Основные понятия физическая величина Ее измерение Единицы измерения Система единиц Физический закон Физическая модель Система отсчета
Скачать 0.5 Mb.
|
| ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Физическая величина Ее измерение Единицы измерения Система единиц Физический закон Физическая модель Система отсчета 1. Самое традиционное определение предмета наших занятий такое: физика - наука, изучающая наиболее простые и наиболее общие явления природы. Именно наиболее простые и в то же время наиболее общие. -------------------------- В: Не является ли биология частью физики? А техника? -------------------------- Отметим две главные особенности физики, важные для дальнейшего. а) Физика - наука экспериментальная: справедливость любой физической теории, любого утверждения, в конечном счете, может быть подтверждена или опровергнута только результатами опыта. Никакие логические соображения не могут быть единственной основой для физических утверждений. Пользоваться ими можно и нужно, но нельзя обойтись только ими, без эксперимента. Важнейшим требованием к любому физическому опыту является его воспроизводимость, т.е. принципиальная возможность для другого исследователя поставить такой же эксперимент. ------------------------ В1: Как Вы думаете: является ли физическим экспериментом опыт с угадыванием взятой из колоды карты? ------------------------- В2: История – экспериментальная наука или нет? ------------------------- б) Вторая особенность физики Физика - наука точная: ответ на ее главные вопросы дается на языке математики. Следует понимать, что математика и физика имеют разные "правила игры". В математике критерием выбора аксиом и правильности результатов является только их логическая непротиворечивость. В физике даже логически безупречный вывод не гарантирует правильного ответа. Все определяется сравнением этого ответа с результатом соответствующего эксперимента. Вот пример. На вопрос - сколько будет: один плюс один? - математик отвечает: два, а физик демонстрирует, как одна капля плюс одна капля дают одну каплю! Рис 1 2. Принципиальная необходимость эксперимента в физике порождает нетривиальное понятие физической величины. И это не просто величина, которая используется в физике. Физическая величина – это характеристика явления или объекта, допускающая количественное выражение. Определение любой физической величины должно содержать (хотя бы в принципе) описание способа (процедуры) ее измерения. ----------------------- В3: Является ли физической величиной честность? …успех? ...доброта? ----------------------- Измерение физической величины - ее сравнение с однородной с ней величиной, которая по договоренности принята за единицу. Результатом измерения всегда является число (или несколько чисел). Любое физическое измерение может быть сделано лишь с определенной точностью. Указание этой точности тоже является частью результата, полученного в эксперименте. Например: это произошло в три часа плюс-минус 1 минута. Или: высота окна (193,00,5)см. Существуют два способа дать определение физической величины. Первый (математический): через использование математических соотношений между уже введенными физическими величинами (пример - определение скорости). Но все величины так определить невозможно. ----------------------- В4: Почему? ----------------------- Поэтому есть другой способ (операциональный): указывается процедура (последовательность действий) измерения данной величины и эталонный физический объект, принимаемый за единичное значение - эталон. В принципе выбор эталона - вопрос соглашения. Можно, конечно, за единицу длины принять расстояние между двумя замками портфеля главного физического Академика. (Тут самое сложное - договориться, кто именно будет самым главным.) Но тогда будет трудно сохранить постоянство такого эталона (такой портфель уже не имеет права попадать под дождь, придется его где-то аккуратно хранить). И еще: такой эталон трудно воспроизводить. (Представьте себе, как Академику будут вечно надоедать: извините, пожалуйста, можно на минутку Ваш портфель, чтобы его скопировать?) Примерно этими соображениями - требованием постоянства и воспроизводимости - и руководствовались физики, когда выбирали эталоны времени и длины. Понятно, что лучше всего доверить хранение эталонов самой природе. Рис 2 Поэтому за 1 секунду сейчас принят промежуток времени, за который атом цезия совершает 9 191 631 770 колебаний (точно!). А 1 метр - это по определению расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды. Но в любой науке бывают столь общие понятия, что они не имеют специального определения. В физике они тоже есть (пространство, время, материя, энергия...). Смысл таких понятий постепенно, по мере развития физики, уточняется. 3. В принципе, единицы измерения для всех величин можно выбрать независимо друг от друга (операционально). Но это неудобно, т.к. приводит к появлению многочисленных эталонов и коэффициентов в равенствах. ---------------------- В: Откуда возьмутся коэффициенты? ---------------------- Поэтому поступают иначе. Только для нескольких физических величин единицы измерения выбираются независимо друг от друга (операционально) - это основные единицы. А все остальные единицы (их называют производными) устанавливаются через основные - математически. Так строится согласованная система единиц. В разных системах число основных единиц и сам их выбор может быть различным. Так в системе единиц СИ (международная система единиц) их семь, а в гауссовой системе (СГС) - три. От выбора используемой системы единиц зависит значение числовых коэффициентов в определениях и физических законах. 