% - спрямовано саме застосування цих формул. Причому інші способи рішення використовувати не можна: підставив формулу, якої немає в списку - недоотримав якусь кількість балів, навіть якщо відповідь зійшлася. І лише 20% - це завдання на розуміння.

В результаті головна мета викладацької роботи зводиться до того, щоб учні знали цей набір формул та могли його застосовувати. А вся фізика зводиться до простої комбінаторики: прочитай умови завдання, зрозумій, яка формула тобі потрібна, підстав потрібні показники і просто отримай результат.

В елітарних та спеціалізованих фізико-математичних школах навчання, звичайно, влаштоване інакше. Там, як і під час підготовки до всіляких олімпіад, є якийсь елемент творчості, а комбінаторика формул стає набагато складнішою. Але нас тут цікавить саме базова програма з фізики та її недоліки.

Стандартні завдання та абстрактні теоретичні побудови, які має знати звичайний школяр, дуже швидко вивітрюються з голови. У результаті фізику після закінчення школи вже ніхто не знає – крім тієї меншості, якій це чомусь цікаво чи потрібно за фахом.

Виходить, що наука, головною метою якої було пізнання природи і реального фізичного світу, в школі стає дуже абстрактною і віддаленою від повсякденного людського досвіду. Фізику, як і інші предмети, вчать зубріжкою, а коли у старших класах обсяг знань, який необхідно засвоїти, різко зростає, все зазубрити стає просто неможливо.

Наочно про «формульний» підхід до навчання.

Але це було б і необов'язково, якби метою навчання було застосування формул, а розуміння предмета. Розуміти - це, зрештою, набагато легше, ніж зубрити.

Формувати картину світу

Подивимося, наприклад, як працюють книжки Якова Перельмана «Цікава фізика», « Цікава математика», якими зачитувалися багато поколінь школярів та після-школярів. Майже кожен параграф перельманівської «Фізики» вчить ставити питання, які кожна дитина може собі поставити, відштовхуючись від елементарної логіки та життєвого досвіду.

Завдання, які нам тут пропонують вирішити – не кількісні, а якісні: потрібно не підрахувати якийсь абстрактний показник на кшталт коефіцієнта корисної дії, а поміркувати, чому вічний двигун неможливий насправді, чи можна вистрілити з гармати до місяця; Необхідно провести досвід та оцінити, яким буде ефект від будь-якої фізичної взаємодії.

Приклад із «Цікавої фізики» 1932 року: завдання про криловські лободи, рак і щуку, вирішена за правилами механіки. Равнодіюча (OD) повинна захоплювати віз у воду.

Одним словом, заучувати формули тут не обов'язково – головне розуміти, яким фізичним законам підпорядковуються предмети навколишньої дійсності. Проблема тільки в тому, що знання такого роду набагато складніше піддаються об'єктивній перевірці, ніж наявність у голові школяра точно певного набору формул і рівнянь.

Тому фізика для звичайного учня обертається тупою зубрінням, а в кращому разі - якоюсь абстрактною грою розуму. Формувати в людини цілісну картину світу - зовсім не те завдання, яке де-факто виконує сучасна система освіти. Щодо цього, до речі, вона не надто відрізняється від радянської, яку багато хто схильний переоцінювати (бо раніше ми, мовляв, атомні бомбирозробляли і в космос літали, а зараз лише нафту вміємо продавати).

За знанням фізики учні після закінчення школи зараз, як і тоді, діляться приблизно на дві категорії: ті, хто її знає дуже добре, і ті, хто не знає зовсім. З другою категорією ситуація особливо погіршилася, коли час викладання фізики у 7-11 класі скоротився з 5 до 2 годин на тиждень.

Більшості школярів фізичні формули та теорії справді не потрібні (що вони чудово розуміють), а головне – нецікаві в тому абстрактному та сухому вигляді, в якому вони подаються зараз. У результаті масове освіту не виконує жодної функції - тільки забирає час та сили. У школярів – не менше, ніж у вчителів.

Attention: неправильний підхід до викладання точних наук може мати руйнівні наслідки

Якби завданням шкільної програми було формування картини світу, ситуація була б зовсім іншою.

Звичайно, мають бути й спеціалізовані класи, де вчать вирішувати складні завдання та глибоко знайомлять із теорією, яка вже не перетинається із повсякденним досвідом. Але звичайному, «масовому» школяреві було б цікавіше і корисніше знати, за якими законами працює фізичний світ, у якому він живе.

Справа, звісно, не зводиться до того, щоб школярі замість підручників читали Перельмана. Потрібно змінити сам підхід до викладання. Багато розділів (наприклад, квантову механіку) можна було б вилучити зі шкільної програми, інші - скоротити чи переглянути, якби не всюдисущі організаційні труднощі, принциповий консерватизм предмета та освітньої системив цілому.

Але дозволимо собі трохи помріяти. Після цих змін, можливо, підвищилася б і загальна соціальна адекватність: люди менше вірили б усіляким торсіонним аферистам, які спекулюють на «захисті біополя» та «нормалізації аури» за допомогою нехитрих пристосувань і шматків невідомих мінералів.

