Хтось ввів термін фізика. Фізика

Міністерство освіти і науки Республіки Казахстан

Павлодарський державний університет

ім. С. Торайгирова

В.А. Жексенбекова, Т.Т. Даніярів, М.Ш. Алінова

ФІЗИКА

Павлодар

Підручник рекомендовано до видання навчально-методичної секції зі спеціальностей професійного навчання, мистецтва та послуг Республіканської навчально-методичної ради (РУМЗ) МОН РК при ЮКДУ ім. М. Ауезова, протокол №4 від 22.05.09

Рецензенти:

Т.С.Рамазанов - доктор фізико-математичних наук, професор, КазНУ ім. Аль-Фарабі, м. Алмати;

С.К. Тлєукенов – доктор фізико-математичних наук, професор, ПДУ ім.С.Торайгирова, м. Павлодар;

А.М. Мубараков – доктор педагогічних наук, професор Інноваційний Євразійський університет, м. Павлодар.

В.А. Жексембекова, Т.Т. Даніярів, М. Ш. Алінова

А50 Фізика: підручник.  Павлодар: Кереку, 2009.  370 с.

ISBN 9965 - 9965 - 32 - 910-9

У підручнику узагальнено досвід підготовки майбутніх педагогів професійного навчання до професійної діяльностічерез розкриття змісту та структури курсу фізики з урахуванням досягнень сучасної науки та практики.

У курсі фізики розглядаються питання, передбачені вимогами стандарту спеціальності, які мають забезпечити майбутньому педагогові професійного навчання основи його теоретичної підготовки у різних галузях фізичної науки.

Підручник призначений для учнів коледжів та студентів спеціальності 0505120 – Професійне навчання, педагогів та працівників організацій професійної освіти.

А 1604000000

ISBN 9965 - 9965 - 32 - 910-9

 Жексембекова В.А., Даніяров Т.Т., Алінова М.Ш., 2009

 ПДУ ім. С. Торайгирова, 20099

Фізика як наука. Зміст та структура фізики

«Фізика» - грецькою «природа». Поряд з іншими природничими науками фізика вивчає властивості навколишнього світу, будову і властивості матерії, закони взаємодії та руху матеріальних тіл. Фізика - наука про найпростіші загальних властивостейах матерії. Серед усіх наук про природу фізика займає особливе становище: це є наука про найбільш загальні властивості та форми руху матерії. Матерія перебуває у безперервному русі, під яким розуміється всяка зміна взагалі. Рух є невід'ємною властивістю матерії, яка неутворена і незнищена, як і сама матерія. Матерія існує і рухається у просторі та в часі, які є формами буття матерії.

Процес пізнання у фізиці, як і будь-якій науці, починається або зі спостереження явищ у природних умовах, або зі спеціально поставлених дослідів - експериментів. Результат експерименту,при постановці якого дослідник вже керується певною гіпотезою, дає можливість перевірити гіпотезу, уточнити та розширити її до ступеня теорії, встановити фізичний закон, тобто встановити характер об'єктивної залежності між різними фізичними величинами. Досвід(Спостереження, експеримент, практика) є джерелом всіх наших знань.

Фізичні законивстановлюються на основі узагальнення досвідчених фактіві висловлюють об'єктивні закономірності, що у природі. Ці закони зазвичай формулюються як кількісних співвідношень між різними величинами.

Основним методом дослідження у фізиці є досвід, тобто спостереження досліджуваного явища в точно контрольованих умовах, що дозволяють стежити за перебігом явища та відтворювати його щоразу при повторенні цих умов. Експериментально можуть бути викликані явища, які, природно, в природі не спостерігаються. Наприклад, з числа відомих в даний час хімічних елементівбільше десяти в природі поки не виявлено і було отримано штучним шляхом за допомогою ядерних реакцій.

На основі накопиченого експериментального матеріалу будується попереднє наукове припущення про механізм та взаємозв'язок явищ - створюється гіпотеза. Гіпотеза - це наукове припущення, що висувається для пояснення будь-якого факту чи явища і потребує перевірки та докази для того, щоб стати науковою теорією чи законом. Правильність висловленої гіпотези перевіряється у вигляді постановки відповідних дослідів, шляхом з'ясування згоди наслідків, які з гіпотези, з результатами дослідів і спостережень. Успішно пройшла таку перевірку і доведена гіпотеза перетворюється на науковий закон чи теорію.

Фізична теоріяє системою основних ідей, які узагальнюють досвідчені дані і відбивають об'єктивні закономірності природи. Фізична теорія дає пояснення цілої галузі явищ природи з єдиної точки зору.

Вся історія науки показує, що процес пізнання матеріального світу не закінчується кожним таким колом – від досвіду до теорії та від теорії назад до досвіду. Незабаром виявляються нові області явищ і накопичуються факти, пояснення яких не вкладається в рамки існуючих теорій і вимагає висування нових гіпотез.

Наукове дослідження є єдністю теорії та практики при вирішальній ролі практики та провідній ролі теорії. Без теоретичних узагальнень, без вказівок теорії про розумний напрямок експериментів неможливий рух науки вперед. Розвиток теоретичних уявлень відбувається за допомогою заміни одних застарілих теорій іншими, досконалішими, які по-новому, точніше пояснюють зростання кола вивчених явищ і в той же час зберігають у собі всі зерна істини, що були в старих теоріях.

Цілі, які ставляться щодо фізики у вузах, різноманітні. Найважливіша з них полягає в ознайомленні з основними фізичними явищами, їх механізмом, закономірностями та практичними додатками. Цим закладається фізична основа вивчення наступних загальнотехнічних і спеціальних дисциплін. Цими найголовнішими завданнями і визначаються вибір основних розділів фізики, що вивчаються, і обсяг їх викладу.

Та обставина, що вивчення фізики починається з вивчення механічного руху тіл, невипадково і зумовлено як історичної послідовністю розвитку фізики. Незважаючи на те, що механічний рух є найпростішою формою руху, до сучасного його уявлення йшли довго. Особливу роль становленні класичної механіки грали дослідження І. Ньютона.

Перед формулюванням основних законів механіки Ньютон уточнює основні поняття, необхідних їх визначення. Одне з основних наслідків законів механіки свідчить: «Відносні рухи один до одного тіл, ув'язнених у якомусь просторі, однакові, спочиває це простір чи рухається рівномірно і прямолінійно без обертання». В іншому місці Ньютон стверджує: «Може виявитися, що насправді не існує тіла, що покоїться, до якого можна було б відносити місця і рухи інших», і, таким чином, він вважає, що рухи, що спостерігаються нами, відносні і абсолютного руху не існує. Але він також знає, що прискорений рух системи відліку проявляється динамічно, викликаючи явище інерції.

Ньютон сприймає, що у природі існує абсолютний спокій, абсолютно нерухома система відліку. Це порожній однорідний нерухомий простір атомістів та Евкліда – чисте містище всіх речей. Істотно, що поряд з абсолютним простором Ньютон визнає і абсолютний час, що тече саме собою, безвідносно до будь-яких процесів. Ось як він визначає абсолютний і відносний час та простір.

«І. Абсолютне, справжнє математичне чассаме по собі і за самою своєю сутністю, без жодного відношення до чогось зовнішнього, протікає рівномірно і інакше називається тривалістю. Абсолютний час відрізняється в астрономії від звичайного, сонячного часу, рівняння часу.

Відносне, що здається, або повсякденне, час- є або точна, або мінлива, осягана почуттями, зовнішня, здійснювана з допомогою будь-якого руху міра тривалості, вживана у повсякденному житті замість справжнього математичного часу, як-то: годину, день, місяць, рік». Наш вимір часу, як недосконалий, повсякденний (від зорі до зорі), так і точний, астрономічний час, дає нам відносний, або звичайний час, заснований на рухах, які ми спостерігаємо. Ці рухи, навіть обертання Землі, може бути цілком рівномірними, тоді як справжнє математичне час тече саме собою абсолютно рівномірно. Осягаючи відносний час, конструюючи все більше і більше точний годинник, ми маємо на увазі недосяжний ідеал, справжній, абсолютний час.

«ІІ. Абсолютний простірза самою своєю сутністю безвідносно до чогось зовнішнього, залишається завжди однаковим і нерухомим.

Відносний простірє його міра або якась обмежена рухлива частина, яка визначається нашими почуттями за становищем його щодо деяких тіл і яке в повсякденному житті приймається за простір нерухоме: так, наприклад, протягом простору підземного повітря або надземного, що визначаються за їх становищем щодо Землі»

«ІІІ. Місцеє частина простору, що займає тіло, і по відношенню до простору буває або абсолютним, або відносним»

IV. Абсолютний рухє переміщення тіла з одного абсолютного його місця до іншого, відносне- з відносного в відносне».

З наведених визначень Ньютона випливає, що:

1) простір і час мають об'єктивну реальність; це правильно;

2) простір та час не пов'язані органічно з матерією; це не вірно. Такий підхід до понять про простір та час метафізичний. Концепція абсолютного простору-часу, відірваного від матеріальних тіл та реальних процесів, - метафізична. Ньютон сам завзято прагнув подолати зазначену вище метафізичність зроблених ним визначень простору та часу. Ньютон бачив, що з подолання метафізичності необхідно встановити зв'язок простору та часу з матерією. Але через тодішнього невисокого рівня наукових знань висновки Ньютона, правильні сутнісно, ​​ще мали належної широти.

Але незважаючи на це важливо, що основою класичної фізики були закони, встановлені Ньютоном для руху тіл в абсолютному евклідовому просторі. За принципом відносності цей простір уявлявся будь-якою системою відліку, у якій не проявляється відчутним чином дію інерційних сил. Та обставина, що абсолютний простір не відчувається нашими почуттями, жодною мірою не похитнуло переконання Ньютона в тому, що поняття про абсолютний простір і абсолютний час повинні бути покладені в основу механіки. Об'єктивна реальність абсолютного простору та абсолютного часу для Ньютона не підлягала сумніву, тому і до понять «спокойний» і «рівномірність» Ньютон ставився, як до понять, що виражають об'єктивну реальність, незалежно від того, легко чи важко нам розпізнати цю реальність. Ньютон каже: «Може виявитися, що в природі не існує тіла, що покоїться, до якого можна було б відносити місця і рухи інших Можливо, що не існує в природі такого рівномірного руху, яким час, міг би вимірюватися з досконалою точністю». Ньютон вважає, що ці питання мають бути досліджені та вивчені. Не зупиняючись ні перед якими труднощами, Ньютон бачив завдання механіки і фізики в «знаходженні істинних рухів тіл з причин, що їх виробляють, за їхніми проявами і різницею рухів, що здаються».

Багато питань, що виникають відразу після народження нового фізичного поняття, прояснюються поступово, з розвитком фізики. Це призводить далі до розширення та уточнення ідей вчених.

