Физика какая наука – Введение Физика как наука. Содержание и структура физики

Содержание

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 Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена) Ибн ал-Хайсам (около 965 — около 1040), пионер оптики

Свойство 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

Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена)

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.

Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена)

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

Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена) Зелёный (520 нм), синий (445 нм) и красный (635 нм) лазеры

С 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[21]. 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

Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена) Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена) Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена)

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, уточнение значений физических констант. 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

Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена)

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 твёрдого 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

Рисунок Ибн ал-Хайсама (Альхазена)

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

ru.wikipedia.org

Физика (наука) 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 уче

ru-wiki.ru

Естественные науки — Википедия

Естественные науки (устар. естественная история, от «естество» или природа) — науки, изучающие природу (понимаемую в широком смысле как материальный мир Вселенной)[1]. Мно­же­ст­во от­рас­лей ес­те­ст­вен­ных на­ук объединено в систему наук — естествознание[2].

Естественные науки, как современные научные направления, сформировались в XIX веке, они пришли на смену «естественной истории» и «естествознанию». К естественным наукам относят разделы отвечающие за изучение природных явлений, в отличие от гуманитарных и социальных наук, изучающих человеческое общество.

В России в качестве введения в естественные науки и обобщающего школьного предмета последовательно выступали курсы: «Естествознание», «Природоведение» и «Окружающий мир».

Естественная история, 1728 г. Перевод Ж. Бюффона, 1801 г.

Происхождение естественных наук связано с развитием античной философии — натурализма и научными исследованиями природы.

В период позднего средневековья начался пересмотр основных представлений античной естественнонаучной картины мира, схоластики и религиозных догматов.

В XVIII—XIX веках на основании выделения объектов исследования в природе и создания новых методов их изучения начали формироваться самостоятельные научные направления и научные школы. Они различались по роду (факторам), энергии (силе) и скорости (темпам) действующих раньше и теперь сил. У них было разное отношение к принципу однообразия, непрерывности и суммирования мелких отклонений в течение длительного времени[3]. По вопросу о соотношении ныне действующих сил природы с силами прошлого выделялись:

Естественная история[править | править код]

Естественная история (устар. от лат. Naturalis Historia — натуральная история) — наука о развитии какой-нибудь области знания о природе[4]. В настоящее время эти направления наук относят к естествознанию или естественным наукам[5][6].

Значение термина естественная история со временем становилось более конкретным в связи с появлением отдельных наук:

  • В античное время естественная история охватывала все знания о природе.
  • Со времен Карла Линнея естественная история понималась как изучение трёх царств природы: минералов, растений и животных[1].

ЭСБЕ отмечает, что естественной историей до сих пор именуется совокупность трёх наук: «минералогия в обширном значении этого выражения, то есть со включением геологии, ботаника и зоология», которые он относит к частному естествознанию. При этом, «это устаревшее выражение следовало бы устранить или применять только к их чисто описательной части»[7].

В современном языке используется преимущественно в контексте истории науки для обозначения естественноисторических научных областей, когда они ещё не были выделены в самостоятельные науки.

В некоторых других языках соответствующий термин помимо значения, указанного выше, имеет и некоторое значение, привязанное к современности. Например, в английском дисциплину Natural history иногда относят к тем исследованиям живой природы, которые основаны преимущественно на наблюдениях и публикуются в популярных изданиях[8][уточнить].

Естествознание[править | править код]

Естествозна́ние — совокупность знаний о природных объектах, явлениях и процессах. Естествознание возникло до образования отдельных естественных наук. Оно активно развивалось в XVII—XIX веках. Учёных, занимавшихся естествознанием или накоплением первичных знаний о природе, называли естествоиспытателями.

В историческом контексте, при описании наук до XIX века объединение понятий естествественная история, естествознание и естественные науки недопустимо, так как в период развития естествознания естественные науки ещё не сформировались. С точки зрения современной науки, естествознание — область науки, включающая совокупность естественных наук, взятых как целое[9].

Основные естественные науки возникшие из естествознания — физика, химия, биология, астрономия, география, геология.

Затем на стыках этих наук появились такие науки, как геофизика, астрофизика, биофизика, биохимия, физическая химия, химическая физика, геохимия, метеорология, климатология, почвоведение.

Кроме того, образовались прикладные науки, такие как агрохимия, экология, химическая технология, горная наука и другие.

Математику объединяют с логикой в комплекс формальных наук и не включают в естественные науки, поскольку их методология существенно отличается от методологии естественных наук. По той же причине к естественным наукам вряд ли может быть отнесена большая часть современной информатики. Исследования, посвящённые обработке информации в природе, мозге и обществе, выделяются в специальный раздел естественной информатики[10][11][12][13][14][15].

