Физика простыми словами: Квантовая физика простыми словами | qil.ru - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Квантовая физика простыми словами | qil.ru

Квантовая физика – одна из самых сложных тем в физике. И хотя каждый человек имеет минимальное представление о квантовой физике, не каждый может это объяснить.

Что такое квантовая физика

Квантовая физика, как вы, возможно, уже знаете, — это изучение поведения вещества и энергии на самых маленьких уровнях — молекулярном, атомном, ядерном и даже меньшем. Эта отрасль физики появилась благодаря открытию в начале 20-го века того факта, что законы физики, регулирующие вопросы макроскопического масштаба, не функционируют в сфере микроскопических объектов. Квант – латинское слово, означающее, сколько. В современной физике он используется для обозначения наименьшей возможной дискретной единицы материи или энергии, которую можно прогнозировать и наблюдать различными способами.

Кто разработал квантовую теорию

Квантовая теория была впервые предложена Максом Планком в его статье об излучении черного тела, которую он представил Немецкому физическому обществу в 1900 году.

Когда он пытался выяснить, почему излучение от светящегося тела меняет цвет с красного на оранжевый и синий, когда оно становится горячее, он обнаружил, что на этот вопрос можно ответить, предполагая, что энергия существует в отдельных единицах так, как материя существует и, следовательно, поддается количественной оценке.

“Квантовая физика сломала шаблон предыдущей структуры, классической физики, установив, что предсказания науки обязательно являются вероятностными.”

– Брайан Грин

Чтобы доказать свою теорию, Планк написал математическое уравнение, включающее наименьшую возможную единицу энергии, которую он назвал «квантами». С помощью этого уравнения он успешно объяснил, что энергия от светящегося тела занимает разные области цветового спектра при разных дискретных уровнях температуры. Он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1918 году за свою работу.

В 1905 году Эйнштейн добавил еще один кирпич к теории, предположив, что не только энергия, но и излучение были сделаны из квантов.

В 1924 году физик Луи де Бройль предположил, что на атомном и субатомном уровне нет принципиального различия в составе и поведении вещества и энергии. Он сказал, что они оба ведут себя так, как будто они сделаны из волн или частиц. Эта теория называется принципом дуальности волны-частицы.

“Если квантовая физика вас не сбивает с толку, значит вы ее не понимаете.”

– Джон Уилер

В 1927 году физик Вернер Гейзенберг предположил, что невозможно измерить два дополнительных значения, таких как момент и положение субатомной частицы. Эта теория называется принципом неопределенности.

Позже другие физики, такие как Нильс Бор и Эрвин Шредингер, внесли важный вклад в эту область.

Каковы важные идеи в квантовой теории

Наиболее важные идеи, которые вы должны понимать в квантовой теории:

Все во вселенной квантовано. Величины, такие как энергия, масса, электрический заряд и импульс, происходят в дискретных квантовых единицах. Даже пространство и время происходят в дискретных квантовых единицах.

“Квантовая физика была и остается революционной, прежде всего потому, что требует введения радикально новых концепций для лучшего описания мира.”

– Ален Аспект

Поведение частиц на субатомном уровне не может быть описано классической (ньютоновской) физикой.
На субатомном уровне частицы существуют в разных квантовых конфигурациях, называемых «состояниями». Состояние характеризуется своими свойствами, такими как энергия и момент импульса.
Энергия электромагнитного излучения передается в дискретных квантовых пакетах, известных как фотоны.

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно определить положение и импульс любых субатомных частиц с бесконечной точностью.

Квантовая физика простым языком

Стоит сменить наблюдающую систему, и свойства наблюдаемого объекта также изменятся

Принцип неопределенности. Место или импульс, энергия или время

Мы уже говорили, что разговор о субатомных частицах нельзя вести в привычных нам точных терминах, в квантовом мире нам остается лишь вероятность. Это, конечно, не та вероятность, о которой говорят, делая ставки на скачках, а фундаментальное свойство элементарных частиц. Они не то чтобы существуют, но скорее — могут существовать. Они не то чтобы обладают характеристиками, а скорее — могут ими обладать. Научно выражаясь, частица является динамической вероятностной схемой, и все ее свойства находятся в постоянном подвижном равновесии, балансируют, как Инь и Ян на древнем китайском символе тайцзи. Недаром нобелевский лауреат Нильс Бор, возведенный в дворянское звание, для своего герба выбрал именно этот знак и девиз: «Противоположности дополняют друг друга». Математически распределение вероятности представляет собой неравномерные волновые колебания. Чем больше амплитуда волны в определенном месте, тем выше вероятность существования частицы в нем. При этом длина ее непостоянна — расстояния между соседними гребнями неодинаковы, и чем выше амплитуда волны, тем сильнее разница между ними. В то время как амплитуда соответствует положению частицы в пространстве, длина волны связана с импульсом частицы, то есть с направлением и скоростью ее движения. Чем больше амплитуда (чем точнее можно локализовать частицу в пространстве), тем более неопределенной становится длина волны (тем меньше можно сказать об импульсе частицы). Если мы сможем установить положение частицы с предельной точностью, у нее вообще не будет никакого определенного импульса.

Чем быстрее проходит процесс, тем более неопределенно количество энергии, задействованной в нем, и наоборот

Это фундаментальное свойство математически выводится из свойств волны и называется принципом неопределенности. Принцип касается и других характеристик элементарных частиц. Еще одна такая взаимосвязанная пара — это энергия и время протекания квантовых процессов. Чем быстрее проходит процесс, тем более неопределенно количество энергии, задействованной в нем, и наоборот — точно охарактеризовать энергию можно только для процесса достаточной продолжительности.

Итак, мы поняли: о частице нельзя сказать ничего определенного. Она движется туда, или не туда, а верней, ни туда и ни сюда. Ее характеристики такие или сякие, а точнее — и не такие, и не сякие. Она находится здесь, но может быть и там, а может и не быть нигде. Так существует ли она вообще?

принцип неопределенности Гейзенберга

Принцип неопределенности, открытый Вернером Гейзенбергом в 1927 году, является одним из фундаментальных принципов квантовой механики. Но многие ли его понимают? А между тем из этого принципа вытекает невозможность предсказать будущее, а заодно отрицание судьбы и детерминизма.

Мы попросили объяснить образно и максимально простым языком Дмитрия Побединского — физика, блогера, популяризатора науки, автора канала «Физика Побединского», лауреата премии «Просветитель.Digital».

