Головна Рукоділля

З курсу фізики вам відоме явище. Теплові явища

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 Вибух залишив 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 значень протягом досить довгого 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, каже, що лінія, що з'єднує планету із сонцем, утворює рівні площічерез 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 законутяжіння 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 вчених, які коли-небудь живуть на Землі, давайте поговоримо про інші знамениті закони Ньютона. 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 поставляти тепло, проте без ідеально замкнутої системи деяка кількість тепла неминуче йтиме у 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 світі досягти абсолютного нуля неможливо – лише 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 наше 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, та допомогло закласти основу для квантової фізикищо призвело до абсолютно 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 рівнемточності дві властивості частки. Ви можете знати стан електрона з високим ступенем точності, але не 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.

Цікавитися 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 віці школа 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 йдепро

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. Водночас у незамкненій системі енергія 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 тлумачення процесів, які у 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 у тому, що за аналогічних умов механічні процеси у будь-яких інерційних системах відліку проходять цілком 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 правило цієї 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 принципи природи та закономірності впливу електричного струму, а також 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 сума алгебри всіх електричних зарядів, що виникають в будь-який 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 сила постійного електричного струму, що діє на певній ділянці ланцюга, тим більша напруга на її кінцях.

Називають принцип, який дозволяє визначити напрямок у провіднику струму, що рухається в умовах впливу магнітного поля певним чином. Для цього необхідно розташувати кисть правої руки так, щоб лінії магнітної індукції образно торкалися 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, який 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 індукції є 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 відбиває 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 однаково і 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 відноситься до галузі 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 школи та 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 у 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 шкільній програмі, Що 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!

«Питання з фізики» - Як називається прилад, що перетворює звукові коливання на електричні? Запитання №12. Запитання №10. Р.Майєр, який відкрив закон збереження енергії, мав професію лікаря. Запитання №1. Основні праці у сфері фізики твердого тіла та загальної фізики. Запитання №3. Запитання №7. Запитання №4. Запитання №2. Закон електролізу названо на честь англійського фізика Майкла Фарадея.

"Вивчення фізики" - То навіщо ж потрібна вам фізика? Будова речовини. Фізика - одна з численних наук про природу. Що вивчає фізика? Оптика. Термодинаміка та молекулярна фізика. Електродинаміка. Механіка! Фізичні явища: З електромагнітними явищами ви також зустрічаєтеся на кожному кроці. Вступний урок з фізики 7 клас.

"Наука фізика" - Астрономія. Фізичні явища – зміни у природі. Зв'язки фізики настільки різноманітні, що часом люди їх не бачать. Філософія. Фізичні явища. Фізика - одна з наук про природу. Поле. Механічні явища. Фізика як наука. Загальнофізичні поняття. Звукові явища. Молекули води. Механічні явища – це рухи літаків, автомобілів, маятників.

«Світло фізика» – Орбіта Землі. Етапи розвитку поглядів на природу світла. «Скільки у світла швидкостей?». Розвиток поглядів на природу світла. Що таке світло? Орбіта супутника Іо. Двоїстість властивостей світла називається корпускулярно - хвильовим дуалізмом. Метод Майкельсона: Час руху світла t = 2? / C, тому дає з = 3,14 108 м / с.

«ЄДІ з фізики 2010» - Зміни у КІМ 2010 р. порівняно з КІМ 2009 р. План екзаменаційної роботи. Розподіл завдань екзаменаційної роботи за рівнем складності. Розподіл завдань за рівнем складності. Система оцінювання результатів виконання окремих завдань та роботи загалом. Внесено зміни: у форму подання завдання В1, оновлено критерії оцінювання завдань з розгорнутою відповіддю.

«Що вивчає фізика» – Механічні явища природи. Атомні явища природи. Хмари. Знайомство учнів із новим предметом шкільного курсу. Лекція вчителя «З історії фізики». Ранкова роса. Магнітні явища природи. Сонячне затемнення. Явища природи. Оптичні явища природи. Що вивчає фізика? Аристотель ввів поняття «фізика» (від грецького слова «фюзис» – природа).

Щодня ми проводимо на кухні 1-2 години. Хтось менший, хтось більший. При цьому ми рідко замислюємося про фізичні явища, коли готуємо сніданок, обід чи вечерю. Адже більшої їхньої концентрації в побутових умовах, ніж на кухні, у квартирі і бути не може.

