Научные методы познания окружающего мира

Научные методы познания окружающего мира

Если рассматривать способы и методы познания мира, то их можно разделить на три основных способа: наука, искусство и религия. Это три самых распространенных из всех способов познания. Объект познания для них один и тот же – окружающий мир, но между собой они отличаются методами и инструментами познания.

При этом понятно, что наука использует научные методы познания окружающего мира. Эти методы базируются на основе логике и объективности (объективность еще называют иногда «методом научной верификации»). Основным инструментом науки является разум – сознание, которое опирается на человеческие чувства. Этих чувств у человека шесть: зрение, осязание, обоняние, слух, вкус и память.

Научные методы познания окружающего мира всегда объективны, рациональны и конкретны, это следует из определения самой науки, в ней могут быть субъективными только различные гипотезы и предположения. Обычно познанием называют только сам процесс поиска истины, а уже результат этого процесса называется знанием. Знание – это результат познания действительности, проверенный практикой, он отражается в мышлении человека.

Суть научного познания заключается в том, чтобы определить точную количественную меру, которая характеризует тот или иной процесс. Научные методы познания окружающего мира являются сферой деятельности человека, в которой он вырабатывает и систематизирует полученные объективные знания. Эти знания вскрывают внутреннюю сущность изучаемых объектов, процессов и явлений окружающей действительности.

Полная система научных знаний получается в виде накопления выявленных фактов, их количественного, качественного и понятийного описания, а также найденных с их помощью эмпирических закономерностей. Самым важным отличительным признаком науки является то, что у нее есть методы исследования. Научным методом исследования является совокупность приемов и операций, а также способов обосновывающих системы знаний и способов контроля полученных результатов с точки зрения объективности. В этот метод также входит построение моделей, которые адекватно отражают действительность.

Среди научных методов можно выделить общие и особенные методы. Общими методами являются общенаучные, общефилософские, математические, которые дают возможность описывать разнородные объекты, процессы и явления с единых позиций. Особенные методы в основном применяются в узких специфических областях познания, например методы психолого педагогического исследования, так как для естественных и гуманитарных наук методы познания существенно различаются. Их объекты исследования различаются по своей природе, поэтому подходить к их изучению с одними мерками нельзя.

Научные методы познания окружающего мира можно разделить на несколько последовательных ступеней:

— Наблюдение находящихся в естественных условиях объектов, процессов и явлений, получение первичных сведений о них с помощью органов чувств и приборов.

— Описание качественное и количественное, которое фиксирует результаты в той или иной форме с использованием принятых в науке понятий, графиков и схем. Затем исследуемые качества обозначаются численными представлениями, систематизируются и классифицируются.

— Факты, устанавливаемые в результате наблюдения, не только фиксируются, но и осмысливаются с помощью уже имеющихся понятий и представлений. При научном анализе происходит сравнение и обобщение фактов, их отделяют от частностей и выделяют общие свойства. На этом этапе появляются общие предположения – гипотезы.

— Поиски необходимых доказательств, которые могут подтвердить или опровергнуть выдвинутую гипотезу.

— В результате накопления подтвержденных гипотез возникает теория, представляющая собой цельную систему образов, схем и моделей, которая отражает всю совокупность свойств и связей явлений и объектов, существующую в естественной взаимосвязи.

Научные методы познания окружающего мира

20 фактов, которых вы не знали о фильме «Красотка» В 1990 году на экраны вышла любимая романтическая комедия, мгновенно ставшая хитом и не потерявшая своего шарма даже спустя четверть века. Фильм «Крас.

Научные методы познания окружающего мира

13 признаков, что у вас самый лучший муж Мужья – это воистину великие люди. Как жаль, что хорошие супруги не растут на деревьях. Если ваша вторая половинка делает эти 13 вещей, то вы можете с.

Научные методы познания окружающего мира

5 привычек, которые гарантируют, что вы не достигните успеха в жизни Наши ежедневные привычки делают из нас тех, кем мы являемся. Какие-то из них способны привести нас к успеху, а другие, напротив, гарантируют неизбежны.

Научные методы познания окружающего мира

Топ-10 разорившихся звезд Оказывается, иногда даже самая громкая слава заканчивается провалом, как в случае с этими знаменитостями.

Научные методы познания окружающего мира

7 вещей, которые следует мыть и стирать каждый день Это может показаться еще одним пунктом в бесконечном списке ежедневных дел, но за этим кроется эффективный метод, который позволяет создать положитель.

Научные методы познания окружающего мира

Эти 10 мелочей мужчина всегда замечает в женщине Думаете, ваш мужчина ничего не смыслит в женской психологии? Это не так. От взгляда любящего вас партнера не укроется ни единая мелочь. И вот 10 вещей.

Научные методы познания окружающего мира
Главная | О нас | Обратная связь

Физика – наука о природе. Научные методы познания окружающего мира и их отличия от других методов познания

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ЕНАКИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Уровень образования среднее профессиональное образование

Специальности 09.02.03 Программирование в компьютерных системах,

Подземная разработка полезных ископаемых,

Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и

Электромеханического оборудование (горная отрасль),

Учебная дисциплина ОДП02 Физика

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

1. Физика – наука о природе. Научные методы познания окружающего мира и их отличия от других методов познания.