У другій половині ХІХ ст. була створена теорія електромагнітного поля, відкриті та вивчені електромагнітні хвилі. На цій основі почався бурхливий розвиток радіотехніки. Створена в другій половині XIX століття молекулярно-кінетична теорія виходила зі становища, що всі тіла побудовані з найдрібніших частинок, що перебувають у безперервному русі. Ці частинки були названі атомами, що грецькою означає «неподільні». Однак уже в наприкінці XIXстоліття були виявлені атомами, що випускаються, ще більш дрібні (за масою) частинки - негативно заряджені електрони. Експериментальне відкриття електрона, радіоактивності, термоелектронної емісії (випускання нагрітими металами електронів), фотоефекту (виривання електронів з металів під впливом світла) та інших явищ - все це вказувало на те, що атом речовини є складною системою, побудованою з дрібніших частинок. Перед фізикою постала проблема будови атома. І на початку XX століття було доведено, що атом має ажурну будову, а в центрі її розташовано позитивно заряджене ядро, в якому зосереджена майже вся маса атома.

Початок XX століття ознаменувався створенням теорії відносності, яка стала провідною теорією рухів зі швидкостями, близькими до швидкості світла, і стала основою методів розрахунку прискорювачів заряджених частинок, що застосовуються в сучасній ядерній техніці. Цей період характеризується наполегливими спробами проникнути у внутрішню будову атомів. Ключем до з'ясування будови атомів стало вивчення атомних спектрів. Перший разючий успіх у поясненні спостережуваних спектрів принесла теорія атома, розвинена Нільсом Бором в 1913 р. Однак ця теорія мала явні риси непослідовності: поряд з підпорядкуванням руху електрона в атомі законам класичної механіки, вона накладала на цей рух спеціальні квантові обмеження. За цю непослідовність теорії невдовзі довелося розплатитися. Після перших успіхів у поясненні спектра найпростішого атома - водню - виявилася нездатність теорії Бора пояснити поведінку атомів із двома та великим числом електронів.

Назріла потреба створення нової цілісної теорії атомів. Початок створення такої теорії було покладено 1924 р. сміливою гіпотезою Луї де Бройля. На той час було відомо, що світло, будучи хвильовим процесом, разом з тим часом виявляє корпускулярну природу, тобто веде себе як потік частинок. Ввівши уявлення про випромінювання світла окремими порціями - квантами, Макс Планк (1858-1947) 1900 р. вирішив завдання про випромінювання абсолютно чорного тіла. Таким чином, на порозі XX століття з'явилося поняття кванта, що грає в сучасній фізиці виключно важливу рольі що призвело до створення квантової механіки.

Де Бройль висловив думку, як і частинки речовини, своєю чергою, повинні виявляти за певних умов хвильові властивості. Гіпотеза де Бройля незабаром отримала блискуче експериментальне підтвердження: було доведено, що з частинками речовини пов'язаний хвильовий процес, який має бути врахований при розгляді механіки атома. Результатом цього відкриття було створення Е. Шредінгер і В. Гейзенберг нової фізичної теорії - хвильової або квантової механіки. Квантова механіка досягла разючих успіхів у поясненні атомних процесів та будови речовини. У тих випадках, коли вдалося подолати математичні труднощі, були отримані результати, які чудово узгоджуються з досвідом.

Останні 100 років внесли суттєві зміни у становище фізики серед інших наук про природу. У 1919 р. вдалося вперше розщепити атомне ядро ​​і показати складність його будови. Було відкрито численні нові так звані елементарні частинки (протон, нейтрон, гіперони, мезони, нейтрино), і було показано, що вони здатні перетворюватися один на одного. Використовуючи сучасні надпотужні прискорювачі ядерних частинок, в 1956 р. вдалося отримати нові, раніше не спостерігалися і лише теоретично передбачені фізиками частинки - антипротон, антинейтрон та ін.

З кожним таким відкриттям безперервно розширювалися і поглиблювалися уявлення про будову речовини та взаємодію елементарних частинок, і виникала необхідність у створенні нових гіпотез та розвитку нових теорій. Останні роки ознаменувалися великими досягненнями у галузі фізики елементарних частинок, термоядерного синтезу, квантової електроніки, фізики. твердого тілаі т.д.

Отже, початок XX століття ознаменувалося у фізиці корінною ламкою цілого ряду звичних понять та уявлень про будову речовини. Людина дедалі більше глибоко проникає в сутність навколишнього матеріального світу.

Поштовхом до розвитку фізики, як і інших наук, послужили практичні вимоги людей. Механіка стародавніх єгиптян та греків виникла безпосередньо у зв'язку з тими запитами, які були поставлені тодішньою будівельною та військовою технікою. Також під впливом техніки, що розвивається, і військової справи були зроблені великі наукові відкриття кінця XVIIта початку XVIII століть.

Основоположник російської фізики та хімії М. В. Ломоносов поєднував свою наукову працю з вимогами практики. Його численні та різноманітні дослідження з природи твердих та рідких тіл, оптики, метеорології, атмосферної електрики були пов'язані з тими чи іншими практичними завданнями.

На початку XIX століття застосування парових машин зробило необхідним вирішення питання про найбільш вигідне перетворення тепла на механічну роботу. Це питання було вирішено при вузькотехнічному підході. Після того як у 1824 р. французький інженер Саді Карно загальному виглядірозглянув проблему про перехід тепла у роботу, можна було справді збільшити коефіцієнт корисної дії теплових машин. Одночасно робота Карно послужила фундаментом для виникнення загального вчення про передачу та перетворення енергії, що згодом отримав назву термодинаміки. Таким чином, вимоги практики призводять до нових фізичних відкриттів, а ці останні є базою для подальшого розвитку техніки. Нерідко, вельми теоретичні, і абстрактні на перший погляд фізичні відкриття згодом знаходять найрізноманітніші та найважливіші технічні застосування. Відкриття 1831 р. Фарадеєм електромагнітної індукції уможливило широке практичне використання електричних явищ. Відкритий 1869 р. Д. І. Менделєєвим періодичний закон як зіграв виняткову роль розвитку вчення про атоми і природі хімічних явищ, а й є керівним під час вирішення величезної кількості практичних завдань хімії і фізики.

У сімдесятих роках минулого століття Максвелл створив загальну теорію електромагнітних процесів. Виходячи з цієї теорії, він дійшов висновку про можливість розповсюдження електромагнітної енергії у вигляді хвиль. У 1888 р. Герц експериментально підтвердив правильність цього висновку Максвелла. Декількома роками пізніше відкриття Максвелла - Герца було використано А. С. Поповим для здійснення радіотелеграфії. У свою чергу, розвиток радіотехніки відкрив перед фізиками нові, виключно широкі експериментальні можливості у вивченні властивостей природи. Теорія Максвелла є фундаментом багатьох розділів електротехніки і радіотехніки

Дослідження А. Р. Столетова по «актино-електричним» явищам (1888-1889) зіграли істотну роль з'ясуванні природи фотоелектричного ефекту, широко застосовуваного у сучасній техніці (телебачення, автоматика тощо. буд.).

В даний час виключно важливі проблеми, які здатні докорінно змінити техніку, як, наприклад, безпосереднє практичне використання сонячної енергії або отримання енергії за рахунок термоядерних реакцій вимагають для вирішення подальшого глибокого вивчення фізичних явищ. Вирішення принципових проблем фізики елементарних частинок, які мають тісний зв'язок з проблемою ядерних сил, вирішення проблеми керованих термоядерних реакцій в даний час є переднім краєм наступального фронту фізичних наук.

Зв'язок фізики коїться з іншими науками. Фізика тісно пов'язана з філософією.Найбільші відкриття у сфері фізики, такі, як закони збереження в механіці, закон збереження та перетворення енергії, другий закон термодинаміки та ін., завжди були ареною гострої боротьби між матеріалізмом та ідеалізмом. На початку нашого століття, у зв'язку з потоком відкриттів сучасної фізики, ця боротьба стала особливо жорстокою. Ідеалістично налаштовані фізики та філософи намагалися і намагаються досі використовувати конкретні досягнення фізики, що ламаються. фізичних теорійта уявлень для «повалення» матеріалізму. Вірні філософські висновки з наукових відкриттів у галузі фізики завжди підтверджували та підтверджують основні положення діалектичного матеріалізму. Тому вивчення цих відкриттів та його філософське узагальнення грають значної ролі у формуванні справді наукового світогляду.

Останні 100 років внесли суттєві зміни у становище фізики серед інших наук про природу. У цей період фізика розвивалася такими темпами і досягла таких результатів, яких не знала жодна з інших наук за всю історію свого існування. Зупинимося коротко на зв'язку ядерної фізики з іншими науками.

Астрофізиканаших днів досліджує багато таких проблем, успішне вирішення яких можливе лише в тому випадку, якщо вона спиратиметься на достовірні закони фізики.

Проблема генерування енергії в надрах Сонця та інших зірок при високих температурах та проблема еволюції зірок тісно пов'язані з проблемою термоядерних реакцій, що протікають у надрах зірок. Вирішення проблеми про вік космічних об'єктів: метеоритів, Сонця, зірок, Галактики та доступної нам частини Всесвіту, мабуть, повинно проводитися з урахуванням періодів розпаду довгоживучих і «не мають батьків» радіоактивних елементів, наприклад, таких як 92 U 238 , 19 K 40 і т.д.

Проблема походження космічних променів, проблема «народження пар» частинок у космічних умовах та багато інших також у тісному зв'язку з проблемами ядерної фізики.

Геологія, геофізика.Вирішення питання історії Землі тісно пов'язані з дослідженнями природної радіоактивності. Для визначення абсолютного віку Землі та різних її верств широко використовуються радіоактивні методи. Якщо визначити співвідношення між кількістю радіоактивного елемента (урану) та кількістю стійких продуктів розпаду (свинець, гелій) у досліджуваній гірської породи, це дасть можливість обчислити вік досліджуваної породи.

Теплова історія Землі та питання сучасного теплового стану її надр також тісно пов'язані з проблемами природної радіоактивності. В даний час широко застосовується радіометрична апаратура при розвідці та розробці уранових та торієвих родовищ, геофізичних методах пошуків і розвідки нафти, вугілля та інших копалин.

Археологія.Метод вивчення радіоактивності предметів знайшов застосування у визначенні віку археологічних знахідок, ст. одержанні важливих відомостей про історичне минуле людства за цими речовими історичними знахідками. Це важливе «доручення» – розповісти про прожиті століття – виконує радіоактивний ізотоп вуглецю 6 С 14 .

Під дією нейтронів космічного випромінювання деяка частина ядер азоту земної атмосфери перетворюються на ядра радіоактивного вуглецю 6 14 . Протягом тисячолітньої історії Землі концентрація вуглецю в атмосфері залишалася практично незмінною. Вони входять до складу органічних сполук шляхом засвоєння Вуглекислий газзеленим листям. Якщо рослина, наприклад дерево, гине і перестає поглинати сполуки вуглецю з атмосфери, вміст радіоактивного вуглецю поступово зменшується, оскільки він розпадається з періодом напіврозпаду 5568 років. Через 5568 років активність (кількість) вуглецю 6 З 14 у куті зменшується вдвічі і т.д.