  1. 1 2 Естествознание // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  2. ↑ Eстествознание в БРЭ.
  3. Равикович А. И. Развитие основных теоретических направлений в геологии 19 века. М.: Наука, 1969. 248 с. (Труды Геологического института АН СССР; Вып. 189).
  4. ↑ История (значения термина) // Толковый словарь русского языка с включениями сведений о происхождении слов. М.: Азбуковник, 2008. С. 310.
  5. ↑ Михаил Васильевич Буташевич-Петрашевский — Google Книги
  6. ↑ Вступление // Геологический факультет Московского университета им. М. В. Ломоносова. М.: Изд-во МГУ, 1995. С. 5.
  7. ↑ Естественная история // Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907
  8. ↑ Natural History в лексической базе данных WordNet.
  9. ↑ Естествознание / Кедров Б. М. // Евклид — Ибсен. — М. : Советская энциклопедия, 1972. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 9).
  10. West Churchman C. Elements of Logic and Formal Science. — New York: J. B. Lippincott Co., 1940.
  11. Franklin J. The formal sciences discover the philosophers’ stone. // Studies in History and Philosophy of Science. — 1994. — Vol. 25. — №. 4. — P. 513—533.
  12. Leacock S. Elements of Political Science. — Houghton Mifflin Co., 1906. — 417 p.
  13. Stigum B. P. Toward a Formal Science of Economics. — MIT Press, 1990.
  14. Tomalin M. Linguistics and the Formal Sciences. — Cambridge University Press, 2006.
  15. Вайсбанд И. 5000 лет информатики. — М. Чёрная белка, 2010

Основные научные труды по естественной истории:

  • Плиний Г. Естественная история, 77.
  • Кант И. Всеобщая естественная история и теория неба, 1755.
  • Бюффон Ж. Естественная история в 36 томах, 1749—1788; Граф де Бюффон Всеобщая и частная естественная история. Перевод акад. С. Румовский и И. Лепёхин. Ч. 1. Санктпетербург: Императорская Академия наук, 1801. (3 издание с прибавлениями. и правками). 380 с.
  • Естествознание: словарь-справочник / авторы-составители: Ю. В. Егоров, Л. Н. Аркавенко, О. А. Осипова, Екатеринбург: издательский дом «Сократ», 2004
  • Фолта Я., Новы Л. История естествознания в датах: Хронологический обзор = Jaroslav Folta, Luboš Nový. Dejiny prirodných vied v dátach. Chronologický prehlad. — Bratislava, Smena,1981 / Пер. со словац. к.х.н. З. Е. Гельмана; Предисл. и общ. ред. д.х.н. А. Н. Шамина. — М.: Прогресс, 1987. — 496 с. — 23 000 экз. (в пер.)
  • Гайдук Г. В. Доклассическое естествознание Восточной Европы конца XV — середины XVIII веков. — Минск: ФУАинформ, 2010. — 416, [30] с. — 400 экз. — ISBN 978-985-6868-45-3. (в пер.)

ru.wikipedia.org

Урок 1: Физика — наука о природе

План урока:

Что изучает физика?

Явления неживой природы

Наблюдения и опыты

Неизвестное слово «СИ»

 

Что изучает физика?

Слово «физика» возникло в глубокой древности. Родоначальником физики был ученый Аристотель (Др. Греция 384-322 г.г. до н. э.). Он написал книгу «Физика», посвященную исследованиям природы. Значит, греческое слово «физика» — это наука о природе.

1
Примеры изучения физики: свет, звук, лёд, радуга (Источник unsplash.com)

Природа — все живое и неживое в окружающем нас мире. Все, что связано с любыми природными объектами, о которых можно судить по ощущениям человека – это материя. В классе – парты, стулья, учебники, карандаши, ручки; в столовой – вкусные обеды и завтраки, аппетитные запахи; на улице – машины, люди, здания, ветер, бегущие после дождя ручейки; дома – знакомые вещи, мебель; в лесу – деревья, кусты, трава, птицы, животные.

2
Примеры тел: велосипед, сумка с вещами, карандаши, ткани и ножницы
(Источник: unsplash.com)

Эти и другие предметы называются физическими телами. Тело состоит из вещества. Например, линейка может быть деревянной, стальной, пластмассовой. Поэтому, сталь, дерево, пластмасса – это физические вещества.

