Физика 02М
ГОУ ВПО
ДВГУПС
Кафедра “Физика”
Лабораторная работа На тему: “Изучение динамики поступательного движения”
21040165 02М 911
Шифр Номер работы Группа
Выполнил
Черных Д. С.
Проверил: Старший преподаватель кафедры “Оптические системы связи”
Бодров Е. А.
Хабаровск 2006 г.
Цель работы:
Определение силы упругости подвеса; определение средней силы удара.
Приборы и оборудование:
Прибор для исследования соударений, вольтметр, устройство для измерения времени соударения, штангенциркуль.
Краткая теория:
Основными динамическими характеристиками поступательного движения тел являются: масса, сила и импульс тела.
Масса тела – физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.
Сила – это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого, тело приобретает тело приобретает ускорение или изменяет свою форму.
Импульс тела (количество движения) – векторная величина, численно равная произведению массы тела на его скорость, и имеющая направление скорости.
Связь между этими характеристиками описывается законами Ньютона. В классической механике считается, что масса тела постоянна, поэтому при постоянной скорости импульс тела также постоянен. Сохранение скорости движения или состояния покоя вытекает из первого закона Ньютона:
Взаимодействие тел описывается вторым законом Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой, пропорциональное вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки. В более общем виде этот закон формулируется так:
. Третий закон
Ньютона подчеркивает, что сила является
мерой взаимодействия между телами: два
тела взаимодействуют с силами 
и
равными по модулю и противоположно
направленными. Иными словами сила
действия равна силе противодействия. 
.
Следует отметить, что законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета. Под инерциальными понимаются системы отсчета, связанные с неподвижными объектами или с телами, движущимися прямолинейно и равномерно.
Важным следствием
из законов Ньютона является закон
сохранения импульса: при
взаимодействии тел изолированной
системы, суммарный импульс системы
остается постоянным. 
.
Изолированной системой тел считается система, по отношению к которой внешними воздействиями на тела можно пренебречь. Для двух взаимодействующих тел этот закон выглядит так:
Сохранение импульса связано с однородностью пространства – свойством однородности пространства – времени.
За бесконечно малый промежуток времени материальная точка пройдет элементарный путь по траектории и переместится в пространстве на определенную величину. На этом участке на точку может действовать сила, направленная под некоторым углом к перемещению.
Скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения называется элементарной работой силы на бесконечно малом перемещении.
Когда угол между направлением силы и перемещением не равен 90 градусов – эта сила совершает работу, а в случае, когда сила направлена по нормали к перемещению – работу она не совершает.
Совершающие работу
тела имеют энергию. Величина 
называется кинетической энергией.
Кинетической энергией называют энергию
движущихся тел. Ее связь с импульсом
тела задается соотношением
или.
Потенциальной энергией называют величину, обусловленную взаимодействием тел или частей одного и того же тела.
В зависимости от сил взаимодействия, определяющих состояние системы различают:
где 
– коэффициент упругости,
– величина деформации;
Силы упругости и силы тяготения являются консервативными. Работа консервативных сил при перемещении тела из одного положения в другое не зависит’ от формы траектории, по которой движется тело. Она определяется только положением начальной и конечной точек движения. Работа консервативных сил на, замкнутом пути равна нулю.
В консервативных системах выполняется закон сохранения механической энергии:
Существует еще один вид систем – диссипативные системы, в которых механическая энергия постепенно уменьшается за счет преобразования в другие (немеханические) формы энергии.
Для диссипативных систем справедлив более общий закон сохранения и превращения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, энергия передается от одних ‘тел другим и переходит из одной формы в другую в эквивалентных количествах.
Расчетные формулы:
–
формула массы шара
– скорости
до и после удара
–
кинетическая энергия шара до удара
–
время свободного движения
– время
соударения
– силы
упругости подвеса до и после удара
соответственно
Проведем соответствующие расчеты и измерения:
Систематизируем результаты в виде таблиц:
|
|
| | |
|
|
1 | 28,45 |  | 3 | 0,5 | 7 | 1,67 |
2 | 28,4 | 0,04 | 3,5 | 0 | 9 |  |
3 | 28,47 | 0,03 | 4 | 0,5 | 10 | 1,33 |
ср | 28,44 | 0,03 | 3,5 | 0,33 | 8,67 | 1,11 |
,
,
,
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0939 | 0,0322 | 0,0069 | 48,7 | 0,37 | 0,92 | 0,92 | 98,59 |
,
,
,
,
,
,
,
,
Вывод:
Выполнив данную работу, я экспериментально исследовал процессы перехода энергии от одних тел к другим, процессы сохранения импульса движущегося тела. Проведя соответствующие расчеты и измерения я определил силу упругости подвеса, а также определил среднюю силу удара.
Следует отметить, что значения силы упругости подвеса до и после удара разнятся пренебрежимо мало, но небольшая разница все же есть – это и свидетельствует о переходе части импульса ударившегося шарика в рельс. Кроме того, об этом более явно говорит разница в значениях скорости шарика до и после удара.
В качестве лабораторного оборудования и измерительных приборов мною были использованы: прибор для исследования соударений, вольтметр, устройство для измерения времени соударения, штангенциркуль.
studfiles.net
Физика 03М
ГОУ ВПО
ДВГУПС
Кафедра “Физика”
Лабораторная работа На тему: “Изучение законов сохранения в механике”
21040165 03М 9151
Шифр Номер работы Группа
Выполнил
Навныко А.В.
Проверил: Старший преподаватель кафедры “Оптические системы связи”
Цюй
Хабаровск 2009 г.
Цель работы:
Изучить законы сохранения в механике и измерить коэффициент восстановления при ударе шаров.
Приборы и оборудование:
Установка для изучения упругого и неупругого удара шаров, шары, линейка.
Краткая теория:
Для характеристики механического состояния при движении тела вводится физическая величина – импульс.
Импульс – это векторная величина, численно равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление, совпадающее с направлением скорости тела.
Согласно второго закона динамики: скорость изменения импульса тела равна по величине действующей силе и совпадает с ней по направлению. Т.о., любое изменение импульса этого тела может происходить только при действии сил.
Рассматривая систему тел, ее импульс определяется как векторная сумма импульсов тел, входящих в систему. Силы взаимодействия между телами, входящими в рассматриваемую систему, называются внутренними. Силы, действующие на систему со стороны других тел, не входящих в рассматриваемую систему, называются внешними.
Механические системы, на которые внешние силы не действуют, называются изолированными или замкнутыми.
В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным – в этом заключается закон сохранения импульса.
Введение понятия импульса, как меры механического движения не всегда пригодно для оценки изменения движения тела. Более универсальной мерой движения является энергия.
Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся общей мерой различных форм движения материи, рассматриваемых в физике. Энергия бывает механической, внутренней, электромагнитной, ядерной и т.д.
Энергия является важнейшей физической величиной, характеризующей способность тел или системы тел совершать работу, и измеряется величиной работы, которую при определенных условиях может совершить система.