Хімія.Внаслідок розвитку ядерної фізики були штучно отримані нові зауранові елементи, які не зустрічаються у природі. Великим та важливим розділом сучасної хіміїє радіохімія, яка вивчає хімічні та фізико-хімічні властивості радіоактивних елементів, розробляє методи виділення та концентрування радіоактивних ізотопів.

Медицина.Природні та штучно одержані радіоактивні ізотопи знайшли широке застосування в медицині для діагностики та лікування деяких захворювань. Методом мічених атомів встановлено, що кальцій входить у кістки, а й у нервову систему, цинк грає значної ролі у освіті інсуліну й у діяльності білих кров'яних кульок. Радіоактивний фосфор використовується для діагностики захворювань крові, пухлин печінки, захворювань шкіри.

Межі між фізикою і деякими іншими природничими науками не можуть бути встановлені різко. Існують великі прикордонні області між фізикою і хімією, виникли навіть особливі науки: фізична хімія і хімічна фізика. Області знання, де фізичні методи застосовуються для вивчення більш-менш приватних питань, також поєднуються в особливі науки: так виникла наприклад, астрофізика, що вивчає фізичні явища, в небі, і геофізика, що вивчає фізичні протікають в атмосфері Землі та в земної кори. Фізичні відкриття часто давали поштовх розвитку інших наук. Винахід мікроскопа та телескопа прискорив розвиток біології та астрономії. Відкритий фізиками спектральний аналіз став одним із основних методів, астрофізики тощо.

Відомо, що розвиток науки та технікивизначається економічними потребами суспільства. Технічний рівень виробництва значною мірою залежить стану науки. Історія розвитку фізики та техніки показує, яке велике значення мали відкриття у фізиці для створення та розвитку нових галузей техніки. Фізика стала фундаментом, у якому зросли такі нові галузі техніки, як електро- і радіотехніка, електронна і обчислювальна техніка, приладобудування, ядерна техніка та інших. Фізики озброюють промисловість принципово новими приладами і установками, створюють основи нових, досконаліших методів виробництва. Швидко розвинулася фізика напівпровідників, що майже негайно отримала практичний додаток у техніці напівпровідникових пристроїв та приладів.

Короткий методичний аналіз розділів фізики. Механіка. У сучасній фізиці основні поняття класичної механіки не втратили свого значення, а отримали лише подальший розвиток, узагальнення та критичну оцінку з точки зору меж їх застосування. При викладі фізичних основ механіки слід уникати абстрактності механічних уявлень, максимально зближуючи теорію з реальними фізичними явищами та природою діючих сил. Ясна фізична і філософська інтерпретація уявлень класичної механіки у сучасній фізиці має стати основним керівним початком щодо цього розділу програми курсу фізики.

На початку викладу кінематики точки та поступального руху твердого тіла слід зупинитися на тих уявленнях про властивості простору та часу, що лежать в основі класичної (ньютонівської) механіки. У класичній механіці простір і час розглядаються як об'єктивні форми існування матерії, але у відриві одна від одної та від руху матеріальних тіл. Ньютон вважав, що тіла та їх рух не впливають ні на хід часу, однаковий у всіх інерційних системах відліку, ні на властивості простору, що описуються геометрією Евкліда. У ньютонівській механіці визнається можливість миттєвої передачі взаємодій між тілами.

При викладі кінематики необхідно використовувати математичний апарат векторної алгебри та диференціального обчислення. Слід отримати вирази для дотичної та нормальної складових прискорення матеріальної точки в криволінійному русі та ввести поняття про радіус кривизни траєкторії (на прикладі плоскої траєкторії).

Коливання тут розглядаються, як один із видів руху, нарівні з прямолінійним та обертальним рухами. Для коливального руху як виду руху необхідно ввести всі кінематичні характеристики - швидкість, прискорення і т.д. Такий виклад призводить до значної економії часу і на математичній стороні справи і водночас дозволяє наочно порівнювати фізичні процеси, що відбуваються за відповідних рухів. Це сприяє виробленню у студентів єдиного підходу до рухів різної фізичної природи. Скрізь, де можливо, слід використовувати графічний метод подання гармонійного коливання за допомогою вектора, що обертається. Потрібно роз'яснити студентам, що будь-які коливання лінійної системи завжди можна представити у вигляді суперпозиції гармонійних коливань, що одночасно відбуваються, з різними частотами, амплітудами і початковими фазами. Розглядаючи резонанс при вимушених ваганнях, необхідно обговорити це явище з енергетичної точки зору.

Виклад динаміки матеріальної точки та поступального руху твердого тіла має бути розвитком та поглибленням відповідного розділу курсу фізики середньої школи. Увага потрібно зосередити на таких питаннях, як закон руху центру мас механічної системи, закон збереження імпульсу та умови збереження проекції імпульсу на вісь, робота сили, її вираз через криволінійний інтеграл та умова незалежності роботи від форми траєкторії, зв'язок кінетичної енергії механічної системи з роботою сил , доданих до цієї системи. Особливо ретельно та неквапливо слід викладати питання про поле як форму матерії, яка здійснює взаємодію між частинками речовини або тілами, про потенційну енергію матеріальної точки у зовнішньому полі (зокрема, потрібно розглянути енергію у полі центральних сил) та про закон збереження механічної енергії.

Кінематичні характеристики обертального руху твердого тіла та їх зв'язок із лінійними характеристиками доцільно розглядати безпосередньо перед динамікою обертального руху. Має сенс ввести поняття про момент сили і момент імпульсу механічної системи щодо нерухомої точки і осі.

Закони збереження імпульсу, моменту імпульсу та механічної енергії зазвичай виводять, ґрунтуючись на законах Ньютона. Тому дуже важливо звернути увагу студентів на те, що на відміну від законів Ньютона і побудованої на них класичної механіки, що мають обмежені сфери застосування, закони збереження є універсальними законами, що відображають фундаментальні властивості симетрії простору та часу. Для ілюстрації універсальності законів збереження та ефективності їх використання під час вирішення реальних фізичних завдань можна застосувати ці закони до розрахунку удару двох тіл.

При вивченні теми про неінерційні системи відліку та сили інерції потрібно звернути увагу студентів на те, що два основні положення ньютонівської механіки, згідно з якими прискорення завжди викликається силою, а сила завжди обумовлена ​​взаємодією між тілами, не виконуються одночасно в системах відліку, що рухаються з прискоренням. Корисно обговорити питання про те, чи є сили інерції «реальними» чи «фіктивними».

Молекулярна фізика та термодинаміки.На початку цього викладу. Розділу курсу необхідно роз'яснити студентам два якісно різних і взаємно доповнюють один одного методи дослідження фізичних властивостей макроскопічних систем - статистичний (молекулярно-кінетичний) та термодинамічний. Перший лежить в основі молекулярної фізики, другий – термодинаміки. Слід зазначити, що властивості величезної сукупності молекул відмінні від властивостей кожної окремої молекули. Навіть якщо, як це робиться в класичній статистичній фізиці, що базується на механічній картині світу, можна вважати, що кожна молекула рухається за законами ньютонівської механіки, сукупний рух величезного колективу молекул має специфічні закономірності. Властивості макроскопічної системи, зрештою, визначаються властивостями частинок системи, особливостями їх руху та середніми значеннями динамічних характеристик цих частинок.

Говорячи про термодинамічний метод, необхідно чітко сформулювати визначення таких основних понять термодинаміки, як термодинамічна система, термодинамічні параметри (параметри стану), рівноважний стан, рівняння стану, термодинамічний процес, внутрішня енергія тощо. Слід підкреслити, що термодинаміка, на відміну від молекулярна фізика не пов'язана з будь-якою конкретною фізичною картиною світу. Вона ґрунтується на кількох універсальних принципах – засадах термодинаміки, надійно підтверджених експериментами. У цьому, з одного боку, сила термодинамічного методу, придатного для аналізу різних фізичних систем, а з іншого - його слабкість . Наприклад, методами термодинаміки не можна вивести, рівняння стану системи, не можна обґрунтувати існування флуктуації тощо.

Переходячи до розгляду молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу, необхідно спеціально зупинитися на тій ролі, яку відіграє в молекулярній фізиці модель системи, що розглядається. Слід наголосити, що вибір цієї моделі залежить не тільки від специфічних особливостей системи, а й від того, які її властивості досліджуються. Наприклад, при розрахунку тиску газу на стінки судини можна, у першому наближенні, прийняти молекули газу як пружні кульки малого розміру, що безладно рухаються в посудині і стикаються тільки з його стінками. У той же час для пояснення процесів встановлення рівноважного розподілу молекул газу, а також закономірностей явищ переносу необхідно враховувати зіткнення молекул один з одним, хоча при цьому, як і раніше, можна нехтувати їх власним обсягом. У цьому дуже повчально зіставити на лекції значення сумарного власного обсягу і сумарної площі поверхні всіх молекул газу, що у посудині, відповідно з обсягом посудини і площею поверхні його стінок. Зрештою, у молекулярно-кінетичній теорії теплоємності газу необхідно вже враховувати внутрішню структуру молекул. Для пояснення відмінності властивостей реальних і ідеальних газівнеобхідно подальше уточнення моделі газу з тим, щоб вона враховувала дію сил взаємного тяжіння та відштовхування молекул, як це зроблено, наприклад, моделі газу Ван-дер-Ваальса.

Слід досить докладно розглянути такі питання, як молекулярно-кінетична теорія ідеальних газів та її обмеженість, межі застосування закону рівнорозподілу енергії, закони розподілу Максвелла і Больцмана.

Перше початок термодинаміки доцільно сформулювати і записати для малої зміни стану закритої системи, тобто системи, що обмінюється енергією із зовнішнім середовищем тільки шляхом теплообміну та здійснення роботи. Необхідно роз'яснити студентам, що внутрішня енергія, на відміну від теплоти та роботи, є функцією стану. Використовуючи вираз для внутрішньої енергії ідеального газу, отриманий від молекулярно-кінетичних уявлень, слід записати рівняння першого початку термодинаміки для ідеального газу, а потім застосувати цей закон до розрахунку трьох ізопроцесів та адіабатного процесу ідеальних газів. Насамкінець можна розглянути політропний процес. Дуже корисно привчати студентів до зображення та розпізнавання різноманітних політропних процесів у різних термодинамічних діаграмах. Особливої ​​ретельності викладу потребує другий початок термодинаміки та його статистичне тлумачення, а також поняття ентропії. Дуже корисно навести кілька різних формулювань другого початку термодинаміки та показати, що вони повністю еквівалентні. Навряд чи доцільно викладати доказ теореми Карно про незалежність ККД оборотного циклу Карно від природи робочого тіла. Слід знайти вираз для ентропії ідеального газу і показати цьому прикладі, що ентропія на відміну кількості теплоти є функцією стану.

