Ученые с планеты Земля используют массу инструментов, пытаясь описать то, как работает природа и в целом. Что они приходят к законам и теориям. В чем разница? Научный закон можно зачастую свести к математическому утверждению, вроде E = mc²; это утверждение базируется на эмпирических данных и его истинность, как правило, ограничивается определенным набором условий. В случае E = mc² - скорость света в вакууме.
Научная теория зачастую стремится синтезировать ряд фактов или наблюдений за конкретными явлениями. И в целом (но не всегда) выходит четкое и проверяемое утверждение относительно того, как функционирует природа. Совсем не обязательно сводить научную теорию к уравнению, но она на самом деле представляет собой нечто фундаментальное о работе природы.
Как законы, так и теории зависят от основных элементов научного метода, например, создании гипотез, проведения экспериментов, нахождения (или не нахождения) эмпирических данных и заключение выводов. В конце концов, ученые должны быть в состоянии повторить результаты, если эксперименту суждено стать основой для общепринятного закона или теории.
В этой статье мы рассмотрим десять научных законов и теорий, которые вы можете освежить в памяти, даже если вы, к примеру, не так часто обращаетесь к сканирующему электронному микроскопу. Начнем со взрыва и закончим неопределенностью.
Если и стоит знать хотя бы одну научную теорию, то пусть она объяснит, как вселенная достигла нынешнего своего состояния (или не достигла, ). На основании исследований, проведенных Эдвином Хабблом, Жоржем Леметром и Альбертом Эйнштейном, теория Большого Взрыва постулирует, что Вселенная началась 14 миллиардов лет назад с массивного расширения. В какой-то момент Вселенная была заключена в одной точке и охватывала всю материю нынешней вселенной. Это движение продолжается и по сей день, а сама вселенная постоянно расширяется.
Теория Большого Взрыва получила широкую поддержку в научных кругах после того, как Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили космический микроволновый фон в 1965 году. С помощью радиотелескопов два астронома обнаружили космический шум, или статику, которая не рассеивается со временем. В сотрудничестве с принстонским исследователем Робертом Дике, пара ученых подтвердила гипотезу Дике о том, что первоначальный Большой Взрыв оставил после себя излучение низкого уровня, которое можно обнаружить по всей Вселенной.
Закон космического расширения Хаббла
Давайте на секунду задержим Эдвина Хаббла. В то время как в 1920-х годах бушевала Великая депрессия, Хаббл выступал с новаторским астрономическим исследованием. Он не только доказал, что были и другие галактики помимо Млечного Пути, но также обнаружил, что эти галактики несутся прочь от нашей собственной, и это движение он назвал разбеганием.
Для того, чтобы количественно оценить скорость этого галактического движения, Хаббл предложил закон космического расширения, он же закон Хаббла. Уравнение выглядит так: скорость = H0 x расстояние. Скорость представляет собой скорость разбегания галактик; H0 - это постоянная Хаббла, или параметр, который показывает скорость расширения вселенной; расстояние - это расстояние одной галактики до той, с которой происходит сравнение.
Постоянная Хаббла рассчитывалась при разных значениях в течение достаточно долгого времени, однако в настоящее время она замерла на точке 70 км/с на мегапарсек. Для нас это не так важно. Важно то, что закон представляет собой удобный способ измерения скорости галактики относительно нашей собственной. И еще важно то, что закон установил, что Вселенная состоит из многих галактик, движение которых прослеживается до Большого Взрыва.
Законы планетарного движения Кеплера
На протяжении веков ученые сражались друг с другом и с религиозными лидерами за орбиты планет, особенно за то, вращаются ли они вокруг Солнца. В 16 веке Коперник выдвинул свою спорную концепцию гелиоцентрической Солнечной системы, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Однако только с Иоганном Кеплером, который опирался на работы Тихо Браге и других астрономов, появилась четкая научная основа для движения планет.
Три закона планетарного движения Кеплера, сложившиеся в начале 17 века, описывают движение планет вокруг Солнца. Первый закон, который иногда называют законом орбит, утверждает, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптической орбите. Второй закон, закон площадей, говорит, что линия, соединяющая планету с солнцем, образует равные площади через равные промежутки времени. Другими словами, если вы измеряете площадь, созданную нарисованной линией от Земли от Солнца, и отслеживаете движение Земли на протяжении 30 дней, площадь будет одинаковой, вне зависимости от положения Земли касательно начала отсчета.
Третий закон, закон периодов, позволяет установить четкую взаимосвязь между орбитальным периодом планеты и расстоянием до Солнца. Благодаря этому закону, мы знаем, что планета, которая относительно близка к Солнцу, вроде Венеры, имеет гораздо более краткий орбитальный период, чем далекие планеты, вроде Нептуна.
Универсальный закон тяготения
Сегодня это может быть в порядке вещей, но более чем 300 лет назад сэр Исаак Ньютон предложил революционную идею: два любых объекта, независимо от их массы, оказывают гравитационное притяжение друг на друга. Этот закон представлен уравнением, с которым многие школьники сталкиваются в старших классах физико-математического профиля.
F = G × [(m1m2)/r²]
F - это гравитационная сила между двумя объектами, измеряемая в ньютонах. M1 и M2 - это массы двух объектов, в то время как r - это расстояние между ними. G - это гравитационная постоянная, в настоящее время рассчитанная как 6,67384(80)·10 −11 или Н·м²·кг −2 .
