Секунда это физическое явление: яблоко медь молния скорость секунда??

Содержание

физические тела, явления, вещества — РОСТОВСКИЙ ЦЕНТР ПОМОЩИ ДЕТЯМ № 7

  • Тест по физике: физические тела, явления, вещества
  • МОЛНИЯ (явление) — это… Что такое МОЛНИЯ (явление)?
  • Физика Химия 5-6 класс
  • Чудеса природы: что такое «грязная гроза»?
  • Классный час на тему «Дождь как физическое явление»
  • описание, интересные факты, виды (фото)
  • Явления природы (биологические, физические, химические) | Природоведение. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, конспект, сочинение, ГДЗ, тест, книга
  • Что вызывает звук грома?
  • Объяснение молнии — Science Learning Hub
  • молния | Национальное географическое общество
  • Что вызывает молнию?
  • Как работает молния | HowStuffWorks
  • Учебное пособие по физике: Lightning
  • Странный феномен «шаровой молнии» получил новое поразительное объяснение

Тест по физике: физические тела, явления, вещества

Предлагаю вам тест по физике: физические тела, явления, вещества. Тест был опубликован вчера на Яндекс-Дзен канале «Домобуч». Физика у моих подписчиков не такой популярный предмет, как русский язык, поэтому ответили всего 30 человек. Многие ответили верно, но есть и запутавшиеся. Вы тоже можете пройти этот тест, а под картинкой посмотреть ответы и комментарии.

 

Тест по физике: физические тела, явления, вещества

 

Картиночка)

 

Ответы и пояснения

Вопрос № 1

Ответ: физическое тело — это любой предмет.

Физическая величина описывает физическое тело. Не каждое физическое тело можно взять в руки, например, Луну.

 

Вопрос № 2

Ответ: физическую величину можно измерить или вычислить, выразить в соответствующих единицах. Физическая величина описывает свойства физических тел и явлений.

 

Вопрос № 3

Ответ: вертолёт, ножницы, Луна.

  • Алюминий и спирт — это вещества.
  • Снегопад, метель, гром — физические явления.

 

Вопрос № 4

Ответ: ртуть, спирт, алюминий.

  • Вертолёт и Луна — это физические тела.
  • Снегопад, метель, гром — физические явления.

 

Вопрос № 5

Ответ: снегопад, кипение, метель, гром.

  • Алюминий и ртуть — это вещества.
  • Луна и вертолёт — физические тела.

 

Вопрос № 6

Ответ: катится шар, колеблется маятник часов, летит птица.

  • Шелест листвы, раскат грома — это звуковые явления.
  • Плавится свинец, тает снег — это тепловые явления.
  • Сверкает молния, мерцают звёзды — это световые явления.
  • Гроза — это электрическое явление.

 

Вопрос № 7

Ответ: кипит вода, тает снег, плавится свинец.

  • Мерцают звёзды, сверкает молния — это световые явления.
  • Катится шар, летит птица — это механические явления.
  • Раскат грома, шелестит листва — это звуковые явления.
  • Гроза — это электрическое явление.

 

 

Вопрос № 8

Ответ: раскат грома, шелестит листва, пение птиц.

  • Гроза — это электрическое явление.
  • Сверкает молния, мерцают звёзды — световые явления.
  • Кипит вода, плавится свинец — тепловые явления.
  • Катится шар, летит птица — механические явления.

 

Вопрос № 9

Ответ. Электрические явления: включился электрочайник, гроза.

  • Сверкает молния, мерцают звёзды — это световые явления.
  • Плавится свинец, кипит вода — тепловые явления.
  • Катится шар, летит птица — механические явления.
  • Пение птиц, шелестит листва — звуковые явления.

 

Вопрос № 10

Ответ: сверкает молния, мерцают звёзды..

  • Гроза — электрическое явление.
  • Летит птица, катится шар — механические явления.
  • Кипит вода, плавится свинец — тепловые явления.
  • Пение птиц, шелестит листва — звуковые явления.

 

Второй тест по физике ТУТ.

МОЛНИЯ (явление) — это… Что такое МОЛНИЯ (явление)?

МО́ЛНИЯ, гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, сопровождающийся обычно яркой вспышкой света и громом (см. ГРОМ). Чаще всего наблюдаются линейные молнии — разряды между грозовыми облаками (см. ОБЛАКА) (внутриоблачные) или между облаками и земной поверхностью (наземные).Процесс развития наземной молнии состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии. Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью около 5·10 7 м/с, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мкс, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2·105 м/с. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молний используется для создания молниеотвода ( см. МОЛНИЕОТВОД). В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный, или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч А, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до 108 м/с, а в конце уменьшающейся до 107 м/с. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °С. Длина канала наземной молнии 1—10 км, диаметр — несколько см. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунд, достигая сотен и тысяч А. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.
Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со средней скоростью 106 м/с. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 секунду. Смещение канала многократной молнии ветром создает «ленточную» молнию — светящуюся полосу.
Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 50% в умеренных широтах до 90% в экваториальной полосе. Прохождение молний сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением — атмосфериками (см. АТМОСФЕРИКИ). Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие молниеотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолет — особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.
Особый вид молний — шаровая молния (см. ШАРОВАЯ МОЛНИЯ), светящийся сфероид, обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной молнии.

Физика Химия 5-6 класс

%PDF-1.6 % 2 0 obj > endobj 5 0 obj > stream application/pdf

  • Физика Химия 5-6 класс
  • http://kurokam.ru
  • 2012-09-03T11:41:09ZPDFCreator Version 1.2.32013-01-22T01:10:07+04:002012-09-03T14:43:20+03:00ABBYY FineReader 11uuid:eb27b2cd-405e-4cf2-bbde-1a1897e6776euuid:b822ea4a-6089-4f91-a6b4-037c77b991a0 endstream endobj 3 0 obj > stream x]k\`_j}ђ[email protected],YJ;k,YJf)RtK.RtK-S{Ƴa)RK̖2,eغLK2-eZʴyL94x R,KY,eYʲe,eY¤f][WwCw{Mئn\?]~nWuׂ[0{KCےS}$KGOEû|zx¿nߞiGWuecy o_vm-6Eu

    Чудеса природы: что такое «грязная гроза»?

    • Мишель Дуглас
    • BBC Earth

    Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de

    Подпись к фото,

    Вулкан Сакурадзима в Японии – один из самых активных в мире

    «Грязная гроза» — это редкое зрелище, от которого буквально захватывает дух. В марте оператор Марк Зеглат сумел снять на видеокамеру это необыкновенное явление. Подробности рассказывает корреспондент BBC Earth.

    Оператор, сценарист и, как он себя называет, геонавт Марк Зеглат, который, в числе прочего, специализируется на съемках извержений вулканов, в марте сумел с помощью своей камеры в серии поразительных мгновений запечатлеть вырвавшуюся наружу мощь Земли во всем ее ужасающем и поражающем воображение великолепии.

    «Грязные грозы» — это крайне редкие природные явления, которыми порой сопровождаются крупные извержения вулканов.

    Этот феномен, что еще более необычно и даже уникально, регулярно наблюдается во время извержений вулкана Сакурадзима в Японии, одного из самых активных вулканов в мире.

    Во время своей недавней экспедиции Марку Зеглату выпала удача стать свидетелем драматических извержений вулкана и поразительного природного представления с громом и молниями.

    Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de

    Подпись к фото,

    Хотя вулканические молнии — явление редкое, его довольно регулярно можно наблюдать на Сакурадзиме, говорит Зеглат

    «Термином «грязная гроза» обозначают молнии, возникающие в облаке, которое поднимается из жерла вулкана во время извержения», — объясняет немецкий кинематографист из города Оберхаузен, который уже почти 20 лет совершает экспедиции к действующим вулканам.

    «Сакурадзима – единственный из известных мне вулканов, чьи ежедневные извержения часто сопровождаются молниями», — говорит он. Однако почему именно здесь это происходит так часто, пока не ясно.

    «Во время обычных гроз сталкиваются кристаллы льда, в результате чего происходят электрические разряды, приводящие к молниям. В вулканическом облаке во время извержения вместо кристаллов льда сталкиваются частицы пепла».

    Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de

    Подпись к фото,

    Заглату удалось снять вулканическую молнию во время извержения вулкана Синабунг на Суматре

    Чтобы снять на видео потрясающие кадры извержения вулкана, Марк Зеглат и его друг и соавтор Мартин Ритце ждали того момента, когда молния пронзит столб пепла, образовавшийся при извержении, зная при этом, что вскоре последуют ударная и звуковая волны, сопровождающие мощные извержения.

    «Ударная волна и звук возникли с задержкой в несколько секунд после того, как мы увидели извержение. Эти несколько секунд заставили изрядно поволноваться. Я не знал, насколько сильной будет ударная волна».

    Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de

    Подпись к фото,

    Зеглат на вулкане Кракатау в Индонезии. Катастрофическое извержение 1883 года унесло жизни более 30 тысяч человек

    «Иногда ударная волна достигает такой силы, что трясутся штатив и закрепленная на нем камера».

    «На этот раз я почувствовал дыхание ветра из самых недр земли. Он донесся очень коротким и при этом мощным порывом».

    «Потом мой друг Мартин и я громко расхохотались. Мы были очень счастливы».

    Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de

    Подпись к фото,

    Вулканы – это окна в недра земли, говорит Марк Зеглат

    Молния, которую можно было наблюдать во время извержения весной 2010 года вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии, стала еще одним примером «грязной грозы». Взрывные извержения вулканов разделяются на несколько типов в зависимости от характера выбросов. Как правило, извержение происходит за счет высвобождения газов, находящихся под давлением в недрах земной коры. В результате взрывного извержения на поверхность изливаются потоки лавы и происходят выбросы обломков породы, пепла и т.п.

    Автор фото, Getty

    Подпись к фото,

    Извержение вулкана на юге Чили. И здесь молния в вулканическом пепле…

    С 11 по 20 мая 2010 года вулканологи сообщали о многочисленных молниях, которые они наблюдали в облаке пепла над вулканом. У основания мощного облака можно было видеть искры. Вспышки молний сопровождались сильными раскатами грома.

    Классный час на тему «Дождь как физическое явление»

    План классного часа

    I. Вступительное слово.

    II. Как образуется дождь? Обсуждение ситуации.

    III. Изложение теоретического материала.

    IV. Заключительное слово.

    Ход классного часа
    I.
    Вступительное слово

    II. Как образуется дождь? Обсуждение ситуации.

    Образование дождя происходит благодаря процессу круговорота воды в природе. В науке он называется «гидрологическим циклом». В чем его суть? Солнце нагревает поверхность Земли достаточно сильно, чтобы начался процесс испарения воды отовсюду, где она есть, — с луж, рек, озер, морей, океанов и т. д.

    III. Изложение теоретического материала.

    Благодаря испарению молекулы воды поднимаются высоко в воздух, образуя облака и тучи. Ветер уносит их в небе на много километров в сторону. Молекулы воды объединяются, постепенно образуя все более и более тяжелые структуры. В конце концов формируется капля, которая уже достаточно тяжела. Из-за этого капля летит вниз. Когда этих капель много, возникает дождь. Он может быть легким, немного накрапывающим, а может быть и сильным ливнем.

    Очень важная особенность круговорота воды в природе заключается в том, что в результате испарения моря и океаны теряют больше воды, нежели чем получают во время осадков. На суше же все наоборот — количество полученной воды намного больше во время осадков, нежели ее потери во время испарения. Этот природный механизм позволяет поддерживать строго определенный баланс между соотношением количества воды в морях и на суше, что важно для непрерывного процесса круговорота воды и равного количества осадков по всему земному шару.

    Вот таким образом и происходит круговорот воды в природе, который необходим для развития жизни на Земле. А дождь — это один из этапов круговорота воды

    Радуга – одно из тех необычных оптических явлений, которыми природа порой радует человека. С давних пор люди пытались объяснить возникновение радуги. Наука в значительной мере приблизилась к пониманию процесса возникновения явления, когда в середине XVII века чешский ученый Марк Марци обнаружил, что световой луч неоднороден по своей структуре. Несколько позже Исаак Ньютон изучил и объяснил явление дисперсии световых волн. Как теперь известно, световой луч преломляется на границе двух прозрачных сред, имеющих различную плотность.

    Инструкция

    1

    Как установил Ньютон, белый световой луч получается в результате взаимодействия лучей разного цвета: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Каждый цвет характеризуется определенной длиной волны и частотой колебаний. На границе прозрачных сред скорость и длина световых волн изменяются, частота колебаний остается прежней. Каждый цвет имеет свой собственный коэффициент преломления. Меньше всего от прежнего направления откланяется луч красного цвета, чуть больше оранжевый, затем желтый и т.д. Наибольший коэффициент преломления имеет фиолетовый луч. Если на пути светового луча установить стеклянную призму, то он не только отклонится, но и распадется на несколько лучей разного цвета.

    2

    А теперь о радуге. В природе роль стеклянной призмы выполняют дождевые капли, с которыми сталкиваются солнечные лучи при прохождении через атмосферу. Поскольку плотность воды больше плотности воздуха, световой луч на границе двух сред преломляется и разлагается на составляющие. Далее цветовые лучи движутся уже внутри капли до столкновения с ее противоположной стенкой, которая также является границей двух сред, и, к тому же, обладает зеркальными свойствами. Большая часть светового потока после вторичного преломления будет продолжать движение в воздушной среде за каплями дождя. Некоторая же его часть отразится от задней стенки капли и выйдет в воздушную среду после вторичного преломления на передней ее поверхности.

    3

    Процесс этот происходит сразу во множестве капель. Чтобы увидеть радугу, наблюдатель должен стоять спиной к Солнцу и лицом к стене дождя. Спектральные лучи выходят из дождевых капель под разными углами. От каждой капли в глаз наблюдателя попадает только один луч. Лучи, выходящие из соседних капель сливаются, образуя цветную дугу. Таким образом, от самых верхних капель в глаз наблюдателя попадают лучи красного цвета, от тех, что ниже – оранжевого и т.д. Сильнее всего откланяются фиолетовые лучи. Фиолетовая полоска будет нижней. Радугу в форме полукруга можно видеть, когда Солнце находится под углом не более чем 42° относительно горизонта. Чем выше поднимается Солнце, тем меньше размеры радуги.

    4

    Вообще-то, описанный процесс несколько сложнее. Световой луч внутри капли отражается многократно. При этом может наблюдаться не одна цветовая дуга, а две – радуга первого и второго порядка. Внешняя дуга радуги первого порядка окрашена в красный цвет, внутренняя – в фиолетовый. У радуги второго порядка наоборот. Выглядит она обычно на много бледнее первой, поскольку при многократных отражениях интенсивность светового потока уменьшается.

    Молния как физическое явление

    Молния – это гигантский электрический искровой разряд между облаками или между облаками и земной поверхностью длиной несколько километров, диаметром десятки сантиметров и длительностью десятые доли секунды. Молния сопровождается громом. Кроме линейной молнии, изредка наблюдается шаровая молния.

    Для начала необходимо выяснить особенности «поведения» этого природного явления. Как известно, молния – это электрический разряд, который устремляется с неба на землю. Встречая на своем пути какие- либо препятствия, молния сталкивается с ними. Таким образом, очень часто удар молнии поражает высокие деревья, телеграфные столбы, высотные здания, не защищенные громоотводом. Поэтому, если вы находитесь в пределах города, даже и не пытайтесь спрятаться под кронами деревьев и не прислоняйтесь к стенам высоких зданий. То есть нужно запомнить главное правило: молния ударяет в то, что находится выше всего.

    Телевизионные антенны, которые в большом количестве располагаются на крышах жилых домов, отлично «притягивают» молнию. Поэтому, если вы находитесь в доме, не включайте никакие электроприборы, в том числе и телевизор. Свет желательно также отключить, так как электропроводка не меньше подвержена ударам молнии.

    Если же молния застала вас в лесу или поле, то необходимо помнить о первом правиле и не прислоняться к деревьям или столбам. Желательно вообще приникнуть к земле и не подниматься до окончания грозы. Конечно, если вы находитесь в поле, где вы являетесь самым высоким предметом, риск наиболее вероятен. Поэтому нелишним будет отыскать овраг или просто низину, которые и будут вашим убежищем.

    Так можно сделать вывод, что если, находясь в собственной квартире, вы услышите угрожающие раскаты грома и почувствуете приближение грозы – не испытывайте судьбу, не выходите на улицу и переждите это природное явление дома

    ПРИЧИНЫ появления молнии

    Грозовые разряды (молнии) — это наиболее распространенный источник мощных электромагнитных полей естественного происхождения. Молния представляет собой разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии достигает нескольких километров, причем значительная часть этого канала находится внутри грозового облака. молнии Причиной возникновения молний является образование большого объемного электрического заряда.

    Обычным источником молний являются грозовые кучево-дождевые облака, несущие в себе скопление положительных и отрицательных электрических зарядов в верхней и нижней частях облака и образующие вокруг этого облака электрические поля возрастающей напряженности. Образование таких объемных зарядов различной полярности в облаке (поляризация облака) связано с конденсацией вследствие охлаждения водяных паров восходящих потоков теплого воздуха на положительных и отрицательных ионах (центрах конденсации) и разделением заряженных капелек влаги в облаке под действием интенсивных восходящих тепловых воздушных потоков. Из-за того, что в облаке образуется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов (в нижней части облака скапливаются преимущественно заряды отрицательной полярности).

    Гром — звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии. Гром представляет собой колебания воздуха под влиянием очень быстрого повышения давления на пути молнии, вследствие нагревания приблизительно до 30 000 °C. Раскаты грома возникают из-за того, что молния имеет значительную длину, и звук от разных её участков доходит до уха наблюдателя не одновременно. Возникновению раскатов способствуют также отражение звука от облаков и рефракция звуковых волн, распространяющихся по различным путям. Кроме этого, сам разряд происходит не мгновенно, а продолжается некоторое время.

    Громкость раскатов грома может достигать 120 децибел.

    Расстояние до грозы

    Измеряя время, прошедшее между вспышкой молнии и ударом грома, можно приблизительно определить расстояние, на котором находится гроза. Скорость света на несколько порядков выше скорости звука; ею можно пренебречь и учитывать лишь скорость звука, которая составляет 300—360 метров в секунду при температуре воздуха от −50 °C до + 50 °C . Умножив время между вспышкой молнии и ударом грома в секундах на эту величину, можно судить о близости грозы. Три секунды времени между вспышкой и звуком соответствуют примерно одному километру расстояния. Сопоставляя несколько подобных измерений, можно судить о том, приближается ли гроза к наблюдателю (интервал между молнией и громом сокращается) или удаляется (интервал увеличивается). Следует учитывать, что молния имеет значительную протяжённость (до нескольких километров), и, отмечая первые услышанные звуки грома, мы определяем расстояние до ближайшей точки молнии. Как правило, гром слышен на расстоянии до 15—20 километров, таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии более 20 километров.

    IV. Заключительное слово.

    Ребята, надеюсь что теперь будете знать о дожде, радуге, молнии и громе не только как о природных явлениях, но и физических. А о других физических явлениях: полярное сияние, эхо, волны на море, вулканы и гейзеры, землетрясения, мы поговорим в последующих классных часах.

    описание, интересные факты, виды (фото)

    Древние люди далеко не всегда считали грозу и молнию, а также сопровождающий их раскат грома проявлением гнева богов. Например, для эллинов гром и молния являлись символами верховной власти, тогда как этруски считали их знамениями: если вспышка молнии была замечена с восточной стороны, это означало, что всё будет хорошо, а если сверкала на западе или северо-западе – наоборот.

    Идею этрусков переняли римляне, которые были убеждены, что удар молнии с правой стороны является достаточным основанием, чтобы отложить все планы на сутки. Интересная трактовка небесных искр была у японцев. Две ваджры (молнии) считались символами Айдзен-мео, бога сострадания: одна искра находилась на голове божества, другую он держал в руках, подавляя нею все негативные желания человечества.

    Небесные искры

    Молния – это огромных размеров электрический разряд, который всегда сопровождается вспышкой и громовыми раскатами (в атмосфере чётко просматривается сияющий канал разряда, напоминающий дерево). При этом вспышка молнии почти никогда не бывает одна, за ней обычно следует две, три, нередко доходит и до нескольких десятков искр.

    Эти разряды почти всегда образуются в кучево-дождевых облаках, иногда – в слоисто-дождевых тучах больших размеров: верхняя граница нередко достигает семи километров над поверхностью планеты, тогда как нижняя часть может почти касаться земли, пребывая не выше пятисот метров. Молнии могут образовываться как в одной туче, так и между находящимися рядом наэлектризованными облаками, а также между облаком и землей.

    Секреты самых необычных природных явлений88984.334

    Состоит грозовая туча из большого количества пара, сконденсированного в виде льдинок (на высоте, превышающей три километра это практически всегда ледяные кристаллы, поскольку температурные показатели здесь не поднимаются выше нуля). Перед тем как туча становится грозовой, внутри неё начинают активное движение ледяные кристаллы, при этом двигаться им помогают восходящие с нагретой поверхности потоки тёплого воздуха.

    Воздушные массы увлекают за собой вверх более мелкие льдинки, которые во время движения постоянно наталкиваются на более крупные кристаллы. В результате кристаллики меньших размеров оказываются заряженными положительно, более крупные – отрицательно.

    После того как маленькие ледяные кристаллики собираются наверху, а большие – снизу, верхняя часть облака оказывается положительно заряженной, нижняя – отрицательно. Таким образом, напряжённость электрического поля в туче достигает чрезвычайно высоких показателей: миллион вольт на один метр.

    Когда эти противоположно заряженные области сталкиваются друг с другом, в местах соприкосновения ионы и электроны образовывают канал, по которому вниз устремляются все заряженные элементы и образуется электрический разряд – молния. В это время выделяется настолько мощная энергия, что её силы вполне хватило бы на то, чтобы на протяжении 90 дней питать лампочку мощностью в 100 Вт.

    Канал раскаляется почти до 30 тыс. градусов Цельсия, что в пять раз превышает температурные показатели Солнца, образуя яркий свет (вспышка обычно длится лишь три четверти секунды). После образования канала грозовое облако начинает разряжаться: за первым разрядом следуют две, три, четыре и больше искр.

    Удар молнии напоминает взрыв и вызывает образование ударной волны, чрезвычайно опасной для любого живого существа, оказавшегося возле канала. Ударная волна сильнейшего электрического разряда в нескольких метрах от себя вполне способна сломать деревья, травмировать или контузить даже без прямого поражения электричеством:

    • На расстоянии до 0,5 м до канала молния способна разрушить слабые конструкции и травмировать человека;
    • На расстоянии до 5 метров постройки остаются целыми, но может выбить окна и оглушить человека;
    • На больших расстояниях ударная волна негативных последствий не несёт и переходит в звуковую волну, известную как громовые раскаты.

    Раскаты грома

    Через несколько секунд после того как был зафиксирован удар молнии, из-за резкого повышения давления вдоль канала, атмосфера раскаляется до 30 тыс. градусов Цельсия. В результате этого возникают взрывообразные колебания воздуха и возникает гром. Гром и молния тесно взаимосвязаны друг с другом: длина разряда нередко составляет около восьми километров, поэтому звук с разных его участков доходит в разное время, образуя громовые раскаты.

    Интересно, что измеряя время, которое прошло между громом и молнией, можно узнать, насколько далеко находится эпицентр грозы от наблюдателя.

    Для этого нужно умножить время между молнией и громом на скорость звука, который составляет от 300 до 360 м/с (например, если промежуток времени составляет две секунды, эпицентр грозы находится немногим более чем в 600 метрах от наблюдателя, а если три – на расстоянии километра). Это поможет определить, удаляется или приближается гроза.

    Удивительный огненный шар

    Одним из наименее изученных, а потому наиболее таинственных явлений природы считается шаровая молния – передвигающийся по воздуху святящийся плазменный шар.  Загадочен он потому, что принцип формирования шаровой молнии неизвестен и поныне: несмотря на то, что существует большое число гипотез, объясняющих причины появления этого удивительного явления природы, на каждую из них нашлись возражения. Учёным так и не удалось опытным путём добиться образования шаровой молнии.

    Шарообразная молния способна существовать длительное время и перемещаться по непрогнозируемой траектории. Например, она вполне способна зависать несколько секунд в воздухе, после чего метнуться в сторону.

    В отличие от простого разряда, плазменный шар всегда бывает один: пока не было одновременно зафиксировано двух и больше огненных молний . Размеры шаровой молнии колеблются от 10 до 20 см. Для шаровой молнии характерны белый, оранжевый или голубой тона, хотя нередко встречаются и другие цвета, вплоть до чёрного.

    Ученые еще не определили температурные показатели шаровой молнии: несмотря на то, что она по их подсчётам должна колебаться от ста до тысячи градусов Цельсия, люди, находившиеся недалеко от этого феномена, не ощущали исходившей от шаровой молнии теплоты.

    Основная трудность при изучении этого феномена состоит в том, что зафиксировать его появление учёным удаётся редко, а показания очевидцев часто ставят под сомнение тот факт, что наблюдаемое ими явление действительно являлось шаровой молнией. Прежде всего, расходятся показания относительно того, в каких условиях она появилась: в основном её видели во время грозы.

    Существуют также показания, что шаровая молния может появляться и в погожий день: спуститься с облаков, возникнуть в воздухе или появиться из-за какого-нибудь предмета (дерева или столба).

    Ещё одной характерной особенностью шаровой молнии является её проникновение в закрытые комнаты, была замечена даже в кабинах пилотов (огненный шар может проникать через окна, спускаться по вентиляционным каналам и даже вылетать из розеток или телевизора).  Также были неоднократно задокументированы ситуации, когда плазменный шар закреплялся на одном месте и постоянно там появлялся.

    Нередко появление шаровой молнии не вызывает неприятностей (она спокойно движется в воздушных потоках и через какое-то время улетает или исчезает). Но, были замечены и печальные последствия, когда она взрывалась, моментально испаряя находящуюся неподалёку жидкость, плавя стекло и металл.