2. Границы применимости физических законов и теорий. Классическая механика Ньютона

3. Механическое движение, виды движений, его характеристики.

4. Равномерное прямолинейное движение. Уравнения и графики зависимости кинематических величин от времени при равномерном прямолинейном движении.

5. Мгновенная и средняя скорости движения. Ускорение. Равноускоренное прямолинейное движение.

6. Свободное падение тел.

7. Равномерное движение точки по окружности.

8. Взаимодействие тел в природе. Явление инерции. I закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.

9. Сила. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона.

10. Сила тяжести.

11. Сила всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения.

12. Первая космическая скорость.

13. Вес тела. Невесомость и перегрузка.

14. Сила упругости. Закон Гука.

16. Импульс тела и импульс силы.

17. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

18. Механическая работа. Мощность.

19. Механическая энергия тела и ее виды. Закон сохранения энергии в механике.

20. Молекула. Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества.

21. Экспериментальное доказательство основных положений теории. Броуновское движение.

22. Масса молекул. Количество вещества.

23. Температура и тепловое равновесие. Абсолютная температура. Температура – мера средней кинетической энергии.

24. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

25. Уравнение состояния идеального газа.

26. Газовые законы.

27. Насыщенный пар.

29. Влажность воздуха.

30. Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты.

31. Первый закон термодинамики.

32. Необратимость процессов в природе. Второй закон термодинамики.

33. Принципы действия теплового двигателя. КПД тепловых двигателей.

34. Кристаллические и аморфные тела.

35. Электризация тел. Два рода зарядов. Закон сохранения электрического заряда.

36. Закон Кулона.

37. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиций полей. Силовые линии электрического поля.

38. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

39. Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле. Потенциал. Связь между напряженностью электростатического поля и разностью потенциалов.

40. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора.

41. Электрический ток. Сила тока.

42. Закон Ома для участка цепи.

43. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников.

44. Работа и мощность постоянного тока.

45. Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный разряды. Плазма.

46. Электрический ток в жидкостях.

47. Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка.

48. Электрический ток в полупроводниках.

49. Электрическая проводимость различных веществ. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость.

50. Закон Ома для полной цепи.

Утверждено на заседании цикловой комиссии естественно — математических дисциплин

Протокол №__ от «__» _____20__ года

Председатель цикловой комиссии _______________ Л. П. Попова

Физика – наука о природе. Научные методы познания окружающего мира и их отличия от других методов познания.

Физика — это наука, занимающаяся изучением основополагающих и в месте с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира. Поэтому понятия физики и ее законы лежат в основе любого раздела естествознания.

В настоящее время физика очень тесно связана с астрономией, геологией, химией, биологией и другими естественными науками. Она многое объясняет в зтих науках, предоставляет им мощные методьы исследования.

Какими же путями добывается научная истина? Несколько сотен лет назад были выработаны основы физического метода исследования. Он состоит в следующем: опираясь на опыт, отыскивают количественньіе (формулируемые математически) законы природы; открытые законы проверяются практикой.

Исследование явлений начинается с их наблюдения. Но для того чтобы понять и описать происходящие события, ученые вводят целый ряд физических величин, таких как скорость, сила, давление, температура, злектрический заряд и многие другие. Каждой величине надо дать точное определение, в котором указывается, как зту величину можно измерить, как провести необходимнй для такого измерения опыт.

Чтобы из наблюдений за физическими явлениями сделать общие выводы, найти причины этих явлений, следует установить количественные зависимости между различными физическими величинами. Для этого необходимо специально изменять условия, в которых протекает данное явление. От непосредственного наблюдения за явлением надо перейти к физическому эксперименту. Если меняются все условия сразу, то трудно уловить какие-либо закономерности. Поэтому, проводя физический эксперимент, стремятся проследить зависимость данной величины от характера изменения каждого из условий в отдельности. Например, давление газа зависит от его массы, объема и температуры. Чтобы исследовать эту зависимость, надо сначала изучить, как влияет на давление изменение объема, когда температура и масса остаются неизменными. Затем нужно проследить, как давление зависит от температуры при постоянном объеме, и т. д.

Изучая количественные связи между отдельными величинами, можно выявить частные закономерности. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономерности с общей точки зрения.

В чем заключены научные методы познания окружающего мира?