Существует две разновидности механической энергии: кинетическая (обусловлена движением тел и зависит от скорости движения) и потенциальная (обусловлена взаимным расположением всех частей системы во внешнем поле потенциальных сил). Сумма кинетической и потенциальной энергии называется полной механической энергией.
Для замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, полная механическая энергия системы остается постоянной – в этом заключается закон сохранения механической энергии.
Использование законов сохранения энергии и импульса позволяет решать многие задачи механики, не прибегая непосредственно к уравнениям движения.
Превращения кинетической энергии в потенциальную и обратно наблюдаются при ударе тел. Удар – кратковременное взаимодействие тел, при этом оба тела деформируются и возникают ударные силы значительной величины.
Различают два предельных случая: абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.
При абсолютно упругом ударе на фазе сближения тел кинетическая энергия переходит полностью или частично в потенциальную энергию упругой деформации, на фазе разлета тела снова приобретают первоначальную форму, отталкивая друг друга. В итоге потенциальная энергия упругой деформации опять переходит в кинетическую и тела разлетаются. При абсолютно упругом ударе механическая энергия тел не переходит в другие немеханические виды энергии. Отметим также, что при абсолютно упругом ударе не выделяется теплота, следовательно, систему из двух взаимодействующих шаров можно считать замкнутой. К такой системе можно применить закон сохранения энергии и импульса.
Абсолютно упругий удар является идеальным случаем. В реальных случаях в зависимости от того, из какого вещества изготовлены шары, большая или меньшая часть механической энергии переходит в тепло.
Абсолютно неупругий удар характеризуется тем, что потенциальная энергия упругой деформации не возникает, кинетическая энергия тел полностью или частично превращается во внутреннею энергию, после удара сталкивающиеся тела либо покоятся, либо движутся с одинаковой скоростью.
Классическая теория удара предполагает, что все элементы каждого тела жестко связаны и будут мгновенно испытывать одинаковое изменение движения, являющееся результатом удара.
В действительности возмущение, порожденное в точке соударения, распространяется в телах с конечной скоростью, и его отражение от граничных поверхностей вызывает колебания и вибрации в телах. Местные быстроизменяющиеся деформации и механические напряжения, вызванные этим возмущением, не могут быть определены методами классической теории, но могут быть исследованы с помощью рассмотрения волнового явления.
Следует отметить, что при решении задач с использованием волновой теории удара возникают большие погрешности и неточности, связанные с математической сложностью вывода формул и расчетов.
Расчетные формулы:
– расчет среднего значение угла отклонения левого шара до удара.
Замечание: Значения
средних углов отклонения второго шара
до удара, первого шара после удара,
второго шара после удара, средних
значений скоростей шаров до и после
удара, средних значений импульсов шаров
до и после удара рассчитываются по
аналогичной формуле (
).
– скорость левого
шара до удара.
Замечание: Значения скоростей правого шара до удара, а также левого и правого шаров после удара рассчитываются по данной формуле.
– импульс тела
– коэффициент
восстановления
Проведем соответствующие расчеты и измерения:
0
0,8724+0,8724+0,8724=0,1047
0,0314+0,0325+0,0325=0,0964
0
Систематизируем результаты в виде таблиц:
До удара | После удара | |||||||||||
| Левый | Правый | Левый | Правый | ||||||||
0,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 13,5 | 0,7855 | 0,0314 | 0 | 0 | 0 | |
0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 14 | 0,8136 | 0,0325 | 0 | 0 | 0 | |
0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 14 | 0,8136 | 0,0325 | 0 | 0 | 0 | |
Ср | 0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 13,83 | 0,8042 | 0,0321 | 0 | 0 | 0 |
|
| |||||||||||
,
,
,
,
,
,
,
,
,
0
0,1047
0,0964
0
Вывод:
Выполнив данную работу я на практике проверил закон сохранения импульса для удара двух деревянных шаров, близкого к абсолютно упругому. Я употребил фразу “близкого к абсолютно упругому” на следующих основаниях: дерево – материал не склонный к сильным деформациям при ударах с небольшой силой предметов с малыми массами; а кроме того, при подсчетах выяснилось, что значения импульса ударяющего шара до удара и ударяемого шара после удара практически одинаково, иными словами, импульс перешел почти без потерь.
Также я рассчитал коэффициент восстановления для данной установки, он оказался равен −0,9218.
В качестве измерительных приборов и оборудования мною были использованы: установка для изучения упругого и неупругого удара шаров, шары, линейка.
studfiles.net
Физика 03М
ГОУ ВПО
ДВГУПС
Кафедра “Физика”
Лабораторная работа На тему: “Изучение законов сохранения в механике”
21040165 03М 911
Шифр Номер работы Группа
Выполнил
Черных Д. С.
Проверил: Старший преподаватель кафедры “Оптические системы связи”
Бодров Е. А.
Хабаровск 2006 г.
Цель работы:
Изучить законы сохранения в механике и измерить коэффициент восстановления при ударе шаров.
Приборы и оборудование:
Установка для изучения упругого и неупругого удара шаров, шары, линейка.
Краткая теория:
Для характеристики механического состояния при движении тела вводится физическая величина – импульс.
Импульс – это векторная величина, численно равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление, совпадающее с направлением скорости тела.
Согласно второго закона динамики: скорость изменения импульса тела равна по величине действующей силе и совпадает с ней по направлению. Т.о., любое изменение импульса этого тела может происходить только при действии сил.
Рассматривая систему тел, ее импульс определяется как векторная сумма импульсов тел, входящих в систему. Силы взаимодействия между телами, входящими в рассматриваемую систему, называются внутренними. Силы, действующие на систему со стороны других тел, не входящих в рассматриваемую систему, называются внешними.
Механические системы, на которые внешние силы не действуют, называются изолированными или замкнутыми.
В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным – в этом заключается закон сохранения импульса.
Введение понятия импульса, как меры механического движения не всегда пригодно для оценки изменения движения тела. Более универсальной мерой движения является энергия.
Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся общей мерой различных форм движения материи, рассматриваемых в физике. Энергия бывает механической, внутренней, электромагнитной, ядерной и т.д.
Энергия является важнейшей физической величиной, характеризующей способность тел или системы тел совершать работу, и измеряется величиной работы, которую при определенных условиях может совершить система.
Существует две разновидности механической энергии: кинетическая (обусловлена движением тел и зависит от скорости движения) и потенциальная (обусловлена взаимным расположением всех частей системы во внешнем поле потенциальных сил). Сумма кинетической и потенциальной энергии называется полной механической энергией.
Для замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, полная механическая энергия системы остается постоянной – в этом заключается закон сохранения механической энергии.
Использование законов сохранения энергии и импульса позволяет решать многие задачи механики, не прибегая непосредственно к уравнениям движения.
Превращения кинетической энергии в потенциальную и обратно наблюдаются при ударе тел. Удар – кратковременное взаимодействие тел, при этом оба тела деформируются и возникают ударные силы значительной величины.
Различают два предельных случая: абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.
