Физика — наука о природе. Физические тела и физические явления

В переводе с древнегреческого слово «физика» значит «природа». Физика — наука о природе, одна из естественных наук. обратимся к толковому словарю. Словом «природа» обычно называют окружающий нерукотворный мир. Но существует и другое толкование: природа — это сущность, основное свойство чего-либо. Вспомните: «природа молнии», «природа вулканической деятельности», «природа тел Солнечной системы». Попробуем определить, в каком же понимании использовано слово «природа» в названии предмета, который вы начинаете изучать.

узнаем, как зарождалась физика

Еще в древности люди начали исследовать окружающий мир. Прежде всего это было вызвано повседневными потребностями: надежно защититься от непогоды и хищников, собрать урожай, противостоять врагу и т. д. Людям нужно было научиться поднимать и перемещать тяжелые камни, чтобы строить дома с крепкими стенами; выплавлять металл из руды, чтобы изготовлять плуги, топоры, наконечники стрел...

Но не только практические потребности побуждали людей к изучению природы. Любознательность, присущая человеку, подталкивала его к поиску ответов на многочисленные вопросы (рис. 1.1): как возникли Земля и Солнце, Луна и звезды? как летают птицы и как плавают рыбы? почему случаются землетрясения, наводнения, засухи, пожары? откуда появился человек и каково его предназначение? Так начала зарождаться наука о природе, которую сегодня называют природоведение (естествознание). Со временем объем знаний увеличивался и единая «наука о природе» стала распадаться на отдельные дисциплины (рис. 1.2).

Еще в древние времена возникла астрономия — наука, изучающая расположение и движение небесных тел, позже — философия (в переводе

с древнегреческого это слово означает «любовь к мудрости»). Философы собирали знания об окружающем мире, дополняли их собственными идеями и передавали ученикам. Основателем физики считают древнегреческого философа Аристотеля (рис. 1.3). Одну из своих работ, в которой были систематизированы естественнонаучные знания, существующие на то время, Аристотель назвал «Физика».

выясняем, что ученые называют материей

Услышав слово «материя», многие из вас наверняка представят какую-нибудь ткань. Но для ученых это понятие намного шире! Материя — это все то, что нас окружает.

Наблюдая мир вокруг, вы видите разнообразные физические тела (рис. 1.4). Любое физическое тело состоит из вещества — металла, пластика, дерева, воздуха и т. д. Вещество — это один из видов материи.

Щ Физическое тело — это объект из вещества, имеющий внешнюю границу.

Физические тела могут быть твердыми (карандаш, камень), жидкими (капли дождя, растительное масло в бутылке), газообразными (воздух в воздушном шарике). Многие тела имеют твердые, жидкие и газообразные составляющие (живые существа, автомобили, тучи). Попробуйте привести еще несколько подобных примеров.

В Х1Х в. ученые установили, что кроме вещества существует еще один вид материи — поле. С помощью электромагнитного поля — невидимых электромагнитных волн — мы, например, имеем возможность общаться по мобильному телефону, капитан корабля может определить координаты своего судна через спутник. На подобных волнах работают радио и телевидение. Свет тоже является примером электромагнитного поля.

Вещество и поле различаются своими свойствами, однако могут превращаться друг в друга. Свет Солнца и звезд, рождение элементарных частиц в современных ускорителях — результаты таких превращений.

В конце ХХ в. учеными были открыты новые материальные сущности — темная материя и темная энергия, физическая природа которых пока не установлена. По данным 2013 г., Вселенная только на 4,9 % состоит из «обычной» материи (вещества и поля), а на 95,1 % — из темной материи и темной энергии. Вопрос о свойствах этих загадочных субстанций — одна из главных проблем современной физики.

Рассматриваем физические явления

Мир вокруг нас непрерывно изменяется. Тела перемещаются относительно друг друга, некоторые из них сталкиваются и, возможно, разрушаются, из одних тел образуются другие... Перечень таких изменений можно продолжать и продолжать — недаром еще древнегреческий философ Гераклит (ок. 544-483 гг. до н. э.) сказал: «Все течет, все изменяется». Изменения в природе ученые называют природными явлениями (рис. 1.5).

Чтобы лучше понять сложные природные явления, ученые рассматривают их как совокупность физических явлений — явлений, которые можно описать с помощью физических законов.

Так, грозу можно рассматривать как совокупность молнии (электромагнитное явление), грома (звуковое явление), движения туч, падения капель дождя (механические явления) и др. (рис. 1.6).

Рассмотрите примеры некоторых физических явлений, приведенные в таблице. Казалось бы, что может быть общего между полетом ракеты, падением камня, бегом коня, вращением Земли? Ответ прост. Все эти явления — механические, и описываются они одними законами — законами механического движения.

Приведем еще один пример. Снимая свитер или расчесывая волосы пластмассовой расческой, вы, наверное, обращали внимание на возникновение крохотных искорок. Эти искорки и мощный разряд молнии относятся к электромагнитным явлениям (рис. 1.7), а значит, подчиняются одним и тем же законам. Поэтому для исследования электромагнитных

явлений не обязательно ждать грозы. Достаточно изучить, как ведут себя безопасные искорки, чтобы понять, чего ждать от молнии и как избежать возможной опасности.