    Возможные опасности

    Поскольку появление шаровой молнии всегда неожиданно, увидев возле себя этот уникальный феномен, главное, не впадать в панику, резко не двигаться и никуда не бежать: огненная молния очень восприимчива к колебаниям воздуха. Необходимо тихо уйти с траектории движения шара и постараться держаться от неё как можно дальше. Если человек находится в помещении, нужно потихоньку дойти до оконного проёма и открыть форточку: известно немало историй, когда опасный шар покидал квартиру.

    В плазменный шар ничего нельзя бросать: он вполне способен взорваться, а это чревато не только ожогами или потерей сознания, но остановкой сердца. Если же случилось так, что электрический шар зацепил человека, нужно перенести его в проветриваемую комнату, теплее укутать, сделать массаж сердца, искусственное дыхание и сразу же вызвать врача.

    Тайны Бермудского треугольника88984.3994

    Что делать в грозу

    Когда начинается гроза и вы видите приближение молнии, нужно найти укрытие и спрятаться от непогоды: удар молнии нередко смертелен, а если люди и выживают, то часто остаются инвалидами.

    Если же никаких построек поблизости нет, а человек в это время в поле, он должен учитывать, что от грозы лучше спрятаться в пещере. А вот высоких деревьев желательно избегать: молния обычно метит в самое большое растение, а если деревья имеют одинаковую высоту, то попадает в то, что лучше проводит электричество.

    Чтобы защитить отдельно стоящее строение или конструкцию от молнии, возле них обычно устанавливают высокую мачту, наверху которой закреплён заострённый металлический стержень, надёжно соединённый с толстым проводом, на другом конце находится закопанный глубоко в землю металлический предмет. Схема работы проста: стержень от грозовой тучи всегда заряжается противоположным облаку зарядом, который, стекая по проводу под землю, нейтрализует заряд тучи. Это устройство называется громоотвод и устанавливается на всех зданиях городов и других людских поселений.

    Явления природы (биологические, физические, химические) | Природоведение. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, конспект, сочинение, ГДЗ, тест, книга

    Как известно, явления — это изменения, происходящие с телами природы. В природе на­блюдаются разнообразные явления. Светит Солн­це, образуется туман, дует ветер, бегут лошади, из семени прорастает растение — это лишь некоторые примеры. Повседневная жизнь каждого человека также наполнена явлениями, происходящими при участии рукотворных тел, например, едет автомо­биль, нагревается утюг, звучит музыка. Посмотри­те вокруг, и вы увидите и сможете привести приме­ры многих других явлений.

    Учёные разделили их на группы. Различают био­логические, физические, химические явления.

    Явления природы

    Биологические явления. Все явления, которые происходят с телами живой природы, т.е. организ­мами, называются биологическими явлениями. К ним относятся прорастание семян, цветение, образование плодов, листопад, зимняя спячка животных, полёт птиц (рис. 29).

    Физические явления. К признакам физических явлений относятся изменение формы, размеров, ме­ста расположения тел и их агрегатного состояния (рис. 30). Когда гончар изготовляет из глины ка­кое-либо изделие, изменяется форма. При добыче каменного угля изменяются размеры кусков горной породы. Во время движения велосипедиста изменя­ется размещение велосипедиста и велосипеда отно­сительно тел, расположенных вдоль дороги. Таяние снега, испарение и замерзание воды сопровождают­ся переходом вещества из одного агрегатного состо­яния в другое. Во время грозы гремит гром и появ­ляется молния. Это физические явления.

    Рис. 29. Биологические явления; а — прорастание семян, б — полёг птицы; в — листопад
    Рис. 30. Физические явления

    Согласитесь, что данные примеры физических явлений очень разные. Но какими бы разнообраз­ными не были физические явления, ни в одном из них не происходит образование новых веществ.

    Физические явления — явления, во время кото­рых новые вещества не образуются, но изменяются размеры, форма, размещение, агрегатное состоя­ние тел и веществ.

    Химические явления. Вам хорошо известны та­кие явления, как горение свечи, образование ржав­чины на железной цепи, скисание молока и др. (рис. 31). Это примеры химических явлений. Материал с сайта //iEssay.ru

    Рис. 31. Химические явления: а — ржавение металла; б — выделение углекисло­го газа при добавлении в соду уксуса; в — химический анализ воды

    Химические явления — это явления, во время которых из одних веществ образуются другие.

    Химические явления имеют широкое примене­ние. С их помощью люди добывают металлы, соз­дают средства личной гигиены, материалы, лекар­ства, готовят разнообразные блюда.

    На этой странице материал по темам:
    • биологическое сочинение на тему листопад
    • явление природы сочинение кратко
    • физические явления в природе
    • биологические явления
    • конспект на тему химические явления в природе

    Что вызывает звук грома?

    Ответ

    Гром вызывается быстрым расширением воздуха, окружающего путь разряда молнии.

    Муссонный шторм, вызвавший разветвленную молнию в Центре посетителей Красных холмов в национальном парке Сагуаро в Аризоне. Пит Грегуар, фотограф, NOAA Weather in Focus Photo Contest 2015. Библиотека фотографий NOAA.

    От облаков до ближайшего дерева или крыши молнии требуется всего несколько тысячных долей секунды, чтобы разлететься в воздухе. Обычно говорят, что громкий гром, который следует за разрядом молнии, исходит от самого молнии. Однако ворчание и рычание, которое мы слышим во время грозы, на самом деле происходят из-за быстрого расширения воздуха, окружающего молнию.

    Когда молния соединяется с землей из облаков, второй удар молнии возвратится от земли к облакам по тому же каналу, что и первый удар. Тепло от электричества этого обратного хода повышает температуру окружающего воздуха примерно до 27 000 C ° (48 632 F °).Быстрое повышение температуры приводит к быстрому увеличению давления воздуха, которое в 10-100 раз превышает нормальное атмосферное давление. Под таким давлением нагретый воздух вырывается наружу из канала, сжимая окружающий воздух. Когда нагретый воздух расширяется, давление падает, воздух охлаждается и сжимается. Результатом является ударная волна с громким грохочущим взрывом шума, разносящимся во всех направлениях.

    Массивное облако предвещает грозу над Грумом, крошечным поселением вдоль старого U. С. Маршрут 66 в Техасском попрошайничестве. Кэрол М. Хайсмит, фотограф, 2014. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

    Поскольку электричество проходит по кратчайшему пути, большинство разрядов молний близки к вертикали. Ударные волны, приближающиеся к земле, сначала достигают вашего уха, а затем ударные волны падают сверху. Вертикальные молнии часто слышны в одном долгом грохоте. Однако, если молния раздваивается, звуки меняются. Ударные волны от разных ответвлений молний отражаются друг от друга, от низко нависающих облаков и близлежащих холмов, создавая серию более низких, непрерывных грохотов грома.

    Молния. Оклахома, 2009. Коллекция Национальной лаборатории сильных штормов, фото-библиотека NOAA.

    Интересные факты о громе

    • Чтобы определить, насколько близко молния, посчитайте секунды между вспышкой и ударом грома. Каждая секунда соответствует примерно 300 м (984,25 фута).
    • Гром слышен не только во время грозы. Нечасто, но не редко, слышать гром, когда идет снег.
    • Молния не всегда создает гром.В апреле 1885 года пять молний ударили в памятник Вашингтону во время грозы, но грома не было слышно.
    Линия застройки кучево-дождевых гроз. Вид из-за шторма на ранних этапах разработки. Национальная коллекция лаборатории сильных штормов, фотоархив NOAA.

    Опубликовано: 17.06.2021. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

    Объяснение молнии — Science Learning Hub

    Молния — это крупномасштабный естественный искровой разряд, который возникает в атмосфере или между атмосферой и поверхностью Земли.При разряде в воздухе создается плазменный канал с высокой электропроводностью, и когда в нем протекает ток, он быстро нагревает воздух примерно до 25000 ° C. Канал молний — это пример действия земной плазмы.

    Видеть молнию

    Молния видна как вспышка сине-белого света. Создаваемые чрезвычайно высокие температуры нагревают молекулы воздуха до состояния накала (раскаленный добела), так что они излучают яркий белый свет. В то же время газообразный азот (доминирующий газ в атмосфере) стимулируется к люминесценции, давая яркий сине-белый цвет.Комбинация света люминесценции и накаливания придает молнии характерный цвет.

    Партнер молнии

    Температура в узком канале молнии достигает примерно 25 000 ° C. Окружающий воздух быстро нагревается, заставляя его резко расширяться со скоростью, превышающей скорость звука, подобно звуковому удару. Примерно в 10 м от канала он становится обычной звуковой волной, называемой громом.

    Гром эффективно взрывает воздух, и когда его слышно вблизи канала молнии, он состоит из одного большого удара.Примерно на расстоянии 1 км он слышен как грохот с несколькими громкими хлопками. Далекий гром имеет характерный низкий рокочущий звук. Однако за пределами 16 км гром слышен редко.

    Условия, необходимые для возникновения молнии

    Именно образование и разделение положительных и отрицательных электрических зарядов в атмосфере создает очень интенсивное электрическое поле, необходимое для поддержания этого естественного искрового разряда, которым является молния.

    Образование электрических зарядов в атмосфере происходит в основном за счет ионизации молекул воздуха космическими лучами.Космические лучи — это частицы высокой энергии, такие как протоны, которые исходят извне Солнечной системы. При столкновении с молекулами воздуха они производят ливень более легких частиц, некоторые из которых заряжены.

    Внутри грозовой тучи быстрое движение вверх и вниз водяных капель и кристаллов льда может разделять и концентрировать эти заряды. Отрицательные заряды накапливаются в нижней части облака, а положительные — вверх.

    Производство молний

    По мере того, как область отрицательного заряда у основания грозового облака накапливается, это вызывает образование области положительного заряда на земле ниже.В результате этого в промежутке между облаком и землей создается разность потенциалов или напряжение. Когда напряжение достигает определенной силы, воздух между основанием облака и землей приобретает электрическую проводимость. Сначала формируется канал, известный как ступенчатый лидер. Хотя это невидимо невооруженным глазом, это позволяет электронам перемещаться из облака на землю.

    Он называется ступенчатым поводком, потому что он перемещается на землю на участках от 50 до 100 м с небольшой остановкой между ними.Когда он приближается к земле, положительно заряженная коса выстреливает вверх от земли, чтобы соединиться с ней. Стримеры чаще всего запускаются с высоких предметов на земле.

    После подключения электроны из облака могут течь к земле, а положительные заряды могут течь от земли к облаку. Именно этот поток заряда и является видимым ударом молнии.

    После первой выгрузки по каналу может сформироваться другой лидер. И снова видим видимый разряд молнии.Это может произойти 3–4 раза подряд. Все это происходит за временной интервал около 200 миллисекунд.

    Мониторинг молний

    Всемирная сеть определения местоположения молний (WWLLN, произносится как «шерстяная») была основана в Новой Зеландии в 2003 году. Работая в сотрудничестве с учеными со всего мира, сеть определяет места разряда молний через несколько секунд после их возникновения.

    Во всем мире происходит около 45 вспышек молнии в секунду. Помимо генерации характерного сине-белого света, также производятся радиоволновые импульсы, известные как сферики.Частые потрескивания, которые слышны при настройке на AM-радиостанцию ​​во время грозы, связаны с разрядами молний.

    Эти сферики регистрируются на 60 приемных станциях WWLLN по всему миру и предоставляют набор данных почти в реальном времени. Эта информация предоставляется ученым через высокоскоростное Интернет-соединение, предоставляемое REANNZ (Исследовательская и образовательная сеть Новой Зеландии).

    Красные спрайты

    Высоко над грозовыми облаками на высоте 50–90 км могут происходить крупномасштабные электрические разряды.Они вызываются грозовой тучей на земле. Они выглядят как мимолетные светящиеся красно-оранжевые вспышки и принимают самые разные формы. В отличие от молний «горячей плазмы», они представляют собой формы холодной плазмы, в чем-то похожие на разряды, возникающие в люминесцентной лампе.

    Термин «спрайт» был использован из-за их мимолетного характера, длящегося в основном всего миллисекунды и призрачного вида.

    Природа науки

    Рассказ о столетней охоте на красных духов — это рассказ о том, как работает наука.Это история, иллюстрирующая, что наука, вместо того чтобы знать все, что нужно знать, едва стоит на пороге еще большего числа открытий, касающихся нашей сложной и увлекательной вселенной. Им доверяли немногим больше, чем наблюдениям НЛО, до 1989 года, когда университетские исследователи случайно сняли красный спрайт на видеокамеру при слабом освещении.

    Пожар Святого Эльма

    В области между грозовой тучей и землей может быть создано очень сильное электрическое поле. Между отрицательной базой облака и положительной землей установлена ​​огромная разность потенциалов (напряжение).Когда эта разность потенциалов достигает определенного значения, заостренные наземные объекты начинают светиться, часто с шипящим звуком.

    Поскольку это связанное с погодой явление иногда возникало на кораблях в море во время грозы, ему было присвоено название «пожар Святого Эльма». Святой Эльмо ​​- покровитель моряков, и в прошлом моряки считали такое событие предзнаменованием невезения и ненастной погоды.

    Огонь Святого Эльма — это ярко-синее или фиолетовое свечение из-за образования светящейся плазмы.В некоторых случаях это похоже на огонь, исходящий от остроконечных объектов, таких как мачты, шпили, громоотводы и даже от крыльев самолета.

    молния | Национальное географическое общество

    Молния — это электрический заряд или ток. Он может идти от облаков к земле, от облака к облаку или от земли к облаку.

    Молния — продукт атмосферы планеты. Капли дождя очень высоко в небе превращаются в лед. Когда множество маленьких кусочков этих замороженных капель дождя сталкиваются друг с другом в грозовой туче, они создают электрический заряд.Через некоторое время все облако наполняется электрическим зарядом. Отрицательные заряды (электроны) концентрируются внизу облака. Положительные и нейтральные заряды (протоны и нейтроны) собираются в верхней части облака.

    Отрицательный и положительный заряды притягиваются друг к другу. Грозовые облака полны электрических зарядов, соединяющихся друг с другом. Эти соединения видны как молния.

    На земле под отрицательными зарядами облака накапливаются положительные заряды.Положительный заряд на земле концентрируется вокруг всего, что выступает или торчит — например, деревьев, телефонных столбов, травинок и даже людей. Положительные заряды от этих объектов поднимаются выше в небо. Отрицательные заряды в грозовой туче уменьшаются. В конце концов, они соприкасаются. Когда они касаются друг друга, между двумя зарядами возникает молния.

    Это соединение также создает гром. Гром — это просто шум, который издает молния. Громкий гул вызван жаром молнии.Когда воздух становится очень, очень горячим, от тепла воздух взрывается. Поскольку свет распространяется намного, намного быстрее звука, вы увидите молнию раньше, чем услышите гром. Чтобы определить, насколько далеко гроза, начните отсчет секунд, как только увидите молнию. Остановитесь, когда услышите гром. Число, которое вы разделите на пять, приблизительно равно количеству миль от шторма. Например, если вы видите молнию и доходит до 10 до того, как услышите гром, гроза находится примерно в двух милях от вас.

    Защита от молний

    Все грозы и молнии опасны.Молния очень, очень горячая — горячее, чем поверхность солнца. Она может достигать 28 000 градусов по Цельсию (50 000 градусов по Фаренгейту). Молния любит поражать предметы, которые торчат над землей, в том числе людей. В США от молнии ежегодно умирает в среднем 58 человек. Это больше смертей, чем от торнадо и ураганов.

    Если вы услышите гром или увидите молнию, вы можете подвергнуться опасности. Если вы слышите гром, значит буря поблизости. Зайдите в безопасное место. Держитесь подальше от открытых мест, таких как поля, и высоких предметов, таких как деревья или телефонные столбы.Держитесь подальше от любых металлических предметов, таких как сетчатые заборы, велосипеды и металлические укрытия. Поскольку вода является отличным проводником электричества, вам следует выйти из бассейна, если вы плаваете, и держитесь подальше от луж и других источников воды. Если вы находитесь в месте, где нет укрытия, присядьте низко к земле, но не ложитесь плашмя. Если вы в группе, стойте на расстоянии не менее 5 метров (15 футов) от других людей.

    Что вызывает молнию?

    Гроза в сельской местности.Кредит: noaanews.noaa.gov

    Гром и молния. Когда дело доходит до сил природы, мало что вызывает столько страха, благоговения или восхищения, не говоря уже о легендах, мифах и религиозных представлениях. Как и все в естественном мире, то, что изначально рассматривалось как действие Богов (или других сверхъестественных причин), с тех пор стало признано естественным явлением.

    Но, несмотря на все, что люди узнали на протяжении веков, когда дело доходит до молнии, остается некоторая загадка.Эксперименты проводились со времен Бенджамина Франклина; однако мы по-прежнему сильно полагаемся на теории о том, как ведет себя освещение.

    Описание:

    По определению, молния — это внезапный электростатический разряд во время грозы. Этот разряд позволяет заряженным областям в атмосфере временно уравновесить себя, когда они ударяются об объект на земле. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, далекие молнии можно увидеть, но они находятся слишком далеко, чтобы можно было услышать гром.

    Типы:

    Молния может принимать одну из трех форм, которые определяются тем, что находится на «конце» канала ответвления (т. Е. Молния). Например, существует внутриоблачное освещение (IC), которое происходит между электрически заряженными областями облака; освещение облака в облако (CC), когда оно происходит между одним функциональным грозовым облаком и другим; и молния облако-земля (CG), которая в основном возникает в грозовом облаке и заканчивается на поверхности Земли (но также может возникать в обратном направлении).

    Внутриоблачная молния чаще всего возникает между верхней (или «наковальней») частью и нижней частью данной грозы. В таких случаях наблюдатель может видеть только вспышку света, не слыша грома. Термин «тепловая молния» здесь часто применяется из-за связи между ощущаемой на месте теплотой и удаленными вспышками молнии.

    В случае молнии «облако-облако» заряд обычно исходит из-под наковальни или внутри нее и карабкается через верхние слои облаков во время грозы, обычно генерируя разряд молнии с множеством ответвлений.

    Облако-земля (CG) — самый известный тип молнии, хотя он является третьим по распространенности — на него приходится примерно 25% случаев во всем мире. В этом случае молния принимает форму разряда между грозовым облаком и землей, обычно имеет отрицательную полярность и инициируется ступенчатой ​​ветвью, движущейся вниз от облака.

    Молния

    CG наиболее известна, потому что, в отличие от других форм молнии, она заканчивается на физическом объекте (чаще всего на Земле) и, следовательно, поддается измерению с помощью инструментов.Кроме того, он представляет наибольшую угрозу для жизни и имущества, поэтому понимание его поведения рассматривается как необходимость.

    Недвижимость:

    Освещение возникает, когда в атмосфере возникают восходящие и нисходящие потоки ветра, создавая механизм зарядки, который разделяет электрические заряды в облаках, оставляя отрицательные заряды внизу и положительные вверху. По мере того, как заряд в нижней части облака продолжает расти, разность потенциалов между облаком и землей, которая заряжена положительно, также увеличивается.

    Когда пробой на дне облака создает карман положительного заряда, образуется канал электростатического разряда, который начинает двигаться вниз с шагом в десятки метров в длину. В случае молнии IC или CC этот канал затем направляется в другие карманы областей положительных зарядов. В случае ударов КГ ступенчатый лидер притягивается к положительно заряженной земле.

    Многие факторы влияют на частоту, распределение, силу и физические свойства «типичной» молнии в определенном регионе мира.К ним относятся высота земли, широта, преобладающие ветровые течения, относительная влажность, близость к теплым и холодным водоемам и т. Д. В определенной степени соотношение между IC, CC и CG молнией также может варьироваться в зависимости от сезона в средних широтах.

    Около 70% молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция наиболее высока. Это происходит как из-за смеси более теплых и более холодных воздушных масс, так и из-за различий в концентрациях влаги, и обычно это происходит на границах между ними.В тропиках, где уровень замерзания, как правило, выше в атмосфере, только 10% вспышек молний являются компьютерными. На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где точка замерзания ниже, 50% молний приходится на КГ.

    Эффекты:

    В общем, молния оказывает на окружающую среду три измеримых воздействия. Во-первых, это прямое воздействие самого удара молнии, которое может привести к повреждению конструкции или даже физическому ущербу. Когда молния поражает дерево, оно испаряет сок, что может привести к взрыву ствола или к отрыву больших ветвей и их падению на землю.

    Когда молния ударяет в песок, почва, окружающая плазменный канал, может плавиться, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. Здания или высокие сооружения, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непреднамеренные пути к земле. И хотя примерно 90% людей, пораженных молнией, выживают, люди или животные, пораженные молнией, могут получить серьезные травмы из-за повреждения внутренних органов и нервной системы.

    Гром также является прямым результатом электростатического разряда. Поскольку плазменный канал перегревает воздух в непосредственной близости от него, газообразные молекулы подвергаются быстрому увеличению давления и, таким образом, расширяются наружу от молнии, создавая слышимую ударную волну (иначе.гром). Поскольку звуковые волны распространяются не от одного источника, а по длине пути молнии, различные расстояния до источника могут вызывать эффект качения или грохота.

    Излучение высокой энергии также возникает в результате удара молнии. К ним относятся рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые были подтверждены посредством наблюдений с использованием электрического поля и детекторов рентгеновского излучения, а также космических телескопов.

    Исследования:

    Первое систематическое и научное исследование молнии было проведено Бенджамином Франклином во второй половине 18 века.До этого ученые выяснили, как электричество можно разделить на положительные и отрицательные заряды и сохранить. Они также отметили связь между искрами, производимыми в лаборатории, и молнией.

    Франклин предположил, что облака электрически заряжены, из чего следовало, что сама молния была электрической. Первоначально он предложил проверить эту теорию, поместив железный стержень рядом с заземленным проводом, который будет удерживаться на месте изолированной восковой свечой. Если бы облака были электрически заряжены, как он ожидал, то между железным стержнем и заземленным проводом прыгали искры.

    В 1750 году он опубликовал предложение, согласно которому воздушный змей будет запускаться во время шторма для привлечения молнии. В 1752 году Томас Франсуа Д’Алибар успешно провел эксперимент во Франции, но использовал 12-метровый железный стержень вместо воздушного змея для образования искр. К лету 1752 года Франклин, как полагают, сам проводил эксперимент во время сильного шторма, обрушившегося на Филадельфию.

    Для своей модернизированной версии эксперимента Фрэнкинг атаковал ключ к воздушному змею, который был соединен влажной нитью с изолирующей шелковой лентой, обернутой вокруг суставов руки Франклина.Между тем тело Франклина обеспечивало проводящий путь для электрических токов к земле. Франклин не только показал, что грозы содержат электричество, но и сделал вывод о том, что нижняя часть грозы, как правило, также была отрицательно заряжена.

    Незначительный прогресс был достигнут в понимании свойств молнии до конца 19 века, когда фотографии и спектроскопические инструменты стали доступны для исследования молний. В этот период многие ученые использовали фотографию с временным разрешением для идентификации отдельных ударов молнии, которые образуют разряд молнии на землю.

    Множественные пути молнии из облака в облако, Свифтс-Крик, Австралия. Кредит: fir0002 / flagstaffotos.com.au

    Исследования молний в наше время восходят к работе C.T.R. Уилсон (1869 — 1959), который первым применил измерения электрического поля для оценки структуры грозовых зарядов, участвующих в грозовых разрядах. Уилсон также получил Нобелевскую премию за изобретение Туманной камеры, детектора частиц, используемого для определения присутствия ионизированного излучения.

    К 1960-м годам интерес вырос благодаря жесткой конкуренции, вызванной космической эрой. Когда космические корабли и спутники отправлялись на орбиту, были опасения, что молния может создать угрозу для аэрокосмических аппаратов и твердотельной электроники, используемой в их компьютерах и инструментах. Кроме того, улучшенные возможности измерений и наблюдений стали возможны благодаря усовершенствованию космических технологий.

    В дополнение к наземному обнаружению молний, ​​на борту спутников было сконструировано несколько приборов для наблюдения за распределением молний. К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 1995 г., и последующий датчик изображения молнии (LIS) на борту TRMM, запущенный 28 ноября 1997 г.

    Вулканическая молния:

    Вулканическая активность может создавать благоприятные для молнии условия несколькими способами. Например, мощный выброс огромного количества материала и газов в атмосферу создает плотный шлейф из сильно заряженных частиц, который создает идеальные условия для молнии.Кроме того, плотность золы и постоянное движение в шлейфе постоянно вызывают электростатическую ионизацию. Это, в свою очередь, приводит к частым и мощным вспышкам, поскольку шлейф пытается нейтрализовать себя.

    Этот тип грозы часто называют «грязной грозой» из-за высокого содержания твердого вещества (золы). На протяжении всей истории было зарегистрировано несколько случаев вулканических молний. Например, во время извержения Везувия в 79 году нашей эры Плиний Младший заметил несколько мощных и частых вспышек, происходящих вокруг вулканического шлейфа.

    Внеземная молния:

    Частота ударов молний по всему миру, по данным НАСА. Предоставлено: Википедия / Citynoise.

    Молния наблюдалась в атмосферах других планет нашей Солнечной системы, таких как Венера, Юпитер и Сатурн. В случае Венеры первые признаки того, что в верхних слоях атмосферы могут присутствовать молнии, были обнаружены советскими миссиями «Венера» и США «Пионер» в 1970-х и 1980-х годах.Радиоимпульсы, зарегистрированные космическим аппаратом Venus Express (в апреле 2006 г.), были подтверждены как происхождение от молнии на Венере.

    Грозы, похожие на земные, наблюдались на Юпитере. Считается, что они являются результатом влажной конвекции в тропосфере Юпитера, где конвективные шлейфы переносят влажный воздух из глубин в верхние части атмосферы, где он затем конденсируется в облака размером около 1000 км.

    Серия ударов молнии, снятая камерой Nightpod на борту МКС над Римом в 2012 году.Предоставлено: ESA / NASA / André Kuipers.

