Классы
Предметы

Что изучает физика?

Великий английский физик-экспериментатор Эрнст Резерфорд как-то пошутил: «Есть только две науки – физика и коллекционирование марок». В ходе этого урока вы узнаете, почему именно физику Резерфорд выделил среди всех других наук, что она изучает, познакомитесь с первыми физическими понятиями: вещество, тело, явление.

Введение

Добрый день! Взгляните на эту картину (см. рис. 1).

Рис. 1. «Золотая осень»

Художник восхитился пейзажем, прочувствовал разнообразие оттенков и передал его на холсте. Он передал впечатление и рад этому. Физик изучает природу вне впечатлений. Он задает вопрос: почему на картину падает белый свет, а получается такое разнообразие цветов? Оказывается, белый свет содержит в себе все цвета, и краска выглядит желтой, потому что из этой «смеси» она отражает только свет желтого оттенка (см. рис. 2).

Рис. 2. Отражение только желтого цвета

Законы природы не зависят от нашей мысли о них. Какое имя ни выкрикнем в горах, эхо услышим в любом случае. Как бы нам ни хотелось, ложка в горячем чае нагревается. Что бы мы ни думали о земном притяжении, а капли с крыши падают вниз (см. рис. 3).

Рис. 3. Примеры, которые подчиняются законам природы

Физика и химия

Разнообразие природных явлений огромно, и одна наука охватить их не может. Есть процессы, связанные с превращением веществ друг в друга. Такие процессы изучает химия. Химики изучают, из чего состоит мир и как происходит превращение веществ. Например, бумага горит и превращается в пепел. Железо ржавеет – получается другое вещество, уже не железо. Это примеры химических процессов. Физика не рассматривает превращение вещества. Например, замерзание воды: вода остается водой, только переходит в твердое состояние. Мы рассматриваем, как летит брошенный куда-то вперед камень (см. рис. 4), через сколько секунд он приземлится и как далеко, и нам вообще все равно, камень это, железка или кусочек льда.

 

Рис. 4. Пример брошенного камня

 

Взгляд на одну реку разными глазами

Представьте себе реку. Литератор обращает внимание на красоту отражения деревьев в прозрачной воде, на спокойное ровное течение (см. рис. 5).

Рис. 5. Река глазами литератора

Благодаря знанию языка каждый сможет грамотно оформить эту мысль. Географов интересует название этой реки, где она берет истоки и куда впадает, какие города находятся на ее берегах (см. рис. 6).

Рис. 6. Река глазами географа

Биологи знают, какие виды рыб живут в реке, какие водоросли здесь имеются, как они вместе уживаются (см. рис. 7).

Рис. 7. Река глазами биолога

Химик расскажет состав воды, подберет химикаты для ее обеззараживания, найдет способ ее очищения (см. рис. 8).

Рис. 8. Река глазами химика

Физики рассмотрят скорость течения реки, вычислят количество воды, которая здесь протекает ежеминутно, ответят на вопрос, почему мы видим отражение деревьев, которых в воде нет (см. рис. 9).

Рис. 9. Река глазами физика

Заметьте, какие разные взгляды на одну и ту же реку. Нельзя сказать, чем она является: красивым объектом природы или потоком воды с растворенной в ней смесью веществ солей. Эти разные стороны рассмотрения – наше удобство для достижения разных целей.

 

Задача физики – выявить закономерности в различных процессах и предсказать их ход в разных условиях.

Физика изучает множество разнообразных явлений, и, чтобы в них не запутаться, их можно условно разделить на несколько разделов.

Раздел «Механика»

На механике мы будем изучать движение и взаимодействие тел. Мы узнаем, почему тяжелый железный корабль плавает, хотя обычный кусок железа тонет. Дело в том, что корабль не сплошной, в нем есть пустота, и из-за этого он легче, чем вода такого же объема (см. рис. 10).

Рис. 10. «Потому и не тонет»

Почему Луна не падает на Землю? На самом деле она все время падает, только при этом еще и движется в сторону (см. рис. 11).

Рис. 11. «Падение» Луны

А так как Земля круглая, то поверхность Земли как бы уходит из-под Луны, и она никак не упадет.

Как ударить по мячу, чтобы он попал в ворота? Важно не только то, как сильно ударить по мячу, но и куда направить удар (см. рис. 12).

Рис. 12. Направление удара мяча

В этих и многих других вопросах мы разберемся.

Раздел «Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика»

Следующий раздел – молекулярно-кинетическая теория и термодинамика. В этом разделе мы рассмотрим теорию, что вещества состоят из молекул, и это даст нам ответы на многие вопросы. Например, газ давит на стенки сосуда из-за того, что о них ударяется огромное количество хаотически движущихся молекул газа (см. рис. 13).

Рис. 13. Давление газа на стенки сосуда

Мы узнаем, как работает двигатель внутреннего сгорания (см. рис. 14).

Рис. 14. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Как можно заставить едва теплую воду закипеть? Оказывается, при пониженном давлении вода закипает при температурах ниже ста градусов, поэтому в горах у альпинистов возникают проблемы с приготовлением еды (см. рис. 15).

