Физика вакуума – основа для развития опережающих технологий
Согласно современным научным представлениям физический вакуум – это один из самых сложных объектов, с которым когда-либо сталкивался человеческий рассудок.
Квантовая физика рассматривает физический вакуум как в среднем нулевое состояние совокупности всех квантованных полей. Вакуум как бы «дышит», он то выдыхает из себя поля и частицы, то вбирает их в свои бездонные глубины. Кипящий «бульон», состоящий из виртуальных частиц и античастиц различных сортов, спонтанно возникает из этой в среднем пустой протяженности и так же спонтанно исчезает.
Вакуум в потенции содержит свойства всего многообразия созданий в наблюдаемой нами Реальности. Ныне физики единодушны в том, что вакуум имеет многослойную иерархическую структуру и насыщен энергией. По разным оценкам, плотность энергии только электромагнитного слоя вакуума составляет по-рядка 1018 – 1090 Дж/см3.
Правомерен вопрос:
«Если вакуум – это чрезвычайно энергетически насыщенная среда, то почему мы это не ощущаем и не умеем этим пользоваться?»
Дело в том, что человек может чувствовать и научился ис-пользовать только резкие энергетические перепады (градиенты), например, разницу высот воды, разницу давления газа, разницу температур, разницу в цвете или освещенности и т. д.
Резкие изменения любого параметра среды, так или иначе, связаны с высоким уровнем ее потенциальности. Именно такие высокопотен-циальные перепады человечество и научилось преобразовывать в необходимые виды энергии.
В вакууме потенциальные перепады относительно низки, т. е. во всех его локальных областях содер-жится бесконечное, но в среднем практически одинаковое количество энергии. Усредненную протяженность вакуума можно уподобить слегка взволнованной «границе» между бесконечным небом положительной энергии (Светом) и бездонным океаном отрицательной энергии (Тьмы).
Именно из этой в среднем нулевой «границы» между Светом и Тьмой рождается все многообразие наблюдаемого нами мира.
Вместе с тем вакуум обладает чрезвычайно высокой степенью симметрии в том отношении, что какие бы сущности ни «рождались» из вакуума, они всегда появляются в виде взаимно противоположной пары: частицы – античастицы, волны – антиволны, поля – антиполя и т. д.
Для объяснения ускоренной инфляции (расширения) Вселенной в рамках некоторых космологических моделей полагают, что вакуум все же обладает очень слабой реликтовой асимметрией в пользу его матери-альности над антиматериальностью. Однако, оценки плотности положительной массы вакуума чрезвычайно малы ~ 10–29 г/см3. Поэтому нет никаких возможностей использовать данную реликтовую вакуумную асимметрию, даже если она реально существует.
Низкая потенциальность и высокая степень симметрии локальных проявлений вакуума и создают для нас иллюзию его отсутствия.
Поэтому в постньютоновской физике вакуум воспринимался как пустое пространство, арена, на фоне которой разыгрываются шекспировские трагедии звездно-планетарного масштаба.
До сих пор современная механика и квантовая физика полагают, что на фоне пустого пространства существуют физические тела, которые взаимодействуют между собой посредством силовых полей, и эти тела и поля практически не взаимодействуют с окружающим их пространством.
По сути, на этой же позиции стоит и «стандартная модель» – наиболее разработанный на сегодняшний день результат физической мысли, объединяющий на единых квантовых постулатах электромагнетизм, слабые и ядерные взаимо-действия и описывающий множество экспериментальных данных. В рамках «стандартной модели» влияние различных вакуумных конденсатов на процессы с участием фундаментальных частиц учитывается в виде поправок в теории возмущений.
Диссонансом в этой ныне классической «идиллии» звучит общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна, которая связывает гравитацию не с силовыми полями, а с искривлением пространственно-временного континуума вокруг массивных космических тел. Все попытки придать ОТО квантово-полевой характер на фоне пассивной пустоты (ньютоновского абсолютного пространства) не увенчались успехом.
Отчаянную попытку объединить электромагнитные, слабые, сильные и гравитационные взаимодействия в рамках единой всеобъемлющей теории предприняли создатели многомерной теории суперструн. Но на сегодняшний день все направления западной суперструнной программы страдают отсутствием руководящей физической идеи, способной ограничить несметное количество возможных пространств Калаби-Яу, лежащих в основе суперструнных представлений. Кроме того, проверка предсказаний суперструнных теорий требует огромных капиталовложений. Большой адронный коллайдер, который построил ЦЕРН под Женевой, является уже международным проектом, с более чем 10-и миллиардным бюджетом.
Между тем существуют малоизвестные разделы физики, которые непосредственно соприкасаются с вакуумной проблематикой. Одним из таких разделов является нелинейная электродинамика, занимающаяся изучением сильных электромагнитных полей. Оказалось, что при напряженности электрического поля порядка Екр ~ 1016 В/м (критическое поле Швингера) наступает разрыв вакуума.
Ситуация походит на электрический пробой диэлектрика. В таких перенапряженных областях вакуум приобретает уникальные свойства совсем непохожие на окружающее нас «пустое» пространство.
Возможность разрыва вакуума предсказывается и в рамках теории суперструн, где подобные эффекты получили название «флоп-перестройки» пространства-времени.
Многие не перестают интересоваться экспериментами Н. Тесла, вызывавшего странные атмосферные явления посредством сильных электромагнитных полей. В области исследования сильных электромагнитных полей работали П.Л. Капица, который еще в лаборатории Э. Резерфорда создал импульсный генератор сверхмощного магнитного поля, и А.Д. Сахаров, работы которого были связаны с возможностью управле-ния термоядерными реакциями. Известны попытки искривления пространства-времени посредством сильных электромагнитных полей, с целью сделать самолеты и корабли невидимыми для радаров противника и защиты кораблей от магнитных мин.
Другим направлением физики вакуума является развитие торсионных технологий, связанных с генера-цией вращательного состояния локальных областей вакуума.
Ныне ряд известных представителей Российской академии наук выступают с резкой критикой данного направления исследований, связывая его с негативным психотропным воздействием торсионных полей на человека. Другая большая часть физиков считает, что в настоящий момент проявления торсионных полей настолько малы, что их можно не учитывать. Тем не менее, существует ряд реально действующих торсионных генераторов, которые демонстрируют уникальные свойства «странных» излучений, условно называемых «торсионными полями». Эти поля обладают удивительной проникающей способностью и далеко нетривиальными возможностями воздействовать на различные жидкие и твердые материалы и живые организмы.
Третье направление получило название «свободная энергия». В рамках данного нетрадиционного фи-зического направления многие «кустарные» физики предлагают различные агрегаты, демонстрирующие уникальные способности. Одним из ярких представителей такого класса устройств является машина швей-царского изобретателя Пауля Бауманна, которая не только находится в постоянном вращательном состоя-нии, но и способна выдавать эклектическую энергию.
Впрочем, даже в рамках классических ныне квантово-механических представлений любой объект, по-мещенный в флуктуирующий вакуум, обменивается энергией с кипящим бульоном спонтанно рождающихся из него виртуальных частиц и античастиц. Например, широко известен факт, что в результате поляризации вакуумных флуктуаций энергетические уровни 2s и 2p атома водорода смещаются на 1058,91 МГц. Это явление получило название «лэмбовского сдвига».
К вакуумным проявлениям относят эффект Казимира, который заключается в том, что две отполиро-ванные металлические пластины в вакууме «склеиваются», т. е. притягиваются друг к другу с силой обратно пропорциональной четвертой степени расстояния между ними.
Ряд «нетрадиционных» экспериментов с инерциоидами показывает, что от вакуума, как и от любой другой среды, можно отталкиваться, подобно тому, как лодка с помощью весел отталкивается от воды.
Изучение глубинной структуры вакуума показывает, что локальные участки вакуума можно «разрывать», «замораживать», «испарять», «разгонять», «затормаживать» и проделывать множество других операций подобных действиям с обычными материальными средами, но совершенно с нетривиальными последствиями. Физика вакуума открывает грандиозные возможности по уплотнению каналов связи и увеличению способов передачи информации. Она указывает на возможности альтернативных способов перемещения в пространстве посредством управления его топологией и использования направленных вакуумных течений. За физикой вакуума кроется колоссальный качественный скачек в технологическом оснащении человечества. Если Россия не будет плестись в хвосте западной цивилизации по тупиковому пути развития нанотехники, а сразу направит основные усилия на развитие опережающих вакуумных (или «нулевых») технологий, то Она быстро забудет о спекуляциях потенциальных «партнеров» на финансовых рынках.
Однако физика вакуума обозначает и опасные границы, при которых возбужденное состояние вакуума может привести к его неустойчивому состоянию. Например, попытки инициировать детонацию вакуума может привести к колоссальным трагедиям уже не планетарного, а космического масштаба. Атомное и тер-моядерное оружие – это «детские игрушки» по сравнению с бесконтрольной активацией вакуума. Теория подсказывает, как можно инициировать детонацию «пустоты», но, как и можно ли ее остановить – «математика» умалчивает.
В околонаучной среде обсуждается легенда о существовании секретной международной конвенции на запрет экспериментов по каталитическому распаду вакуума. Правда это или вымысел, нам доподлинно неизвестно. Но специалистам в области физики вакуума доподлинно известно, что за исследованиями в этой области стоят колоссальные энергии.
Екклесиаст сказал (Библия, стр. 666): – «Во многой мудрости много печали; и кто умножает познания, умножает скорбь». Это высказывание царя Соломона как нельзя точно относится к физике вакуума, за которой кроются как радость созидания, так и ужас разрушения.
Вакуумные технологии потребуют качественно иного уровня взаимоотношений человека с окружаю-щей средой. Параллельно с развитием вакуумных технологий необходимо развивать вакуумную Этику и Мораль. Именно таким образом выстраивается «Алгебра сигнатур» (Алсигна, см. www.alsignat.narod.ru), подводящая физико-математические и философские основы под развитие вакуумных технологий.
Погружение сознания в глубины окружающей Реальности должно непременно сопровождаться возвышением наших моральных и нравственных устоев, и, возможно, соединение религиозных и научных воззрений позволит в итоге выстроить систему научного поиска, не противоречащую сложнейшей Духовной Структуре Живого Естества.
Батанов Михаил Семенович, к.т.н., доцент 207 каф. МАИ,
Шипов Геннадий Иванович, академик РАЕН
13 игр и приложений для изучения физики / Newtonew: новости сетевого образования
С развитием технологий в поле внимания разработчиков игр попала сфера образования.
Сегодня совсем не редкость встретить интерактивное пособие по геометрии или таблицу Менделеева, приложение для изучения алгебры, онлайн-фолиант для постижения истории Вселенной или географическую игру. Учителям остаётся только выбирать, если они, конечно, готовы к этому выбору. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию 13 различных приложений и игр, которые могут пригодиться при изучении физики. Впрочем, они настолько интересны, что вполне подойдут не только ученикам и студентам, но и всем, кому интересно устройство нашего мира.
1. Snapshots of the Universe
Snapshots of the Universe – удивительное приложение для iOS, не так давно выпущенное самим Стивеном Хокингом совместно с компанией Random House. Приложение состоит из восьми экспериментов, которые дают пользователям возможность не только получить базовые знания по физике, но и познакомиться с принципами, управляющими нашей Вселенной. В рамках предложенных экспериментов игроки могут отправлять ракеты в открытый космос, собирать собственные звёздные системы, искать и изучать чёрные дыры.
Каждый эксперимент можно проводить бесчисленное количество раз, изменяя физические параметры и наблюдая за появляющимися эффектами. Чтобы лучше понять эксперименты, можно зайти в раздел объяснения результатов и посмотреть видео. Приложение доступно на iTunes. Cтоимость игры от великого физика составляет всего лишь $4,99.
Источник: NewsWatch.
2. Particulars
Это игра с уникальным сочетанием особенностей аркады и головоломки, место действия которых – мир субатомных частиц. Взяв под контроль одного из кварков, вы должны вести переговоры с фундаментальными силами Вселенной. Другие частицы будут притягиваться и отталкиваться, соединяться и изменять полярность, задача несчастного кварка – не терять контроль и избегать разрушения. Через всю игру красной нитью проходит история Элисон – молодого физика с нелёгким прошлым. Её путешествие через субатомный мир протекает в воспоминаниях и в конечном счёте приводит к удивительным открытиям. На сайте представлена бесплатная демо-версия, за полную придётся заплатить от 5-ти до 50-ти долларов – в зависимости от особенностей вашей системы.
Источник: Particulars.
3. A Slower Speed of Light
Игра от первого лица, разработанная лабораторией игр Массачусетского технологического института (MIT), даёт возможность игрокам познакомиться с восприятием пространства на околосветовых скоростях и понять теорию относительности. Задача игрока – перемещаться по 3D-пространству, собирать сферические объекты, которые замедляют скорость света на фиксированные значения, что даёт возможность наблюдать за различными визуальными эффектами эйнштейновской теории.
Источник: A Slower Speed of Light.
Чем медленнее движется излучение — тем яснее проступают некоторые физические эффекты. К 90-му собранному камню свет будет распространяться со скоростью пешехода, что заставит вас почувствовать себя героями сюрреалистического мира. Среди явлений, с которыми может познакомиться герой во время игры, эффект Допплера (изменение при движении игрока длина волны регистрируемого им света, что приводит к изменению окраски видимых предметов, которая смещается в ультрафиолет и инфракрасную область), абберация света (увеличение яркости света в направлении движения), релятивистское замедление времени (различия между субъективным ощущением времени игрока и протекании времени во внешнем мире), преобразование Лоренца (искажение пространства на околосветовых скоростях) и т.
д.
Источник: A Slower Speed of Light.