    Изображение ночного полушария Юпитера, полученное Галилеем в 1990 году и космическим кораблем Кассини в декабре 2000 года, показало, что штормы всегда связаны с молниями на Юпитере. Хотя удары молнии в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле, они, по-видимому, менее часты. Несколько вспышек были обнаружены в полярных регионах, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии.

    Освещение также наблюдалось на Сатурне. Первый случай произошел в 2010 году, когда космический зонд «Кассини» обнаружил вспышки на ночной стороне планеты, что совпало с обнаружением мощных электростатических разрядов. В 2012 году изображения, сделанные зондом Кассини в 2011 году, показали, что массивный шторм, охвативший северное полушарие, также генерировал мощные вспышки молний.

    • В результате удара молнии на песчаном участке образовался фульгерит.Кредит: blogs.discovermagazine. com
    • Вулкан Колима (Volcán de Colima) на снимке 29 марта 2015 года с молнией. Предоставлено: Сезар Канту.
    • Художественная концепция грозы Венеры. Предоставлено: НАСА.

    Ученый ищет новые идеи для изучения молнии

    Ссылка : Что вызывает молнию? (2015, 10 июля) получено 20 июля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-07-lightning.html

    Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

    Как работает молния | HowStuffWorks

    Lightning — одно из красивейших проявлений природы.Это также одно из самых смертоносных природных явлений, известных человеку. С температурой болта выше, чем поверхность солнца, и ударными волнами, излучающими во всех направлениях, молния — это урок физики и смирения.

    Помимо своей могущественной красоты, молния раскрывает науке одну из величайших местных загадок: как она работает? Общеизвестно, что молния генерируется в электрически заряженных штормовых системах, но метод облачной зарядки все еще остается труднодостижимым.В этой статье мы рассмотрим молнию изнутри, чтобы вы могли понять это явление.

    Молния начинается с менее загадочного процесса: круговорота воды. Чтобы полностью понять, как работает круговорот воды, мы должны сначала понять принципы испарения и конденсации.

    Испарение — это процесс, при котором жидкость поглощает тепло и превращается в пар. Хороший пример — лужа после дождя. Почему высыхает лужа? Вода в луже поглощает тепло солнца и окружающей среды и улетучивается в виде пара.«Побег» — хороший термин для использования при обсуждении испарения. Когда жидкость подвергается воздействию тепла, ее молекулы движутся быстрее. Некоторые молекулы могут двигаться достаточно быстро, чтобы оторваться от поверхности жидкости и унести тепло в виде пара или газа. Освободившись от ограничений жидкости, пар начинает подниматься в атмосферу.

    Конденсация — это процесс, при котором пар или газ теряют тепло и превращаются в жидкость. Когда тепло передается, оно переходит от более высокой температуры к более низкой.Холодильник использует эту концепцию для охлаждения еды и напитков. Он обеспечивает низкотемпературную среду, которая поглощает тепло от ваших напитков и пищевых продуктов и уносит это тепло в так называемом цикле охлаждения. В этом отношении атмосфера действует как огромный холодильник для газа и паров. Когда пары или газы поднимаются, температура в окружающем воздухе падает все ниже и ниже. Вскоре пар, унесший тепло от своей «материнской» жидкости, начинает отдавать тепло в атмосферу.Когда он поднимается на большую высоту и при более низких температурах, в конечном итоге теряется достаточно тепла, чтобы заставить пар конденсироваться и возвращаться в жидкое состояние

    Давайте теперь применим эти две концепции к круговороту воды.

    Вода или влага на земле поглощают тепло солнца и окружающей среды. Когда было поглощено достаточно тепла, некоторые молекулы жидкости могут иметь достаточно энергии, чтобы выйти из жидкости и начать подниматься в атмосферу в виде пара. По мере того, как пар поднимается все выше и выше, температура окружающего воздуха становится все ниже и ниже.В конце концов, пар отдает достаточно тепла окружающему воздуху, чтобы он снова превратился в жидкость. Гравитационное притяжение Земли затем заставляет жидкость «падать» обратно на землю, тем самым завершая цикл. Следует отметить, что если температура окружающего воздуха достаточно низкая, пар может конденсироваться, а затем замерзать и превращаться в снег или мокрый снег. И снова гравитация потребует замороженные формы, и они вернутся на землю.

    В следующем разделе мы увидим, что вызывает электрические бури.

    Учебное пособие по физике: Lightning

    Пожалуй, самым известным и мощным проявлением электростатики в природе является гроза. Грозы неизбежны от внимания человечества. Их никогда не приглашали, никогда не планировали и никогда не оставляли незамеченными. Ярость удара молнии разбудит человека посреди ночи. Они отправляют детей вбегать в родительские спальни, требуя уверенности в том, что все будет в безопасности. Ярость удара молнии способна прервать полуденные разговоры и дела.Они — частая причина отмены игр с мячом и прогулок в гольф. Дети и взрослые одинаково толпятся у окон, чтобы наблюдать за отображением молний в небе, трепещущие перед мощью статических разрядов. Действительно, гроза — это самое яркое проявление электростатики в природе.

    В этой части Урока 4 мы обсудим два вопроса:

    • Какова причина и механизм поражения молнии?
    • Как громоотводы служат для защиты зданий от разрушительного воздействия удара молнии?
    Накопление статического заряда в облаках

    Научное сообщество давно размышляет о причинах ударов молнии.Даже сегодня это предмет многочисленных научных исследований и теоретизирования. Детали того, как облако становится статически заряженным, не совсем понятны (на момент написания этой статьи). Тем не менее, есть несколько теорий, которые имеют большой смысл и демонстрируют многие концепции, ранее обсуждавшиеся в этом разделе Физического класса.

    Предвестником любого удара молнии является поляризация положительных и отрицательных зарядов внутри грозового облака. Известно, что вершины грозовых облаков приобретают избыток положительного заряда, а низы грозовых облаков приобретают избыток отрицательного заряда.Два механизма кажутся важными для процесса поляризации. Один из механизмов включает разделение заряда посредством процесса, который напоминает зарядку трением. Облака, как известно, содержат бесчисленные миллионы взвешенных капель воды и частиц льда, которые движутся и кружатся в турбулентном режиме. Дополнительная вода из земли испаряется, поднимается вверх и образует скопления капель по мере приближения к облаку. Эта поднимающаяся вверх влага сталкивается с каплями воды в облаках. При столкновении электроны отрываются от поднимающихся капель, вызывая отделение отрицательных электронов от положительно заряженной капли воды или кластера капель.

    Второй механизм, который способствует поляризации грозового облака, связан с процессом замораживания. Повышение влажности сопровождается более низкими температурами на больших высотах. Эти более низкие температуры вызывают замерзание скопления капель воды. Замороженные частицы имеют тенденцию к более плотному скоплению вместе и образуют центральные области скопления капель. Замороженная часть скопления поднимающейся влаги становится отрицательно заряженной, а внешние капли приобретают положительный заряд. Воздушные потоки внутри облаков могут оторвать внешние части скоплений и унести их вверх, к вершине облаков. Замороженная часть капель с их отрицательным зарядом имеет тенденцию тяготеть к нижней части грозовых облаков. Таким образом, облака становятся еще более поляризованными.

    Считается, что эти два механизма являются основными причинами поляризации грозовых облаков. В конце концов, грозовое облако становится поляризованным: положительные заряды переносятся в верхние части облаков, а отрицательные части тяготеют к нижней части облаков.Не менее важное влияние на поверхность Земли оказывает поляризация облаков. Электрическое поле облака распространяется через окружающее его пространство и вызывает движение электронов на Земле. Электроны на внешней поверхности Земли отталкиваются нижней поверхностью отрицательно заряженного облака. Это создает противоположный заряд на поверхности Земли. Здания, деревья и даже люди могут испытывать накопление статического заряда, поскольку электроны отталкиваются дном облака. С облаком, поляризованным на противоположности, и положительным зарядом, индуцированным на поверхности Земли, все готово для второго акта драмы удара молнии.

    Механика удара молнии

    По мере увеличения накопления статического заряда в грозовом облаке электрическое поле, окружающее облако, становится сильнее. Обычно воздух, окружающий облако, был бы достаточно хорошим изолятором, чтобы предотвратить разряд электронов на Землю. Тем не менее, сильные электрические поля, окружающие облако, способны ионизировать окружающий воздух и делать его более проводящим.Ионизация заключается в отрыве электронов от внешних оболочек молекул газа. Таким образом, молекулы газа, из которых состоит воздух, превращаются в суп из положительных ионов и свободных электронов. Изолирующий воздух превращается в проводящую плазму . Способность электрических полей грозового облака преобразовывать воздух в проводник делает возможной передачу заряда (в виде молнии) от облака к земле (или даже к другим облакам).

    Удар молнии начинается с разработки ступенчатого лидера .Избыточные электроны на дне облака начинают путешествие через проводящий воздух к земле со скоростью до 60 миль в секунду. Эти электроны движутся зигзагообразными путями к земле, разветвляясь в разных местах. Переменные, которые влияют на детали фактического пути, малоизвестны. Считается, что присутствие примесей или частиц пыли в различных частях воздуха может создавать области между облаками и землей, которые обладают большей проводимостью, чем другие области. По мере роста ступенчатого лидера он может освещаться пурпурным свечением, характерным для молекул ионизированного воздуха.Тем не менее, лидер — это не настоящий удар молнии; он просто обеспечивает дорогу между облаком и Землей, по которой в конечном итоге будет перемещаться молния.

    Когда электроны ступенчатого лидера приближаются к Земле, происходит дополнительное отталкивание электронов вниз от поверхности Земли. Количество положительного заряда на поверхности Земли становится еще больше. Этот заряд начинает мигрировать вверх через здания, деревья и людей в воздух.Этот восходящий восходящий положительный заряд — известный как стример — приближается к ступенчатому лидеру в воздухе над поверхностью Земли. Лента может встретиться с лидером на высоте, эквивалентной длине футбольного поля. После установления контакта между косой и лидером намечается полный проводящий путь и начинается молния. Точка контакта между наземным зарядом и облачным зарядом быстро поднимается вверх со скоростью до 50 000 миль в секунду. Целый миллиард триллионов электронов могут пройти этот путь менее чем за миллисекунду.За этим начальным ударом следует несколько последовательных вторичных ударов или скачков заряда. Эти вторичные выбросы разнесены во времени так близко, что могут выглядеть как один удар. Огромный и быстрый поток заряда по этому пути между облаком и Землей нагревает окружающий воздух, заставляя его сильно расширяться. Расширение воздуха создает ударную волну, которую мы наблюдаем как гром.

    Молниеотводы и другие средства защиты

    Высокие здания, фермерские дома и другие строения, восприимчивые к ударам молнии, часто оснащены громоотводами .Крепление заземленного громоотвода к зданию — это защитная мера, которая предпринимается для защиты здания в случае удара молнии. Первоначально концепция громоотвода была разработана Беном Франклином. Франклин предположил, что молниеотводы должны состоять из заостренного металлического столба, который поднимается вверх над зданием, которое он предназначен для защиты. Франклин предположил, что громоотвод защищает здание одним из двух способов. Во-первых, стержень служит для предотвращения разряда молнии заряженным облаком.Во-вторых, громоотвод служит для безопасного отвода молнии на землю в том случае, если облако действительно разряжает свою молнию с помощью болта. Теории Франклина о работе громоотводов существуют уже несколько столетий. И только в последние десятилетия научные исследования предоставили доказательства, подтверждающие, как они действуют для защиты зданий от повреждений молнией.

    Первую из двух предложенных Франклином теорий часто называют теорией рассеяния молнии .Согласно теории, использование громоотвода на здании защищает здание, предотвращая удар молнии. Идея основана на том принципе, что напряженность электрического поля вокруг заостренного объекта велика. Сильные электрические поля, окружающие заостренный предмет, служат для ионизации окружающего воздуха, тем самым повышая его проводящую способность. Теория диссипации утверждает, что по мере приближения грозового облака между статически заряженным облаком и громоотводом устанавливается проводящий путь.Согласно теории, статические заряды постепенно перемещаются по этому пути к земле, что снижает вероятность внезапного и взрывного разряда. Сторонники теории рассеяния молнии утверждают, что основная роль молниеотвода — разрядить облако в течение более длительного периода времени, предотвращая, таким образом, чрезмерное накопление заряда, характерное для удара молнии.

    Вторая из предложенных Франклином теорий о работе громоотвода лежит в основе теории отклонения молнии . Теория отвода молнии утверждает, что молниеотвод защищает здание, обеспечивая проводящий путь заряда к Земле. Громоотвод обычно прикрепляется толстым медным кабелем к заземляющему стержню, который закапывают в землю внизу. Внезапный разряд из облака будет направлен к поднятому громоотводу, но безопасно направлен на Землю, что предотвратит повреждение здания. Громоотвод, присоединенный к нему кабель и заземляющий полюс обеспечивают путь с низким сопротивлением от области над зданием к земле под ним.Отводя заряд через систему молниезащиты, здание избавляется от повреждений, связанных с прохождением через него большого количества электрического заряда.

    Исследователи молний в настоящее время в целом убеждены, что теория рассеяния молнии дает неточную модель того, как работают громоотводы. Действительно, кончик громоотвода способен ионизировать окружающий воздух и делать его более проводящим. Однако этот эффект распространяется только на несколько метров над кончиком громоотвода.Несколько метров повышенной проводимости над кончиком стержня не способны разряжать большое облако, простирающееся на несколько километров. К сожалению, в настоящее время нет научно проверенных методов предотвращения молний. Более того, недавние полевые исследования показали, что кончик молниеотвода не нужно резко заострять, как предлагал Бен Франклин. Было обнаружено, что громоотводы с тупым концом более восприимчивы к ударам молнии и, таким образом, обеспечивают более вероятный путь разряда заряженного облака.При установке молниеотвода на здание в качестве меры молниезащиты обязательно, чтобы стержень был приподнят над зданием и соединен проводом с низким сопротивлением с землей.


    Проверьте свое понимание

    Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

    1. ИСТИНА или ЛОЖЬ:

    Наличие громоотводов на крышах зданий не позволяет облаку со статическим зарядом передать свой заряд в здание.

    2. ИСТИНА или ЛОЖЬ:

    Если вы поместите громоотвод на крышу своего дома, но не заземлите его, то ваш дом все равно будет в безопасности в маловероятном случае удара молнии.

    Странный феномен «шаровой молнии» получил новое поразительное объяснение

    Что касается загадок природы, шаровая молния — одна из самых загадочных.Кажется, что существует столько же потенциальных объяснений, сколько и наблюдений, но, несмотря на десятилетия интенсивного интереса, ни одно из них не является явным победителем.

    Одна из самых странных гипотез утверждает, что эти светящиеся шары — не что иное, как свет, заключенный внутри сферы из разреженного воздуха. В новом документе к предложению добавлены новые детали, а также установлены физические параметры того, на что может быть похож такой световой пузырь.

    На протяжении веков люди записывали сообщения о сферах света размером с виноградный плод, медленно движущихся на небольшом расстоянии над землей, часто во время грозы, сохраняющихся около 10 секунд, прежде чем тихо исчезнуть.

    Иногда бывает один или два дополнительных эффекта. Говорят, что некоторые проходят через стеклянную панель закрытого окна. Другие могут с треском погаснуть или даже оставить после себя запах серы, когда они исчезнут.

    Более десяти лет назад Владимир Торчигин из Российской академии наук пришел к выводу, что атмосферное явление, которое мы называем шаровой молнией, вовсе не молния, а скорее фотоны, рикошетирующие внутри воздушного пузыря, созданного ими самими.

    Впрочем, какой бы шаровой молнией ни было, в истории хватает свидетельств очевидцев.

    Однако отделить миф от фактов непросто, и в прошлом к ​​ним относились с большой долей скептицизма. Сегодня исследователи проявляют осторожный оптимизм в отношении того, что, вероятно, во множестве наблюдений что-то есть.

    В 1970-х исследователь шаровых молний Стэнли Сингер предположил, что любая успешная модель, объясняющая это явление, должна учитывать три основных особенности; продолжительность шаровой молнии, ее плавающее движение и ее внезапное исчезновение.

    Всего несколько лет назад предполагаемое событие, связанное с шаровой молнией в Китае, было случайно зафиксировано на спектрографе после удара молнии в землю, что предоставило исследователям разбивку ее электромагнитного спектра.

    Исследования подтверждают объяснение инженера Кентерберийского университета Джона Абрахамсона, который предположил, что светящийся воздух может быть результатом испарения материала земли, выталкиваемого ударной волной воздуха.

    Другие предположения представляют облака ионов, отталкивающих заряды, которые собираются на изоляторе, таком как лист стекла, обеспечивая основу для длительного срока службы, а также для дрейфующих и «подпрыгивающих» движений.

    Идея Торчигина настолько же проста, насколько и весьма умозрительна. Это не имеет ничего общего с заряженными ионами, а все связано с интенсивным потоком фотонов, излучаемым яркой вспышкой внутри нашей атмосферы.

    Поскольку любая частица поглощает и испускает электромагнитное излучение, возникает отдача, называемая силой Абрахама-Лоренца. Теоретически свет от удара молнии заставляет частицы воздуха дрожать, поскольку они поглощают и передают электромагнитное излучение.

    Эта сила не так уж и впечатляет в большинстве случаев, как даже Торчигин признает, заявляя: «Эти силы чрезвычайно малы для обычных сил света, и их действие справедливо игнорируется».

    Но сильная вспышка удара молнии — это не обычная вспышка. Более того, эти оптические силы потенциально могут быть значительно увеличены при правильных условиях.

    Эти «правильные условия», по словам Торчигина, включают образование тонкого слоя воздуха, который преломляет свет обратно на себя.

    Тонкий слой воздуха, похожий на пленку пузырька, может эффективно фокусировать свет, как линза, усиливая свет достаточно, чтобы выталкивать частицы воздуха в границу и производить долгоживущий пузырь, концентрируя фотоны на несколько секунд за раз. .

    Не все «зародыши» шаровой молнии будут успешными, мгновенно исчезают из-за недостатка света или достаточно закрытой оболочки. Но те, кто действительно торчал поблизости, выглядели бы эффектно, прокладывая захватывающий путь практически через любую прозрачную среду.

    Эта идея обсуждалась Владимиром и его коллегой по Российской академии наук Александром Торчигиным в десятках статей на протяжении многих лет.

    Последнее обсуждение Владимира этой темы сочетает в себе многочисленные предположения с физическими моделями, чтобы определить плотность света и давление воздуха, необходимые для получения подходящего показателя преломления.

    Страница не найдена | МАОУ Шороховская СОШ

    Страница, которую Вы ищете, видимо, удалена или не существовала ранее.

    Однако вы можете попробовать поискать необходимую информацию в следующих статьях:

    • «А ну-ка, мальчики» в Кукушкинской школе
    • «Отвага, мужество и честь!» Поздравительная открытка в Денисовской ООШ
    • «Слово во славу защитников Отечества!» В Кировской школе прошли праздничные мероприятия, посвященные Дню защитника Отечества.
    • Игра «Юные защитники»
    • Праздник всех людей, которые стоят на страже нашей Родины.
    • «Конференция первого доклада – 2022»
    • На страже Родины!
    • «Чтобы помнили!» В Кировской СОШ почтили память воинов-интернационалистов.
    • День памяти о россиянах, исполнявших служебный долг за пределами Отечества
    • «Хэштег» — так будет называться программа летнего оздоровительного лагеря при Шороховской школе
    • «Вкусная и здоровая пища»
    • Денисовский детский сад «Тополёк» участвует в международном игровом конкурсе «Человек и природа».
    • Малая Олимпиада в Кировском детском саду.
    • Микрозелень, а польза большая!
    • Знакомство с Олимпийскими играми
    • «Дорожная грамотность» в Денисовском детском саду «Тополёк»
    • «Готов стать офицером Росгвардии!» Профориентационный вебинар Управления Росгвардии по Тюменской области.
    • Мероприятия, посвящённые Дню Памяти жертв Холокоста
    • Мероприятие «Блокада Ленинграда глазами детей» в Кукушкинской школе
    • «Выжил! Выстоял! Не сдался Ленинград!»
    • «Ленинград. Чтобы помнили!» Школьные мероприятия, посвященные Памяти снятия блокады Ленинграда.
    • О сотрудничестве Школы и Молодежного центра
    • Прощание с новогодней ёлочкой в Шороховской Радуге!
    • Выставка «Мальчишка в военной шинели…» в Кукушкинской школе
    • «Пока мы помним – мы живы!» Памяти о Холокосте
    • Рисуем волшебную снежинку!
    • Поздравляем с победой
    • Фольклорный праздник «В гостях у Зимушки – Зимы» в Кукушкинской школе
    • Спортивные успехи учащихся Денисовской ООШ
    • Мы за здоровый образ жизни!!!
    • Волшебные новогодние праздники!
    • «Зимние забавы» в Кукушкинской школе
    • Зимние активные каникулы
    • «Снег,снежок…»
    • Онлайн — игра Адвент-Календарь!
    • Новогоднее волшебство в Денисовской ООШ
    • Новый год к нам мчится!
    • О реализации регионального проекта «Мы выбираем АПК!
    • Шахматный турнир в Кукушкинской школе
    • «Природа удивительно прекрасна, люби ёё и не губи напрасно». Областная олимпиада для детей с ограниченными возможностями здоровья
    • Ёлка отличников
    • Увлекательное путешествие в мир театрального искусства
    • Шашечный турнир в Кукушкинской школе
    • Школьный калейдоскоп Денисовской ООШ
    • Предотвратим беду вместе!
    • Акция «Новогодние окна»
    • Встречи с интересными людьми.
    • Час забавы «Уж я сеяла ленок» в Кукушкинском детском саду «Колобок»
    • Конкурс чтецов «Кому на Руси жить хорошо»
    • Праздник к нам приходит!

    Погоня за убегающими. Физики раскрывают тайны рождения молний.

    “Молния подожгла здание Киево-Печерской лавры”, “удар молнии вывел из строя энергоподстанцию в Новгородской области”, “Ту-154” упал из-за грозы”, “молния испепелила музей Тютчева в Подмосковье” — список бесчинств стихии нескончаем. Каждый год четыре миллиона молний ударяют в поверхность Земли. За Полярным кругом грозы бывают не чаще одного раза в 10 лет, а в Индонезии — 320 дней в году!

    Сила тока во время главного разряда может за несколько микросекунд достигать 200 тысяч ампер, а температура канала, по которому проходит ток, превышает 20 000 градусов! Велико искушение овладеть этой силищей. “Мы ухватим ее, мы будем пробивать молниями горы, варить камни! — восклицал без тени сомнения герой известного романа Даниила Гранина “Иду на грозу”. Более двух столетий ученые бьются над загадками молнии — этого гигантского электрического искрового разряда в атмосфере. Особый интерес вызывает его начальная стадия — электрический пробой.

    Чаще всего молния возникает в кучево-дождевых облаках. При их образовании интенсивные восходящие потоки воздуха увлекают вверх и разбрызгивают встречающиеся на пути капли влаги, трение частиц приводит к их электризации. В зоне, где, как предполагали, электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация — ее создают свободные электроны, которые всегда есть в воздухе. Под действием электрического поля они приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Возникают так называемые стримеры — хорошо проводящие каналы.

    Сливаясь, стримеры дают начало лидеру — яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью. Он движется к земле ступенями в несколько десятков метров (именно поэтому движение молнии выглядит как ломаная линия). Пройдя первую, приостанавливается на несколько десятков микросекунд, опять делает рывок. И, когда до поверхности остается метров десять, навстречу ему выбрасывается встречный стример, он соединяется с лидером, в этот момент и возникает главный разряд молнии, который характеризуется токами от десятков до сотен тысяч ампер, чрезвычайной яркостью, скоростью, близкой к скорости света. Длина канала достигает 10 километров, а диаметр — всего 10-20 сантиметров. Ток, как по шнурку, стремительно стекает из облака на землю, канал с грохотом как бы взрывается, вещество, бывшее до пробоя диэлектриком (в нашем случае — атмосфера Земли) мгновенно, за 10-5-10-8 секунд, становится проводником тока — это и есть обычный электрический пробой.

    Казалось бы, все ясно: в атмосфере накопилось электричество, при критических значениях оно пробивает канал, по нему стекает ток, который мы видим как молнию. Однако действительность оказалась гораздо сложнее этой общепринятой схемы. Кроме так называемого светлого электрического пробоя, который мы видим невооруженным глазом, есть еще и “темный”, который фиксируют только приборы. Его назвали пробоем на убегающих электронах (ПУЭ).

    Появлению новой теории зарождения молнии способствовали эксперименты, которые проводились на самолетах и шарах-зондах. Было отмечено, что величина электрического поля в грозовых облаках всегда оставалась значительно ниже критического поля, необходимого для возникновения обычного пробоя. Это была первая загадка. А в конце 1990-х годов в грозовом облаке впервые зафиксировали резкую вспышку гамма-излучения с энергией фотонов до 100 Кэв. Но обычно такое излучение, создаваемое космическими лучами, в 1000 раз слабее! Что дает такую вспышку гамма-излучения — вторая загадка, не вписывающаяся в общепринятые схемы.

    — Эти вопросы мы подробно обсуждали в 1991 году, когда я работал в США по приглашению Национальной лаборатории в Лос-Аламосе, — говорит автор теории ПУЭ, заведующий сектором взаимодействия радиоволн с плазмой Физического института РАН, академик Александр Гуревич (на верхнем снимке). — Но ответа не находилось. На обратном пути мне пришлось полтора часа провести в аэропорту Альбукерке в ожидании вылета. Я просто сидел и думал об этих загадках. И неожиданно мне стал понятен новый физический механизм электрического пробоя — того явления, которое теперь называется пробоем на убегающих электронах. Это совсем другой, не обычный электрический пробой. ПУЭ — новое физическое явление, новое — в глубинном смысле. В его основе лежит классический механизм взаимодействия быстрых частиц с веществом, замечательные особенности которого были открыты Резерфордом еще в начале прошлого столетия.