— Дмитрий, давайте начнем с контекста. Зачем понадобилось вводить такое понятие, как принцип неопределенности?

— Это связано с квантовой природой нашего мира. Наблюдая за миром и пытаясь его объяснить, ученые пришли к выводу о том, что величины, которые нам казались раньше непрерывными, на самом деле состоят из неких «кирпичиков» — неделимых элементов. И если говорить о какой-то материи и веществах, то привычно думать, что мы все состоим из атомов и молекул, а атом состоит из субатомных частиц. Однако в теории и экспериментах обнаружилось, что не только материя состоит из элементарных частиц, а еще и, например, такая величина как энергия. Если организовать процесс, где выделяется и передается энергия: встать возле обогревателя, кого-то обнять и согревать, поставить чайник кипятиться — оказывается, что эта энергия выделяется не непрерывной волной, а определенными порциями. Эти порции физики назвали квантами.

В чем необычность передачи энергии квантами — порциями? Всегда казалось, что это непрерывная величина и она может иметь любое значение. Но это не так. Представьте, что вы хотите кому-то передать текст. Как вы можете это сделать? Напечатать целиком на странице. Или разрезать страницу построчно и по частям передать. Или разрезать на слова, а ваш адресат сам сложит из слов текст. Вы можете разделить текст даже на буквы и символы, но вот уже мельче разрезать у вас не получится. Допустим, на другой стороне робот, понимающий текст по буквам, но, если вы разрежете буквы, он уже не соберет текст и не поймет, что вы имели в виду. Получается, минимальная порция текста — это одна буква, один символ. То же самое в физике: есть минимальная порция, которую разделить уже не получится — на фундаментальном уровне. Именно из этой особенности квантовой физики и следует наш загадочный принцип неопределенности.

— Давайте к нему как раз и перейдем. Как объяснить простыми словами, что это такое — принцип неопределенности Гейзенберга? Может быть, поможет аналогия?

— Можно вообразить сам эксперимент. Представьте, что вы оружейник и производите пушки. У вас крайне необычный заказ: пушки должны стрелять электронами, то есть очень маленькими элементарными частицами. Такие пушки можно встретить в электронно-лучевых трубках старых телевизоров и осциллографов. Вы собрали эту вакуумную пушку и хотите протестировать: вам нужно понять, с какой скоростью и как далеко улетает электрон из этой пушки за 1 секунду. Вы ставите эксперимент, чтобы понять, где оказался электрон и с какой скоростью он летит. Допустим, получилось, что он пролетел 500 м, а его скорость составила 500 м/с. Вы предоставляете результаты: говорите, с точностью 20% — координата электрона 500 м. Вам говорят: «Какая-то слабенькая точность, получше померьте, пожалуйста!» Вы ставите еще один эксперимент, и еще один, и еще, стараясь повысить точность измерений, и в итоге обнаруживаете, что это невозможно. Стоит увеличить точность измерения одной величины, как ухудшается точность измерения другой величины. Если вы, например, измерите координату с точностью 1%, то погрешность скорости будет, условно говоря, 20%. Если попробуете более точно определить скорость, то возрастет погрешность измерения координаты. То есть невозможно уменьшить одновременно погрешность измерения обеих величин.

Это накладывает ограничение на точность одновременного измерения определенных связанных величин. И таких величин несколько в физике: импульс (произведение массы на скорость) и координата (местоположение частицы), энергия и время и др. Когда вы попытаетесь измерить одну из связанных величин, другая от вас ускачет, упрыгает и будет очень размытой, то есть выдаст большую погрешность. Это и есть принцип неопределенности: точно определив одно значение, у вас появляется неопределенность в другом, и наоборот.

— Этот закон действует только в микромире?

— Принцип неопределенности Гейзенберга выражается соотношением неопределенности по формуле. Погрешность измерения координаты, умноженная на погрешность измерения импульса, всегда должна быть больше или равна постоянной Планка. Это фундаментальная постоянная — очень маленькая величина. Она проявляет себя только в микроскопических масштабах.

Этот принцип можно перевести даже в область философии: мир непостигаем. Даже если вы будете повышать точность ваших приборов, рано или поздно вы все равно упретесь в то, что сама природа не позволяет вам что-то очень точно определить.

Принцип неопределенности приводит к прикольному выводу: из-за него оказывается невозможно предсказать будущее. Есть такой философский принцип — принцип космологического детерминизма. Мы все состоим из частиц, молекул, атомов, которые как-то движутся по каким-то траекториям с какими-то скоростями. Что если измерить расположение всех частиц во Вселенной, их скорости и закинуть эту информацию в суперкомпьютер или скормить супермощному существу, чтобы это существо или компьютер просчитал движение этих частиц и определил, где они окажутся через секунду, минуту, час, год? Получается, что эта машина или существо — его еще называют «демон Лапласа» — сможет предсказать будущее и ответить на вопрос: что с нами произойдет? Классическая физика считает, что это возможно: все предопределено, судьбы не существует, все можно рассчитать. А принцип неопределенности как раз всю эту идеальную конструкцию рушит. Потому что он утверждает, что невозможно с бесконечной точностью измерить одновременно и координаты частиц, и их импульс (скорость). Эта погрешность при вычислении будет расти как снежный ком, и точно мы никогда вычислить не сможем. То есть природа не детерминирована в этом плане и случайности могут привести к совершенно неожиданным последствиям через какое-то время. Таким образом, судьба не предопределена. Квантовая физика оставляет нам надежду на то, что судьбы нет и хоть что-то мы можем изменить.

— Как интересно! Получается, принцип неопределенности Гейзенберга влияет на представления людей о мироустройстве?

— Да. Это касается и представлений о микрочастицах. Как мы обычно представляем себе электрон? Как шарик с отрицательным зарядом, который крутится вокруг положительно заряженного ядра, похожего на ежевику из протонов и нейтронов. На самом деле частицы вообще не так выглядят, это в корне неверное представление. Как показали эксперименты, частицы обладают волновыми свойствами. Их можно представить как маленькие волночки, которые размазаны по пространству.

Волновая природа частиц тесно связана с принципом неопределенности. Волна не имеет какого-то конкретного положения в пространстве. Она имеет протяженность. То же самое с частицами: они, как и волны, имеют протяженность, и из-за этого не получается точно определить их координату или импульс. Они намного сложнее, чем бильярдные шары. Сама их природа приводит к тому, что мир не детерминирован, и к другим интересным эффектам.