12
Примеры веществ в ведрах: деревянное, металлическое, пластиковое
(Источник: unsplash.сom)

Некоторые тела состоят из одного вещества, другие – из нескольких, например, бронза – сплав меди и олова. Тела, состоящие из одного вещества, называются однородными, а из нескольких веществ – неоднородными.

Вещество можно видеть, ощущать, фиксировать при помощи органов чувств. Но существует еще один вид материи, которая регистрируется только приборами. Это поле. Поле определяет притяжение тел к Земле, а планет к Солнцу. Останкинскую телебашню и телевизоры в домах соединяют между собой также физические поля.

4
Магнитное поле вокруг Земли (Источник)

Понятия «материя» и «поле» более глубоко изучаются в старших классах.

 

Явления неживой природы

Окружающий человека мир постоянно меняется. Изменения в неживой природе называются физическими явлениями. Летит птица или ползет гусеница, сверкает молния, гремит гром, идет дождь, река несет свои воды мимо берегов, падает с дерева листок, просыпается вулкан, ветер поднимает пыль на дороге, кипит вода в чайнике, тает снег и много-много другого происходит вокруг. (Если нужно рассмотреть изменения, происходящие в живом организме птицы или гусеницы, то этим займутся другие науки, например, биология, зоология).

5
Спящий вулкан (Источник)

 

6
Летящий самолёт (Источник unsplash.com)

 

7
Полярное сияние (Источник unsplash.com)

Существует несколько видов физических явлений.

  • Механические – явления, связанные с движением. Летит самолет, бежит спортсмен, едет автомобиль. Звук — тоже движение колеблющихся тел;
  • Тепловые – процессы, которые связаны с температурой тел. Нагревание воздуха в доме от батареи, горение дров в костре, образование льда на речке. Вот примеры тепловых явлений;
  • Электрические – явления, обусловленные существованием в природе заряженных частиц. Например, работа электроприборов, молния, полярное сияние, искорки вокруг синтетической одежды в темноте;
  • Магнитные – явления, связанные с действием магнита на некоторые тела. Стрелка компаса показывает на Юг и на Север, потому что Земля – это огромный магнит. В школе на уроках физики демонстрируют полосовой и дугообразный магниты. Электрические и магнитные явления тесным образом связаны друг с другом, поэтому их называют электромагнитными;
  • Оптические (световые) явления – частный случай электромагнитных изменений. Солнечный «зайчик», радуга, зеркальное отражение – все это небольшая частица многочисленных явлений оптики.

Многие процессы имеют сложный характер. Например, вспышка молнии – это одновременно и электрическое, и магнитное, и оптическое явление.

 

Наблюдения и опыты

Человеку свойственны любопытство, интерес. Люди всегда пытались понять и объяснить окружающий их мир, но объяснение должно быть научно, т.е. должно опираться на физические теории и законы. Как же открываются законы, и создаются теории? Первый этап поиска научной истины называется научным наблюдением.

8
Процесс наблюдения (Источник unsplash.com)

Процедура наблюдения содержит разнообразие методов, приводящих к истине:

9(Источник)

Ученые тщательно наблюдают за определенным явлением, изучают его закономерности, формы проявления. Солнечные затмения, землетрясения, грозы, появления необычных небесных тел — комет в далеком прошлом пугали людей, заставляли их задумываться о существовании потусторонней силы. Ученые с помощью наблюдений определили причины и условия протекания этих процессов и заставили реально посмотреть на эти природные «чудеса».

Но для полного понимания происходящего нужно перейти ко второму этапу – опытному. Опыт позволяет воссоздать природное явление в лаборатории ученого.

10
(Источник)

Лишь после этого создается теория – третий заключительный этап поиска истины.

Работая над созданием теории, ученые вводят различные физические величины, которые характеризуют изучаемое явление, например, время, длина, масса. Правильное и точное измерение величин играет большую роль в выработке правильного вывода. Для этого нужны специальные приборы: часы, линейка или сантиметровая лента, весы и т. д.

Между измеренными величинами устанавливаются определенные связи, которые являются закономерными и называются физическими законами. Законы, описывающие общую группу явлений, образуют физическую теорию.

Вот пример рождения одной из теорий. На что реагирует человек прежде всего? Конечно, на движущиеся предметы. Наблюдая за движением птиц, животных, небесных тел, за падением капель дождя и снега, человек задумывается о причинах, которые заставляют двигаться тела. Он сравнивает движение разных тел, находит сходство и различие в их движении.

Ученые, жившие еще до нашей эры, Аристотель, Архимед и другие положили начало учению о движении, основываясь на наблюдениях. Но одни наблюдения не могли точно и верно объяснить движение тел.