    Что же такое пробой на убегающих электронах? Александр Викторович приводит пример из жизни. Вы бежите через толпу, она вас сдерживает, вы все равно рветесь вперед. При этом сила торможения (с которой вас сдерживают), уменьшается, а ваша — возрастает. В конце концов, вы вырвались из толпы, энергия, которую тратили на преодоление торможения, высвобождается, и вы бежите вперед с возросшей скоростью. То же происходит и с убегающими электронами.

    — Убегающие электроны движутся с такой большой скоростью, что проникают внутрь атомов, так что всякая среда представляет для них лишь набор электронов и ядер, — рассказывает А.Гуревич. — Особенность взаимодействия быстрого электрона с медленными в том, что сила торможения быстрого электрона, открытая Резерфордом и теоретически разработанная Бете, падает с ростом его энергии. Освободившись от сил, препятствующих движению, электрон начинает ускоряться электрическим полем. И чем большую скорость приобретают электроны, тем меньшее сопротивление своему движению они испытывают и, следовательно, ускоряются еще больше.

    Убегающий электрон (а фактически — ускоряющийся), сталкиваясь с электронами атомов, порождает целый каскад медленных свободных электронов. Но среди них появляется и быстрый электрон, который становится убегающим, то есть тоже ускоряется полем. Он порождает новый убегающий электрон, в результате появляется экспоненциально нарастающая лавина убегающих электронов. Вместе с ними растет и огромное число медленных (тепловых) электронов, что приводит к быстрому росту электропроводности среды, то есть к электрическому пробою.

    Главную роль в этом пробое играет размножение убегающих электронов. Поэтому его и называют пробоем на убегающих электронах. Критическое поле для ПУЭ в несколько раз ниже критического поля для обычного пробоя. Как раз такое поле и наблюдается в грозовых облаках. К тому же быстрые электроны эффективно генерируют гамма-излучение. Таким образом, свойства ПУЭ позволяют объяснить обе загадки молнии. Кроме того, для возбуждения ПУЭ необходимы так называемые затравочные быстрые электроны. Такие электроны в атмосфере есть — они генерируются космическими лучами. Тем самым устанавливается связь космического излучения с грозовыми процессами.

    Предсказание ПУЭ ученый мир воспринял как нить Ариадны, с помощью которой можно разгадать тайну возникновения молнии. Над построением теории ПУЭ начали работу в ФИАН А. Гуревич и К.Зыбин. Объемные численные расчеты провели ученые из Сарова, Лос-Аламоса и университета Лос-Анджелеса. В течение шести лет, в нелегкие для науки 1990-е годы, разрабатывались элементарная и кинетическая теории ПУЭ, определялись условия его возникновения. Вслед за теорией появились и новые важные результаты наблюдений. В частности, с помощью космических аппаратов были открыты мощные вспышки гамма-излучения, рожденного в атмосфере высотными молниями.

    Началась подготовка крупного наземного эксперимента.

    — В лабораторных условиях провести такой эксперимент невозможно, ведь длина свободного пробега убегающего электрона минимум 50 метров — расстояние, необходимое для того, чтобы можно было зафиксировать явление ПУЭ, а для каскада электронов установка должна быть уже километровой, — рассказывает заместитель руководителя отделения ядерной физики и астрофизики ФИАН Владимир Рябов. — Решили проводить эксперимент в природных условиях, наблюдая за грозами. Выбор пал на Тянь-Шанскую высокогорную научную станцию космических лучей (ТШВНС) в горах Заилийского Алатау близ Алма-Аты. (Эту станцию правительство Казахстана на 49 лет передало в аренду ФИАН). Для исследования физики грозового разряда там уникальные природные условия — грозы гремят с мая по ноябрь, а горизонтально расположенный пик Турист высотой около 4 тысяч метров позволяет разместить детекторы в несколько ярусов и как раз на таком расстоянии, которое дает возможность наблюдать весь пробег и электрона, и каскада электронов.

    В 2002 году начались эксперименты по проверке теории ПУЭ. В настоящее время на различных установках ТШВНС ведется непрерывный мониторинг широких атмосферных ливней (ШАЛ), регистрируются радио- и гамма-излучения в широком диапазоне частот. В грозовой период все детекторы работают непрерывно в автоматическом режиме, чтобы не пропустить ни одного события.

    По предположению академика Гуревича, спусковым крючком для пробоя на убегающих электронах могут служить высокоэнергичные космические частицы, достигающие Земли, — они регистрируются в широких атмосферных ливнях. Поэтому физики задействовали и то оборудование, которое в советские времена использовалось для исследования ­ШАЛов. Во время гроз детекторы оказываются непосредственно в эпицентре события. Старший научный сотрудник лаборатории космических лучей Александр Чубенко проработал на станции уже несколько сезонов и знает о работе в экстремальных условиях не понаслышке.

    — Оборудование находится в экспериментальных домиках (на нижнем снимке — С.К.) — их больше 50 на разных высотах, — рассказывает он. — Детекторы объединены в единую сеть. Когда параметры атмосферы достигают критических значений, система должна сработать строго синхронно, чтобы потом все сигналы можно было связать в единое событие и скоррелировать показатели. В отдельном домике находится компьютер, куда стекается вся информация о событии. На самом гребне стоят пять детекторных пунктов, последний оборудовали на высоте 4 тысячи метров год назад.

    Однажды гроза застала нас, когда мы тянули кабель на самый пик. Кто побывал в подобной переделке — знает, что это такое. Когда молнии бьют вокруг, хочется зарыться в землю. Жуткое состояние! Зато ни у кого в мире нет таких данных, ведь мы находимся буквально внутри грозы. Правда, приходится часто чинить кабельную систему: молнии прожигают в ней дырки. Несмотря на такие ЧП, нам удалось полностью зафиксировать уже 10 событий. При анализе мы увидели те самые всплески гамма-излучения, которые свидетельствуют, что во время прохождения ШАЛа появились пробои на убегающих электронах.

    Комплексная установка “Гроза” на ТШВНС уникальна, она позволяет исследовать все виды излучения во время грозы, имеет большой технический потенциал и постоянно модернизируется. Ученые полагают, что нужно еще примерно пять благополучных грозовых сезонов, чтобы экспериментально подтвердить теорию Гуревича.

    Основные единицы системы СИ — Тихоокеанский государственный университет

    Метрическая система — это общее название международной десятичной системы единиц, основными единицами которой являются метр и килограмм. При некоторых различиях в деталях элементы системы одинаковы во всем мире.

    Эталоны длины и массы, международные прототипы. Международные прототипы эталонов длины и массы — метра и килограмма — были переданы на хранение Международному бюро мер и весов, расположенному в Севре — пригороде Парижа. Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия, поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минимальном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой линейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при температуре эталона, равной 0° С. За международный прототип килограмма была принята масса цилиндра, сделанного из того же платино-иридиевого сплава, что и эталон метра, высотой и диаметром около 3,9 см. Вес этой эталонной массы, равной 1 кг на уровне моря на географической широте 45°, иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных единиц является единица силы.

    Международная система СИ. Международная система единиц (СИ) представляет собой согласованную систему, в которой для любой физической величины, такой, как длина, время или сила, предусматривается одна и только одна единица измерения. Некоторым из единиц даны особые названия, примером может служить единица давления паскаль, тогда как названия других образуются из названий тех единиц, от которых они произведены, например единица скорости — метр в секунду. Основные единицы вместе с двумя дополнительными геометрического характера представлены в табл. 1. Производные единицы, для которых приняты особые названия, даны в табл. 2. Из всех производных механических единиц наиболее важное значение имеют единица силы ньютон, единица энергии джоуль и единица мощности ватт. Ньютон определяется как сила, которая придает массе в один килограмм ускорение, равное одному метру за секунду в квадрате. Джоуль равен работе, которая совершается, когда точка приложения силы, равной одному ньютону, перемещается на расстояние один метр в направлении действия силы. Ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду. Об электрических и других производных единицах будет сказано ниже. Официальные определения основных и дополнительных единиц таковы.

    Метр — это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды.

    Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

    Секунда — продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

    Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

    Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

    Радиан — плоский угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

    Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

    Таблица 1. Основные единицы СИ
    Величина Единица Обозначение
    Наименование русское международное
    Длина метр м m
    Масса килограмм кг kg
    Время секунда с s
    Сила электрического тока ампер А A
    Термодинамическая температура кельвин К K
    Сила света кандела кд cd
    Количество вещества моль моль mol
    Дополнительные единицы СИ
    Величина Единица Обозначение
    Наименование русское международное
    Плоский угол радиан рад rad
    Телесный угол стерадиан ср sr
    Таблица 2. Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
    Величина Единица

    Выражение производной единицы

    Наименование Обозначение через другие единицы СИ через основные и дополнительные единицы СИ
    Частота герц Гц с-1
    Сила ньютон Н м кг с-2
    Давление паскаль Па Н/м2 м-1 кг с-2
    Энергия, работа, количество теплоты  джоуль Дж Н м  мкг с-2 
    Мощность, поток энергии  ватт   Вт  Дж/с мкг с-3 
    Количество электричества, электрический заряд  кулон  Кл   А с с А 
    Электрическое напряжение, электрическийпотенциал  вольт  В  Вт/А  мкгс-3 А-1 
    Электрическая емкость  фарад  Ф   Кл/В м-2 кг-1 сА2 
    Электрическое сопротивление  ом  Ом  В/А  мкг с-3 А-2 
    Электрическая проводимость   сименс  См  А/В м-2 кг-1 с3 А2 
    Поток магнитной индукции  вебер  Вб   В с м2 кг с-2 А-1 
    Магнитная индукция  тесла   Т, Тл Вб/м2  кг с-2 А-1 
    Индуктивность  генри  Г, Гн   Вб/А м2 кг с-2 А-2 
    Световой поток  люмен   лм   кд ср 
    Освещенность  люкс  лк    м2 кд ср 
    Активность радиоактивного источника  беккерель  Бк  с-1   с-1
    Поглощенная доза излучения  грэй  Гр  Дж/кг   м2 с-2

    Для образования десятичных кратных и дольных единиц предписывается ряд приставок и множителей, указываемых в табл. 3.

    Таблица 3. Приставки и множители десятичных кратных и дольных единиц международной системы СИ
     экса  Э  1018  деци  д 10-1 
     пета  П  1015  санти  с  10-2
     тера  Т  1012  милли  м  10-3
     гига  Г  109 микро   мк  10-6
     мега  М  106 нано   н  10-9
     кило  к  103 пико   п  10-12
     гекто  г  102 фемто   ф  10-15
     дека  да  101 атто   а  10-18

    Таким образом, километр (км) — это 1000 м, а миллиметр — 0,001 м. (Эти приставки применимы ко всем единицам, как, например, в киловаттах, миллиамперах и т.д.)

    Масса, длина и время. Все основные единицы системы СИ, кроме килограмма, в настоящее время определяются через физические константы или явления, которые считаются неизменными и с высокой точностью воспроизводимыми. Что же касается килограмма, то еще не найден способ его реализации с той степенью воспроизводимости, которая достигается в процедурах сравнения различных эталонов массы с международным прототипом килограмма. Такое сравнение можно проводить путем взвешивания на пружинных весах, погрешность которых не превышает 1 10-8. Эталоны кратных и дольных единиц для килограмма устанавливаются комбинированным взвешиванием на весах.

    Поскольку метр определяется через скорость света, его можно воспроизводить независимо в любой хорошо оборудованной лаборатории. Так, интерференционным методом штриховые и концевые меры длины, которыми пользуются в мастерских и лабораториях, можно проверять, проводя сравнение непосредственно с длиной волны света. Погрешность при таких методах в оптимальных условиях не превышает одной миллиардной (1 10-9). С развитием лазерной техники подобные измерения весьма упростились, и их диапазон существенно расширился.

    Точно так же секунда в соответствии с ее современным определением может быть независимо реализована в компетентной лаборатории на установке с атомным пучком. Атомы пучка возбуждаются высокочастотным генератором, настроенным на атомную частоту, и электронная схема измеряет время, считая периоды колебаний в цепи генератора. Такие измерения можно проводить с точностью порядка 1 10-12 — гораздо более высокой, чем это было возможно при прежних определениях секунды, основанных на вращении Земли и ее обращении вокруг Солнца. Время и его обратная величина — частота — уникальны в том отношении, что их эталоны можно передавать по радио. Благодаря этому всякий, у кого имеется соответствующее радиоприемное оборудование, может принимать сигналы точного времени и эталонной частоты, почти не отличающиеся по точности от передаваемых в эфир.

    Механика. Исходя из единиц длины, массы и времени, можно вывести все единицы, применяемые в механике, как было показано выше. Если основными единицами являются метр, килограмм и секунда, то система называется системой единиц МКС; если — сантиметр, грамм и секунда, то — системой единиц СГС. Единица силы в системе СГС называется диной, а единица работы — эргом. Некоторые единицы получают особые названия, когда они используются в особых разделах науки. Например, при измерении напряженности гравитационного поля единица ускорения в системе СГС называется галом. Имеется ряд единиц с особыми названиями, не входящих ни в одну из указанных систем единиц. Бар, единица давления, применявшаяся ранее в метеорологии, равен 1 000 000 дин/см2. Лошадиная сила, устаревшая единица мощности, все еще применяемая в британской технической системе единиц, а также в России, равна приблизительно 746 Вт.

    Температура и теплота. Механические единицы не позволяют решать все научные и технические задачи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.

    Термодинамическая шкала температуры. Единица термодинамической температуры Кельвина (К), называемая кельвином, определяется тройной точкой воды, т.е. температурой, при которой вода находится в равновесии со льдом и паром. Эта температура принята равной 273,16 К, чем и определяется термодинамическая шкала температуры. Данная шкала, предложенная Кельвином, основана на втором начале термодинамики. Если имеются два тепловых резервуара с постоянной температурой и обратимая тепловая машина, передающая тепло от одного из них другому в соответствии с циклом Карно, то отношение термодинамических температур двух резервуаров дается равенством T/T1 = -Q2Q1, где Q2 и Q1 — количества теплоты, передаваемые каждому из резервуаров (знак <минус> говорит о том, что у одного из резервуаров теплота отбирается). Таким образом, если температура более теплого резервуара равна 273,16 К, а теплота, отбираемая у него, вдвое больше теплоты, передаваемой другому резервуару, то температура второго резервуара равна 136,58 К. Если же температура второго резервуара равна 0 К, то ему вообще не будет передана теплота, поскольку вся энергия газа была преобразована в механическую энергию на участке адиабатического расширения в цикле. Эта температура называется абсолютным нулем. Термодинамическая температура, используемая обычно в научных исследованиях, совпадает с температурой, входящей в уравнение состояния идеального газа PV = RT, где P — давление, V — объем и R — газовая постоянная. Уравнение показывает, что для идеального газа произведение объема на давление пропорционально температуре. Ни для одного из реальных газов этот закон точно не выполняется. Но если вносить поправки на вириальные силы, то расширение газов позволяет воспроизводить термодинамическую шкалу температуры.

    Международная температурная шкала.  В соответствии с изложенным выше определением температуру можно с весьма высокой точностью (примерно до 0,003 К вблизи тройной точки) измерять методом газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый термометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается электросопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре (в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термометр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в равновесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электросопротивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку температуре тройной точки приписывается значение, равное 273,16 К.

    Существуют две международные температурные шкалы — Кельвина (К) и Цельсия (С). Температура по шкале Цельсия получается из температуры по шкале Кельвина вычитанием из последней 273,15 К.

    Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая температурная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра, используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей возможной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось позднее, ее отклонения весьма существенны.

    Температурная шкала Фаренгейта. Температурную шкалу Фаренгейта, которая широко применяется в сочетании с британской технической системой единиц, а также в измерениях ненаучного характера во многих странах, принято определять по двум постоянным опорным точкам — температуре таяния льда (32° F) и кипения воды (212° F) при нормальном (атмосферном) давлении. Поэтому, чтобы получить температуру по шкале Цельсия из температуры по шкале Фаренгейта, нужно вычесть из последней 32 и умножить результат на 5/9.

    Единицы теплоты. Поскольку теплота есть одна из форм энергии, ее можно измерять в джоулях, и эта метрическая единица была принята международным соглашением. Но поскольку некогда количество теплоты определяли по изменению температуры некоторого количества воды, получила широкое распространение единица, называемая калорией и равная количеству теплоты, необходимому для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на 1° С. В связи с тем что теплоемкость воды зависит от температуры, пришлось уточнять величину калории. Появились по крайней мере две разные калории — <термохимическая> (4,1840 Дж) и <паровая> (4,1868 Дж). <Калория>, которой пользуются в диететике, на самом деле есть килокалория (1000 калорий). Калория не является единицей системы СИ, и в большинстве областей науки и техники она вышла из употребления.

    Электричество и магнетизм. Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и времени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее установить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некоторых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.

    Единицы системы СИ. Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ.

    Ампер, единица силы электрического тока, — одна из шести основных единиц системы СИ. Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 107 Н.

    Вольт, единица разности потенциалов и электродвижущей силы. Вольт — электрическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1 А при затрачиваемой мощности 1 Вт.

    Кулон, единица количества электричества (электрического заряда). Кулон — количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника при постоянном токе силой 1 А за время 1 с.

    Фарада, единица электрической емкости. Фарада — емкость конденсатора, на обкладках которого при заряде 1 Кл возникает электрическое напряжение 1 В.

    Генри, единица индуктивности. Генри равен индуктивности контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 В при равномерном изменении силы тока в этом контуре на 1 А за 1 с.

    Вебер, единица магнитного потока. Вебер — магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре, имеющем сопротивление 1 Ом, протекает электрический заряд, равный 1 Кл.

    Тесла, единица магнитной индукции. Тесла — магнитная индукция однородного магнитного поля, в котором магнитный поток через плоскую площадку площадью 1 м2, перпендикулярную линиям индукции, равен 1 Вб.

    Практические эталоны. На практике величина ампера воспроизводится путем фактического измерения силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять. Точно так же величину вольта невозможно фиксировать в прямом соответствии с его определением, так как трудно воспроизвести с необходимой точностью механическими средствами ватт (единицу мощности). Поэтому вольт на практике воспроизводится с помощью группы нормальных элементов. В США с 1 июля 1972 законодательством принято определение вольта, основанное на эффекте Джозефсона на переменном токе (частота переменного тока между двумя сверхпроводящими пластинами пропорциональна внешнему напряжению).

    Свет и освещенность. Единицы силы света и освещенности нельзя определить на основе только механических единиц. Можно выразить поток энергии в световой волне в Вт/м2, а интенсивность световой волны — в В/м, как в случае радиоволн. Но восприятие освещенности есть психофизическое явление, в котором существенна не только интенсивность источника света, но и чувствительность человеческого глаза к спектральному распределению этой интенсивности.

    Международным соглашением за единицу силы света принята кандела (ранее называвшаяся свечой), равная силе света в данном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 1012 Гц (l = 555 нм), энергетическая сила светового излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Это примерно соответствует силе света спермацетовой свечи, которая когда-то служила эталоном.

    Если сила света источника равна одной канделе во всех направлениях, то полный световой поток равен 4p люменов. Таким образом, если этот источник находится в центре сферы радиусом 1 м, то освещенность внутренней поверхности сферы равна одному люмену на квадратный метр, т.е. одному люксу.

    Рентгеновское и гамма-излучение, радиоактивность. Рентген (Р) — это устаревшая единица экспозиционной дозы рентгеновского, гамма- и фотонного излучений, равная количеству излучения, которое с учетом вторичноэлектронного излучения образует в 0,001 293 г воздуха ионы, несущие заряд, равный одной единице заряда СГС каждого знака. В системе СИ единицей поглощенной дозы излучения является грэй, равный 1 Дж/кг. Эталоном поглощенной дозы излучения служит установка с ионизационными камерами, которые измеряют ионизацию, производимую излучением.

    Кюри (Ки) — устаревшая единица активности нуклида в радиоактивном источнике. Кюри равен активности радиоактивного вещества (препарата), в котором за 1 с происходит 3,700 1010 актов распада. В системе СИ единицей активности изотопа является беккерель, равный активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Эталоны радиоактивности получают, измеряя периоды полураспада малых количеств радиоактивных материалов. Затем по таким эталонам градуируют и поверяют ионизационные камеры, счетчики Гейгера, сцинтилляционные счетчики и другие приборы для регистрации проникающих излучений.

    Физические величины и их измерение

    п.1. Физические величины

    Физические тела могут отличаться своими размерами, весом, материалом, из которого изготовлены, и т. д. Физические явления также могут различаться своей продолжительностью, интенсивностью, скоростью и т.п.

    Физическое свойство – это то, чем одно тело или явление отличается от других тел или явлений.

    Многие физические свойства мы измеряем, т.е. определяем их количественные величины: меряем длину в метрах, площадь – в квадратных метрах, время – в секундах, массу – в килограммах и т.п.

    Физическая величина – это количественная характеристика (мера) определенного физического свойства тела или явления.

    Примеры физических свойств и соответствующих им физических величин:
    Физическое тело — стол

    Физическое свойство

    Физическая величина

    Плотность (древесины столешницы)

    Плотность (металла ножек)

    Физическое явление – кипение воды

    Физическое свойство

    Физическая величина

    Температура кипения

    Длительность полного выкипания 1 кг воды на обычной конфорке (2,0 кВт)

    п.

    2. Единицы измерения
    «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

    Д.И. Менделеев (1834-1907),
    выдающийся русский химик, физик, метролог

    Единица измерения – это физическая величина определенного размера, которой условно по соглашению присвоено числовое значение, равное 1.

    Примеры единиц измерения:

    • для расстояний – метры, километры, сантиметры;
    • для времени – секунды, минуты, часы;
    • для массы – килограммы, граммы, тонны.

    Найти физическую величину – это значит указать, во сколько раз она больше или меньше единицы измерения.

    Примеры размеров, выраженные в метрах:

    • радиус наблюдаемой части Вселенной – 1026 м
    • среднее расстояние от Солнца до Земли – 1,5·1011 м
    • средний рост ученика 7 класса – 1,5 м
    • средний размер вируса – 10-7 м
    • радиус протона – 10-15 м

    п.

    3. Международная система единиц СИ

    В современном мире система единиц измерения для науки, техники и быта устанавливается государством в специальных законах.
    В большинстве государств используется Международная система единиц СИ.

    Международная система единиц (СИ) – система единиц, основанная на Международной системе величин, вместе с наименованиями и обозначениями, а также набором приставок и их наименованиями и обозначениями вместе с правилами их применения, принятая Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM).

    СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г., изменялась и дополнялась на последующих конференциях (последние изменения внесены в 2019 г.).
    В СИ определено семь основных единиц для семи физических величин.

    Физическая величина Длина Время Масса Сила тока Температура Кол-во вещества Сила света
    Ед. измерения Метр Секунда Килограмм Ампер Кельвин Моль Кандела

    Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений.
    Кроме того, существуют ещё кратные единицы, которые в разы больше, и дольные единицы, которые в разы меньше основных и производных единиц.
    Названия кратных и дольных единиц формируются с помощью приставок «кило», «мега», «гига», «деци», «санти», «милли» и т.п.

    Примеры кратных и дольных единиц для метра:
    103 м=1000 м=1 км – километр
    10-1 м=0,1 м=1 дм – дециметр
    10-2 м=0,01 м=1 см – сантиметр
    10-3 м=0,001 м=1 мм – миллиметр
    10-6 м=0,000001 м=1 мк – микрометр
    10-9 м=0,000000001 м=1 нм – нанометр

    Существуют также внесистемные единицы измерения, которые остаются в употреблении по традиции и потому что удобны. Например, тонна и центнер для массы, литр для объема, миля для расстояния и т. п.

    п.4. Измерительные приборы

    В большинстве случаев мы измеряем физические величины с помощью приборов: длину – с помощью линейки, вес – с помощью весов, время – с помощью секундомера и т.д.

    Измерительный прибор – это техническое средство, предназначенное для измерения значений физической величины в установленном диапазоне.

    Примеры измерительных приборов для определения длины:

    п.5. Задачи

    Задача 1. Найдите длину брусков, приложенных к линейке (одно деление – 1 мм):

    Чтобы найти длину бруска (l), нужно от измерения справа (x2) отнять измерение слева (x1):

    l=x2x1

    Для первого бруска:
    x1=4,5 см; x2=6,2 см
    l=6,2 см-4,5 см=1,7 см

    Для второго бруска:
    x1=6,7 см; x2=9,7 см
    l=9,7 см-6,7 см=3 см

    Для третьего бруска:
    x1=10,4 см; x2=13 см
    l=13 см-10,4 см=2,6 см

    Задача 2. Запишите длины в порядке убывания:
    0,3 дм, 20 см, 450 мм, 540 мкм, 0,0001 км.

    Выразим все длины через метры:
    0,3 дм = 0,03 м
    20 см = 0,2 м
    450 мм = 0,45 м
    540 мкм = 0,00054 м
    0,0001 км = 0,1 м
    Получаем:
    0,45 м>0,2 м>0,1 м>0,03 м>0,00054 м
    450 мм>20 см>0,0001 км>0,3 дм>540 мкм

    Задача 3. Объем воды в аквариуме 5 л. Выразите этот объем в м3, дм3, см3.

    5 л = 5 дм3
    5 л = 5 дм3 = 5·(1 дм)3=5·(0,1 м)3=5·0,001 м3=0,005 м3
    5 л = 5 дм3 = 5·(1 дм)3=5·(10 см)3=5·1000 (см)3=5000 (см)3

    Задача 4. Квадрат площадью 1 м2 разрезали на квадратики площадью 1 см2 и уложили их в ряд. Какой длины получился этот ряд?

    Найдем, сколько в большом квадрате маленьких квадратиков:
    1 м2=(1 м)2=(100 см)2=10 000 см2
    Получается 10 000 квадратиков 1х1 см. Из них получится ряд длиной:
    10 000 см=100 м
    Ответ: 100 м

    Диалог с психологом. Как сохранить ментальное и физическое здоровье во время самоизоляции

    ГлавнаяО проектеНовостиДиалог с психологом. Как сохранить ментальное и физическое здоровье во время самоизоляции

    27.04.2020

    У многих новые условия жизни, переход на удаленную работу вызывают тревогу или стресс. Как оставаться в ресурсе, продуктивно работать, избавиться от стресса и выйти из самоизоляции счастливыми и здоровыми, рассказал на вебинаре в рамках проекта «Делаем офис мобильным» психолог, врач-психиатр, психотерапевт Владимир Кузнецов.