Игроки могут поделиться своим мастерством или опытом игры через Twitter. A Slower Speed of Light – это гармоничное сочетание доступного геймплея с научным материалом разделов теоретической и вычислительной физики, что делает игру успешным претендентом на использование в классе. Для PC, Mac и Linux есть доступные бесплатные варианты игры.
4. Crayon Physics Deluxe
Crayon Physics Deluxe – это 2D-пазл/игра «в песочнице», которая даёт возможность испытать игрокам, что было бы, если бы их рисунки могли превращаться в реальные физические объекты. Задача игрока – помогать шарику собирать звёздочки, рисуя подходящие для его движения поверхности – мосты, переправы, рычаги и т.д. Всё происходит в волшебном мире детского рисунка, где инструментами игрока являются восковые карандашики. Как минимум игра развивает художественное видение и творческие способности, как максимум – позволяет познакомиться с основами механики — гравитацией, ускорением и трением.
Для теста на сайте представлена демо-версия, полную версию для PC, Mac и Linux можно приобрести за $19,95, приложения на Android и iOS обойдутся в $2,99.
Источник: Vimeo.
5. Physics Playground
Впрочем, для тех, кто только приступил к изучению движения тел и различных физических сил, будет также интересно ознакомиться с образовательной видеоигрой Physics Playground. Игра представляет собой площадку, на которой игроку нужно выполнять достаточно простые действия – с помощью зелёного шара сбивать красный воздушный шарик. Вот тут-то и начинается классическая механика: без правильного применения законов Ньютона игрокам вряд ли удастся сконструировать в интерактивной среде механизмы, которые помогут привести в движение шарик. Впрочем, можно пользоваться и интуицией – главное, что на протяжении 80-ти уровней интуитивные знания, позволяющие достигать цели, постепенно приводят к пониманию закономерностей, которые лежат в основе классической механики.
Игра разработана компанией Empirical Game, которая занимается созданием развивающих образовательных игр. В открытом доступе её, к сожалению, нет, однако разработчики предлагают связаться с ними, если вас заинтересовал этот продукт. В полной версии можно отслеживать успехи игроков с помощью анализа журналов лог-файла.
Источник: Physics Playground.
6. Newton’s Playground
«Наука, индустрия развлечений и игра слились в красивом уникальном творческом опыте Newton’s Playground. Манипулируйте Вселенной, создавайте невероятные сочетания планет и запускайте гравитацию», – говорят создатели приложения. Newton’s Playground – интерактивное приложение, которое базируется на моделях, отражающих гравитационную взаимосвязь различных тел. Имитируя гравитационные отношения планет, небольшое приложение Newton’s Playground даёт своим игрокам возможность понаблюдать за взаимодействием сфер, плавающих в открытом пространстве, или же самому поэкспериментировать с массой и плотностью различных тел и создать собственную Солнечную систему.
Все расчёты основаны на исследованиях института астрономии Sverre Aarseth’s. Стоимость приложения в App Store – $1,99.
Источник: Newton’s Playground.
7. Algodoo
«Algodoo создает новую синергию между наукой и искусством», – гласит надпись на одной из страниц игры. Algodoo – это уникальная платформа 2D-моделирования физических экспериментов от Algoryx Simulation AB. С помощью мультяшных образов и интерактивных инструментов Algodoo позволяет создавать удивительные изобретения, разрабатывать игры для использования в классе или специальные эксперименты для лабораторных занятий по физике. В процессе своих естествоиспытаний и создания различных механизмов участники игры могут использовать жидкости, пружины, шарниры, двигатели, световые лучи, различные индикаторы, оптику и линзы. Моделируя различные конструкции и меняя параметры, игроки изучают трение, преломление, силу тяжести и т.
д. Для новичков на сайте представлено подробное руководство, а также создан канал Youtube, на котором можно посмотреть десятки видео по теме. Для Windows и Mac доступны бесплатные версии игры, приложение для iPad стоит $4,99.
Источник: Umea University.
8. Autodesk ForceEffect
Autodesk ForceEffect – приложение для инженеров, которые занимаются различного рода проектированием. С помощью Autodesk ForceEffect можно делать инженерные расчёты прямо на мобильном устройстве. Это существенно облегчает работу по дизайну на стадии создания концепции, так как мгновенно определяет жизнеспособность конструкции. Впрочем, приложение будет интересно и тем, кто хотел бы узнать, как различные силы влияют на объекты. Таким энтузиастам вместо схемы дома для эксперимента можно взять обычный велосипед и на основе его фото провести ряд экспериментов, которые покажут, какую нагрузку он способен выдержать и что влияет на равновесие велосипеда.
Особенно приятно, что приложение находится в открытом доступе и бесплатно доступно для Android, iOS.
Источник: Google Play.
9. Video Physics
Video Physics – приложение от Vernier Software & Technology, которое позволяет вам делать анализ движения физических тел на основе видео. Всё что нужно от пользователя – загрузить видео, отметить кадр за кадром движущийся объект и настроить масштаб. После этого приложение с лёгкостью построит траекторию движения объекта и высчитает скорость его движения. С Video Physics можно высчитать скорость движения качели, американских горок, автомобиля, футбольного мяча – чего угодно, лишь бы изменялось положение объекта в пространстве. В общем, Video Physics пригодилось бы не только на уроках физики, но и математики. В App Store стоимость приложения составляет около $4,69.
Источник: iTunes.
10. iCircuit
iCircuit – простой в использовании симулятор, который позволяет всем любителям физики поэкспериментировать с электрическими цепями.
Усовершенствованный двигатель моделирования позволяет работать с аналоговыми и цифровыми схемами обработки сигналов. iCircuit прост в использовании и подобен другим САПР-программам: пользователь добавляет элементы, соединяет их вместе и задаёт необходимые свойства. Но iCircuit в отличие от других программ САПР находится в постоянном режиме моделирования. Не нужно останавливаться, чтобы постоянно делать дополнительные измерения или настройки. В игре более 30 элементов, которые можно использовать в процессе построения схем. Здесь есть всё – от резисторов и коммутаторов, до логических вентилей и МОП-структур. Кроме всего прочего, в приложении есть мультиметр, который позволяет вам исследовать схемы и проверять напряжение и ток в них. Подробное руководство представлено на сайте – правда, пока только на английском языке. Приложение доступно для PC, Mac и Linux, а также iPad и Android. Стоимость приложения варьируется в пределах 4-10-ти долларов.
vimeo.com/video/15078567″/>
Источник: Vimeo.
11. Power Toy
Power Toy весьма похожа на Algodoo, но акцент смещён в сторону изучения давления, температуры и бесчисленного количества взаимодействий между различными веществами. Механика остаётся позади и в поле внимания игроков Power Toy попадают ядерные реакции, процессы, протекающие в вулканах, строительство и последующее уничтожение атомных электростанций и т.д. Игра доступна бесплатно для PC, Mac и Linux, так что уже сегодня можно заглянуть в самое сердце ядерного взрыва.
Источник: Power Toy.
12. Tear-able Cloth
Tear-able Cloth – это даже не приложение, это – Javascript-код, который моделирует физику ткани. С помощью внесения правок в код можно экспериментировать с гравитацией и плотностью, меняя тем самым свойства ткани, растягивая или разрывая её. Впрочем, поиграться с тканью удастся и тем, кто не очень-то разбирается в кодах: воздействовать на материю можно и с помощью правой кнопки мыши.
Источник: IProgrammerTV.
13. Sixty Symbols
Ещё один сайт – Sixty Symbols посвящён символам, которые используются в физике. Создатели ресурса из Ноттингемского университета собрали 60 символов, обозначающих различные понятия, и в коротких, но очень занимательных и информативных видеороликах объяснили, что каждый из этих символов значит. Из этих выступлений вы узнаете, почему у футбольного мяча «Джабулани» часто меняется траектория, в чём состоит секрет бразильского ореха, как постоянная Фейгенбаума помогает в понимании хаоса, или даже каким был характер Исаака Ньютона. Все понятия и явления учёные рассказывают в максимально доступной форме, используя подручные материалы. Увы, пока объяснения представлены только на английском.
Источник: Sixty Symbols.
Как видите, выбрать есть из чего. Изучаете ли вы этот предмет, преподаёте ли физику, или просто сожалеете, что когда-то не усвоили основные положения науки, которая раскрывает фундаментальные законы природы, – сегодня можно весело и играючи наверстать упущенное.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
10 книг, которые помогут вам лучше понять математику и физику — T&P
Когда технологии телепортации и путешествий во времени станут возможными? Сможет ли неподготовленный читатель понять сочинения Энштейна? Правда ли, что рост населения и мировой экономики за последние 100 лет — это прямое следствие роста объема накопленных нами знаний о Вселенной? Об этом и многом другом — в обзоре книг, которые помогут вам лучше понять математику и физику.
В центре внимания американского математика и публициста Джона Дербишира гипотеза Римана — одна из семи проблем тысячелетия, за решение которой полагается награда в 1 миллион долларов. Денег за решение никто пока не получил, но за 152 года с тех пор, как немецкий математик Бернхард Риман обнаружил, что количество простых чисел выражается через распределение нетривиальных нулей дзета-функции, попыток доказать или опровергнуть эту гипотезу было предостаточно.
«Простая одержимость» —история вопроса, написанная понятным и нескучным языком и рассчитанная на любознательного, но математически неподкованного читателя.
Сначала Митио Каку смотрел телесериал «Флэш Гордон», потом узнал, что многие успешные ученые тоже начинали с увлечения научной фантастикой, затем погрузился в мир высшей математики и теоретической физики. А в 2008 году знаменитый американский популяризатор науки написал ставшую бестселлером книгу «Физика невозможного»: про технологии, которые сегодня считаются невозможными, но, по убеждению ученого, через несколько десятков или сотен лет могут стать обычными. Из наиболее реальных «невозможностей» — телепортация, телепатия, роботы. Сложнее, по мнению Каку, дело обстоит с путешествиями во времени и изобретением вечного двигателя.
«Мы не писали учебник по физике. Здесь нет систематического изложения элементарных физических фактов и теорий. Скорее наше стремление состояло в том, чтобы широкими штрихами обрисовать попытки человеческого разума найти связь между миром идей и миром явлений», — так начинают свой совместный текст «Эволюция физики» Эйнштейн и польский физик Леопольд Инфельд.
Собственно он, а также знаменитые эйнштейновские работы по теории относительности — и есть суть этого сборника. Вступительная статья — авторства звездного английского ученого Стивена Хокинга.
На 512 страницах собраны три научно-популярных бестселлера британского ученого Стивена Хокинга. Его самая первая книга — «Краткая история времени» о происхождении и развитии космоса и Вселенной. «Черные дыры и молодые вселенные» — на ту же тему по сути, а по форме — сборник автобиографических тире философских эссе, написанных Хокингом с 1976 по 1992 год. «Теория всего» — еще один сборник, но уже семи хокинговских лекций, в которых он пытается объединить разрозненные физические теории в единую теорию всего.
Почему на дорогах возникают пробки? Почему в бары ходят одни и те же люди? В чем причина победного шествия монокультуры по миру? Британский ученый, редактор-консультант журнала «Nature» Филип Болл пытается ответить на эти и другие удивительные вопросы с помощью законов физики.
Автор книги пытается объяснить поведение человеческих масс через «социальную физику», причем в качестве доказательств Болл приводит факты, модели и истории не только из физической и экономической науки.
Как случайность управляет нашей жизнью? Таков подзаголовок книги профессора Калифорнийского технологического института, исследователя в области квантовой механики и теоретической физики и соавтора хокинговской «Кратчайшей истории времени» Леонарда Млодинова. Впрочем, многочисленные примеры из жизни на тему случайностей — это только яркая обертка, которая скрывает историю зарождения теории вероятности.
«Законы природы — скелет Вселенной. Они служат ей опорой, придают форму, связывают воедино. Вместе они воплощают в себе качественную картину нашего мира. В эпоху, когда мы перестаем верить в свою способность управлять окружающими вещами, они не дают забыть: даже самые сложные системы повинуются простым законам, понятным обычному человеку», — так считает профессор физики американского Университета Джорджа Мэйсона, автор более 30 научно-популярных книг Джеймс Трефил.
Его «200 законов мироздания» — это энциклопедия, объясняющая в том числе, почему рост населения и мировой экономики за последние 100 лет — это прямое следствие роста объема накопленных нами знаний о Вселенной.
Мартин Гарднер родился в 1914 году, закончил философский факультет, но после службы на флоте во время Второй мировой войны, пришел в журналистику, став известным благодаря рассказам и головоломкам на развитие логики у дошкольников. Затем этот американский популяризатор науки начал издавать и книги, объясняющие уже не только детям многие математические задачи. «Теория относительности для миллионов» — как раз из таких.
Автобиография знаменитого американского физика, читая которую не знаешь, чему больше удивляться: фейнмановскому критическому уму, способному сформулировать свое меткое суждение не только на научные темы, умению иронично относится к окружающему миру (и главное к себе), таланту рассказчика, неутомимости в желании освоить максимум навыков или списку его профессиональных достижений.
А достижения у Ричарда Фейнмана действительно впечатляющие: он — один из создателей атомной бомбы и Нобелевский лауреат (за работы по квантовой электродинамике).
Еще одна книга, в центре которой находится фигура ученого, на сей раз — российского. Это даже не столько биография Григория Перельмана, сколько описание нашумевшей истории, связанной с решением им одной из семи задач тысячелетия. В 2002 году Перельман доказал гипотезу Пуанкаре, но потом не только отказался получить за это полагающуюся премию, но заявил о своем уходе из математики и во всех смыслах закрылся от всего мира. Журналист Маша Гессен в своей книге не только пытается понять, в чем же состоит феномен Перельмана (она не смогла взять с ним интервью, поэтому берет за основу разговоры с его учителями и коллегами), но и доступным языком старается объяснить суть доказанной им гипотезы. А в интервью T&P Гессен рассказала о сложностях работы над книгой.
