ВВЕДЕНИЕ: ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ План лекции 1. Предмет физики. Физика – наука о природе. Классификация наук 2. Методы научного исследования 3. Единицы международной системы СИ 4. Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ

1. “ В В Е Д Е Н И Е В Ф И З И К У З В У К А ” Презентации к лекциям автор – составитель : А. С. Воронкин 29 октября 2011 год МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ УКРАИНЫ ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ КУЛЬТУРЫ И ИСКУССТВ В В Е Д Е Н И Е

2. ВВЕДЕНИЕ. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ План лекции I . Предмет физики. Физика – наука о природе. Классификация наук II . Методы научного исследования III . Единицы международной системы СИ IV . Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ Литература

4. Аристотель разделял науки на физику (природа), этику (общество) и логику (мышление). Ф. Бэкон разделил науки на 3 группы : историю, поэзию и философию (XVII в.). Основы современной классификации наук заложил К.Сен-Симон, затем О.Конт в XIX в. систематизировал его идеи и составил “энциклопедический ряд” : математика -> астрономия -> физика -> химия -> физиология -> социология Энциклопедический ряд теперь принято называть иерархической лестницей наук : Иногда в иерархию не включали математику на том основании, что у нее нет собственного предмета изучения. Однако математика является инструментом современной науки . Г. Галилей говорил : “ математика - это язык, на котором написана книга природы ” .

5. естественные науки и математика гуманитарные и социально-экономические науки технические науки сельскохозяйственные науки КЛАССИФИКАЦИЯ НАУК механика, физика, химия, биология, география, гидрометеорология, экология, медицина и др. агрономия, зоотехника, ветеринария, агроинженерия, рыболовство и др. культурология, филология, философия, журналистика, история, политология, психология, социальная работа, менеджмент, экономика, искусствоведение и др. строительство, полиграфия, телекоммуникацииметаллургия, горное дело, электроника и микроэлектроникарадиотехника, архитектура и др. Такие науки, как математика, логика, информатика, и кибернетика, одними учёными выделяются в отдельный класс — формальные науки. Другие учёные считают математику точной наукой, а остальные когнитивными науками

7. Механические явления. Демонстрации Положите листок бумаги на край стола. На листок поставьте горлышком вниз пустую бутылку. Резким движением выдерните листок. При этом бутылка остается на месте. Почему? Ответ: Объясняется явлением инерции тела. Источник: Горев Л.А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах. Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1977. 1. Перевернутая бутылка

8. 2. Монетка в бутылке Вырежьте из тонкого картона полоску шириной 2-3 см и склейте из нее кольцо диаметром 10-15 см. Расположите его на горлышке пустой бутылки. На кольцо положите монету, а внутрь введите линейку и резким горизонтальным движением выбейте кольцо из-под монеты. Монета упадет в бутылку. Как можно объяснить наблюдаемое явление? Ответ: При резком выбивании картонного кольца из-под монеты время взаимодействия указанных тел мало, поэтому небольшая по величине сила трения, действующая на монету, не может сообщить последней скорость в горизонтальном направлении. Практически монета сохраняет состояние покоя по инерции, но при удалении опоры падает в бутылку. Источник: Горев Л.А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах. Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1977.

9. В Е Щ Е С Т В О П О Л Е ВИДЫ М А Т Е Р И И атомы, молекулы и все тела, построенные из них электромагнитные, гравитационные и другие поля Различные виды материи могут превращаться друг в друга . Так, например, электрон и позитрон (представляющие собой вещество) могут превращаться в фотоны (т.е. в электромагнитное поле). Возможен и обратный процесс. Материя – все то, что существует вне и независимо от нашего сознания, но обнаруживается нами посредством ощущений. Физика – наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и их взаимных превращениях