    Как оставаться в ресурсе во время самоизоляции: советы эксперта

    Находим информационный баланс

    Ограничьте избыток поступающей тревожной информации, старайтесь не общаться с близкими на негативные темы и не обсуждать новости. Не пытайтесь успокоиться за счет поиска информации — это только усилит тревогу. Постоянное получение негативной информации создает стресс для организма. Но не изолируйтесь от новостей совсем, не уходите в избегание и отрицание происходящего.

    Принимаем эмоции

    Примите свою тревогу и не отрицайте эмоции. Когда мы что-то отрицаем, оно захватывает нас еще больше. Посмотрите на свою тревогу со стороны как на явление и пропишите на бумаге, что вы конкретно испытываете. Это страх или тревога? Какие они? Сосредоточьтесь на моменте.

    Составляем план действий

    Постройте реалистичный план на ближайшее будущее. Выделите цели, не связанные с самоизоляцией: чем бы вы хотели заняться, какой навык освоить. Разбейте цель на небольшие шаги и ежедневно делайте их. Хотите написать книгу — пишите хотя бы по странице в день. Так вы создадите себе островок стабильности, а через месяц напишете уже 30 страниц своей книги.

    Поддерживаем физическое здоровье

    Каждый день в вашей жизни должна присутствовать физическая активность. Начните с небольших регулярных тренировок. 10–15 минут в день дадут нужный заряд бодрости. Если вы и до этого занимались спортом, можно освоить тренировку по системе Табата: интенсивные короткие физические нагрузки.

    Фокусируемся на дыхании

    Наблюдайте за дыханием. Попробуйте освоить брюшной тип дыхания — дышите животом. С помощью дыхания вы можете или успокоиться, или добавить телу энергии: когда мы удлиняем вдох, мы активизируем организм; когда мы удлиняем выдох — успокаиваем организм. Попробуйте дыхание с удлиненным выдохом, технику «4-2-6-2». Это количество секунд на вдох, выдох и паузу: делаем вдох 4 секунды, затем паузу 2 секунды, выдыхаем 6 секунд и опять держим паузу в две секунды. Можно воспользоваться и коротким вариантом этой техники: 2 секунды вдоха, пауза в 1 секунду, 3 секунды выдоха и 1 секунда паузы.

    Заботимся о себе и своих близких

    • Переключитесь со своих эмоций на домашние дела или заботу о других.
    • Примите состояние окружающих. Они тоже имеют право на ошибку и на проявление эмоций.
    • Примите свое состояние и особенности своей психики. Не осуждайте себя, а обсудите свои эмоции с близкими.
    • Общайтесь с близкими через «я-сообщения». Например, правильнее сказать ребенку не: «Почему ты раскидал игрушки!» или «Ты такой неряха!», а «Мне не нравится, когда в комнате не убрано». Людям сложно слышать утверждения о себе, если они вас не спрашивали.
    • Учитесь задавать вопросы и слушать. Готовьте не список обвинений, а список вопросов близким людям. Прежде чем что-то сказать, задайте себе вопросы: «Что я хочу получить? Правда ли, что то, что я планирую сказать, приведет к нужному мне результату? Как мне сформулировать мою речь, чтобы получить желаемый результат?»

    Работаем и отдыхаем

    • Разграничьте рабочее и нерабочее время и пространство. Лучше, если это будет отдельная комната. Но и отдельный стол тоже подойдет. Обсудите с домашними свой график и границы. Например, когда вы включаете компьютер, начинается рабочий день и вас никто не отвлекает. Не работайте в пижаме.
    • Установите таймер времени работы. Начали задачу, выделили на нее 25 минут времени и выполняем задачу, ни на что не отвлекаясь. Отдохнули пять минут и снова включаем таймер на 25 минут.
    • Если вы чувствуете вялость, поможет не кофе, а пять минут отдыха или физические упражнения, которые требуют повышенного внимания и быстрой реакции, например, жонглирование.

    Возврат к списку

    Шаровая молния: оптическая иллюзия или явление природы? — Энергетика и промышленность России — № 12 (200) июнь 2012 года — WWW.EPRUSSIA.RU

    Газета «Энергетика и промышленность России» | № 12 (200) июнь 2012 года

    Первое упоминание о шаровой молнии приходит к нам из VI века: епископ Григорий Турский писал тогда о появлении огненного шара во время церемонии освящения часовни. С тех пор накоплены тысячи свидетельств очевидцев, но явление шаровой молнии по‑прежнему остается необъяснимым.

    Благодаря свидетелям необычного явления можно составить усредненный «портрет» шаровой молнии. Чаще всего она имеет форму шара, но рассказывают также о грушевидных, овальных и медузо­образных молниях. Размер ее в большинстве случаев – от 5 до 30 сантиметров, время «жизни» обычно около 10 секунд, но иногда – более минуты; передвигается она со скоростью 0,5‑1 метр в секунду. Цвет – обычно красный, оранжевый или желтый, гораздо реже – голубой, белый или синий.

    В помещение шаровая молния может проникнуть не только через открытое окно, дверь или дымоход: иногда она, деформируясь, просачивается в узкие щели или даже проходит сквозь стекло, не оставляя в нем никаких следов. Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Иногда она просто исчезает, а в других случаях взрывается, порой принося значительный ущерб.

    Как перемещается молния-загадка

    Поведение шаровых молний непредсказуемо. Они относятся к явлениям, которые появляются когда хотят, где хотят и творят что хотят. Так, раньше считалось, что шаровые молнии рождаются только во время гроз и всегда сопровождают линейные (обычные) молнии. Однако постепенно выяснилось, что они могут появиться и в солнечную ясную погоду. Полагали, что молнии как бы «притягиваются» к местам высокого напряжения с магнитным полем – электрическим проводам. Но были зафиксированы случаи, когда они появлялись фактически посреди чистого поля.

    Шаровые молнии непонятным образом исторгаются из электрических розеток в домах и «просачиваются» сквозь малейшие щели в стенах и стеклах, превращаясь в «сосиски», а затем снова принимая свою обычную форму. При этом не остается никаких оплавленных следов. Шаровые молнии то спокойно висят на одном месте на небольшом расстоянии от земли, то несутся куда‑то со скоростью 8‑10 метров в секунду. Встретив на своем пути человека или животное, молнии могут держаться от них вдалеке и вести себя мирно, могут любопытно кружить поблизости, а могут напасть и обжечь или даже убить, после чего или растаять как ни в чем не бывало или взорваться с ужасным грохотом.

    Однако, несмотря на частые рассказы о травмированных или убитых шаровой молнией, число таких случаев при появлении шаровой молнии сравнительно невелико – всего 9 процентов. Чаще всего молния, покружив по местности, исчезает, не причинив никакого вреда. Если она появилась в доме, то обычно «просачивается» обратно на улицу и только там тает.

    Кроме того, зафиксировано много необъяснимых случаев, когда шаровые молнии «привязываются» к какому‑то конкретному месту или человеку и появляются регулярно. При этом по отношению к человеку они делятся на два вида – те, которые нападают на него в каждое свое появление, и те, которые не причиняют вреда либо нападают на людей, находящихся поблизости.

    Так что же это за диво?

    На сегодняшний день существует более ста гипотез, претендующих на объяснение физической сути шаровой молнии. Однако ни одну из них не удается подтвердить с достаточной степенью надежности. Экзотическое поведение шаровой молнии дает простор для самых необузданных фантазий. Часто в описаниях очевидцев встречается отношение к молнии как к живому существу. Есть мнение, что молния является аналогом НЛО или существом из параллельного мира с непостижимым разумом и логикой.

    Шаровая молния может наводить радиопомехи – это легко выявить, если недалеко от маршрута ее неторопливого движения имеется включенный радио- или телевизионный приемник. Нередки случаи, когда наблюдаемая шаровая молния аккуратно облетает находящиеся на пути предметы, пока не достигнет вполне конкретного и одной ей известного объекта.

    Время жизни шаровой молнии может составлять от нескольких секунд до минуты, в конце существования этого явления обычно происходит взрыв. Изредка шаровая молния может распадаться на отдельные части или просто медленно угаснуть. В этом случае у наблюдателя обычно возникают сомнения, на самом ли деле он видел этот сияющий шар или просто выжил из ума. Напротив, в случае взрыва шаровой молнии обычно остаются следы разрушений (например, оплавленные предметы), что служит доказательством реальности видения.

    Надо сказать, что синтезировать шаровую молнию пока не удалось. Тем не менее в появлении шаровых молний прослеживается явная связь с другими проявлениями атмосферного электричества (например, обычной молнией). Поэтому исследователи сначала пытались создать газовый разряд (а свечение газового разряда – вещь известная), а затем искали условия, когда светящийся разряд мог бы существовать в виде сферического тела.

    Научная история вопроса

    За историю человечества скопилось более 10 тысяч свидетельств о встречах с «разумными шарами». Однако до сих пор ученые не могут похвастать большими достижениями в сфере исследования этих объектов. Существует масса разрозненных теорий о происхождении и «жизни» шаровых молний. Время от времени в лабораторных условиях получается создать объекты, по виду и свойствам похожие на шаровые молнии, – плазмоиды. Тем не менее стройной картины и логичного объяснения этому явлению никто предоставить так и не смог.

    Наиболее известной и разработанной раньше остальных является теория академика П. Л. Капицы, которая объясняет появление шаровых молний и некоторые их особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью.

    Однако Капице так и не удалось объяснить природу тех самых коротковолновых колебаний. К тому же, как уже говорилось выше, шаровые молнии не обязательно сопровождают обычные молнии и могут появляться в ясную погоду. Тем не менее большинство других теорий основаны на выводах академика Капицы.

    Отличная от теории Капицы гипотеза была создана Б. М. Смирновым, утверждающим, что ядро шаровой молнии – это ячеистая структура, обладающая прочным каркасом при малом весе, причем каркас создан из плазменных нитей.

    Однако самой интересной считается теория новозеландских химиков Д. Абрахамсона и Д. Динниса. Они выяснили, что при ударе молнии в почву, содержащую силикаты и органический углерод, образуется клубок волокон кремния и карбида кремния. Эти волокна постепенно окисляются и начинают светиться. Так рождается «огненный» шар, разогретый до 1200‑1400° С, который медленно тает. Но если температура молнии зашкаливает, то она взрывается. Тем не менее и эта стройная теория не подтверждает все случаи возникновения молний.

    Для официальной науки шаровая молния по‑прежнему продолжает оставаться загадкой. Может, поэтому вокруг нее появляется столько околонаучных теорий и еще большее количество вымыслов.

    Альтернативные теории о шаровой молнии
    Странное поведение позволяет многим исследователям этого феномена предположить, что молнии «мыслят». Как минимум шаровые молнии считаются приборами для исследования нашего мира. Как максимум – энергетическими сущностями, которые также собирают какие‑то сведения о нашей планете и ее обитателях. Косвенным подтверждением этих теорий может служить и тот факт, что любой сбор информации – это работа с энергией.

    На сей факт наталкивает и необычное свойство шаровой молний – исчезать в одном месте и появляться мгновенно в другом. Есть предположения, что одна и та же шаровая молния «ныряет» в определенную часть пространства – иного измерения, живущего по другим физическим законам, – и, сбросив информацию, появляется снова в нашем мире в новой точке. Да и действия молний относительно живых существ нашей планеты тоже осмысленны – одних они не трогают, к другим «прикасаются», а у некоторых просто вырывают кусочки плоти, словно на генетический анализ.

    Легко объяснимо и частое появление шаровых молний во время гроз. Во время всплесков энергии – электрических разрядов – открываются порталы из параллельного измерения, и в наш мир попадают их сборщики информации о нашем мире.

    Рекомендации: что делать при встрече с шаровой молнией?

    Главное правило при появлении шаровой молнии – будь то в квартире или на улице – не паниковать и не делать резких движений. Никуда не бегите! Молнии очень восприимчивы к завихрениям воздуха, которые мы создаем при беге и прочих движениях и которые тянут ее за собой. Оторваться от шаровой молнии можно только на машине, но никак не своим ходом.

    Постарайтесь тихо свернуть с пути молнии и держаться дальше от нее, но не поворачиваться к ней спиной. Если вы находитесь в квартире – подойдите к окну и откройте форточку. С большой долей вероятности молния вылетит наружу.
    И, конечно же, никогда ничего не бросайте в шаровую молнию! Она может не просто исчезнуть, а взорваться, как мина, и тогда тяжелые последствия (ожоги, травмы, иногда потеря сознания и остановка сердца) неотвратимы.

    При поражении человека шаровой молнией пострадавшего следует перенести в сухое помещение со свежим воздухом, накрыть теплым одеялом, начать делать искусственное дыхание и немедленно вызвать скорую помощь.

    Технические средства защиты от шаровых молний пока не разработаны.

    Единственный «шаромолниеотвод» был разработан инженером Московского института теплотехники Б. Игнатовым. Он запатентован, но создано подобных устройств единицы и речи об их активном внедрении в жизнь пока не идет.

    (PDF) Два физических явления в одном эксперименте

    438 УЧИТЕЛЬ ФИЗИКИ ◆ Vol. 44, октябрь 2006 г.

    Два физических явления

    в одном эксперименте

    Хосе Наранхо Торрес, Instituto Universitario de Tecnología de Maracaibo, Маракайбо, Венесуэла

    закон.

    Аппарат, используемый для изучения принципа линейного

    теплового расширения твердых тел, например,

    производства PASCO Scientific1, дает бонус.

    Помимо использования этого прибора по его первоначальному

    назначению, его также можно использовать для иллюстрации закона Ньютона

    охлаждения в течение одного лабораторного периода.

    Линейное тепловое расширение твердых тел2

    По мере повышения температуры твердого тела среднее

    расстояние между его атомами или молекулами также увеличивается. Выражение, относящееся к длине L из твердого вещества на

    . Температура T:

    (1)

    α = —

    ()

    =

    LL

    LTT

    L

    LT

    0

    0 0 0

    ∆,

    где α – коэффициент линейного теплового расширения

    твердого тела, L0 – его исходная длина при температуре

    T0.

    Закон охлаждения Ньютона3

    Закон охлаждения Ньютона моделирует изменение

    температуры твердого тела в зависимости от времени. Скорость

    изменения температуры тела пропорциональна

    разности между его собственной температурой

    и температурой окружающей среды. Решение

    этого неявного дифференциального уравнения:

    окружения, T (T > T0) температура тела

    в данный момент времени t, и Tm начальная температура тела

    .

    Экспериментальная процедура

    Начальная длина алюминиевого стержня, годная для

    1 мм, и начальная температура T0 (1ºC) измеряются

    . Стержень помещают в прибор для теплового расширения

    и устанавливают нулевую точку. Эта настройка подходит для

    до 0,01 мм.

    включают парогенерирующий механизм и позволяют длине стержня достичь

    своего равновесного значения при температуре 100ºC.

    Парогенерирующая установка отключена, и

    запущен секундомер. Длина и время измеряются

    с температурным интервалом 2ºC. Данные снимаются

    до тех пор, пока температура не достигнет 50ºC.

    Результаты и анализ

    Таблица I показывает типичные данные этого эксперимента.

    Линейное тепловое расширение твердых тел: Коэффициент

    теплового расширения α рассчитывается для каждого ∆L и

    ∆T по уравнению. (1). Она по существу постоянна, поэтому можно получить среднее значение

    вместе со стандартным отклонением

    .Или его можно найти по наклону графика зависимости длины от температуры, что позволяет найти стандартное отклонение его значения. Таким образом, экспериментальное значение коэффициента теплового расширения

    составляет 23,3 х 10-6 х 0,4 х 10-6, что выгодно отличает

    от справочного значения 23,8 х 10-6,4

    Закон охлаждения Ньютона. : В таблице I видно

    , что температура тела быстро снижается

    , когда оно находится при высокой температуре и снижается более

    Интонация, физическое явление

    13 апреля 2015 г. , 5:00 · Возможно ли иметь красивый тон и играть фальшиво?

    Не для скрипки, альта, виолончели или баса.И физическое доказательство лежит не только в наших ушах, но и в науке об акустике.


    Джон Бертон, виолончелист и профессор музыки Техасского университета в Арлингтоне, объяснил, как физика звука связана с хорошим тоном в лекции на тему «Резонанс, интонация, тон: секрет игры в мелодии» на ASTA 2015. конференция в марте. Представляя тему, он спросил, сколько из примерно 30 учителей музыки когда-либо посещали уроки акустики, и только трое в комнате подняли руки.(Меня среди них не было!)

    Хотя струнные музыканты, как правило, не имеют формального образования в этой области, акустика лежит в основе того, что мы делаем и как мы это делаем.

    «Когда вы играете на скрипке, альте, виолончели или басу, вы играете сложную стоячую волну», — сказал Бертон. «У нас есть способность быть очень разборчивыми, когда дело доходит до интонации».

    Игра с хорошим тоном включает в себя создание звуковых волн, которые резонируют с инструментом и его струнами — это требует точности высоты тона и правильного количества силы и движения смычком.

    Что именно происходит, когда струнник смыкает струну? С точки зрения физики: когда струна неподвижна, она находится в равновесии. Сила трения лука нарушает это равновесие и заставляет тетиву двигаться. Наблюдение за смычком вниз в сверхзамедленной съемке: лук немного сдвигает тетиву вправо, затем «восстанавливающие силы» тетивы заставляют ее вырваться из лука и вернуться влево. Это происходит снова и снова, когда смычок движется по струне, постоянно захватывая и отпуская ее по пути.

    Тетива сопротивляется силе лука; он хочет быть в равновесии. Если бы вы просто дернули за струну один раз, она бы завибрировала, но затем вернулась бы в равновесие. Лук, напротив, представляет собой непрерывно колеблющуюся систему, в которой струна «дергается» сотни крошечных раз и поддерживается в вибрации за счет постоянного трения лука.

    Длина струны определяет тон, с которым она колеблется. Когда мы опускаем палец, чтобы сделать ноту, это фактически укорачивает струну, чтобы изменить высоту тона.

    Вибрация одной струны может привести в движение другие вибрации, и это называется «резонанс». Это происходит на наших инструментах, когда, скажем, вы играете ноту «соль» — безымянный палец на струне «ре». При идеальной настройке вибрация этой «соль» также заставит вибрировать струну «соль». На самом деле, он также мог заставить вибрировать все в комнате, настроенное на ноту G — струну внутри фортепиано, струну мандолины на стене. Если вы ударите по камертону, а другой камертон, настроенный на ту же высоту звука, находится в другом конце комнаты, он, скорее всего, будет вибрировать в знак сочувствия или «резонировать».

    «Все, что настроено на эту высоту, должно вибрировать», — сказал Бартон. «основная частота», и это в первую очередь то, что мы слышим. Но из-за всех этих вибраций присутствует много других нот, и они называются «обертонами» или «гармоническими рядами». могут быть усилены, если они хорошо резонируют с другой струной или с деревом инструмента (или даже с вилами через всю комнату).

    Каждая нота имеет свой собственный набор обертонов, а обертоны любой ноты следуют схеме, основанной на физике. Обертоны вибрирующей струны составляют 1/2, 1/3, 1/4 и т. д. «основной» длины волны струны. Для нас, музыкантов, эти дроби представляют собой ноты, находящиеся на определенные интервалы выше этой «основной» ноты. Они всегда следуют шаблону (посмотрите на эту диаграмму снизу вверх):

    Таким образом, в этом случае G будет называться «основной» длиной волны, а обертоны являются частями этой длины волны и будут создавать дополнительные частоты на более высоких частотах. октавы: соль, ре, соль, си, ре, фа, соль и так далее.

    Что замечательно, и чего я не знал, так это то, что вы можете увидеть это явление! С нашими инструментами прямо под подбородком и с такими высокими и слабыми вибрациями у нас не так много возможностей наблюдать, но на виолончели демонстрация — настоящее откровение. Итак, для виолончели давайте поговорим о ноте «до». Вот «гармонический ряд» или обертонов, которые производятся нотой «до», на этот раз записанной как музыка:

    «Когда я играю «до», эти гармоники присутствуют в звуке», — сказал Бертон. .В основном мы слышим основной тон (до), но мы также слышим множество других вибраций: «до» на октаву выше, «соль» на квинту выше, следующее «до» на чистую кварту вверх, «E» на треть выше этого, и это продолжается примерно на 16 долях длины волны и далее. Эти обертоны можно усилить, если они резонируют с другой струной.

    Бартон показал, что когда он берет струну «до» на виолончели, обертоны заставляют резонировать струну «соль», потому что соль — это обертон («третья часть») ноты «до».Присмотревшись, можно увидеть, как вибрирует струна «до», а также видно, что вибрирует «соль». Интересно, что он вибрирует так же, как третий пример на волновой диаграмме: в двух точках амплитуды. Так как я сидел впереди класса, мне пришлось подойти поближе и посмотреть на струну, вибрирующую в этих двух местах. Физика в движении, проверьте это!

    Таким образом, вы можете не только заставить другую струну вибрировать сочувственно определенной ноте, но и любой из обертонов этой ноты также может вызвать вибрацию струны.

    Эта научная демонстрация имеет некоторое значение для того, что мы называем «хорошим звучанием» наших струнных инструментов. По сути, «мы пытаемся создать резонанс на наших инструментах», — сказал Бертон. Лучшие музыканты заставляют свои инструменты резонировать как можно сильнее. И наука показывает нам, что наши инструменты резонируют, когда мы создаем высоту тона таким образом, чтобы обертоны звучали.

    «Резонанс происходит в двух направлениях», сказал Бертон. «Если я играю основной тон, ноты, предрасположенные к вибрации на этой частоте, будут вибрировать.» На виолончели игра ноты «ре» на струне до вызовет вибрацию струн ре и ля, потому что эти ноты являются обертонами (вторая и третья части) этого ре.

    Это также происходит в обратном порядке. : если вы играете ноту, которая является обертоном, вы можете заставить резонировать основной тон. Например, на скрипке хорошо сыгранная «ре» на струне «ля» может вызвать резонирование струны «соль», потому что эта «ре» обертон «соль»

    Конечно, это происходит не с каждой нотой на инструменте.

    «Все ноты хороши для виолончели, но некоторые ноты лучше других!» — пошутил Бертон. Не каждая высота звука будет иметь гармонический ряд, относящийся к струнам инструмента.

    Бертон указал на некоторые действительно интересные вещи на виолончели, например: если вы играете высокую соль, то струна соль будет вибрировать на четырех равных длинах, что вы можете почувствовать лучше, чем вы можете видеть. Кроме того, колебания струны соль имеют две точки амплитуды, когда вы играете «соль» на одну октаву выше. Вы также можете нажать на ноту, чтобы струна вибрировала в соответствии с другой нотой на другой струне.

    Хотя эти явления присущи и скрипке, их не так просто продемонстрировать, потому что «чем короче струна, тем больше натяжение и тем труднее ее увидеть», — сказал Бертон.

    Достаточно сказать вот что: «интонация и тон — синонимы», — сказал Бертон. Когда вы играете ноту, которая даже немного расстроена, «она мертва, в ней нет звучания», — сказал он. Расстроенная высота тона не приведет в движение ни один из этих резонансов. Если кто-то играет нотами, не осознавая и не чувствуя резонанса, очень трудно найти голос инструмента.«Чем больше я могу тренировать звук этой виолончели, связанный с резонансом этих нот, тем больше я могу научить высоте тона».


    Вам также может понравиться:

    Твитнуть

    Ответов

    Эта статья была заархивирована и больше не принимает комментарии.

    Исследователи показали, что кремний может воспроизводить физические явления, используемые высококлассными телекоммуникационными устройствами

    «Теперь у нас есть возможность иметь нелинейность второго порядка в кремнии, и это первая реальная демонстрация этого», — говорит Майкл Уоттс, доцент кафедры электротехники и информатики Массачусетского технологического института.Предоставлено: Массачусетский технологический институт.

    Ассоциация полупроводниковой промышленности подсчитала, что при нынешних темпах роста потребности компьютеров в энергии к 2040 году превысят общую выработку электроэнергии в мире.

    Использование для передачи данных света, а не электричества, значительно снизило бы энергопотребление компьютерных чипов, а за последние 20 лет был отмечен заметный прогресс в разработке кремниевой фотоники или оптических устройств, которые сделаны из кремния, поэтому их можно легко интегрировать с электроника на кремниевых чипах.

    Но существующие кремниево-фотонные устройства основаны на иных физических механизмах, чем высокотехнологичные оптоэлектронные компоненты в телекоммуникационных сетях. Телекоммуникационные устройства используют так называемые нелинейности второго порядка, которые делают обработку оптических сигналов более эффективной и надежной.

    В последнем выпуске Nature Photonics исследователи Массачусетского технологического института представляют практический способ введения нелинейности второго порядка в кремниевую фотонику. Они также сообщают о прототипах двух разных кремниевых устройств, которые используют эти нелинейности: модулятор, который кодирует данные в оптический луч, и удвоитель частоты, компонент, жизненно важный для разработки лазеров, которые можно точно настроить на диапазон различных частот.

    В оптике линейная система — это система, выходные сигналы которой всегда имеют те же частоты, что и входные. Так, например, удвоитель частоты по своей сути является нелинейным устройством.

    «Теперь у нас есть возможность иметь нелинейность второго порядка в кремнии, и это первая реальная демонстрация этого», — говорит Майкл Уоттс, адъюнкт-профессор электротехники и информатики Массачусетского технологического института и старший автор новой статьи. .