Преимущество универсального закона тяготения в том, что он позволяет вычислить гравитационное притяжение между двумя любыми объектами. Эта способность крайне полезна, когда ученые, например, запускают спутник на орбиту или определяют курс Луны.
Законы Ньютона
Раз уж мы заговорили об одном из величайших ученых, когда-либо живущих на Земле, давайте поговорим о других знаменитых законах Ньютона. Его три закона движения составляют существенную часть современной физики. И как и многие другие законы физики, они элегантны в своей простоте.
Первый из трех законов утверждает, что объект в движении остается в движении, если на него не действует внешняя сила. Для шарика, который катится по полу, внешней силой может быть трение между шаром и полом, или же мальчик, который бьет по шарику в другом направлении.
Второй закон устанавливает связь между массой объекта (m) и его ускорением (a) в виде уравнения F = m x a. F представляет собой силу, измеряемую в ньютонах. Также это вектор, то есть у него есть направленный компонент. Благодаря ускорению, мяч, который катится по полу, обладает особым вектором в направлении его движения, и это учитывается при расчете силы.
Третий закон довольно содержательный и должен быть вам знаком: для каждого действия есть равное противодействие. То есть для каждой силы, приложенной к объекту на поверхности, объект отталкивается с такой же силой.
Законы термодинамики
Британский физик и писатель Ч. П. Сноу однажды сказал, что неученый, который не знал второго закона термодинамики, был как ученый, который никогда не читал Шекспира. Нынче известное заявление Сноу подчеркивало важность термодинамики и необходимость даже людям, далеким от науки, знать его.
Термодинамика - это наука о том, как энергия работает в системе, будь то двигатель или ядро Земли. Ее можно свести к нескольким базовым законам, которые Сноу обозначил следующим образом:
- Вы не можете выиграть.
- Вы не избежите убытков.
- Вы не можете выйти из игры.
Давайте немного разберемся с этим. Говоря, что вы не можете выиграть, Сноу имел в виду то, что поскольку материя и энергия сохраняются, вы не можете получить одно, не потеряв второе (то есть E=mc²). Также это означает, что для работы двигателя вам нужно поставлять тепло, однако в отсутствии идеально замкнутой системы некоторое количество тепла неизбежно будет уходить в открытый мир, что приведет ко второму закону.
Второй закон - убытки неизбежны - означает, что в связи с возрастающей энтропией, вы не можете вернуться к прежнему энергетическому состоянию. Энергия, сконцентрированная в одном месте, всегда будет стремиться к местам более низкой концентрации.
Наконец, третий закон - вы не можете выйти из игры - относится , самой низкой теоретически возможной температуре - минус 273,15 градуса Цельсия. Когда система достигает абсолютного нуля, движение молекул останавливается, а значит энтропия достигнет самого низкого значения и не будет даже кинетической энергии. Но в реальном мире достичь абсолютного нуля невозможно - только очень близко к нему подойти.
Сила Архимеда
После того как древний грек Архимед открыл свой принцип плавучести, он якобы крикнул «Эврика!» (Нашел!) и побежал голышом по Сиракузам. Так гласит легенда. Открытие было вот настолько важным. Также легенда гласит, что Архимед обнаружил принцип, когда заметил, что вода в ванной поднимается при погружении в него тела.
Согласно принципу плавучести Архимеда, сила, действующая на погруженный или частично погруженный объект, равна массе жидкости, которую смещает объект. Этот принцип имеет важнейшее значение в расчетах плотности, а также проектировании подлодок и других океанических судов.
Эвoлюция и естественный отбор
Теперь, когда мы установили некоторые из основных понятий о том, с чего началась Вселенная и как физические законы влияют на нашу повседневную жизнь, давайте обратим внимание на человеческую форму и выясним, как мы дошли до такого. По мнению большинства ученых, вся жизнь на Земле имеет общего предка. Но для того, чтобы образовалась такая огромная разница между всеми живыми организмами, некоторые из них должны были превратиться в отдельный вид.
В общем смысле, эта дифференциация произошла в процессе эволюции. Популяции организмов и их черты прошли через такие механизмы, как мутации. Те, у кого черты были более выгодными для выживания, вроде коричневых лягушек, которые отлично маскируются в болоте, были естественным образом избраны для выживания. Вот откуда взял начало термин естественный отбор.
Можно умножить две этих теории на много-много времени, и собственно это сделал Дарвин в 19 веке. Эволюция и естественный отбор объясняют огромное разнообразие жизни на Земле.
Общая теория относительности
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна была и остается важнейшим открытием, которое навсегда изменила наш взгляд на вселенную. Главным прорывом Эйнштейна было заявление о том, что пространство и время не являются абсолютными, а гравитация - это не просто сила, приложенная к объекту или массе. Скорее гравитация связана с тем, что масса искривляет само пространство и время (пространство-время).
Чтобы осмыслить это, представьте, что вы едете через всю Землю по прямой линии в восточном направлении, скажем, из северного полушария. Через некоторое время, если кто-то захочет точно определить ваше местоположение вы будете гораздо южнее и восточнее своего исходного положения. Это потому что Земля изогнута. Чтобы ехать прямо на восток, вам нужно учитывать форму Земли и ехать под углом немного на север. Сравните круглый шарик и лист бумаги.
Пространство - это в значительной мере то же самое. К примеру, для пассажиров ракеты, летящей вокруг Земли, будет очевидно, что они летят по прямой в пространстве. Но на самом деле, пространство-время вокруг них изгибается под действием силы тяжести Земли, заставляя их одновременно двигаться вперед и оставаться на орбите Земли.