Материалы по теме:
10 лучших книг по астрономии по мнению Стюарта Кларка
5 книг о фотографии, недавно переведенных на русский язык
5 книг, которые изменят ваше представление о дизайне
Структура ЕГЭ 2022 по физике
ЕГЭ 2022 по физике состоит из 30 заданий: 23 заданий тестовой, 7 заданий письменной части.
Задания разные по уровням сложности: 19 заданий базовой, 7 заданий повышенной и 4 задания высокой сложности.
В тестовой части задания базовой и повышенной сложности: 15 заданий базовой сложности, 4 задания повышенной. В письменной части 3 задания повышенной сложности, 4 задания высокой сложности.
В письменной части номера заданий соответствуют конкретным разделам физики:
№3-8: кинематика
№9-13: термодинамика
№14-19: электродинамика
№20-21: квантовая физика
№1, 2, 22, 23: все разделы.
В письменной части разделение на темы не такое конкретное, но всё же есть структура:
№24 – качественная задача на все разделы физики;
№25 – простая (для письменной части) задача на механику или термодинамику;
№26 – простая задача на электродинамику или квантовую физику;
№27 – сложная задача на термодинамику с элементами из других разделов;
№28, 29 – сложная задача на электродинамику с элементами из других разделов.
Задача №28 – на подраздел электричества: электрическое поле, законы постоянного тока. №29 – на подраздел электромагнетизма;
№30 – сложная задача на механику.
Часть 1
№
Сложность
Формат
Перв. балл
Тема
Задание 1
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 2
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 3
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 4
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 5
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 6
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 7
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 8
Формат ответа: Краткий
Первич.
балл: 2
Задание 9
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 10
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 11
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 12
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 13
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 14
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 15
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 16
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 17
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 18
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 19
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 20
Формат ответа: Краткий
Первич.
балл: 1
Задание 21
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 22
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Задание 23
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 1
Часть 2
№
Сложность
Формат
Перв. балл
Тема
Задание 24
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 3
Задание 25
Формат ответа: Развернутый
Первич. балл: 2
Задание 26
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 2
Задание 27
Формат ответа: Краткий
Первич. балл: 3
Задание 28
Формат ответа: Развернутый
Первич. балл: 3
Задание 29
Формат ответа: Развернутый
Первич. балл: 3
Задание 30
Формат ответа: Развернутый
Первич.
балл: 4
Мартовская образовательная программа по физике: Руководители
Положение о Мартовской образовательной программе по физике
Образовательного центра «Сириус»
1. Общие положения
Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения Мартовской образовательной программы по физике Образовательного центра «Сириус» (далее – образовательная программа), её методическое и финансовое обеспечение.
1.1. Образовательная программа проводится в Образовательном центре «Сириус» (Образовательный Фонд «Талант и успех») с 07 по 27 марта 2021 года.
1.2. К участию в образовательной программе приглашаются учащиеся 9-х классов (по состоянию на март 2021 года), обучающиеся в образовательных организациях, осуществляющих образовательную деятельность по образовательным программам основного общего и среднего общего образования (в том числе обучающиеся загранучреждений Министерства иностранных дел Российской Федерации, имеющих в своей структуре специализированные структурные образовательные подразделения).
Обязательным условием участия в образовательной программе является успешное прохождение конкурсного отбора.
Общее количество участников образовательной программы: не более 150 человек.
1.3. К участию в образовательной программе допускаются школьники, являющиеся гражданами Российской Федерации.
1.4. Персональный состав участников образовательной программы утверждается Экспертным советом Образовательного Фонда «Талант и успех» по направлению «Наука».
1.5. Научно-методическое и кадровое сопровождение осуществляют сотрудники Центра педагогического мастерства г. Москвы, Московского физико-технического института, физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.
1.6. В связи с целостностью и содержательной логикой образовательной программы, интенсивным режимом занятий и объемом академической нагрузки, рассчитанной на весь период пребывания обучающихся в Образовательном центре «Сириус», не допускается участие школьников в отдельных мероприятиях или части образовательной программы: исключены заезды и выезды школьников вне сроков, установленных Экспертным советом Фонда по направлению «Наука».
1.7. В случае нарушений правил пребывания в Образовательном центре «Сириус» или требований настоящего Положения решением Координационного совета участник образовательной программы может быть отчислен с образовательной программы.
1.8. В течение учебного года (с июля по июнь следующего календарного года) допускается участие школьников не более чем в двух образовательных программах по направлению «Наука» (по любым профилям, включая проектные образовательные программы), не идущих подряд.
2. Цели и задачи образовательной программы.
2.1. Образовательная программа ориентирована на углублённую подготовку в области физики высокомотивированных талантливых учащихся 9-х классов, выявленных путем конкурсного отбора по итогам самостоятельной работы, и на организацию дальнейшего систематического изучения физики указанными учащимися путем предоставления им дистанционной поддержки после завершения образовательной программы.
2.2. Задачи образовательной программы:
– развитие таланта учащихся в области физики и расширение их кругозора;
– углубленное изучение дополнительных вопросов курса физики, не входящих в школьную программу;
– изучение школьниками элементов высшей математики, необходимых для освоения дополнительных вопросов курса физики;
– рассмотрение приемов и методов решения некоторых типов теоретических задач повышенного уровня сложности по физике;
– развитие навыков решения учебных экспериментальных физических мини-задач, в том числе олимпиадного типа;
– развитие у школьников физического мышления, формирование у них умений ведения дискуссии на научные темы;
– популяризация физики как науки.
3. Порядок отбора участников образовательной программы.
3.1. Отбор участников осуществляется Координационным советом, формируемым Руководителем Образовательного Фонда «Талант и успех», на основании требований, изложенных в настоящем Положении, а также Порядком отбора школьников на профильные образовательные программы Фонда по направлению «Наука».
3.2. В образовательной программе могут принять участие до 150 школьников, осваивающие (по состоянию на март 2021 года) учебную программу по физике для 9 класса в образовательных организациях, реализующих образовательные программы основного общего, среднего общего и дополнительного образования.
3.3. Для участия в конкурсном отборе необходимо пройти регистрацию на официальном сайте Образовательного центра «Сириус».
Регистрация будет доступна до 15 ноября 2020 года. Не зарегистрировавшиеся школьники к участию в образовательной программе не допускаются.
3.4. Отбор участников осуществляется в два тура.
Первый тур – дистанционный учебно-отборочный курс. Второй тур – заключительный (очный) тур в регионах Российской Федерации.
3.5. С 01 ноября по 12 декабря 2020 года для зарегистрировавшихся школьников будет организован дистанционный учебно-отборочный курс. Информация о курсе размещается в личном кабинете участника после его регистрации.
3.6. В рамках дистанционного учебно-отборочного курса оценивается успешность освоения учебного материала, а также результат, показанный на обязательном дистанционном тестировании. Дистанционное тестирование с целью отбора на заключительный (очный) тур будет проведено 12 декабря 2020 года.
3.7. По итогам дистанционного учебно-отборочного курса и обязательного дистанционного тестирования будут определены участники заключительного очного отборочного тура, который пройдет на площадках в субъектах Российской Федерации 26 декабря 2020 года.
3.8. Список школьников, допущенных к участию в заключительном очном отборочном туре, будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» 16 декабря 2020 года.
3.9. Регламент проведения заключительного очного отборочного тура, места и время проведения этого тура в регионах будут опубликованы на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 17 декабря 2020 года.
3.10. В образовательной программе могут принять участие не более 10 школьников от одного субъекта Российской Федерации.
3.11. Учащиеся, отказавшиеся от участия в образовательной программе, могут быть заменены на следующих за ними по рейтингу школьников (по итогам заключительного очного отборочного тура). Решение о замене участников принимается Координационным советом программы.
3.12. Список участников образовательной программы будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 18 января 2021 года.
3.13. С 20 января по 28 февраля 2021 года для участников образовательной программы будет доступен дистанционный курс предобучения.
4. Аннотация образовательной программы.
Образовательная программа включает в себя лекции, семинары и практические занятия по физике, проводимые лучшими педагогами ведущих образовательных центров страны; тренировочные туры по решению физических задач, научно-популярные лекции ученых, ведущих исследования в различных областях современной физики; общеобразовательные, спортивные и культурно-досуговые мероприятия, экскурсии по городу Сочи и его окрестностям.
5. Финансирование образовательной программы
Оплата проезда, пребывания и питания школьников – участников образовательной программы осуществляется за счет средств Образовательного Фонда «Талант и успех».
правда и мифы о гениальном физике — Российская газета
Сегодня исполняется 100 лет со дня рождения лауреата Нобелевской премии Льва Ландау. Почему физики называли его гением? Какова его роль в атомном проекте и почему он не любил об этом вспоминать? Зачем он ездил к Бухарину? Как сумел преодолеть свою застенчивость и робость? Какие стихи особенно любил? Об этом корреспондент “РГ” беседует с учеником великого физика, академиком РАН Исааком Халатниковым.
Российская газета: Оценить суть работ Ландау могут только специалисты, которые называли его гением. А можно широкой публике объяснить, в чем это проявлялось?
Исаак Халатников: Он сам на это ответил, ведь говорил: я чемпион мира по технике.
Что это значит? Сложнейшие задачи математической физики он всегда решал первым. Кажется просто невероятным, но Ландау обходился без черновиков, писал сразу набело. На ваших глазах происходило почти чудо. Я видел это много раз, но каждый раз поражался. Обычно ученый “марает” множество бумаг, прежде чем получит ответ. А тут не одной помарки, хоть сразу печатай.
РГ: Говорят, так же творил Моцарт. Например, увертюры к некоторым своим знаменитым операм он писал прямо перед премьерой и раздавал ноты оркестрантам, когда публика уже занимала места.
Халатников: Да, наверно, Ландау можно назвать Моцартом в науке. Но вот интересно, как он сам себя оценивал. Лев Давидович обожал все классифицировать. Ученых он измерял по логарифмической шкале. Это значит, что физик, например, второго класса сделал в науке в десять раз меньше, чем первого. В “половинный” класс он поместил лишь Эйнштейна, в первый – знаменитых творцов квантовой механики Бора, Гейзенберга и Дирака, а себя лишь во второй.
Ландау можно называть феноменом, потому что он знал в физике все. Внес ясность в самые разные направления этой науки. Запутанные и сложные проблемы становились простыми и ясными после того, как он ими занимался.
Но он был не только великий ученый, но и великий учитель. Ландау создал в нашей стране школу физиков-теоретиков, многие из которых стали выдающимися учеными мирового класса. А началось все, когда он уехал работать в Харьков и стал читать лекции. В аудиториях собирались толпы студентов. Конечно, Ландау поражал особым блеском, образностью мышления, но главное – он необычно излагал предмет. Такого никогда не слышали.
РГ: А что он внес нового?
Халатников: До него была старая школа преподавания научных дисциплин. Скажем, теоретическую механику читали несколько лет, а он – всего полгода. Ландау в корне изменил сам подход к обучению, он все курсы начинал с того, что давал некоторые общие принципы, а затем из них формулы сыпались как из мясорубки.
Такая логика производила на студентов сильнейшее впечатление. Так раньше не учили. Он создал новый стиль изложения науки. Поэтому его книги переведены на многие языки, по ним учатся во всем мире.
Кстати, в 1935 году он специально поехал к Николаю Бухарину, который был главным редактором газеты “Известия” и курировал науку. Хотел убедить политика, что надо изменить систему образования в вузах. И убедил, так как в “Известиях” появилась статья Ландау “Буржуазия и современная физика”. В названии, конечно, отражен дух времени, но по сути она была революционна.
РГ: А как появился знаменитый теорминимум Ландау, который почти за тридцать лет сумели сдать всего 43 человека?
Халатников: Он настолько поразил молодых ученых, что именно с ним все захотели работать. Но на такую армию его, естественно, не хватило бы, поэтому он придумал систему отбора – теоретический минимум. Это были девять экзаменов, два по математике, семь по теоретической физике.
К этому испытанию готовились по полгода, а некоторые по году. Сдавшие обязательно получали доступ к “телу” Ландау.
Кстати, это выдвинутое им же условие налагало на него жесткие обязательства, а порой ставило в сложные ситуации. Например, когда в 50-е годы началась борьба с космополитами, Ландау предупредили, что такой-то ученый в ней активно участвует, ведет себя непорядочно. Однако Лев Давидович заявил: он же сдал теорминимум, я обязан его взять. И хотя потом этот человек попортил ему много крови, он никогда не говорил, что совершил ошибку. Свой закон надо выполнять.
Вообще он был не просто учителем в конкретной науке, а учителем в библейском смысле слова. Ведь наука не просто формулы, это особый мир. Здесь крайне важны моральные принципы, нравственность, дух свободы, равноправия. Ландау притягивал своим бескорыстием, открытостью, в нем никто не видел патриарха, это был простой, очень естественный, доступный, удивительно жадный до жизни человек, с прекрасным чувством юмора.
Но в то же время борец со всякими приспособленцами и очковтирателями в науке. Здесь он отличался беспощадностью, находил очень обидные слова.
РГ: Мало кто знает об участии Ландау в атомном проекте. А ведь вы в одной из статей пишете: “То, что сделал Ландау, в СССР не под силу больше никому”. О чем речь?
Халатников: Требовалось рассчитать атомную, а потом водородную бомбу. Это были очень громоздкие уравнения математической физики. Если их решать в лоб, потребовались бы годы, ведь тогда никаких компьютеров не было и в помине, считали на электрических арифмометрах фирмы “Мерседес”. Под руководством Ландау были разработаны принципиально новые методы расчета, создан новый математический аппарат. Потом я узнал, что с подобной проблемой столкнулись и американцы. Там группу возглавлял великий математик фон Нейман.