11. Метод научного исследования – это способ познания объективной действительности. Способ представляет собой определенную последовательность действий, приемов, операций. методы эмпирического уровня методы теоретического уровня методы метатеоретического уровня наблюдение, описание, сравнение, счет, измерение, тестирование, эксперимент, моделирование и т.д. аксиоматический, гипотетический (гипотетико-дедуктивный), формализацию, абстрагирование, общелогические методы (анализ, синтез, индукцию, дедукцию, аналогию) и др. диалектический, метафизический, герменевтический и др. методы. Некоторые ученые к этому уровню относят метод системного анализа II . Методы научного исследования

12. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ изучение физики посредством опытов и экспериментов наблюдения явлений в естественных условиях теоретический метод изучения физики состоит в постановке проблемы и построении математической модели её решения Процесс познания в физике начинается с наблюдения явлений в естественных условиях или со специально поставленных опытов – экспериментов . В результате обобщения опытных данных появляется научное суждение о механизме явления в виде гипотезы . МЕТОДЫ ПОЗНАНИЯ В ФИЗИКЕ

14. П Р И М Е Р Ы 2.1. Ускорение свободного падения Аристотель (384-322 до н.э.) Наблюдения показывают, что перышко парит в воздухе гораздо дольше падающего камня. Скорость падения пропорциональна массе тела: чем больше масса тела, тем тело быстрее падает . Галилей (15.02 1564 - 8.01.1642) Метод абстрагирования и упрощения (идеализация). На Земле в отсутствии сопротивления воздуха все тела падают с одним и тем же ускорением .

15. Камень и перо брошены одновременно в воздухе (а) и вакууме (б) Все с детства знают, что то-то и то-то невозможно. Но всегда находится невежда, который этого не знает. Он – то и делает открытие А. Эйнштейн Во времена Галилея провести эксперимент в вакууме было невозможно. Говорят, что Галилей демонстрировал ложность утверждения Аристотеля, бросая предметы с накренившейся башни в итальянском городе Пиза.

16. Мяч и листок бумаги брошены одновременно (а), тот же опыт, но бумага скомкана (б) На полюсе g=9 ,832 м/с 2 На экваторе g=9 ,780 м/с 2 На Луне g= 1,623 м/с 2 Ускорение свободного падения Воздух оказывает сопротивление любому падающему телу. Чем больше будет площадь поверхности листа, тем больше сопротивление воздуха и тем медленнее он будет падать. Какой принцип положен в устройство работы парашюта?

17. Аристотель Находящееся на земле тело, получившее начальный толчок, всегда останавливается. Естественное состояние тела - покой, а движется оно только под влиянием силы или импульса. Отсюда следовало, что тяжелое тело должно падать быстрее легкого, потому что оно сильнее притягивается к Земле. Галилей Если мысленно представить, что трение отсутствует, то тело, получившее начальный толчок на горизонтальной поверхности, продолжало бы двигаться безостановочно в течение неопределенно долгого времени. ВЫВОД : естественным состоянием тела является покой ВЫВОД : для тела состояние движения также естественно, как и состояние покоя 2.2. Естественное состояние тела Галилео Галилей стал использовать опыт, как средство проверки гипотез и обнаружения новых фактов. Он доказал, что в суждениях о природе необходимо оперировать свойствами, которые можно точно измерить.

18. 2.3. Представления о форме Земли 2.3.1. Земля плоская. Первоначально у людей было представление, что Земля плоская и лежит на большой черепахе или ките. В те времена люди жили на очень ограниченном пространстве и мало путешествовали. С развитием мореплавания было замечено, что земная поверхность имеет некоторую кривизну. 2.3.2. Земля сферическая. Первым предложил считать Землю шаром Пифагор. В 340 г. до н. э. Аристотель в своей книге “ О небе ” приводил доводы в пользу того, что Земля имеет сферическую форму. Первые неопровержимые доказательства шарообразности Земли были получены в XVI в., когда Фернан Магеллан совершил первое в истории человечества кругосветное плавание (1519–1522 гг.). Этим путешествием было доказано наличие единого Мирового океана и получено практическое доказательство шарообразности Земли.