Всі ці наслідки порочної системи освіти ми вже спостерігали в 90-х, коли найщасливіші шахраї навіть користувалися чималими сумами з держбюджету, - спостерігаємо і зараз, хоч і в менших масштабах.

Знаменитий Григорій Грабовий не лише запевняв, що може воскресати людей, а й відводив астероїди від Землі силою думки та «екстрасенсорно діагностував» урядові літаки. Йому заступався не хтось, а генерал Георгій Рогозін, заступник начальника Служби безпеки при президенті РФ.

5.2.

5.3.

Фізику можна назвати основною наукою вивчення природи. Усі закономірності її існування вивчає ця галузь знань. За всієї її складності, знайти спосіб як легко вивчити фізику, не важко.

Головне – грамотно підійти до навчального процесу.

Навіщо вивчати фізику?

Після того, як починаєш вивчати фізику, не завжди розумієш, навіщо вона може пригодитися. Справа не тільки в тому, що набуті знання можуть знадобитися з професійної точки зору.

Фізика як наука, дає багато чого:

. формування абсолютної спостережливості;

. вміння бачити зв'язок, його збереження у явищах. (Якщо зарядити гармату, і підпалити гніт - вона вистрілить);

. правильно спрямоване мислення, часом нестандартне;

. вивчення фізики допомагає пізнати навколишній світповною мірою і дізнатися, що криється за звичайними речами;

. Хороші знання стануть основою хорошої кар'єри там.

При вивченні дисципліни вона може сприйматися як дуже важка та заплутана. Якщо ж вивчати науку як систему, постійно практикуватися та знайти хорошого викладача, вона стане простою, навіть цікавою.

Які бувають розділи фізики?

«Фізика» у перекладі з давньогрецької означає «природа». Дана наука намагається охопити у своїх теоретичних викладках та практичних висновках усі форми та способи існування матерії та поля. Основи фізики вивчаються у двох різних розділах: мікро- та макрофізики.

Мікрофізика основним предметом вивчення має об'єкти, які неможливо побачити неозброєним оком (молекули, атоми, електрони, інші елементарні частки).

Макрофізика вивчає як об'єкти звичних нам розмірів (наприклад, рух м'яча), і більшої маси (планети).

До складу макроскопічної фізики входить механіка — вивчає рух тіл та взаємодію між ними, швидкість, пересування, відстань (буває класичною, релятивістською, квантовою).

Мікроскопічна включає розділи квантової, ядерної, фізики елементів, їх властивості.

Шкільний курс фізики формується у такому порядку. Це тим, що набагато легше учні сприймають те, з чим знайомі з дитинства. Тому вивчення абстрактних фізичних категорій мікрофізики дається складніше, ніж класична механіка.

Чому фізика важко дається до вивчення?

Перше ознайомлення з фізичними законами відбувається у школі, починаючи з 6-го чи 7-го класів. Спочатку відбувається плавний перехід від природознавства до більш конкретним прикладамз життя. Вивчаються швидкість, шлях, маса тіла.

Вивчення фізики з нуля який завжди може бути ефективним. Причин цього може бути кілька:

. відсутність необхідного устаткування наочної демонстрації фізичних законів. Навіть найпростіші їх важко пояснити, оперуючи лише абстрактними поняттями «контур», « кінетична енергія», «Потенційна енергія», «атом», «струм», «збереження енергії», «газова стала», «хвиля». Лише абстрактний виклад у підручнику теми не замінить фізичного експерименту;

. вчителі який завжди зацікавлюють дітей дізнатися, що вивчає фізика. Навчальний процес зводиться до запам'ятовування визначень, заучування законів та сухої теорії;

. складні теми подаються суто в рамках навчальної програми, тільки та кількість годин, яку нею було відведено. Цікаві прикладиі парадокси залишаються осторонь.

Саме «відірваність» навчального процесу та поверховість вивчення дисципліни від реальних прикладівпризводить до утруднення вивчення фізики в школі та збереження знань.

Так як вивчати фізику ефективно?

Вивчати фізику може знадобитися у багатьох випадках: вступ до спеціалізованого вишу, складання іспиту, написання контрольної роботи, або просто для себе. З чого почати вивчення фізики - це головне питання, і відповідь на нього: оформити для себе план навчання. Це ефективно у всіх випадках.

У цей план входить не тільки графік занять, а й принцип їх засвоєння:

. при розгляді нової теминеобхідно виписати всі визначення, величини, формули, одиниці виміру;

. розбираючи фізичний закон та її математичне вираз, з'ясувати, які величини у ньому взаємопов'язані;

. тренуючись у вирішенні нових завдань, для повторення вирішити кілька минулих тем. Пробувати вигадувати завдання самостійно;

. не працювати на швидкість - все робити поступово. Об'єм матеріалу необхідно дозувати;

. вирішувати завдання, не вдаватися до проміжних чисел. Кінцева формула повинна містити лише величини, які наведені в умові.