Електрика та магнетизм.В електростатиці, а потім в електродинаміці вперше в курсі фізики більш менш серйозно з відповідним математичним апаратом розглядається теорія поля. Слід звернути увагу студентів на зв'язок теореми Остроградського – Гауса із законом Кулона та геометричними властивостями простору. Під цим кутом зору доцільно підходити до питання про розподіл зарядів у провідниках, що знаходяться в електростатичному полі. Викладаючи закон збереження електричного заряду, необхідно знову підкреслити роль і значення законів збереження у фізиці. Не слід захоплюватися розрахунками складних полів шляхом суперпозиції. Рекомендується звернути основну увагу на фізичний зміст потенціалу та його зв'язок із напруженістю поля, на графічне уявленнята аналіз залежностей напруженості та потенціалу від координат для електростатичних полів, створюваних найпростішими симетричними системами зарядів.

На особливу увагу заслуговує коло питань, пов'язаних з розрахунком електростатичного поляу діелектричних середовищах. Необхідно запровадити класифікацію зарядів на вільні та пов'язані, розглянути механізм та розрахувати поляризацію діелектриків з неполярними та полярними молекулами. Електричне зміщення доцільно ввести у зв'язку з доказом теореми Остроградського - Гауса для електростатичного поля в діелектричному середовищі (зазвичай це роблять на прикладі поля в діелектричному середовищііз неполярними молекулами). Далі рекомендується отримати умови, яким задовольняють вектори напруженості поля та електричного зміщення на межі розділу двох діелектричних середовищ, та розглянути приклади розрахунку напруженості та потенціалу електростатичного поля в діелектриці. Можна обмежитися якісним феноменологічним описом властивостей сегнетоелектриків.

При викладанні питання про енергію заряджених провідників і конденсатора слід зазначити, що, залишаючись у межах електростатики, не можна однозначно вирішити питання локалізації цієї енергії. Доцільно скрізь, де можливо, користуватися законом збереження та перетворення енергії.

Розділ курсу про постійний струм не слід надмірно розтягувати на лекціях. При викладі класичної електронної теорії провідності металів слід розповісти як про досягнення цієї теорії, і про труднощі. У зв'язку із законом Ома необхідно дати чітке розмежування таких понять, як різниця потенціалів, електрорушійна сила та електрична напруга. Слід також ввести точкові електричні характеристики та сформулювати закони постійного струму у диференційній формі.

Як основна характеристика магнітного поляслід вводити магнітну індукцію, ґрунтуючись на силовій дії магнітного поля або на невеликий елементпровідника зі струмом, або на невеликий замкнутий контур зі струмом. Напруженість магнітного поля доцільно вводити значно пізніше щодо магнітного поля у речовині. Не слід захоплюватися складними розрахунками магнітних полів на основі закону Біо-Савара – Лапласа. Важливо наголосити, що для магнітних полів виконується принцип суперпозиції. Закон повного струму для поля у вакуумі та теорему Остроградського – Гауса достатньо показати на прикладі магнітного поля прямолінійного провідниказі струмом.

Розглядаючи дію магнітного поля на заряд, що рухається, потрібно приділити особливу увагу питанню про релятивістське тлумачення магнітної взаємодії, а також аналізу закономірностей руху заряджених частинок в магнітному полі і практичному використанню цих закономірностей в прискорювачах, МГД-генераторах, мас-спектрометрах і т.д.

Закон електромагнітної індукції Фарадея – Максвелла досить розглянути якісно, ​​на основі дослідів. У другому випадку необхідно зупинитися на тому, за рахунок якої енергії відбувається робота індукційного струму. Дуже повчально обговорити виникнення ЕРС електромагнітної індукції та індукційного струму в нерухомому провідному контурі, що знаходиться в змінному магнітному полі.

При розгляді магнітних властивостейречовини слід зупинитися на гіпотезі молекулярних струмів Ампера, і навіть запровадити поняття макро- і мікрострумів і намагніченості. Розглядаючи елементарну теоріюДіа-і парамагнетизму, слід вказати на неможливість будь-якої класичної теорії магнітних властивостей речовини. Напруженість магнітного поля доцільно ввести у зв'язку з узагальненням закону повного струму на магнітне поле в речовині (зазвичай це роблять на прикладі поля в діамагнітному середовищі). Потім рекомендується отримати умови, яким задовольняють магнітна індукція та напруженість магнітного поля на межі розділу двох середовищ. Виклад властивостей феромагнетиків повинен мати феноменологічний характер.

На закінчення слід розглянути основи теорії Максвелла для електромагнітного поля. При цьому особливу увагу слід звернути на фізичне значення тих узагальнень експериментально встановлених законів, які були зроблені Максвеллом. Необхідно підкреслити відносний характер електричної та магнітної складових електромагнітного поля, тобто їхня залежність від вибору інерційної системи відліку.

Оптика та основи ядерної фізики. Хвильова оптика викладається як частина загального вчення про поширення хвиль. Слід наголосити на спільності явищ інтерференції та дифракції хвиль будь-якої природи. Викладення цих явищ має підготувати студента до розуміння основ квантової механіки. Поруч із загальними хвильовими властивостями слід зазначити специфічні особливості світлових хвиль та його практичні докладання. Когерентність та монохроматичність повинні бути пов'язані з кінцевою тривалістю світіння окремого атома. Розрахунок інтерференції багатьох хвиль корисно вести з допомогою графічного способу. Слід зіставити способи спостереження ліній рівного нахилу та рівної товщини.

Необхідно чітко сформулювати умови спостереження дифракції. При викладі принципу Гюйгенса - Френеля його слід розглядати, як розрахунковий прийом, який замінює суворе, але дуже важке рішення хвильового рівняння. При розгляді випромінювання Вавилова - Черенкова слід зазначити, що це класичне явище можна тлумачити з урахуванням поглядів на інтерференції світла. Пояснення подвійного променезаломлення треба проводити на основі електромагнітних уявлень та з урахуванням анізотропії електричних властивостей кристалів. Необхідно підкреслити значення поляризаційних ефектів для експериментального доказу поперечності світлових хвиль, а також звернути увагу на їхнє практичне застосування.

Проблема теплового випромінювання – важливий етап у формуванні наукового світогляду студентів, оскільки з теорією рівноважного випромінювання абсолютно чорного тіла пов'язаний перехід від класичної фізики до квантової. Важливо підкреслити згоду класичної теорії з досвідом у сфері малих частот і розбіжність у сфері високих частот. Необхідно розглянути гіпотезу Планка про квантування енергії осциляторів. Повне виведення середньої енергії осцилятора і формули Планка на основі цієї гіпотези наводити не обов'язково. Необхідно показати, що з малих частотах вона перетворюється на класичну формулу Релея - Джинса.

Після аналізу труднощів класичної фізики у тлумаченні законів зовнішнього фотоефектуТреба зупинитися на гіпотезі Ейнштейна про «світлові кванти», пізніше названих фотонами, тобто про дискретну структуру випромінювання.

При викладанні світлового тиску необхідно зупинитися на дослідах П. Н. Лебедєва, які є взірцем експериментального мистецтва і зіграли велику рольу затвердженні електромагнітної теорії світла. Слід якісно пояснити виникнення світлового тиску з класичної (хвильової) точки зору і вивести формулу для тиску на основі квантових уявлень. Ефект Комптон потрібно розглядати як найбільш повне і яскраве уявлення корпускулярних властивостей випромінювання. Він підтверджує універсальний характер законів збереження.

Аналіз двоїстості властивостей світла має підготувати студентів до сприйняття двоїстості властивостей речовини. Важливо підкреслити статистичний характер влучення фотонів до окремих точок екрану. Обговорюючи досліди щодо дифракції електронів, слід підкреслити їх значення як доказ існування в частинок речовини хвильових властивостей. Співвідношення невизначеностей слід розглядати у зв'язку з корпускулярно-хвильовим дуалізмом властивостей матерії. Слід наголосити на фізичному сенсі співвідношення невизначеностей як квантового обмеження застосування понять класичної механіки. Потім необхідно розглянути співвідношення невизначеностей для енергії та часу. На закінчення слід зазначити, що з співвідношення невизначеностей випливає необхідність опису стану мікрооб'єкта з допомогою хвильової функції, і пояснити статистичний зміст хвильової функції частки.

Фізика атомного ядра. Говорячи про склад ядра та його характеристики, доцільно, якщо дозволяє час, почати з характеристики експериментальних методів визначення маси, лінійних розмірів, моменту імпульсу та магнітного моменту ядер атомів. Дуже важливо навести аргументацію неможливості існування електронів у ядрах атомів. Говорячи про склад ядра та взаємодію нуклонів у ядрі, необхідно розглянути властивості ядерних сил і зупинитися на їхній обмінній природі. Дефект маси повинен трактуватися як різницю між масою атома даного ізотопу та його масовим числом, тобто числом нуклонів у ядрі. Треба зазначити існування залежності питомої енергії зв'язку ядер (енергії зв'язку, віднесеної до одного нуклону) від масового числа.

Розглядаючи α-розпад ядер, слід зупинитися на квантовому механізмі цього явища, що є прикладом прояву тунельного ефекту. Важливо звернути увагу студентів на дискретний характер енергетичного спектру α-часток та γ-випромінювання, що свідчить про квантування енергії ядер. Необхідно спеціально зупинитися на тих труднощах, які виникли у відповідності до закономірностей β-розпаду із законами збереження енергії та моменту імпульсу, і на тому, що вихід з цих труднощів був знайдений шляхом введення гіпотези про існування нейтрино.

Розгляд ядерних реакцій доцільно розпочати з опису досвіду Резерфорда та відкриття штучної радіоактивності. У цьому слід коротко зупинитися на явищах радіоактивності ядер, і навіть на явище електронного захоплення. Слід наголосити, що у всіх ядерних реакціях виконуються закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу, електричного заряду (зарядового числа) та маси (масового числа). Особливу увагуНеобхідно приділити реакції розподілу важких ядер та її енергетичному балансу. Для обґрунтування реакції поділу доцільно використовувати краплинну модель ядра Н. Бора-Л І. Френкеля. У зв'язку з розглядом ядерних реакцій синтезу слід зупинитись на проблемі здійснення керованих термоядерних реакцій. Необхідно наголосити на величезному значенні цієї проблеми, оскільки її рішення відкриє людству невичерпне джерело енергії.

На закінчення слід зупинитися на чотирьох фундаментальних взаємодіях, на класифікації, основних властивостях та взаємних перетвореннях елементарних частинок, уникаючи при цьому зайвого навантаження пам'яті студентів великою кількістю фактичних даних. Слід зазначити, що сучасні уявлення фізики з цих питань ще далекі від завершеності.

Фізикау перекладі з давньогрецької – «природа». Фізика- Це галузь природознавства, наука, яка вивчає найбільш фундаментальні закономірності, що визначають загальну структуру та еволюцію матеріального світу. Будучи одним із трьох китів, на яких ґрунтується сучасна система світоустрою, фізика, є наукою про природу в найширшому розумінні цього слова! Крім того, що вона вивчає матеріальні та енергетичні параметри організації всесвіту, вона також ставить перед собою завдання пояснення та логічного обґрунтування фундаментальних взаємодій у природі, що керують рухом матерії.