При абсолютно упругом ударе на фазе сближения тел кинетическая энергия переходит полностью или частично в потенциальную энергию упругой деформации, на фазе разлета тела снова приобретают первоначальную форму, отталкивая друг друга. В итоге потенциальная энергия упругой деформации опять переходит в кинетическую и тела разлетаются. При абсолютно упругом ударе механическая энергия тел не переходит в другие немеханические виды энергии. Отметим также, что при абсолютно упругом ударе не выделяется теплота, следовательно, систему из двух взаимодействующих шаров можно считать замкнутой. К такой системе можно применить закон сохранения энергии и импульса.
Абсолютно упругий удар является идеальным случаем. В реальных случаях в зависимости от того, из какого вещества изготовлены шары, большая или меньшая часть механической энергии переходит в тепло.
Абсолютно неупругий удар характеризуется тем, что потенциальная энергия упругой деформации не возникает, кинетическая энергия тел полностью или частично превращается во внутреннею энергию, после удара сталкивающиеся тела либо покоятся, либо движутся с одинаковой скоростью.
Классическая теория удара предполагает, что все элементы каждого тела жестко связаны и будут мгновенно испытывать одинаковое изменение движения, являющееся результатом удара.
В действительности возмущение, порожденное в точке соударения, распространяется в телах с конечной скоростью, и его отражение от граничных поверхностей вызывает колебания и вибрации в телах. Местные быстроизменяющиеся деформации и механические напряжения, вызванные этим возмущением, не могут быть определены методами классической теории, но могут быть исследованы с помощью рассмотрения волнового явления.
Следует отметить, что при решении задач с использованием волновой теории удара возникают большие погрешности и неточности, связанные с математической сложностью вывода формул и расчетов.
Расчетные формулы:
– расчет среднего значение угла отклонения левого шара до удара.
Замечание: Значения
средних углов отклонения второго шара
до удара, первого шара после удара,
второго шара после удара, средних
значений скоростей шаров до и после
удара, средних значений импульсов шаров
до и после удара рассчитываются по
аналогичной формуле (
).
– скорость левого
шара до удара.
Замечание: Значения скоростей правого шара до удара, а также левого и правого шаров после удара рассчитываются по данной формуле.
– импульс тела
– коэффициент
восстановления
Проведем соответствующие расчеты и измерения:
0
0,8724+0,8724+0,8724=0,1047
0,0314+0,0325+0,0325=0,0964
0
Систематизируем результаты в виде таблиц:
До удара | После удара | |||||||||||
| Левый | Правый | Левый | Правый | ||||||||
0,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 13,5 | 0,7855 | 0,0314 | 0 | 0 | 0 | |
0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 14 | 0,8136 | 0,0325 | 0 | 0 | 0 | |
0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 14 | 0,8136 | 0,0325 | 0 | 0 | 0 | |
Ср | 0 | 0 | 0 | 15 | 0,8724 | 0,0349 | 13,83 | 0,8042 | 0,0321 | 0 | 0 | 0 |
|
| |||||||||||
,
,
,
,
,
,
,
,
,
0
0,1047
0,0964
0
Вывод:
Выполнив данную работу я на практике проверил закон сохранения импульса для удара двух деревянных шаров, близкого к абсолютно упругому. Я употребил фразу “близкого к абсолютно упругому” на следующих основаниях: дерево – материал не склонный к сильным деформациям при ударах с небольшой силой предметов с малыми массами; а кроме того, при подсчетах выяснилось, что значения импульса ударяющего шара до удара и ударяемого шара после удара практически одинаково, иными словами, импульс перешел почти без потерь.
Также я рассчитал коэффициент восстановления для данной установки, он оказался равен −0,9218.
В качестве измерительных приборов и оборудования мною были использованы: установка для изучения упругого и неупругого удара шаров, шары, линейка.
studfiles.net
Физика 1М
ГОУ ВПО
ДВГУПС
Кафедра “Физика”
Лабораторная работа На тему: “Измерительные приборы и обработка результатов измерения”.
210401 01М 915
Шифр Номер работы Группа
Выполнил
Навныко А.В.
Проверил: Старший преподаватель кафедры “Оптические системы связи”
Цюй
Хабаровск 2009 г.
Цель работы:
Ознакомиться с теорией ошибок, освоение основных методов измерения физических величин и обработки полученных результатов. Изучение измерительных инструментов: штангенциркуля, микрометра. Измерение с их помощью объема тел (брусок, цилиндр).
Приборы и оборудование:
Микрометр
Штангенциркуль
Тела правильной геометрической формы
Краткая теория:
Измерения подразделяются на прямые (непосредственные измерения, например, длины, ширины, высоты и т.д.) и косвенные (для получения результатов которых необходимо произвести прямые измерения, а также соответствующие расчеты, например, объем, площадь и т.д.).
Проводятся измерения при помощи специальных устройств в работе которых задействован определенный технический принцип – данные устройства называются измерительными приборами.
Измерительные приборы имеют ряд свойств, таких, как: цена деления, точность, добротность, погрешность, диапазон измерения и т.д.
В процессе измерения иногда возникают ошибки, которые делятся на:
случайные – которые предсказать нельзя (перепад напряжения в электросети, неисправность приборов и т.д.)
систематические – возникают из-за неправильного метода измерения
грубые – явно ошибочные.
Расчетные формулы:
– среднее значение измеряемой величины
– абсолютные
погрешности отдельных измерений
– средняя абсолютная погрешность
– средняя относительная
погрешность
– вывод формулы относительной погрешности косвенных измерений при помощи правил логарифмирования и дифференцирования
– абсолютная погрешность при косвенном измерении
Далее следует вывод формул относительной и абсолютной погрешностей в расчете объема в случае с измерением бруска (аналогично по правилам логарифмирования и дифференцирования):
– формула вычисления объема с учетом абсолютной погрешности
Проведем измерения и на их основании рассчитаем необходимые данные:
Рассчитаем среднее значение длины, ширины и высоты бруска, а также их среднюю абсолютную погрешность
Теперь рассчитаем их относительную погрешность
И в завершение проведем расчет среднего объема бруска, его относительной и абсолютной погрешностей, а также вычислим объем бруска с учетом абсолютной погрешности
После проведения соответствующих измерений и расчетов составляем таблицу:
№ | A | dA | B | dB | C | dC | V | dV |
1 | 29,45 | -0,01 | 29,50 | 0,14 | 62,45 | 0,06 | ||
2 | 29,50 | -0,06 | 29,50 | 0,14 | 62,40 | 0,01 | ||
3 | 29,45 | -0,01 | 29,20 | 0,16 | 62,40 | 0,01 | ||
4 | 29,40 | 0,04 | 29,30 | 0,06 | 62,35 | 0,04 | ||
5 | 29,40 | 0,04 | 29,30 | 0,06 | 62,35 | 0,04 | ||
Ср. | 29,44 | 0,032 | 29,36 | 0,112 | 62,39 | 0,032 | 53927,32 | 285,8148 |
| 0,0010 | 0,0038 | 0,0005 | 0,0053 | ||||
Вывод:
Выполняя данную работу, применив в ходе выполнения теорию ошибок, я произвел прямые и косвенные измерения размеров металлического бруска, вычислил средние значения, средние абсолютные и относительные погрешности его длины, ширины, высоты и объема.