Эти эффекты используются пока очень слабо. Но уже сейчас есть квантовые компьютеры, квантовая криптография, генератор случайных чисел — этот тонкий эффект начинали использовать в последнее десятилетие, хотя обнаружили сто лет назад.

— Сто лет назад Альберту Эйнштейну не понравился принцип неопределенности. Он писал гневные письма Нильсу Бору, руководителю Гейзенберга, с комментарием: «Бог не играет в кости».

— Общая парадигма детерминизма гласит: все определено, все объяснимо. Если мы чего-то не видим в один микроскоп, значит, нужно собрать микроскоп побольше и все будет видно. Но, оказывается, мир не так устроен. В какой-то момент мы наталкиваемся на неопределенность и дальше продвинуться не можем. Можно возразить на это: просто есть скрытые параметры, которых мы не видим по каким-то причинам. Например, когда мы подбрасываем монетку, выпадение орла»или решки выглядит абсолютно случайно. Но на самом-то деле на это влияет куча параметров: сила броска, сопротивление воздуха, масса монеты и др. Эти параметры скрыты для нас. Но если их учесть, то можно предсказать, что выпадет: орел или решка.

То же самое можно предположить в отношении частиц: возможно, есть скрытые параметры, и, если их измерить, мы сможем преодолеть эту неопределенность. Собственно, об этом и говорил Эйнштейн: мы просто еще не до конца разобрались с этими параметрами. Но сразу скажу, их до сих пор не нашли, эти скрытые параметры. Понять, существуют они или нет, можно с помощью статистических экспериментов. И такие эксперименты были неоднократно проведены начиная с 1970-х годов, они основаны на вычислениях неравенств Белла. Однако во всех испытаниях ученые пришли к выводу, что никаких скрытых параметров не существует. Статистически можно утверждать, что их нет. А значит, можно утверждать, что мир абсолютно точно неопределен и детерминизма не существует.

Текст: Евгения Шмелева

Как объяснить физику ребенку простыми словами

Каждый родитель понимает, что рано или поздно в его жизни наступят тяжелые времена. Нет, это случится не тогда, когда ваш ребенок будет сдавать выпускные экзамены в 9 классе. А гораздо, гораздо раньше. Когда это случится, самое время начинать думать о том, как объяснить физику ребенку простыми словами.

Что за тяжелые времена и при чем тут физика, спросите вы? Просто прочитайте до конца эту статью, и вы все сами поймете.

Начиная с 6-7 ребенкиных лет, жизнь родителей становится невыносимой из-за бесконечных детских «Почему?». И если в 4 года вы еще могли отшутиться от своего чада тем, что «ветер дует, потому что деревья качаются», то в 7 лет такой номер не пройдет! Ребенок в этом возрасте уже видит все, что происходит вокруг, и ему очень интересно знать «А как это происходит? И почему так, а не по-другому?».

Любознательность — хорошее качество!

Ловите этот момент! Не упустите его! Потому что именно с этих вопросов в ребенке просыпается любознательность. Используйте это по максимуму, чтобы развивать в нем тот самый образ мышления, который потом поможет без проблем и экзамен сдать в 11 классе, и в университете учиться спокойно, и во взрослой жизни не потеряться.

О чем идет речь? О логике, умении видеть взаимосвязь предметов и явлений окружающего мира. Об умении эти связи распознать и применить в других областях. И для развития именно таких мыслительных процессов лучше всего подходит занимательная физика.

Да-да, вы не ослышались! Именно физика. Да, в 7 лет. Конечно, она должна отличаться от той, которую преподают в 8 классе. Никаких сложных формул и скучной теории! Ведь физика – это наука о явлениях окружающего нас мира. И в этом возрасте гораздо интереснее изучать этот мир, а не формулы. Поэтому она называется именно «занимательная физика».

Неужели это, и правда, интересно?

Знание основных физических законов необходимо каждому человеку для общекультурного развития также, как и другие базовые знания, например, по литературе, истории или географии.

Вы же читаете с ребенком сказки Пушкина, рассказываете ему о родном городе, стране. Почему бы о более глобальных вещах не поговорить? О том по каким законам вообще существует весь мир вокруг него. Конечно, на доступном и понятном для семилетки языке. Проведя несложные, доступные для выполнения опыты, ребенок сможет увидеть и понять причину и следствие различных явлений и процессов, сделать выводы и умозаключения.

Например, проведите с ребенком знаменитый опыт с яблоком. Расскажите ему, почему оно падает, простыми словами объяснив закон гравитации. А теперь спросите у ребенка, что будет, если он спрыгнет с высокой лестницы? Основываясь на своем житейском опыте и новых знаниях, ребенок даст вам верный ответ. Можете еще уточнить у него, всегда ли будет такой результат. Только приготовьтесь к тому, что маленький человечек может сразу задать вам встречный вопрос: «А почему тогда самолеты не падают, а летают?». Это и есть умение анализировать и делать выводы – одно из самых ценных качеств, которое ребенок должен освоить до вступления во взрослую жизнь.

И почему оно падает…?

Изучать физику можно дома на кухне, гуляя в парке, да где угодно! Мы вот, в Кулибин-центре изучаем ее и на площадке, и в кабинетах. Конечно, с ростом ребенка растет и сложность опытов, иначе будет не интересно. Но у нас есть все необходимое, чтобы и первоклашкам, и тем, кто постарше, некогда было скучать на занятиях. К тому же в физике есть столько направлений, что изучать ее можно в любом возрасте.

Преподаватели Кулибин-центра знают, как объяснить физику ребенку простыми словами. И при этом так, чтобы каждому было интересно и увлекательно изучать окружающий мир.

Сложная физика – простыми словами

Возникновение волны. Группа волн

Пожалуй, самыми наглядными являются волны на поверхности воды. Их можно просто увидеть невооруженным взглядом. При каких условиях возникают такие волны? Проще всего бросить камень, скажем, в пруд со спокойной поверхностью воды. От места падения камня начнет распространяться волна, которую можно назвать кольцевой.

Ее амплитуда в зависимости от расстояния до точки падения будет изменяться так же, как и у волны цилиндрической.

Однако, это не совсем такая волна, о которой мы говорили. Синусоидальная волна не должна иметь начала или конца, чего, конечно, нельзя сказать о волне, возникшей при падении камня в воду.

В этом случае будет распространяться так называемая “группа волн”. Выбрав некоторое направление, мы увидим волну с возрастаю-щей и затем убывающей амплитудой. В оптике такую волну называют цугом. Почему она называется группой должно быть понятно из дальнейшего.