РГ: Почему Ландау не любил вспоминать о своем участии в этом проекте?
Халатников: Как только умер Сталин, он мне сказал: “Все, я больше его не боюсь и выхожу из игры.
Забирай у меня дела”. Так я возглавил это хозяйство.
К работе над атомным проектом он, как и любой из нас, относился очень добросовестно, но ушел, как только появилась возможность. Он считал, что укрепляет мощь своего злейшего врага и его приспешников. Ведь Ландау был арестован в 1938 году и почти год провел в тюрьме. Он никогда об этом не забывал. А спас его Капица.
РГ: Вокруг Ландау много мифов и легенд, очень непросто отделить правду от вымыслов. Например, некоторые авторы пишут, что все годы КГБ вело за Ландау охоту. Не преувеличение ли?
Халатников: Об этом можно прочитать в опубликованном письме генерала КГБ Серова. Оно было направлено в ЦК КПСС, когда Ландау хотел выехать в командировку за границу. Там, в частности, сказано, что близкие друзья, читай стукачи, не рекомендуют отпускать ученого, так как его ближайшее окружение, читай коллеги, создало вокруг него ореол непогрешимости, а потому он может не вернуться. И в том же письме сказано, что сведения получены от друзей, а также техническими методами.
Приводятся некоторые высказывания Ландау, в том числе слова: “Я здесь ученый раб”. Понятно, что его кабинет был напичкан микрофонами.
РГ: Многие из знавших Ландау отмечали, что в нем сочеталось как бы два человека. Один резкий, задиристый, другой – робкий, застенчивый. Какой же он был?
Халатников: В молодые годы – очень застенчив, страдал комплексами. Но проявил огромную волю, постоянно себя преодолевал и с годами в любой аудитории, с любыми собеседниками чувствовал себя как рыба в воде. Завоевал право всегда, в любых обстоятельствах быть самим собой. А это дорогого стоит.
РГ: Он якобы имел славу Дон Жуана. Это миф или доля истины здесь есть?
Халатников: Чтобы понять отношение Ландау к женщинам, приведу вам лишь одну его фразу, которую он нам не раз говорил: “Я чемпион, я любил Кору (жена Ландау – ред.) 12 лет”. Что это значит? Для него слово “любовь” имело особое значение. Прежде всего это острота чувств.
Если она уходила, уходила и любовь.
Да, у него были увлечения, но не романы в привычном смысле этого слова, а очень серьезные отношения, где на первом месте была настоящая любовь. Сколько? Меньше, чем пальцев на одной руке. В общем, все разговоры о донжуанстве Ландау – полная чушь.
РГ: Читал, что на знаменитом 50-летии Ландау вы были “выпивалой”. Что это значит? Что особенно запомнилось с этого юбилея?
Халатников: Так как Ландау не пил, то на сцене он лишь чокался с очередным поздравляющим и передавал рюмку “дежурному выпивале”. Естественно, они менялись, иначе людей пришлось бы выносить. Ведь поток чествователей был огромным. Хочу уточнить, что сам я выпивалой не работал, “удовольствие” получали другие.
Славословие, доклад о жизни и научной деятельности юбиляра были категорически запрещены, нарушителей штрафовали, а в гардеробе висел плакат: “Адреса сдавать швейцару”. Ландау подарили медаль с его профилем и надписью на латинском “Ot duraca slychu”, одно из любимых выражений Льва Давидовича.
Подарили ему мраморные скрижали – “Десять заповедей Ландау”, на которых выгравированы десять формул наиболее значительных его открытий.
РГ: Что его интересовало помимо науки?
Халатников: Все, что происходит в мире. Утро у него начиналось с чтения газет. Прекрасно знал историю, наизусть читал множество стихов, особенно Лермонтова, Константина Симонова, Некрасова, Жуковского. Очень увлекался кино, как, впрочем, все физики. Помню, какое огромное впечатление на нас тогда произвел фильм с Жаном Габеном “У стен Малапаги”. Академик Тамм даже предложил ввести тест на интеллигентность по тому, как человек относится к этому фильму.
РГ: Сегодня есть в мире физики уровня Ландау?
Халатников: Думаю, что нет. Но сейчас иное время, иные задачи. В нашей науке гигантами сделано невероятно много, созданы блестящие теории, и сейчас нужен прорыв: создание единой теории, которая бы их всех объединила. Задача невероятной сложности.
Иногда мне кажется, что современный человеческий мозг не в состоянии все это охватить. Но это уже другая история.
Вопросы к экзаменам (зачётам)
Здесь представлены вопросы для подготовки к экзаменам (зачётам) по курсу «Физики» в объеме 3-х и 2-х семестров.
1. Вопросы экзаменам (зачётам) по курсу «Физики» из 3-х семестров
1 семестр. Экзамен
1.1. Механика
1. Основные понятия кинематики. Перемещение, путь, скорость, ускорение нормальное и тангенциальное, полное ускорение. Задачи кинематики.
2. Кинематика движения по окружности. Угловое перемещение, скорость, ускорение. Связь между линейными и угловыми величинами.
3. Динамика поступательного движения материальной точки. Законы Ньютона. Понятия: масса, импульс сила. Импульс системы материальных точек. Второй закон Ньютона для системы материальных точек. Закон сохранения импульса. Теорема о движении центра масс.
4. Движение тел с переменной массой. Реактивное движение. 5. Динамика вращательного движения. Момент импульса и момент силы материальной точки относительно неподвижного начала. Уравнение моментов. 6. Момент импульса системы материальных точек. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса. 7. Момент импульса и момент силы относительно неподвижной оси. Основное уравнение динамики вращательного движения. Момент инерции. Теорема Штейнера. 8. Работа постоянной и переменной силы. Мощность. 9. Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения. Связь работы и кинетической энергии. 10. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Примеры. Связь силы и потенциальной энергии. 11. Закон сохранения механической энергии. 12. Механические колебания. Дифференциальное уравнение незатухающих гармонических колебаний, его решение. Скорость, ускорение, полная энергия колеблющейся точки. 13. Физический и математический маятники, вывод формулы для периода малых колебаний этих маятников.
14. Затухающие гармонические колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний, анализ его решения. Период колебаний. Логарифмический декремент затухания. 15. Вынужденные гармонические колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных гармонических колебаний, его решение. Установившиеся вынужденные гармонические колебания. Резонанс. 16. Сложение гармонических колебаний. 17. Плоская гармоническая волна. Волны продольные и поперечные. Характеристики волны. Волновое уравнение. 18. Принцип относительности Галилея. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея. Закон сложения скоростей в классической механике. 19. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца: сокращение длины, замедление времени, одновременность событий. 20. Релятивистская динамика: масса, импульс, энергия. Закон взаимосвязи массы и энергии.1.2. Термодинамика
1. Понятие температуры. Средняя энергия движения одной молекулы.
Состояние теплового равновесия. Равновесные, неравновесные, обратимые и необратимые процессы.
8. Второе начало термодинамики, его содержание (формулировки). Принцип работы тепловой машины. К.П.Д. тепловой машины. 9. Цикл Карно. К.П.Д. цикла Карно. Первая и вторая теоремы Карно. 10. Энтропия. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Неравенство Клаузиуса. Вероятностный смысл энтропии. Формула Больцмана 11. Функция распределения Максвелла по модулю скорости. Характерные скорости движения молекул. Расчёт числа частиц в заданном интервале скоростей. 12. Функция распределения Максвелла по энергиям и импульсам. Среднее и наиболее вероятное значение энергии молекул. Расчёт числа частиц в заданном интервале энергий. 13. Распределение молекул в силовом поле. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. 14. Явления переноса: теплопроводность, внутреннее трение (вязкость), диффузия.2 семестр. Зачёт
2.1. Электродинамика
1. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Основная задача электростатики.
Напряженность поля точечного заряда, системы точечных зарядов. Линии напряженности электростатического поля.
9. Циркуляция вектора магнитной индукции. Применение для расчета поля бесконечно длинного соленоида с током. 10. Контур с током в однородном магнитном поле. Магнитный момент рамки с током. Магнитный поток. Работа в магнитном поле. 11. Явление электромагнитной индукции, закон Фарадея, правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. 12. Магнитное поле в веществе. Вектор намагниченности. Вектор напряженности магнитного поля. Теорема о циркуляции для вектора 13. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля. 14. Основные положения теории Максвелла. Ток смещения. Система уравнений Максвелла, физический смысл входящих в неё уравнений. 15. Электромагнитные колебания. Свободные незатухающие колебания (дифференциальное уравнение, его решение, период и частота колебаний) 16. Электромагнитные затухающие колебания (дифференциальное уравнение, его решение, характеристики затухания). 17. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение и его решение. Метод векторных диаграмм.
Резонанс тока и заряда. 18. Уравнение плоской электромагнитной волны (с выводом) и его решение. 19. Свойства электромагнитных волн. Скорость электромагнитной волны в вакууме и в веществе. Шкала электромагнитных волн. Энергия, переносимая электромагнитной волной. Вектор Пойнтинга.2.2. Волновая оптика
1. Явление интерференции. Условия наблюдения интерференционной картины. Когерентность. Условия максимумов и минимумов интенсивности света при интерференции волн от двух точечных источников (через разность фаз и разность хода).
2. Интерференция в тонких плёнках. Кольца Ньютона. 3. Явление дифракции света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Фраунгофера на щели. Условия максимумов и минимумов интенсивности. 4. Дифракционная решетка. Условия максимумов и минимумов интенсивности.
5. Явление поляризации. Естественный и поляризованный свет. Способы получения поляризованного света. Угол Брюстера. Закон Малюса.
3 семестр.
Экзамен
3.1. Квантовая физика. Физика атома
1. Внешний фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.
2. Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
3. Постулаты квантовой механики. Волновая функция. Уравнение Шредингера.
4. Уравнение Шредингера, его применение к решению задачи «частица в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками» (нахождение собственных функций и энергетического спектра частицы).
5. Прохождение частицы через потенциальный барьер полубесконечной ширины, конечной высоты U0. Энергия частицы Е> U0.
6. Прохождение частицы через потенциальный барьер полубесконечной ширины, конечной высоты U0. Энергия частицы Е< U0.
7. Прохождение частицы через потенциальный барьер конечной ширины. Туннельный эффект.
8.
Модель атома водорода по Бору. Спектр излучения атома водорода. Формула Бальмера.
9. Квантово-механический гармонический осциллятор (без вывода).
10. Атом водорода в квантовой механике. Уравнение Шредингера для атома, анализ решения этого уравнения. Собственные значения энергии электрона в атоме.
11. Основное состояние электрона в атоме водорода. Спин электрона.
12. Квантовые числа, их физический смысл.
13. Многоэлектронные атомы. Распределение электронов по состояниям в атоме. Принцип Паули.
3.2. Элементы физики твердого тела. Ядерная физика
1. Принцип Паули для твёрдого тела. Заполнение электронами энергетических зон. Энергия Ферми. Уровень Ферми. Энергетическая схема металлов, полупроводников, диэлектриков.
2. Функция Ферми-Дирака, её свойства. Энергия Ферми. Вырожденный и невырожденный электронный газ.
3.
Функция Бозе-Эйнштейна. Фотоны. Излучение а.ч.т. Формула Планка.
4. Зависимость проводимости твёрдых тел от температуры.
5. Чистые полупроводники. Механизм проводимости чистых полупроводников.
6. р-n переход. Вольт-амперная характеристика кристаллического диода.
7. Примесные полупроводники p-типа, n-типа, механизм их проводимости.
8. Ядро. Состав ядра. Ядерные силы, их свойства. Энергия связи. Деффект массы.
9. Естественная, искусственная радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Понятия: постоянная радиоактивного распада, период полураспада, среднее время жизни радиоактивного препарата.
10. α-распад, его природа и закономерности. β-распад, его природа и закономерности. Нейтрино и антинейтрино. γ-излучение.
2. Экзаменационные вопросы по курсу «Физики» из 2-х семестров
1 семестр
Физические основы механики
1.
Основные понятия кинематики. Перемещение, путь, скорость, ускорение нормальное и тангенциальное, полное ускорение. Закон движения материальной точки.
2. Кинематика движения по окружности. Угловое перемещение, скорость, ускорение. Связь между линейными и угловыми величинами.
3. Динамика поступательного движения материальной точки. Законы Ньютона. Понятия: масса, импульс, сила.
4. Импульс системы материальных точек. Второй закон Ньютона для системы материальных точек. Закон сохранения импульса.
5. Работа постоянной и переменной силы. Мощность.
6. Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения. Связь работы и кинетической энергии.
7. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Примеры. Связь силы и потенциальной энергии.
8. Закон сохранения механической энергии.
9. Динамика вращательного движения. Момент импульса и момент силы материальной точки относительно неподвижного начала координат.
Уравнение моментов. Момент импульса системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса.
10. Момент импульса и момент силы относительно неподвижной оси. Уравнение моментов материальной точки и системы материальных точек относительно неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Штейнера.
11. Механические колебания. Характеристики колебаний.
12. Математический и физический маятники. Периоды их колебаний.
13. Принцип относительности Галилея. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея. Закон сложения скоростей в классической механике.
14. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца: сокращение длины, замедление времени, одновременность событий.
Электродинамика
1. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Основная задача электростатики. Напряженность поля точечного заряда, системы точечных зарядов.
Линии напряженности электростатического поля.
2. Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Гаусса и её применение к расчету напряженностей полей равномерно заряженной бесконечной плоскости, нити и сферы.
3. Электростатическое поле в диэлектриках. Вектор поляризации. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для вектора индукции электрического поля.
4. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле. Потенциал. Теорема о циркуляции вектора напряженности электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом.
5. Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия конденсатора. Энергия электрического поля.
6. Постоянный ток. Сила тока, плотность тока. Уравнение непрерывности. Законы Ома, Джоуля — Ленца.