Рис. 15. Кипение воды при пониженном давлении

Раздел «Электричество и магнетизм»

В разделе «Электричество и магнетизм» мы изучим, как работает электродвигатель (см. рис. 16).

Рис. 16. Электродвигатель

Для нас не будет загадкой, откуда берется электроэнергия, как она попадает в наши дома и как превращается в свет лампочек и мониторов, в тепло электрообогревателей, в движение барабана стиральной машины (см. рис. 17).

Рис. 17. Электроэнергия

Раздел «Оптика»

В разделе, посвященном оптике, мы изучим, почему мы видим лунную дорожку на поверхности реки – это из-за того, что лунный свет отражается от поверхности воды (см. рис. 18). И когда на воде рябь, везде на дорожке найдется участок, который отразит свет нам в глаза.

Рис. 18. Отражение света от поверхности воды

Как очки корректируют зрение, почему ложка в стакане с водой кажется изломленной? Дело в том, что при переходе из одной среды в другую, например из воздуха в воду или в стекло очков, луч света меняет направление – преломляется (см. рис. 19).

Рис. 19. Преломление света

Почему мыльный пузырь переливается разными цветами (см. рис. 20) и почему мы не видим тени от пылинок, летающих в воздухе – на эти вопросы мы тоже найдем ответы.

Рис. 20. Мыльный пузырь

Раздел «Атомная и ядерная физика»

Изучая атомную и ядерную физику, мы узнаем, как работает атомная электростанция (см. рис. 21), что такое радиация (см. рис. 22) и чем она опасна.

Рис. 21. АЭС

Рис. 22. Обозначение радиации

То, что мы называем одним словом – радиация, – на самом деле бывает разных видов. У них отличается и воздействие на организм, и способы защиты (см. рис. 23).

Рис. 23. Виды радиации

Физика и другие науки

Важно разделить физику и технологию. Физика изучает общие принципы, как вообще все работает. Технология учит, как сделать конкретное устройство, конечно, используя знания физики. Например, физика изучает, как передается теплота от одного тела к другому, при каких условиях ее можно забрать у холодного тела и передать теплому. А как именно сделать холодильник, какой винт использовать для крепления дверцы и какого размера сделать радиатор – это задача технологии.

Деление физики на разделы условно, как и деление процессов на физические и химические. Например, горение газа в плите – это химический процесс, газ реагирует с кислородом, при этом получается  и вода (см. рис. 24).

Рис. 24. Пример химического процесса

Еще при этом выделяется энергия, с помощью которой на плите можно вскипятить воду для чая, а это уже изучают физики (см. рис. 25).

Рис. 25. Выделение энергии для нагрева чайника

Можно решить задачу, сколько граммов газа израсходуется на трехлитровый чайник воды. Только вдаваться в подробности, какие образовываются вещества, физики уже не будут. Один и тот же процесс изучается с разных сторон, поэтому границы между науками размыты.

Это можно сравнить с определением горы. Увидев острые пики, мы уверенно скажем: это гора (см. рис. 26).

Рис. 26. Изображение горы

А вот где именно она начинается и где заканчивается равнина – сказать сложно, в природе граница нигде не очерчена. Как назовем, так и будет, земная поверхность от этого не изменится.

Физическое тело

Когда мы рассматриваем некоторый физический процесс, мы отбрасываем все, что не важно. Например, яблоко, которое падает с ветки. Это сладкое яблоко, желтое с красным боком и листочком на черенке, но для нас, рассматривающих его падение, это просто круглый твердый объект определенной массы. Такая модель называется физическое тело (см. рис. 27).

Рис. 27. Физическое тело

В физике изучаются физические тела и физические явления, а они с нужной нам точностью соответствуют реальным объектам и процессам.

Многие закономерности, выявленные физиками, вы давно знаете: вода при испарении остывает, поэтому так холодно, если ты только что вылез из воды и не вытерся (см. рис. 28).

Рис. 28. Вода при испарении остывает

Дверь тяжело открыть, если толкать недалеко от петель. Волосы от пластмассовой расчески электризуются и разлетаются (см. рис. 29).

Рис. 29. Электризация волос

Изучая физику, вы взглянете на эти и многие другие явления другими глазами, понимая причины и точнее зная закономерности происходящего.

На этом наш урок окончен. Спасибо за внимание!

 

Список литературы

  1. Барьяхтар В.Г., Довгий С.А., Божинова Ф.Я. Физика – учебник для 7 кл. общеобразоват. учеб. заведений. – Харьков: «Ранок», 2015. – 256 с.
  2. Перышкин А.В. Физика 7 кл. учебник для общеобразоват. учреждений. – 10-е изд., доп. – М.: Дрофа, 2006. – 192 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет портал «Просто о сложном.ру» (Источник)
  2. Интернет портал «Физика вокруг нас» (Источник)
  3. Интернет портал «Questions-physics.ru» (Источник)
  4. Интернет портал «Lessons Magic» (Источник)

 

Домашнее задание

  1. Почему корабль не тонет в воде?
  2. Верно ли утверждение: «Температура кипения воды при любых условиях равна »?
  3. Почему мы видим лунную дорожку на поверхности воды?
  4. Как будет выглядеть ложка, опущенная в стакан с водой, если смотреть на стакан сбоку? Обоснуйте ответ.