Насправді саме фізика є основним двигуном технічного прогресулюдства загалом. Не применшуючи в цьому заслуг та інших галузей наукової думки, все ж таки хочеться згадати про таких найбільших геніяхроду людського як Ісаак Ньютон, Альберт Ейнштейн, Нікола Тесла та ін., та ін. Саме фізики дозволили людству зробити не просто крок у напрямку свого технічного розвитку, але зробити гігантський стрибок!!!

За останні 100 років людина опанувала енергію атома, повсюдно впровадила електрику у всі сфери життя, створила те, без чого ви не змогли б прочитати ці рядки - інтернет, завоював повітряний, водний і почав дослідження підводного простору нашої планети. Створив супер-міцні матеріали, що володіють небаченими до села властивостями, обчислювальні машини, що виконують мільярди логічних операційв секунду, проникнув у безкраї глибини людського мозку, побачив найдрібніших жителів нашої планети, яких тепер ми називаємо вірусами, навчився штучно вирощувати та трансплантувати людські органи та вирвався за межі атмосфери планети земля. Усього не перерахувати. Але й цього я думаю достатньо, щоб зрозуміти повною мірою, що ж собою представляє фізична наука.

Може виникнути питання - навіщо фізика потрібна Вам? Дозволимо собі відповісти на нього знову ж таки питанням, - а навіщо сороконіжці ноги, птахам крила, а рослинам сонце? Правильно, - та тому, що без цього їм не обійтися!!! :) Фізика сьогодні потрібна нам як ніколи раніше. Адже ви використовуєте закони фізики кожен день, у своєму повсякденному житті ... - коли готуєте їжу, дивіться телевізор або просто ніжтеся у ванній. Закони Архімеда, закони, які застосовуються в оптиці, або фізичні закониз розділу гідро-газо-динаміки стали для нас чимось на стільки повсякденним, що ми вже просто не звертаємо на них своєї уваги, а дарма ... Фізика - це в першу чергу, можливість людини якомога глибше пізнати навколишній світ, впорядкувати систему його світосприйняття та усвідомити себе невід'ємною його частиною!

Фізична наука всеосяжна у своєму прагненні охопити якнайбільше і якомога детальніше описати те, що потрапляє в поле зору її апологетів, і тому з повним правом може претендувати на почесне званнякоролеви наук!

Предмет фізики

Науковий метод

Фізика – природнича наука. У її основі лежить експериментальне дослідження явищ природи, яке завдання - формулювання законів, якими пояснюються ці явища. Фізика зосереджується на вивченні фундаментальних та найпростіших явищ і на відповідях на прості питання: з чого складається матерія, яким чином частинки матерії взаємодіють між собою, за якими правилами та законами здійснюється рух частинок тощо. фізичних дослідженьлежать спостереження. Узагальнення спостережень дозволяє фізикам формулювати гіпотези про спільні загальних рисцих явищ, якими велися спостереження. Гіпотези перевіряються за допомогою продуманого експерименту, в якому явище виявлялося б у якомога чистішому вигляді і не ускладнювалося б іншими явищами. Аналіз даних сукупності експериментів дозволяє сформулювати закономірність. На перших етапах досліджень закономірності носять переважно емпіричний, феноменологічний характер, тобто описується кількісно за допомогою певних параметрів, характерних для досліджуваних тіл і речовин. Аналізуючи закономірності та параметри, фізики будують фізичні теорії, які дозволяють пояснити досліджувані явища на основі уявлень про будову тіл та речовин та взаємодію між їх складовими частинами. Фізичні теорії, своєю чергою, створюють передумови для постановки точних експериментів, у яких переважно визначаються рамки їх застосування. Загальні фізичні теорії дозволяють формулювання фізичних законів, які вважаються загальними істинами, поки накопичення нових експериментальних результатів не вимагатиме їх уточнення.

Склався остаточний поділ праці між фізиками-теоретиками та фізиками-експериментаторами. Енріко Фермі був, мабуть, останнім видатним фізиком, успішним як у теорії, так і в експериментальній роботі.

Передній край фізики перемістився в область дослідження фундаментальних законів, ставлячи за мету створити теорію, яка б пояснювала Всесвіт, об'єднавши теорії фундаментальних взаємодій. На цьому шляху фізика отримала часткові успіхи у вигляді теорії електрослабкої взаємодії та теорії кварків, узагальненої у так званій стандартної моделі. Однак квантова теорія гравітації досі не побудована. Певні сподівання пов'язуються з теорією струн.

Починаючи зі створення квантової механіки, швидкими темпами розвивається фізика твердого тіла, відкриття якої призвели до виникнення та розвитку електроніки, а з нею та інформатики, які внесли докорінні зміни у культуру людського суспільства.

Теоретична та експериментальна фізика

В основі своєї фізика - експериментальна наука: всі її закони та теорії ґрунтуються та спираються на досвідчені дані. Однак найчастіше саме нові теорії є причиною проведення експериментів і, як наслідок, лежать в основі нових відкриттів. Тому прийнято розрізняти експериментальну та теоретичну фізику.

Експериментальна фізика досліджує явища природи у заздалегідь підготовлених умовах. У її завдання входить виявлення раніше невідомих явищ, підтвердження чи спростування фізичних теорій. Багато досягнень у фізиці були зроблені завдяки експериментальному виявленню явищ, що не описуються. існуючими теоріями. Наприклад, експериментальне вивчення фотоефекту послужило однією з посилок створення квантової механіки (хоча народженням квантової механіки вважається поява гіпотези Планка , висунутої ним дозволу ультрафіолетової катастрофи - феномена класичної теоретичної фізики випромінювання).

До завдань теоретичної фізики входить формулювання загальних законів природи та пояснення на основі цих законів різних явищ, а також передбачення досі невідомих явищ. Вірність будь-якої фізичної теорії перевіряється експериментально: якщо результати експерименту збігаються з прогнозами теорії, вона вважається адекватною (досить точно описує це явище).

При вивченні будь-якого явища експериментальні та теоретичні аспекти однаково важливі.

Прикладна фізика

Від свого зародження фізика завжди мала велике прикладне значенняі розвивалася разом із машинами та механізмами, які людство використовувало для своїх потреб. Фізика широко використовується в інженерних науках, чимало фізиків були одночасно винахідниками і навпаки. Механіка, як частина фізики, тісно пов'язана з теоретичною механікоюта опором матеріалів, як інженерними науками. Термодинаміка пов'язана з теплотехнікою та конструюванням теплових двигунів. Електрика пов'язана з електротехнікою та електронікою, для становлення та розвитку якої дуже важливі дослідження в галузі фізики твердого тіла. Досягнення ядерної фізики зумовили появу ядерної енергетики тощо.

Фізика має також широкі міждисциплінарні зв'язки. На кордоні фізики, хімії та інженерних наук виникла та швидко розвивається така галузь науки як матеріалознавство. Методи та інструменти використовуються хімією, що призвело до становлення двох напрямів досліджень: фізичної хіміїта хімічної фізики. Все потужнішим стає біофізика - область досліджень на кордоні між біологією та фізикою, в якій біологічні процесививчаються виходячи з атомарної структури органічних речовин. Геофізика вивчає фізичну природугеологічних явищ. Медицина використовує методи, такі як рентгенівські та ультразвукові дослідження, ядерний магнітний резонанс- для діагностики, лазери - для лікування хвороб очей, ядерне опромінення - в онкології тощо.

Основні теорії

Хоча фізика має справу з різноманітними системами, деякі фізичні теорії застосовні в великих областяхфізики. Такі теорії вважаються загалом вірними за додаткових обмежень. Наприклад, класична механіка вірна, якщо розміри досліджуваних об'єктів набагато більше розміріватомів, швидкості істотно менше швидкості світла, і гравітаційні сили малі. Ці теорії досі активно досліджуються; наприклад, такий аспект класичної механіки, як теорія хаосу був відкритий лише у XX столітті. Вони становлять основу всім фізичних досліджень.

Розділи фізики

Макроскопічна фізика

• Механіка твердого тіла

Мікроскопічна фізика

• Статистична фізика
• Фізика конденсованих середовищ
  • Фізика наноструктур

Розділи фізики на стику наук

Довідка

• Одиниці виміру фізичних величин
• Олімпіадні завдання з фізики

Найважливіші журнали

Російські

• Журнал експериментальної та теоретичної фізики (ЖЕТФ)

Закордонні

• Журнали Американського фізичного товариства
  • Physics – короткі оглядові статті за результатами, опублікованими в інших журналах товариства.
  • Reviews of Modern Physics (RMP) Публікує оглядові статті з великих розділів фізики
  • Physical Review Letters (PRL) Найбільш престижний (після Nature та Science) журнал: короткі статтіз нових досліджень
  • Physical Review (A,B,C,D,E) Статті різного формату, більш докладні, але менш оперативно опубліковані, ніж у Phys. Rev. Lett.
• Журнали
• Європейські журнали
  • Journal of Physics (A, B, C...)
  • Physica (A, B, C...)
  • Europhysics Letters
  • Zeitschrift für Physik Саме в цьому журналі публікувалися Ейнштейн, Гейзенберг, Планк.
  • Nuovo cimento (A, B, C...)
• Науково-популярні журнали

А також архів препринтів arXiv.org, на якому статті з'являються набагато раніше від їх появи в журналах і доступні для вільного скачування.