7. Индукция магнитного поля. Действие электрического и магнитного полей на заряды и токи. Сила Лоренца, сила Ампера.
8. Закон Био — Савара — Лапласа, примеры его применения для расчета поля бесконечно длинного проводника с током, поля в центре кругового витка с током.
9. Циркуляция вектора магнитной индукции. Применение для расчета поля бесконечно длинного соленоида с током.
10. Контур с током в однородном магнитном поле. Магнитный момент рамки с током. Магнитный поток. Работа в магнитном поле.
11. Явление электромагнитной индукции, закон Фарадея, правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида.
12. Магнитное поле в веществе. Вектор намагниченности. Вектор напряженности магнитного поля. Теорема о циркуляции для вектора напряженности магнитного поля.
13. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
Основные положения теории Максвелла. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме и физический смысл входящих в неё уравнений.
2 семестр
1. Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Характеристики колебаний.
2. Плоская электромагнитная волна. Свойства электромагнитных волн, скорость их распространения в вакууме и в среде. Шкала электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга.
3. Интерференция световых волн.
4. Дифракция световых волн.
Квантовая физика. Физика атома.
1. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Законы излучения абсолютно черного тела.
2. Фотоны. Явление внешнего фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.
3. Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
4. Волновая функция в квантовой механике, её свойства. Уравнение Шредингера в стационарной форме.
5. Уравнение Шредингера, его применение к решению задачи «частица в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками» (нахождение собственных функций и энергетического спектра частицы).
6. Понятие о потенциальном барьере. Туннельный эффект.
7. Понятие о квантово-механическом гармоническом осцилляторе.
8. Модель атома водорода по Бору. Спектр излучения атома водорода. Формула Бальмера. Уравнение Шредингера для атома водорода.
9. Многоэлектронные атомы. Квантовые числа. Распределение электронов по состояниям в атоме. Принцип Паули.
Ядерная физика
1. Ядро. Состав ядра. Ядерные силы, их свойства. Энергия связи.
2. Естественная, искусственная радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Понятия: постоянная радиоактивного распада, период полураспада, среднее время жизни радиоактивного препарата.
3. α-распад. β-распад. γ-излучение.
Термодинамика и элементы статистической механики
1. Понятие температуры. Средняя энергия движения одной молекулы. Состояние теплового равновесия.
Равновесные, неравновесные, обратимые и необратимые процессы.
2. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.
3. Функция распределения Максвелла по модулю скорости. Характерные скорости движения молекул.
4. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.
3. Внутренняя энергия системы. Способы изменения внутренней энергии. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа. Первое начало термодинамики.
4. Первое начало термодинамики применительно к изопроцессам. Работа газа в изопроцессах.
5. Теплоёмкость. Удельная и молярная теплоёмкости идеального газа. Теплоёмкость газа при постоянном давлении и постоянном объёме. Уравнение Майера.
8. Адиабатический процесс. Первое начало термодинамики применительно к адиабатическому процессу. Работа расширения (сжатия) идеального газа в адиабатическом процессе. Уравнение Пуассона
10.
Принцип работы тепловой машины. КПД. тепловой машины. Цикл Карно. КПД цикла Карно.
11. Второе начало термодинамики, его содержание (формулировки).
12. Энтропия в термодинамике. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Вероятностный смысл энтропии.
Случайная прогулка по физическим предметам со странными названиями
Несколько месяцев назад я помог своей подруге, Роуз Эвелет, придумать вещей в физике со странными названиями . Она могла включить только пять, но я подумал, что стоит выделить еще несколько. Итак, вот они.
Называть вещи сложно. Этот факт может подтвердить любой, у кого когда-либо был ребенок, хомяк или панк-группа. Это не легче для ученых, которым необходимо постоянно находить названия для открываемых ими вещей и теорий, которые они придумывают для объяснения этих открытий.
Несмотря на (или, возможно, из-за) ошеломляющей скучности большого количества технического жаргона, ученых привлекают причудливые или поэтические имена больше, чем вы могли бы подумать.
Вот некоторые из моих любимых.
Misner’s Mixmaster Universe
«Космический микроволновый фон» или сокращенно реликтовое излучение – это разновидность излучения: электромагнитная статика, заполняющая всю вселенную. Когда вы включали телевизор в доцифровую эпоху и ни один канал не был настроен, несколько процентов этого шума составлял CMB.
Также известное как «реликтовое излучение», реликтовое излучение – это энергия, оставшаяся вскоре после Большого взрыва, когда вся Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной.
Космологов озадачило то, насколько однородным было реликтовое излучение. Они ожидали, что из-за квантовых флуктуаций, присутствующих сразу после большого взрыва, излучение будет неоднородным: в одних местах сильнее, в других – слабее. Но это было совсем не то, что наблюдалось: реликтовое излучение выглядит почти одинаково повсюду на небе.
В статье 1969 года, озаглавленной «Вселенная Mixmaster», физик Чарльз Миснер изложил свою идею решения парадокса.
Хотя это звучит как прото-хип-хоп группа 1980-х, теория на самом деле получила свое название от кухонного прибора Sunbeam Mixmaster.
Идея заключалась в том, что ранняя Вселенная прошла фазу так называемой хаотической эволюции, которая сделала для космоса то же, что Mixmaster делает с тестом для торта, перемешивая его содержимое, пока оно не станет однородным и однородным.
Вселенная Mixmaster вызывает восхищение как оригинальное решение уравнений общей теории относительности.Однако на смену ей пришла другая теория, названная «инфляцией», которая лучше объясняет данные, чем теория Мизнера.
В отличие от теории физики, которую он вдохновил, Sunbeam Mixmaster по-прежнему пользуется успехом и, вероятно, доступен в ближайшем к вам магазине.
Светоносный эфир
Любой, кто когда-либо был вынужден изучать физику на первом курсе, знает, что свет – это волна.
(Ну, это тоже частица, но это уже другая история.Этот факт известен очень давно: он был впервые высказан еще в 17 веке датским ученым Кристианом Гюйгенсом. Спустя двести лет ученые и естествоиспытатели боролись с вопросом: «Если свет – это волна, то что это такое?»
Точно так же, как звуковым волнам нужен воздух, чтобы переносить их, а океанским волнам нужна вода, идея о том, что свет должен проходить через какую-то среду, привела ученых к предложению довольно волшебно звучащего «светоносного эфира».Слово «светоносный» относится к свету, в то время как таинственное вещество было названо «эфиром», потому что считалось, что оно настолько разрежено, что его почти невозможно обнаружить. А поскольку мы можем видеть свет от далеких звезд, этот эфир должен
Многочисленные эксперименты по обнаружению эфира завершились одним из самых известных наблюдений, когда-либо сделанных в науке: экспериментом Майкельсона-Морли, в котором была предпринята попытка измерить движение Земли в эфире (возможно, это единственный вариант).
крупный вклад в физику, сделанный в Огайо.
Физический трюизм состоит в том, что не найти то, что вы ищете, может быть интереснее, чем найти это, и так было с Майкельсоном и Морли, которые не смогли обнаружить никаких признаков того, что эфир был реальным. Крах теории эфира явился убедительным свидетельством в пользу специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, которая была разработана в последующие десятилетия. Для теории относительности не требуется – и фактически не может быть – светоносная среда, такая как эфир.
Случайные блуждания
Представьте себе очень пьяного человека – вашего друга – который только что проснулся посреди футбольного поля.Он не помнит, что вообще заставило его выйти на футбольное поле, и он хочет уйти. Ваш друг пытается немного прогуляться, беспокоясь, что сначала ему может понадобиться немного вздремнуть. Но нет – успех! Его ноги, кажется, работают нормально, и он начинает свой тяжелый выход.
Вместо того, чтобы помогать своему другу, вы решаете на время подумать о науке.
Со своей позиции на трибунах вы замечаете кое-что интересное. Ваш друг кажется настолько пьяным, что не может сделать два шага подряд в одном направлении.(Эй, это случилось с лучшими из нас.) На самом деле направление каждого шага кажется совершенно случайным: у него есть равная вероятность пойти на север, юг, восток или запад, или любое другое направление между ними.
Возникает ряд вопросов. (По крайней мере, если вы физик). Сколько времени понадобится вашему другу, чтобы уйти? Какова вероятность того, что он снова окажется в исходной точке? Если поле ограждено высоким забором с одним выходом, сколько времени ему потребуется, чтобы сбежать?
Если бы вы проследили путь, по которому он идет, его форма не была бы похожа на ту, что вы видели на уроке математики.Он больше похож на график курса акций или береговую линию Норвегии, чем на гладкие параболы классической геометрии. Это зубчатый фрактал, который извивается и пересекает себя, прежде чем попасть на край поля.
vimeo.com/video/38284748?title=0&byline=0&portrait=0″ frameborder=”0″ webkitallowfullscreen=”” mozallowfullscreen=”” allowfullscreen=””/>
Пьяное путешествие, в результате которого возникла эта фигура, является примером «случайного блуждания». Случайные блуждания описывают всевозможные явления в природе, экономике и математике. Список вещей, которые можно описать или смоделировать с помощью случайных блужданий, слишком велик, чтобы включать его сюда, но примечательные записи включают распределение генов в популяции животных, путь молекул лекарства в раковых клетках, процесс, который смещает маленькие магниты. в аппаратах МРТ и сумму денег, которую вы, вероятно, потеряете в игре в рулетку.
Ультрафиолетовая катастрофа
В начале 20 века британские ученые лорд Рэли и Джеймс Джинс попытались вычислить, что вы должны увидеть, когда смотрите на «черное тело». Черное тело – это идеализация: воображаемый объект, который идеально поглощает и излучает свет всех длин волн.
(«Длина волны», по крайней мере, в данном контексте, просто техническое слово для «цвета».) Как выглядят черные тела, это не просто теоретический вопрос: некоторые астрономические объекты, такие как солнце, довольно близки к идеальным черным телам. .
В частности, Рэли и Джинс интересовались «спектром черного тела»: сколько излучаемой энергии сохраняется в виде красного света, сколько – в виде синего света и так далее. Чтобы решить эту проблему, они использовали две наиболее почтенные теории физики XIX века: теорию электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла и теорию статистической механики Стефана Больцмана.
Но когда они сделали свой расчет, возникла серьезная проблема: количество энергии, запасенной в коротковолновой части спектра, было…. бесконечно! Этот бессмысленный результат был такой большой проблемой для физики, что он был назван «ультрафиолетовой катастрофой» (ультрафиолетовый свет относится к коротковолновой разновидности).
Решение парадокса возникло из работы Макса Планка, немецкого физика.
. Планк ввел идею о том, что свет не может излучаться и поглощаться в произвольно малых количествах; скорее, они поступают в виде дискретных пакетов, которые теперь называются «фотонами». Это работает так же, как деньги: вы не можете купить шоколада или средства для мытья посуды меньше, чем на пенни, а атом не может поглотить меньше фотона света.Вооружившись этим предположением, Планк смог вычислить спектр абсолютно черного тела без появления каких-либо бесконечностей.
В то время идея Планка вызвала столько же проблем, сколько и решила, потому что предположение, что свет приходит такими дискретными пакетами, полностью противоречит теории электромагнетизма Максвелла. Ультрафиолетовая катастрофа не разрешилась до 1920-х годов, когда была представлена всеобъемлющая теория квантовой механики. Квантовая механика показала, что старые теории XIX века были неполными.Среди многих других достижений квантовая механика позволяет правильно рассчитывать спектр черного тела.
Изображения из Викисклада.
Solvay Conference, вероятно, самая умная фотография из когда-либо сделанных, 1927 г.
17 из 29 участников были или стали лауреатами Нобелевской премии.
Конференция Сольве, основанная бельгийским промышленником Эрнестом Сольвеем в 1912 году, считалась поворотным моментом в мире физики. Расположенные в Брюсселе конференции были посвящены выдающимся выдающимся открытым проблемам как физики, так и химии.
Самой известной конференцией была пятая Сольвеевская международная конференция по электронам и фотонам в октябре 1927 года, где самые известные физики мира встретились, чтобы обсудить недавно сформулированную квантовую теорию. Ведущими фигурами были Альберт Эйнштейн и Нильс Бор.
Эйнштейн, разочарованный принципом неопределенности Гейзенберга, заметил: «Бог не играет в кости». Бор ответил: «Эйнштейн, перестань указывать Богу, что делать». 17 из 29 участников были или стали лауреатами Нобелевской премии, в том числе Мария Кюри, единственная из них, получившая Нобелевские премии по двум отдельным научным дисциплинам.
Эта конференция была также кульминацией борьбы между Эйнштейном и научными реалистами, которые хотели строгих правил научного метода, изложенными Чарльзом Пирсом и Карлом Поппером, против Бора и инструменталистов, которые хотели более гибких правил, основанных на результатах. Начиная с этого момента, инструменталисты победили, и с тех пор инструментализм считался нормой.
The Solvay Conference (цветная версия).
Сзади вперед, слева направо:
Сзади: Огюст Пикар, Эмиль Анрио, Поль Эренфест, Эдуард Герцен, Теофиль де Дондер, Эрвин Шредингер, Дж. Э. Вершаффельт, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Ральф Фаулер, Леон Бриллюэн.
В центре: Питер Дебай, Мартин Кнудсен, Уильям Лоуренс Брэгг, Хендрик Энтони Крамерс, Поль Дирак, Артур Комптон, Луи де Бройль, Макс Борн, Нильс Бор.
Фронт: Ирвинг Ленгмюр, Макс Планк, Мария Кюри, Хендрик Лоренц, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен, Шарль-Эжен Гай, CTR Wilson, Оуэн Ричардсон.
На фото ученые:
Огюст Пикар спроектировал корабли для исследования верхних слоев стратосферы и морских глубин (батискаф, 1948).
