В механике люди перешли от исследования полета тела, брошенного под углом к горизонту (см. рис. 14), к созданию артиллерийских орудий.

Тело, брошенное под углом к горизонту

Рис. 14. Тело, брошенное под углом к горизонту

Еще пример. Люди перешли от прыгающей крышки кипящего чайника к паровой машине: в обоих случаях пар заставляет что-то двигаться, и в случае с машиной мы извлекли из этого пользу (см. рис. 15).

Тепловоз

Рис. 15. Тепловоз

Перешли от исследования нагревания тел к борьбе с глобальным потеплением (см. рис. 16).

Работающие заводы

Рис. 16. Работающие заводы

В геометрической оптике исследуем, как свет меняет направление на границе двух сред (см. рис. 17), чтобы затем направить его так, как нам нужно: на матрицу фотоаппарата, в близорукий или дальнозоркий глаз.

Изменение направления света на разделе двух сред

Рис. 17. Изменение направления света на разделе двух сред

Согласно легенде, Архимед сумел направить солнечные лучи на вражеские корабли так, что они загорелись.

Исследуя звук, заметили, что он имеет конечную скорость распространения в воздухе – около 340 м/с. Зная это, можно определить расстояние до грозового разряда (см. рис. 18).

Исследование расстояние до грозы

Рис. 18. Исследование расстояние до грозы

Если мы услышали гром через 3 секунды после вспышки молнии, разряд произошел на расстоянии . По такому же принципу работает аппарат УЗИ: посылается ультразвуковой сигнал и засекается время, через которое он отразится от внутреннего органа и вернется к датчику.

В физике наблюдали за почернением фотопленки под действием рентгеновских лучей (см. рис. 19).

Влияние рентгеновских лучей

Рис. 19. Влияние рентгеновских лучей

Причем эти лучи хорошо проходят через мягкие ткани организма и плохо проходят через костную ткань – по этому принципу вам делают рентгеновские снимки.

Схема «наблюдение – гипотеза – модель – опыт» не единственно возможная. Например, в астрономии наблюдение – основной метод исследований. Мы же не можем расставить звезды, как нам нужно, и посмотреть, что будет. В таком виде опыт невозможен.

Обратите внимание, как получилось с открытием законов Кеплера, по которым движутся планеты. Астроном Тихо Браге проводил систематические наблюдения за движением планет, собрав большой массив данных об этом движении. Иоганн Кеплер на основании собранных данных вывел закон движения планет. И для проверки закона Кеплер мог воспользоваться снова результатами наблюдений Браге.

Еще один пример – исследования в области экологии Земли. Важный вопрос: выживет ли человечество при таком воздействии на окружающий мир? Прямо проверить это нельзя, но можно изучать модели: изолированные сообщества, островитян, сравнивать их цивилизации.

Новая гипотеза может возникнуть при проведении опыта. Когда стали создавать и испытывать всё более мощные пушки, заметили, что снаряд летит намного дальше, чем предсказывали расчеты. Это происходит из-за того, что снаряды покидают плотные слои атмосферы и там летят почти без сопротивления воздуха. Эксперимент вышел за пределы модели, в которой воздух считали однородным, потребовалась новая модель и новые эксперименты.

Почему чайник закипает за разное время?

Попробуйте исследовать такое явление: нагревание воды в электрочайнике. Мы каждый день наблюдаем, как закипает чайник, и замечаем, что чем больше в нем воды, тем дольше она закипает, тем больше требуется энергии.

Выдвинем гипотезу, что количество энергии пропорционально количеству воды в чайнике. Нужно провести опыт: попробовать вскипятить сначала два стакана воды, а затем четыре, и сравнить время (см. рис. 20).

Проведение опыта

Рис. 20. Проведение опыта

Создаем модель: мы не можем измерить энергию, выделяемую чайником, но можем измерить время работы чайника. Будем считать, что энергия выделяется равномерно, и, если времени пройдет в 2 раза больше, значит, энергии выделилось в 2 раза больше. Считаем, что энергия расходуется только на нагревание воды. Мы исследуем, как требуемая энергия зависит только от количества воды. Понятно, что теплая вода закипит быстрее, чем холодная, значит, нужно взять воду одинаковой температуры. Теперь остается провести опыт. Вы можете провести его самостоятельно. Если с четырьмя стаканами воды чайник будет закипать в 2 раза дольше, чем с двумя, наша гипотеза подтвердится.

Действительно, количество теплоты, необходимое для нагревания, равно . Оно пропорционально массе вещества , это мы проверили, изменению температуры , которое в нашем опыте было одинаковым (от комнатной температуры до кипения), а коэффициент характеризует свойства вещества. У нас в опыте была вода с одним и тем же .

Если с четырьмя стаканами воды чайник будет закипать слишком долго, какие выводы можно сделать? Или гипотеза окажется неверной, или, скорее всего, были существенные потери энергии на нагревание воздуха вокруг чайника, которыми мы несправедливо пренебрегли. Попробуйте провести опыт в теплой закрытой комнате и на холодном ветру и проследите, как изменится время закипания.

Рассмотренные методы – это и есть наши инструменты для исследования физических явлений.

Список литературы

А.В. Перышкин Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, 2-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2013. – 221 с.
Ф.Я. Божинова, Н.М. Кирюхин, Е.А. Кирюхина. Физика 7 кл.: Учебник. – Х.: Издательство «Ранок», 2007, 192 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Scienceland.info (Источник).
Thedifference.ru (Источник).
Лена24.рф (Источник).

Домашнее задание

Что такое гипотеза?
Чем отличается проведение опыта от наблюдения?
Задача: рост папы – 180 см, рост сына – 90 см. Определите тень, которую отбрасывает сын на асфальт, если папа, стоя рядом с сыном, отбрасывает тень длиной 90 см.