Изучая физические явления, ученые, в частности, устанавливают их взаимосвязь. Так, разряд молнии (электромагнитное явление) обязательно сопровождается значительным повышением температуры в канале молнии (тепловым явлением). Исследование этих явлений в их взаимосвязи позволило не только лучше понять природное явление — грозу, но и найти путь для практического применения электрического разряда. Примером может быть электросварка — способ соединения металлических деталей с помощью электрического разряда (см. рис. 1.7) (каждый, кто проходил мимо строительной площадки, наверняка видел рабочих в защитных масках и ослепительные вспышки). Электросварка — это пример практического использования результатов научных исследований.

выясняем, что изучает физика

Физика — это наука, изучающая наиболее общие закономерности явлений природы, свойства, строение материи и законы ее движения.

Физика является основной из естественных наук. Почему так? Чем она отличается от других естественных наук — биологии, химии, астрономии, географии и т. д.

Во-первых, физика изучает наиболее общие закономерности, которые определяют структуру и поведение самых разных объектов — от гигантских звезд до очень маленьких атомов.

Во-вторых, законы физики являются основой для всех естественных наук. Например, в астрономии законы физики объясняют причины свечения и строение звезд, образование планет, движение космических объектов. В географии законы физики применяют для объяснения климата, течений рек, образования рельефа. В химии именно физика объясняет направление и скорость протекания химических реакций.

убеждаемся, что физика является основой техники

Сравним морские путешествия в старину и сегодня (рис. 1.8). В отличие от парусников прошлого, судно ХХ1 в. имеет двигатель и не

зависит от прихотей ветра. У современного капитана есть подробная карта; судно имеет GPS-навигатор, благодаря которому всегда известны курс и месторасположение судна; сонар, предупреждающий о подводных скалах и рифах; радар, который обнаружит айсберги, скалы и другие суда в условиях плохой видимости*. В случае аварии всегда можно вызвать помощь по радио. Очевидно, что с современным оборудованием морские путешествия стали более быстрыми и безопасными.

На протяжении всей истории люди создавали технические устройства на основе физических знаний.

Изучение тепловых явлений привело к созданию тепловых двигателей, которые устанавливают на автомобилях и мотоциклах, судах и самолетах, тепловых электростанциях и ракетоносителях.

Благодаря открытиям в области электричества мы имеем возможность освещать помещения и улицы, пользоваться телевизором, телефоном, компьютером, утюгом, стиральной машиной и др.

Примерно половина электроэнергии в нашей стране вырабатывается на атомных электростанциях, созданных благодаря открытиям в области ядерной физики.

Врачи и строители, путешественники и земледельцы, энергетики и машиностроители пользуются устройствами и технологиями, создание которых стало возможным благодаря знанию законов, в свое время открытых физиками.

Подводим итоги

Вселенная состоит из разных видов материи — вещества и поля. Недавно были открыты темная материя и темная энергия, природа которых пока точно не установлена. Все физические тела «построены» из вещества.

GPS — всемирная система определения местонахождения; сонар — устройство для исследования морского дна с помощью ультразвуковых волн; радар — устройство для обнаружения объектов с помощью электромагнитных волн. О GPS-навигаторе, сонаре, радаре см. также на «Энциклопедической странице» в конце раздела 1.

В природе постоянно происходят изменения, которые называют природными явлениями. Сложные природные явления рассматривают как совокупность физических явлений — таких, которые можно описать с помощью физических законов. Физические явления бывают тепловые, световые, механические, звуковые, электромагнитные и др.

Физика является основной из естественных наук. Она изучает наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, законы движения материи.

Контрольные вопросы

1. Что означает слово «физика» в переводе с греческого? 2. Что такое материя? Какие существуют виды материи? 3. Приведите примеры физических тел. Укажите, какие это тела (жидкие, твердые, газообразные, имеющие смешанную структуру). 4. Приведите примеры физических явлений — электромагнитных, тепловых, световых, механических, звуковых. 5. Что изучает физика? 6. Почему физика является основой для всех естественных наук? 7. Приведите доказательства того, что физика — основа техники.

Упражнение № 1

1. Назовите вещества, из которых состоят такие тела: учебник, карандаш, футбольный мяч, стакан, автомобиль.

2. Проанализируйте приведенное ниже предложение и заполните таблицу*.

Исследователь положил кусок олова в стальной сосуд и расплавил олово в пламени газовой горелки.

3. Определите, о каком физическом явлении идет речь в каждом предложении.

Вращается винт электромясорубки. Проволока нагрелась в пламени горелки. Окружающий мир мы видим разноцветным.

4.  Подумайте, какие физические явления можно «увидеть» в природных явлениях: извержение вулкана; наводнение; схождение снежной лавины; «падение» звезды.

5. Приведите примеры применения физических знаний в быту.

6. Закономерности каких физических явлений следует знать, чтобы создать автомобиль?

7.  Представьте, что вы попали на необитаемый остров. Как вы можете узнать, из каких веществ состоят окружающие тела и в каком агрегатном состоянии они находятся? Попробуйте записать план ваших исследований и проиллюстрировать его.

Разумеется, таблицы, приведенные в учебнике, следует переносить в тетрадь. Количество столбцов в таблице должно быть таким, как в учебнике, а вот количество строк, как правило, нужно увеличить.

Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий