Физика - наука о природе. Вводный урок ч.1
Здравствуйте! Физикой сегодня будем заниматься! Гранит науки не так уж тверд и в нем есть сладкие изюминки смысла, которые не трудно понять, и я докажу вам это!
Открывая учебник 7 класса, первой в глаза бросается фраза «Физика- наука о природе». Давайте разберемся с термином «природа». Природа — материальный мир Вселенной, в сущности — основной объект изучения естественных наук. В разряд естественных наук попадают фактически все науки в которых используется математический язык. Замечательный язык! В наше время на нем говорят и в тех науках, которые раньше считались гуманитарными. Первая из них, павшая в объятие математического языка - политология. Самая естественная из гуманитарных и самая гуманитарная из естественных. А в экономике во всю уже модели используются. Что говорить о физике.
Первую книгу с заголовком «Физика» написал Аристотель. Он был учителем у Александра Македонского, когда тот был мальчиком. А когда царя объявили взрослым, Аристотеля отправили в отставку. Из-за отсутствия нужды в заработке денег, философ решил изложить всю сумму своих знаний на бумагу. Однако, самым хорошим знатоком он был в области биологии морских организмов. Совершенно великая мысль была у него, что дельфины не рыбы, а звери (по нашему говоря – млекопитающие). Но в области физики Аристотель был ученым умозрительным. В такой науке нужно экспериментировать, а у него с этим было туго. Да и математический язык он совсем не использовал. А ведь физика-это роман, пишущийся математическим языком, и в основе сюжета которого лежит природа. Однако, роман не есть жизнь. Он описывает ее неточно, как и «Война и мир» неточно описывает события Отечественной войны 1812. Математика в физике так же искаженно описывает мир, в некоем первом приближении. Например, механика Ньютона неоднозначна в описании движения тел. Если вы будете анализировать полет пушечного ядра или камня, брошенного под углом горизонту, его траекторией будет являться парабола. На самом деле это ошибка. Что камень брошенный под углом, что ядро, летит в воздухе и испытывает его сопротивление, тормозится. А наша модель разбирает полет объекта в безвоздушном пространстве, да и еще в условиях плоской земли. Кое-чем пренебрегли.
Настоящий свидетель войны 1812 года не те чувства испытывал, что читатель книги. Однако, единственный способ нам узнать про войну или про полет камня, брошенного под углом горизонту, это использовать язык Льва Николаевича Толстого или математический язык. Первым математику в физике использовал Архимед, от которого пошли 2 закона: закон рычага
и закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая или подъёмная сила, равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ.
Но тут математики не очень чествуется, правда? А вот в первом законе чистая математика. Рычаг не равноплечий- l2 и l1 разной длины. И силы, приложенные к концам этих рычагов (f1 и f2) разные – f2 длиннее f1. В середине опора рычага(О). Условие равновесия чисто математическое - площади прямоугольников треугольников (s1, s2) равны друг другу. Рычаги долгое время питали науку и активно использовались народом. Архимед, будучи к тому же выдающимся инженером, строил разные приспособления, которые использовались при обороне Сиракуз во время второй Пунической войны (214-212 до н. э.). С помощью рычагов можно было выбрасывать штурмовую лестницу или, зацепивши крюком вражеский корабль, опрокинуть его.
«Дайте мне точку опоры, и я переверну мир» - знаменитое изречение, принадлежащее Архимеду.
Первый закон после открытий Архимеда – закон силы трения: сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления и коэффициенту трения. Его де-факто открыл Леонардо Да Винчи путем опытов спустя много лет. Такой перерыв обусловлен теоретичностью трудов Аристотеля. Тогда наука перестала быть экспериментальной. Элемент умозрительности в ней стал доминировать. Но в нем нет ничего плохого, потому что любая физическая теория начинается с умозрительной модели, которая излагается математическим языком, а позже подтверждается опытом. По механике Аристотеля тело двигалось под действием силы. Но что имел ввиду Аристотель, трудно сказать. При выстреле ядра из пушки, сила прикладывается только, когда ядро движется по стволу. Жан Буридан опроверг слова Аристотеля, выдвинув теорию, что тело движется, потому что сила, которое на него подействовала, сообщила ему побуждение к движению. Жан Буридан знал, что побуждение к движению ( лат. impetus) расходуется, однако не разбирался как, и считал, что когда оно заканчивается тело падает по прямой перпендикулярно земли.
Тогда эта теория была хорошо воспринята, так как никто не проверял свои размышления экспериментально. Позже, выдающийся итальянский баллистик Никколо Тарталья выдвинул теорию, что тело, брошенное под углом горизонта, движется по параболе.
Галилео Галилей был первый в истории физики, кто ставил эксперименты в Европе. Находясь на службе в католическом храме, ему стало интересно, как качается люстра от сквозняка. Галилей сравнивает период колебаний в зависимости от амплитуды, которая варьировалась от силы сквозняка. Из-за отсутствия прибора для измерения времени, да и отсутствия единицы времени как таковой, он считал свой пульс. Оказалось, что амплитуда всегда одинаковая и от нее не зависит период колебания маятника. Также, Галилей занимался изучением кинематики- законов движения тел. Рассказывают легенду, что он бросал с Пизанской башни тела разного веса и тем самым доказал, что они падают с одним и тем же ускорением, за одно и то же время. На самом деле это вымысел. Если бы Галилей попытался сбросить оттуда, например, металлический и деревянный шар, ему бы показалось, что металлический шар упадет быстрей, т.к. металл тяжелее, чем дерево, и сопротивление воздуха на металл будет оказывать меньшее воздействие, чем на деревянный шар. Но в безвоздушном пространстве и железный, и деревянный шар падают за одно и то же время. Тогда ученый не мог устроить вакуум, но ставил эксперименты на наклонной плоскости. Время измерялось с помощью водяных часов. Он скатывал по наклонной плоскости тележку с капельницей, и чем быстрее та ехала, тем больше было расстояние между каплями. Таким образом, не имея приборов измерения времени, для маленького диапазона, он смог отслеживать скорость тележки.