Научные методы познания окружающего мира. Роль эксперимента и теории в процессе познания. Научные гипотезы. Физические законы. Физические теории.

Физика-наука о неживой природе. Любое природное явление в окружающем нас мире имеет множество характеристик и признаков. Желание систематизировать их, понять причины различных проявлений, предсказать их стимулировали научное познание.

Начало научному познанию в физике как науке положил итальянский ученый Галилео Галилей, поставивший первые физические эксперименты и предложивший теоретическое объяснение движения тел. Изучая падения тел разной массы, он впервые провел измерения физических величин при падении тел с высоты и получил количественные соотношения между ними.

Объем информации, получаемый с помощью органов чувств, оказывается недостаточным для того, чтобы выявить ту или иную закономерность. Дополнительную информацию можно получить лишь с помощью экспериментальных установок. Суть любого эксперимента – наблюдение явления и получение данных, характеризующих результаты исследований.

Физический закон-это описание соотношений в природе, проявляющихся при определенных условиях в эксперименте. Особенность закона состоит в том, что с его помощью можно описать другие явления, с которыми не были поставлены эксперименты.

Научная гипотеза-предположение о том, что существует связь между известным и вновь объясняемым явлением.

Исаак Ньютон, основоположник фундаментальной физической теории, высказал гипотезу: причина падения тел на Землю-притяжение тел к Земле.

Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие факторы.

Любая созданная теория должна быть подтверждена экспериментом. Расхождение теории с практикой приводит к совершенствованию старой или созданию новой теории, дающей новые законы и более глубокое понимание физической реальности. Особенно ценной в науке считается теория, предсказывающая новые экспериментальные данные, которые не могут быть объяснены в рамках старой теории.

Примером такой теории в физике является теория относительности Альберта Эйнштейна, предсказавшая и количественно описанная изменение массы движущегося тела со скоростью, соизмеримой со скоростью света, явление, которое нельзя было объяснить в рамках теории классической физики. Особенность фундаментальной теорий – их преемственность.

Теория может иметь границы применимости. Например, классическая механика справедлива для описания движения тел, скорость которых много меньше скорости света, но с помощью законов Ньютона нельзя описать процессы в микромире.

Ни одна научная теория не может быть признана окончательной и верной навсегда. Всегда существует вероятность, что новые наблюдения потребуют поправок к теории.

Билет№2

Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частей в пространстве. Например, в природе – это вращение Земли вокруг собственной оси, движение Земли и других планет вокруг Солнца.

Механическое движение характеризуется тремя физическими величинами: перемещением, скоростью и ускорением.

Виды движения:

Прямолинейное движение –это движение, траекторией которого в выбранной системе отсчета-некоторая прямая линия.

Криволинейное движение – это движение, траектория которого в выбранной системе отсчета – некоторая кривая линия.

Вид траектории зависит от того, по отношению к какой системе отсчета рассматривается движение.

Поступательное движение – это движение твердого тела, при котором, при котором, соединяющая две любые точки тела, перемещается, оставаясь параллельной своему начальному положению.

Вращательное движение вокруг неподвижной оси – это такое движение твердого тела, при котором все ее точки описывают окружность, центра которых лежат на одной неподвижной прямой – оси вращения; перпендикулярной плоскостям этих окружностей.

Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.

Система отсчета – совокупность тела отсчета, связанных с ним системой координат и часов.

Траектория – непрерывная линия, которую описывает точка при своем движении.

Перемещение Δr- вектор, соединяющий положения движущейся точки в начале и конце некоторого промежутка времени: r=r₀+Δr

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется перемещением (s). Перемещение — величина векторная. Единица перемещения — метр.

Путь в отличие от перемещения является скалярной функцией времени.

Прямолинейное равномерное движение – это движение, при котором тело перемещается с постоянной по модулю скоростью

 

Равномерное движение- движение, при котором тело перемещается с постоянной по модулю и направлению скоростью.

Скорость — векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Промежуток времени считается достаточно малым, если скорость при неравномерном движении в течение этого промежутка не менялась. Определяющая формула скорости имеет вид v = s/t. Единица скорости — м/с. На практике используют единицу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с). Измеряют скорость спидометром

 

Билет№3

Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле:

a= (v-v₀)/t

Вектор ускорения направлен так же, как вектор изменения скорости.

Прямолинейное равноускоренное движение – это движение, при котором ускорение постоянно по модулю и направлению, и векторы скорости и ускорения являются равноправленными:

a=const; V↑↑a; a>0.

Единица измерения - м/с²

Прямолинейное равнозамедленное движение – это движение при котором ускорение постоянно по модулю и направлению и векторы скорости и ускорения противоположны направлены: a=const; V↑↓ a=>{a} <0

 

Билет№4

Свободным телом – называют тело, на которое не действует другие тела (или поля).

Первый закон Ньютона.

Любая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешние воздействия со стороны других тел не изменят этого состояния.

В инерциальных системах отсчета свободное тело движется прямолинейного и равномерно.

Для описания механического движения на Земле инерциальную систему отсчета связывают с Землей геоцентрической системой отсчета.

Пример: При резком торможении автобуса находящиеся в нем пассажиры наклоняются вперед, продолжая движение по инерции.

Сила(F)- это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел и полей.

Сила, как и любая векторная величина, считается заданной, если известные ее модуль, направление в пространстве и точка преломления. Прямая, вдоль которой направлена сила, называют линией действия силы.

Известно четыре типа фундаментальных взаимодействий: гравитационные, электромагнитное, сильное, слабое.

Принцип независимости действия сил: если на материальную точку (тело) одновременно действуют несколько сил.

Система нескольких сил, одновременно действующих на материальную точку, можно заменить равнодействующей силой, равной их геометрической сумме: F=F1+F2

Масса(m)- мера инертности. В следствии инертности тела сохраняют свою скорость в отсутствие взаимодействия с другими телами.

Инертность- свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, когда действующие на него силы отсутствуют или взаимно уравновешены.

Масса- это физическая величина, являющаяся мерой инертности тела при поступательном движении. Масса замкнутой системы тел остается неизменной при любых процессах, происходящих в системе.

Центр масс -это точка, в которой может считаться сосредоточенной масса тела при его поступательном движении.

Второй Закон Ньютона: F1/F2=a1/a2.

Ускорение тела в инерциальной системе отсчета пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе тела: a=F/m.

Третий Закон Ньютона:

Силы взаимодействия двух тел в инерциальной системе отсчета равны модулю, противоположны по направлению и действует вдоль прямой, соединяющей эти тела.

 

Билет№5

Импульс тела.

Импульс материальной точки. Механическое состояние материальной точки в данной системе отсчета определяется координатами: x,y,z.(или радиусом – вектором r) и ее скоростью V. Если одна из величин изменяется, то материальная точка переходит в другое механическое состояние.

Импульс материальной точки р- векторная величина, равна произведение массы точки на скорость ее движения.

p=mv

Единица импульса- килограмм – метр в секунду(кг*м/с)

Импульс тела. Любое тело можно представить как систему материальных точек.

Импульс р тела, состоящий из n материальных точек, равен векторной сумме импульсов всех точек системы: p=p1+p2+…pn

Импульс тела р – векторная величина, равная произведению массы тела на скорость поступательного движения: p=mv.

Произведение силы F на время ее действия Δt, т.е. FΔt, называют импульсом тела.

Единица импульса силы- ньютон*секунда (Н*сек).Импульс силы, действующей на тело, равен изменению импульса тела: F=Δp/Δt

Закон сохранения импульса: в инерциальной системе отсчета суммарный импульс замкнутой системы тел с течением времени не изменяется.

Реактивное движение- движение, возникающее при отделении от тела некоторой его части с определенной скоростью относительно тела. Примером реактивного движения является движение ракеты.

Билет№6

Закон всемирного тяготения: любые две материальные точки притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ним: F=G*m1m2/r²

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной, которая была определена в 1728году.

Сила тяжести.

Сила тяжести Fтяж- сила, действующая на тело вследствие его притяжения к Земле, равная по модулю силе реакции N, но направленная противоположной ей.

Сила тяжести равна произведению массы тела на ускорение свободного падения и приложена к телу. F=mg

Вес тела.

Вес тела (P)-система, с которой тело вследствие притяжения к вращающейся Земле действует на опору или подвес, удерживающие его от свободного падения.

По третьему закону Ньютона с такой же по значению силой тело давит на пол лифта т.е. вес мальчика в системе отсчета равен “лифт” равен P2=(g+a) т.е. больше силы тяжести. В этом случае он находится в состоянии перезагрузки.

Невесомость.

Невесомость – это состояние, при котором тело движется под действием только силы тяжести.

В состоянии невесомости находятся все предметы: в космическом корабле, в спутнике.

 

Билет№7

Сила трения- это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и препятствующая их относительному перемещению в плоскости касания.

Возникающая при этом сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости движения соприкасающихся тел, и зависит от силы нормального давления N.

Сила трения равна коэффициенту трения, умноженному на силу реакции опоры.

Сила нормального давления N перпендикулярна поверхности, по которой движется тело. Трение скольжения характеризуется коэффициентом трения скольжения: µ=Fтрения/N.

Сила упругости.

Деформация тела происходит под действием внешних и сопровождается изменением размеров и формы твердого тела.

Деформация, которые полностью исчезают при деформирующих факторов называют упругими. Деформации, которые не исчезают при снятие деформирующих факторов, являются пластическими.

Упругость или пластичность тел в основном определяется материалом, из которого они изготовлены. Например: сталь и резина упруги, а медь и воск пластичны.

Силы, возникающие при деформации т стремящиеся восстановить первоначальные размеры и форму тела, называют силами упругости.

Закон Гука: модуль силы упругости, возникающей при упругой деформации растяжения или сжатия, пропорционален его удлинению: Fупр.=-kΔl

Коэффициент пропорциональности k называют коэффициентом упругости или жесткостью.