Совсем не обязательно, чтобы такая группа волн имела пока-занную на рисунке динамику увеличения и уменьшения амплитуды, показанный профиль. Для нас важнее понять, почему волна в этом случае имеет название “группы”. Для этого надо вспомнить возникновение биений, которые наблюдаются при сложении колебаний близких частот. Разность фаз таких колебаний изменяется достаточно медленно.

Между моментами, когда амплитуда суммарных колебаний со средней частотой обращается в нуль, проходит достаточно много (по сравнению с периодом колебаний) времени, поскольку разность частот колебаний много меньше средней частоты. Поэтому мы наблюдаем приблизительно гармонические колебания с медленно изменяющейся амплитудой. Амплитудой в этом случае называется произведение подчеркнутых сомножителей в выписанных выше выражениях.

Предположим теперь, что вдоль некоторого направления распро-страняются плоские волны с близкими длинами волн. Соответственно и частоты распространяющихся с ними колебаний будут близкими. В каждой точке, например, в точке x = 0 будут наблюдаться биения С другой стороны, в фиксированный момент времени.

В общем то, мы просто занимались некоторыми тригонометрическими преобразованиями. Но получили весьма любопытный и очень важный результат. Хотя его важность обнаружится еще нескоро.

Зададимся вновь вопросом: чему равна скорость распространения волны? Оказывается, ответ на этот вопрос неоднозначен. Для синусоидальной волны это скорость движения точки с постоянной фазой

Это так называемая фазовая скорость. Но предположим, мы хотим измерить скорость распространения волны. Вообще говоря, для этого создается некоторый импульс (группа волн, волновой пакет, цуг) и измеряется время прохождения им некоторого расстояния. Но тогда мы определим скорость волны как скорость перемещения не точки с постоянной фазой, а точки с постоянной амплитудой.

Таким образом, фазовая и групповая скорости различаются, если первая зависит от волнового числа (производная отлична от нуля), а поскольку длина волны , можно сказать и иначе: эти скорости различны, если фазовая скорость зависит от длины волны. А если бы мы произвели дифференцирование по частоте, мы бы говорили о зависимости фазовой скорости от этой последней как об условии несовпадения фазовой и групповой скоростей.

Собственно, при гидролокации, радиолокации и проч. мы имеем дело именно с групповой скоростью, мы измеряем именно групповую, а не фазовую скорость, так что это очень важное понятие.

Подведем некоторый итог этой части разговора о волнах. Если наблюдается сумма колебаний различных частот, то обнаруживается изменение амплитуды во времени. Справедливо и обратное утверждение: если амплитуда колебаний непостоянна, значит мы имеем дело с суммой нескольких колебаний. Применительно к волне это означает, что при распространении некоторого волнового импульса мы наблюдаем распространение нескольких волн, некоторой их группы. Скорость распространения импульса потому и называется групповой. Количество синусоидальных волн, образующих импульс (волновой пакет, группу волн, цуг) может быть как конечным (минимум – две), так и бесконечным.

Заметим еще, что фазовая скорость может оказаться больше скорости света в вакууме, что невозможно для групповой скорости. При определенных условиях эти скорости вообще могут быть разного знака.

Что такое спин в квантовой физике простыми словами: бозоны, фермионы, момент импульса

Итак, полностью абстрагируемся и забываем любые классические определения. Ибо спин – это понятие, присущее исключительно квантовому миру. Попробуем разобраться в том, что это такое.

Больше полезной информации для учащихся – у нас в телеграм.

Спин и момент импульса

Спин (от английского spin – вращаться) – собственный момент импульса элементарной частицы.

Теперь вспомним, что такое момент импульса в классической механике.

Момент импульса – это физическая величина, характеризующая вращательное движение, точнее, количество вращательного движения.

В классической механике момент импульса определяется как векторное произведение импульса частицы на ее радиус вектор:

По аналогии с классической механикой спин характеризует вращение частиц. Их представляют в виде волчков, вращающихся вокруг оси. Если частица имеет заряд, то, вращаясь, она создает магнитный момент и явлеятся своего рода магнитом.

Однако данное вращение нельзя трактовать классически. Все частицы помимо спина обладают внешним или орбитальным моментом импульса, характеризующим вращение частицы относительно какой-то точки. Например, когда частица движется по круговой траектории (электрон вокруг ядра).

Спин же является собственным моментом импульса, то есть характеризует внутреннее вращательное состояние частицы вне зависимости от внешнего орбитального момента импульса. При этом спин не зависит от внешних перемещений частицы.

Представить, что же там вращается внутри частицы, невозможно. Однако факт остается фактом – для заряженных частиц с разнонаправленными спинами траектории движения в магнитном поле будут различны.

Спиновое квантовое число

Для характеристики спина в квантовой физике введено спиновое квантовое число.

Спиновое квантовое число – одно из квантовых чисел, присущих частицам. Часто спиновое квантовое число называют просто спином. Однако следует понимать, что спин частицы (в понимании собственного момента импульса) и спиновое квантовое число – это не одно и то же. Спиновое число обозначается буквой J и принимает ряд дискретных значений, а само значение спина пропорционально приведенной постоянной Планка:

Бозоны и фермионы

Разным частицам присущи разные спиновые числа. Так, главное отличие состоит в том, что одни обладают целым спином, а другие – полуцелым. Частицы обладающие целым спином называются бозонами, а полуцелым – фермионами.

Бозоны подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна, а фермионы – Ферми-Дирака. В ансамбле частиц, состоящем из бозонов, любое их количество может находиться в одинаковом состоянии. С фермионами все наоборот – наличие двух тождественных фермионов в одной системе частиц невозможно.

Бозоны: фотон, глюон, бозон Хиггса. Подробнее о бозоне Хиггса – в отдельной статье.

Фермионы: электрон, лептон, кварк

Попробуем представить, чем отличаются частицы с разными спиновыми числами на примерах из макромира. Если спин объекта равен нулю, то его можно представить в виде точки. Со всех сторон, как ни вращай этот объект, он будет одинаков. При спине равном 1 поворот объекта на 360 градусов возвращает его в состояние, идентичное первоначальному состоянию.

Например, карандаш, заточенный с одной стороны. Спин равный 2 можно представить в виде карандаша, заточенного с двух сторон – при повороте такого карандаша на 180 градусов мы не заметим никаких изменений. А вот полуцелый спин равный 1/2 представляется объектом, для возвращения которого в первоначальное состояние нужно соверщить оборот в 720 градусов. Примером может служить точка, движущаяся по листу Мебиуса.