Теория Эйнштейна оказала огромное влияние на будущее астрофизики и космологии. Она объяснила небольшую и неожиданную аномалию орбиты Меркурия, показала, как изгибается свет звезд и заложила теоретические основы для черных дыр.
Принцип неопределенности Гейзенберга
Расширение теории относительности Эйнштейна рассказало нам больше о том, как работает Вселенная, и помогло заложить основу для квантовой физики, что привело к совершенно неожиданному конфузу теоретической науки. В 1927 году осознание того, что все законы вселенной в определенном контексте являются гибкими, привело к ошеломительному открытию немецкого ученого Вернера Гейзенберга.
Постулируя свой принцип неопределенности, Гейзенберг понял, что невозможно одновременно знать с высоким уровнем точности два свойства частицы. Вы можете знать положение электрона с высокой степенью точности, но не его импульс, и наоборот.
Позже Нильс Бор сделал открытие, которое помогло объяснить принцип Гейзенберга. Бор выяснил, что электрон обладает качествами как частицы, так и волны. Концепция стала известна как корпускулярно-волновой дуализм и легла в основу квантовой физики. Поэтому, когда мы измеряем положение электрона, мы определяем его как частицу в определенной точке пространства с неопределенной длиной волны. Когда мы измеряем импульс, мы рассматриваем электрон как волну, а значит можем знать амплитуду ее длины, но не положение.
Ни одна сфера человеческой деятельности не обходится без точных наук. И как бы ни были сложны человеческие взаимоотношения, они тоже сводятся к этим законам. предлагает вспомнить законы физики, с которыми человек сталкивается и переживает каждый день своей жизни.
Самый простой, но самый важный закон – это Закон сохранения и преобразования энергии .
Энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной. А мы с Вами именно в такой замкнутой системе и находимся. Т.е. сколько отдадим, столько и получим. Если мы хотим что-то получить, надо столько же перед этим отдать. И никак иначе!
А нам, конечно же, хочется получать большую зарплату, а на работу при этом не ходить. Иногда создается иллюзия, что «дуракам везет» и многим счастье сваливается на голову. Вчитайтесь в любую сказку. Героям постоянно надо преодолевать огромные трудности! То искупаться в воде студеной, то в кипятке.
Мужчины обращают на себя внимание женщин ухаживаниями. Женщины в свою очередь заботятся потом об этих мужчинах и о детях. И так далее. Так что, если вы хотите что-то получить, потрудитесь сначала отдать.
Сила действия равна силе противодействия.
Этот закон физики отражает предыдущий, в принципе. Если человек совершил негативный поступок – осознанный или нет – а потом получил ответ, т.е. противодействие. Иногда причина и следствие бывают разнесены во времени, и можно сразу и не понять, откуда ветер дует. Надо, главное, помнить, что ничего просто так не бывает.
Закон рычага.
Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю! ». Любую тяжесть можно перенести, если подобрать правильный рычаг. Нужно всегда прикинуть какой длины понадобится рычаг, чтобы добиться той или иной цели и сделать для себя вывод, расставить приоритеты: нужно ли тратить столько сил, чтобы создать правильный рычаг и передвинуть эту тяжесть или проще оставить ее в покое и заняться другой деятельностью.
Правило буравчика.
Правило заключается в том, что указывает на направление магнитного поля. Это правило отвечает на вечный вопрос: кто виноват? И указывает на то, что во всем, что с нами происходит, виноваты мы сами. Как бы обидно не было, как бы сложно не было, как бы, на первый взгляд несправедливо не было, надо всегда отдавать себе отчет в том, что причиной изначально были мы сами.
Закон гвоздя .
Когда человек хочет забить гвоздь, он же не стучит где-то рядом с гвоздем, он стучит именно по шляпке гвоздя. Но ведь гвозди сами не залезают в стены. Нужно всегда подбирать правильный молоток, чтобы не разбить гвоздь кувалдой. И забивая, надо рассчитывать удар, чтобы не погнулась шляпка. Будьте проще, заботьтесь друг о друге. Научитесь думать о ближнем.
И наконец, закон Энтропии.
Под энтропией понимают меру беспорядка системы. Иными словами, чем больше хаоса в системе, тем больше энтропия. Более точная формулировка: при самопроизвольных процессах, протекающих в системах, энтропия всегда возрастает. Как правило, все самопроизвольные процессы необратимы. Они приводят к реальным изменениям в системе, и вернуть ее в первоначальное состояние без затраты энергии невозможно. При этом нельзя в точности повторить (на все 100%) ее исходное состояние.
Чтобы лучше уяснить, о каком порядке и беспорядке идет речь, поставим опыт. Насыплем в стеклянную банку чёрных и белых дробинок. Сначала насыплем чёрных, затем белых. Дробинки будут располагаться в два слоя: снизу чёрный, сверху белый – все упорядочено. Затем несколько раз встряхнем банку. Дробинки равномерно перемешаются. И сколько бы мы затем не трясли эту банку, нам вряд ли удастся добиться, чтобы дробинки снова расположились в два слоя. Вот она, энтропия в действии!
Состояние, когда дробинки были расположены в два слоя, считается упорядоченным. Состояние, когда дробинки равномерно перемешаны, считается беспорядочным. Чтобы вернуться в упорядоченное состояние, нужно практически чудо! Или повторная кропотливая работа с дробинками. А чтобы навести хаос в банке, почти не требуется усилий.