Див. також

Посилання

Коди у системах класифікації знань

• Державний рубрикатор науково-технічної інформації(ГРНТІ) (станом на 2001 рік): 29 ФІЗИКА

Примітки

Література

• Іванов Б. Н. Закони фізики. Вид.3, М:URSS, 2010 р., 368 с

грец. ?? ?????? - Наука про природу, від????? – природа) – комплекс наук. дисциплін, що вивчають загальні властивості структури, взаємодії та руху матерії. Відповідно до цих завдань совр. Ф. вельми умовно можна поділити на три великі області - структурну Ф., фізику взаємодій (Ф. поля) і Ф. рухи (механіку). Науки, що утворюють структурну Ф., досить чітко розрізняються по об'єктах, що вивчаються, якими можуть бути як елементи структури речовини (елементарні частинки, атоми, молекули), так і більш складні утворення (плазма, кристали, рідини, зірки). У міру відкриття нових рівнів структури та станів речовини об'єктна область структурної Ф. розширюється. Наразі вона охоплює всі відомі рівні будови речовини – від елементарних частинок до галактик. Ф. взаємодій, заснована на уявленні про поле як матеріальний носій взаємодії, ділиться на чотири відділи, відповідно чотирьом відомим видамвзаємодій (сильна, електромагнітна, слабка, гравітаційна). Ф. руху (механіка) включає класичну (ньютонову) механіку, релятивістську (ейнштейнівську) механіку, нерелятивістську квантову механіку і релятивістську квантову механіку. Особливе місцеу суч. системі фізич. наук займає с т а т і с т і ч. Ф., що є теорією поведінки ансамблів - сукупностей великої кількостічастинок (див. Статистичні та динамічні закономірності). Будучи заснована на визнач. припущеннях про структуру ансамблів та характер взаємодії та руху частинок ансамблю, статистич. Ф. поєднує у собі риси всіх трьох осн. областей Ф. Її методи застосовуються у всіх розділах Ф. При вирішенні конкретних фізич. задач питання, пов'язані з з'ясуванням структури, взаємодії та руху, тісно переплітаються. Так, Ф. атома, будучи розділом структурної Ф., необхідно включає конкретні уявлення про характер руху і взаємодії утворюють атом частинок - ядра і електронів, тобто. може розглядатися з т. зр. і Ф. взаємодій та Ф. руху. Проте наведений підрозділ комплексу фізич. наук має визнач. сенс, бо виявляє ті осн. категорії, які грали роль загальних методологіч. засобів побудови фізич. картини світу всіх етапах історії Ф. Викладена т. зр. щодо Ф. не є єдиною. Часто Ф. визначають як науку про такі форми матерії ("первинних", "елементарних"), які входять до складу будь-яких матеріальних систем, про структуру цих форм, їх взаємодію і рух. У цьому випадку структуру самої Ф. визначають, виходячи з різноманіття досліджуваних у ній форм матерії та характерних для них видів руху (Ф. атома, Ф. твердого тіла, Ф. тяжіння, Ф. коливань і т.д.), і спеціально виділяють такі її розділи, які охоплюють велике різноманіття явищ, що відбуваються при деяких визначення. умовах, - Ф. низьких температур, Ф. надвисоких тисків тощо. (Докладніше про ін. підходах до визначення предмета Ф. - див. І. В. Кузнєцов, До питання про визначення предмета совр. Ф., в кн.: Нек-рі філософські питання природознавства, М. 1957; С. І. Вавілов, Фізика, Зібр. тв., т. 3, М., 1956, с. 148-64; А. Ф. Іоффе, Фізика, БСЕ, 2 видавництва, т. 45, М., 1956; Фізика, в кн.: Фізичний енциклопедичний словник, т. 5, М., 1966). Маючи найбільш розвиненими математичними та експериментальними засобами дослідження, Ф. займає чільне місце серед єств. наук. Її уявлення, результати та методи використовуються всіма без винятку єств. науками. Це призводить до утворення численних "стикових" дисциплін (геофізика, фізич. хімія, хіміч. Ф., астрофізика, біофізика тощо). Сама ж Ф. виробляє свої кошти за допомогою філософії (методологічні засоби), математики (матем. апарат фізичних теорій) і техніки (експериментальні засоби), надаючи зворотний вплив на розвиток цих областей знання. Вже в давнину виникли зачатки знань, що згодом увійшли до складу Ф. і пов'язані з найпростішими уявленнями про довжину, тяжкість, рух, рівновагу і т.п. У надрах грец. Натурфілософії сформувалися зародки всіх трьох частин Ф., проте спочатку на першому плані стояла Ф. руху, що розуміється в найширшому сенсі - як зміна взагалі. Взаємодія отд. речей трактувалося наївно-антропоцентрично (напр., поняття про одухотвореність магніту у Фалеса). Детальний розгляд проблем, пов'язаних з аналізом руху як переміщення у просторі, вперше було здійснено у знаменитих апоріях Зенона Елейського. У зв'язку з обговоренням структури спочатку зароджуються і конкурують концепції безперервної ділимості до нескінченності (Анаксагор) та дискретності, існування неподільних елементів (атомісти). У цих концепціях закладається поняттєвий базис майбутньої структурної? У зв'язку із завданнями аналізу найпростішої форми руху (зміни за місцем) виникають спроби уточнення понять "рух", "спокій", "перебувати в...", "місце", "час", "рух", "порожнеча". Результати, отримані цьому шляху, утворюють основу понятійного апарату майбутньої Ф. руху – механіки. За збереження антропоморфних тенденцій в атомістів чітко намічається розуміння взаємодії як безпосередній. зіткнення осн. першооснов - атомів. Отримані умозорить. шляхом досягнення грец. натурфілософії до 16 в. служили єдності. засобами побудови картини світу у науці. Матем. кошти (переважно геометричні) служили у своїй лише описи спостережень і ілюстрації словесних міркувань. Експеримент існував лише як отд. зародків (емпірики). Перетворення Ф. в самостійно. науку зазвичай пов'язують з ім'ям Галілея. основ. завданням Ф. він вважав емпірич. встановлення кількостей, зв'язків між характеристиками явищ та вираження цих зв'язків у матем. формі з метою подальшого дослідженняїхній матем. засобами, в ролі яких брало виступали геометрич. креслення та арифметич. вчення про пропорції. Використання цих засобів регулювалося сформульованими ним осн. принципами та законами (принцип відносності, принцип незалежності дії сил, закон рівноприскореного руху та ін.). Досягнення Галілея та його сучасників у сфері Ф. руху (Кеплер, Декарт, Гюйгенс) підготували ґрунт для робіт Ньютона, що приступив до оформлення цілісного предмета механіки до системи понять. Продовжуючи методологіч. орієнтацію на принципи, а не на приховані причини (hypothesis non fingo), Ньютон сформулював три закони (аксіоми) руху і вивів з них низку наслідків, що трактувалися як самостійні. закони. Ньютонівські "Математичні початки натуральної філософіїпідвели підсумки роботи зі встановлення сенсу і кількостей. характеристик осн. понять механіки - "простір", "час", "маса", "кількість руху", "сила". Для вирішення завдань, пов'язаних з рухом, Ньютон (разом з Лейбніца ) створив диференціальне та інтегральне обчислення, одне з найпотужніших матем. коштів Ф. Починаючи з Ньютона і до кінця 19 в. механіка трактується як загальне вченняпро рух (розуміється як переміщення у просторі) і стає магістральною лінією розвитку Ф. З її допомогою будується Ф. взаємодій, де конкурують концепції близькодії та далекодії. Потреби концепції близькості викликали нового життя антич. уявлення про ефір (Декарт). Успіхи небесної механіки, засновані на ньютонівському законі всесвітнього тяжіння, сприяли перемозі концепції дальнодії (згідно до-рої гравітації. взаємодія між частинками речовини здійснюється миттєво і безпосередньо через порожнечу за допомогою дальнодіючих сил). За зразком теорії тяжіння будувалася і Ф. взаємодій у галузі електрики та магнетизму (Кулон). Успіхи гідродинаміки (Бернуллі, Ейлер) сприяли впровадженню у Ф. ідей безперервності на основі уявлень про невагомі рідини (флюїди). Як флюїди трактувалися електрика, магнетизм та теплота. Юнг і Френель розвивали теорію світла як хвиль у безперервному ефірі, що також розглядався як флюїд. Починаючи з Дальтона, що запровадив поняття атомної ваги, атомістика відокремлюється від філософії, а хімія набуває статусу фундаментальної науки. Уявлення про атоми та молекули, перенесені з хімії до Ф., поступово витіснили невагомі флюїди. Юнг (1816) дав першу кількість. оцінка розмірів молекули. Зусиллями Бернуллі, Клаузіуса, Максвелла була побудована (в опорі на статистич. уявлення) кінетич. теорія газів, подальший розвиток до-рой Больцманом і Гіббсом дозволило пояснити теплові явища без допомоги теплорода. З Фарадея починається інтенсивний розвиток Ф. електрики та магнетизму на основі ідеї близькодії. Перехід від електростатики до електродинаміки (Фарадей, Ерстед, Ампер) дозволив поєднати електричні та магнітні явища. Фарадіївські уявлення про поле як особливий стан ефіру були оформлені Максвеллом у строгу матем. теорію, к-раю з єдиною т. зр. трактувала електричні, магнітні та оптич. явища. До кінця 19 ст. Ф. являла собою розвинений комплекс дисциплін, об'єднаних ідеєю збереження та перетворення енергії (див. Збереження принципів). багато. вченим Ф. здавалася принципово завершеною наукою. Філос. фоном її було механістич. світогляд, що було синтезом атомізму з доктриною лапласовского детермінізму. Імовірнісні уявлення статистич. Ф. трактувалися як цілком обумовлені незнанням точних значень початкових імпульсів та координат частинок, що становлять ансамбль. Електромагнітні явища багатьма ще не вважалися автономними – зусилля більшості вчених були спрямовані на зведення їх до механіч. явищам шляхом побудови хитромудрих моделей ефіру. внутр. протиріччя, що виникли за теоретич. поясненні результатів нек-рих дослідів у рамках класич. картини світу, що призвели до виникнення нових, некласич. напрямів релятивістської та квантової Ф. Релятивістська Ф., що виникла з необхідності пояснити запереч. результат досвіду Майкельсона (спец. відносності теорія) та факту рівності інертної та важкої маси (загальна теорія відносності), стала Ф. швидких рухівта сильних гравітацій. полів. Квантова теорія, що з'явилася у зв'язку з парадоксами пояснення спостережуваного розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла (Планк, 1900) явищами фотоефекту (Ейнштейн, 1905) і протиріччями планетарної моделі атома (Бор, 1913), стала загальною теорією взаємодії. У зв'язку з цим зазнала радикальних змін вся фізична. картина світу. У Ф. руху спец. теорія відносності (Ейнштейн, 1905) зробила непотрібним уявлення про ефір як абс. системі відліку. Це дало можливість і у Ф. взаємодій відмовитися від ефіру та приписати полю самостійно. існування. Спочатку теоретично, а потім експериментально та промислово ( ядерна енергетика) встановлені зв'язок маси і енергії (Е = mс2), а також залежність маси тіла, що рухається від швидкості його руху покінчили з різким протиставленням матерії і руху, характерним для класич. Ф. Постулат про сталість швидкості світла у всіх інерційних системах відліку та поширення принципу відносності на електромагнітні явища показали відносність кількостей, визначеності просторових та брешемо. проміжків. Це призвело до поняття єдиного чотиривимірного просторово-брехня. континууму і ліквідувало роз'єднаність понять простору та часу, властиву класич. механіки. Загальна теорія відносності (Ейнштейн, 1916), що інтерпретувала поле тяжіння як викривлення простору-часу, обумовлене наявністю матерії, перекинула ще один міст від матерії та руху до взаємодії. Створення у 20-х роках. 20 ст. квантової механіки, заснованої на уявленні про дискретну природу дії (існування мінім. кванта дії?) (Бор, Борн, Гейзенберг, де Бройль, Шредінгер, Паулі та ін), призвело до подальшої зміни уявлень про рух та взаємодію, унеможлививши застосування поняття траєкторії до аналізу руху мікрооб'єктів Релятивістська квантова механіка (Дірак, Паулі, Гейзенберг, В. А. Фок, Дайсон, Р. Фейнман, Ю. Швінгер та ін), поряд з простором. переміщенням елементарних частинок, що зберігає їх тотожність і регульованим законами збереження енергії та імпульсу, стала розглядати їх взаємоперетворення (див. мікрочастинки). Усі ці, як та інших. закони збереження, є у совр. Ф. наслідками загальних властивостей симетрії простору-часу та взаємодій. В області структурної Ф. квантові уявлення призвели до того, що концепція абсолютно елементарних, неподільних одиниць структури - атомів, поступилася місцем уявленням про відносність понять елементарності та складності, про що свого часу говорив ще Ленін. Релятивістська квантова теорія поля, об'єднавши в єдиному понятті квантованого поля поняття частки та поля, подолала різке протиставлення просторів. дискретності речовини (взаємодіючих частинок) та просторів. безперервності поля (переносника взаємодії), характерне для класич. Ф. і збережене в нерелятивістській квантовій механіці. Змінилися та ін зв'язку структурної Ф. з Ф. взаємодій. У класич. Ф. (включаючи релятивістську) результати взаємодії цілком визначалися простором. структурою взаємодіючих об'єктів (координатами та швидкостями – для частинок, напруженістю чи потенціалом у кожному точці простору і законом зміни в часі – для полів). Знання показників елементів структури дозволяло визначити стан системи загалом. Т.о., Ф. взаємодій була логічно вторинною по відношенню до структурної Ф. У сучасній квантовій Ф. справа навпаки - на перший план висунулася Ф. взаємодій та відповідь на питання про будову мікрооб'єктів визначається результатами взаємодії даної мікрочастинки з іншими. У зв'язку з цим суттєво змінилися вимоги до способу завдання стану мікрооб'єктів у теорії. По перше, хвильова функціявідноситься до системи загалом. По-друге, енергетично-імпульсні характеристики мікрооб'єктів (потенційні характеристики їх взаємодії) у квантовій механіці є логічно рівноправними і, що особливо важливо, незалежними по відношенню до їх просторів. характеристик. Найбільш виразно логіч. первинність взаємодії в порівнянні з простором. структурою проявляється у Ф. елементарних частинок. Якщо у Ф. атома і атомного ядраПоказникам взаємодії ще можуть бути зіставлені простор.-брем. моделі взаємодіючих об'єктів (типу борівських орбіт, розподілу щільності заряду в атомах, різних моделейядра), що дають нек-ру пространств.-брем. картину механізму взаємодії, то у Ф. елементарних частинок це можна зробити набагато меншою мірою. Елементи структури атома (ядро і електрони) і атомного ядра (протони і нейтрони) ще можуть вважатися існуючими "в надрах" вихідних частинок до взаємодії, яке призводить лише до перерозподілу цих елементів. Елементарні частинки до взаємодії можуть розглядатися з двох елементарних частинок лише дуже умовно. Це знаходить своє вираження у понятті " віртуальності " елементів структури елементарних частинок: віртуальні частки як елементи структури реальних елементарних частинок характеризують лише можливі результатипородження нових реальних елементарних частинок при взаємодії вихідних реальних частинок Ще віртуальнішими є т.