Итак, спин – квантовая характеристика элементарных частиц, которая служит для описания их внутреннего вращения, момент импульса частицы, не зависящий от ее внешних перемещений.

Надеемся, что вы осилите эту теорию быстро и сможете при случае применить знания на практике. Ну а если задачка по квантовой механике оказалось непосильно сложной или не можете не забывайте о студенческом сервисе, специалисты которого готовы прийти на выручку. Учитывая, что сам Ричард Фейнман сказал, что “в полной мере квантовую физику не понимает никто”, обратиться за помощью к опытным специалистам – вполне естественно!

как устроены, физика, виды, принцип действия и области использования

Еще 30-40 лет назад слово «лазер» ассоциировалось с фантастическими фильмами и голливудскими спецэффектами. Сейчас эта технология прочно вошла в повседневную жизнь людей. Рассказываем, как и где она применяется.

Что такое лазер

Лазер, или оптический квантовый генератор — это устройство, которое предназначено для преобразования электрической, тепловой и других видов энергии в узконаправленное излучение, характеризующееся когерентностью, монохроматичностью и поляризованностью.

Названа эта технология по первым буквам англоязычного выражения — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) и переводится как «усиление света с помощью вынужденного излучения».

Изобретение лазера — это не одномоментное открытие, над ним работали многие ученые с начала XX века. Самые известные из них — Эйнштейн, Майман, Басов, Прохоров, Таунс.

Альберт Эйнштейн в 1917 году презентовал научную работу, в которой предсказал основной принцип работы оптического квантового генератора — вынужденное излучение. Гений был уверен в возможности заставить электроны излучать свет необходимой человеку длины волны.

Теодору Майману, калифорнийскому физику, в мае 1960 года удалось претворить эту идею в жизнь. Лазер, в работе которого использовались кристалл рубина и резонатор Фабри — Перо работал импульсно, длина волны составляла 694,3 нм.

В СССР также активно велись исследования на эту тему. В 1952 году два советских академика Александр Прохоров и Николай Басов выяснили, что возможно создание лазера, который будет работать на аммиаке. В 1954 году американец Чарлз Таунс создал такой генератор и показал принцип его работы.

Принцип работы лазера

Заключается в создании интенсивного светового луча, который имеет одинаковую длину волны в одно и то же время. Чтобы понять, как этот процесс происходит, рассмотрим конструкцию устройства.

Любой оптический квантовый генератор состоит из 3-х частей:

Активная среда. Важнейший компонент для обеспечения лазерного излучения. Активной средой является специальное вещество, в качестве которого могут быть использованы твердые кристаллы, газы или жидкости, сформированные в стержень (цилиндр).
Источник энергии. В этом качестве, как правило, выступает импульсная лампа, которая устанавливается рядом с активной зоной — цилиндром или стержнем.
Резонатор (кроме тех случаев, когда лазер используют как усилитель). Это устройство представляет собой два параллельных друг другу зеркала. Переднее наполовину прозрачное, заднее не пропускает свет.

Как создается лазерный луч

Лазерный луч создается внутри корпуса генератора. Так называется трубка, закрытая с одной стороны обычным зеркалом, с другой — не полностью прозрачным зеркалом. Внутри корпуса находится твердый кристалл (чаще всего используют рубин). Под воздействием электрообмотки атомы кристалла создают световые волны. Эти волны двигаются внутри корпуса от одного зеркала к другому до тех пор, пока не наберут такую интенсивность, которой будет достаточно, чтобы пройти через не полностью прозрачное зеркало.

Источник: light-fizika.ru

Свойства лазерного излучения

Основными свойствами являются:

Монохроматичность. Так как длина волны света в лазере одинаковая, весь пучок также будет одного цвета.
Когерентность. Пучок света считается когерентным, когда есть фиксированная связь фаз между напряженностью электромагнитного поля в разных точках пространства или в разное время.
Сфокусированность. В сравнении с естественным светом, который обладает рассеиванием и ослаблением в зависимости от расстояния, лазерное излучение четко сфокусировано в одном интенсивном пучке света и не слабеет при передаче на большие расстояния.
Высокая температура. Это происходит из-за монохроматичности излучения и большой плотности энергии. Так, температура излучения импульсного лазера мощностью 1015 Вт составляет более 100 миллионов градусов.

Типы лазеров

Существует классификация оптических квантовых генераторов по агрегатному состоянию лазерного вещества и способу его возбуждения. Так, лазеры делятся на:

Твердотельные.
Газовые.
Жидкостные.
Полупроводниковые.

Твердотельные появились самыми первыми. В них активная среда состояла из кристаллов, а источником энергии служила импульсная лампа. В настоящее время твердотельные оптические квантовые генераторы бывают:

рубиновыми;
титан-сапфировыми;
александритовыми;
оптоволоконными;
на алюмоиттриевом гранате;
на неодимовом стекле;
на фториде кальция и др.

Газовыми называют генераторы, в которых активная среда формируется из газов или их смесей с очень низким давлением. Источником энергии выступает разряд электричества, производимый генератором высоких частот. Газовый генератор характеризуется непрерывностью излучения. В таких лазерах используется длинный стержень активной среды, это связано с невысокой плотностью газов. Интенсивность излучения обеспечивает масса активного вещества.

Газовые лазеры подразделяются на:

Газодинамические. Принцип работы этого вида генератора похож на работу реактивного двигателя. В нем происходит сгорание топлива, в которое добавлены частицы газов активной среды. В процессе горения, а затем охлаждения молекулы отдают энергию, создавая мощное излучение.
Химические. Импульс появляется в результате реакции. Самый мощный лазер этого типа работает на атомарном фторе в реакции с водородом.
Эксимерные. Действие обеспечивают молекулы благородных газов, способных существовать лишь в возбужденном состоянии.

Современные газовые лазеры бывают:

гелий-неоновыми;
криптоновыми;
ксеноновыми;
азотными;
кислородно-йодными;
углекислотными и др.

В жидкостных генераторах для создания активной среды применяют растворы органических соединений. Их плотность выше, чем плотность газа, и ниже, чем плотность твердых тел. Такие лазеры могут создавать излучение до 20 Вт, при этом объем активного вещества остается сравнительно небольшим. Лазеры данного типа работают как в импульсном, так и в непрерывном режимах. В качестве источника энергии используют импульсные лампы или другие лазеры.