Автомобильное колесо. Когда оно накачено, в нем избыток свободной энергии. Колесо может ехать, и значит, оно работает. Это порядок. А если проколоть колесо? Давление в нем упадет, свободная энергия «уйдет» в окружающую среду (рассеется), и работать такое колесо уже не сможет. Это хаос. Чтобы вернуть систему в исходное состояние, т.е. навести порядок, нужно провести немалую работу: заклеить камеру, смонтировать колесо, накачать его и т.д., после чего это опять нужная вещь, которая способна приносить пользу.
Тепло передается от горячего тела холодному, а не наоборот. Обратный процесс теоретически возможен, а практически никто не возьмется это делать, поскольку потребуются колоссальные усилия, специальные установки и оборудование.
Также и в обществе. Люди стареют. Дома рушатся. Утесы оседают в море. Галактики разбегаются. К беспорядку самопроизвольно стремится любая окружающая нас действительность.
Однако люди часто говорят о беспорядке как о свободе: «Нет, не хотим мы порядка! Дайте нам такую свободу, чтобы каждый мог делать то, что хочет! » Но когда каждый делает, что хочет, это не свобода – это хаос. В наше время многие восхваляют беспорядок, пропагандируют анархию - словом, все то, что разрушает и разделяет. Но свобода - не в хаосе, свобода именно в порядке.
Упорядочивая свою жизнь, человек создает себе запас свободной энергии, которую затем реализует на осуществление своих планов: работу, учебу, отдых, творчество, спорт и т.п. – иными словами, противостоит энтропии. Иначе, как бы мы смогли накопить за последние 250 лет столько материальных ценностей?!
Энтропия – это мера беспорядка, мера необратимого рассеивания энергии. Чем больше энтропия, тем больше беспорядка. Дом, в котором никто не живет, ветшает. Железо со временем ржавеет, автомобиль стареет. Отношения, о сохранении которых никто не заботится, разрушаются. Так и все остальное в нашей жизни, совершенно все!
Естественное состояние природы не равновесие, а возрастание энтропии. Этот закон неумолимо работает и в жизни одного человека. Ему ничего не надо делать, чтобы его энтропия возрастала, это происходит самопроизвольно, по закону природы. Для того чтобы снизить энтропию (беспорядок), надо приложить немало усилий. Это своего рода пощечина позитивным до дури людям (под лежачий камень и вода не течет), которых довольно много!
Поддержание успеха требует постоянных усилий. Если мы не развиваемся, то мы деградируем. И чтобы сохранить то, что у нас было раньше, мы должны сегодня сделать больше, чем делали вчера. Вещи можно содержать в порядке и даже улучшить: если краска на доме выцвела, его можно покрасить заново, причем еще красивее, чем раньше.
Люди должны пытаться «усмирить» произвольное деструктивное поведение, которое преобладает в современном мире повсеместно, стараться снизить состояние хаоса, который мы же и разогнали до грандиозных пределов. И это физический закон, а не просто треп о депрессии и негативном мышлении. Всё либо развивается, либо деградирует.
Живой организм рождается, развивается и умирает, и никто никогда не наблюдал, чтобы после смерти он оживал, молодел и возвращался в семя или утробу. Когда говорят, что прошлое никогда не возвращается, то, конечно, имеют в виду, в первую очередь, эти жизненные явления. Развитие организмов задает положительное направление стрелы времени, и смена одного состояния системы другим происходит всегда в одном направлении для всех без исключения процессов.
Валериан Чупин
Источник информации: Чайковские.Новости
Комментарии (3)
Богатство современного общества прирастает, и будет прирастать во все большей мере, прежде всего всеобщим трудом. Промышленный капитал явился первой исторической формой общественного производства, когда интенсивно начал эксплуатироваться всеобщий труд. Причем сначала тот, который достался ему даром. Наука, как заметил Маркс, ничего не стоила капиталу. Действительно, ни один капиталист не заплатил вознаграждение ни Архимеду, ни Кардано, ни Галилею, ни Гюйгенсу, ни Ньютону за практическое использование их идей. Но именно промышленный капитал в массовом масштабе начинает эксплуатировать механическую технику, а тем самым и всеобщий труд, овеществленный в ней. Маркс К, Энгельс Ф. Соч., т. 25, ч. 1, с. 116.
Согласно этому закону процесс, единственным результом которого является передача энергии в форме теплоты от более холодного тела к более нагретому, невозможен без изменений в самой системе и окружающей среде.
Второй закон термодинамики выражает стремление системы, состоящей из большого количества хаотически движущихся частиц, к самопроизвольному переходу из состояний менее вероятных в состояния более вероятные. Запрещает создание вечного двигателя второго рода.
В равных объемах идеальных газов при одинаковой температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.
Закон открыт в 1811 г. итальянским физиком А. Авогадро (1776–1856).
Закон взаимодействия двух токов, текущих в проводниках, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга гласит: параллельные проводники с токами одного направления притягиваются, а с токами противоположного направления отталкиваются.
Закон открыт в 1820 г. А. М. Ампером.
Закон гидро и аэростатики: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, равная весу жидкости или газа, вытесненного телом, и приложенная в центре тяжести погруженной части тела. FA = gV, где g - плотность жидкости или газа, V - объем погруженной части тела.
Иначе закон можно сформулировать следующим образом: тело, погруженное в жидкость или газ, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ). Тогда P = mg - FA.