Автор Ольга Иванова September 18, 2013

Наука в нашем мире является основной формой, через которую реализуется познание окружающей реальности. Однако ее положение было далеко не всегда таким. Длительное время рационализм был тесно зажат высокой табуированностью древних и средневековых обществ: Китая, Индии, мусульманского Востока,
Научные методы познания окружающего мирахристианской Европы. Во всех этих социальных системах основной формой познания глубинной сущности вещей являлась духовная практика. Это не означает, что научные методы познания окружающего мира абсолютно отсутствовали (особенно этого нельзя сказать о Китае и арабском мире), однако они были отодвинуты в тень религиозных догматов. Однако в полной мере научные методы познания окружающего мира заняли доминирующую позицию во время европейского Возрождения. Это было продиктовано революционным переворотом в представлениях о Вселенной Николая Коперника, наблюдениями Галилео Галилея, опытами Эванджелисты Торричелли и достижениями множества других умов Нового времени. Научные методы познания окружающего мира направлены не просто на адекватное и непротиворечивое объяснение всех свойств изучаемой сферы, но и на достижение способности предсказывать грядущие процессы на основе современных фактов, а также возможности влиять по своему усмотрению на эти процессы. Так, например, конечными задачами физиков как ученых является построение единой концепции, способной органично объединить в себе все явления в мире, все виды фундаментального взаимодействия (их четыре: электромагнитное, гравитационное, сильное ядерное и слабое ядерное) и, наконец, ответить на вопросы Научные методы познания окружающего мирао начале и конце Вселенной. Основной задачей экономической теории является не просто описание процессов и явлений экономики, но и глубинное изучение их связей, закономерностей и взаимообуславливаемости. В конечном итоге такое понимание должно приводить к максимально эффективному управлению мировой экономической системой, грамотному распределению ресурсов, предвиденью и предотвращению кризисных тенденций. Методы психолого-педагогического исследования предполагают, как и во многих других науках, наблюдения, эксперименты, теоретический анализ и прочие приемы, направленные на максимальную эффективность взаимодействия педагогов и учеников. При этом достигается полное раскрытие потенциала последних. Следует отметить, что методы познания мира (общественных процессов, экосистем и так далее) в разных науках весьма схожи в целом и классифицируются по двум уровням: эмпирические и теоретические.

Научные методы познания окружающего мира

  1. Анализ явления.
  2. Синтез.
  3. Классификация.
  4. Абстрагирование.
  5. Моделирование.
  6. Формализация.
  7. Идеализация.

Вместе с тем необходимо отметить, что научные методы познания окружающего мира в разных дисциплинах имеют и множество особенностей, обусловленных спецификой изучаемых объекта и предмета.

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

Развитие наук о при­роде дало в руки человека современную технику, и это привело к преобразованию окружающего нас мира. Основную роль сыграла физика — важнейшая наука, изучающая самые глубокие законы природы.

Физика составляет фундамент главнейших направле­ний техники. Строительная техника, гидротехника, теп­лотехника, электротехника и энергетика, радиоэлектро­ника, светотехника, огромная часть военной техники выросли на основе физики. Благодаря сознательному ис­пользованию законов физики техника из области случай­ных находок вышла на широкую дорогу целенаправлен­ного развития.

Физика — это наука, зани­мающаяся изучением простейших и вместе с тем наи­более общих свойств окружающего нас материального мира. Поэтому понятия физики и ее законы лежат в ос­нове любого раздела естествознания.

В настоящее время физика очень тесно связана с астро­номией, геологией, химией, биологией и другими естест­венными науками. Она многое объясняет в этих науках, предоставляет им мощные методы исследования.

Какими же путями добывается науч­ная истина? Несколько сотен лет назад были выработа­ны основы физического метода исследования. Он состоит в следующем: опираясь на опыт, отыскивают количест­венные (математически формулируемые) законы приро­ды; открытые законы проверяются практикой. На основе наблюдения физических явлений выявляются наиболее характерные их свойства. Для объяснения наблюдаемых явлений выдвигаются различные предположения об их природе – гипотезы. С помощью дальнейших экспериментов гипотезы подтверждаются или опровергаются. Гипотеза, подтверждаемая результатами опытов, позволяет сформулировать физический закон, выражающий количественные связи между явлениями.

Исследование явлений начинается с их наблюдения. Но, для того чтобы понять и описать происходящие события, ученые вводят целый ряд физических величин, таких, как скорость, сила, давление, температура, электрический заряд и многие дру­гие. Каждой величине надо дать точное определение, в котором указывается, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для такого измерения опыт.

Чаще всего в определениях физических величин про­сто уточняют и придают количественную форму тому, что непосредственно воспринимается нашими органами чувств. Так вводят понятия силы, температуры и т. д. Есть, конечно, величины, которые не воспринимаются не­посредственно нашими органами чувств (например, элек­трический заряд). Но они выражаются через другие ве­личины, на которые органы чувств человека реагируют. Так, электрический заряд определяется по силам взаимо­действия между заряженными телами.

Чтобы из на­блюдений за физическими явлениями сделать общие вы­воды, найти причины этих явлений, следует установить количественные зависимости между различными физиче­скими величинами. Для этого необходимо специально из­менять условия, в которых протекает данное явление. От непосредственного наблюдения за явлением надо перейти к физическому эксперименту.

Если меняются все условия сразу, то трудно уловить какие-либо закономерности. Поэтому, проводя физичес­кий эксперимент, стремятся проследить зависимость дан­ной величины от характера изменения каждого из условий в отдельности. Например, давление газа зависит от его массы, объема и температуры. Чтобы исследовать эту зависимость, надо сначала изучить, как влияет на давление изменение объема, когда температура и масса остаются неизменными. Затем нужно проследить, как давление зависит от температуры при постоянном объеме, и т. д.

Изучая количественные связи между отдель­ными величинами, можно выявить частные закономерно­сти. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономер­ности с общей точки зрения.