В XVI – XVII веках ученые переходят к экспериментальным методам. Результатом опытов Х. Гюйгенса, Г. Галилея, Р. Декарта, И. Кеплера и многих других ученых стали законы, описывающие падение тел, движение планет Солнечной системы, поведение тел при столкновениях.

Достигнутые опытным путем результаты, получили завершение в работах великого английского ученого-физика Исаака Ньютона (1643 — 1727 г.г.), создавшего теорию классической механики, науки о движении. Но и гениальный Ньютон не до конца рассмотрел особенности движения тел. В XX веке Альберт Эйнштейн (1879 – 1955 г.г.) создает теорию движения, которая механику Ньютона включает в себя как частный случай.

11
Эйнштейн, Ньютон, Аристотель, Архимед 

И это еще не все. Пока не изучены еще звездные миры, до которых надо добраться. Но как? Это вопрос будущего. И ответ на этот вопрос, может быть, даст еще одна теория движения.

Сложен путь решения загадок, которые ставит перед человеком природа. Но учиться распутывать и разгадывать их нужно правильно, как это делает наука физика:

  • Наблюдение – начало поиска научной истины;
  • Опыт – практическое открытие или подтверждение результатов наблюдений;
  • Научная теория – завершенное доказательство научной истины.

И главная задача физики: открыть физические законы, по которым протекают различные явления; найти закономерности, сравнить и обобщить результаты; объяснить причины явлений и процессов, предположить их развитие; использовать эти законы в жизни и деятельности человека.

Законам физики подчиняется все, что находится во Вселенной.

 

Неизвестное слово «СИ»

При изучении физики приходится решать очень много расчетных, количественных, задач, где используются единицы измерения различных физических величин. Эти единицы измерения переводятся в общепринятую международную систему единиц измерения – СИ. Широко используются такие привычные единицы, как литр, минута, час, тонна, гектар и другие. Но, решая задачи по физике, нужно и их уметь переводить в систему интернациональную (СИ). Почему? Развернутый ответ на это вопрос здесь:

Что общего в следующих обозначениях: аршин[1], фут[2], кабельтов[3], сажень[4]?

Что объединяет штоф[5], галлон[6], пинту[7], кварту[8], четверть[9], баррель[10]?

Сразу очень непросто дать ответ на эти вопросы. Нужно быть неплохим эрудитом для этого. Первый набор слов обозначает единицы длины, а второй – единицы объема.

До 1960 года положение в обозначении физических величин было катастрофическим. Одни и те же физические величины по-разному обозначались не только в различных науках, но и в различных разделах физики. Одна и та же величина имела от 10 до 20 и более единиц измерения. А если учесть, что в разных странах тоже имелись свои единицы измерения, то получалась полнейшая неразбериха. Помнится история Вавилонской башни, которую не могли достроить, так как строители, начав говорить на разных языках, перестали понимать друг друга. Эта же история назревала и в мире физических единиц измерения.

Без измерения нельзя обойтись в любой сфере практической деятельности человека. В производственной и научной практике приходится измерять более 2 тысяч различных величин. Кроме того, возросли требования к точности измерения, ведь в те годы развивались такие отрасли, как кибернетика, электроника, космическая техника. Необходимо было решить противоречие: много очень точных измерений физических величин необходимо человечеству, но делались эти измерения в различных единицах, которые очень сложно сводить друг с другом.

Решением этой проблемы явилось введение единого универсального языка для измерения физических величин, понятного для всех стран. Таким языком стала Международная система единиц физических величин, разработанная ведущими специалистами ряда стран и утвержденная в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Сокращенно эту систему называют СИ – система интернациональная.

В основе СИ – 7 основных единиц (см. таблицу) и 2 дополнительные (радиан и стерадиан, изучаются в старших классах школы). Все другие физические единицы СИ называются производными. Они образованы основными и дополнительными единицами.

13
(Источник)

Над единицами величин производятся математические действия. Следует запомнить некоторые правила работы с ними:

  • Складывать и вычитать можно только однородные физические единицы;
  • Физические единицы можно умножать и делить;
  • Однородные физические единицы можно взаимно сокращать.

Сложные комбинации физических единиц называют в честь великих ученых, внесших большой вклад в определение этих величин. Причем сами единицы пишутся с маленькой буквы, а их сокращенные обозначения – с большой, например, 12 ньютонов и 12 Н.

Для измерения малых и больших величин применяются дольные и кратные приставки к основным единицам. Например, приставки милли (м) и микро (мк) обозначают тысячную и миллионную доли, а кило (к) и мега (М) в тысячу и миллион раз большую.

