ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Представления о материи с точки зрения физики

Физические картины мира

Физика, как и все естествознание, развивалась по пути научных революций. Ключевое понятие в физической картине мира – «материя». Именно смена представлений о материи вызывала смену всей физической картины мира. В истории физики такие смены происходили 2 раза, соответственно, существовали 3 физические картины мира.

I. Механистическая картина мира (сложилась в XVI – XVII веках, в основе – атомизм древнегреческих философов и механика Ньютона).

Основные черты МКМ:

Ø Материясостоит из атомов, связанных между собой (корпускулярная модель реальности).

Ø Движение тел происходит в соответствии с тремя законами механики Ньютона.

Ø Взаимодействие тел происходит мгновенно на любом расстоянии – по принципу дальнодействия (т.е. тела взаимодействуют мгновенно на любом расстоянии и без каких-либо материальных посредников).

Ø Пространство и время абсолютны – они существуют независимо от материи (пространство – это гигантский «черный ящик», вмещающий все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Так же, в образе «текущей реки», представлялось и время, то же существующее независимо от материи).

Ø Любые события предопределяются законами механики. (все события предсказуемы, случайность исключена).

Ø Присутствие человека в мире ничего не меняет. (если человек даже исчезнет с лица Земли – мир продолжит существовать как ни в чем не бывало).

На основе МКМ в 18-19 в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика, т.е. макро-, мега- и микромир подчинялись общим законам → МКМ считалась универсальной, способной объяснить любые процессы. МКМ господствовала в физике до середины 19 в.

Однако к середине 19 в. накопились эмпирические данные, которые МКМ объяснить не могла (оптические и электромагнитные явления).

Например, попытка объяснения природы света с точки зрения механики - корпускулярная теория света, предложенная Ньютоном:

Свет – поток мельчайших частиц, которые излучают светящиеся тела. Эти частицы движутся в соответствии с законами механики и при попадании в глаз вызывают ощущение света.

Но эта теория не могла объяснить явления интерференции (наложение волн друг на друга) и дифракции (огибание волнами препятствий) света.

Тогда для их объяснения было введено понятие «светоносного эфира» (упругая среда, заполняющая все пространство).

Аналогично объяснялись электричество, магнетизм, тепловые явления – с помощью понятий «теплорода», «электрической» и «магнитной» жидкости и т.п.

Таким образом, опытные факты искусственно подгонялись под МКМ → физика нуждалась в смене представлений о материи, в смене физической картины мира.

II. Электромагнитная картина мира (сложилась в середине 19 века, в основе – электродинамика Фарадея и Максвелла).

Основные черты ЭМКМ:

Ø Материя состоит из электрически заряженных частиц вещества (атомы, молекулы – они непроницаемы), которые взаимодействуют друг с другом посредством электро-магнитного поля (проницаемо) (полевая, континуальная (непрерывная) модель реальности).

Ø Движение – распространение колебаний в поле; описывается законами электродинамики.

Ø Тела взаимодействуют по принципу близкодействия – взаимодействие передается полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

Ø Пространство и время относительны – они несамостоятельны и зависимы от материи, т.к. они связаны с процессами, происходящими в поле (поле – абсолютно непрерывная материя → пустого пространства просто нет).

Ø Представление о человеке – не изменилось. Появление человека – это только каприз природы.

Новая картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения МКМ; глубже показала материальное единство мира, т.к. электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.

Однако с конца 19 в. обнаруживалось все больше противоречий, которые не могла объяснить и ЭМКМ – это открытия, опровергающие представление об атомах как о неделимых частицах:

· открытие электрона (Томсон, 1895);

· открытие ядра(Резерфорд);

· открытие радиоактивности – способности атомов одних элементов превращаться в атомы других элементов (Беккерель).

III. Квантово-полевая картина мира (возникла в начале ХХ века, в основе – квантовая механика Луи де Бройля, Шредингера, Гейзенберга и Борна)

Основные черты КПКМ:

Ø Изучение свойств открытых микрочастиц показало, что они проявляют не только свойства частицы, но и свойства волны (интерференция и дифракция электрона) → Материя обладает одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами (квантово-полевая модель реальности).

Ø Материя способна изменяться, т.к. основные свойства элементарных частиц – это их взаимозависимость и взаимопревращаемость.

Ø Движение – это только частный случай физического взаимодействия (известно 4 вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое – поговорим позже). Они осуществляются на основе принципа близкодействия – т.е. взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке; скорость передачи конечна и не превышает V_света в вакууме (300 000 км/с).

Ø Пространство и времяотносительны, они зависят от материи и друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме (сплошная материальная среда, свойства которой изменяются в пространстве и во времени непрерывно).

Ø Изменились представления о человеке. Человек – это наблюдатель от которого зависит получаемая картина мира. Наш мир таков, каков он есть сейчас, только благодаря существованию человека. Появление человека – закономерный результат эволюции Вселенной.

КПКМ и сейчас находится в стадии становления, с каждым годом к ней добавляются новые элементы, гипотезы, теории и т.п.

Мы уже говорили о том, что ключевым понятием физики является «материя». Поэтому в обязательном порядке нужно поговорить о представлениях о материи с точки зрения физики, об основных физических законах, характеризующих материю.

Представления о материи с точки зрения физики

1. Законы сохранения физических величин.

Учеными выяснена важная особенность природы – симметрия (означает соразмерность).

Симметрия проявляется на всех уровнях строения материи: · в микромире (после взаимодействий элементарные частицы неразличимы); · в макромире – множество примеров: молекулы (зеркальная симметрия – изомеры) кристаллы (поворотная симметрия), живые организмы (радиальная; двусторонняя симметрия); · в мегамире (структура спиральных и эллиптических галактик, шарообразное строение звезд и планет). Известно и множество примеров нарушения симметрии: o при анатомической симметрии правого и левого полушарий у человека общеизвестна их функциональная асимметрия (право- и леворукость); o в состав живых организмов входят только «правовращающие» сахара и «левовращающие» АК; o во Вселенной нарушена симметрия между веществом и антивеществом (последнего намного меньше).

В начале 20 в. (1918 г.) немецким математиком Эммой Нетер была доказана теорема, согласно которой именно из свойства симметрии вытекают все законы сохранения. Что же такое – законы сохранения:

Законы сохранения физических величин – это утверждения, согласно которым численные значения некоторых величин не изменяются со временем в любых процессах.

Законы сохранения – самые важные, основополагающие утверждения современного естествознания, демонстрирующие единство материального мира. Они обязательно выполняются во всех процессах, происходящих без обмена веществом и энергией с окружающей средой.

З-н сохранения вещества и энергии – при любых физических взаимодействиях вещество и энергия не возникают и не исчезают, а только превращаются из формы в другую.

Переходы вещества: образование оксидов при горении веществ (масса увеличивается, т.к. добавляется масса О₂) - особенно ярко проявляется в химии.

Переходы энергии: трение → теплота, электричество → магнетизм, механическое движение → электричество, тепло → электричество и т.д.

Теория относительности Эйнштейна связала массу и энергию уравнением Е=mc²^: «масса тела есть мера содержащейся в нем энергии».

З-н сохранения импульса

Импульс– произведение массы на скорость (Р=mV). В замкнутой системе при любых взаимодействиях тел сумма их импульсов остается постоянной.

На этом принципе построена игра в бильярд.

Также на з-не сохранения импульса основана стрельба из огнестрельного оружия. Посланная вперед пуля и стрелок имеют сумму импульсов, равную нулю. Для выполнения з-на сохранения импульса маленькая масса пули требует большой скорости. Стрелок же из-за своей большой массы (по сравнению с пулей) получает ничтожную скорость в виде отдачи ружья.