Теория позволяет не только объяснять уже наблю­давшиеся явления, но и предсказывать новые. Так, Д. И. Менделеев на основе открытого им периодическо­го закона предсказал существование нескольких химиче­ских элементов, которые в то время не были известны. Английский физик Дж. Максвелл предсказал существо­вание электромагнитных волн и т. д.

Билет № 1. 1. Научные методы познания окружающего мира

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

Физика — наука о наиболее общих и фундаментальных закономернос­тях. определяющих структуру и эво­люцию материального мира. Физика, как и любая другая наука, основывается на количественных наблюдениях.

Органы чувств человека являются источником информации об окру­жающем мире. Наибольший объем информации че­ловек получает с помощью зрения.

Физический закон — описание со­отношений в природе, проявляю­щихся при определенных условиях в эксперименте.

Научная теория включает посту­латы. определения, гипотезы и за­коны. объясняющие наблюдаемые явления

Критерий правильности теории — физический эксперимент.

Границы применимости теории оп­ределяются физическими упрощаю­щими предположениями, сделанными при постановке задачи и в процессе вывода соотношений.

Модель в физике — упрощенная версия физической системы (про­цесса), сохраняющая ее (его) глав­ные черты. (Пример: материальная точка, идеальный газ)

Фундаментальное взаимодейст­вие — взаимодействие, которое не может быть сведено к другим, более простым видам взаимодействий. Существует четыре вида фундамен­тальных взаимодействий, гравитаци­онное. слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия.

Гравитационное взаимодействие присуще всем частицам. Оно опре­деляет процесс образования и струк­туру Вселенной.

Слабое взаимодействие ответст­венно за взаимодействие всех час­тиц, кроме фотона. Оно определяет реакции термоядерного синтеза на Солнце.

Электромагнитное взаимодейст­вие связывает между собой только заряженные частицы. Оно объединяет атомы и молекулы в веществе.

Сильное взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в атомном ядре.

Радиус действия взаимодейст­вия — максимальное расстояние между частицами, за пределами ко­торого их взаимодействием можно пренебречь При малом радиусе дей­ствия взаимодействие называют ко­роткодействующим, при большом — дальнодействующим.

Сильное и слабое взаимодействия являются короткодействующими. Электромагнитное и гравитационное взаимодействия являются дальнодействующими.

Базовые физические величины — величины, через которые выража­ются все остальные.

Базовыми физическими величинами в механике являются длина, время и масса.

БИЛЕТ 2. Механическое движение и его виды. Относительность движения. Система отсчета. Скорость. Ускорение. Прямолинейное равноускоренное движение.

Механическим движениемназывают изменение положения тела (или его частей) относительно других тел. Например, человек, едущий на эскалаторе в метро, находится в покое относительно самого эскалатора и перемещается относительно стен туннеля; гора Эльбрус находится в покое относительно Земли и движется вместе с Землей относительно Солнца.

Из этих примеров видно, что всегда надо указать тело, относительно которого рассматривается движение, его называют телом отсчета. Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и выбранный способ измерения времени образуют систему отсчета.

Положение тела задается координатой. Рассмотрим два примера. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбите около Земли, можно не учитывать, а рассчитывая траекторию движения космического корабля при стыковке со станцией, без учета ее размеров не обойтись. Таким образом, иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой. Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией. Длину траектории называют путем (l). Единица пути — метр.
Механическое движение характеризуется тремя физическими величинами: перемещением, скоростью и ускорением.
Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется перемещением (s). Перемещение — величина векторная. Единица перемещения — метр.
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. Измеряют скорость спидометром.
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

/tЕдиница ускорения —м/с 2.
Характеристики механического движения связаны между собой основными кинематическими уравнениями:

Предположим, что тело движется без ускорения (самолет на маршруте), его скорость в течение продолжительного времени не меняется, а = 0, тогда кинематические уравнения будут иметь вид:
,.
Движение, при котором скорость тела не меняется, т. е. тело за любые равные промежутки времени перемещается на одну и ту же величину, называют равномерным прямолинейным движением.

Во время старта скорость ракеты быстро возрастает, т. е. ускорение а > 0, а = const.

В этом случае кинематические уравнения выглядят так:,

При таком движении скорость и ускорение имеют одинаковые направления, причем скорость изменяется одинаково за любые равные промежутки времени. Этот вид движения называют равноускоренным.

При торможении автомобиля скорость уменьшается одинаково за любые равные промежутки времени, ускорение направлено в сторону, противоположную движению; так как скорость уменьшается, то уравнения принимают вид:

Такое движение называют равнозамедленным.

Все физические величины, характеризующие движение тела (скорость, ускорение, перемещение), а также вид траектории, могут изменяться при переходе из одной системы к другой, т. е. характер движения зависит от выбора системы отсчета, в этом и проявляется относительность движения. Например, в воздухе происходит дозаправка самолета топливом. В системе отсчета, связанной с самолетом, другой самолет находится в покое, а в системе отсчета, связанной с Землей, оба самолета находятся в движении. При движении велосипедиста точка колеса в системе отсчета, связанной с осью, имеет траекторию, представленную на рисунке 1.
В системе отсчета, связанной с Землей, вид траектории оказывается другим (рис. 2).