зв. квазічастинки у Ф. напівпровідників і Ф. твердого тіла, що дозволяють трактувати збудження стану макротіл як результат існування, руху та взаємодії квазічастинок. Як і багато інших модельні уявлення, квазічастинки служать для теоретич. пояснення явищ, що макроскопічно спостерігаються в твердих і рідких тілах. Т.о., суч. теорія структури елементарних частинок набуває істотно динамічно. характер. По суті справи, сучасна квантова Ф., розкривши обмеженість просторів. описи мікросвіту мовою класич. понять координати і швидкості, дала більш глибоке його опис мовою?-функции і обмежила свої завдання описом і передбаченням всіх можливих макроскопічно спостережуваних результатів взаємодії. Ця характеристика совр. Ф., що вважається мн. вченими тимчасової, найбільш яскраво проявляється у формалізмі s-матриці, що є фізич. здійснення кібернетич. ідей "чорної скриньки". Совр. Ф. взаємодій значно розширила свою об'єктну область, включивши в розгляд, поряд з гравітаційними та електромагнітними, сильні (ядерні) та слабкі (?-розпадні) взаємодії, що виявляються лише в мікросвіті. Факт наявності чотирьох суттєво різних видів взаємодій постійно підтримує зародилися ще класич. Ф., але поки що безуспішне прагнення побудувати загальну теорію поля. У статистич. Ф., куди також проникли квантові ідеї про рух та взаємодію, оформляється в самостійність. гілка статистич. Ф. процесів (фіз. кінетика). Досягнення Ф. у 20 ст. значно вплинули на конкретні уявлення про зміст таких філос. категорій, як матерія, рух, простір та час. До фундаментальних досягнень совр. Ф., що мають філософ. Значення відноситься також до встановлення принципу відносності властивостей матеріальних об'єктів. Це пов'язано з послідовністю. обліком у понятійному апараті теорії ролі матеріального оточення об'єкта (насамперед виміряє, приладу та системи відліку) у справі визначення цих властивостей. Класич. Ф. вважала властивості, що виявляються при вимірі, властивими об'єкту і лише йому (принцип абсолютності властивостей). Вже теорія відносності розкрила кількостей. відносність таких властивостей об'єктів, як довжина, час життя, маса, що залежать, як виявилося, не тільки від самого об'єкта, а й від системи відліку. Звідси випливало, що кількостей, визначеність властивостей об'єкта повинна бути віднесена не до нього "самого по собі", а до системи "об'єкт + система відліку", хоча носієм якостей. визначеності властивостей, як і раніше, залишався сам об'єкт. Квантова теорія пішла ще далі в цьому напрямку, висунувши ідею додатковості (див. Додатковий принцип). Існування доповнить. властивостей, не можна пояснити з т. зр. принципу абсолютності властивостей, що отримує естеств. пояснення з допомогою принципу відносності властивостей. З т. зр. останнього, термін "властивість об'єкта" слід розглядати в плані "віртуальності" - як характеристику потенційних можливостей об'єкта, які реалізуються тільки за наявності другого об'єкта, що взаємодіє з першим. З квантової Ф. пов'язане також набагато ширше розуміння причинності, що спирається на відмову від характерного для класич. Ф. припущення, що в основі статистич. закономірностей завжди лежать однозначно певні динамічні. закономірності. У концептуальних рамках релятивістської і квантової теорій розвиток Ф., для якого характерні все більш послідовні. відмова від застосування класич. уявлень "у малому", дедалі абстрактніша характеристика стану, дедалі менша наочність, триває й у наст. час. Принципи і уявлення цих теорій служать фундаментом як рішення прикладних фізико-технічних і пром. завдань (будівництва прискорювачів, реакторів, термоядерних установок та атомних електростанцій), так і для формування нових уявлень про структуру, взаємодію та рух при екстраполяції принципів на нові об'єктні області – у квантовій радіофізиці, Ф. напівпровідників, Ф. надпровідності, Ф. плазми, астрофізиці і т.д. Завдання синтезу релятивістських та квантових принципів є однією з основних і досі не вирішених задач Ф. елементарних частинок, що представляє передній край сучасної теоретичної та експериментальної Ф. В області експериментальної Ф. осн. проблеми полягають, з одного боку, у здійсненні цілеспрямованих експериментів з перевірки гіпотез про структуру, будову та взаємодію елементарних частинок, що висуваються фізиками-теоретиками. З іншого боку, ведеться пошук техніч. коштів, які дозволили б перевірити справедливість квантових і релятивістських принципів на новій об'єктній області, раніше не доступної експериментальному вивченню (експерименти з частками високих енергій - зустрічні пучки, космічні промені). У теоретич. Ф. осн. коло власне фізич. Проблем пов'язані з дослідженням формальної структури матем. апарату, який використовується в теорії (спроби аксіоматизації теорії поля, питання збіжності низки в теорії збурень тощо). основ. методами, що використовуються в новітній теоретич. Ф. є теорія поля, метод s-матриці і теорія груп. Вони різняться як вибором матем. апарату, що так і пред'являються до нього вимогами. Теоретично поля, що використовує для побудови матем. моделей апарат алгебри операторів в гільбертовому просторі, упор робиться на суворий матем. осмислення теорії, а чи не на детальне порівняння з досвідом. У основі методу s-матриці лежить матем. апарат теорії функцій комплексного змінного Оперування матем. апаратом проводиться без опори на наочні модельні уявлення, на основі аксіоматич. вимог до матем. характеристикам s-матриці (аналітичність, унітарність тощо), що зв'язує стани до та після взаємодії. Цей метод у його суч. Виді займає проміжне положення між випадком, коли створення суворої теорії визнається більш важливим (як у теорії поля), ніж використання обмежених і формальних методів (як у теорії груп), і випадком, коли пошук ведеться поза рамками к.-л. єдиної методич. концепції шляхом простого підбору тих чи інших моделей із наступним відкиданням невдалих варіантів (як у ядерній Ф.). Методи теорії груп, засновані на обліку зв'язку типу симетрії стану фізич. об'єктів з інваріантами груп перетворень дозволили побудувати ряд абстрактних теорій симетрії сильно взаємодіючих частинок (адронів) – теорію SU3-симетрії, SU6-симетрії тощо. Ці теорії не використовують жодних модельних уявлень і спираються лише на абстрактні властивості груп. Будучи засновані на глибоких матем. Ідеях, подібно до теорії поля, методи теорії груп, на відміну від неї, спочивають на міцній експериментальній основі. Однак, виділяючи тільки ті аспекти природи, які вдається зрозуміти в рамках абстрактної симетрії, ці методи не дають можливості осмислити чисельні значення часу життя частинок і характер їх взаємодій. Тому величезний обсяг експериментальних фактів (в т.ч. усі, що стосуються легким часткам– лептонам) знаходиться поза увагою цих методів. Всі три згадані методи залишаються занадто обмеженими, уривчастими та невизначеними і тому розглядаються провідними фізиками як попереднє. досягнення на шляху до більш загальної теорії, способи побудови якої поки не зрозумілі. Методологіч. Проблеми новітньої Ф. так чи інакше пов'язані з аналізом ролі матем. апарату у побудові фізич. теорій. Це зумовлено істот, відмінністю характеру використання математики в совр. Ф. У класич. Ф. теорія обслуговувала експеримент, а матем. мова служив лише рафінованим засобом про опис емпірич. зв'язків і з'ясування їх за допомогою різного роду моделей (напр., як у випадку відношення емпірич. законів Бойля-Маріотта, Шарля і Гей-Люссака до розподілу Максвелла, заснованого на атомно-молекулярній моделі будови речовини ). Совр. Ф. відрізняється широким використаннямматематичної гіпотези як методу дослідження (хоча сам цей метод зародився вже в класич. ф.), причому часто без опори на модельні уявлення, керуючись майже виключно матем. вимогами до характеру осн. рівнянь. Це висуває теоретич. рівень дослідження на перше місце в порівнянні з емпіричним, за яким залишаються тільки функції контролю - принципова перевірка і кількостей, уточнення результатів, отриманих за допомогою матем. гіпотези на теоретич. рівні. У разі успіху існування об'єктів чи їх характеристик, припущене теоретич. рівні, що підтверджується емпірично, що призводить до відкриття нових частинок або ефектів. Саме таким шляхом були відкриті у Ф. позитрон (спочатку передбачений теоретично на підставі інтерпретації результатів рішення рівняння Дірака), незбереження парності у слабких взаємодіях (досліди By з перевірки гіпотези Лі та Янга), ?-мезон (на підставі передбачення теорії SU3-симетрії ). Ряд об'єктів, можливість існування яких брало випливає з деяких матем. гіпотез, досі експериментально не виявлено – гравітації. хвилі (їх існування випливає з інтерпретації результатів визнач. способу вирішення рівнянь загальної теорії відносності), монополь Дірака (ізольований магнітний полюс, що існує згідно з інтерпретацією одного з варіантів матем. оформлення електродинаміки), кварки (гіпотетич. суперелементарні частинки) та ін. тенденція, що йде від класич. Ф., наказує шукати кожному за матем. вирази, що фігурує в теорії, відповідний йому фрагмент фізич. реальності. Ця тенденція може бути названа онтологічною, бо в ній як принцип інтерпретації проголошується своєрідний принцип паралелізму між матем. формою та фізич. змістом теорії. Відповідно до цього принципу, матем. апарат теорії безпосередньо відображає (ізоморфно або гомоморфно) об'єкти, властивості та відносини реального світуяк такі, то матем. символи є знаками елементів реальності, а структура – ​​матем. виразів відтворює структуру реального світу фізич. об'єктів та їх взаємодій. З цієї методологіч. тенденцією в совр. Ф. успішно конкурує тенденція до емпірич. інтерпретація матем. апарату фізич. теорії. Принцип такої інтерпретації іноді називають "початком принципової спостережливості". При емпірич. інтерпретація матем. символи теорії трактуються як такі, що позначають результати реальних емпірич. процедур, причому фізичні. сенс мають далеко не всі символи. Деякі з них, що служать проміжним засобом для обчислень, не отримують жодної інтерпретації і розглядаються як допоміжні. Слідувати. прихильники емпірію, інтерпретації єдино достатньою умовою істинності фізич. теорії вважають її здатність до передбачень, що виправдовуються на досвіді, і роблять із факту успішності подібних передбачень висновку про подібність структури матем. апарату теорії із структурою реальності. Найбільш послідовно принцип емпірич. інтерпретації здійснюється совр. Ф. у методі s-матриці. Вираженням боротьби тих самих принципів інтерпретації є полеміка навколо інтерпретації квантової механіки (точніше, її матем. апарату). Так, ?-функція, що задає стан мікрооб'єктів, інтерпретується прихильниками онтологіч. інтерпретації (Д. Бом, Л. до Бройля, А. Яноші та ін.) як відображення деякого об'єктивно існуючого хвильового поля. Прихильники ж емпірич. інтерпретації (копенгагенська школа та її різновиди) вважають?-функцію лише проміжним засобом розрахунку результатів реальних експериментів. З проблемою інтерпретації у совр. Ф. тісно пов'язана проблема реальності – проблема засад побудови картини світу. Зазвичай цю картину будують з урахуванням принципів онтологич. інтерпретації – шляхом онтологізації матем. апарату теорії (саме так з'явилися в совр. Ф. уявлення про подвійну корпускулярно-хвильовийприроді мікрооб'єктів, про кварки тощо). При цьому зміна виду матем, що використовується в теорії. апарату тягне зміну онтологич. уявлень. Іноді онтологізуються не матем. вирази, а модельні уявлення, управляючі оперуванням із цими висловлюваннями (як, напр., в ядерної Ф.). Отримана подібним способом фізич. картина світу вважається образом реальності, що лежить на рівні, що не спостерігається. Прихильники емпірич. Інтерпретації схиляються до того, щоб вживати термін "реальність" і конкретизувати його сенс тільки на емпірич. рівні дослідження, принципово відмовляючись надавати онтологіч. сенс гіпотезам про характер безпосередньо не спостережуваних об'єктів. Проміжною є позиція М. Борна, який вважає образами реальності інваріанти, що фігурують у матем. апарат теорії. Пошук "божевільних ідей", настільки актуальний у совр. Ф., з т. зр. Проблеми реальності є проблемою істотно нових принципів побудови фізич. картини світу, які дозволили б надати теорії елементарних частинок логіч. замкнутість та повноту. Більшість вчених вважає, що принципів квантової механіки та теорії відносності недостатньо для здійснення цієї мети. Однак відсутність відчутних успіхів у подоланні цієї недостатності змушує при вирішенні конкретних завдань досі обмежуватися лише незначною модифікаціями квантово-релятивістського концептуального апарату, які не зачіпають його принципових основ. Літ.:Дюгем П., Фізіч. теорія, її мета та будова, пров. з франц., СПБ, 1910; Планк М., Фізіч. нариси, пров. з ньому., М., ; Гейзенберг Ст, Філос. проблеми атомної Ф., пров. [з англ.], М., 1953; його ж, Ф. та філософія, пров. з ньому., М., 1963; Кудрявцев П. С, Історія Ф., , Т. 1-2, М., 1956; Лауе М., Історія Ф., пров. з ньому., М., 1956; Нільс Бор та розвиток фізики. Зб. [ст.], М., 1958; Нариси розвитку осн. фізич. ідей. Зб. ст., М., 1959; Філос. питання совр. фізики. Зб. ст., М., 1959; Бор Н., Атомна Ф. та люд. пізнання, пров. з англ., М., 1961; Бройль Л. де, По стежках науки, пров. з франц., М., 1962; його ж, Революція у Ф., пров. з франц., 2 видавництва, М., 1965; Теоретич. фізика 20 століття, М., 1962; З чого думають фізики, вип. 1-4, М., 1962-65; Розвиток совр. Ф. Сб. ст., М., 1964; Борн?.,?. у житті мого покоління. Зб. ст., М., 1963; Філос. проблеми Ф. елементарних частинок, М., 1963; Спаський Би. І., Історія Ф., ч. 1-2, М., 1963-64; Ейнштейн?.,?. та реальність. Зб. ст., пров. з ним. та англ., М., 1965; Ландау Л. Д., Ліфшиц Ст М., Теоретич. фізика, 2 видавництва, т. 1-9, М., 1965; Фейнманівські лекції з Ф., [Пер. з англ.], вип. 1-8, М., 1965-66; Кузнєцов Би. Р., Розвиток физич. ідей від Галілея до Ейнштейна у світлі суч. науки, 2 видавництва, М., 1966; Ейнштейн?., Інфельд Л., Еволюція Ф., пров. з англ., 4 видавництва, [М.], 1966; Campbell N. R., Physics. The elements, Camb., 1920; Lenzen V. Р., Натура фізичної теорії, N. Y., 1931; Bridgman P. W., Nature of physical theory, Princeton, 1936; Planck M., The philosophy of physics, N. Y., ; Stebbing L. S., Philosophy and the physicists, L., ; Frank Ph., Between physics and philosophy, Camb., 1941; Destouches J. L., Principes foundamentaux de physique th?orique, P., ; Lindsay R. Ст, Margenau H., Foundations of physics, , N. Y.-L., ; Eddington?., The philosophy of physical science, Camb., 1949; Margenau H., The nature of physical reality, N.Y., 1950; Destouches-F?vrier P., La structure des th?ories physiques, P., 1951; Weizs?cker C.F. von, Zum Weltbild der Physik, 6 Aufl., Stuttg., 1954. І. Алексєєв, Ю. Румер. Новосибірськ.