    «Теперь вы можете построить фазовый модулятор, который не зависит от эффекта свободных носителей в кремнии.Преимущество заключается в том, что эффект свободных носителей в кремнии всегда имеет связь по фазе и амплитуде. Поэтому всякий раз, когда вы меняете концентрацию носителей, вы меняете и фазу, и амплитуду волны, проходящей через них. С нелинейностью второго порядка вы разрушаете эту связь, поэтому вы можете получить чистый фазовый модулятор. Это важно для многих приложений. Конечно, в сфере связи это важно. »

    Первым автором новой статьи является Эрман Тимурдоган, который в прошлом году защитил докторскую диссертацию в Массачусетском технологическом институте и сейчас работает в компании Analog Photonics, производящей кремниевую фотонику.К нему и Уоттсу присоединились Мэтью Берд, аспирант Массачусетского технологического института в области электротехники и компьютерных наук, и Кристофер Поултон, который получил степень магистра в группе Уоттса и сейчас также работает в Analog Photonics.

    Вялые растворы

    Если электромагнитную волну можно представить в виде регулярно повторяющихся волнистых линий вверх-вниз, то цифровой модулятор искажает этот узор фиксированными способами, представляя строки из нулей и единиц. В кремниевом модуляторе путь, по которому идет световая волна, определяется волноводом, который скорее похож на рельс, проходящий вдоль верхней части модулятора.

    Существующие кремниевые модуляторы легированы, то есть в них были добавлены примеси посредством стандартного процесса, используемого при производстве транзисторов. Некоторые легирующие материалы дают кремний p-типа, где «p» означает «положительный», а некоторые дают кремний n-типа, где «n» означает «отрицательный». В присутствии электрического поля свободные носители — электроны, не связанные с конкретными атомами кремния, — имеют тенденцию концентрироваться в кремнии n-типа и рассеиваться в кремнии p-типа.

    Обычный кремниевый модулятор состоит наполовину из кремния p-типа и наполовину из кремния n-типа; даже волновод разделен посередине.По обеим сторонам волновода расположены электроды, и изменение напряжения на модуляторе попеременно концентрирует и рассеивает свободные носители в волноводе для модуляции проходящего оптического сигнала.

    Устройство исследователей Массачусетского технологического института похоже, за исключением того, что центр модулятора, включая волновод, проходящий вдоль его вершины, не легирован. При подаче напряжения свободные носители не собираются в центре устройства; вместо этого они накапливаются на границе между кремнием n-типа и нелегированным кремнием.Соответствующий положительный заряд накапливается на границе с кремнием p-типа, создавая электрическое поле, которое и модулирует оптический сигнал.

    Поскольку свободные носители в центре обычного кремниевого модулятора могут поглощать световые частицы — или фотоны — при прохождении через волновод, они уменьшают мощность оптического сигнала; модуляторы, использующие нелинейность второго порядка, не сталкиваются с этой проблемой.

    Скорость набора

    В принципе, они также могут модулировать сигнал быстрее, чем существующие кремниевые модуляторы.Это связано с тем, что для перемещения свободных носителей в волновод и из него требуется больше времени, чем для их концентрации и высвобождения на границах с нелегированным кремнием. В текущей статье просто сообщается о явлении нелинейной модуляции, но Тимурдоган говорит, что с тех пор команда проверила
    прототипа модулятора, скорость которого конкурентоспособна со скоростями нелинейных модуляторов, используемых в телекоммуникационных сетях.

    Удвоитель частоты, продемонстрированный исследователями, имеет аналогичную конструкцию, за исключением того, что области p- и n-легированного кремния, граничащие с центральной областью нелегированного кремния, расположены в регулярно расположенных полосах, перпендикулярных волноводу.Расстояния между полосами откалиброваны на определенную длину волны света, и когда на них подается напряжение, они удваивают частоту оптического сигнала, проходящего через волновод, объединяя пары фотонов в одиночные фотоны с удвоенной энергией.

    Удвоители частоты могут быть использованы для создания чрезвычайно точных внутрикристальных оптических часов, оптических усилителей и источников терагерцового излучения, которые имеют многообещающие приложения для обеспечения безопасности.

    «Кремний пережил огромный ренессанс в пространстве оптических коммуникаций для различных приложений», — говорит Джейсон Оркатт, научный сотрудник отдела физических наук IBM Thomas J.Исследовательский центр Уотсона. «Однако все еще остаются области применения — от микроволновой фотоники до квантовой оптики, — где отсутствие нелинейных эффектов второго порядка в кремнии помешало прогрессу. Это важный шаг на пути к более широкому спектру приложений в зрелой кремниевой фотонике. платформы по всему миру».

    «На сегодняшний день усилия по достижению нелинейных эффектов второго порядка в кремнии сосредоточены на сложных материаловедениях», — добавляет Оркатт. «Команда [MIT] поступила очень умно, напомнив физическому сообществу то, о чем мы не должны были забывать.Применение простого электрического поля создает тот же базовый вектор поляризации кристалла, над созданием которого усердно трудились другие исследователи гораздо более сложными средствами».


    Photonics: создание беспроводных сетей следующего поколения
    Предоставлено Массачусетский Технологический Институт

    Эта история переиздана с любезного разрешения MIT News (web. mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, на котором публикуются новости об исследованиях, инновациях и преподавании Массачусетского технологического института.

    Цитата : Исследователи показывают, что кремний может воспроизводить физические явления, используемые высокотехнологичными телекоммуникационными устройствами (21 февраля 2017 г.) получено 2 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2017-02-silicon-physical-phenomena-exploited-high-end.html

    Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

    1.Энергия — это физическая величина

    Учение о природе энергии подкрепляется 8 ключевыми понятиями:

    1.1 Энергия – это количество, которое передается от системы к системе. Энергия – это способность системы совершать работу. Система совершила работу, если она приложила силу к другой системе на некотором расстоянии. Когда это происходит, энергия передается от одной системы к другой. Во время этого процесса по крайней мере часть энергии также преобразуется из одного вида в другой. Можно отслеживать, сколько энергии передается в систему или из нее.

    1.2 Энергия системы или объекта, в результате которой возникает его температура, называется тепловой энергией. Когда происходит чистая передача энергии от одной системы к другой из-за разницы температур, передаваемая энергия называется теплотой. Передача тепла происходит тремя способами: конвекцией, теплопроводностью и излучением. Как и любая передача энергии, теплопередача включает в себя силы, действующие на расстоянии на некотором уровне при взаимодействии систем.

    1.3 Энергия не создается и не уничтожается.Изменение общего количества энергии в системе всегда равно разнице между количеством переданной энергии и количеством переданной энергии. Общее количество энергии во Вселенной конечно и постоянно.

    1.4 Энергия, доступная для выполнения полезной работы, уменьшается по мере ее передачи от системы к системе. Во время всех передач энергии между двумя системами часть энергии теряется в окружающую среду. В практическом смысле эта потерянная энергия была «израсходована», хотя она все еще где-то рядом.Более эффективная система будет терять меньше энергии, вплоть до теоретического предела.

    1.5 Энергия бывает разных форм и может быть разделена на категории. Формы энергии включают световую энергию, упругую энергию, химическую энергию и многое другое. Вся энергия делится на две категории: кинетическая и потенциальная. Кинетика описывает типы энергии, связанные с движением. Потенциал описывает энергию, которой обладает объект или система из-за его положения относительно другого объекта или системы и сил между ними.Некоторые формы энергии являются частично кинетической и частично потенциальной энергией.

    1.6 Химические и ядерные реакции связаны с переносом и преобразованием энергии. Энергия, связанная с ядерными реакциями, намного больше, чем энергия, связанная с химическими реакциями для данного количества массы. Ядерные реакции происходят в центрах звезд, в ядерных бомбах, а также в ядерных реакторах деления и синтеза. Химические реакции широко распространены в живых и неживых системах Земли.

    1.7 Для количественного определения энергии используется множество различных единиц. Как и в случае с другими физическими величинами, с энергией связано множество различных единиц измерения. Например, джоули, калории, эрги, киловатт-часы и БТЕ — все это единицы энергии. Учитывая количество энергии в одном наборе единиц, всегда можно преобразовать его в другой (например, 1 калория = 4,186 джоулей).

    1.8 Мощность – это мера скорости передачи энергии. Полезно говорить о скорости, с которой энергия передается от одной системы к другой (энергия за время).Эта скорость называется мощностью. Один джоуль энергии, передаваемой за одну секунду, называется ваттом (т. е. 1 джоуль в секунду = 1 ватт).

    Энергия — это слово, имеющее множество значений, но не имеющее универсального определения

    Какой тип энергии здесь изображен? Американские горки Thunder Dolphin в Токио, Япония, развивают скорость до 81 мили в час. Фото Бена Гарни.

    Происхождение: фото Бена Гарни
    Повторное использование: Этот товар предлагается в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons. org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы под аналогичной лицензией.

    В нашей повседневной жизни мы постоянно взаимодействуем с различными формами энергии. Энергия содержится в бензине, кошачьем корме и звездах, и энергия переходит из одной формы в другую посредством ветра, движения и тепла. Итак, с чего начать обучение тому, что интуитивно очевидно, но в то же время абстрактно и сложно?

    Этот принцип помогает учащимся ознакомиться с некоторыми основами энергии, многие из которых основаны на физике.Мы хотим, чтобы учащиеся освоились с концепцией того, что энергия существует во многих формах, может передаваться из одной системы в другую и может быть измерена.

    Хотя определить термин «энергия» сложно, нетрудно определить, описать и измерить конкретные виды энергии.

    Механическая энергия — это энергия механических систем, таких как мяч, катящийся по рампе, или шарик, выпущенный из рогатки. Механическая энергия может быть в трех формах:

    • Гравитационная потенциальная энергия — это энергия объекта или системы из-за гравитационного притяжения.Например, мы можем рассчитать механическую энергию мяча, который вылетит из высокого окна, или гравитационную потенциальную энергию воды в водохранилище, используемом для гидроэнергетики.
    • Кинетическая энергия — это энергия движения объекта. Мчащийся автомобиль, парящий в воздухе бейсбольный мяч и лыжник, скользящий вниз по склону, — все это примеры объектов с кинетической энергией. Маховики — это метод хранения кинетической энергии.
    • Упругая потенциальная энергия — это энергия, запасенная в растянутой пружине, резиновой ленте или другом эластичном материале.

    Тепловая энергия – это энергия, возникающая в результате кинетической энергии молекул вещества. Горячий чайник имеет больше тепловой энергии, чем холодный. Предметы, которые кажутся теплыми, излучают тепловую энергию, а передача тепловой энергии вызывает изменения температуры.

    Лучистая энергия — это энергия электромагнитного излучения, такого как видимый свет, микроволны или рентгеновские лучи.

    Химическая энергия — это энергия, запасенная в химических связях.Бензин и продукты питания являются примерами соединений с химической потенциальной энергией.

    Ядерная энергия — это название, данное энергии, которая возникает в результате преобразования массы в энергию во время ядерных реакций. Это мощный и обильный источник энергии, потому что небольшое количество массы может быть преобразовано в большое количество энергии, как описано знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc 2 .

    Независимо от того, какую форму принимает энергия, энергия имеет числовое значение, которое мы можем измерить и присвоить объектам или системам.Когда система претерпевает некоторые изменения, энергия может быть преобразована из одного вида энергии в другой.


    Учащиеся могут испытать и распознать различные формы энергии

    Понимание того, как определяются и измеряются различные виды энергии, дает основу для изучения других аспектов энергии. Понятия потери энергии, передачи энергии от одной системы к другой и способов измерения энергии являются важными понятиями для преподавания энергии. Хотя может возникнуть соблазн пропустить эти основы и начать преподавать ветряные турбины и солнечные панели, важно установить систему отсчета для понимания того, что такое энергия, прежде чем обсуждать различные виды топлива, источники энергии и использование энергии.

    Что удивительно в энергии, так это то, как одна форма энергии может быть преобразована в, казалось бы, несвязанные формы энергии. Джеймс Прескотт Джоуль провел новаторские эксперименты, показавшие, что некоторое количество механической энергии может быть преобразовано в такое же количество тепловой энергии. Например, взрыв преобразует химическую потенциальную энергию в кинетическую энергию, лучистую энергию и тепловую энергию. Лучистая энергия может быть преобразована в электрическую с помощью фотогальванического элемента. Тепловая энергия может быть преобразована в электрическую с помощью термоэлектрического генератора.

    Во всех случаях преобразования энергии часть энергии преобразуется в тепловую энергию. Поскольку эта энергия часто не может быть восстановлена ​​с пользой, эта тепловая энергия часто считается потраченной впустую или потерянной.

    Помощь учащимся в понимании этих идей

    Происхождение: Изображение из галерей изображений Microsoft
    Повторное использование: Этот товар предлагается в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы под аналогичной лицензией.

    Неправильные представления распространены, когда дело доходит до понимания форм энергии. С одной стороны, у всех нас есть интуитивное представление о том, что такое энергия. Но наука об энергии может быть сложной. Учителя должны найти золотую середину между точными объяснениями, не упрощая и не создавая дополнительных заблуждений.

    Распространенным камнем преткновения является понятие мощности и единиц для описания энергии и мощности. В метрической системе единицами измерения энергии являются джоули. Джоуль — это количество энергии, необходимое для ускорения объекта массой 1 кг до скорости 2 м/с или для подъема объекта массой 1 кг примерно на 10 см по вертикали. Калории, БТЕ и киловатт-часы — это другие единицы, которые можно использовать для измерения энергии.

    Мощность, то есть скорость передачи энергии, измеряется в джоулях в секунду, также называемых ваттами.В отличие от других единиц, описывающих ставки (например, мили в час для скорости, доллары в час для заработной платы), единица «Ватт» уже имеет встроенную единицу измерения «в секунду». Без знакомого «в секунду» в единицах измерения студенты часто думают, что ватт — это 90 373 количество 90 374 энергии, а не 90 373 скорость, с которой передается энергия. Например, лампочка мощностью 100 Вт потребляет 100 Дж электроэнергии в секунду, преобразовывая ее в основном в тепловую энергию.

    К этой путанице добавляется единица киловатт-час.Киловатт-час равен 1000 Вт, умноженным на 3600 секунд, или 3,6 миллиона джоулей. Это обычная единица энергии, используемая электроэнергетическими предприятиями при выставлении счетов,

    .

    Похожий и забавный пример путаницы между электроэнергией и энергией состоит в том, что электрические коммунальные предприятия часто называют «энергетическими» компаниями, хотя продуктом, который они продают, является энергия.

    Принесите эти идеи в свой класс

    Как работает работа? Это видео, подготовленное TED, иллюстрирует концепции работы и энергии, которые могут помочь нам раскрыть и понять многие физические законы, управляющие нашей Вселенной. В этом уроке Питер Бохачек исследует взаимодействие каждой концепции применительно к двум обычным объектам — лампочке и напольным часам.

    Как показано в видеоролике TED, базовые математические концепции можно использовать для понимания того, как измеряется энергия, например, измерение энергии в двух разных формах с последующим преобразованием этих величин в общепринятые единицы. Такие термины, как мощность (энергия за время), работа (сила за расстояние), могут быть легко измерены и рассчитаны. Все эти термины имеют альтернативные, но связанные значения в повседневной жизни, поэтому знакомство учащихся с математическими определениями потребует от учащихся понимания немного разных значений одних и тех же слов.

    Многие формы преобразования энергии можно непосредственно наблюдать в классе, поэтому демонстрации являются эффективным средством демонстрации преобразований между различными формами энергии.

    Химическая батарея, работающая от лампочки , которая освещает поверхность: химическая энергия преобразуется в электрическую энергию, которая преобразуется в лучистую и (в основном) тепловую энергию. Изучение маркировки на лампочке позволяет учащимся рассчитать эффективность, найдя отношение светового потока (люмен) к используемой мощности (Ватт).Лампы с более высокой эффективностью производят больше люменов видимого света на ватт.

    Ручной генератор/двигатели и лампочка показывают, как кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую энергию. Соединение двух ручных генераторов/моторов вместе показывает, как кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую, а затем обратно в кинетическую.

    Соединение Пельтье (или термоэлектрический генератор) преобразует электрическую энергию в разность температур или разность температур в электрическую энергию.

    Так называемые «счастливые/грустные» шарики , которые можно приобрести в компаниях, занимающихся поставками научного образования, показывают, как эластичность материала может влиять на передачу энергии. «Счастливый» мяч сделан из полимера, который при сжатии накапливает упругую потенциальную энергию и высвобождает такое же количество кинетической энергии, когда он не сжат. Например, когда мяч падает с высоты 1 метр, потенциальная энергия гравитации преобразуется в кинетическую энергию при падении мяча. Когда мяч ударяется об пол, мяч сжимается, и кинетическая энергия преобразуется в основном в упругую потенциальную энергию (и немного в тепловую энергию).Когда мяч отскакивает, упругий потенциал преобразуется обратно в основном в кинетическую энергию (опять же, немного в тепловую), заставляя мяч отскакивать на значительную часть высоты, с которой он был выпущен. Отношение высоты отскока к высоте выброса — это отношение конечной энергии системы к исходной энергии — оценка эффективности передачи энергии. «Грустный» мяч изготовлен из менее эластичного полимера. Когда этот мяч сжимается, почти вся механическая энергия преобразуется в тепловую энергию, и мяч не отскакивает заметно.

    Пружинные игрушки и попперсы являются другими примерами подобных преобразований энергии.

    Сосуд Дьюара или вакуумная колба «термос» является прекрасным примером передачи тепловой энергии. Описание того, как вакуумная колба препятствует передаче тепловой энергии внутрь или наружу, помогает учащимся понять, что «холод» — это не количество или форма энергии, а скорее недостаток тепловой энергии. Студентам может быть интересна история разработки термоса и того, как он был коммерциализирован компанией Thermos, которая выиграла от того, что Дьюар не запатентовал эту идею.

    Учебные материалы из коллекции CLEAN


    Средняя школа

     

    Средняя школа

    • Такие инструменты, как Калькулятор преобразования единиц энергии, могут использоваться для помощи учащимся в сравнении количества энергии в различных формах. Когда учащиеся понимают значение различных единиц энергии, они могут эффективно учитывать масштабы использования энергии, что является частью Энергетического принципа 6.
    • Путеводитель по энергии Земли — это видео TED-Ed, в котором показано, как энергия циркулирует в системах Земли: атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере.

     

    Колледж

    • Проект «Солнечный водонагреватель» позволяет студенческим группам спроектировать и построить солнечные водонагреватели и лучше понять три различных типа теплопередачи, каждый из которых играет роль в конструкции солнечного водонагревателя. Обратите внимание, что это задание предназначено для старшеклассников, но оно может стать отличной лабораторной работой для начинающих студентов.
    • Global Energy Flows позволяет учащимся анализировать данные о глобальных источниках и поглотителях энергии (использовании) и строить диаграммы, чтобы показать относительный масштаб и связи между ними.Обсуждения масштаба; включены исторические, социально-экологические и географические различия в этих данных и последствия для будущего использования энергии.

     

    Найдите упражнения и наглядные материалы для преподавания этой темы

    Поиск по уровню обучения: средняя школа средняя школа введение колледж старшие классы колледж поиск все уровни обучения

    Каталожные номера

    Что такое энергия? Этот блок от EIA Energy Kids охватывает основы энергетики, виды энергии, единицы энергии и калькуляторы энергии.

    Моделирование PhET для обучения Энергии, Работе и Силе. Интерактивные симуляции, которые позволяют учащимся «экспериментировать» с изменяющимися переменными в различных энергетических системах.

    The Physics Classroom — это бесплатный веб-сайт по физике в Интернете, разработанный в первую очередь для школьников и учителей физики. Например, анимация «Преобразования энергии для горных лыж» иллюстрирует взаимосвязь между работой и энергией.

    «Физические величины — не что иное, как количественные метафоры» › Университет Фридриха-Александра Эрланген-Нюрнберг

    Prof.Доктор Клаус Мекке (Изображение: Дэвид Хартфил)

    5 июня 2015 г.

    Физик-теоретик Клаус Мекке объясняет, в какой степени мы должны полагаться на лингвистические изобретения, пытаясь сделать явления природы понятными.

    Отчет: Ральф Гроткер

    Литература может наилучшим образом представить актуальность и разнообразие физики.

    Меня давно интересовало, как мой предмет, физика, отражается в литературе. За эти годы я создал аннотированную библиографию по этой теме и даже читал лекции по ней.Люди всегда спрашивают меня, что я получаю от изучения литературы как физика. В течение многих лет мой ответ был «ничего». Физика в основном связана с экспериментами и математическими моделями. Фантастика не имеет к этому никакого отношения.

    Однако все изменилось, когда четыре года назад здесь, в Эрлангене, мы начали интенсивную междисциплинарную дискуссию между литературой и физикой. Сюда вошли интервью с писателями, которые скоро будут опубликованы. Одно из наших интервью было с австрийским поэтом и писателем Раулем Шроттом.Он спросил меня, как я подхожу к метафорам как физик. Это привело меня к более глубокому изучению темы метафор в физике.

    Сегодня общеизвестно, что метафоры являются не только формой литературного выражения, но и помогают нам понять вещи. Хорошо известным примером является случай с великим химиком Огюстом Кекуле, которому, как говорят, приснилась змея, кусающая себя за хвост, что дало ему представление о том, как может выглядеть атомная структура бензола, открытие, которое сделало его знаменитым.

    Однако я считаю, что метафоры играют роль в естественных науках и в физике, в частности, на гораздо более фундаментальном уровне. При ближайшем рассмотрении многие физические величины оказываются не чем иным, как количественными метафорами. Например, мы теперь привыкли к идее электромагнитных полей. Эти «поля» были изобретены физиками в 19 веке. В своих лабораторных заметках физик-экспериментатор Майкл Фарадей, сделавший это открытие, бьется над проблемой, какой язык использовать для описания того, что он наблюдал, и какие дальнейшие эксперименты необходимы, чтобы зафиксировать его наблюдения.Только после того, как он нашел специальные методы измерения, которые позволили ему понять то, что он описал с помощью выбранной им метафоры «поле» в количественном отношении — шкале, по которой можно считать концентрацию железных опилок, — новый физический объект, появилось электромагнитное поле. Между прочим, я считаю, что эти процессы, которые мы можем проследить в истории науки, являются самыми почетными задачами физики: расширение наших областей восприятия и открытие разнообразия явлений природы.

    Перевод метафор в значения

    Но продолжим. Особенно на исследовательской фазе в физике, когда кто-то вводит новую величину, становится ясно, что речь идет не столько об открытии чего-то нового, сколько о создании новой метафоры. Мы знаем, что такое «поле», из нашего повседневного опыта и можем перенести это метафорически на явления электромагнетизма. Однако здесь крайне важно, чтобы мы стремились к тому, чтобы это оставалось независимым от контекста.Физики стремятся назвать все возможные условия, которые очень точно влияют на явление, чтобы гарантировать, что требуемый эксперимент, который приводит к производству или наблюдению явления, может быть воспроизведен в других контекстах. Для этого нам нужны измеряемые величины или шкалы — равенство измеряемых величин показывает, была ли успешной попытка найти явления, не зависящие от контекста.

    Физик со страстью к словам: профессор, доктор Клаус Мекке, заведующий кафедрой теоретической физики.(Изображение: Дэвид Хартфил)

    Однако есть еще одна причина, по которой перенос метафор на значения важен в физике. Например, Георг Симон Ом, родившийся в Эрлангене, обнаружил, что ток и напряжение связаны. Причина, по которой никто не мог этого увидеть раньше, заключается в том, что ток и напряжение — это разные нарративы измерений, результаты которых зависят от деталей эксперимента. Все, что сделал Ом, — это изменил стандартную схему эксперимента, используя в качестве источника напряжения термопару вместо гальванической батареи.Как следствие, он сразу смог увидеть, что существует простая пропорциональная зависимость между током и напряжением. Ему даже не понадобилась математическая модель, чтобы увидеть, что ток — это напряжение. Этот пример ясно показывает, как шкалы измерения не только позволяют наблюдениям быть объективными, но и позволяют переносить одну величину или понятие на другую. Чтобы этот перенос состоялся, значения должны быть равны. Эйнштейн никогда бы не смог объяснить, что энергия похожа на кривую без равных значений — значений инертной и гравитационной массы.В нашем непосредственном опыте эти два понятия просто слишком далеки друг от друга, чтобы их можно было объединить.

    Ни вещи, ни имущество

    Но это не конец истории. То, что мы так ясно видим на примере электромагнитного поля, на самом деле применимо ко всем физическим величинам. Температура также по существу определяется описанием измерения: температура — это то, что мы измеряем с помощью термометра. Конечно, некоторые учебники по физике говорят об обратном. Согласно определениям, данным в этих книгах, температура есть кинетическая энергия.Например, статистическая физика может показать, что для идеального газа температура в основном пропорциональна кинетической энергии, содержащейся в отдельных частицах газа. Однако это определение уже содержит целый ряд модельных предположений о материале. Я задаюсь вопросом, почему все эти предположения необходимы, чтобы определить, что такое температура. В конце концов, с исторической точки зрения термин существовал как физическая величина задолго до любого понятия атомов в газах или жидкостях и кинетической энергии.Термин «температура» совершенно не зависит от этого.

    Более общее положение, которое я хотел бы подчеркнуть, можно очень хорошо продемонстрировать на примере научной истории света. Кстати, о свете часто говорят в превосходной степени. Это древнейшее явление, которое мы можем измерить как космическое фоновое излучение. Это единственный объект без массы. Благодаря свету мы узнаем о самых далеких вещах, но также и о самых древних — достаточно вспомнить свет давно умерших звезд.Что такое свет? В XVII веке Ньютон понимал свет как движение частиц – корпускул – подобных шарикам, которые двигались по воздуху по прямой линии с определенной скоростью. С помощью этой теории можно было очень хорошо описать явление преломления света. Однако такие явления, как размытие краев теней или интерференция лучей света в знаменитом эксперименте с двумя щелями, объяснить было труднее. В этом эксперименте свет проходит через две щели, расположенные рядом друг с другом.Однако на наблюдательном экране, на который проецируются лучи света, наблюдаются не две отдельные световые линии, а узор из линий. Объяснение этого эффекта заключается в том, что свет ведет себя как волны на поверхности воды, которые иногда усиливают друг друга, а иногда гасят друг друга. По этой причине теория света как волны была также разработана в 17 веке такими физиками, как Роберт Гук и Христиан Гюйгенс. Благодаря открытиям Фарадея и введению понятия электромагнитного поля ученые смогли узнать, что колеблется в свете: не вода, а электромагнитные поля.