Як зрозуміти фізику та її формули?

Спочатку фізика була невіддільною від природи. Перші спостереження велися завдяки тим предметам та явищам, які щодня оточували людину. Основні закони фізики формувалися виходячи з досвіду, який поступово накопичувався, рухаючись від контуру до центру. Лише згодом досвід оформлявся спочатку у розрізнені закони, та був — у теорію.

Зрозуміла фізика становила основу більш складних гіпотетичних побудов, які призвели до сучасному розуміннюсвіту.

Щоб зрозуміти фізику як науку та формули, що описують взаємозв'язки явищ, необхідно просто вийти на вулицю або поглянути у вікно. Усі теоретичні викладки, почуті на лекції, перебувають у кожному миттєвому кроці.

Падіння каменю - це перетворення потенційної енергії на кінетичну, подолання відстані до землі. Натяг віконної фіранки - результат переміщення повітряних мас під впливом різного тиску в різних точках. Газовий вихлоп автомобіля – дія тиску. А ось якщо вставити пальці в розетку це електричний струм.

Цей предмет є не просто надрукованим параграфом у підручнику або абстрактним завданням. Все ж таки отримані знання необхідно проектувати на навколишній світ, і дізнаватися пропорційно наявним.

Як вирішувати задачі з фізики?

Розв'язання задач з фізики є певним алгоритмом:

. уважно прочитати умову завдання, з'ясувати, які розділи фізики у ньому задіяні;

. грамотно скласти умову, привести всі одиниці виміру величин у систему СІ: кілометри – у метри, грами – у кілограми;

. мати під рукою список відомих формул. Вибрати з них ті, які можуть стати в нагоді;

. користуватися таблицями констант (швидкість світла, щільність речовин, постійна газу, довжина хвилі, об'єм 1 молячи ідеального газу);

. згадати закони, що описують взаємодії запропонованих величин (вони може бути як із початкових розділів, і з квантової фізики);

. використовуючи формули, скомбінувати їх знаходження кінцевого числа відповіді;

. зробити розрахунки і вивести одиницю виміру необхідної величини.

Якщо виникають труднощі, дієвим способомбуде представити умову в реального життя. Звичайна життєва логіка підкаже, яка відповідь виявиться абсолютною і правильною, а які варіанти варто відкинути.

Як запам'ятати формули з фізики?

На іспитах та контрольні роботиСписок необхідних формул не дозволяється користуватися. Тому корисним буде використати мнемонічні правила для запам'ятовування співвідношень та законів – ось як швидко вивчити фізику.

Формули запам'ятовуються, якщо зв'язати звукову асоціацію або звукоряд:

Закон Архімеду для рідини: F = pgV : РОЖА - Во!

Закон Ампера F = Bilsina : Ампер із силою бив синус альфа

Потенціальна енергія: E = mgh : МиЖ - Шшш!

Рух зарядженої частинки в однорідному електричному полі: p = qBR , імпульс частки ( p ) - імпульс кобри ( q, B, R).

Рівняння ідеального газу: pV = (m / M) RT . Поворот від Мадрида до Москви: pV - пово-, RT - рот, m/M - від Мадрида до Москви ( R - Константа, універсальний коефіцієнт).

Перший закон Ньютона:не пнеш - не полетить;

Другий закон Ньютона (для прискорення):як пнеш - так і полетить;

Третій закон Ньютона: як пнеш - так і отримаєш.

Фізичні закони набагато легше запам'ятовуються у формі віршів:

Закон Ома для ділянки ланцюга:

Хто не знає закон Ома?

З ним, звісно, всі знайомі.

Швидко схему повтори.

U дорівнює RI.

Визначення поняття «важіль»:

Якщо будь-яке тверде тілонавколо нерухомої опори обертається,

То знай — воно називається важелем.

До підготовки до ЗНО з фізики необхідно підійти з усією серйозністю:

1. Розробити план навчання, і чітко слідувати йому.

2. Займатися регулярно, біля трьох разівна тиждень по півтори-дві години, без напруги.

3. Знайти список тем, які рекомендуються для підготовки до ЗНО.

4. Усі формули та закони, одиниці виміру (напр., 1 кілометр = 1000 метрів) виписувати в окремий зошит.

5. Вирішувати завдання на кожну з тем і різних рівнівскладності, а також завдання на поєднання різних розділів науки (наприклад, енергії та руху, теплоти та електричного поля, термодинаміки, теорії відносності)

6. За кілька місяців до ЗНО проходитиме приклади попередніх років, вирішуючи їх за один раз.

7. Якщо виникнуть питання – звернутися за допомогою чи консультацією до професійного викладача.

Хорошими теоретичними та практичними посібникамиз фізики є:

. Яворський Б. М., Детлаф А. А. Фізика для школярів старших класів та вступників до ВНЗ. М. Дрофа. 2003.

. Савченко Н. Є. Завдання з фізики з аналізом їх вирішення.М: Просвітництво, 2000.

Коршак Є. Ст, О.І. Ляшенко О. І. Фізика. К.: Перун, 2011.