     2 км = 2 000 м;

     3 кг = 3 000 г;

     4 км = 4 000 000 мм;

     5 кг = 5 000 000мг;

     6 мм = 0,006 м;

     7 мг = 0,007 г;

     8 мкм = 0,00000 м;

     9 мкг = 0,000009 г.

Изучая старинные единицы измерения длин, масс, площадей, объемов, можно перевести их в систему СИ с помощью справочников и наглядно представить эти физические величины.

 

Словарь

Меры длины:

1. Аршин – 1) величина, равная 0, 7112м. 2) деревянная узкая дощечка с делениями.

2. Фут – (в пер. с англ. значит «ступня»). 1 фут = 30 см 48 мм.

3. Кабельтов – 1) в мореплавании (185,2 м). 2) в артиллерии (182,87 м). 3) Специальный трос для швартовки.

4. Сажень – часто использовалась на Руси. По сведениям истории, названий саженей больше 10, между собой они никак не связаны. Простая сажень – 150,8 см.

Меры объема:

5. Штоф – одна десятая часть ведра, равная десяти чаркам – это примерно 1,23 л. Введен в петровские времена для алкогольных напитков.

6. Галлон — мера жидких и сыпучих тел в Англии, равная 4,5 л; в США — 3,7 л (для жидких тел) и 4,4 л (для сыпучих тел).

7. Пинта – исторически принятая в странах английской системы мера объема жидкостей. Применяется редко в быту и торговле.1 пинта = 0,56 л.

8. Кварта – (с лат. «четверть») мера объема. Для сухих веществ 1 кварта = 1,1012 дм3, для жидких = 0,9463 дм3.

9. Четверть – на Руси мера объёма сыпучих тел. 1 четверть = 1.4 ведра = 3,08 л.

10. Баррель – 1) Единица объема, используемая в пивоварении. 2) Единица объема в производстве нефти. 1баррель = 159 л.

 

100urokov.ru

Физика – это наука о познании Вселенной :: SYL.ru

Физика – это наука естествознания, которая включает изучение материи, ее движение и поведение в пространстве и времени. А также связанные с ними понятия, такие как энергия и сила. Является одной из самых фундаментальных научных дисциплин, главная цель которой – понять, как устроена Вселенная.

физика это

Описание

Физика – это старейшая академическая дисциплина, а самым древним ее подразделом является астрономия. В течение последних двух тысячелетий она была частью натурфилософии, но в ходе научной революции в 17 веке естественные науки стали самостоятельными объектами исследования. Физику также считают фундаментальной наукой, поскольку она представляет предмет изучения всех отраслей естествознания, таких как химия, астрономия, геология, биология и других.

Значение

Физика и другие науки взаимосвязаны. Она пересекается со многими междисциплинарными областями исследований, такими как биофизика и квантовая химия. Новые идеи физиков часто объясняют фундаментальные механизмы других наук, открывая новые направления исследований в таких областях, как математика и философия.

Физика вносит первостепенный вклад в развитие инновационных технологий, которые возникают в результате теоретических прорывов. Благодаря открытиям ученых появились телевидение, вычислительная и бытовая техника, ядерная энергетика. Достижения в термодинамике привели к развитию индустриализации, а прогресс в механике вдохновил на развитие математического анализа.

физика и другие науки

Классификация

Физика – это конгломерат направлений и дисциплин, изучающих различные аспекты мироздания: от законов Вселенной, до атомарных состояний. Науку подразделяют на:

  • физику частиц;
  • ядерную;
  • атомную;
  • молекулярную;
  • оптическую;
  • конденсированного состояния;
  • астрофизику;
  • прикладную физику.

Каждый из глобальных разделов имеет отдельные направления исследований. Например, прикладная физика включает 27 подразделов: акустику, агрофизику, динамику, геофизику, оптику, нанотехнологии, квантовую информатику, фотонику и т. д.

что изучает молекулярная физика

Что изучает молекулярная физика

Данное направление служит для исследований физических свойств молекул, химических связей между атомами, а также молекулярной динамики. Наиболее важными экспериментальными методами являются различные типы спектроскопии, также используется рассеяние. Дисциплина находится в тесной взаимосвязи с другими разделами науки. Например, теория поля одновременно связана с молекулярной и атомной физикой, при этом затрагивает теоретическую химию, физическую химию и химическую физику.

В дополнение к электронным состояниям возбуждения атомов, молекулы проявляют вращательные и колебательные моды, энергетические уровни которых квантуются. Наименьшие энергетические различия существуют между вращательными состояниями: чистые вращательные спектры находятся в области дальней инфракрасной области (длина волны около 30-150 мкм) электромагнитного спектра. Вибрационные спектры находятся в ближнем инфракрасном диапазоне (около 1-5 мкм), а спектры, возникающие в результате электронных переходов, в основном находятся в видимой и ультрафиолетовой областях. Из измерения вращательных и колебательных спектральных свойств можно точно рассчитать свойства молекул, такие как расстояние между ядрами.

какой раздел физики изучает движение

Движениями, при которых учитываются массы, занимается подраздел динамика. А если при движениях массы не учитываются – кинематика. При этом значение имеет, в какой среде происходит движение (водной, воздушной, твердой), на макро либо на молекулярном уровне.

В целом динамика является разделом классической механики, связанной с изучением сил и крутящих моментов, их влияние на движение. Кинематика, наоборот, изучает движение объектов, не ссылаясь на его причины. Основные постулаты сформулировал Исаак Ньютон в своих трех законах движения.

Существуют две категории изучения динамики: линейная и вращательная. Первая относится к объектам, перемещающимся прямолинейно, и определяет:

  • силу;
  • массу/инерцию;
  • смещение;
  • скорость;
  • ускорение;
  • импульс.

Динамика вращения относится к объектам, которые перемещаются либо вращаются по искривленным траекториям и включают такие величины, как:

  • крутящий момент;
  • момент инерции;
  • угловое смещение;
  • угловая скорость;
  • угловое ускорение;
  • угловой момент.

какие явления изучает физика

Физические явления

На вопрос, какие явления изучает физика, ответить несложно. Это все процессы, которые происходят вокруг нас, будь то на планете Земля либо в глубоком космосе. В целом их разделяют на:

  • механические;
  • магнитные;
  • тепловые;
  • звуковые;
  • оптические.

Вывод

Физика – это важнейшая дисциплина, без развития которой дальнейший прогресс человечества невозможен. Она помогает раскрывать все новые тайны мироздания, осваивать космос, погружаться в микромир элементарных частиц, развивать технологии.

Исследования постоянно развиваются на большом количестве фронтов. В физике конденсированных сред важной нерешенной теоретической проблемой является проблема высокотемпературной сверхпроводимости. Многие эксперименты с конденсированными веществами направлены на создание работоспособной спинтроники и квантовых компьютеров.

В физике частиц впервые появились первые экспериментальные данные за пределами Стандартной модели. Прежде всего, это указывает на то, что нейтрино имеют отличную от нуля массу. Эти экспериментальные результаты, похоже, решают давнюю проблему солнечных нейтрино, а физика массивных нейтрино остается областью активных теоретических и экспериментальных исследований. Большой адронный коллайдер уже нашли бозон Хиггса, но будущие исследования ставят своей целью доказать или опровергнуть суперсимметрию, которая расширяет стандартную модель физики элементарных частиц. В настоящее время продолжаются исследования природы основных тайн темной материи и темной энергии.

www.syl.ru

Физик — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Фи́зик — учёный, чьи научные исследования в основном посвящены физике. Физики работают над широким кругом проблем как в фундаментальной науке, начиная от субатомных частиц и заканчивая поведением Вселенной как целого[1], так и в прикладной физике.

Появление отдельного термина для обозначения учёного, занимающегося физикой, следует отнести к середине XIX века, когда физика выделяется как отдельная наука со своими объектами изучения и применяемыми методами.

(!)Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону (Россия), возможно, нарушая при этом правило о взвешенности изложения.

Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов.

В России[править | править код]

Обучение физике включено в общеобразовательную школьную программу с 7 класса (основы проходят в курсе естествознания в 5-6 классах). Для школьников, проявляющих интерес к изучению физики, существуют специализированные школы — физико-математические лицеи, школы-интернаты и т. п. Кроме того, в некоторых школах организуются дополнительные занятия по углублённому изучению физики.

Для выявления наиболее сильных школьников ежегодно проводится всероссийская олимпиада по физике, победители и призёры которой в дальнейшем получают право представлять Россию на ежегодной Международной физической олимпиаде школьников.

Подготовка профессиональных физиков происходит в высших учебных заведениях, обычно на специализированных факультетах университетов. Такие факультеты обычно носят название физических, реже в названии факультета может выделяться более узкая направленность подготовки — так, на территории бывшего СССР существует большое количество радиофизических факультетов. В некоторых университетах обучение физиков и математиков объединено на физико-математических факультетах. Кроме этого, существуют отдельные высшие учебные заведения, концентрирующиеся на подготовке физиков, например, Московский физико-технический институт. Физики некоторых специальностей (биофизики, геофизики, астрофизики и т. п.) могут учиться на биологических, геологических, механико-математических факультетах вузов.

В России на данный момент параллельно действует две системы подготовки физиков — одноступенчатая («старая») пятилетняя система, по окончании которой вручается диплом специалиста, и двуступенчатая болонская, состоящая из бакалавриата (4 года) и магистратуры (2 года). После завершения бакалавриата вручается диплом бакалавра, после магистратуры — диплом магистра. При этом происходит постепенный переход на вторую систему с полным отказом от пятилетней.

После получения высшего физического образования есть возможность продолжить обучение в аспирантуре, по завершении которой обычно происходит защита кандидатской диссертации и присуждение учёной степени кандидата физико-математических наук. Часть кандидатов наук через определённое время защищают вторую диссертацию, получая учёную степень доктора физико-математических наук.

Учёные степени по физике в России в настоящее время присуждаются по следующей номенклатуре специальностей[2]:

  • 01.04.01 Приборы и методы экспериментальной физики
  • 01.04.02 Теоретическая физика
  • 01.04.03 Радиофизика
  • 01.04.04 Физическая электроника
  • 01.04.05 Оптика
  • 01.04.06 Акустика
  • 01.04.07 Физика конденсированного состояния
  • 01.04.08 Физика плазмы
  • 01.04.09 Физика низких температур
  • 01.04.10 Физика полупроводников
  • 01.04.11 Физика магнитных явлений
  • 01.04.13 Электрофизика, электрофизические установки
  • 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника
  • 01.04.15 Физика и технология наноструктур, атомная и молекулярная физика
  • 01.04.16 Физика атомного ядра и элементарных частиц
  • 01.04.17 Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества
  • 01.04.18 Кристаллография, физика кристаллов
  • 01.04.20 Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника
  • 01.04.21 Лазерная физика
  • 01.04.23 Физика высоких энергий

Кроме того, в ряде других научных направлений существуют такие специализации физиков, как математическая физика, механика, астрофизика, физика Солнца, физическая химия, биофизика, квантовая электроника, агрофизика, геофизика, горная теплофизика, физика атмосферы и гидросферы, ряд технических наук.

Наивысшей наградой для физика является Нобелевская премия, которая вручается, начиная с 1901 года.

Первую Нобелевскую премию по физике получил Вильгельм Рентген в 1901 г. за открытие излучения, впоследствии названного его именем.

ru.wikipedia.org

Математическая физика — Википедия

Математи́ческая фи́зика — теория математических моделей физических явлений. Она относится к математическим наукам; критерий истины в ней — математическое доказательство. Однако, в отличие от чисто математических наук, в математической физике исследуются физические задачи на математическом уровне, а результаты представляются в виде теорем, графиков, таблиц и т. д. и получают физическую интерпретацию. При таком широком понимании математической физики к ней следует относить и такие разделы механики, как теоретическая механика, гидродинамика и теория упругости. Редакционная коллегия журнала Journal of Mathematical Physics определяет математическую физику как «применение математики к физическим задачам и разработка математических методов, подходящих для таких приложений и для формулировок физических теорий»[1].

Близким понятием является теоретическая физика, которая разрабатывает новые математические модели для явлений, удовлетворительных моделей которых пока не построено, и иногда жертвует математической строгостью методов и моделей, в то время как математическая физика обычно формулирует и глубоко исследует уже построенные модели на математическом уровне строгости.

Классическая математическая физика[править | править код]

Первоначально математическая физика сводилась к краевым задачам для дифференциальных уравнений. Это направление составляет предмет классической математической физики, которая сохраняет важное значение и в настоящее время.

Классическая математическая физика развивалась со времён Ньютона параллельно с развитием физики и математики. В конце XVII века было открыто дифференциальное и интегральное исчисление (И. Ньютон, Г. Лейбниц) и сформулированы основные законы классической механики и закон всемирного тяготения (И. Ньютон). В XVIII веке методы математической физики начали формироваться при изучении колебаний струн, стержней, маятников, а также задач, связанных с акустикой и гидродинамикой; закладываются основы аналитической механики (Ж. Даламбер, Л. Эйлер, Д. Бернулли, Ж. Лагранж, К. Гаусс, П. Лаплас). В XIX веке методы математической физики получили новое развитие в связи с задачами теплопроводности, диффузии, теории упругости, оптики, электродинамики, нелинейными волновыми процессами и т. д.; создаются теория потенциала, теория устойчивости движения (Ж. Фурье, С. Пуассон, Л. Больцман, О. Коши, М. В. Остроградский, П. Дирихле, Дж. К. Максвелл, Б. Риман, С. В. Ковалевская, Д. Стокс, Г. Р. Кирхгоф, А. Пуанкаре, А. М. Ляпунов, В. А. Стеклов, Д. Гильберт, Ж. Адамар, А. Н. Тихонов — некоторые из указанных здесь ученых творили и в XX веке или на рубеже XX и XIX веков). В XX веке возникают новые задачи газовой динамики, теории переноса частиц и физики плазмы.