Для полупроводниковых лазеров в качестве активной среды используют кристалл со свойствами полупроводника (чаще всего, арсенид галлия GaAs). От твердотельных они отличаются тем, что излучательные переходы здесь происходят не на уровне атомов, а между зонами кристалла. Источником энергии таких генераторов является постоянный электрический ток. Кристалл-полупроводник выполняет роль резонатора.

Области применения лазерных технологий

Открытие лазерного излучения имеет огромное значение для человечества. Благодаря уникальным свойствам, использовать лазеры можно в разных сферах жизни:

в промышленности;
в военных разработках;
в медицине;
в развлекательной индустрии;
в быту.

Технологические лазеры непрерывного действия активно используют в промышленности, чтобы разрезать или спаивать детали. Благодаря применению технологии стало возможным сваривание металла и керамики, в результате чего получился новый материал — металлокерамика. Также лазерный луч активно используют в изготовлении микросхем.

В военных целях при помощи технологии разрабатываются новые виды оружия. Лучи газовых лазеров наземного или орбитального базирования способны вывести из строя как спутники, так и самолеты вражеской стороны. Также их можно использовать в разведке. Во многих странах активно ведутся разработки лазерных пистолетов.

В медицине технология уже много лет применяется в офтальмологии, при проблемах пациентов с сетчаткой глаза и коррекции зрения. В хирургии доктора используют лазерные скальпели, которые наносят минимальные повреждения живым тканям. Освоила технологию косметология.

Источник: alternativa-mc.ru

Лазерные шоу — неотъемлемая часть концерта, выступления звезды и других праздничных мероприятий. Эти технологии давно и активно используют в сфере развлечений.

Сами того не осознавая, мы каждый день пользуемся лазерами, которые вывели на новый уровень технику записи информации. Именно при помощи луча записываются и воспроизводятся файлы на компакт-дисках с музыкой, фото и фильмами.

Строение и назначение лазеров — сложная тема. Поэтому важно, чтобы в любой момент можно было обратиться за помощью к надежному источнику. Как раз такими качествами и обладает сервис Феникс.Хелп.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Различные примеры физических явлений

Физика – это отрасль науки. Это одна из самых фундаментальных научных дисциплин. Основная цель физики – объяснить, как вещи движутся в пространстве и времени, и понять, как ведет себя Вселенная. Он изучает материю, силы и их эффекты.

Слово физика происходит от греческого слова ἡ φύσις, что означает «природа». ^[1] Физика также может быть определена как «та область знаний, которая относится к порядку природы или, другими словами, к регулярной последовательности событий». ^[2]

Астрономия как часть физики – древнейшее естествознание. В прошлом это было частью «естественной философии» с другими областями науки, такими как химия и биология. Во время научной революции эти области разделились, и физика стала отдельной областью знаний.

Физика очень важна в разработке новых технологий, таких как самолеты, телевизоры, компьютеры и ядерное оружие. Механика, раздел физики, помогла развить математическую область исчисления.

Современная физика объединяет идеи о четырех законах симметрии и сохранения энергии, импульса, заряда и четности.

Древняя астрономия [изменить | изменить источник]

Астрономия – древнейшее естествознание. Шумеры и древние египтяне изучали звезды в основном с целью предсказания и религии. Первые вавилонские звездные карты датируются примерно 1200 годом до нашей эры. То, что астрономические события являются периодическими, также восходит к вавилонянам. ^[3] Их понимание не было научным, но их наблюдения повлияли на более позднюю астрономию. Большая часть астрономии пришла из Месопотамии, Вавилонии, Древнего Египта и Древней Греции. Астрономы из Египта построили памятники, показывающие, как движутся объекты в небе, и большинство названий созвездий в Северном полушарии пришло от греческих астрономов.

Натурфилософия [изменить | изменить источник]

Натурфилософия зародилась в Греции около 650 г. до н.э., когда движение философов заменило суеверия натурализмом, опровергающим духовное. Левкипп и его ученик Демокрит предложили идею атома примерно в этот период.

Физика в средневековом исламском мире [изменить | изменить источник]

исламских ученых продолжали изучать физику Аристотеля во время Золотого века ислама. Один из основных вкладов был в наблюдательную астрономию. Некоторые, такие как Ибн Сахл, Аль-Кинди, Ибн аль-Хайтам, Аль-Фариси и Авиценна, работали над оптикой и зрением. В «Книге оптики » Ибн аль-Хайтам отверг предыдущие греческие идеи относительно зрения и предложил новую теорию. Он изучил, как свет попадает в глаз, и разработал камеру-обскуру.Позже европейские ученые построили по этой книге очки, лупы, телескопы и фотоаппараты.

Классическая физика [изменить | изменить источник]

Физика стала отдельной областью изучения после научной революции. ^[4] Эксперименты Галилея помогли создать классическую физику. Хотя он не изобрел телескоп, он использовал его, когда смотрел в ночное небо. Он поддержал идею Коперника о том, что Земля движется вокруг Солнца (гелиоцентризм). Он также исследовал гравитацию.Исаак Ньютон использовал идеи Галилея для создания своих трех законов движения и закона всемирного тяготения. Вместе эти законы объясняли движение падающих тел около Земли и движение Земли и планет вокруг Солнца. ^[5]

За пару столетий промышленная революция была в самом разгаре, и было сделано еще много открытий во многих областях науки. Законы классической физики достаточно хороши для изучения объектов, которые движутся намного медленнее скорости света и не являются микроскопическими. Когда ученые впервые изучали квантовую механику, им пришлось создать новый свод законов, что положило начало современной физике.

Современная физика [изменить | изменить источник]

Изучая частицы, ученые открыли то, что классическая механика не могла объяснить. Классическая механика предсказывала, что скорость света различна, но эксперименты показали, что скорость света осталась прежней. Это было предсказано специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна. Эйнштейн предсказал, что скорость электромагнитного излучения через пустое пространство всегда будет одинаковой.Его взгляд на пространство-время заменил древнюю идею о том, что пространство и время – совершенно разные вещи.