В качестве измерительных приборов мною были использованы штангенциркуль и микрометр. В ходе работы я более детально ознакомился с принципами их использования.
studfiles.net
Физика 04М
ГОУ ВПО
ДВГУПС
Кафедра “Физика”
Лабораторная работа На тему: “ ”
21040165 04М 911
Шифр Номер работы Группа
Выполнил
Черных Д. С.
Проверил: Старший преподаватель кафедры “Оптические системы связи”
Бодров Е. А.
Хабаровск 2006 г.
Цель работы:
Определить момент инерции цилиндров с помощью маятника Обербека.
Приборы и оборудование:
Маятник Обербека
Набор грузов
Секундомер
Масштабная линейка; штангенциркуль
Четыре одинаковых по массе, форме и размерам цилиндра
Краткая теория:
При вращении твердого тела вокруг неподвижной оси его инерциальные свойства определяются не только массой тела, но и распространением этой массы относительно оси вращения.
Твердое тело, состоящее из материальных точек, имеющих массу, участвует во вращательном движении. Мерой инерции каждой материальной точки вращающегося твердого тела является момент инерции. Относительно неподвижной оси он равен произведению массы этой точки на квадрат расстояния от точки до оси вращения.
Для тела любой геометрической формы момент инерции относительно неподвижной оси равен сумме моментов инерции всех его точек относительно этой оси.
Что касается тел правильной геометрической формы – для них выведены специальные формулы расчета моментов инерции.
При изменении положения оси вращения относительно центра масс изменяется и момент инерции тела. При параллельном переносе оси вращения справедлива теорема Штейнера. По ней определяют момент инерции твердого тела любой геометрической формы относительно нецентральной оси.
Теорема Штейнера: если ось
вращения, проходящую через центр массы
тела, переместить параллельно самой
себе на расстояние 
,
то момент инерции относительной этой
оси будет равен алгебраической сумме
момента инерции тела
,
относительно центральной оси вращения,
и произведению массы тела
на квадрат расстояния
между осями.
Т.е..
Основной закон динамики вращательного движения можно получить из второго закона Ньютона для поступательного движения твердого тела.
На основании того,
что если к твердому телу массой 
в точке
приложить некоторую силу
,
то в результате жесткой связи между
всеми материальными точками тела все
они получат угловое ускорение
и соответственные линейные ускорения,
как если бы на каждую точку действовала
определенная сила. Далее производятся
некоторые математические преобразования
следствием которых является формула
момента силы
–основной
закон динамики вращательного движения
твердого тела. Закон
формулируется так: момент силы,
действующий на вращающееся тело, равен
произведению момента инерции тела на
угловое ускорение.
Представив 
,
как первую производную угловой скорости
по времени
,
подставляем это в формулу основного
закона. Отсюда можно получить еще одну
формулировку этого закона:импульс
момента силы, действующий на вращательное
тело, равен изменению его момента
импульса.
В замкнутой системе вращающихся тел выполняется закон сохранения момента импульса: изменение момента импульса вращающихся тел в замкнутой системе равен нулю.
Поступательно
движущиеся тела обладают кинетической
энергией. Движение вращающегося тела
характеризуется угловой скоростью, а
мерой его инертности является момент
инерции. Исходя из связи линейной и
угловой скоростей, и проведя математические
преобразования стандартной формулы
кинетической энергии, получим 
.
За промежуток времени вращающееся тело совершит работу, равную произведению момента силы на угол поворота, сделанный радиусом этого тела. Т.е. .
Работу, совершенную вращающимся телом за единицу времени называют мощностью вращающегося тела. Она равна
Расчетные формулы:
– среднее значение времени падения груза
– среднее значение
ускорения груза при падении
– момент инерции
(для каждого опыта в отдельности)
– среднее значение моментов инерции (для первой и второй пары опытов в отдельности)
– момент инерции цилиндра относительно центральной оси (теорема Штейнера)
– момент инерции
цилиндра относительно центральной оси
Проведем соответствующие расчеты и измерения:
– среднее время падения груза массой 200 грамм
– среднее время падения груза массой 300 грамм
– среднее время падения груза массой 300 грамм с цилиндрами, установленными на спицах маятника на расстоянии r1
– среднее время падения груза массой 300 грамм с цилиндрами, установленными на спицах маятника на расстоянии r2
– ускорение падения груза массой 200 грамм
– ускорение падения груза массой 300 грамм
– ускорение падения груза массой 300 грамм с цилиндрами, установленными на спицах маятника на расстоянии r1
– ускорение падения груза массой 300 грамм с цилиндрами, установленными на спицах маятника на расстоянии r2
– момент инерции для первого опыта
– момент инерции для второго опыта
– момент инерции для третьего опыта
– момент инерции для четвертого опыта
– среднее значение момента инерции для первой пары опытов
– среднее значение момента инерции для второй пары опытов
305,699
452,898
379,299- момент инерции цилиндра относительно центральной оси (теорема Штейнера)
379,296 -момент инерции цилиндра относительно центральной оси
Систематизируем результаты в виде таблиц:
Примечание: Все значения в таблице приведены в соответствии с системой СИ.
№ п/п |
|
| ||||||||
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
| |||
1 | 0,8 | 3,59 | 3,46 | 0,134 | 55,7 | 2,82 | 2,8 | 0,2 | 55,6 | 55,65 |
2 | 0,8 | 3,42 | 2,74 | |||||||
3 | 0,8 | 3,36 | 2,84 | |||||||
0,1965
0,2
0,3
№ п/п |
|
| ||||||||
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||
1 | 0,8 | 6,72 | 6,54 | 0,037 | 305,7 | 7,89 | 8,04 | 0,025 | 452,9 | 379,3 |
2 | 0,8 | 6,41 | 8,25 | |||||||
3 | 0,8 | 6,48 | 7,98 | |||||||
0,3
0,131
0,165
Вывод:
Выполнив данную работу, определил момент инерции цилиндров с помощью маятника Обербека, ознакомился с тонкостями законов динамики вращательного движения твердого тела и законов сохранения момента импульса, а также проверил на опыте теорему Штейнера.
В ходе работы мною были проведены прямые измерения некоторых параметров лабораторной установки – таких, как радиус шкива маятника, высота подъема груза над полом, масса грузов, диаметры цилиндров, время падения грузов и т.д. Далее, на основании полученных прямых измерений я провел косвенные измерения среднего времени падения грузов, среднего ускорения падения грузов для каждого опыта в отдельности, и, собственно, момента инерции для каждого опыта в отдельности и его среднее значение для пар опытов.
Значения моментов инерции цилиндров относительно центральной оси я находил по двум формулам: по формуле, выведенной из второго закона Ньютона и по теореме Штейнера. После сравнения полученных результатов оказалось, что значения вычисленных величин разнятся пренебрежимо мало и то в силу погрешностей при измерениях.
В качестве измерительных приборов и лабораторного оборудования мною были использованы: маятник Обербека, набор грузов, секундомер, масштабная линейка, штангенциркуль, отвертка, четыре одинаковых по массе, форме и размерам цилиндра.
studfiles.net
Физика Википедия
Фи́зика (от др.-греч. φύσις — природа) — область естествознания: наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания[1][2].
Термин «физика» впервые фигурирует в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля (IV век до нашей эры). Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимами, так как в основе обеих дисциплин лежало стремление объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика развилась в самостоятельную научную отрасль.
В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Развитие фотоники способно дать возможность создать принципиально новые — фотонные — компьютеры и другую фотонную технику, которые сменят существующую электронную технику. Развитие газодинамики привело к появлению самолётов и вертолётов.
Знания физики процессов, происходящих в природе, постоянно расширяются и углубляются. Большинство новых открытий вскоре получают технико-экономическое применение (в частности в промышленности). Однако перед исследователями постоянно встают новые загадки, — обнаруживаются явления, для объяснения и понимания которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.
Общенаучные основы физических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.
В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым, издавшим первый в России учебник физики — свой перевод с немецкого языка учебника «Вольфианская экспериментальная физика» Х. Вольфа (1746)[3]. Первым оригинальным учебником физики на русском языке стал курс «Краткое начертание физики» (1810), написанный П. И. Страховым.
Предмет физики
Физика — это наука о природе (естествознание) в самом общем смысле (часть природоведения). Предмет её изучения составляет материя (в виде вещества и полей) и наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем (например сохранение энергии), — их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки, — биология, геология, химия и др. — описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы, состоящие из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.
Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических уравнений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физической науки.
Научный метод
Физика — естественная наука. Источником знаний для неё является практическая деятельность: наблюдения, экспериментальное исследование явлений природы, производственная деятельность. Правильность физических знаний проверяется экспериментом, использованием научных знаний в производственной деятельности. Обобщением результатов научных наблюдений и эксперимента являются физические законы, которыми объясняются эти наблюдения и эксперименты[4]. Физика сосредоточена на изучении фундаментальных и простейших явлений и на ответах на простые вопросы: из чего состоит материя, каким образом частицы материи взаимодействуют между собой, по каким правилам и законам осуществляется движение частиц и т. д.
В основе физических исследований лежит установление фактов путём наблюдения и эксперимента. Анализ данных совокупности экспериментов позволяет выявить и сформулировать закономерность. На первых этапах исследований закономерности носят преимущественно эмпирический, феноменологический характер, — то есть явление описывается количественно с помощью определённых параметров, характерных для исследуемых тел и веществ. Полученные факты подвергаются упрощению, идеализации путём введения идеальных объектов. На основе идеализации создаются модели исследуемых объектов и явлений. Физические объекты, модели и идеальные объекты описываются на языке физических величин. Затем устанавливаются связи между явлениями природы и выражаются в форме физических законов[5]. Физические законы проверяются с помощью продуманного эксперимента, в котором явление (феномен) проявлялось бы в как можно более чистом виде и не осложнялось бы другими явлениями (феноменами). Анализируя закономерности и параметры, физики строят физические теории, которые позволяют объяснить изучаемые явления на основе представлений о строении тел и веществ и взаимодействие между их составными частями. Физические теории, в свою очередь, создают предпосылки для постановки точных экспериментов, в ходе которых в основном определяются рамки их применимости. Общие физические теории позволяют формулировать физические законы, которые считаются общими истинами, пока накопления новых экспериментальных результатов не потребует их уточнения или пересмотра.
Так, например, Стивен Грей заметил, что электричество можно передавать на довольно значительное расстояние с помощью увлажнённых нитей и начал исследовать это явление. Георг Ом сумел выявить для него количественную закономерность, — ток в проводнике прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению проводника току. Эта закономерность известна как закон Ома. При этом, конечно, эксперименты Ома опирались на новые источники питания и на новые способы измерять действие электрического тока, что позволило количественно охарактеризовать его. Результаты дальнейших исследований позволили абстрагироваться от формы и длины проводников тока и ввести такие феноменологические характеристики, как удельное сопротивление проводника и внутреннее сопротивление источника питания. Закон Ома и поныне основа электротехники, однако исследования также выявили и рамки его применимости, — открыты элементы электрической цепи с нелинейными вольт-амперными характеристиками, а также вещества, в определённых ситуациях не имеющие никакого электрического сопротивления — сверхпроводники. После открытия заряженных микрочастиц — электронов (позже протонов и других), была сформулирована микроскопическая теория электропроводности, объясняющая зависимости сопротивления от температуры посредством рассеяния электронов на колебаниях кристаллической решетки, примесях и т. д.
Вместе с тем было бы неправильным считать, что только эмпирический подход определяет развитие физики. Многие важные открытия были совершены «на кончике пера», или экспериментальной проверкой теоретических гипотез. Например, принцип наименьшего действия Пьер Луи де Мопертюи сформулировал в 1744 году на основе общих соображений, и справедливость его невозможно установить экспериментальным путём в силу всеобщности принципа. В настоящее время классическая и квантовая механика, теория поля основаны на принципе наименьшего действия. В 1899 году Макс Планк ввёл понятия кванта электромагнитного поля, кванта действия, что также не было следствием наблюдений и экспериментов, а чисто теоретической гипотезой. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал работу по специальной теории относительности, построенную дедуктивным путём из самых общих физических и геометрических соображений. Анри Пуанкаре — математик, прекрасно разбиравшийся в научных методах физики, — писал, что ни феноменологический, ни умозрительный подход по отдельности не описывают и не могут описывать физическую науку[6].
Количественный характер физики
Физика — количественная наука. Физический эксперимент опирается на измерения, то есть сравнение характеристик исследуемых явлений с определёнными эталонами. С этой целью физика развила совокупность физических единиц и измерительных приборов. Отдельные физические единицы объединяются в системы физических единиц. Так, на современном этапе развития науки стандартом является Международная система единиц (СИ), но большинство теоретиков по-прежнему предпочитает пользоваться Гауссовой системой единиц (СГС).
Полученные экспериментально количественные зависимости позволяют использовать для своей обработки математические методы и строить теоретические, то есть математические модели изучаемых явлений.
С изменением представлений о природе тех или иных явлений меняются также физические единицы, в которых измеряются физические величины. Так, например, для измерения температуры сначала были предложены произвольные температурные шкалы, которые делили промежуток температур между характерными явлениями (например, замерзанием и кипением воды) на определённое количество меньших промежутков, которые получили название градусов температуры. Для измерения количества теплоты была введена единица — калория, которая определяла количество теплоты, необходимой для нагрева грамма воды на один градус. Однако со временем физики установили соответствие между механической и тепловой формой энергии. Таким образом, оказалось, что предложенная ранее единица количества теплоты, калория, является излишней, как и единица измерения температуры. И количество теплоты, и температуру можно измерять в единицах механической энергии. В современную эпоху калория и градус не вышли из практического употребления, но между этими величинами и единицей энергии Джоулем существует точное числовое соотношение. Градус, как единица измерения температуры входит в систему СИ, а коэффициент перехода от температурной к энергетическим величинам — постоянная Больцмана — считается физической постоянной.