Современная математическая физика[править | править код]

В XX в. появляются новые разделы физики: квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая статистическая физика, теория относительности, гравитация, синергетика (А. Пуанкаре, Д. Гильберт, П. Дирак, А. Эйнштейн, Н. Н. Боголюбов, В. А. Фок, Э. Шрёдингер, Г. Вейль, Р. Фейнман, Дж. фон Нейман, В. Гейзенберг, И. Пригожин, С. Курдюмов). Достаточно особое место занимает математическая физика биологических объектов, изучающая действие физических законов на биологическом уровне организации вещества и энергии и в России развиваемая, в частности, на базе ИПМ РАН.

Для изучения этих явлений множество используемых математических средств значительно расширяется: наряду с традиционными областями математики стали широко применяться теория операторов, теория обобщённых функций, теория функций многих комплексных переменных, топологические и алгебраические методы, теория чисел, p-адический анализ, асимптотические и вычислительные методы. С появлением ЭВМ существенно расширился класс математических моделей, допускающих детальный анализ; появилась реальная возможность ставить вычислительные эксперименты, например моделировать взрыв атомной бомбы или работу атомного реактора в реальном масштабе времени[прояснить]. В этом интенсивном взаимодействии современной теоретической физики и современной математики оформилась новая область — современная математическая физика. Её модели не всегда сводятся к краевым задачам для дифференциальных уравнений, они часто формулируются в виде системы аксиом.

  • Арнольд В. И. Математические методы классической механики. — М.: Наука, 1989. — 472 с.
  • Арнольд В. И. Что такое математическая физика? // УФН. — 2004. — Т. 174, № 12. — С. 1381—1382.
  • Владимиров В. С. Что такое математическая физика? — Препринт, Математический институт им. В. А. Стеклова РАН. — М.: МИАН, 2006. — 20 с.
  • Владимиров В. С. Уравнения математической физики. — М.: Наука, 1981. — 512 с.
  • Владимиров В. С., Волович И. В., Зеленов Е. И. Р-адический анализ и математическая физика. — М.: Физматлит, 1994. — 352 с.
  • Джеффрис Г., Свирлс Б. Методы математической физики. — М.: Мир, 1969—1970. — 424+352+344 с.
  • Курант Р., Гильберт Д. Методы математической физики. — М.: ГИТТЛ, 1951. — 476+544 с.
  • Математическая физика. Энциклопедия / Гл. ред. Л. Д. Фаддеев. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — 691 с.
  • Морс Ф. М., Фешбах Г. Методы теоретической физики. — М.: Издательство иностранной литературы, 1958—1960. — 930+886 с.
  • Мэтьюз Дж., Уокер Р. Математические методы физики. — М.: Атомиздат, 1972. — 400 с.
  • Петровский И. Г. Лекции об уравнениях с частными производными. — М.: Физматгиз, 1961. — 400 с.
  • Полянин А. Д. Справочник по линейным уравнениям математической физики. — М.: Физматлит, 2001. — 576 с.
  • Полянин А. Д., Зайцев В. Ф. Справочник по нелинейным уравнениям математической физики: Точные решения. — М.: Физматлит, 2002. — 432 с.
  • Полянин А. Д., Зайцев В. Ф., Журов А. И. Методы решения нелинейных уравнений математической физики и механики. — М.: Физматлит, 2005. — 256 с.
  • Рид М., Саймон Б. Методы современной математической физики. — М.: Мир, 1977—1982. — 356+396+444+432 с.
  • Рихтмайер Р. Принципы современной математической физики. — М.: Мир, 1982—1984. — 488+384 с.
  • Тирринг В. Курс математической и теоретической физики. — К.: TIMPANI, 2004. — 1040 с.
  • Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. — М.: Наука, 1977. — 735 с.
  • EqWorld — Мир математических уравнений. Содержит обширную информацию о линейных и нелинейных уравнениях математической физики (уравнениях с частными производными), интегральных уравнениях и других математических уравнениях
  • John Baez, This week’s finds in mathematical physics — еженедельный обзор прогресса в математической физике

ru.wikipedia.org

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о