Эмиль Анрио обнаружил естественную радиоактивность калия и рубидия. Он сделал возможными ультрацентрифуги и первым изобрел электронный микроскоп.
Пауль Эренфест заметил (в 1909 г.), что специальная теория относительности заставляет сжиматься обод вращающегося диска, но не его диаметр. Это противоречие с евклидовой геометрией вдохновило Эйнштейна на создание общей теории относительности. Эренфест был великим учителем и пионером квантовой теории.
Эдуард Герцен – один из семи человек, принявших участие в двух Сольвеевских конференциях 1911 и 1927 годов.Он сыграл ведущую роль в развитии физики и химии в двадцатом веке.
Теофил де Дондер определил химическое сродство в терминах изменения свободной энтальпии.
Он основал термодинамику необратимых процессов, которая привела его ученика Илью Пригожина (1917-2006) к Нобелевской премии.
Эрвин Шредингер сопоставил наблюдаемое квантовое поведение со свойствами непрерывной нерелятивистской волны, подчиняющейся уравнению Шредингера.В 1935 году он бросил вызов Копенгагенской интерпретации знаменитой сказки о коте Шредингера. Он разделил Нобелевскую премию с Дираком.
Жюль Эмиль Вершаффельт , фламандский физик, получил докторскую степень при Камерлинг-Оннесе в 1899 году.
Вольфганг Паули сформулировал принцип исключения, который объясняет всю таблицу элементов. Острый язык Паули ходил легенды; однажды он сказал о плохой газете: «Это неправильно; это даже не неправильно “.
Вернер Гейзенберг заменил полуклассические орбиты Бора новой квантовой логикой, которая стала известна как матричная механика (с помощью Борна и Джордана).Соответствующая некоммутативность влечет за собой принцип неопределенности Гейзенберга.
Сэр Ральф Ховард Фаулер руководил 15 ФРС и 3 лауреатами Нобелевской премии. В 1923 году он познакомил Дирака с квантовой теорией.
Леон Николя Бриллюэн практически изобрел физику твердого тела (зоны Бриллюэна) и помог разработать технологию, которая стала компьютерами, которые мы используем сегодня.
Питер Дебай был пионером в использовании дипольных моментов для асимметричных молекул и расширил теорию теплоемкости Эйнштейна до низких температур, включив низкоэнергетические фононы.
Мартин Кнудсен возродил кинетическую теорию газов Максвелла, особенно при низком давлении: течение Кнудсена, число Кнудсена и т. Д.
Уильям Лоуренс Брэгг был удостоен Нобелевской премии по физике совместно со своим отцом сэром Уильямом Генри Брэггом за их работу по анализу структуры кристаллов с помощью дифракции рентгеновских лучей.
Хендрик Крамерс был первым иностранным ученым, который обратился к Нильсу Бору.
Он стал его ассистентом и помог разработать то, что стало известно как Институт Бора, где работал над теорией дисперсии.
Поль Дирак придумал формализм, на котором сейчас основана квантовая механика. В 1928 году он открыл релятивистскую волновую функцию для электрона, которая предсказала существование антивещества до того, как она была обнаружена.
Артур Холли Комптон решил, что рентгеновские лучи сталкиваются с электронами, как если бы они были релятивистскими частицами, поэтому их частота сдвигается в соответствии с углом отклонения (комптоновское рассеяние).
Луи де Бройль обнаружил, что любая частица обладает волнообразными свойствами с длиной волны, обратно пропорциональной ее импульсу (это помогает оправдать уравнение Шредингера).
Вероятностная интерпретация волновой функции Шредингера Максом Борном положила конец детерминизму в физике, но обеспечила прочную основу для квантовой теории.
Ирвинг Ленгмюр был американским химиком и физиком. Самой известной его публикацией была знаменитая статья 1919 года «Расположение электронов в атомах и молекулах».
Макс Планк создал квантовую теорию, которая принесла ему Нобелевскую премию по физике в 1918 году. Он предположил, что обмен энергией происходит только в дискретных сгустках, которые он назвал квантами.
Нильс Бор начал квантовую революцию с модели, в которой орбитальный угловой момент электрона имеет только дискретные значения. Он возглавил Копенгагенскую интерпретацию, согласно которой квантовые явления по своей природе вероятностны.
Мария Кюри была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию, и первым человеком, получившим две. В 1898 году она выделила два новых элемента (полоний и радий), отслеживая их ионизирующее излучение с помощью электрометра Жака и Пьера Кюри.
Хендрик Лоренц открыл и дал теоретическое объяснение эффекта Зеемана.
Он также вывел уравнения преобразования, которые впоследствии использовал Альберт Эйнштейн для описания пространства и времени.
Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности, одну из двух основ современной физики (наряду с квантовой механикой). В популярной культуре он наиболее известен своей формулой эквивалентности энергии и массы (которую окрестили «самым известным уравнением в мире»).В 1921 году он получил Нобелевскую премию по физике «за заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта».
Поль Ланжевен разработал динамику Ланжевена и уравнение Ланжевена. У него был роман с Мари Кюри.
Шарль-Эжен Гай был профессором физики Женевского университета. Для Гая любое явление могло существовать только в определенных масштабах наблюдения.
Чарльз Томсон Рис Уилсон воспроизвел образование облака в коробке.В конце концов, в 1911 году было замечено, что перенасыщенный беспыльный и свободный от ионов воздух конденсируется вдоль следов ионизирующих частиц.
Так родился детектор камеры Вильсона.
Сэр Оуэн Уилланс Ричардсон получил Нобелевскую премию по физике в 1928 году за свою работу по термоэлектронной эмиссии, которая привела к закону Ричардсона.
(Фото предоставлено Бенджамином Купри, Institut International de Physique de Solvay. Цветная версия, сделанная u / mygrapefruit).
80 лучших проектов по физике для умных детей
Проекты по физике – одни из самых запоминающихся научных проектов, которые когда-либо пробуют ваши дети.Вот, я сказал это, даже если вы не верите!
Видите ли, физика – это отрасль науки, изучающая полет, запуск, движение и плавание, а также магниты, двигатели и электрические цепи, тепло, свет и звук. Физика – это весело! После того, как вы ознакомитесь с некоторыми проектами в этой коллекции, надеюсь, вы согласитесь.
Перед тем, как мы начнем, я хочу обратиться к распространенному представлению, которое многие люди имеют об этой отрасли науки: Физика – это действительно сложно! Я полностью понимаю эту мысль.
Фактически, единственный урок, который я чуть не провалил за всю свою академическую карьеру, был физикой. И я знаю почему. Физика была представлена мне в виде формул о силе, равновесии и импульсе без единой демонстрации. Затем я вошел в класс инженерных сооружений, где мы обсудили силы, действующие при проектировании зданий, и мой учитель сказал нам, что не хочет, чтобы мы открывали книгу всю четверть. Вместо этого он сказал нам построить модели. Он хотел, чтобы мы поэкспериментировали с тем, как силы действительно взаимодействуют в структуре, проверив их в практических экспериментах.Для меня это был глубокий опыт, и внезапно все книжное обучение «щелкнуло».
Моя цель в этой коллекции проектов – сделать физику более доступной и привлекательной для родителей, учителей и детей! Но прежде чем мы погрузимся в проекты по физике, давайте взглянем с высоты птичьего полета на то, что такое физика!
Что такое изучение физики?
Физика – это отрасль науки, изучающая материю, ее движение и взаимодействие.
Это ОГРОМНАЯ тема, и в ней много общего с химией и биологией.Очень легко услышать слово «физика» и у вас потускнеть глаза, но простыми словами физика – это изучение того, как предметы движутся и взаимодействуют друг с другом.
Как вы объясняете физику ребенку?
Лучший способ объяснить физику детям – это пропустить объяснение и провести демонстрацию . Поскольку физика включает в себя изучение движения, света, электричества, магнетизма и аэродинамики, вместо того, чтобы пытаться объяснить эти концепции, продемонстрируйте их! Я верю в практические проекты, которые дают детям возможность испытать научную концепцию и поэкспериментировать с ней, а не просто услышать или прочитать о ней.Все мы знаем, что удивительный проект запоминается, а многословное объяснение легко забывается. Дети отлично умеют учиться наглядно, поэтому дайте им возможность увлечься физикой через проекты!
Какие основные разделы физики? Пока я писал этот пост, я понял, что ученые определяют разделы физики по-разному.
Ниже приводится список наиболее часто цитируемых разделов физики, составленный как из сетевых, так и из автономных ресурсов:
- Механика Сюда входят сила, движение, жидкость и аэродинамика, и это ветвь, о которой большинство людей думают, когда слышат это слово. физика.
- Электромагнетизм Электричество – это физика!
- Термодинамика
- Оптика
- Звук и волны
- Квантовая механика Это для очень серьезных! Это отрасль, изучающая атомные частицы.
Как пользоваться этим руководством
Представленные здесь проекты по физике для детей отсортированы по отраслям физики и подкатегориям следующим образом: (щелкните тему, чтобы перейти к этому разделу) :
- Механика и движение: Работа и энергия, закон Ньютона, радиальные силы, гравитация и баланс
- Электромагнетизм и электричество: Магнетизм, электричество
- Оптика и звук
- Тепло, жидкости и воздух: Термодинамика, гидродинамика, & Aerodynamics
По некоторым темам и категориям было действительно легко найти отличные проекты (работа и энергия), некоторые были более сложными (термодинамика) и, по крайней мере, одним невозможным (квантовая механика, но это нормально!).
Мы постарались собрать как можно больше в этом списке!
Обратите внимание, что многие из этих проектов можно разделить на две или более категорий, поскольку они демонстрируют различные принципы и силы. Я классифицировал их только один раз в этом списке.
Механика и движение
Когда большинство людей думают о физике, они думают о механике и движении. Механика относится к движению объектов, а движение – это изменение положения объекта во времени.Все вокруг нас постоянно в движении. Даже когда мы считаем, что сидим на месте, Земля вращается вокруг своей оси и движется вокруг Солнца.
Ученые веками изучали движение и определили, что существуют законы, которые могут объяснить движение объектов. Эти законы вращаются вокруг идеи сил .
Сила – это то, что толкает или тянет объект, заставляя его двигаться. Сила может заставить объект ускоряться (например, удар по мячу), или замедляться (например, трение), или удерживать объект на месте (например, гравитация).
Импульс – это сила, которую объект оказывает на его вес и движение. Чтобы узнать больше о силах, перейдите сюда.
В этом разделе мы рассмотрим проекты, посвященные движению, включая 3 самых известных закона движения, изложенных сэром Исааком Ньютоном.
Работа и энергетические проекты
Энергия определяется как способность выполнять работу. Работа означает количество энергии, необходимое для перемещения чего-либо на расстояние с помощью силы.Закон сохранения энергии гласит, что энергия никогда не создается и не уничтожается, она просто изменяется из одного состояния в другое.
Зависимость потенциальной энергии от кинетической
Два типа энергии, часто обсуждаемые в физике, – это кинетическая энергия и потенциальная энергия. Кинетическая энергия – это энергия движения. Потенциальная энергия – это запасенная энергия.
Пример потенциальной энергии – скрученная и удерживаемая на месте резинка. Как только резинка отпущена, она быстро раскручивается как кинетическая энергия.
Вот несколько проектов, демонстрирующих работу и энергию:
Избранные видео о работе и энергии:Законы движения Ньютона
Сэр Исаак Ньютон был математиком и ученым. кто изучал движение в 1600-х годах.
Ему приписывают открытие силы тяжести, а также разработку трех законов движения, описывающих движение объектов. Мы рассмотрим каждый закон движения и некоторые проекты, которые выделяют их ниже.
Первый закон движения Ньютона называется законом Interia и гласит: объект в состоянии покоя имеет тенденцию оставаться в состоянии покоя, а объект в движении имеет тенденцию оставаться в движении, если на него не действует внешняя сила.
Второй закон движения Ньютона n гласит, что ускорение объекта зависит от силы, приложенной к объекту, и массы объекта. Взаимосвязь может быть описана следующей формулой: F = ma
Сила = Масса x Ускорение
Третий закон Ньютона гласит: Для каждого действия существует равная и противоположная реакция.
Вот несколько проектов, посвященных законам движения:
Тележка вентилятора
Фото: www.exploratorium.
edu
Продолжить чтение
Радиальные силы
Дети любят вращающиеся вещи! Есть несколько типов сил и движения, которые действуют на объекты при их вращении:
Угловой момент Импульс объекта, вращающегося вокруг точки.
Центростремительная сила Сила, которая притягивает объект к центральной точке, заставляя его двигаться по круговой траектории.Сила всегда перпендикулярна фиксированному центру.
Центробежная сила Сила, которая отталкивается от центра при вращении объекта. Это не РЕАЛЬНАЯ сила, а кажущаяся сила.
Трение – это сила, которая замедляет скольжение объектов друг относительно друга. Это причина того, что волчки в конечном итоге замедляются. Если бы не было трения между точкой вращения волчка и поверхностью, на которой он вращается, он вращался бы вечно!
Избранные радиальные силы Видео:youtube.com/embed/CbFjGL7no9c" src="data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAAAAACH5BAEKAAEALAAAAAABAAEAAAICTAEAOw=="/>
Гравитация
Гравитация – это сила, которая притягивает два тела вместе.Это также естественная сила, которая все тянет к земле. Чем больше масса объекта, тем больше у него силы тяжести.
Ученые измеряют ускорение силы тяжести на поверхности Земли со скоростью 32 фута в секунду в квадрате! Это означает, что чем дольше объект находится в свободном падении, тем больше увеличивается его скорость (без учета сопротивления воздуха).