История физики
Физика — это наука о материи, её свойствах и движении. Она является одной из наиболее древних научных дисциплин[7].
Люди пытались понять свойства материи из древнейших времен: почему тела падают на землю, почему разные вещества имеют различные свойства и т. д. Интересовали людей также вопрос о строении мира, о природе Солнца и Луны. Сначала ответы на эти вопросы пытались искать в философии. В основном философские теории, которые пытались дать ответы на такие вопросы, не проверялись на практике. Однако, несмотря на то, что нередко философские теории неправильно описывали наблюдения, ещё в древние времена человечество добилось значительных успехов в астрономии, а великий греческий учёный Архимед даже сумел дать точные количественные формулировки многих законов механики и гидростатики.
Некоторые теории древних мыслителей, как, например, идеи об атомах, которые были сформулированы в древних Греции и Индии, опережали время. Постепенно от общей философии начало отделяться естествознание, важнейшей составной частью которого стала физика. Уже Аристотель использовал название «Физика» в заголовке одного из основных своих трактатов[8]. Несмотря на ряд неправильных утверждений, физика Аристотеля на протяжении веков оставалась основой знаний о природе.
Период до научной революции
Основной способ работы камеры обскура
Ибн ал-Хайсам (около 965 — около 1040), пионер оптикиСвойство человечества сомневаться и пересматривать положения, которые раньше считались единственно истинными, в поисках ответов на новые вопросы в итоге привело к эпохе великих научных открытий, которую сегодня называют научной революцией, начавшейся в середине XVI века. Предпосылки к этим коренным изменениям сложились благодаря достоянию древних мыслителей, наследие которых можно проследить до Индии и Персии. Персидский учёный Насир ад-Дин ат-Туси указал на значительные недостатки птолемеевской системы.
Средневековая Европа на какое-то время потеряла знания античных времен, но под влиянием Арабского халифата сохраненные арабами сочинения Аристотеля вернулись. В XII—XIII веках нашли свой путь в Европу также произведения индийских и персидских учёных. В Средние века начал складываться научный метод, в котором основная роль отводилась экспериментам и математическому описанию. Ибн ал-Хайсам (Альхазен) в своей «Книге о оптике», написанной в 1021 году, описывал эксперименты, подтверждающие его теорию зрения, согласно которой глаз воспринимает свет, излучаемый другими объектами, а не сам глаз излучает свет, как считали раньше Евклид и Птолемей. В экспериментах Ибн ал-Хайсама использовалась камера-обскура. С помощью этого прибора он проверял свои гипотезы относительно свойств света: или свет распространяется по прямой, или смешиваются в воздухе различные лучи света[9].
Научная революция
Период научной революции характеризуется утверждением научного метода исследований, вычленением физики из массы натурфилософии в отдельную область и развитием отдельных разделов физики: механики, оптики, термодинамики и т. д.[10]
Большинство историков придерживаются мнения о том, что научная революция началась в 1543 году, когда Николаю Копернику привезли из Нюрнберга впервые напечатанный экземпляр его книги «О вращении небесных сфер».
После этого в течение примерно ста лет человечество обогатилось работами таких исследователей, как Галилео Галилей, Христиан Гюйгенс, Иоганн Кеплер, Блез Паскаль и др.[11] Галилей первым начал последовательно применять научный метод, проводя эксперименты, чтобы подтвердить свои предположения и теории. Он сформулировал некоторые законы динамики и кинематики, в частности закон инерции, и проверил их опытным путём. В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал книгу «Principia», в которой в подробностях описал две основополагающие физические теории: законы движения тел, известные как законы Ньютона, и законы тяготения. Обе теории прекрасно согласовывались с экспериментом. Книга также приводила теории движения жидкостей.[12] Впоследствии классическая механика была переформулирована и расширена Леонардом Эйлером, Жозефом Луи Лагранжем, Уильямом Роуэном Гамильтоном и другими[13]. Законы гравитации заложили основу тому, что позже стало астрофизикой, которая использует физические теории для описания и объяснения астрономических наблюдений.
В России первым значительный вклад в развитие физической минералогии, математической физики, биофизики и астрономии в разделе изучения полярных сияний и физики «хвостов» комет внёс Михаил Ломоносов[13]. Среди его наиболее значимых научных достижений в области физики — атомно-корпускулярная теория строения вещества и материи. Работы Ломоносова и его соратника Г. В. Рихмана внесли важный вклад в понимание электрической природы грозовых разрядов. Ломоносов не только провёл блестящее многолетнее исследование атмосферного электричества и установил ряд эмпирических закономерностей грозовых явлений, но и в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» (1753) объяснил причину возникновения электричества в грозовых облаках конвекцией теплого воздуха (у поверхности Земли) и холодного воздуха (в верхних слоях атмосферы). Ломоносов разработал теорию света и выдвинул трёхкомпонентную теорию цвета, с помощью которой объяснил физиологические механизмы цветовых явлений. По мысли Ломоносова, цвета вызываются действием трёх родов эфира и трёх видов цветоощущающей материи, составляющей дно глаза. Теория цвета и цветового зрения, с которой Ломоносов выступил в 1756 году, выдержала проверку временем и заняла должное место в истории физической оптики.
После установления законов механики Ньютоном, следующим исследовательским полем стало электричество. Основы создания теории электричества заложили наблюдения и опыты таких учёных XVII и XVIII веков, как Роберт Бойль, Стивен Грей, Бенджамин Франклин[13]. Сложились основные понятия — электрический заряд и электрический ток. В 1831 году английский физик Майкл Фарадей показал связь электричества и магнетизма, продемонстрировав, что движущийся магнит индуцирует в электрической цепи ток. Опираясь на эту концепцию, Джеймс Клерк Максвелл построил теорию электромагнитного поля. Из системы уравнений Максвелла следовало существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Экспериментальное подтверждение этому нашел Генрих Герц, открыв радиоволны[14].
С построением теории электромагнитного поля и электромагнитных волн, победой волновой теории света, основанной Гюйгенсом, над корпускулярной теорией Ньютона, завершилось построение классической оптики. На этом пути оптика обогатилась пониманием дифракции и интерференции света, достигнутым благодаря трудам Огюстена Френеля и Томаса Юнга.
В XVIII и начале XIX века были открыты основные законы поведения газов, а работы Сади Карно по теории тепловых машин открыли новый этап в становлении термодинамики. В XIX веке Юлиус Майер и Джеймс Джоуль установил эквивалентность механической и тепловой энергий, что привело к расширенной формулировке закона сохранения энергии (первый закон термодинамики)[15]. Благодаря Рудольфу Клаузиусу был сформулирован второй закон термодинамики и введено понятие энтропии. Позже Джозайя Уиллард Гиббс заложил основы статистической физики, а Людвиг Больцман предложил статистическую интерпретацию понятия энтропии[16].