Научные методы познания окружающего мира

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Взаимодействие тел. Сила. Масса. Второй закон Ньютона.

Научные методы познания окружающего мира

Простые наблюдения и опыты, например с тележками (рис. 3), приводят к следующим качественным заключениям: а) тело, на которое другие тела не действуют, сохраняет свою скорость неизменной; б) ускорение тела возникает под действием других тел, но зависит и от самого тела; в) действия тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия. Эти выводы подтверждаются при наблюдении явлений в природе, технике, космическом пространстве только в инерциальных системах отсчета.
Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие ее витков. Или чем ближе два одноименных заряда, тем сильнее они будут притягиваться. В простейших случаях взаимодействия количественной характеристикой является сила. Сила — причина ускорения тел (в инерциальной системе отсчета). Сила — это векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимодействии. Сила характеризуется: а) модулем; б) точкой приложения; в) направлением.
Единица силы — ньютон. 1 ньютон — это сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1
м/с 2в направлении действия этой силы, если другие тела
на него не действуют. Равнодействующей нескольких сил называют силу, действие которой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу.

Качественно по своим свойствам взаимодействия также различны. Например, электрическое и магнитное взаимодействия связаны с наличием зарядов у частиц либо с движением заряженных частиц. На основании опытных данных были сформулированы законы Ньютона. Второй закон Ньютона. Ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, обратно пропорционально его массе и направлено так же, как и равнодействующая сила:, для решения задач закон часто записывают так:

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение в природе и технике.

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зависит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движения может происходить только под действием силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохраняться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.
Импульсом тела называют векторную физическую величину, являющуюся количественной характеристикой поступательного движения тел. Импульс обозначается
. Импульс тела равен произведению массы тела на его скорость:= m. Направление вектора импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела. Единица измерения импульса — кг · м/с.
Для импульса системы тел выполняется закон сохранения, который справедлив только для замкнутых физических систем. В общем случае замкнутой называют систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в нее. В механике замкнутой называют систему, на которую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае
1=2, гдеl— начальный импульс системы, а2— конечный. В случае двух тел, входящих в систему, это выражение имеет вид

Научные методы познания окружающего мира

Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса. импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых взаимодействиях, происходящих внутри этой системы. Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия. В случае незамкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Кроме того, если время взаимодействия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействующих тел. Поэтому для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон сохранения импульса.
В механике закон сохранения импульса и законы Ньютона связаны между собой. Ha основании второго закона Ньютона для силы F можно записать
=m, отсюда следует
t — векторная физическая величина, характеризующая действие на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Единица импульса силы в СИ — Н·с.
Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отделения от тела его части.
Пусть тело массой
mпокоилось. От тела отделилась со скоростью v1 какая-то его часть массойm1. Тогда оставшаяся часть придет в движение в противоположную сторону со скоростьюv2, масса оставшейся частиm2. Действительно, сумма импульсов обеих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю.
Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому. Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рассчитал запасы топлива, необходимые для преодоления силы земного притяжения; основы теории жидкостного реактивного двигателя. Движение с помощью реактивной струи по закону сохранения импульса лежит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактивный принцип.

Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Невесомость.
Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Сила всемирного тяготения проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщил законы движения небесных тел и выяснил, что сила F равна:

m1,m2-массы взаимодействующих тел,r— расстояние между ними, G — коэффициент пропорциональности, который называется гравитационной постоянной. Закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.
Силы всемирного тяготения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или если хотя бы масса одного из тел велика). Закон же всемирного тяготения выполняется только для материальных точек и шаров (в этом случае за расстояние принимается расстояние между центрами шаров).
Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения. В соответствии со вторым законом Ньютона g = Fт m следовательно, Fт = mg. Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зависимости от высоты h над поверхностью Земли и географической широты положения тела ускорение свободного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли и в средних широтах ускорение свободного падения равно 9,8 м/с 2.
В технике и быту широко используется понятие веса тела. Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате гравитационного притяжения к планете (рис. 6). Вес тела обозначается Р. Единица веса — Н (Ньютон). Так как вес равен силе, с которой тело действует на опору, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо

определить, чему равна сила реакции опоры.

Научные методы познания окружающего мира

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и находится по формуле Р = m(g + a).
Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают на себе космонавты, как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.
Если тело движется вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем Р = m(g — a), т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет — меньше силы тяжести (рис. 8, б).
Если тело свободно падает, то в этом случае P = (g- g)m = 0.
Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения независимо от направления и значения скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состояние невесомости.

Сила трения — сила, препятствую­щая относительному перемещению соприкасающихся тел, направлен­ная вдоль поверхности их контакта.

Сила трения покоя равна по вели­чине и противоположно направлена силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности его контакта с другим телом.

Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры:Fтр= &#&56;п N, где &#&56;п — коэффициент трения покоя.Сила трения скольжения Fтр= &#&56;ск N, где &#&56;ск -коэффициент трения сколь­жения.Сила трения качения Fтр= &#&56;кач N, где &#&56;кач — коэффициент трения ка­чения (&#&56;кач < &#&56;скпок .). Все механические явления опре­деляются электромагнитным и гра­витационным взаимодействиями. Электромагнитными силами явля­ются сила упругости и сила трения. Упругое воздействие на тело — воздействие, в результате которого тело восстанавливает форму и раз­меры.Закон Гука: сила упругости, возни­кающая при деформации тела, пря­мо пропорциональна его удлине­нию и направлена противоположно направлению деформации.