Вот несколько физических проектов для детей, которые исследуют силу гравитации и скорости:
Избранные видео о гравитации:youtube.com/embed/iH8HLInswhs" src="data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAAAAACH5BAEKAAEALAAAAAABAAEAAAICTAEAOw=="/>
Balance
используйте слово баланс для описания ситуации, в которой две силы равны по величине и действуют в противоположных направлениях.См. Пилы и весы – два простых способа проиллюстрировать концепцию баланса для детей. Вот несколько дополнительных идей проекта:
Избранные видео о проекте Balance
youtube.com/embed/cCyMYnS6nw4" src="data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAAAAACH5BAEKAAEALAAAAAABAAEAAAICTAEAOw=="/>
Электромагнетизм и электричество
Знаете ли вы, что электричество и магнетизм – это темы физики? Обе эти «невидимые» силы – одни из самых любимых детей для изучения в практических проектах!
Магнетизм
Магнетизм описывает силу, которая притягивает или отталкивает объекты, сделанные из магнитного материала.
Магнит – это материал, который притягивает железо и создает собственное магнитное поле. У магнитов есть северный и южный полюс. Если вы поднесете два магнита близко друг к другу и разместите вместе полюсы, магниты будут отталкивать друг друга.
Если вы поместите противоположные полюса вместе, они быстро притянутся друг к другу.
Избранные видео о магнетизме
Электричество
Электрическая сила – это сила, которая заставляет электрически заряженные тела либо отталкиваться, либо притягиваться.Это сила, которая переносит электрический ток по проводу. Есть два типа электрических зарядов: положительный и отрицательный.
Подобно магии, такие как заряды ОТКЛОНЯЮТ друг друга, а противоположные заряды ПРИТЯГИВАЮТ друг друга.
Вот несколько забавных способов исследовать электричество с детьми.
Избранные видео об электричестве
Оптика и звук
То, что мы видим и слышим, определяется физикой! Это включает в себя поведение световых и звуковых волн, тех, которые мы можем воспринимать, и тех, которые мы не можем.
Оптика
Свет – это энергия, состоящая из фотонов. Наши глаза могут воспринимать некоторые из них, а некоторые формы мы не можем воспринимать вообще.
Свет распространяется как в форме волны, так и в форме частиц.
Фотоны – это частицы, которые могут пропускать свет.
Оптика – это исследование поведения света, а также инструменты, которые мы используем для его изучения и понимания, в том числе того, как его воспринимают наши глаза.
Для дальнейшего изучения света загляните сюда.
Видео об оптике
Звук
Звук – это вибрация, которая распространяется волнами и может быть обнаружена ухом.
Звук может передаваться через воздух, воду и твердые тела.
Вот несколько проектов, которые используют звук и вибрацию:
Избранные звуковые видео
Тепло, жидкости и воздух
Физика также охватывает изучение динамики тепла и жидкости, включая аэродинамика (изучение движения в воздухе и газах) и гидродинамика (изучение движения в жидкостях).
Термодинамика
Термодинамика – раздел физики, изучающий тепло и теплопередачу.
Когда два объекта с разной температурой соприкасаются, энергия будет передаваться между ними, пока они не достигнут одинаковой температуры и не будут находиться в состоянии равновесия. Тепло всегда переходит от более высокой температуры к более низкой температуре. Подробнее о тепле можно прочитать здесь.
Избранные видео по термодинамике
Гидродинамика
Гидродинамика – это исследование того, как жидкости движутся и ведут себя, а также силы, которые они проявляют.
И давайте будем честными, дети любят играть с водой, поэтому используйте ее как вход в науку!
Избранные видео по гидродинамике
Аэродинамика
После игры с водой я бы сказал, что заставка летать занимает очень высокое место в списке детей, которые обязательно нужно попробовать! Aerodynamics фокусируется на движении воздуха и силах, действующих при движении объектов по воздуху. Это раздел физики, который позволяет детям изучать постройку самолетов, вертолетов и ракет!
Дополнительные ресурсы по физике для детей
Следующие веб-сайты представляют собой потрясающие ресурсы для получения дополнительной информации о чудесном мире физики! Все они предлагают подробные объяснения явлений, которые мы затронули выше, а некоторые из них также предлагают дополнительные проекты по физике, которые можно попробовать.
Больше науки на Babble Dabble Do
На Babble Dabble Do гораздо больше науки! Вот несколько дополнительных коллекций проектов, которые вы можете проверить:
50+ проектов по химии для детей
30+ проектов научной ярмарки, которые поразят толпу
17 увлекательных подкастов по физике, которые растянут ваш мозг
достигли «пика подкастов», согласно недавнему сообщению в The New York Times . Никогда не было – и, возможно, никогда не будет больше – подкастов, чем сейчас (примерно 700 000 из них, по подсчетам).
Плюс такого плодотворного подкастинга в том, что независимо от того, насколько неясны ваши интересы, для вас есть подкаст или 10 подкастов. Обратной стороной является то, что среди такого обилия аудио может быть сложно найти лучших.
Мы попросили некоторых ученых, экспертов по научным подкастам и экспертов по научным подкастам поделиться своими любимыми подкастами по физике, астрономии и другим темам, которые нам нравятся здесь, в Perimeter (и мы добавили несколько наших любимых).
Собираетесь ли вы этим летом в дороге или отдыхаете дома, вы можете накормить свой мозг этими аудио удовольствиями.
(Никогда раньше не слушали подкасты? Это удобное руководство поможет вам начать работу.)
Шон Кэрролл – физик-теоретик из Калифорнийского технологического института и популяризатор науки, который писал для The New York Times и появлялся в The Colbert Report . Его подкаст Mindscape включает увлекательные беседы с блестящими умами из многих областей, но, естественно, он также часто болтает с коллегами по физике, включая Брайана Грина, Жанну Левин, Роджера Пенроуза и Карло Ровелли.
Мы попросили Кэрролла поделиться своими любимыми научными подкастами, и он порекомендовал следующие два из нашего списка.
Кара Санта Мария – американский научный журналист, у которого вы, возможно, видели интервью на CNN, вечерних ток-шоу или в сериале Netflix Билл Най спасает мир . Наряду с гостевым хостингом отличного подкаста Skeptics ’Guide to the Universe , она ведет Talk Nerdy с лозунгом« Беседы с интересными людьми на интересные темы », который каждый понедельник появляется у большинства поставщиков подкастов.
Рекомендуемые прослушивания для любителей всего квантового и пространственно-временного: Эпизод 237 (Мартин Рис), Эпизод 199 (Адам Беккер), Эпизод 124 (Эмбер Страун) и Эпизод 138 (звездный состав Джима Гейтса и Мичио Каку. , и Брайан Грин).
Эли Уорд – научный корреспондент, удостоенный премии “Дневной Эмми”, который появляется на телевидении и в потоковых шоу, включая Brainchild , How to Build… Everything и Food: Fact or Fiction . В своем подкасте Ologies она болтает с экспертами из различных областей: эпидемиологии, гидрологии, селехиморфологии (то есть изучения акул) и многих других.
Вот несколько, которые мы рекомендуем любителям физики и космонавтики: «Радиология с Варшана Гурусамы»; «Ареология (MARS) с Дженнифер Буз»; и «Космология с Кэти Мак».
Мак, гость в этом третьем эпизоде, упомянутом выше, является астрофизиком и скоро станет научным сотрудником Саймонса Эмми Нётер в Институте периметра. Мы попросили ее порекомендовать несколько из ее любимых подкастов, и вместе с Ologies она предложила следующие два из нашего списка.
Ведущий шоу Dr.Бен Типпет считает, что «каждый может понять физику», и предлагает своим академическим гостям объяснять доступной терминологией такие вещи, как черные дыры и квантовая механика. Мак говорит, что это “определенно хорошая тренировка для людей, которые любят физику!”
Рекомендуемые слушания: «Гравитационные волны», «Лазер, лазер, лазер, лазер».
Этот подкаст, получивший высокую оценку многих опрошенных нами людей, использует научный анализ для изучения «возможных и не очень возможных вариантов будущего», таких как машины, которые могут переводить для нас языки животных, или замена человеческой полиции. пользователем robocops.
Радиолаборатория принимает Джада Абумрада и Роберта КрулиджаЭтот популярный и давний подкаст, который ведут Джад Абумрад и Роберт Крулвич, затрагивает широкий круг тем – от аэронавтики до тараканов-зомби и практически всего остального.
Постдокторский исследователь Perimeter Беатрис Бонга, которая специализируется на космологии гравитационных волн, выделила недавний эпизод под названием «Bit Flip», в котором соединяются, казалось бы, разрозненные вещи, такие как сбежавшая машина, кабина для голосования и космические лучи.
Каждый выпуск этого подкаста начинается с простого вопроса – например, Имеет ли значение размер мозга? или Ядерный синтез наступит в ближайшее время? – а затем эксперты исследуют непростые ответы. Писательница и писательница о периметре Эрин Боу говорит, что ее детям нравится этот фильм, потому что он похож на « MythBusters радио». Она рекомендует сериал о физике элементарных частиц под названием «Узнаем ли мы когда-нибудь, из чего состоит Вселенная?»
Самое продолжительное радиошоу Канады обо всем, что связано с наукой, транслируется в эфире почти 40 лет и доступно в форме подкастов.Хотя это шоу охватывает все мыслимые области науки, мы не можем не порекомендовать пару захватывающих недавних эпизодов, в которых ведущий Боб Макдональд разговаривает с учеными Периметра Эвери Бродериком (о недавнем знаковом изображении черной дыры) и Ли Смолином (о его новая книга Незаконченная революция Эйнштейна ). Да, и посмотрите роуд-шоу Quirks & Quarks Questions, записанное на Perimeter в 2015 году.
Знаете что? Просто послушайте их всех.
Этот подкаст, который обещает помочь вам «изучить настоящую науку, совершив научно-фантастическое путешествие», был рекомендован нам физиком-теоретиком и писателем-графиком Клиффордом В.Джонсон (который в начале этого года прочитал замечательную публичную лекцию на Perimeter). Ведущие физик Мэтт Стэнли и режиссер Филип Шейн, это шоу использует научную фантастику как стартовую площадку для «изучения науки о космосе, космологии, биологии, жизни, Вселенной и всего остального». Посмотрите серию «Пресловутый БОЛЬШОЙ… БАХ!» чтобы услышать, как они рассказывают о рождении вселенной.
Созданный авторами журнала Physics World , этот подкаст включает в себя известных экспертов, обсуждающих такие темы, как квантовые технологии, добыча астероидов, высокотемпературные сверхпроводники и другие темы, находящиеся на переднем крае физики.Его настоятельно рекомендует Дамиан Поуп, старший менеджер отдела научных исследований Perimeter.
Рекомендованные слушания: «История создания первого изображения черной дыры», «Квантовый скачок в индустрии».
Итан Сигель – один из самых плодовитых и увлеченных коммуникаторов по всем вопросам астрофизики. Наряду со своим подкастом Starts with a Bang , он пишет статьи под тем же баннером на Medium и Forbes , а также ведет живые блоги многих публичных лекций Perimeter.
Недавно увлекательный эпизод посвящен «самому важному уравнению во Вселенной». Мы спросили Сигела, какие подкасты он слушает, когда не записывает свой собственный, и он рекомендует следующие два из нашего списка.
Созданный Фрейзером Кейном (редактором превосходного астрономического веб-сайта Universe Today) и Памелой Л. Гей (старшим научным сотрудником Института планетологии), Astronomy Cast исследует вселенную идей. У сериала есть сотни онлайн-сериалов, и он был номинирован на премию People’s Choice Podcast Awards.Этот понравится как астрономам, так и любителям космоса.
Рекомендуемые слушания: «Повседневная теория относительности», «Телескоп горизонта событий и черная дыра на M87».
Астрофизик и «агент звезд» Пол М. Саттер – страстный исследователь науки, чьи работы были опубликованы Space.com, Universe Today, Scientific American и другими. Спросите космонавта! , доступный как в виде подкаста, так и в виде шоу на YouTube, он отвечает на вопросы аудитории по темам, включая солнечные затмения, дуальность волны-частицы, антивещество и многое другое.
Рекомендуемые слушания: «Как измерить расширение Вселенной?», «Все ли – волна или частица, и почему у меня болит голова?»
Ведущий Доктор Кики (нейробиолог Кирстен Сэнфорд) ведет этот еженедельный обзор последних новостей из широкого мира науки, с интервью и непочтительными комментариями соведущих и гостей. Веб-сайт подкаста удобно разделен на категории по подполям, поэтому вы можете легко найти эпизоды о ваших конкретных интересах, будь то физика, черные дыры или цыплята.
Доктор Кики порекомендовал следующие два подкаста из нашего списка, особенно для молодых слушателей.
Ведущая Молли Блум и несколько молодых соведущих ответят на вопросы о мире природы в этом «подкасте для детей и любопытных взрослых». Темы, как правило, несут в себе детское чувство удивления и игривости – эпизод о науке пукает неизменно популярны среди слушателей – но передают увлекательные факты и вдохновляют на критическое мышление.
В этом подкасте NPR ведущие Минди Томас и Гай Раз исследуют научные темы, представляющие жизненно важный интерес для молодых слушателей, такие как наука о медленно тающем мороженом.Для детей: веселая подача и необычные темы (какашки вомбата!). Для родителей: столько энтузиазма, что дети не могут не хотеть проявлять любопытство и продолжать изучать.
Этого настоятельно рекомендует Шохини Гхош, квантовый ученый, научный сотрудник TED и специалист Perimeter по вопросам справедливости, разнообразия и интеграции. Spacepod – детище Гхоша, «удивительного друга-астронома, охотящегося за астероидами» Кэрри Ньюджент, которая беседует с экспертами НАСА на самые разные космические темы.
Гхош появился в эпизоде о квантовой запутанности, и мы также рекомендуем эпизод о поисках внеземной жизни с доктором.Сара Сигер.