К концу XIX века физики подошли к значительному открытию — экспериментальному подтверждению существования атома. В это время существенно изменилась и роль физики в обществе. Возникновение новой техники (электричества, радио, автомобиль и т. д.) требовало большого объёма прикладных исследований. Занятия наукой стало профессией. Фирма General Electric первой открыла собственные исследовательские лаборатории; такие же лаборатории стали появляться в других фирмах.
Смена парадигм
Конец девятнадцатого, начало двадцатого века был временем, когда под давлением новых экспериментальных данных физикам пришлось пересмотреть старые теории и заменить их новыми, заглядывая все глубже в строение материи. Эксперимент Майкельсона — Морли выбил основу из-под ног классического электромагнетизма, поставив под сомнение существование эфира. Были открыты новые явления, такие как рентгеновские лучи и радиоактивность. Не успели физики доказать существование атома, как появились доказательства существования электрона, эксперименты с фотоэффектом и изучение спектра теплового излучения давали результаты, которые невозможно было объяснить, исходя из принципов классической физики. В прессе этот период назывался кризисом физики, но одновременно он стал периодом триумфа физики, сумевшей выработать новые революционные теории, которые не только объяснили непонятные явления, но и многие другие, открыв путь к новому пониманию природы.
В 1905 году Альберт Эйнштейн построил специальную теорию относительности, которая продемонстрировала, что понятие эфира не требуется при объяснении электромагнитных явлений. При этом пришлось изменить классическую механику Ньютона, дав ей новую формулировку, справедливую при больших скоростях. Коренным образом изменились также представления о природе пространства и времени[17]. Эйнштейн развил свою теорию в общую теорию относительности, опубликованную в 1916 году. Новая теория включала в себя описание гравитационных явлений и открыла путь к становлению космологии — науки об эволюции Вселенной[18].
Рассматривая задачу о тепловом излучении абсолютно чёрного тела, Макс Планк в 1900 году предложил невероятную идею, что электромагнитные волны излучаются порциями, энергия которых пропорциональна частоте. Эти порции получили название квантов, а сама идея начала построение новой физической теории — квантовой механики, которая ещё больше изменила классическую ньютоновскую механику, на этот раз при очень малых размерах физической системы. В том же 1905 году Альберт Эйнштейн применил идею Планка для успешного объяснения экспериментов с фотоэффектом, предположив, что электромагнитные волны не только излучаются, но и поглощаются квантами. Корпускулярная теория света, которая, казалось, потерпела сокрушительное поражение в борьбе с волновой теорией, вновь получила поддержку.
Спор между корпускулярной и волновой теорией нашел своё решение в корпускулярно-волновом дуализме, гипотезе, сформулированной Луи де Бройлем. По этой гипотезе не только квант света, а любая другая частица проявляет одновременно свойства, присущие как корпускулам, так и волнам. Гипотеза Луи де Бройля подтвердилась в экспериментах с дифракцией электронов.
В 1911 году Эрнест Резерфорд предложил планетарную теорию атома, а в 1913 году Нильс Бор построил модель атома, в которой постулировал квантовый характер движения электронов. Благодаря работам Вернера Гайзенберга, Эрвина Шрёдингера, Вольфганга Паули, Поля Дирака и многих других квантовая механика нашла свою точную математическую формулировку, подтверждённую многочисленными экспериментами. В 1927 году была создана копенгагенская интерпретация, которая открывала путь для понимания законов квантового движения на качественном уровне[19][20].
Физика современности
Зелёный (520 нм), синий (445 нм) и красный (635 нм) лазерыС открытием радиоактивности Анри Беккерелем началось развитие ядерной физики, которая привела к появлению новых источников энергии: атомной энергии и энергии ядерного синтеза. Открытые при исследованиях ядерных реакций новые частицы: нейтрон, протон, нейтрино, дали начало физике элементарных частиц<ref name=”Ivan”>Иваненко Д. Д. Элементарные частицы // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 422-510;</ref. Эти новые открытия на субатомном уровне оказались очень важными для физики на уровне Вселенной и позволили сформулировать теорию её эволюции — теорию Большого взрыва.
Сложилось окончательное разделение труда между физиками-теоретиками и физиками-экспериментаторами. Энрико Ферми был, пожалуй, последним выдающимся физиком, успешным как в теории, так и в экспериментальной работе.
Передний край физики переместился в область исследования фундаментальных законов, ставя перед собой цель создать теорию, которая объясняла бы Вселенную, объединив теории фундаментальных взаимодействий. На этом пути физика получила частичные успехи в виде теории электрослабого взаимодействия и теории кварков, обобщённой в так называемой стандартной модели. Однако, квантовая теория гравитации до сих пор не построена. Определённые надежды связываются с теорией струн.
Начиная с создания квантовой механики, быстрыми темпами развивается физика твердого тела, открытия которой привели к возникновению и развитию электроники, а с ней и информатики, которые внесли коренные изменения в культуру человеческого общества.
Теоретическая и экспериментальная физика
В основе своей физика — экспериментальная наука: все её законы и теории основываются и опираются на опытные данные. Однако зачастую именно новые теории являются причиной проведения экспериментов и, как результат, лежат в основе новых открытий. Поэтому принято различать экспериментальную и теоретическую физику.
Экспериментальная физика исследует явления природы в заранее подготовленных условиях. В её задачи входит обнаружение ранее неизвестных явлений, подтверждение или опровержение физических теорий. Многие достижения в физике были сделаны благодаря экспериментальному обнаружению явлений, не описываемых существующими теориями. Например, экспериментальное изучение фотоэффекта послужило одной из посылок к созданию квантовой механики (хотя рождением квантовой механики считается появление гипотезы Планка, выдвинутой им для разрешения ультрафиолетовой катастрофы — парадокса классической теоретической физики излучения).
В задачи теоретической физики входит формулирование общих законов природы и объяснение на основе этих законов различных явлений, а также предсказание до сих пор неизвестных явлений. Верность любой физической теории проверяется экспериментально: если результаты эксперимента совпадают с предсказаниями теории, она считается адекватной (достаточно точно описывающей данное явление).
При изучении любого явления экспериментальные и теоретические аспекты одинаково важны.
Прикладная физика
От своего зарождения физика всегда имела большое прикладное значение и развивалась вместе с машинами и механизмами, которые человечество использовало для своих нужд. Физика широко используется в инженерных науках, немало физиков были одновременно изобретателями и, наоборот. Механика, как часть физики, тесно связана с теоретической механикой и сопротивлением материалов, как инженерными науками. Термодинамика связана с теплотехникой и конструированием тепловых двигателей. Электричество связано с электротехникой и электроникой, для становления и развития которой очень важны исследования в области физики твердого тела. Достижения ядерной физики обусловили появление ядерной энергетики, и тому подобное.