Fупр =-k&#&16;х, где k-жесткость, &#&16;х-абсолютное удлинение

Сила реакции опоры — сила, дей­ствующая на тело со стороны опоры перпендикулярно ее поверхности

Сила натяжения — сила упругос­ти, действующая на тело со стороны нити или пружины

1.Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.

Пространственной характеристи­кой действия силы является работа силы — произведение проекции силы на ось X на перемещение по этой оси.

А = (F соs &#&45;) &#&16;х,

где F — модуль силы, &#&16;х — модуль перемещения, &#&45; — угол между си­лой и перемещением. Единица работы — джоуль (Дж), 1 Дж — 1 кг м 2 /с 2 .

Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.

Потенциальная энергия тела в данной точке — скалярная физиче­ская величина, равная работе, со­вершаемой потенциальной силой при перемещении тела из этой точ­ки в точку, принятую за начало от­счета потенциальной энергии. Потенциальная энергия тела на вы­соте Н над поверхностью Земли

Кинетическая энергия тела —скалярная величина, равная поло­вине произведения массы тела на квадрат его скорости Ек =mv 2 /2

Закон сохранения механической энергии: в замкнутой системе полная механическая энергия сохраняется (не изменяет­ся со временем).

Кинетическая энергия может пере­ходить в потенциальную и обратно в равных количествах.

1.Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс. Превращение энергии при механических колебаниях.


Механическими колебаниями называют движения тела, повторяющиеся точно или приблизительно через одинаковые промежутки времени. Основными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период. Смещение — это отклонение тела от положения равновесия. Амплитуда — модуль максимального отклонения от положения равновесия. Частота — число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период — время одного полного колебания, т. е. минимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/Т.
Простейший вид колебательного движения — гармонические колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса (рис. 9).
Свободными называют колебания, которые совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воздействий на систему, совершающую колебания. Например, колебания груза на нити (рис. 10).
Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити (см. рис. 10).
При отклонении маятника от положения равновесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А маятник

Научные методы познания окружающего мира

Научные методы познания окружающего мира

обладает потенциальной энергией mgh. При движении к положению равновесия, к точке О, уменьшается высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратится в кинетическую энергию mv 2 /2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максимальное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, скорость маятника уменьшается и при максимальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движении всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергии.
При свободных механических колебаниях неизбежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодической внешней силы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на качелях, поршень движется в цилиндре двигателя автомобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер вынужденных колебаний зависит от характера действия внешней силы, от ее величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреплен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.

Научные методы познания окружающего мира

При совпадении частоты внешней силы и частоты собственных колебаний тела амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Графически зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты действия внешней силы показана на рисунке 11.
Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически действующей силы. Поэтому, например, двигатели в автомобилях устанавливают на специальных амортизаторах, а воинским подразделениям при движении по мосту запрещается идти «в ногу».

Билет 9.Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории (МКТ) строения вещества. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро.

Молекулярно-кинетическая теория — это раздел физики, изучающий свойства различных состояний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:
1. Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.
2. Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.
3. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.
Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул, атомов и ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы с помощью электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непрерывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления. Подтверждением непрерывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было доказано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движения разработал А. Эйнштейн. Законы движения частиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсивности броуновского движения — уменьшение температуры. Существование броуновского движения убедительно подтверждает движение молекул.
Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества v принято считать пропорциональным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле.
Единицей количества вещества является моль. Моль — это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С12. Отношение числа молекул вещества к количеству вещества называют постоянной Авогадро:NA=N/v ,NA=6,02·10 23 моль -1.
Постоянная Авогадро показывает, сколько атомов и молекул содержится в одном моле вещества. Молярная масса — масса одного моля вещества, равная отношению массы вещества к количеству вещества: М = m/v.
Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одной молекулы:
m0=m/N=m/vNA=M/NA
Массы молекул очень малы. Например, масса молекулы воды:
m=29,9·10 -27 кг.
Молярная масса связана с относительной молекулярной массой Мг. Относительная молекулярная масса — это величина, равная отношению массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода С12. Если известна химическая формула вещества, то с помощью таблицы Менделеева может быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах, показывает величину молярной массы этого вещества.
Диаметром молекулы принято считать минимальное расстояние, на которое им позволяют сблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы является условным. Средний размер молекул порядка 10 -10 м.