Закон открыт древнегреческим ученым Архимедом в 212 г. до н. э. Он является основой теории плавания тел.
Один из законов идеального газа: при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная. Формула: pV = const. Описывает изотермический процесс.
Закон всемирного тяготения, или закон тяготения Ньютона: все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Согласно этому закону упругие деформации твердого тела прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям.
Описывает тепловое действие электрического тока: количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему постоянного тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения. Открыт Джоулем и Ленцем независимо друг от друга в XIX в.
Основной закон электростатики, выражающий зависимость силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов от расстояния между ними: два неподвижных точечных заряда взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды, в которой находятся заряды. Величина численно равна силе, действующей между двумя расположенными в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга точечными неподвижными зарядами по 1 Кл каждый.
Закон Кулона является одним из экспериментальных обоснований электродинамики. Открыт в 1785 г.
Один из основных законов электрического тока: сила постоянного электрического тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Справедлив для металлических проводников и электролитов, температура которых поддерживается постоянной. В случае полной цепи формулируется следующим образом: сила постоянного электрического тока в цепи прямо пропорциональна эдс источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.
Открыт в 1826 г. Г. С. Омом.
1. "только физика, только хардкор! Чердак", Побединский Д
.
Знаете ли вы, что такое время? А как придумали теорию струн? Какой химический элемент - самый большой в мире? А вот Дмитрий Побединский, физик, популярный видео
блогер и постоянный автор "Чердака", знает - и может рассказать! Ли параллельные вселенные существуют? Можно ли создать настоящий световой меч? Что почувствует искусственный интеллект при первом поцелуе? Как устроена черная дыра? На эти и другие вопросы, которые любого из нас способны поставить в тупик, отвечает Дмитрий - легко и доступно для каждого из нас. Чердак: наука, технологии, будущее" - научно - образовательный проект крупнейшего российского информационного агентства тасс. Для 100 000 своих читателей они каждый день пишут о науке - российской и не только, - а также рассказывают об интересных научно-популярных лекциях, выставках, книгах и кино, показывают опыты и отвечают на научные (и не очень) вопросы об окружающей действительности.
2. "краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр", хокинг с.
Увлекательно и доступно. Знаменитый английский физик Стивен хокинг рассказывает нам о природе пространства и времени, о происхождении вселенной и ее возможной судьбе.
3. "вы, конечно, шутите, мистер фейнман! ", Фейнман Р.
Он был известен своим пристрастием к шуткам и розыгрышам, писал изумительные портреты, играл на экзотических музыкальных инструментах. Великолепный оратор, он превращал каждую свою лекцию в захватывающую интеллектуальную игру. На его выступления рвались не только студенты и коллеги, но и люди, просто увлеченные физикой. Автобиография великого ученого захватывает сильнее, чем приключенческий роман. Это одна из немногих книг, которые навсегда остаются в памяти каждого, кто их прочитал.
4. "Физика Невозможного", каку М.
Известный физик Митио каку исследует кажущиеся сегодня неправдоподобными технологии, явления или приборы с точки зрения возможности их воплощения в будущем. Рассказывая о нашем ближайшем будущем, ученый доступным языком говорит о том, как устроена вселенная. Что такое большой взрыв и черные дыры, фазеры и антивещество. Из книги "Физика Невозможного" вы узнаете, что уже в XXI веке, при нашей жизни, возможно, будут реализованы силовые поля, невидимость, чтение мыслей, связь с внеземными цивилизациями и даже телепортация и межзвездные путешествия.
Почему книга прочтения достойна. Еще совсем недавно нам трудно было даже вообразить сегодняшний мир привычных вещей. Мобильный телефон и интернет казались невозможными. Вы узнаете, какие смелые прогнозы писателей - фантастов и авторов фильмов о будущем имеют шанс сбыться у нас на глазах. Из книги Митио каку, американского физика и популяризатора науки, вы узнаете о самых сложных явлениях и новейших достижениях современной науки и техники. Увидите не только будущее человечества, но и поймете основные законы вселенной. Вы убедитесь в том, что в этом мире нет ничего невозможного!
5. "красота физики. Постигая устройство природы", вильчек Ф.
Верно ли, что красота правит миром? Этим вопросом на протяжении всей истории человечества задавались и мыслители, и художники, и ученые. На страницах великолепно иллюстрированной книги своими размышлениями о красоте вселенной и научных идей делится нобелевский лауреат Фрэнк вильчек. Шаг за шагом, начиная с представлений греческих философов и заканчивая современной главной теорией объединения взаимодействий и направлениями ее вероятного развития, автор показывает лежащие в основе физических концепций идеи красоты и симметрии. Герои его исследования - и Пифагор, и Платон, и ньютон, и максвелл, и Эйнштейн. Наконец, это Эмми нётер, которая вывела из симметрий законы сохранения, и великая плеяда физиков XX в.
В отличие от многих популяризаторов, Фрэнк вильчек не боится формул и умеет "на Пальцах" показать самые сложные вещи, заражая нас юмором и ощущением чуда.
6. "почему E=mc2? И почему это должно нас волновать", кокс б., форшоу Д.
Эта книга поможет понять теорию относительности и проникнуть в смысл самого известного в мире уравнения. Своей теорией пространства и времени Эйнштейн заложил фундамент, на котором зиждется вся современная физика. Пытаясь постичь природу, физики и сегодня создают теории, которые иногда в корне меняют нашу жизнь. О том, как они это делают, рассказывается в этой книге.