Физика также имеет широкие междисциплинарные связи. На границе физики, химии и инженерных наук возникла и быстро развивается такая отрасль науки как материаловедение. Методы и инструменты используются химией, что привело к становлению двух направлений исследований: физической химии и химической физики. Всё мощнее становится биофизика — область исследований на границе между биологией и физикой, в которой биологические процессы изучаются исходя из атомарной структуры органических веществ. Геофизика изучает физическую природу геологических явлений. Медицина использует методы, такие как рентгеновские и ультразвуковые исследования, ядерный магнитный резонанс — для диагностики, лазеры — для лечения болезней глаз, ядерное облучение — в онкологии, и тому подобное.
Основные теории
Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших областях физики. Такие теории считаются в целом верными при дополнительных ограничениях. Например, классическая механика верна, если размеры исследуемых объектов намного больше размеров атомов, скорости существенно меньше скорости света, и гравитационные силы малы. Эти теории всё ещё активно исследуются; например, такой аспект классической механики, как теория хаоса был открыт только в XX веке. Они составляют основу для всех физических исследований. В рамках этих теорий М. В. Ломоносов объяснил причины агрегатных состояний веществ (твёрдое, жидкое и газообразное состояния) и разработал теорию теплоты.
Разделы физики
Макроскопическая физика
Макроскопическая физика изучает явления и законы привычного мира, где размеры тел сопоставимы с размерами человека.
Микроскопическая физика
Микроскопическая физика исследует «микромир», где размеры тел во много раз меньше размеров человека.
Разделы физики на стыке наук
Справка
Важнейшие журналы
Российские
Зарубежные
- Nature Physics
- Журналы Американского физического общества
- Physics — короткие обзорные статьи по результатам, опубликованным в других журналах общества.
- Reviews of Modern Physics (RMP) Публикует обзорные статьи по большим разделам физики
- Physical Review Letters (PRL) Наиболее престижный (после Nature и Science) журнал: короткие статьи по новейшим исследованиям
- Physical Review (A,B,C,D,E) Статьи разного формата, более подробные, но менее оперативно публикуемые, чем в Phys. Rev. Lett.
- Annals of Physics
- Журналы Американского института физики
- Европейские журналы
- Journal of Physics (A, B, C …)
- New Journal of Physics
- Physica (A, B, C …)
- Physics Letters A
- Europhysics Letters
- Zeitschrift für Physik Именно в этом журнале публиковались Эйнштейн, Гейзенберг, Планк…
- Nuovo cimento (A, B, C …)
- Foundations of Physics
- Научно-популярные журналы
А также архив препринтов arXiv.org, на котором статьи появляются гораздо раньше их появления в журналах и доступны для свободного скачивания.
Коды в системах классификации знаний
См. также
Примечания
- ↑ Прохоров А. М. Физика // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. — С. 310—320. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7.
- ↑ Физика // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Вольфианская экспериментальная физика в Викитеке
- ↑ Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. — М.: Просвещение, 1976. — Тираж 80 000 экз. — С.130 — 134
- ↑ Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. — М.: Просвещение, 1976. — Тираж 80 000 экз. — С.30
- ↑ Пуанкаре, 1990.
- ↑ Зубов В. П. Физические идеи древности // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 11-80;
- ↑ Аристотель Физика // Аристотель. Сочинения в четырех томах. Т. 3. — М.: Мысль, 1981. — 550 с. — С. 59—262.
- ↑ Зубов В. П. Физические идеи средневековья // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 81-128;
- ↑ Зубов В. П. Физические идеи Ренессанса // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 129-155;
- ↑ Кузнецов Б. Г. Генезис механического объяснения физических явлений и идеи картезианской физики // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 156-185;
- ↑ Кузнецов Б. Г. Основные принципы физики Ньютона // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 186-197;
- ↑ 1 2 3 Кудрявцев П. С. Основные линии развития физических идей в XVIII веке // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 198-217;
- ↑ Кудрявцев П. С. Развитие теории электромагнитного поля // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 236-262;
- ↑ Кудрявцев П. С. Закон сохранения энергии // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 218-228;
- ↑ Кудрявцев П. С. Развитие идей термодинамики и атомистики // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 229-235;
- ↑ Кузнецов Б. Г. Основные идеи специальной теории относительности // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 263-287;
- ↑ Кузнецов Б. Г. Основные идеи общей теории относительности // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 288-322;
- ↑ Полак Л. С. Возникновение квантовой физики // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 323-389;
- ↑ Кузнецов Б. Г. Основные идеи квантовой механики // отв. ред. Григорьян А. Т., Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 390-421;
Литература
Ссылки
wikiredia.ru
ФИЗИКА – это… Что такое ФИЗИКА?
ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия
ФИЗИКА — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, св ва и строение материи и законы её движения. Понятия Ф. и её законы лежат в основе всего естествознания. Ф. относится к точным наукам и изучает количеств … Физическая энциклопедия
физика — и, ж. physique, нем. Physik < physike < physis природа. 1. устар. Физическое строение и состояние организма. БАС 1. Большую часть времени провожу теперь в деревне; однако ж здоровье мое худо. Со стороны физики я стал совсем другой. 26. 6.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ФИЗИКА — ФИЗИКА, наука, изучающая совместно с химией общие законы превращения энергии и материи. В основе обеих наук лежат два основных закона естествознания закон сохранения массы (закон Ломоносова, Лавуазье) и закон сохранения энергии (Р. Майер, Джауль… … Большая медицинская энциклопедия
физика — личность, мордоплясия, сусалы, мордализация, мордофиля, харьковская область, мордасово, мордень, ряшка, рыло, физия, морда, мордуленция, лицо, мурло, рожа, харя, физиономия, фотография, хрюкало, моська, ряха, физиомордия, мордасы, свойство… … Словарь синонимов
ФИЗИКА — (греч. ta physika от physis природа), наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. По изучаемым объектам физика подразделяется на физику элементарных частиц, атомных ядер, атомов, молекул,… … Большой Энциклопедический словарь
ФИЗИКА — (греч. τὰ φυσικά – наука о природе, от φύσις – природа) – комплекс науч. дисциплин, изучающих общие свойства структуры, взаимодействия и движения материи. В соответствии с этими задачами совр. Ф. весьма условно можно подразделить на три больших… … Философская энциклопедия
ФИЗИКА — (греч., от. physis природа). Наука, имеющая своим предметом свойства тел и действия, которые они оказывают одно на другое, не изменяя своих составных частей. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ФИЗИКА… … Словарь иностранных слов русского языка
Физика — Физика ♦ Physique Все, что относится к природе (от греческого physis), в частности – наука, изучающая природу (ta physika). Если природа – все, как я полагаю, значит, физика призвана вместить в себя все прочие науки. Впрочем, это… … Философский словарь Спонвиля
ФИЗИКА — ФИЗИКА, наука, занимающаяся изучением ВЕЩЕСТВА и ЭНЕРГИИ. Физика стремится установить и объяснить их многочисленные формы и взаимосвязи. Современная физика считает, что в природе существует четыре основных силы: СИЛА ТЯЖЕСТИ, которая впервые была … Научно-технический энциклопедический словарь
dic.academic.ru