20. Атом был изучен благодаря эксперименту английского физика, лауреата Нобелевской премии Эрнеста Резерфорда. Эрнест Резерфорд (1871-1937) Изучая рассеяние альфа-частиц при прохождении их через золотую пластину, Резерфорд пришел к выводу, что в центре атомов существует массивное положительно заряженное ядро . Чуть позже Резерфорд предложил планетарную модель атома , представляющую собой подобие Солнечной системы: в центре - положительно заряженное ядро, вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Резерфорд, заложивший основы учения о радиоактивности и строении атома, экспериментально доказал существование протонов и высказал предположение о возможности существования нейтральной частицы - нейтрона . Учениками Резерфорда были Петр Капица и Юлий Харитон.

23. На пересечении линий заметны белые пятна. Эти пятна создают иллюзию концентрических кругов

24. Обратите внимание на узловые точки. Какого они цвета – черного или белого ? Узловые точки белого цвета!

25. Возникает иллюзия, что рисунок пульсирует (иллюзия движения)

26. Возникает иллюзия, что рисунок пульсирует (иллюзия движения)

27. Иллюзия движения Райли

28. Видите волнообразное смещение ? Это не анимация – картинка статична

29. Какой отрезок больше – А или Б? Какой отрезок больше А-Б или Б-В? Какое расстояние больше – между точками А и Б или между точками В и Г? (отрезки одинаковы) (отрезки равны между собой) (расстояние одинаково)

30. В действительности на рисунке изображены концентрические круги. В этом можно убедиться, обведя один из них острием карандаша. Подобные и многие другие явления, обусловленные субъективным восприятием наших органов чувств, создают затруднения для наблюдателя. А что видите Вы ? Человеческий глаз видит на рисунке систему спиралей, исходящих из общего центра.

31. 3 D изображение. Использование очков с двухцветными стеклами Красный фильтр пропускает только красные тона, т.к.другие цвета проходят через фильтр ослабленными, а голубой – голубые. Это позволяет разделить изображения для двух глаз, если на экран одно изображение (снятое одной камерой) будет проецироваться через красный, а другое (полученное второй камерой) – через зеленый (или синий) фильтр. Смотря на экран через очки соответствующих цветов, мы увидим объемное 3D изображение. Цветопередача в таких очках будет искажена из-за подавления многих цветов. Один глаз видит почти ту же картинку, что и второй, но с небольшим смещением.

32. В 1832 году немецким ученым Гауссом была предложена система мер, основанная на С антиметре, Г рамме и С екунде – система СГС , которая широко использовалась до принятия международной системы единиц ( СИ ). III . Единицы международной системы СИ Единицы международной системы SI Величина Наименование Обозначение Основные единицы СИ Длина метр м Масса килограмм кг Время секунда с Сила электрического тока ампер А Термодинамическая температура кельвин К Сила света кандела кд Количество вещества моль моль Дополнительные единицы СИ Плоский угол радиан рад Телесный угол стерадиан ср

33. IV . Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ Приставка Числовое значение Сокращенное обозначение Приставка Числовое значение Сокращенное обозначение Атто Фемто Пико Нано Микро Милли Санти 10 -18 10 -15 10 -12 10 -9 10 -6 10 -3 10 -2 а ф п н мк м с Деци Дека Гекто Кило Мега Гига Тера 10 -1 10 1 =10 10 2 10 3 10 6 10 9 10 12 д да г к М Г Т

34. В физике для обозначения физических величин и переменных широко применяются латинский и греческий алфавиты. ГРЕЧЕСКИЙ АЛФАВИТ

35. ЛАТИНСКИЙ АЛФАВИТ Современный латинский алфавит состоит из 26 букв A, a а N, n эн B, b бе O, o о C, c це P, p пэ D, d де Q, q ку E, e е ( э ) R, r эр F, f эф S, s эс G, g ге (же) T, t тэ H, h аш (ха) U, u у I, i и V, v ве J, j йот (жи) W, w дубель-ве K, k ка X, x икс L, l эл Y, y игрек M, m эм Z, z зед