Книга будет полезна всем, кто интересуется устройством мира.
7. "Квантовая Вселенная", кокс б., форшоу Дж.
Как устроено то, что мы не можем увидеть.
В этой книге авторитетные ученые Брайан кокс и Джефф форшоу знакомят читателей с квантовой механикой - фундаментальной моделью устройства мира. Они рассказывают, какие наблюдения привели физиков к квантовой теории, как она разрабатывалась и почему ученые, несмотря на всю ее странность, так в ней уверены.
Книга предназначена для всех, кому интересны квантовая физика и устройство вселенной.
8. "физика. Естественная наука в комиксах", гоник Л., Хаффман а.
До того как начать говорить на языке формул подобно фейнману и Ландау, нужно изучить азы. Эта книга в увлекательной форме знакомит с основными физическими явлениями и законами. Аристотель и Галилей, ньютон и максвелл, Эйнштейн и фейнман - признанные гении человечества, которые внесли огромный вклад в развитие физики, и в этом уникальном пособии разъясняется, в чем он состоит. Здесь затрагивается широкий спектр тем: механика, электричество, теория относительности, квантовая электродинамика. Доступность в сочетании с высоким научным уровнем изложения гарантирует успех в изучении одной из самых интересных дисциплин, тесно связанной с другими сферами, и прежде всего с техникой.
9. "Теория Струн и Скрытые Измерения Вселенной", Яу Ш., надис с.
Революционная теория струн утверждает, что мы живем в десятимерной вселенной, но только четыре из этих измерений доступны человеческому восприятию. В случае если верить современным ученым, остальные шесть измерений свернуты в удивительную структуру, известную как многообразие калаби -Яу.
Сколько всего законов физики. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ФИЗИКИ.
Закон сохранения энергии утверждает, что энергия тела никогда не исчезает и не появляется вновь, она может лишь превращаться из одного вида в другой. Этот закон универсален. В различных разделах физики он имеет свою формулировку. Классическая механика рассматривает закон сохранения механической энергии.
Полная механическая энергия замкнутой системы физических тел, между которыми действуют консервативные силы, является величиной постоянной. Так формулируется закон сохранения энергии в механике Ньютона.
Замкнутой, или изолированной, принято считать физическую систему, на которую не действуют внешние силы. В ней не происходит обмена энергией с окружающим пространством, и собственная энергия, которой она обладает, остаётся неизменной, то есть сохраняется. В такой системе действуют только внутренние силы, и тела взаимодействуют друг с другом. В ней могут происходить лишь превращения потенциальной энергии в кинетическую и наоборот.
Простейший пример замкнутой системы – снайперская винтовка и пуля.
Законы ФИЗИКИ которые должен знать каждый. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ФИЗИКИ (школьный курс).
ЭНЕРГИИ СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЗАКОН - общий закон природы: энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной (сохраняется). Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Для незамкнутой системы увеличение (уменьшение) ее энергии равно убыли (возрастанию) энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.
АРХИМЕДА ЗАКОН - закон гидро- и аэростатики: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, числено равная весу жидкости или газа, вытесненного телом, и приложенная в центре тяжести погруженной части тела. FA= gV, гдеr- плотность жидкости или газа, V - объем погруженной части тела. Иначе можно сформулировать так: тело, погруженное в жидкость или газ, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ). Тогда P= mg - FAОткрыт др. гр. ученым Архимедом в 212г. до н.э. Является основой теории плавания тел.
ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН - закон тяготения Ньютона: все тела притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:, где M и m - массы взаимодействующих тел, R - расстояние между этими телами, G - гравитационная постоянная (в СИ G=6,67.10-11Н.м2/кг2.
ГАЛИЛЕЯ ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, механический принцип относительности - принцип классической механики: в любых инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково при одних и тех же условиях. Ср. относительности принцип.
ГУКА ЗАКОН - закон, согласно которому упругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям.
ИМПУЛЬСА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН - закон механики: импульс любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянным (сохраняется) и может только перераспределяться между частями системы в результате их взаимодействия.
НЬЮТОНА ЗАКОНЫ - три закона, лежащие в основе ньютоновской классической механики. 1-й закон (закон инерции): материальная точка находится в состоянии прямолинейного и равномерного движения или покоя, если на нее не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. 2-й закон (основной закон динамики): ускорение, полученное телом, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе тела (). 3-й закон: две материальные точки взаимодействуют друг с другом силами одной природы равными по величине и противоположными по направлению вдоль прямой, соединяющей эти точки ().
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП - один из постулатов относительности теории, утверждающий, что в любых инерциальных системах отсчета все физические (механические, электромагнитные и др.) явления при одних и тех же условиях протекают одинаково. Является обобщением Галилея принципа относительности на все физические явления (кроме тяготения).
Закон постоянства состава вещества.
Закон постоянства состава (Ж. Л. Пруст, 1801 - 1808гг.) - любое определенное химически чистое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же химических элементов, причём отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами. Это один из основных законов химии.