Макс Планк придумал квантовую механику, чтобы объяснить, почему металл высвобождает электроны, когда вы светите на него, и почему материя испускает излучение. Квантовая механика применима к очень маленьким вещам, таким как электроны, протоны и нейтроны, из которых состоит атом. Такие люди, как Вернер Гейзенберг, Эрвин Шредингер и Поль Дирак, продолжали работать над квантовой механикой, и в конце концов мы получили Стандартную модель.^[6] ^[7]

Физика – это изучение энергии и материи в пространстве и времени, а также их взаимосвязи. Физики предполагают существование массы, длины, времени и электрического тока, а затем определяют (придают смысл) все другие физические величины в терминах этих основных единиц. Масса, длина, время и электрический ток никогда не определяются, но стандартные единицы, используемые для их измерения, всегда определены. В Международной системе единиц (сокращенно СИ от французского S ystème I nternational) килограмм является базовой единицей массы, метр – базовой единицей длины, вторая – базовой единицей времени и Ампер – основная единица электрического тока.В дополнение к этим четырем единицам есть еще три: моль, которая является единицей количества вещества, кандела, которая измеряет силу света (мощность освещения), и кельвин, единица измерения температуры.

Физика изучает движение вещей и силы, которые заставляют их двигаться. Например, скорость и ускорение используются физикой, чтобы показать, как вещи движутся. Кроме того, физики изучают силы гравитации, электричества, магнетизма и силы, скрепляющие вещи.

Физика изучает очень большие вещи и очень маленькие. Например, физики могут изучать звезды, планеты и галактики, но могут также изучать небольшие частицы материи, такие как атомы и электроны. Они также могут изучать звук, свет и другие волны. Кроме того, они могли исследовать энергию, тепло, радиоактивность и даже пространство и время. Физика не только помогает людям понять, как движутся объекты, но и как они меняют форму, как издают шум, насколько горячими или холодными они будут, и из чего они сделаны на самом маленьком уровне.

Физика – это количественная наука, потому что она основана на измерениях с помощью чисел. Математика используется в физике для создания моделей, которые пытаются предсказать, что произойдет в природе. Эти прогнозы сравниваются с тем, как работает реальный мир. Физики всегда работают над улучшением своих моделей мира.

Классическая механика содержит основные темы, такие как законы движения Ньютона, лагранжева механика, гамильтонова механика, кинематика, статика, динамика, теория хаоса, акустика, гидродинамика, механика сплошных сред.Классическая механика – это силы, действующие на тело в природе, уравновешивающие силы, поддержание равновесного состояния и т. Д.

Электромагнетизм – это изучение зарядов на определенном теле. Он содержит такие подтемы, как электростатика, электродинамика, электричество, магнетизм, магнитостатика, уравнения Максвелла, оптика.

Термодинамика и статистическая механика связаны с температурой. Он включает в себя основные темы, такие как Тепловой двигатель, кинетическая теория. В нем используются такие термины, как тепло (Q), работа (W) и внутренняя энергия (U).Первый закон термодинамики дает нам связь между ними следующим уравнением (ΔU = Q – W )

Квантовая механика – это изучение частиц на атомном уровне с учетом атомной модели. Он включает подтемы: формулировка интеграла по путям, теория рассеяния, уравнение Шредингера, квантовая теория поля, квантовая статистическая механика.

Относительность [изменить | изменить источник]

Общее описание [изменение | изменить источник]

Физика – это наука о материи и о том, как материя взаимодействует.Материя – это любой физический материал во Вселенной. Все сделано из материи. Физика используется для описания физической вселенной вокруг нас и для предсказания ее поведения. Физика – это наука, занимающаяся открытием и характеристикой универсальных законов, управляющих материей, движением и силами, пространством и временем, а также другими особенностями природного мира.

Широта и цели физики [изменить | изменить источник]

Размах физики широк, от мельчайших компонентов материи и сил, удерживающих ее вместе, до галактик и даже более крупных объектов.Есть только четыре силы, которые действуют во всем этом диапазоне. Однако даже эти четыре силы (гравитация, электромагнетизм, слабая сила, связанная с радиоактивностью, и сильная сила, удерживающая протоны и нейтроны в атоме вместе) считаются разными частями одной силы.

Физика в основном сосредоточена на цели создания все более простых, более общих и более точных правил, определяющих характер и поведение материи и самого пространства. Одна из главных целей физики – создание теорий, применимых ко всему во Вселенной.Другими словами, физику можно рассматривать как изучение тех универсальных законов, которые определяют на самом базовом уровне поведение физической вселенной.

Физика использует научный метод [изменить | изменить источник]

Физика использует научный метод. То есть собираются данные экспериментов и наблюдений. Созданы теории, которые пытаются объяснить эти данные. Физика использует эти теории не только для описания физических явлений, но и для моделирования физических систем и предсказания поведения этих физических систем.Затем физики сравнивают эти предсказания с наблюдениями или экспериментальными данными, чтобы показать, верна теория или нет.

Теории, которые хорошо подкреплены данными, особенно простые и общие, иногда называют научными законами. Конечно, все теории, в том числе известные как законы, могут быть заменены более точными и более общими законами, когда обнаруживается несогласие с данными. ^[8]

Физика количественна [изменить | изменить источник]

Физика более количественна, чем большинство других наук.То есть многие наблюдения в физике могут быть представлены в виде численных измерений. Большинство теорий в физике используют математику для выражения своих принципов. Большинство предсказаний этих теорий числовые. Это связано с тем, что области, которыми занималась физика, лучше работают с количественными подходами, чем другие области. Науки также имеют тенденцию становиться более количественными со временем, поскольку они становятся более высокоразвитыми, а физика является одной из старейших наук.

Области физики [изменить | изменить источник]

Классическая физика обычно включает в себя области механики, оптики, электричества, магнетизма, акустики и термодинамики.Термин «современная физика» обычно используется для обозначения областей, основанных на квантовой теории, включая квантовую механику, атомную физику, ядерную физику, физику элементарных частиц и физику конденсированного состояния, а также более современные области общей и специальной теории относительности, но эти две последние часто считаются областями классической физики, поскольку они не основываются на квантовой теории. Хотя это различие можно найти в более ранних работах, оно не представляет особого интереса, поскольку теперь понимается, что квантовые эффекты важны даже в областях, которые раньше назывались классическими.

Подходы в физике [изменить | изменить источник]

Есть много способов изучать физику и много разных видов деятельности по физике. Двумя основными видами деятельности являются сбор данных и разработка теорий.

Некоторые разделы физики можно изучать экспериментально. Например, Галилео Галилей изобрел кинематику, проводя эксперименты и изучая данные. Экспериментальная физика фокусируется в основном на эмпирическом подходе. Некоторые эксперименты проводятся для изучения природы, а другие эксперименты проводятся для получения данных для сравнения с предсказаниями теорий.