Фізика(Від др.-грец. φύσις «Природа») - область природознавства, наука, що вивчає найбільш загальні та фундаментальні закономірності, що визначають структуру та еволюцію матеріального світу.

Термін «фізика» вперше виник у творах однієї з найбільших мислителів давнини - Аристотеля, котрий жив у IV столітті до нашої ери. У російську мову слово «фізика» було запроваджено Михайлом Васильовичем Ломоносовим, що він видав перший Росії підручник фізики у перекладі з німецької мови. Перший вітчизняний підручник під назвою «Коротке зображення фізики» був написаний першим російським академіком Страховим.

Загальнонаукові основи фізичних методіврозробляються в теорії пізнання та методології науки.

Предмет фізики

Фізика - це наука про природу у найзагальнішому сенсі (частина природознавства). Вона вивчає речовину (матерію) та енергію, а також фундаментальні взаємодіїприроди, які керують рухом матерії.

Деякі закономірності є спільними всім матеріальних систем, наприклад, збереження енергії, - такі властивості називають фізичними законами. Фізику іноді називають «фундаментальною наукою», оскільки інші природні науки(Біологія, геологія, хімія та ін) описують лише деякий клас матеріальних систем, що підкоряються законам фізики. Наприклад, хімія вивчає атоми та утворені з них речовини. Хімічні властивості речовини однозначно визначаються фізичними властивостями атомів і молекул, що описуються в таких розділах фізики, як термодинаміка, електромагнетизмта квантова фізика.

Фізика тісно пов'язані з математикою: математика надає апарат, з допомогою якого фізичні закони може бути точно сформульовані. Фізичні теорії майже завжди формулюються як математичних висловів, причому використовуються складніші розділи математики, ніж у інших науках. І навпаки, розвиток багатьох галузей математики стимулювався потребами фізичних теорій (див. математична фізика).

Теоретична та експериментальна фізика

Головними гілками фізики є експериментальна фізика та теоретична фізика. І хоча може здатися, що вони розділені, оскільки більшість фізиків є чи чистими теоретиками, чи чистими експериментаторами, насправді теоретична та експериментальна фізика розвиваються у постійному контакті. Над однією і тією самою проблемою можуть працювати як теоретики, і експериментатори. Перші описують існуючі експериментальні дані та роблять теоретичні передбачення майбутніх результатів, другі проводять експерименти, перевіряючи існуючі теорії та отримуючи нові результати. Багато досягнень у фізиці були викликані експериментальним спостереженням явищ, що не описуються існуючими теоріями (наприклад, експериментально виявлена ​​абсолютність швидкості світла породила спеціальну теорію відносності), так само як і деяким теоріям вдалося передбачити результати, перевірені пізніше (наприклад, відкриття позитрона).

Основні теорії

Хоча фізика має справу з різноманітними системами, деякі фізичні теорії можна застосовувати у великих областях фізики. Такі теорії вважаються загалом вірними за додаткових обмежень. Наприклад, класична механіка вірна, якщо розміри досліджуваних об'єктів набагато більші за розміри атомів, швидкості істотно менші за швидкість світла, і гравітаційні силималі. Ці теорії досі активно досліджуються; наприклад, такий аспект класичної механіки, як теорія хаосу було відкрито лише у XX столітті. Вони становлять основу всім фізичних досліджень.