Мы исключили из списка один из ваших любимых подкастов? Дайте нам свои рекомендации в комментариях ниже или в Твиттере!
Урок физики
1-D кинематика
Движение объектов в одном измерении описывается словами, диаграммами, числами, графиками и уравнениями.
Законы Ньютона
Объясняются три закона движения Ньютона и обсуждается их применение к анализу движения объектов в одном измерении.
Векторы – движение и силы в двух измерениях
Векторные принципы и операции представлены и объединены с кинематическими принципами и законами Ньютона для описания, объяснения и анализа движения объектов в двух измерениях. Приложения включают задачи о речных судах, снарядах, наклонных плоскостях и статическом равновесии.
Импульс и его сохранение
Теорема об изменении импульса и закон сохранения количества движения вводятся, объясняются и применяются к анализу взрывов и столкновений объектов.
Работа, энергия и сила
Обсуждаются понятия работы, кинетической энергии и потенциальной энергии; эти концепции объединены с теоремой работы-энергии, чтобы обеспечить удобные средства анализа объекта или системы объектов, перемещающихся между начальным и конечным состояниями.
Круговое движение и движение спутника
Законы движения и кинематические принципы Ньютона применяются для описания и объяснения движения объектов, движущихся по кругу; специальные приложения сделаны для американских горок и легкой атлетики.Затем представлен универсальный закон тяготения Ньютона, который используется для объяснения кругового и эллиптического движения планет и спутников.
Теплофизика
Подробно объяснено различие между теплом и температурой. Объясняются способы передачи тепла. Обсуждается математика, связанная с изменениями температуры и фазовыми изменениями; представлено его применение в калориметрии.
Статическое электричество
Основные принципы электростатики вводятся для того, чтобы объяснить, как объекты становятся заряженными, и описать влияние этих зарядов на другие объекты в соседнем окружении.
Методы зарядки, силовые линии электрического поля и важность молниеотводов в домах – это темы, обсуждаемые в этом разделе.
Электрические схемы
Подробно обсуждается протекание заряда через электрические цепи. Объясняются переменные, которые вызывают и препятствуют скорости потока заряда, и представлено математическое приложение электрических принципов к последовательным, параллельным и комбинированным цепям.
Колебания и волны
Обсуждаются и проиллюстрированы природа, свойства и поведение волн; вводится и объясняется уникальная природа стоячей волны.
Звуковые волны и музыка
Объясняется природа звука как продольной механической волны давления и обсуждаются свойства звука. Волновые принципы резонанса и стоячих волн применяются для анализа физики музыкальных инструментов.
Световые волны и цвет
Представлено и обсуждено поведение световых волн; поляризация, цвет, дифракция и интерференция представлены как подтверждающие доказательства волновой природы света.
Подробно обсуждается цветовое восприятие.
Отражение и лучевая модель света
Лучевая природа света используется для объяснения того, как свет отражается от плоских и изогнутых поверхностей для создания как реальных, так и виртуальных изображений; подробно проиллюстрирована природа изображений, создаваемых плоскими зеркалами, вогнутыми зеркалами и выпуклыми зеркалами.
Преломление и лучевая модель света
Лучевая природа света используется для объяснения того, как свет преломляется на плоских и изогнутых поверхностях; Закон Снеллиуса и принципы преломления используются для объяснения множества явлений реального мира; Принципы преломления сочетаются с лучевыми диаграммами, чтобы объяснить, почему линзы создают изображения объектов.
Интерфейс механики твердого тела
Интерфейс Механика твердого тела (твердое тело) (), находящийся в ветви Механика конструкций () при добавлении физического интерфейса, предназначен для общего структурного анализа трехмерных, двухмерных или осесимметричных тел.
В 2D могут использоваться предположения о плоском напряжении или плоской деформации. Интерфейс Solid Mechanics основан на решении уравнений движения вместе с основной моделью твердого материала. Вычисляются такие результаты, как смещения, напряжения и деформации.Когда добавляется этот физический интерфейс, эти узлы по умолчанию также добавляются в построитель моделей – Линейный эластичный материал, Свободный (граничное условие, при котором границы свободны, без нагрузок или ограничений) и Начальные значения. Затем с панели инструментов Physics вы можете добавить другие узлы, которые реализуют, например, модели материалов для механики твердого тела, граничные условия и нагрузки. Вы также можете щелкнуть правой кнопкой мыши по Механике твердого тела, чтобы выбрать физические элементы из контекстного меню. Метка – это имя физического интерфейса по умолчанию.Имя используется в основном как префикс области видимости для переменных, определенных физическим интерфейсом. Обращайтесь к таким переменным физического интерфейса в выражениях, используя шаблон 
На этапе результатов и анализа координаты могут быть изменены в разделе Parameters узлов результатов. Физический интерфейс использует глобальные пространственные компоненты поля Displacement u в качестве зависимых переменных. Имена компонентов по умолчанию (u, v, w) в 3D. В 2D имена компонентов – (u, v), а в 2D-осесимметрии – (u, w).Однако вы не можете использовать «отсутствующее» имя компонента в двухмерных случаях в качестве имени параметра или переменной, так как оно по-прежнему используется внутри. По умолчанию для поля Displacement используются функции квадратичной формы. Использование функций линейной формы дает то, что иногда называют элементами постоянного напряжения. Такая формулировка для многих проблем сделает модель чрезмерно жесткой, и для точного разрешения напряжений может потребоваться множество элементов. Чтобы отобразить другие параметры для этого раздела, нажмите кнопку «Показать дополнительные параметры» () и выберите «Дополнительные параметры физики» в диалоговом окне «Показать дополнительные параметры».
Исаак Ньютон
Исаак НьютонИсаак Ньютон: первый физик.
Исаака Ньютона часто помнят как человека, который видел, как упало яблоко из дерева, и был вдохновлен на изобретение теории гравитации. если ты боролся с элементарной физикой, тогда вы знаете, что он изобрел исчисление и три закона движения, на которых механика основана. Более фундаментально математический подход Ньютона стал настолько основополагающим для всей физики, что его обычно считают отец заводной вселенной: первый, и, возможно, величайший физик.
Алхимик
Фактически, Ньютон был категорически против механистической концепции мир. Скрытный алхимик и богослов-еретик, он провел бесчисленные эксперименты с тиглями и печами в своем Кембриджских палат, анализируя результаты в безошибочно алхимической условия. Его письменные работы по этой теме насчитывали более миллиона слов, гораздо больше, чем он когда-либо писал по математике или механике [21]. Одержимо религиозный, он провел годы, коррелируя библейские пророчество с историческими событиями [319ff].
Он был глубоко убежден
христианское учение было намеренно искажено ложными
представление о троице, и развил порочное презрение к
традиционное (тринитарное) христианство и католицизм в
частный [324]. Религиозные и алхимические интересы Ньютона были
не отделены аккуратно от его научных. Он верил, что Бог
посредник гравитационной силы [511] (353), и выступал против любой попытки
дать механистическое объяснение химии или гравитации, поскольку это
уменьшило бы роль Бога [646].Следовательно, он задумал такой
ненависть к Декарту, на основе которого так много его
были построены достижения, что временами он отказывался даже писать свои
имя [399 401].Мужчина
Ньютон был строго пуританским: когда один из немногих его друзей сказал ему «вольный рассказ о монахине», он положил конец их дружбе (267). Он не известно, что когда-либо имел какие-либо романтические отношения, и Считается, что умерла девственницей (159). Кроме того, у него не было интерес к литературе или искусству, отказавшись от известного собрания скульптура в виде «каменных кукол» [581].
Короче говоря, Ньютон был математическим
мистик, убежденный, что разделяет привилегированные отношения с Богом
и одержимо предан поиску того, как Он построил
Вселенная (205 285 510). Он считал себя
единственный изобретатель математического анализа и, следовательно, величайший математик
с древних времен и оставил после себя огромное количество неопубликованных работ,
в основном алхимия и библейское толкование, которое он считал будущим
поколения оценили бы больше, чем его собственное (199 511).Многие биографы предполагают, что корни неугасимого Ньютона. соперничество и паранойя заключаются в повторном замужестве его матери и отказ от него в возрасте 3 (6) лет.Хотя эти непривлекательные качества заставили его потратить впустую огромное количество времени и энергии в безжалостной вендетте против коллег, которые во многих случаях помогли ему (см. ниже), они также довели его до необыкновенного достижения, которыми его помнят до сих пор. И за все его высокомерие, собственное резюме Ньютона его жизни (574) было красиво скромным:
“Я не знаю, как я могу показаться миру, но мне кажется, что я был всего лишь мальчиком, игравшим на берегу моря и развлекающимся время от времени находя более гладкую гальку или более красивую раковину, чем обычная, пока передо мной лежал неизведанный великий океан истины.”
”Перед Ньютоном
Сегодня Ньютона помнят как основоположника математического анализа, механика и оптика. Учитывая его большой интеллект и одержимость темперамент, не случайно он сумел сделать решающий вклад в выдающиеся научные вопросы своего времени. Ньютон родился во времена гораздо более глубокого интеллектуального брожения. чем то, что сопровождает рост относительности и квантовой неопределенности в 20-30-х гг. К тому времени, когда он прибыл в Тринити-колледж Кембриджа в 1661 г., проблемы, с которыми он столкнулся во время его карьера была уже сформулирована и постепенно решалась крошечной элитой европейских математиков и натурфилософов:- Исчисление.Декарт в 1637 году впервые применил координаты для
превращать геометрические задачи в алгебраические, метод, которым был
никогда не принимать [399]. Декарт, Ферма и другие исследовали
методы вычисления касательных к произвольным кривым [28-30].
Кеплер, Кавальери и другие использовали бесконечно малые срезы для вычисления
объемы и площади, заключенные кривыми [30], но нет единой трактовки
эти проблемы еще не были обнаружены.
- Механика и движение планет. Эллиптические орбиты планет будучи установленным Кеплером, Декарт предложил идею чисто механическая гелиоцентрическая Вселенная, следуя детерминированным законам, и без какой-либо божественной силы [15], еще одна анафема для Ньютон.Однако никто не предполагал, что один-единственный закон может объяснить как падающие тела, так и движение планет. Галилей изобрел концепция инерции, предвосхищающая первый и второй законы Ньютона. движения (293), и Гюйгенс использовал его для анализа столкновений и круговых движение [11]. Опять же, эти достижения не были синтезированы. в общий метод анализа сил и движения.
- Свет. Декарт утверждал, что свет – это волна давления, Гассенди
что это был поток частиц (корпускул) [13].Как могло бы быть
предположил, что Ньютон решительно поддержал корпускулярную теорию. белый
свет повсеместно считался чистой формой, а цвета
какое-то дополнительное свойство, завещанное ему после отражения от материи
(150). Декарт открыл синусоидальный закон преломления (94), но
не было известно, что некоторые цвета преломляются больше, чем другие. В
узор был знаком: многие части головоломки были на своих местах,
но общая картина все еще оставалась неясной.
В
узор был знаком: многие части головоломки были на своих местах,
но общая картина все еще оставалась неясной.Натуральный философ
Между 1671 и 1690 годами Ньютон должен был предоставить окончательные трактовки большинство из этих проблем.Путем усердных экспериментов с призмами он установили, что цветной свет был на самом деле фундаментальным, и что он может быть рекомбинирован для создания белого света. Он не публиковал результат за 6 лет, за это время ему показалось настолько очевидным, что он обнаружил большие трудности в том, чтобы терпеливо отвечать на многие недоразумения и возражения, с которыми он столкнулся [239ff].Он изобрел дифференциальное и интегральное исчисление в 1665–1665 годах, но потерпел неудачу. опубликовать это. Лейбниц изобрел его самостоятельно 10 лет спустя, и опубликовал его первым [718].В результате возник спор о приоритете, который переросла в вражду, характеризующуюся необычайной нечестностью и яд с обеих сторон (542).
В открытии гравитации Ньютон также едва опередил остальных.
пакета. Гук был первым, кто понял, что орбитальное движение
создается центростремительной силой (268), и в 1679 г. он предложил
закон обратных квадратов к Ньютону [387]. Галлей и Рен пришли к одному и тому же
заключение и обратился к Ньютону за доказательством, которое он должным образом предоставил
[402].Однако Ньютон не остановился на достигнутом. С 1684 по 1687 гг.
непрерывно работал над великим синтезом всей механики,
“Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”, в которой он
разработал свои три закона движения и подробно показал, что
универсальная сила тяготения может объяснить падение яблока как
а также точное движение планет и комет.
«Начала» кристаллизовали новые концепции силы и инерции.
которые постепенно возникали и знаменуют собой начало
теоретическая физика как математическая область, известная нам сегодня.Это
нелегко прочитать: Ньютон развил идею, что геометрия и
уравнения никогда не следует объединять [399], поэтому отказался от использования
простые аналитические приемы в его доказательствах, требующие классических
геометрические конструкции [428].
Он даже сделал свои Начала
намеренно заумный, чтобы не дать любителям почувствовать
имеет право его критиковать [459].
Начала была венцом Ньютона достижение. Он пересмотрел и расширил его, но большая часть остальных его всю жизнь провел в административной работе в качестве магистра монетного двора и Президент Королевского общества, должность, которую он безжалостно использовал. погоня за вендеттами против Гука (300ff, 500), Лейбница (510ff), и Флемстид (490 500), среди других.Он держал в секрете свое неверие в божественность Христа вплоть до момент его смерти, в этот момент он отказался от последних обрядов, наконец открыто бросили вызов церкви (576). Его алхимический корпус никогда не был разрекламированы и только недавно привлекли к себе серьезное внимание от интеллектуальных историков.
Цифры в скобках [..] – это ссылки на страницы книги Ричарда Вестфолла. «Never at Rest» , Cambridge University Press, 1980.
Цифры в скобках (..) относятся к книге Гейла Кристиансона.