Билет 10.Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура и ее измерение. Абсолютная температура.Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:а) между молекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. молекулы ведут себя как абсолютно упругие тела; б) газ очень разряжен, т.е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул; в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при соответствующем разряжении реального газа. Некоторые газы даже при комнатной температуре и атмосферном давлении слабо отличаются от идеальных. Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура. Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газана стенки сосуда. Качественное объяснение заключается в том, что молекулы газа при столкновениях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда. На основании использования основных положений молекулярно-кинетической теории было получено основное уравнение МКТ идеального газа, которое выглядит так:p=1/3m0nv2, где р — давление идеального газа, m0 — масса молекулы,v2среднее значение квадрата скорости молекул,n— концентрация молекул. Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа Ек =m0 v 2 /2 получим основное уравнение МКТ идеального газа в виде:p=2/3nEk.Однако, измерив только давление газа, невозможно узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентрацию. Следовательно, для нахождения микроскопических параметров газа нужно измерение еще какой-то физической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул. Такой величиной является температура. Температура— скалярная физическая величина, описывающая состояние термодинамического равновесия (состояния, при котором не происходит изменения микроскопических параметров). Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина — характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией. Ек = 3/2 kT, где k = 1,38 · 10 -23 Дж/К и называется постоянной Больцмана. Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Измеряется температура термометрами в градусах различных температурных шкал. Существует термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы, абсолютная которые отличаются начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распространение получила шкала Цельсия (за О °С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении). Единица температуры по абсолютной шкале называется Кельвином и выбрана равной одному градусу по шкале Цельсия 1 К = 1 °С. В шкале Кельвина за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю. Вычисления дают результат, что абсолютный нуль температуры равен -273 °С. Таким образом, между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия существует связь Т = t °C + 273. Абсолютный нуль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближении к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается.

Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева—Клапейрона.) Изопроцессы.
Состояние данной массы газа полностью определено, если известны его давление, температура и объем. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.
Для произвольной массы газа состояние газа описывается уравнением Менделеева—Клапейрона: pV = mRT/M. где р — давление, V — объем, m — масса, М — молярная масса, R — универсальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К (R = 8,31 Дж/моль ·К)).
Уравнение Менделеева—Клапейрона показывает, что возможно одновременное изменение трех параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изотермический, изохорный и изобарный.
Изопроцессом называют процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.
Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре.

Т = const. Он описывается законом Бойля—Мариотта: pV = const.
Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля: V = const, p/T = const.
Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T = const при Р = const и называется законом Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически (рис. 15).
Реальные газы удовлетворяют уравнению состояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул пренебрежительно мал по сравнению с объемом сосуда,

Научные методы познания окружающего мира

в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмолекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового движения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.

Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха.
Испарение — парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинетической энергии молекул при тепловом движении приводит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно, испарение сопровождается охлаждением жидкости. Скорость испарения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жидкости. Конденсация — процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.
Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигнет такого значения, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, покидающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации вещества. Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, покинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, находящийся при давлении ниже насыщенного, называют ненасыщенным.
Вследствие постоянного испарения воды с поверхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосферное давление представляет собой сумму давления сухого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отличие от ненасыщенного не подчиняется законам идеального газа. Так, давление насыщенного пара не зависит от объема, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой формулой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от температуры составлены таблицы, по которым можно определить его давление при различных температурах.
Давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, называют абсолютной влажностью, или упругостью водяного пара. Поскольку давление пара пропорционально концентрации молекул, можно определить абсолютную влажность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в килограммах на метр кубический (р).
Большинство явлений, наблюдаемых в природе, например быстрота испарения, высыхание различных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, насколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром. При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокращается, что ведет к перегреванию организма. Наиболее благоприятной для человека в средних климатических широтах является относительная влажность 40—60%. Относительной влажностью называют отношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т. е. &#&66;=(
p/p0)·100%
Относительная влажность колеблется в широких пределах. Причем суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днем, с возрастанием температуры и, следовательно, с ростом давления насыщения, относительная влажность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же количество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нем пар до насыщения. Точкой росы называют температуру, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами .

Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона к изопроцессам. Адиабатный процесс.

Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия — это величина, характеризующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U = 3/2 ·(
m/М) · RT.
Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).
Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q).
Эти способы количественно объединены в закон сохранения энергии. который для тепловых процессов читается так: изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершенной над системой.&#&16;
U=Q+A. где&#&16;U— изменение внутренней энергии, Q — количество теплоты, переданное системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А’. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым законом термодинамики, можно записать так:Q=A’+&#&16;U, т.е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение системой работы и изменение ее внутренней энергии.
При изобарном нагревании газ совершает работу над внешними силами

A’=p(V2V1)=p&#&16;V. где V1 и V2 — начальный и конечный объемы газа. Если процесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадью фигуры ABCD, заключенной между линией, выражающей зависимость p(V), и начальным и конечным объемами газа V

Научные методы познания окружающего мира
Рассмотрим применение первого закона термодинамики к изопроцессам, происходящим с идеальным газом.
В изотермическом процессе температура постоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид:
Q=A’. т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому температура не изменяется.

В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы:Q=&#&16;U+A’.
При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е. А = 0, и уравнение первого закона имеет вид
Q=&#&16;U. т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.
Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается,
A’=&#&16;U.Кривая, изображающая адиабатный процесс, называется адиабатой.

Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.
Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной — электрическим зарядом, который обозначается q. Единица электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой

1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6·10 -19 Кл. Заряд частиц всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда.
Полный заряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел, остается постоянной: q1 + q2 +. + qn = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к другому. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда. Никогда и нигде в природе не возникает и не исчезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами элементарных заряженных частиц — электронов — от одних тел к другим.
Электризация — это сообщение телу электрического заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разнородных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.
В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка — положительный.
Законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатика.
Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.