Тім Скоренко

1. Дифузія. З цим явищем на кухні ми стикаємось постійно. Його назва утворена від латинського diffusio - взаємодія, розсіювання, поширення. Це процес взаємного проникнення молекул або атомів двох речовин, що межують. Швидкість дифузії пропорційна площі поперечного перерізу тіла (об'єму), і різниці концентрацій, температур речовин, що змішуються. Якщо є різниця температури, то вона задає напрямок поширення (градієнт) - від гарячого до холодного. У результаті відбувається мимовільне вирівнювання концентрацій молекул чи атомів.

Це явище на кухні можна спостерігати під час поширення запахів. Завдяки дифузії газів сидячи в іншій кімнаті, можна зрозуміти, що готується. Як відомо, природний газ не має запаху, і до нього додають добавку, щоб легше було виявити витік побутового газу. Різкий неприємний запах додає одоранту, наприклад, етилмеркаптан. Якщо з першого разу конфорка не спалахнула, то ми можемо відчувати специфічний запах, який з дитинства ми знаємо, як запах побутового газу.

А якщо кинути в окріп крупинки чаю або заварний пакетик і не розмішувати, можна побачити, як поширюється чайний настій в обсязі. чистої води. Це дифузія рідин. Прикладом дифузії у твердому тілі може бути засолювання помідорів, огірків, грибів або капусти. Кристали солі у воді розпадаються на іони Na і Cl, які хаотично рухаючись, проникають між молекулами речовин у складі овочів або грибів.

2. Зміна агрегатного стану.Мало хто з нас помічав, що в склянці з водою через кілька днів випаровується така ж частина води при кімнатній температурі, як і при кип'ятінні протягом 1-2 хвилин. А заморожуючи продукти чи воду для кубиків льоду у холодильнику, ми не замислюємося, як це відбувається. Тим часом, ці звичайні і часті кухонні явища легко пояснюються. Рідина має проміжний стан між твердими речовинами і газами. При температурах, відмінних від кипіння або замерзання, сили тяжіння між молекулами в рідині не такі сильні або слабкі, як у твердих речовинах і газах. Тому, наприклад, лише отримуючи енергію (від сонячних променів, молекул повітря кімнатної температури) молекули рідини з відкритої поверхні поступово переходять у газову фазу, створюючи над поверхнею рідини тиск пари. Швидкість випаровування зростає зі збільшенням площі поверхні рідини, підвищенні температури, зменшенні зовнішнього тиску. Якщо температуру підвищувати, то тиск пари цієї рідини досягає зовнішнього тиску. Температуру, за якої це відбувається, називають температурою кипіння. Температура кипіння знижується при зменшенні зовнішнього тиску. Тому у гірській місцевості вода закипає швидше.

І навпаки, молекули води при зниженні температури втрачають кінетичну енергію рівня сил тяжіння між собою. Вони вже не рухаються хаотично, що дозволяє утворитися кристалічні гратияк у твердих тіл. Температура 0 °C, за якої це відбувається, називається температурою замерзання води. При заморожуванні вода розширюється. Багато хто міг познайомитися з таким явищем, коли поміщали пластикову пляшку з напоєм у морозилку для швидкого охолодження та забували про це, а потім пляшку розпирало. При охолодженні до температури 4 °C спочатку спостерігається збільшення густини води, при якій досягається її максимальна густина і мінімальний об'єм. Потім при температурі від 4 до 0 °C відбувається перебудова зв'язків у молекулі води, і її структура стає менш щільною. За температури 0 °C рідка фаза води змінюється на тверду. Після повного замерзання води та перетворення на лід її обсяг зростає на 8,4%, що і призводить до розпирання. пластикова пляшка. Вміст рідини у багатьох продуктах мало, тому вони при заморожуванні негаразд помітно збільшуються обсягом.

3. Абсорбція та адсорбція.Ці два майже нероздільні явища, що отримали назву від латинського sorbeo (поглинати), спостерігаються, наприклад, при нагріванні води в чайнику або каструлі. Газ, що не діє хімічно на рідину, може поглинатися нею при зіткненні з нею. Таке явище називається абсорбцією. При поглинанні газів твердими дрібнозернистими або пористими тілами більша їх частина щільно накопичується і утримується на поверхні пор або зерен і не розподіляється по всьому об'єму. І тут процес називають адсорбцією. Ці явища можна спостерігати при кип'ятінні води - зі стінок каструлі або чайника при нагріванні відділяються бульбашки. Повітря, що виділяється з води, містить 63% азоту та 36% кисню. А загалом атмосферне повітря містить 78% азоту та 21% кисню.

Поварена сіль у незакритій ємності може стати вологою через свої гігроскопічні властивості — поглинання з повітря водяної пари. А сода виступає як адсорбент, коли її ставлять у холодильник для видалення запаху.

4. Прояв закону Архімеда.Приготувавшись зварити курку, ми наповнюємо каструлю водою приблизно наполовину або на ¾ залежно від розміру курки. Занурюючи тушку в каструлю з водою, ми помічаємо, що вага курки у воді помітно зменшується, а вода піднімається до країв каструлі.

Це явище пояснюється силою, що виштовхує, або законом Архімеда. У цьому випадку на тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила, що дорівнює вазі рідини в обсязі зануреної частини тіла. Ця сила називається силою Архімеда, як і сам закон, що пояснює це явище.

5. Поверхневий натяг.Багато хто пам'ятає досліди з плівками рідин, які показували на уроках фізики у школі. Невелику дротяну рамку з одним рухомим боком опускали в мильну воду, а потім витягували. Сили поверхневого натягу в плівці, що утворилася по периметру, піднімали нижню рухому частину рамки. Щоб зберегти її нерухомою, до неї підвішували вантаж при повторному проведенні досвіду. Це явище можна спостерігати в друшляку - після використання в дірочках дна цього кухонного посуду залишається вода. Таке саме явище можна спостерігати після миття виделок — на внутрішній поверхні між деякими зубами також є смужки води.

Фізика рідин пояснює це явище так: молекули рідини настільки близькі одна до одної, що сили тяжіння між ними створюють поверхневий натяг у площині вільної поверхні. Якщо сила тяжіння молекул води плівки рідини слабша за силу тяжіння до поверхні дуршлагу, то водна плівка розривається. Також сили поверхневого натягу помітні, коли ми сипатимемо в каструлю з водою крупу або горох, боби, або додаватимемо круглі крупинки перцю. Деякі зерна залишаться на поверхні води, тоді як більшість під вагою інших опустяться на дно. Якщо кінчиком пальця або ложкою злегка натиснути на крупинки, що плавають, то вони подолають силу поверхневого натягу води і опустяться на дно.

6. Змочування та розтікання.На кухонній плиті з жировою плівкою розлита рідина може утворити маленькі плями, а на столі - одну калюжку. Вся справа в тому, що молекули рідини в першому випадку сильніше притягуються один до одного, ніж до поверхні плити, де є жирова плівка, що не змочується водою, а на чистому столі тяжіння молекул води до молекул поверхні столу вище, ніж тяжіння молекул води між собою. В результаті калюжка розтікається.

Це також відноситься до фізики рідин і пов'язане з поверхневим натягом. Як відомо, мильна бульбашка або краплі рідини мають кулясту форму через сили поверхневого натягу. У краплі молекули рідини притягуються один до одного сильніше, ніж молекул газу, і прагнуть всередину краплі рідини, зменшуючи площу її поверхні. Але, якщо є тверда поверхня, що змочується, то частина краплі при зіткненні розтягується по ній, тому що молекули твердого тіла притягують молекули рідини, і ця сила перевершує силу тяжіння між молекулами рідини. Ступінь змочування та розтікання по твердій поверхні залежатиме від того, яка сила більша — сила тяжіння молекул рідини та молекул твердого тіла між собою або сила тяжіння молекул усередині рідини.

Це фізичне явище з 1938 широко стали використовувати в промисловості, у виробництві побутових товарів, коли в лабораторії компанії DuPont був синтезований матеріал Teflon (політетрафлуороетилен). Його властивості використовуються не тільки у виготовленні посуду з антипригарним покриттям, але й у виробництві непромокальних, водовідштовхувальних тканин та покриттів для одягу та взуття. Teflon відзначений у «Книзі рекордів Гінеса» як слизька субстанція у світі. Він має дуже низький поверхневий натяг та адгезію (прилипання), не змочується ні водою, ні жирами, ні багатьма органічними розчинниками.

7. Теплопровідність.Одне з найчастіших явищ на кухні, яке ми можемо спостерігати, - це нагрівання чайника або води в каструлі. Теплопровідність – це передача теплоти через рух частинок, коли є різниця (градієнт) температури. Серед видів теплопровідності є конвекція. У разі однакових речовин у рідин теплопровідність менша, ніж у твердих тіл, і більша в порівнянні з газами. Теплопровідність газів і металів зростає з підвищенням температури, а рідин зменшується. З конвекцією ми стикаємося постійно, чи помішуємо ложкою суп або чай, або відкриваємо вікно, або включаємо вентиляцію для провітрювання кухні. Конвекція – від латинського convectiō (перенесення) – вид теплообміну, коли внутрішня енергія газу чи рідини передається струменями та потоками. Розрізняють природну конвекцію та примусову. У першому випадку шари рідини або повітря самі перемішуються при нагріванні або охолодженні. А в другому випадку – відбувається механічне перемішування рідини чи газу – ложкою, вентилятором чи іншим способом.

8. Електромагнітне випромінювання.Мікрохвильову печі іноді називають надвисокочастотною піччю, або НВЧ-піччю. Основний елемент кожної мікрохвильової печі — магнетрон, який перетворює електричну енергію в надвисокочастотне електромагнітне випромінювання частотою до 2,45 гігагерц (ГГц). Випромінювання розігріває їжу, взаємодіючи з її молекулами. У продуктах є дипольні молекули, що містять на своїх протилежних частинах позитивні електричні та негативні заряди. Це молекули жирів, цукру, але найбільше дипольних молекул у воді, що міститься майже у будь-якому продукті. НВЧ-поле, постійно змінюючи свій напрямок, змушує з високою частотою коливатися молекули, які вишиковуються вздовж силових ліній так, що всі позитивні заряджені частини молекул «дивляться», то в один, то в інший бік. Виникає молекулярне тертя, виділяється енергія, що нагріває їжу.

9. Індукція.На кухні все частіше можна зустріти індукційні плити, в основі яких закладено це явище. Англійський фізикМайкл Фарадей відкрив електромагнітну індукцію у 1831 році і з того часу без неї неможливо уявити наше життя. Фарадей виявив виникнення електричного струму в замкнутому контурі через зміну магнітного потоку через цей контур. Відомий шкільний досвід, коли плоский магніт переміщається всередині спіралеподібного контуру із дроту (соленоїда), і в ньому з'являється електричний струм. Є й зворотний процес - змінний електрострум у соленоїді (котушці) створює змінне магнітне поле.

За таким самим принципом працює і сучасна індукційна плита. Під склокерамічною нагрівальною панеллю (нейтральна до електромагнітних коливань) такої плити знаходиться індукційна котушка, по якій тече електрострум із частотою 20-60 кГц, створюючи змінне магнітне поле, що наводить вихрові струми в тонкому шарі (скин-шарі) дна металевого посуду. Через електричний опір посуд нагрівається. Ці струми не більш небезпечні, ніж розпечений посуд на звичайних плитах. Посуд повинен бути сталевим або чавунним, що володіє феромагнітними властивостями (притягувати магніт).

10. Заломлення світла.Кут падіння світла дорівнює куту відбиття, а поширення природного світла чи світла від ламп пояснюється двоїстою, корпускулярно-хвильовою природою: з одного боку - це електромагнітні хвилі, а з іншого - частки-фотони, які рухаються з максимально можливою у Всесвітній швидкістю. На кухні можна спостерігати таке оптичне явище, як спотворення світла. Наприклад, коли на кухонному столі стоїть прозора ваза з квітами, то стебла у воді ніби зміщуються на межі поверхні води щодо свого продовження поза рідиною. Справа в тому, що вода, як лінза, заломлює промені світла, відбиті від стебел у вазі. Подібне спостерігається і прозорій склянці з чаєм, в який опущена ложка. Також можна бачити спотворене та збільшене зображення квасолі або крупи на дні глибокої каструлі із прозорою водою.

Явище дифузії полягає в тому, що відбувається мимовільне проникнення і перемішування частинок двох газів, рідин, що стикаються, і навіть твердих тіл; дифузія зводиться до обміну мас частинок цих тіл, виникає і продовжується, поки існує градієнт щільності.

Взаємне перемішування речовин є наслідком безперервного та безладного руху атомів або молекул (або інших частинок) речовини. З часом глибина проникнення молекул в «чужий» простір збільшується, причому ця глибина істотно залежить від температури: чим температура вище, тим більша швидкість руху частинок речовини і швидше протікає дифузія.

Уявимо подумки експеримент.

Для спостереження явища дифузії кинемо кілька крупинок фарби у високу посудину з водою. Вони опустяться на дно, і навколо них незабаром утвориться хмара забарвленої води. Дамо посудину в спокої на кілька тижнів у прохолодній темній кімнаті. Спостерігаючи за судиною весь цей час, ми виявимо поступове поширення забарвлення на всій висоті судини. Кажуть, що відбувається дифузіяфарби у воду.

Як пояснюється дифузія? Частинки речовин (наприклад, фарби та води), безладно рухаючись, проникають у проміжки один між одним. А це означає змішування речовин.

Однак у теплій кімнаті дифузія протікає швидше. Наприклад, на сонячному підвіконні дифузія фарби у воду завершується помітно раніше (див. малюнки). До речі, у разі підвищення температури броунівський рух також прискорюється. Що є наслідком підвищення температури тіла і призводить до збільшення швидкості руху частинок, що його складають.

Явище дифузії для хімічно однорідного газу підпорядковується закону Фіка:

де j m - щільність потоку маси - величина, що визначається масою речовини, що дифузує в одиницю часу через одиничний майданчик,перпендикулярну до осі х; D - дифузія (коефіцієнт дифузії); - градієнт щільності, що дорівнює швидкості зміни щільності на одиницю довжини ху напрямку нормалі до цього майданчика. Знак «-» показує, що перенесення маси відбувається у напрямку зменшення щільності (тому знаки у j mі - Протилежні).

Дифузія Dчисельно дорівнює щільності потоку маси при градієнті щільності, що дорівнює одиниці.

Відповідно до кінетичної теорії газів,

Це явище спостерігається у всіх станах речовин: у газах, рідинах та твердих тілах. Явище дифузії грає велику роль у природі та техніці. Воно сприяє підтримці однорідності складу атмосферного повітря поблизу Землі. На явище дифузії засновано властивість тканин травної системитварин і людини «вибору» та вилучення з їжі речовин, необхідних організму. У техніці дифузію використовують для вилучення різних речовин, наприклад цукру з сирих буряків, та ін. Явище дифузії має місце при цементації заліза (при поверхневому вуглерожуванні залізних виробів).

Внутрішнє тертя (в'язкість)

Механізм виникнення внутрішнього тертя між паралельними шарами газу (рідини), що рухаються з різними швидкостями, полягає в тому, що через хаотичний тепловий рух відбувається обмін молекулами між шарами, в результаті чого імпульс шару, що рухається швидше, зменшується, що рухається повільніше - збільшується, що призводить до гальмування шару, що рухається швидше, і прискорення шару, що рухається повільніше.

Сила внутрішнього тертя між двома шарами газу (рідини) підпорядковується закону Ньютона:

де η - динамічна в'язкість (в'язкість); - градієнт швидкості, що показує швидкість зміни швидкості у напрямку х,перпендикулярному напрямку руху шарів; S- площа, на яку діє сила F.Взаємодія двох шарів згідно з другим законом Ньютона можна розглядати як процес, при якому від одного шару до іншого в одиницю часу передається імпульс, що по модулю дорівнює діючій силі. Тоді вираз (5) можна подати у вигляді

де j р - щільність потоку імпульсу - величина, що визначається повним імпульсом, що переноситься в одиницю часуу позитивному напрямку осі х через одиничний майданчик,перпендикулярну до осі х;- Градієнт швидкості. Знак «-» вказує, що імпульс переноситься у напрямку зменшення швидкості (тому знаки у j pта - протилежні).

Динамічна в'язкість η чисельно дорівнює щільності потоку імпульсу при градієнті швидкості, що дорівнює одиниці; вона обчислюється за формулою

Зі зіставлення формул (1), (3) і (6), що описують явища перенесення, випливає, що закономірності всіх явищ перенесення подібні між собою. Ці закони були встановлені задовго до того, як вони були обґрунтовані і виведені з молекулярно-кінетичної теорії, що дозволила встановити, що зовнішня схожість їх математичних виразів обумовлена спільністю лежачого в основі явищ теплопровідності, дифузії та внутрішнього тертя молекулярного механізму перемішування молекул у процесі їх хаотичного руху та зіткнень один з одним.

Формули (2), (4) та (7) пов'язують коефіцієнти перенесення та характеристики теплового руху молекул. З цих формул випливають прості залежності між λ, Dта η :

Використовуючи ці формули, можна знайденим з досвіду одним величинам визначити інші.