Закон постоянства состава не выполняется для бертоллидов (соединений переменного состава). Однако условно для простоты состав многих бертоллидов записывают как постоянный. Например, состав оксида железа(II) записывают в виде FeO (вместо более точной формулы Fe
Закон всемирного тяготения. Описание закона всемирного тяготения
Коэффициент- это гравитационная постоянная. В системе СИ гравитационная постоянная имеет значение:
Эта постоянная, как видно, очень мала, поэтому силы тяготения между телами, имеющими небольшие массы, тоже малы и практически не ощущаются. Однако движение космических тел полностью определяется гравитацией. Наличие всемирного тяготения или, другими словами, гравитационного взаимодействия объясняет, на чем «держатся» Земля и планеты, и почему они двигаются вокруг Солнца по определенным траекториям, а не улетают от него прочь. Закон всемирного тяготения позволяет определить многие характеристики небесных тел – массы планет, звезд, галактик и даже черных дыр. Этот закон позволяет с большой точностью рассчитать орбиты планет и создать математическую модель Вселенной.
С помощью закона всемирного тяготения также можно рассчитать космические скорости. Например, минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью Земли, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите – 7,9 км/с (первая космическая скорость). Для того, чтобы покинуть Землю, т.е. преодолеть ее гравитационное притяжение, тело должно иметь скорость 11,2 км/с, (вторая космическая скорость).
Гравитация является одним из самых удивительных феноменов природы. В отсутствии сил гравитации существование Вселенной было бы невозможно, Вселенная не могла бы даже возникнуть. Гравитация ответственна за многие процессы во Вселенной – ее рождение, существование порядка вместо хаоса. Природа гравитации до сих пор до конца неразгаданна. До настоящего времени никто не смог разработать достойный механизм и модель гравитационного взаимодействия.
Закон (Сила) Архимеда - На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости или газа.
В интегральной форме
Архимедова сила направлена всегда противоположно силе тяжести, поэтому вес тела в жидкости или газе всегда меньше веса этого тела в вакууме.
Если тело плавает на поверхности или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая сила (называемая также архимедовой силой) равна по модулю (и противоположна по направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объём жидкости (газа), и приложена к центру тяжести этого объёма.
Что касается тел, которые находятся в газе, например в воздухе, то для нахождения подъёмной силы (Силы Архимеда) нужно заменить плотность жидкости на плотность газа. Например, шарик с гелием летит вверх из-за того, что плотность гелия меньше, чем плотность воздуха.
В отсутствие гравитационного поля (Сила тяготения), то есть в состоянии невесомости, закон Архимеда не работает. Космонавты с этим явлением знакомы достаточно хорошо. В частности, в невесомости отсутствует явление конвекции (естественное перемещение воздуха в пространстве), поэтому, например, воздушное охлаждение и вентиляция жилых отсеков космических аппаратов производятся принудительно, вентиляторами
Нынешняя стандартная модель физики элементарных частиц – косный механизм, состоящий из скудного набора ингредиентов. Но, несмотря на кажущуюся неповторимость, наша Вселенная представляет собой лишь один из бесчисленного множества возможных миров. Мы не имеем ни малейшего представления, почему именно данная конкретная конфигурация частиц и сил, на них воздействующих, лежит в основе нашего мироустройства.
Почему существует шесть «ароматов» кварков, три «поколения» нейтрино и одна частица Хиггса? Кроме того, в комплектацию стандартной модели входят девятнадцать фундаментальных физических постоянных (например, масса и заряд электрона). Значения этих «свободных параметров», казалось бы, не несут никакого глубинного смысла. С одной стороны, физика элементарных частиц – образчик элегантности. С другой – это просто красивая теория.
Если наш мир – всего лишь один из многих, то что нам делать с альтернативными мирами? Нынешняя точка зрения – абсолютная противоположность эйнштейновскому представлению о неповторимой Вселенной. Современные физики охватывают огромное вероятностное пространство и пытаются понять логику его взаимосвязей. Из золотоискателей они превратились в географов и геологов, наносящих на карту ландшафт и подробно изучающих силы, его сформировавшие.
Вехой в этом процессе стало рождение теории струн. На данный момент она – единственный кандидат на звание «теории всего». Хорошая новость состоит в том, что в теории струн нет свободных параметров. Не возникает вопроса, какая теория струн описывает нашу Вселенную, потому что она единственна. Отсутствие каких-либо дополнительных функций ведет к радикальным последствиям. Все числа в природе должны определяться самой физикой. Это не «константы природы», а просто переменные, получаемые из уравнений (порой, правда, невероятно сложных).
Плохие новости, господа. Пространство решений теории струн обширно и сложно. Для физики это нормально. Традиционно различают фундаментальные законы, основывающиеся на математических уравнениях и на решениях этих уравнений. Обычно, есть несколько законов и бесконечное число решений. Возьмем законы Ньютона. Они четкие и элегантные, но описывают невероятно широкий спектр явлений: от падающего яблока до лунной орбиты. Зная начальное состояние системы, с помощью этих законов можно описать ее состояние в следующий момент. Мы не ожидаем и не требуем универсального решения, которое описывало бы всё.
Шпаргалка с формулами по физике для ЕГЭ
и не только (может понадобиться 7, 8, 9, 10 и 11 классам).
Для начала картинка, которую можно распечатать в компактном виде.