    Господствующая теория снова изменилась с открытием квантовых эффектов. Внезапно стало возможным измерить корпускулярные свойства света, которые Ньютон и его современники предсказывали в своих моделях! Исследователи внезапно смогли наблюдать корпускулярные явления! Это можно сделать, например, направив свет на кусок металла и измерив количество электронов, выбитых из него светом. Это называется фотоэлектрическим эффектом. Именно на основании этого эффекта Эйнштейн пришел к выводу, что свет — это частица.Однако в то же время волновая модель по-прежнему требовалась для объяснения интерференционного эффекта, показанного в двухщелевом эксперименте. Эйнштейн создал новую метафору того факта, что свет ведет себя как частица и как волна. Свет есть «квант» — ограниченная, пространственно локализованная величина, дальнейшая форма которой, однако, определяется свойствами волн.

    Квантовая теория ясно показала, что то, что мы воспринимаем как материальную реальность — мир вещей со своими свойствами — в определенной степени является фикцией, модельным нарративом.Это то, что мы создаем с помощью наших терминов, но это не заложено как таковое в природе. Дебаты вокруг света и частиц также показывают нам, насколько сложно использовать язык для визуализации физического мира, состоящего не из вещей и их свойств, а из физических величин, которые не являются ни вещами, ни свойствами. Пытаясь сделать это понятным, мы неизбежно вынуждены использовать метафоры.

    Взгляд на мир как рассказанный опыт природы

    На мой взгляд, существует нечто большее, чем просто тонкая разница между тем, понимаем ли мы мир как рассказанный опыт природы, как это предполагает квантовая теория, или же, как это обычно бывает, мы предполагаем, что мир состоит из вещей и имущества. Понимание физики как речевого акта позволяет соединить объективные законы природы с явлениями свободы слова и действия, с явлениями историчности и культуры. Естественные законы просто обеспечивают основу для того, что происходит, и поэтому определяют, как что-то происходит, только если оно происходит. Все остальное — происходит ли что-то, а также то, что вызывает это — остается открытым.

    Детерминист, утверждающий, что все события предопределены законами физики, считает, что если бы мы знали начальные координаты всех точечных частиц, из которых состоит мир, то смогли бы предсказать, как они будут взаимодействовать друг с другом.То, что мы не можем делать такие предсказания на практике, связано только с тем, что мир настолько невероятно сложен, что мы не можем определить координаты всех частиц даже в крошечной его части. Однако это наложенное на нас ограничение не меняет того факта, что будущее состояние мира уже определено начальными координатами.

    Я нахожу эту форму детерминизма проблематичной, потому что она переносит математическую концепцию мира, состоящего из точечных частиц, обратно в природу. При этом математические объекты физики внезапно становятся вещами реального мира — как это произошло, например, с популярным пониманием теории струн. До сих пор никому не удавалось наблюдать «струны», и вопрос о том, разумно ли предполагать существование струн, является предметом больших споров. Так или иначе, на самом деле такие термины, как «струны» и «точечные частицы» являются лишь метафорами, помогающими нам приблизиться к явлениям природы.

    Эта статья основана на эссе Клауса Мекке «Zahl und Erzählung.Метаферн в Erkenntnisprozessen der Physik ‘(Числа и повествование. Метафоры в когнитивных процессах в физике), опубликованном в A. Heydenreich и K. Mecke (ред.), Quarks and Letters: Naturwissenschaften in der Literatur und Kultur der Gegenwart (Кварки и буквы: естествознания в современной литературе и культуре», 2014.

    Вы заинтригованы?

    Эта статья была впервые опубликована в нашем исследовательском журнале Friedrich в выпуске, посвященном свету. Узнайте, что такое свет, откуда он исходит, почему мы его видим и что он делает с нами во Фридрихе Нет.114. (немецкий)

     

    1.2: Физические величины и единицы измерения

    Часто необходимо преобразовать один тип единиц в другой. Например, если вы читаете европейскую кулинарную книгу, некоторые количества могут быть выражены в литрах, и вам нужно преобразовать их в чашки. Или, возможно, вы читаете маршруты пеших прогулок из одного места в другое и интересуетесь, сколько миль вам предстоит пройти. В этом случае вам нужно будет преобразовать единицы измерения футов в мили.Давайте рассмотрим простой пример того, как конвертировать единицы.

    Допустим, мы хотим преобразовать 80 метров (\(м\)) в километры (\(км\)).

    Пример \(\PageIndex{1}\): преобразование единиц измерения: короткая поездка домой

    Предположим, что вы проезжаете 10,0 км от университета до дома за 20,0 мин. Вычислите свою среднюю скорость (а) в километрах в час (км/ч) и (б) в метрах в секунду (м/с). (Примечание: средняя скорость равна пройденному расстоянию, деленному на время в пути.)

    Стратегия

    Сначала мы вычисляем среднюю скорость в заданных единицах измерения.Затем мы можем получить среднюю скорость в желаемых единицах, выбрав правильный коэффициент преобразования и умножив на него. Правильным коэффициентом преобразования является тот, который отменяет ненужную единицу и оставляет желаемую единицу на своем месте.

    Решение для (а)

    (1) Рассчитать среднюю скорость. Средняя скорость равна пройденному пути, деленному на время в пути. (Примите это определение как данность — средняя скорость и другие концепции движения будут рассмотрены в следующем модуле.) В форме уравнения,

    \[\text{средняя скорость} =\dfrac{расстояние}{время}. \номер\]

    (2) Подставьте указанные значения расстояния и времени.

    \[ \begin{align*} \text{средняя скорость} &=\dfrac{10.0\, км}{20.0\, мин} \\[5pt] &=0. 2}, \nonumber \]

    , которые явно не являются желаемыми единицами км/ч.

    (2) Убедитесь, что единицы окончательного ответа соответствуют желаемым единицам. Задача требовала от нас решения средней скорости в км/ч, и мы действительно получили эти единицы.

    (3) Проверьте значащие цифры. Поскольку каждое из значений, приведенных в задаче, имеет три значащих цифры, ответ также должен содержать три значащих цифры. Ответ 30,0 км/ч действительно имеет три значащие цифры, так что это уместно. Обратите внимание, что значащие цифры в коэффициенте преобразования не имеют значения, поскольку час определяется как 60 минут, поэтому точность коэффициента преобразования идеальна.

    (4) Далее проверьте правильность ответа. Давайте рассмотрим некоторую информацию из задачи: если вы проедете 10 км за треть часа (20 минут), вы проедете в три раза больше расстояния за час. Ответ кажется разумным.

    Решение для (b)

    Существует несколько способов перевода средней скорости в метры в секунду.

    (1) Начните с ответа на вопрос (а) и переведите км/ч в м/с. Необходимы два коэффициента преобразования: один для перевода часов в секунды, а другой — для перевода километров в метры.

    (2) Умножение на эти значения дает

    \[\begin{align*} \text{Средняя скорость} &=30,0\dfrac{\bcancel{км}}{\cancel{h}}×\dfrac{1\,\cancel{h}}{3600 \ ,s}×\dfrac{1,000\,m}{1\, \bcancel{km}} \\[5pt] &=8.33 \,m/s \end{align*}\]

    Обсуждение для (б)

    Если бы мы начали с 0,500 км/мин, нам понадобились бы другие коэффициенты преобразования, но ответ был бы тот же: 8,33 м/с.

    Возможно, вы заметили, что ответы в только что рассмотренном рабочем примере были представлены тремя цифрами.Почему? Когда вам нужно беспокоиться о количестве цифр в том, что вы вычисляете? Почему бы не записать все цифры, которые выдает ваш калькулятор? Модуль «Точность, точность и значимые цифры» поможет вам ответить на эти вопросы.

    Можем ли мы иметь математическое понимание физических явлений?*

    1.  Введение

    Проблема роли математики в научных объяснениях привлекала многих философского внимания в последнее время. Наиболее заинтересованы в этой теме математических реалистов, считающих, что она может стать хорошей отправной точкой для аргумент в поддержку своей позиции, а номиналисты, заинтересованные с опровержением аргументов реалистов, но есть и другие стороны, взвешивающие также (в основном из общей философии науки, где эта тема важно для обсуждения научного объяснения).Через несколько лет горячих споров, ситуация такова: несмотря на то, что количество те, кто признает существование математических объяснений физических явлений (отныне математические объяснения) поднимается, мы еще далеки от общего консенсус, что есть такая вещь; и, несмотря на то, что примеры множатся, даже среди защитников мало согласия по поводу какие из них являются подлинными случаями математических объяснений, а какие нет.Мой цель здесь состоит в том, чтобы привести аргументы в пользу новой позиции: той, которая рассматривает математику как передавать понимание в научном контексте, не играя в объяснительную часть. 1 С одной стороны я согласен с людьми как Мелия (2002), Бангу (2008), Дейли и Лэнгфорд (2009), Саатси (2011), Рицца (2011) и Räz (2013; 2017), что математика не играет объяснительной роли. роль в науке, но, с другой стороны, я согласен и с такими людьми, как Штейнер (1978), Коливан (2001), Бейкер (2005; 2009; 2012), Баттерман (2010), Лион (2012), Lange (2013) и Pincock (2015), что математика — в случаях обсуждаемых и подобных — способствует нашему пониманию физического явления.Здесь явное напряжение. Ведь не понимает неразрывно связаны с объяснениями? Итак, как можно утверждать, что математика может способствовать нашему пониманию физических явлений, не играя объяснительную роль в науке? Если понимание действительно неразрывно связано с пояснениями, мой проект обречен с самого начала. Вот почему я буду сначала скажем несколько слов (раздел 3.) о возможности необъяснимого понимания и гибели полученное представление о связи между объяснением и пониманием. С этим в сторону, я разработаю учетную запись, которая показывает, как в некоторых примеры, обсуждаемые в литературе, математика способствует нашему понимания без объяснения. (разделы 4. и 5.). Прежде чем я сделаю все это, я представлю три самых обсуждаемых случая предполагаемых математических объяснений вместе с некоторыми из причин, почему мы не должны признать, что они подлинные математические пояснения (раздел 2.).

    2. Чемоданы

    Мы можем понять недавний философский спор о существовании математических объяснения в науке вращаются вокруг нескольких случаев.Как правило, дискуссия ведется так: сторонники математического объяснения придумать один или несколько примеров того, что интуитивно выглядит математическим научные объяснения и утверждают, что математика занимается подлинным объяснением работать в этих случаях. Их оппоненты утверждают, что математика играет иначе, необъяснимы, роли в таких случаях, поэтому ошибочно считать их подлинными примеры математических объяснений. Давайте рассмотрим некоторые из наиболее обсуждали такие случаи, чтобы увидеть, склоняется ли чаша весов в чью-то пользу.

    Противоположные погодные условия

    Рассмотрим следующую ситуацию: в любой момент времени мы можем обнаружить на поверхности Земли две противоположные точки с абсолютно одинаковыми температурой и барометрическим давлением. Почему это? Почему существуют такие противоположные точки? (Colyvan 2001, 49) Коливан утверждает, что не существует причинной истории, которую мы могли бы использовать для ответа на этот вопрос. Такая история была бы полезна, если бы нас интересовали некоторые конкретные точки, скажем, p1 и p2, потому что в этом случае мы могли бы использовать подробную причинно-следственную историю погодных условий в окрестностях точек p1 и p2 для объяснения конкретные значения, которые они имеют в момент времени t0.Такая трактовка, конечно, принимала бы только как случайное совпадение тот факт, что две точки имеют одинаковые значения давления и температуры. Если по каким-то причинам мы считаем, что имеем дело не со случайностью, единственная надежда на объяснение состоит в том, чтобы обратиться к теореме Борсука-Улама. Это топологическая теорема, согласно которой для любой непрерывной вещественнозначной функции f: Sn ® Rn (из n-сферы в евклидово n-пространство) существует x Î Sn такое, что f (x) = f (–x) ( т. е. отображает некоторую пару противоположных точек в одну и ту же точку).Для случая n = 2 эту теорему можно интерпретировать как утверждение (при условии, что Земля топологически эквивалентна сфере и что температура и давление постоянно меняются на ее поверхности), что на поверхности Земли в данный момент времени всегда существуют антиподальные точки с одинаковой температурой и барометрическим давлением, т.е. точно наш экспланандум. Итак, если есть внутриматематическое объяснение теоремы Борсука-Улама, т. е. объяснительное доказательство для нее, то это можно принять и для объяснения наблюдения антиподальных идентичных погодных точек. Колыван считает, что такое доказательство есть и поэтому можно говорить о математическом объяснении существования таких противоположных точек на поверхности Земли.

    Есть несколько проблем, которые мешают принять этот пример как подлинный пример математического объяснения. Во-первых, как утверждает Бейкер (2005, 226), поскольку вероятность наткнуться на такие точки маловероятна и поскольку маловероятно, чтобы метеорологи стали их искать, не зная математической теоремы, мы имеем дело с предсказанием, а не с предсказанием. объяснение.Второе замечание, на которое также обратил внимание Бейкер (2005), состоит в том, что в данном случае мы, похоже, даже не имеем дело с явлением, нуждающимся в объяснении. Я бы добавил к этому еще одно беспокойство, связанное с доказательством теоремы Борсука-Улама и ее объяснительной силой: какое доказательство теоремы имеет в виду Коливен и что делает его объяснительным? Существует несколько доказательств этой теоремы, и большинство из них основаны на противоречии (в том числе доказательство в книге, на которую ссылается Коливан, т. е. Kosniowski (1980)), но доказательства на основе противоречий не всегда считаются объяснительными.Единственная причина, по которой мы должны воспринимать доказательство этой теоремы как поясняющее, которое я смог найти, содержится в сноске у Бейкера и Коливана (2011, 327), в которой говорится, что «имеются доказательства prima facie против того, что рассматриваемое доказательство не имеет пояснений: а именно , связь между (доказательствами) теоремы Борсука-Улама и другими теоремами о неподвижной точке (в первую очередь знаменитой теоремой Брауэра о неподвижной точке). Эти связи, кажется, придают некоторую правдоподобность рассматриваемому доказательству, являющемуся объяснительным». К сожалению, это замечание неясно и бесполезно.Авторы не дают нам никакого намека на то, какую связь они имеют здесь в виду, а также не объясняют, почему эта связь может служить доказательством против принятия доказательства (каким бы оно ни было) нашей теории процента как необъяснимого.

    Цикады

    Бейкер (2005; 2009; 2012) считает, что существует пример математического объяснения, который преодолевает все проблемы, которые, как он обнаружил, затрагивают случаи Колливана: пример с цикадами. В случае североамериканских периодических цикад экспланандум представляет собой продолжительность жизненного цикла этих насекомых (13 или 17 лет, в зависимости от географического района) в виде простого числа.По мнению Бейкера, для объяснения этого явления ученые существенно использовали следующую математическую теорему: наименьшее общее кратное двух чисел максимально, когда эти числа взаимно просты. Объяснение таково: наличие периода жизненного цикла, который сводит к минимуму пересечение с другими периодами, эволюционно выгоден, потому что он либо помогает избежать хищников, либо снижает вероятность гибридизации с подобными подвидами. Но из приведенной выше теоремы следует, что периоды с простыми номерами минимизируют пересечение с другими периодами.Таким образом, у периодических организмов, таких как североамериканские цикады, вероятно, развиваются прайм-периоды.

    Как оказалось, и в этом случае не все гладко. Давиде Рицца (2011) утверждает, например, что это объяснение может быть дано без использования каких-либо математических фактов, потому что свойство быть первичным — центральное значение в экспланандуме — в данном случае не является и не должно интерпретироваться как свойство. некоторых математических объектов, но их следует рассматривать как имеющие отношение к свойствам временных интервалов, соответствующих жизненным циклам.Теперь предположим, что Ризза ошибается, и первичность, упомянутая в объяснении, на самом деле является математическим свойством. Это означает, что экспланандум на самом деле является не чисто физическим явлением, а смесью физических и математических элементов (Bangu, 2008). Но тогда этот случай не является случаем математического объяснения физических явлений, как хотел бы заставить нас думать Бейкер.

    Другой аргумент против того, чтобы рассматривать этот случай как истинное математическое объяснение физических явлений, можно найти у Daly and Langford (2009).Здесь утверждается, что роль чисел в этом и подобных случаях состоит только в том, чтобы обозначать заданную длительность (длительность жизненных циклов цикады) и поэтому не играет никакой объяснительной роли. Если мы примем это во внимание, мы можем дать следующее математическое перефразирование объяснения: «причина, по которой жизненный цикл данного вида цикады состоит из данного конкретного числа единиц, заключается в том, что продолжительность этого числа единиц минимизирует контакты цикад с другими хищными видами, населяющими среду обитания цикад» (657).

    Соты

    Другим случаем, которому уделяется большое внимание в литературе, является случай, предложенный в Lyon and Colyvan (2008): объяснение структуры пчелиных сот. Идея в данном случае состоит в том, что биологи объясняют, почему пчелиные соты имеют именно такую ​​форму, с помощью следующей математической теоремы (теоремы о сотах): шестиугольная сетка является оптимальным способом разделения на области равной площади с наименьшим общим периметром a Евклидова плоскость.Объясняется это следующим образом: чтобы победить в борьбе естественного отбора, пчелы должны были выбрать наиболее экономичный (с точки зрения трудозатрат и количества используемого воска) способ строительства своих сот. Как видно из представленной выше математической теоремы, из всех возможных форм шестиугольная сетка является наиболее экономичной в соответствующих отношениях. Вот почему соты имеют такую ​​нелепую форму.

    Saatsi (2011), Lange (2013) и Räz (2013), среди прочих, обнаружили проблемы с признанием того, что этот случай представляет собой подлинное математическое объяснение. Тим Раз утверждает, что по математическим причинам «объяснение, предложенное Лайоном и Коливаном, является неадекватным объяснением структуры пчелиных сот» (Räz 2013, 354). Он утверждает, что пчелиные соты нетривиально трехмерны, и это делает объяснение, по крайней мере, неполным; и что по тем же причинам теорема о сотах, вероятно, не имеет отношения к объяснению сотовых структур.

    Саатси (2011) и Ланге (2013) приводят аргументы, которые в равной степени применимы к примерам цикад и сот.По мнению Саатси, роль математики заключается в представлении «важнейшего физического факта, к которому затем обращается полное эволюционное объяснение явления» (Саатси 2011, 146). Он утверждает, что как в примерах с цикадами, так и в сотах роль математики заключается не в объяснении, а в представлении и передаче знаний.

    Ланге рассматривает оба примера как случаи каузального, а не математического объяснения. Относительно объяснения сотовой структуры он говорит, например, что оно «работает, описывая соответствующие черты давления отбора, которое исторически ощущали медоносные пчелы, так что это обычное, причинно-следственное объяснение, а не чисто математическое» (Ланге). 2013, 501).

    * * *

    На мой взгляд, аргументы против того, чтобы рассматривать приведенные выше случаи как примеры математических объяснений, довольно убедительны. Но в этом случае всякий, кто думает так же, как и я, остается перед следующей загадкой: почему так много философов склонны думать, что математика может и действительно играет объяснительную роль в подобных случаях? Есть два противоположных направления, которые можно предпринять, пытаясь ответить на этот вопрос: либо утверждать, что у этих философов неправильное представление о роли математики в этих случаях, либо утверждать, что их интуиция хороша, но по какой-то причине они делают неверные выводы. выводы из него.Я предпочитаю последнее направление. По моему мнению, сторонники математических объяснений имеют хорошее представление о роли математики в таких случаях, т. е. о том, что она играет важную роль в наших научных усилиях по пониманию некоторых физических явлений. Тот факт, что они идут дальше этого, чтобы утверждать, что математика является объяснительной, имеет отношение к тому, как они видят связь между пониманием и объяснением: если понимание неразрывно связано с объяснением, говоря, что математика может способствовать нашему научному пониманию физических явлений. явления сводится не к чему иному, как к утверждению, что оно может играть объяснительную роль в науке.

    Теперь, учитывая тот факт, что есть веские основания считать, что математика не играет объяснительной роли в науке (в случаях, подобных тем, что обсуждались выше), соединив интуицию о вкладе математики в наше понимание с этим взглядом на отношение между пониманием и объяснением может только заставить первое казаться неправильным. Однако я не верю, что эта интуиция ошибочна, поэтому попытаюсь ее спасти. Чтобы сделать это, я считаю важным сначала сказать несколько слов об отношении между пониманием и объяснением — в основном, чтобы указать на причины, по которым они не воспринимаются как неразрывно связанные.После этого я дам отчет, который показывает, как в приведенных выше примерах математика способствует нашему пониманию, хотя и не играет объяснительной роли.

    3. Объяснение и понимание

    Какая связь между объяснением и пониманием? Если мы поищем ответ на этот вопрос в обширной литературе по научному объяснению, мы найдем что-то вроде этого: понимание неразрывно связано с объяснением. Несмотря на то, что среди философов науки существуют широко распространенные разногласия по поводу правильного толкования научного объяснения, они, похоже, достигли консенсуса относительно его отношения к пониманию.Питер Ахинстейн (1983, 16), Уэсли Сэлмон (1984, 259), Майкл Фридман (1974, 7), Джеймс Вудворд (2003, 23), Майкл Стревенс (2008, 3), например, считают объяснение и понимание принципиально важными факторами. связаны.

    К счастью, мнение об этом отношении (медленно) начинает меняться. Такие философы, как де Регт, Гримм, Кванвиг, Элгин, Причард и многие другие, в последнее время утверждают, что понимание (отдельно) заслуживает философского внимания и что его изучение может внести новый вклад во многие традиционные философские дебаты.Этот вновь обретенный интерес к пониманию создает идеальный фон, на котором возможность понимания без объяснения может восприниматься всерьез. Это уже было сделано в Кванвиге (2009 г.), Липтоне (2009 г.), Гийсберсе (2013 г.) и Хиндриксе (2013 г. ) среди прочих.

    Совсем недавно в Strevens (2013) защищалась точка зрения сильной связи об отношении между объяснением и пониманием. Стревенс считает, что понимание — это всего лишь вопрос правильного отношения к объяснению, т.е.е. схватывание правильного объяснения. По его мнению, схватывание — это больше, чем просто знание того, что что-то имеет место. Схватывание — это своего рода понимание: это понимание или прямое схватывание, которое напоминает своего рода сознательное осознание того, что что-то имеет место. Например, понимание того, что кошка находится на коврике, означает полное осознание кошки, коврика и пространственных отношений между ними (Strevens 2013, 511). Усвоение объяснения, с другой стороны, означает понимание того, что составляющие его предложения имеют правильную структуру (т.грамм. они образуют дедуктивный аргумент для explanandum) и что положение дел, представленное ими, имеет место (там же).

    Проблема со взглядами Стревенса и других подобных взглядов на отношения между пониманием и объяснением состоит в том, что они не исключают возможности того, что понимание может быть достигнуто каким-то другим способом, кроме простого понимания объяснения. Как только мы отделяем понимание от объяснения (как это делают упомянутые выше философы), эту возможность больше нельзя игнорировать. 2 Чтобы исключить необъяснимое понимание, необходимо показать две вещи: (а) что понимание не может быть достигнуто путем схватывания других вещей, кроме объяснений, и (б) что понимание всегда предполагает схватывание. Насколько я знаю, ничего подобного в литературе найти нельзя. Вместо этого мы можем найти аргументы, которые бросают вызов этому взгляду на сильную ссылку. Lipton (2009) 3 и Gijsbers (2013), например, предлагают то, что можно принять в качестве аргументов против нашего пункта (b), поскольку оба они понимают понимание не как схватывание чего-либо, а как форму знания (для Гийсберса — это знание связей между явлениями, а у Липтона — знание причин, необходимости, возможности и объединения) и показать, как оно может быть получено иным путем, чем через объяснения.Липтон считает понимание когнитивным преимуществом, обеспечиваемым объяснениями, и утверждает, что его также можно получить «путями, которые не проходят через объяснение» (Lipton 2009, 44), например. путем использования образов и физических моделей, манипулирования или интериоризации образцов Куна. Другую точку зрения можно найти у Гийсберса (2013), который утверждает, что существует тип необъяснимого понимания, которое мы можем приобрести посредством правильной классификации явлений. По его мнению, «когда мы понимаем, какие явления похожи на какие другие явления, какие явления должны быть объединены в рамках одного и того же понятия, а какие должны быть разделены, мы продвигаемся вперед в нашем понимании» (Gijsbers 2013, 521).

    Я хочу рассмотреть другой способ бросить вызов взгляду на сильную связь, тот, который серьезно рассматривает возможность того, что понимание может быть достигнуто и за счет других вещей, помимо объяснений. Давайте взглянем на следующее наглядное доказательство (рис. 1) Бенджамина Кляйна и Ирла Бивенса (Nelsen 1993, 120) геометрического ряда 1 + r + r2 + … = , (0 < r < 1). Я думаю, бесспорно, что большинство из нас способны понять, почему этот геометрический ряд равен, просто взглянув на диаграмму, представленную ниже. Я также считаю очевидным, что в этом случае нет доступных объяснений, 4 или каких-либо знаний, на которые мы могли бы положиться для понимания. Тот факт, что мы что-то понимаем, связан только с пониманием геометрических соотношений, которые имеют место на приведенной ниже диаграмме, а главное, что треугольники PQR и TSP подобны и что отношения их соответствующих сторон должны быть одинаковыми, т.е. такой же как . Поскольку идея этого раздела состоит только в том, чтобы показать, что необъяснимое понимание возможно, мы зашли бы слишком далеко, чтобы вдаваться в подробности описания, которое лучше всего подходило бы для такого типа случаев.Как бы то ни было, я считаю, что замечания Липтона (2009, 45) об «использовании изображений и физических моделей» являются хорошей отправной точкой для разработки такого подхода (при условии, что мы найдем способ отделить его от описания знаний Липтона о понимание).

    Из обсуждения этого дела можно извлечь два урока. Во-первых, понимание — это нечто большее, чем просто схватывание объяснительных отношений, а во-вторых, что у нас может быть необъяснимое понимание и в математике.