F=k, гдеq1иq2— модули зарядов,r— расстояние между ними, k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, в СИk=9·10 9 Нм 2 /Кл 2.
Величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды &#&49;. Для среды с диэлектрической проницаемостью &#&49; закон Кулона записывается следующим образом:

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (рис. 20, 21).

Научные методы познания окружающего мира

Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор — это система двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные диэлектриком, образуют плоский конденсатор. Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность одной пластины. Вне пластин напряженность равна нулю.

Обозначаются конденсаторы на схемах так:

Научные методы познания окружающего мира

Электроемкостью конденсатора называют величину, равную отношению величины заряда одной из пластин к напряжению между ними. Электроемкость обозначается С.
По определению С = q/U. Единицей электроемкости является фарад (Ф). 1 фарад — это электроемкость такого конденсатора, напряжение между обкладками которого равно 1 вольту при сообщении обкладкам разноименных зарядов по 1 кулону.
С


где &#&49;О — электрическая постоянная, &#&49; — диэлектрическая постоянная среды, S —

площадь пластин, d-расстояние между пластинами. Если конденсаторы соединены в батарею последовательно, то(рис. 24), при параллельном соединении С012 (рис. 23).
В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, бумажные, слюдяные.
Конденсаторы применяются для накопления электроэнергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, в выпрямителях, колебательных контурах и других радиоэлектронных устройствах.

Научные методы познания окружающего мира

Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

Из формулы определения напряженияU=A/qлегко получить выражение для расчета работы по переносу электрического заряда А=Uq; так как сила тока связана с зарядом соотношениемq=It, то работа тока :A=UItилиA=I2Rt=U2t/R.
Мощность по определению N = A/t, следовательно,
N=UI=I2R=U2/R
Русский ученый X. Ленц и английский ученый Д. Джоуль опытным путем в середине прошлого века установили независимо друг от друга закон, который называется законом Джоуля — Ленца и читается так: при прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившееся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.
Q=I2Rt.
Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источник тока (рис. 25). Как один из участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним, r.

Научные методы познания окружающего мира

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС — электродвижущая сила источника. ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к величине этого заряда Ɛ=Аст /q.
Пусть за времяtчерез поперечное сечение про­водника пройдет электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать так: Аcт=Ɛq. Согласно определе­нию силы тока q=I&#&16;t, поэтому. Аcт=Ɛ I&#&16;t. При совер­шении этой работы на внутреннем и внешнем уча­стках цепи, сопротивления которых R и г, выделя­ется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля—Ленца оно равно: Q = I 2 Rt + I 2 гt. Соглас­но закону сохранения энергии, А=Q. Следователь­но, Ɛ =IR + Iг. Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: I =/(R +r). Эту зависимость опытным путем получил Георг Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

Билет 17.
Магнитное поле, условия его существования. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие. Магнитная индукция.

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее (рис. 27). В том же году французский физик Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение, если ток течет по ним в одном направлении, и отталкивание, если токи текут в разных направлениях (рис. 28). Явление взаимодействия токов Ампер назвал электродинамическим взаимодействием. Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов, согласно представлениям теории близкодействия, объясняется следующим образом: всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнитное поле — особый вид материи, который возникает в пространстве вокруг любого переменного электрического поля.
С современной точки зрения в природе существует совокупность двух полей — электрического и магнитного — это электромагнитное поле, оно представляет собой особый вид материи, т. е. существует объективно, независимо от нашего сознания. Магнитное поле всегда порождается переменным электрическим, и наоборот, переменное магнитное поле всегда порождает переменное электрическое

Научные методы познания окружающего мира

Научные методы познания окружающего мира

поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно рассматривать отдельно от магнитного, так как носителями его являются частицы — электроны и протоны. Магнитное поле без электрического не существует, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике.
Магнитное поле является силовым полем. Силовой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В). Магнитная индукция — это векторная физическая величина, равная максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. В = F/IL Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1 Тл = 1 Н/А · м. Магнитная индукция всегда порождается в плоскости под углом 90° к электрическому полю. Вокруг проводника с током магнитное поле также существует в перпендикулярной проводнику плоскости.
Магнитное поле является вихревым полем. Для графического изображения магнитных полей вводятся силовые линии, или линии индукции, — это такие линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной. Направление силовых линий находится по правилу буравчика. Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением силовых линий. Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют собой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику (рис. 29).

Научные методы познания окружающего мира

Как установил Ампер, на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила. Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока, длине проводника в магнитном поле и перпендикулярной составляющей вектора магнитной индукции. Это и есть формулировка закона Ампера, который записывается так: FА = IlВ sin &#&45;. Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки. Если левую руку расположить так, чтобы четыре пальца показывали направление тока, перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции (В = В sin &#&45;) входила в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера (рис. 30).

Научные методы познания окружающего мира

Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры их практического использования.
Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис. 42). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.
Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.
Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит

Научные методы познания окружающего мира

при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчетам Максвелла, должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.
Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик





Внимание, только СЕГОДНЯ!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *