НАУКА ПРО ПРИРОДУ. ФІЗИЧНІ ТІЛА ТА ФІЗИЧНІ ЯВИЩА
РОЗДІЛ 1 ФІЗИКА ЯК ПРИРОДНИЧА НАУКА. ПІЗНАННЯ ПРИРОДИ
О Ви знаєте, як виміряти довжину предметів, наприклад шнура, а дізнаєтесь, як визначити розмір молекули
О Ви вмієте визначати об’єм прямокутного паралелепіпеда, а навчитеся вимірювати об’єм тіла будь-якої форми
О Ви знаєте, як виглядають моделі літаків, а з’ясуєте, чи можна побачити фізичні моделі та для чого їх створюють
& 1. ФІЗИКА – НАУКА ПРО ПРИРОДУ. ФІЗИЧНІ ТІЛА ТА ФІЗИЧНІ ЯВИЩА
У перекладі з давньогрецької слово “фізика”
1. Дізнаємося, як зароджувалася фізика
Ще в далеку давнину люди почали досліджувати навколишній
Проте не тільки практичні потреби спонукали до вивчення природи. Допитливість, властива людині, штовхала її до пошуку відповідей на численні питання (рис. 1.1): як виникли Земля й Сонце, Місяць і зорі? як літають птахи і як плавають риби? чому трапляються землетруси, повені, посухи, пожежі? звідки з’явилася сама людина і яким є її призначення? Так почала зароджуватися наука про природу, яку сьогодні називають природознавство. Із часом обсяг знань збільшувався і єдина “наука про природу” почала розпадатися на окремі дисципліни (рис. 1.2).
У стародавні часи виникла астрономія – наука, що вивчала розташування та рух небесних тіл, потім – філософія (у перекладі з давньогрецької це слово означає “любов до мудрості”). Філософи збирали знання про навколишній світ, доповнювали їх власними ідеями та передавали своїм учням.
Рис. 1.1. Намагаючись зрозуміти навколишній світ, людина ставить перед собою безліч питань і шукає відповіді на них
Рис. 1.2. Фізика, хімія, географія, біологія, медицина беруть свій початок у природознавстві
Засновником фізики вважають давньогрецького філософа Аристотеля (рис. 1.3). Одну зі своїх праць, у якій Аристотель систематизував природничі знання свого часу, він назвав “Фізика”.
2. З’ясовуємо, що вчені називають матерією
З античних часів у науці використовують поняття матерії. Почувши слово “матерія”, багато хто з вас напевне уявить якусь тканину. Проте для вчених це поняття є набагато ширшим! Матерія – це все те, що нас оточує.
Спостерігаючи світ навколо, ви бачите різноманітні фізичні тіла (рис. 1.4). Будь-яке фізичне тіло складається з речовини – металу, пластику, дерева, повітря тощо. Речовина – це один із видів матерії.
Фізичне тіло – це об’єкт із речовини, який має зовнішню границю.
Рис. 1.3. Аристотель (384-322 рр. до н. е.)
Рис. 1.4. Приклади фізичних тіл
Фізичні тіла можуть бути твердими (олівець, камінь), рідкими (краплі дощу, олія у склянці), газоподібними (повітря в повітряній кульці). Багато тіл мають тверді, рідкі та газоподібні складові (живі істоти, автомобілі, хмари).
Спробуйте навести ще кілька подібних прикладів.
У ХІХ ст. учені встановили, що крім речовини існує ще один вид матерії – поле. Наприклад, за допомогою електромагнітного поля – невидимих електромагнітних хвиль – ми маємо змогу спілкуватися по мобільному телефону, капітан корабля може з’ясувати координати свого судна через супутник. На подібних хвилях працюють радіо й телебачення. Світло теж є прикладом електромагнітного поля.
Речовина і поле різняться своїми властивостями, але можуть перетворюватись одне в одне. Сяйво Сонця та зір, народження елементарних частинок у надсучасних прискорювачах – результати такого перетворення.
Наприкінці ХХ ст. науковці відкрили за межами Сонячної системи нові матеріальні сутності, фізичну природу яких не встановлено й нині. Ці матеріальні сутності назвали темна матерія і темна енергія. Згідно з даними 2013 р., Всесвіт на 95,1 % складається з темної матерії й темної енергії і лише на 4,9 % – зі “звичайної” матерії (речовини та поля). Питання щодо властивостей цих субстанцій – одна з головних проблем сучасної фізики.
3. Розглядаємо фізичні явища
Світ навколо нас безперервно змінюється. Тіла переміщуються одне відносно одного, деякі з них зіштовхуються і, можливо, руйнуються, з одних тіл утворюються інші… Перелік таких змін можна продовжувати й продовжувати – недарма ще давньогрецький філософ Геракліт (бл. 544-483 рр. до н. е.) зауважив: “Усе тече, усе змінюється”. Зміни в природі вчені називають природними явищами (рис. 1.5).
Щоб краще зрозуміти складні природні явища, учені розглядають їх як сукупність фізичних явищ – явищ, які можна описати за допомогою відповідних фізичних законів.
Рис. 1.5. Приклади природних явищ
Рис. 1.6. Складне природне явище – гроза – являє собою сукупність різних фізичних явищ
Наприклад, грозу можна розглядати як сукупність блискавки (електромагнітне явище), гуркоту грому (звукове явище), руху хмар, падіння крапель дощу (механічні явища) та ін. (рис. 1.6).
Розгляньте приклади деяких фізичних явищ, наведені в таблиці. Що може бути спільного між польотом ракети, падінням каменя, бігом коня, обертанням Землі? Відповідь проста. Усі ці явища є механічними й описуються одними законами – законами механічного руху.
Наведемо ще приклад. Знімаючи светр або розчісуючи волосся пластмасовим гребінцем, ви, напевно, звертали увагу на крихітні іскорки, які при цьому з’являються. Ці іскорки і потужний розряд блискавки однаково належать до електромагнітних явищ (рис. 1.7), а отже, підпорядковуються одним законам. тому для дослідження електромагнітних явищ не обов’язково чекати на грозу. Достатньо вивчити, як поводяться безпечні іскорки, щоб зрозуміти, чого чекати від блискавки та як уникнути можливої небезпеки.
Фізичні явища | Приклади |
Механічні | Політ ракети, падіння каменя, біг коня, обертання Землі навколо Сонця |
Звукові | Дзвін, пташиний спів, тупіт коня, гуркіт грому, розмова |
Теплові | Замерзання води, танення снігу, нагрівання їжі, згоряння палива в циліндрі двигуна |
Електромагнітні | Розряд блискавки, електризація волосся, притягання магнітів |
Світлові | Світіння електричної лампочки, сонячні та місячні затемнення, веселка |
Рис. 1.7. Приклади електромагнітних явищ
Вивчаючи фізичні явища, вчені, зокрема, встановлюють їхній взаємозв’язок. так, розряд блискавки (електромагнітне явище) обов’язково супроводжується значним підвищенням температури в каналі блискавки (тепловим явищем). Дослідження цих явищ у їхньому взаємозв’язку дало змогу не тільки краще зрозуміти природне явище – грозу, але й знайти шлях для практичного застосування електричного розряду. Прикладом може бути електрозварювання – спосіб з’єднання металевих деталей за допомогою електричного розряду (див. рис. 1.7) (кожен, хто проходив повз будівельний майданчик, напевно бачив робітників у захисних масках і сліпучі спалахи). Електрозварювання – це приклад практичного використання наукових досліджень.
4. Визначаємо, що вивчає фізика
Фізика – це природнича наука, яка вивчає найзагальніші закономірності явищ природи, властивості та будову матерії, закони її руху.
Фізика є основною природничою наукою. Чому так? Адже існують й інші природничі науки: біологія, хімія, астрономія, географія тощо.
По-перше, фізика вивчає найбільш загальні закономірності, які визначають структуру та поведінку найрізноманітніших об’єктів – від гігантських зір до надзвичайно маленьких атомів.
По-друге, закони фізики є основою будь-якої природничої науки. Наприклад, в астрономії закони фізики пояснюють причини світіння та будову зір, утворення планет, рух космічних об’єктів. У географії закони фізики застосовують для пояснення клімату, течій річок, утворення рельєфу. У хімії саме фізика пояснює напрямок і швидкість перебігу хімічних реакцій.