4. Общей задачей любой науки является выявление существующих закономерностей, т.е. устойчивых (а не случайных) связей между введенными понятиями. Физические величины могут объединяться в физические законы. Физический закон - объективно (т.е. независимо от наблюдателя) существующая в природе связь между физическими величинами. Иногда эта связь может быть представлена в виде математического равенства. При этом равенство возможно лишь между физическими величинами одинаковой размерности. Размерность физической величины - выражение единицы этой величины через основные единицы. Пример: размерность скорости v = м/с. Бывают и безразмерные физические величины - такие, значение которых не зависит от выбора основных единиц (пример - показатель преломления среды). Кроме того, встречаются внесистемные единицы (тонна, литр, минута, электрон-вольт), используемые из соображений удобства. Рис 3 Физические законы бывают разной степени общности, более или менее фундаментальные. Так, закон сохранения импульса выполняется для всех известных нам физических явлений с любой доступной степенью точности. Это фундаментальный закон. А закон Амонтона-Кулона для силы трения имеет очень ограниченную область применимости (диапазон скоростей, температур, качества трущихся поверхностей) и точность не более нескольких процентов. Это феноменологический ("наблюдательный") закон. --------------------- В: Почему равенство возможно только между величинами одинаковой размерности? (Это непростой вопрос.) --------------------- Одни законы следуют только из многочисленных опытов (первое начало термодинамики), другие - выводятся математически из уже имеющихся законов (закон сохранения механической энергии - из законов Ньютона, а законы Кеплера - из закона всемирного тяготения) и в этом смысле являются теоремой, третьи - могут быть получены на основании принятой модели явления (закон Ома). Физическая модель - это упрощенная схема исследуемого объекта (материальная точка, идеальный газ) или явления (тепловое расширение, сопротивление металлов), некоторые, наиболее существенные свойства которого с устраивающей нас точностью совпадают со свойствами реальной системы. Подразумевается, что выбранная физическая модель упрощает математическое описание явления. Ценность модели определяется широтой области ее применимости и простотой ее описания. Любой физический закон имеет свою область применимости. Указание границ этой области является частью формулировки закона: ЛЮБОЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ЗАКОН = СВЯЗЬ МЕЖДУ ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ + ОБЛАСТЬ ПРИМЕНИМОСТИ МЕХАНИКА Механика - часть физики, изучающая простейший вид движения - механическое движение. Механическое движение - изменение положения тела в пространстве со временем относительно других тел. ---------------------------------- Тело, относительно которого рассматривается движение в данной задаче, называется телом отсчета. Тем самым тело отсчета принимается в данной задаче за неподвижное. Если с телом отсчета связать приборы для измерения положения (систему координат) и времени (часы), то мы получим систему отсчета: |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Предмет и основные понятия информатики Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор | | Рефератов по дисциплине «Физическая культура» Основные понятия (Физическая культура, Физическое воспитание, Спорт, Физическая рекреация, Двигательная реабилитация, Физическая... |
| Конспект урока урок Измерение информации (алфавитный подход). Единицы... Тема и номер урока в теме: Измерение информации (алфавитный подход). Единицы измерения информации. Урок 5 |  | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Учащиеся должны знать понятия: материальная точка как модель тела, система отсчета, механическое движение. Должны уметь решать качественные... |
| "Информационная безопасность" Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор | | Понятие общества Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор |
| Информационные процессы и технологии Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор | | Ответ апостолу постклассицизма Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор |
| Г. С. Горчаков слово о любви Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор | | Кафедра информационной безопасности Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор |
| Особенности детей 5-7 лет Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор | | Образовательный стандарт основного общего образования по физике изучение... Физика – наука о природе. Наблюдение и описание физических явлений. Физический эксперимент. Измерение физических величин. Погрешности... |
| Владимир Мегре Новая цивилизация Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор | | Е. Д. Красильникова Тверской государственный университет Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор |
| 1. к заключительной стадии законотворческого процесса относится Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор | | Родовая книга владимир Николаевич Мегре Ввести физические термины: физическое тело, вещество, материя, физические явления, физическая величина, физический прибор |