Некоторые другие области физики, такие как астрофизика и геофизика, в основном относятся к области наблюдений, потому что большая часть их данных должна собираться пассивно, а не экспериментально. Галилей, например, мог только взглянуть на Юпитер и обнаружить, что у него есть луны. Однако программы наблюдений в этих областях используют многие из тех же инструментов и технологий, которые используются в экспериментальных подобластях физики.

Теоретическая физика часто использует количественные подходы для разработки теорий, которые пытаются объяснить данные.Таким образом, физики-теоретики часто используют инструменты математики. Теоретическая физика часто может включать создание количественных предсказаний физических теорий и количественное сравнение этих предсказаний с данными. Теоретическая физика иногда создает модели физических систем до того, как становятся доступными данные для проверки и поддержки этих моделей.

Эти два основных вида деятельности – физика – сбор данных, разработка теории и тестирование – используют множество различных навыков. Это привело к большой специализации в физике, а также к внедрению, развитию и использованию инструментов из других областей. Например, физики-теоретики используют в своей работе математику, численный анализ, статистику, вероятность и компьютерное программное обеспечение. Физики-экспериментаторы разрабатывают инструменты и методы для сбора данных с использованием инженерных и компьютерных технологий и многих других областей техники. Часто инструменты из этих других областей не совсем подходят для нужд физики, и их необходимо изменить или сделать более продвинутые версии.

Новая физика часто открывается, если физики-экспериментаторы проводят эксперимент, который современные теории не могут объяснить, или физики-теоретики генерируют теории, которые затем могут быть подвергнуты проверке физиками-экспериментаторами.

Экспериментальная физика, техника и технология взаимосвязаны. Для экспериментов часто требуются специализированные инструменты, такие как ускорители частиц, лазеры, а важные промышленные приложения, такие как транзисторы и магнитно-резонансная томография, возникли в результате прикладных исследований.

Выдающиеся физики [изменить | изменить источник]

↑ В начале Лекций Фейнмана по физике Ричард Фейнман предлагает атомную гипотезу как единственную наиболее важную научную концепцию, согласно которой все объекты состоят из атомов – маленьких частиц, которые вращаются в вечном движении, притягивая каждую из них. другие, когда они находятся на небольшом расстоянии друг от друга, но отталкиваются, когда их вжимают друг в друга … ”
↑ Максвелл Дж. К. 1878. Материя и движение . Ван Ностранд, стр. 9. ISBN 0-486-66895-9
↑ Aaboe A. 1991. Месопотамская математика, астрономия и астрология . Кембриджская древняя история. Том III (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-22717-9
↑ Dijksterhuis E.J. 1986. Механизация картины мира: от Пифагора до Ньютона . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-08403-9
↑ Бен-Хаим М. 2004. Экспериментальная философия и рождение эмпирической науки: Бойль, Локк и Ньютон . Олдершот: Ашгейт. ISBN 0-7546-4091-4
↑ Эйнштейн, Альберт и Инфельд, Леопольд 1938. Эволюция физики: от ранней концепции к теории относительности и квантам . Издательство Кембриджского университета. Нематематический отчет.
↑ Feynman R.P; Лейтон Р. Б. и Сэндс М. 1963. Лекции Фейнмана по физике . 1. ISBN 0-201-02116-1
↑ Уравнение (e.g., f = m a) называется «законом», когда есть четкие эмпирические результаты, подтверждающие его.

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Physics .

Основы физики | Безграничная физика

Введение: физика и материя

Физика – это исследование того, как ведет себя Вселенная.

Цели обучения

Применить физику для описания функции повседневной жизни

Основные выводы

Ключевые моменты

Физика – это естественная наука, которая включает изучение материи и ее движения в пространстве и времени, а также связанных с ними понятий, таких как энергия и сила.
Материей обычно считается все, что имеет массу и объем.
Научные законы и теории выражают общие истины природы и совокупность знаний, которые они охватывают. Эти законы природы – правила, которым, кажется, следуют все естественные процессы.

Ключевые термины

материя : основной структурный компонент Вселенной. Материя обычно имеет массу и объем.
научный метод : метод открытия знаний о мире природы, основанный на создании опровергнутых прогнозов (гипотез), их эмпирической проверке и разработке рецензируемых теорий, которые наилучшим образом объясняют известные данные.

Физика – это естествознание, которое включает изучение материи и ее движения в пространстве и времени, а также связанных с ними понятий, таких как энергия и сила. В более широком смысле, это изучение природы в попытке понять, как ведет себя Вселенная.

Что такое физика? : Г-н Андерсен объясняет важность физики как науки. История и виртуальные примеры используются для придания контекста дисциплины.

Физика использует научный метод, чтобы помочь раскрыть основные принципы, управляющие светом и материей, и обнаружить последствия этих законов.Он предполагает, что существуют правила, по которым функционирует Вселенная, и что эти законы могут быть хотя бы частично поняты людьми. Также широко распространено мнение, что эти законы можно было бы использовать для предсказания всего о будущем Вселенной, если бы была доступна полная информация о текущем состоянии всего света и материи.

Материей обычно считается все, что имеет массу и объем. Многие концепции, неотъемлемые для изучения классической физики, включают теории и законы, объясняющие материю и ее движение.Например, закон сохранения массы гласит, что масса не может быть создана или уничтожена. Поэтому дальнейшие эксперименты и расчеты в физике учитывают этот закон при формулировании гипотез, пытающихся объяснить природные явления.

Физика стремится описать функции всего, что нас окружает, от движения крошечных заряженных частиц до движения людей, автомобилей и космических кораблей. На самом деле, практически все, что вас окружает, можно довольно точно описать законами физики.Рассмотрим смартфон; физика описывает, как электричество взаимодействует с различными цепями внутри устройства. Эти знания помогают инженерам выбрать подходящие материалы и схему схемы при сборке смартфона. Затем рассмотрим систему GPS; Физика описывает взаимосвязь между скоростью объекта, расстоянием, на которое он проходит, и временем, которое требуется, чтобы пройти это расстояние. Когда вы используете устройство GPS в транспортном средстве, оно использует эти физические уравнения для определения времени в пути из одного места в другое.Изучение физики способно внести значительный вклад благодаря достижениям в новых технологиях, которые возникли в результате теоретических открытий.

Глобальная система позиционирования : GPS вычисляет скорость объекта, расстояние, на которое он перемещается, и время, необходимое для прохождения этого расстояния, с помощью уравнений, основанных на законах физики.