5. Доводимо, що фізика є основою техніки
Зіставимо морські подорожі в давнину і сьогодні (рис. 1.8). На відміну від вітрильників минулого, судно ХХІ ст. має двигун і не залежить від примх вітру. У сучасного капітана є детальна карта; судно має GPS-навігатор, завдяки якому завжди відомі курс судна та місце його перебування; сонар, який попередить про підводні скелі та рифи; радар, який виявить айсберги, скелі та інші судна в умовах поганої видимості*. У разі аварії завжди можна викликати допомогу по радіо. Очевидно, що із сучасним обладнанням морські мандрівки стали швидшими та безпечнішими.
Рис. 1.8. Наприкінці XV ст. іспанський мореплавець Христофор колумб плив до берегів сучасної Америки два місяці. Сучасне судно подолало б цю відстань менш ніж за тиждень
Протягом усієї історії люди створювали різноманітні технічні пристрої на основі фізичних знань.
Вивчення теплових явищ привело до створення теплових двигунів, які працюють в автомобілях і мотоциклах, на суднах і в літаках, на теплових електростанціях і в ракетоносіях.
Завдяки відкриттям у галузі електрики ми маємо змогу освітлювати приміщення, користуватися телевізором, телефоном, комп’ютером, праскою, пральною машиною тощо.
Приблизно половина електричної енергії в нашій країні виробляється на атомних електростанціях, створених завдяки відкриттям у галузі ядерної фізики.
Лікарі та будівельники, мандрівники та хлібороби, енергетики й машинобудівники користуються пристроями і технологіями, створення яких стало можливим завдяки знанню законів, що свого часу були відкриті фізиками.
6. Підбиваємо підсумки
Всесвіт складається з різних видів матерії – речовини та поля. Нещодавно відкриті темна матерія і темна енергія, природу яких достименно не встановлено. Усі фізичні тіла “побудовані” з речовини.
Про GPS-навігатор див. в “Енциклопедичній сторінці” наприкінці даного розділу; сонар – пристрій для дослідження морського дна за допомогою ультразвукових хвиль; радар – пристрій для виявлення об’єктів за допомогою електромагнітних хвиль.
У природі постійно відбуваються зміни, які називають природними явищами. Складні природні явища розглядають як сукупність фізичних явищ – таких, які можна описати за допомогою відповідних фізичних законів. Фізичні явища бувають теплові, світлові, механічні, звукові, електромагнітні тощо.
Фізика є основною природничою наукою. Вона вивчає найзагальніші закономірності явищ природи, властивості та будову матерії, закони руху матерії.
Контрольні запитання
1. Що означає слово “фізика” в перекладі з грецької? 2. Що таке матерія? Які існують види матерії? 3. Наведіть приклади фізичних тіл. Зазначте, які це тіла (рідкі; тверді; газоподібні; мають змішану структуру). 4. Наведіть приклади фізичних явищ – електромагнітних, теплових, світлових, механічних, звукових. 5. Що вивчає фізика? 6. Чому фізика є основною природничою наукою? 7. Наведіть докази того, що фізика є основою техніки.
Вправа № 1
1. Назвіть речовини, з яких складаються такі тіла: підручник, олівець, футбольний м’яч, склянка, автомобіль.
2. Заповніть таблицю на основі наведеного речення*.
Дослідник поклав шматок олова у сталеву посудину та розплавив його в полум’ї газового пальника.
Фізичне явище | Фізичне тіло | Речовина |
3. Визначте, про яке фізичне явище йдеться в кожному реченні. Обертається гвинт м’ясорубки. Дріт нагрівся в полум’ї пальника. Навколишній світ ми бачимо різнокольоровим.
4. Поміркуйте, які фізичні явища можна “побачити” в таких природних явищах: виверження вулкана; повінь; сходження снігової лавини; “падіння” зорі.
5. Наведіть приклади застосування фізичних знань у побуті.
6. Закономірності яких фізичних явищ треба знати, щоб створити автомобіль?
7. Уявіть, що ви потрапили на безлюдний острів. Як ви можете дізнатися, з яких речовин складаються тіла, що вас оточують, і в якому агрегатному стані вони перебувають? Спробуйте записати план ваших досліджень і проілюструвати його.
* Таблиці, подані в підручнику, слід переносити до зошита. Кількість стовпчиків у таблиці має бути такою, як наведено в підручнику, а от кількість рядків зазвичай необхідно збільшити.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...