Механика
- Давление Р=F/S
- Плотность ρ=m/V
- Давление на глубине жидкости P=ρ∙g∙h
- Сила тяжести Fт=mg
- 5. Архимедова сила Fa=ρ ж ∙g∙Vт
- Уравнение движения при равноускоренном движении
X=X 0 +υ 0 ∙t+(a∙t 2)/2 S=(υ 2 -υ 0 2) /2а S=(υ +υ 0) ∙t /2
- Уравнение скорости при равноускоренном движении υ =υ 0 +a∙t
- Ускорение a=(υ -υ 0)/t
- Скорость при движении по окружности υ =2πR/Т
- Центростремительное ускорение a=υ 2 /R
- Связь периода с частотой ν=1/T=ω/2π
- II закон Ньютона F=ma
- Закон Гука Fy=-kx
- Закон Всемирного тяготения F=G∙M∙m/R 2
- Вес тела, движущегося с ускорением а Р=m(g+a)
- Вес тела, движущегося с ускорением а↓ Р=m(g-a)
- Сила трения Fтр=µN
- Импульс тела p=mυ
- Импульс силы Ft=∆p
- Момент силы M=F∙ℓ
- Потенциальная энергия тела, поднятого над землей Eп=mgh
- Потенциальная энергия упруго деформированного тела Eп=kx 2 /2
- Кинетическая энергия тела Ek=mυ 2 /2
- Работа A=F∙S∙cosα
- Мощность N=A/t=F∙υ
- Коэффициент полезного действия η=Aп/Аз
- Период колебаний математического маятника T=2π√ℓ/g
- Период колебаний пружинного маятника T=2 π √m/k
- Уравнение гармонических колебаний Х=Хmax∙cos ωt
- Связь длины волны, ее скорости и периода λ= υ Т
Молекулярная физика и термодинамика
- Количество вещества ν=N/ Na
- Молярная масса М=m/ν
- Cр. кин. энергия молекул одноатомного газа Ek=3/2∙kT
- Основное уравнение МКТ P=nkT=1/3nm 0 υ 2
- Закон Гей – Люссака (изобарный процесс) V/T =const
- Закон Шарля (изохорный процесс) P/T =const
- Относительная влажность φ=P/P 0 ∙100%
- Внутр. энергия идеал. одноатомного газа U=3/2∙M/µ∙RT
- Работа газа A=P∙ΔV
- Закон Бойля – Мариотта (изотермический процесс) PV=const
- Количество теплоты при нагревании Q=Cm(T 2 -T 1)
- Количество теплоты при плавлении Q=λm
- Количество теплоты при парообразовании Q=Lm
- Количество теплоты при сгорании топлива Q=qm
- Уравнение состояния идеального газа PV=m/M∙RT
- Первый закон термодинамики ΔU=A+Q
- КПД тепловых двигателей η= (Q 1 - Q 2)/ Q 1
- КПД идеал. двигателей (цикл Карно) η= (Т 1 - Т 2)/ Т 1
Электростатика и электродинамика – формулы по физике
- Закон Кулона F=k∙q 1 ∙q 2 /R 2
- Напряженность электрического поля E=F/q
- Напряженность эл. поля точечного заряда E=k∙q/R 2
- Поверхностная плотность зарядов σ = q/S
- Напряженность эл. поля бесконечной плоскости E=2πkσ
- Диэлектрическая проницаемость ε=E 0 /E
- Потенциальная энергия взаимод. зарядов W= k∙q 1 q 2 /R
- Потенциал φ=W/q
- Потенциал точечного заряда φ=k∙q/R
- Напряжение U=A/q
- Для однородного электрического поля U=E∙d
- Электроемкость C=q/U
- Электроемкость плоского конденсатора C=S∙ε ∙ε 0 /d
- Энергия заряженного конденсатора W=qU/2=q²/2С=CU²/2
- Сила тока I=q/t
- Сопротивление проводника R=ρ∙ℓ/S
- Закон Ома для участка цепи I=U/R
- Законы послед. соединения I 1 =I 2 =I, U 1 +U 2 =U, R 1 +R 2 =R
- Законы паралл. соед. U 1 =U 2 =U, I 1 +I 2 =I, 1/R 1 +1/R 2 =1/R
- Мощность электрического тока P=I∙U
- Закон Джоуля-Ленца Q=I 2 Rt
- Закон Ома для полной цепи I=ε/(R+r)
- Ток короткого замыкания (R=0) I=ε/r
- Вектор магнитной индукции B=Fmax/ℓ∙I
- Сила Ампера Fa=IBℓsin α
- Сила Лоренца Fл=Bqυsin α
- Магнитный поток Ф=BSсos α Ф=LI
- Закон электромагнитной индукции Ei=ΔФ/Δt
- ЭДС индукции в движ проводнике Ei=Вℓυ sinα
- ЭДС самоиндукции Esi=-L∙ΔI/Δt
- Энергия магнитного поля катушки Wм=LI 2 /2
- Период колебаний кол. контура T=2π ∙√LC
- Индуктивное сопротивление X L =ωL=2πLν
- Емкостное сопротивление Xc=1/ωC
- Действующее значение силы тока Iд=Imax/√2,
- Действующее значение напряжения Uд=Umax/√2
- Полное сопротивление Z=√(Xc-X L) 2 +R 2
Оптика
- Закон преломления света n 21 =n 2 /n 1 = υ 1 / υ 2
- Показатель преломления n 21 =sin α/sin γ
- Формула тонкой линзы 1/F=1/d + 1/f
- Оптическая сила линзы D=1/F
- max интерференции: Δd=kλ,
- min интерференции: Δd=(2k+1)λ/2
- Диф.решетка d∙sin φ=k λ
Квантовая физика
- Ф-ла Эйнштейна для фотоэффекта hν=Aвых+Ek, Ek=U з е
- Красная граница фотоэффекта ν к = Aвых/h
- Импульс фотона P=mc=h/ λ=Е/с
Физика атомного ядра