    Рисунок 1

    4. А новый аккаунт

    До сих пор я пытался сделать две вещи. Я представил три наиболее обсуждаемых примера в литературе и показал, по каким причинам неохотно соглашаются с тем, что они представляют собой подлинные случаи математического объяснения. Я полагаю, что эти причины довольно убедительны, но я также считаю, что есть что-то правильное в интуиции, что математика действительно способствует нашему пониманию в этих случаях. Но возможно ли понимание без объяснения? Если нет, то нет смысла развивать такую ​​идею.Это подводит нас ко второй вещи, которую я пытался здесь сделать, а именно показать, что необъяснимое понимание далеко не абсурд. Настало время собрать вещи воедино. В дальнейшем я попытаюсь дать объяснение, которое может объяснить идею о том, что математика, хотя и не играет объяснительной роли, способствует нашему пониманию в таких случаях. Я полагаю, что мы можем получить это, изменив представление Марка Штайнера о математическом объяснении. Есть два способа сделать это: либо расширить его, чтобы сделать возможным перенос (помимо объяснений) необъяснимого понимания, либо сузить его, чтобы принять только понимание в качестве переносимого.Я предпочитаю последнее, потому что считаю критику Бейкера (2012) (см. ниже) правильной и считаю, что, в отличие от понимания, объяснения не могут быть переданы. Но тот, кто не убежден ни Бейкером, ни тем, что я собираюсь сказать дальше, но убежден доводами против того, чтобы рассматривать случаи, рассмотренные в разделе 2, как примеры математических объяснений, все же может найти то, что я собираюсь сказать. сказать следующее (раздел 5. в частности) интересно, если она игнорирует дискуссию о передаче объяснений и выбирает прежний тип изменения счета Штайнера. 5

    Для Штайнера характерно математическое объяснение физического явления — это такое, в котором, если «убрать физику, мы остаемся с математическим объяснением — математической истины» (Steiner 1978, 19). Основная идея здесь, хотя и не заявленная Штайнером в явном виде, по-видимому, заключается в том, что объяснительная сила каким-то образом просачивается из чисто математического объяснения в математическое объяснение физического явления. Предположим, у нас есть, например, две области D1 и D2 и два факта f1 Î D1 и f2 Î D2.Предположим далее, что у нас есть объяснение для f1 и нет объяснения того, почему имеет место f2, но есть отношение отображения, связывающее f1 и f2. Теперь тезис Штайнера состоит в том, что, учитывая это отображение, мы можем использовать объяснение для f1, чтобы также объяснить, почему имеет место f2. Однако с такой точкой зрения возникают большие проблемы. Алан Бейкер посвятил целую статью их выявлению (Baker, 2012). Он утверждает, что примеры математических объяснений, обсуждаемые в литературе, не соответствуют (как он это называет) тесту Штейнера 6 в двух отношениях (Baker 2009, 623).В некоторых из этих примеров есть доказательство используемых математических теорем, но это доказательство не является объяснительным; таким образом, эти объяснения никак не могут наследовать что-то от чисто математического аналога. В других примерах мы даже не можем позволить себе роскошь обсуждать, является ли доказательство используемого математического результата объяснительным или нет, потому что такого доказательства нет с самого начала. Итак, в таких примерах объяснительный вклад математической части нельзя проследить до чего-то, исходящего из чистой математики.

    Я согласен с пунктами Бейкера, но я полагаю, что есть что-то еще более проблематичное в версии Штайнера. Как я уже говорил ранее, его основная идея заключается в том, что объяснения могут быть перенесены из одной области в другую. Как это возможно? В литературе не нашел объяснения. Самое большее, что мы можем найти, это то, что интуитивно такой перенос имеет смысл. Например, в Baker and Colyvan (2011) утверждается, что «утверждение, что существуют внутриматематические объяснения, но что эти объяснения никогда не выходят за пределы математики, на первый взгляд неправдоподобно» (327).Я вообще не считаю это неправдоподобным. На самом деле, я считаю, что есть что-то, что может заставить нас с подозрением отнестись к этой идее. Он включает в себя следующий интуитивный принцип: 7 вещи происходят в определенной системе (т. е. наборе взаимосвязанных вещей) только из-за фактов, которые имеют отношение к этой системе или ее отношениям с другими системами. Но если это действительно так, это означает, что любое объяснение чего-либо, происходящего в определенной системе, должно даваться с точки зрения фактов об этой системе, т.е.е. о законах, управляющих им, об отношениях между его частями и т. д. Кто-то, кто придерживается этого принципа, несомненно, найдет странным думать, что неспособность распределить поровну пять марок между двумя людьми имеет какое-то отношение к тому математическому факту, что пять не могут быть разделены поровну на два, а не с некоторыми физическими свойствами марок (например, что разделение марки на две части уничтожает ее). 8

    Это может быть недостаточно убедительно, но это нормально, поскольку это было задумано только как попытка противостоять апелляции к правдоподобию, сделанной в Бейкере и Коливане (2011), показывая, что у кого-то может быть разная интуиция.Однако я считаю, что мы можем пойти дальше простого обмена интуитивными представлениями и решить этот вопрос, внимательно изучив способы применения математики в науке. Согласно распространенному мнению, применимость математики делает возможной наличие структурного сходства между ней и некоторой частью физического мира. Эта идея лучше всего отражена в картографическом (или структуралистском) описании применимости Кристофера Пинкока. Согласно Пинкоку (2004a, 2004b), лучший способ понять применимость — это использовать отображение с определенными структурными свойствами между математической областью и физической ситуацией: «для каждого отображения, используемого в приложении, существование отображения будет зависеть только на ряде математических отношений, получаемых в соответствующей математической области (и, конечно, на различных физических отношениях, возникающих в физической ситуации)» (Пинкок 2004a, 70).Например, в случае равномерного распределения пяти марок между двумя людьми у нас есть отображение марок и людей на отрезок натуральных чисел, и мы интерпретируем процесс распределения марок среди людей как математическую операцию делимости. Имея это в виду, мы переходим к замещающим рассуждениям (то есть рассуждениям, основанным на модели), чтобы определить, выполнима ли задача. Так как пять нельзя разделить на два без остатка, то при сопоставлении этой ситуации с элементарной арифметикой мы заключаем, что задача невыполнима.Здесь нет объяснения. Мы просто используем замещающие рассуждения, чтобы определить, имеет ли место что-либо в физической ситуации. 9 Я полагаю, что впечатление, что здесь происходит нечто иное, создается тем фактом, что мы имеем дело с вопросом «почему» и ложным убеждением, что это автоматически помещает нас в объяснительный контекст, т. е. ответ есть/нужно быть объяснением. Но не каждый ответ на вопрос «почему» является/должен быть объяснением.

    Рассмотрим другой случай: отношения между городом и его картой.Имеет ли смысл думать, что иногда, когда мы используем карту, чтобы выяснить что-то о городе, мы имеем дело с переносом объяснений? У нас может сложиться впечатление, что это именно то, что мы делаем, из-за вводящих в заблуждение случаев, подобных следующему: туристка спрашивает вас, может ли она добраться до какой-нибудь туристической достопримечательности в городе по определенному маршруту. Вы объясняете ей, почему это невозможно, указывая на карте, что этот маршрут ведет в противоположном направлении. Итак, кажется, вы использовали карту, чтобы объяснить, почему в городе что-то не так.Это ложное впечатление основано на смешении объяснения чего-либо с исправлением ложного мнения о чем-либо. Как и в случае, рассмотренном выше, путаница возникает из-за «почему», включающего контекст. Это заставляет нас думать, что мы находимся в объяснительном контексте, хотя ответ на самом деле не является объяснением. По сути, вы ничего не объясняете туристу, а используете карту для передачи знаний о городе. 10

    До сих пор мы обсуждали два случая, в которых у нас есть «почему», связанный с контекстом, но без объяснения, поэтому о переносе не может быть и речи.А как насчет тех ситуаций, в которых у нас действительно есть объяснение? Воспользуемся последним случаем для рассмотрения этой возможности. Предположим, у нас есть объяснение того, почему что-то происходит на карте (например, почему, если вы только что посетили Лувр и хотите пойти рядом с Нотр-Дам и Триумфальной аркой, лучше сначала отправиться в Нотр-Дам). Можно ли его перенести, чтобы понять какой-то факт, связанный с городом? Я считаю, что лучший ответ на этот вопрос можно найти у Bueno and Colyvan (2011). Здесь утверждается, что: «было бы очень странно считать карту объяснением каких-либо фактов о городе.По крайней мере, было бы странно думать, что карта улиц предлагает объяснение, которое не является просто заместителем другого физически значимого объяснения» (стр. 351). Роль карты состоит не в том, чтобы дать переносимые объяснения, а в том, чтобы сделать очевидными определенные факты о городе, которые затем можно использовать для построения объяснений (не связанных с картой). Однако Буэно и Коливан рассматривают это не как аргумент против переносимости объяснений, а как демонстрацию того, что картографический счет не может приспособиться к такой вещи и поэтому он не учитывает должным образом важный аспект прикладной математики (т.е. его объяснительная роль в науке). «Согласно картографии, математика — это всего лишь репрезентативный инструмент, и любые объяснения, которые выпадают из математики, должны быть просто постоянными заменителями реального физического объяснения» (стр. 351, сноска 11). Предположительно, эта проблема преодолевается их дедуктивной концепцией прикладной математики. По мнению Буэно и Колливана, «фундаментальная роль прикладной математики заключается в выводе: встраивая определенные черты эмпирического мира в математическую структуру, можно получить выводы, которые в противном случае было бы чрезвычайно трудно (если не невозможно) получить». Буэно и Коливан 2011, 352).Основная идея, стоящая за концепцией вывода, заключается в том, что математика — это не просто репрезентативная система, подобная карте, потому что она оснащена мощной структурой вывода, и именно это позволяет ей быть столь полезной в науке. С этой точки зрения математика может играть объяснительную роль в науке, поскольку ее структура вывода позволяет формулировать объяснительные отношения, которые при наличии подходящего отображения могут быть перенесены в физическую область (Bueno and Colyvan 2011, 353, 365).На мой взгляд, в предложенном Буэно и Коливаном решении проблемы переноса есть важная проблема. Важнейшее предположение в этой связи состоит в том, что мы имеем дело с определенными отображениями между двумя областями (стр. 353). Это важно, потому что, как видно из вышеприведенного обсуждения, проблема переноса карты с пояснениями заключается не в том, что карты городов недостаточно сложны, чтобы можно было сформулировать объяснения, а в том, что любая карта, включающая объяснений, которые у нас есть, они могут выступать только в качестве косвенных объяснений с точки зрения городских фактов.Таким образом, проблема порождена типом отношения, которое существует между картой и отображаемым доменом. Но если это так, то дедуктивный подход не лучше подходит для переноса объяснений, чем картографический. Независимо от того, насколько сложна система, используемая для отображения чего-либо, она все же является репрезентативной системой (если используется таким образом) и поэтому наследует все проблемы, которые такие системы имеют с передачей объяснений. Конечно, в отличие от Буэно и Колливана, я рассматриваю это не как доказательство того, что какое-то объяснение применимости математики ошибочно, а как доказательство того, что объяснения не могут быть перенесены.

    До сих пор я пытался показать, что, шаг за шагом, Штайнер, объяснения непередаваемы. Однако я не приводил аргумента невозможности. Вместо этого моя стратегия заключалась в том, чтобы показать, что если мы более внимательно рассмотрим роль математики в прикладных контекстах и ​​отношение между ней и физическим миром, мы получим более четкое представление о том, как математика может помочь нам решить эмпирические проблемы и расширить наши знания о физическом мире и о типах путаницы, которые могут привести к мысли, что объяснения на самом деле просачиваются из одной области в другую.В первых двух случаях путаница была вызвана «почему», включающим (очевидно, связанные с объяснением) контексты. В последнем случае проблема заключалась в сложности: если репрезентативная система очень сложна, это может заставить нас думать, что у нее есть особые достоинства, такие как утечка объяснений.

    Как насчет понимания? Можно ли его перенести с одного домена на другой? Рассмотрим следующий случай: у нас есть две невзаимодействующие, но аналогичные системы А и В, т. е. между ними может быть отношение отображения, основанное на подобии отношений.Предположим далее, что в А мы имеем понимание (полученное каким бы то ни было образом) отношения R между некоторым фактом х и некоторым другим фактом у; но в B (по какой-то причине) у нас нет такого понимания некоторого соответствующего отношения. Можем ли мы перенести понимание, которое у нас есть в А, в Б? Да мы можем. В отличие от объяснения, здесь мы не имеем дело со сменой субъекта при смене системы. Если отображение между A и B сохраняет все структурные отношения, то Rxy и Rxbyb совпадают во всех важных аспектах.Итак, если мы что-то понимаем в одном, мы автоматически понимаем то же самое и в другом. Если, например, у нас есть основанное на карте понимание связи между относительным расположением некоторых туристических достопримечательностей, мы автоматически приобретаем такое же понимание в терминах, связанных с городом. 11 Точно так же, знание того, что при движении по проводу электричество ведет себя так же, как поведение жидкости, позволяет нам перенести любое наше понимание закона Пуазейля на понимание закона Ома.В отличие от объяснений, нет смысла говорить, что понимание, основанное на карте/жидкости, является заместителем для фактов города/фактов электричества, включающих понимание, потому что понимание имеет отношение к отношениям схватывания (Кванвиг 2009, 96). и нет заметной разницы между релевантными отношениями из двух областей.

    Итак, на мой взгляд, мы можем говорить о математическом понимании физических явлений как раз в тех случаях, когда (перефразируя Штейнера), если мы убираем физику, мы остаемся с пониманием математического факта.

    5. Чехлы, снова

    Если то, что я сказал до сих пор, верно, то то, с чем мы имеем дело в случаях, представленных в разделе 2, примерно таково: у нас есть внутриматематическое понимание того, почему имеет место определенный математический результат, и из-за структурное сходство между ним и некоторой физической системой, мы можем использовать это понимание (перенося его), чтобы понять то, что имеет место в физическом мире. Таким образом, математика уместна в таких случаях, но не является объяснительной.

    Рассмотрим метеорологический пример. Хотя математика в данном случае не является объяснительной, она, тем не менее, имеет отношение к нашему пониманию возможности существования на поверхности нашей планеты в любое время двух противоположных точек с абсолютно одинаковыми температурой и барометрическим давлением. Это так, потому что существует структурное сходство между Землей и трехмерной евклидовой сферой, а также потому, что температура и барометрическое давление являются непрерывными величинами.Учитывая это, мы можем перевести двумерный случай теоремы Борсука-Улама в метеорологические термины, и поэтому мы можем использовать любое (внутриматематическое) понимание, которое у нас есть, чтобы понять аналогичную физическую ситуацию. Мы сможем лучше понять, почему это так, если посмотрим на более простую одномерную версию этой теоремы: для любой непрерывной действительнозначной функции f на окружности существует точка x на окружности такая, что f принимает то же значение в x и на его антиподе. Эту версию можно доказать с помощью теоремы Больцано 12 следующим образом: пусть g — непрерывная вещественнозначная функция на окружности и g (x) = f (x) — f (–x).Если g (x) = 0, то f (x) = f (–x), так что у нас есть точки. В противном случае g (x) ¹ 0, поэтому либо f (x) > f (–x), либо f (x) < f (–x). Предположим, f (x) > f (–x) . Поскольку мы имеем дело с кругом, мы можем обойти его так, что f(x) < f(–x). Но тогда по теореме Больцано должна быть точка y между x и –x такая, что g(y) = 0, т.е. в которой f(y) = f(–y). Итак, что мы имеем здесь: мы понимаем, что теорема Борсука-Улама имеет место, потому что имеет место теорема Больцано. Но, поскольку земной экватор структурно подобен кругу, а температура — непрерывная величина, мы можем также использовать теорему Больцано, чтобы понять следующую ситуацию: в любой момент времени на земном экваторе есть две противоположные точки с точно такими же температура.Мы можем продолжить таким образом. Начнем с двух противоположных точек Т1 и Т2 на экваторе и будем считать, что температура воздуха в Т1 выше, чем в Т2, так что разница между ними больше нуля. Теперь предположим, что мы перемещаем эти точки вокруг экватора так, чтобы Т2 попала в исходное место Т1, и наоборот. В этом случае температура воздуха в точке Т2 будет постепенно увеличиваться, пока не станет выше, чем в точке Т1, где мы будем иметь постепенное понижение температуры, так что разница между ними будет меньше нуля.Но тогда по теореме Больцано где-то между этими местами разница температур между Т1 и Т2 должна была быть равна нулю, т.е. Т1 и Т2 должны были иметь одинаковую температуру.

    В рассмотренном выше случае мы что-то понимаем в физическом мире с помощью математики, потому что существует структурное сходство между тем, чего мы не понимаем, и некоторым математическим фактом, который мы понимаем. Однако бывают ситуации, когда математика косвенно полезна для понимания; например, когда нам нужна помощь в поиске объяснения того или иного явления.Я считаю, что так обстоит дело с двумя примерами из биологии, представленными в разделе 2. В этих случаях мы имеем дело с объяснениями оптимальности (Baron 2013; Baker 2016), т.е. объяснениями, которые работают, выявляя те факторы, которые повлияли на адаптацию в конкретном случае. . Математика играет здесь важную роль, помогая нам найти/построить оптимальное объяснение интересующего нас явления.

    Основная идея эволюционных объяснений оптимальности заключается в том, что, отдавая предпочтение тем чертам и такому поведению, которые максимизируют приспособленность организма, естественный отбор действует как оптимизирующий агент.Эти объяснения обычно идут следующим образом: при естественном отборе и наборе ограничений (исторических, экологических, связанных с развитием) определенный организм развил определенные черты или поведение (собирательство, половое, миграционное и т. д.), потому что наличие этих черт или демонстрация этого поведения максимизирует значение некоторого параметра, связанного с фитнесом, например навозные мухи совокупляются в среднем в течение 36 минут, потому что это лучшая стратегия для максимизации среднего числа оплодотворенных яиц (Parker 1978). Проблема в том, что сам по себе такой тип объяснения не очень убедителен — кто-то может усомниться в том, что стратегия действительно оптимальна, и/или может быть озадачен тем фактом, что она именно такая (т.грамм. Действительно ли совокупление продолжительностью 36 минут оптимально для навозных мух? Если да, то что именно делает его таким?). Итак, чтобы придать ей больше смысла, теоретики оптимальности должны предоставить доказательства того, что конкретная стратегия действительно оптимальна в конкретном избирательном контексте, и уточнить, что делает ее такой. Для этого они строят модель 13 , в которой учитываются все релевантные элементы (или, по крайней мере, те, которые считаются таковыми) адаптивной ситуации для определения пригодности последствий принятия каждой стратегии из набор возможных альтернатив.В такой модели приспособленность выражается как функция некоторых переменных. Именно здесь математика играет решающую роль, помогая определить, какая комбинация значений переменных максимизирует приспособленность — в тех случаях, когда то, что является оптимальным для человека, не зависит от того, что делают другие, нам нужна только техника дифференциации, но когда нам нужно принять во внимание поведение других людей, нам нужно обратиться к теории игр. В случае с навозными мухами, например, приспособленность может быть выражена как функция t времени, затрачиваемого на совокупление, µ среднего времени, необходимого ищущему самцу для встречи с самкой, плюс время, которое он тратит на охрану после совокупления, и F( μ, t) общее время поиска пищи, необходимое для пополнения энергии и спермы, потраченных за время μ и t.Чтобы найти оптимальное время (то есть время, которое максимизирует прирост оплодотворения самца G(t)), нам нужно решить следующее уравнение: 14

    Если модель предсказывает, что стратегия, обеспечивающая наилучшие результаты, близка к наблюдаемой в природе, то можно с уверенностью сказать, что модель является точной, т. е. она делает правильные предположения об элементах, ограничивающих адаптацию в данном конкретном случае. (Паркер и Мейнард Смит 1990, 27).

    В примере с сотами оптимальное объяснение того, почему медоносные пчелы в ходе эволюции образовали соты с шестиугольной структурой, состоит в том, что, учитывая естественный отбор и особый набор элементов, ограничивающих адаптацию в случае медоносных пчел, это оптимальный способ построить этот конкретный тип структуры. .Всю объяснительную работу здесь выполняет способность естественного отбора действовать как агент оптимизации и особые факторы, ограничивающие адаптацию, которые повлияли на медоносных пчел. Здесь я согласен с утверждением Ланге о том, что в данном случае мы имеем дело с обычным каузальным объяснением, которое работает, вырабатывая свою объяснительную силу так же, как и любое другое селекционистское объяснение (Lange 2013, 500). Однако есть важный вопрос, на который нужно ответить: какова роль математики в этом объяснении? Ланге считает, что это помогает описать причинно-следственную историю экспланандума, но есть такие, как Сэм Барон, которые считают, что без «теоремы о сотах нет веской причины, по которой медоносные пчелы должны были эволюционировать, чтобы создать сотовую структуру, которую они создают» . 15 (Барон 2013, 4).Я не согласен с обоими. На мой взгляд, математика играет здесь более важную роль, чем просто описание каузальной истории экспланандума, но гораздо менее важную роль, чем роль одного из элементов, сдерживающих адаптацию.

    Прежде чем углубляться в детали, я считаю важным рассмотреть разницу между этим случаем и теми, что обсуждались выше. В этих случаях мы что-то понимаем в физическом мире с помощью математики, потому что у нас есть структурное сходство между тем, чего мы не понимаем, и математическим результатом.У кого-то может сложиться впечатление, что у нас тут то же самое. Задачи биологической оптимизации можно понимать с точки зрения поиска стратегии x, которая при заданном наборе ограничений максимизирует выбранный критерий оптимизации O. (x)) и затраты на его принятие (C(x)). Если в качестве критерия оптимизации принять эффективность, как в случае с медоносными пчелами, то наилучшей стратегией будет та, которая максимизирует соотношение между выгодами и затратами, т.е.е. между количеством меда, которое может храниться в сотах, и количеством воска, использованного для их построения: . Но мы можем найти в математике аналогичную задачу оптимизации, а именно задачу определения оптимального способа (с точки зрения минимизации общего периметра) разделения плоскости на области одинаковой площади. Если мы возьмем B для обозначения площади, C для периметра и x для стратегии, которая максимизирует отношение B к C, то эта проблема выглядит следующим образом: при каком x Ox максимален? Эта проблема была недавно решена Томасом С.Хейлз. Согласно Хейлзу (2001, аннотация), «любое разбиение плоскости на области равной площади имеет периметр, по крайней мере, не меньше, чем у правильной шестиугольной сотовой мозаики».

    Кто-то может считать, что эти две проблемы структурно схожи, и поэтому мы можем перенести любое понимание, полученное в результате математической обработки, на понимание биологической головоломки. Однако все далеко не так просто. Самое важное, что нам нужно понять, это то, что подход оптимальности — это нечто большее, чем теория оптимизации, т.е.е. математический инструмент, используемый для определения того, какая комбинация значений переменных максимизирует конкретный критерий оптимизации. Если мы это сделаем, то станет ясно, что приведенные выше рассуждения основаны на ошибочном представлении о теории оптимальности. Цель этого подхода к эволюционной адаптации не в том, чтобы попытаться определить, что 17 , или понять, почему какая-то черта или поведение являются оптимальными (мы предполагаем, что с самого начала, принимая естественный отбор за роль агента оптимизации), ни в том, чтобы выяснить, какая стратегия максимизирует какой-либо критерий, 18 а об обнаружении сил, формирующих адаптацию в конкретном случае, т.е.е. о понимании «конкретных примеров адаптации с точки зрения действующих сил отбора и исторических и связанных с развитием ограничений» (Parker and Maynard Smith 1990, 27). Но математика не может дать такого понимания. Находя решение математической задачи оптимизации, мы не узнаем автоматически, почему организм ведет себя определенным образом, например, математическое решение проблемы сот не говорит нам, почему медоносные пчелы строят соты шестиугольной формы.Это должно быть ясно из того, что в зависимости от того, какой критерий оптимизации выбран в конкретном случае, может быть несколько математических оптимумов. В случае кормодобывающего организма, например, может быть несколько критериев оптимизации: минимизация времени, максимизация энергетического прироста на единицу затраченной энергии, максимизация чистого извлечения энергии из источника пищи и т. д. Модели, основанные на них, дадут (обычно) разные прогнозы относительно того, что является оптимальным, которые могут иметь большой математический смысл, но могут быть настолько далеки от того, что происходит в природе.Таким образом, то, что оптимально с математической точки зрения, не обязательно оптимально с биологической точки зрения.

    Вернемся теперь к нашей основной проблеме: как математика способствует нашему пониманию в контексте моделей оптимальности? Обычно это не так. Возьмем, к примеру, случай с навозными мухами, рассмотренный выше. Математика была важна там для определения оптимальной продолжительности копулы. Если мы решим приведенное выше уравнение для определения оптимального времени, мы получим следующее значение для (t*): 19

    Делает ли это дело более понятным? Вряд ли.Мы используем здесь математику только как инструмент для извлечения следствий из выражения пригодности как функции µ, t и F(µ, t). Однако бывают ситуации, когда математика играет более важную роль. Так обстоит дело, например, с пчелиными сотами. В этом случае у нас есть понимание в математике 20 того, почему определенный тип структуры является оптимальным, и, поскольку подобная структура встречается в природе, мы используем это для поиска объяснения физической головоломки.По сравнению с тем, как мы обычно поступаем при поиске оптимального объяснения того или иного явления (см. выше), здесь мы идем в обратном направлении: вместо построения модели и математического вывода оптимального решения мы исходим из того, что не имеет отношения к любых физических соображений, считается математически оптимальным, и мы пытаемся найти модель оптимальности, совместимую с таким математическим результатом. 21 Как и в других объяснениях оптимальности, отправной точкой здесь является биологическая проблема (почему медоносные пчелы строят свои соты в виде шестиугольных решеток?), но то, что будет дальше, не зависит от наших предположений о том, что естественный отбор максимизирует в данном конкретном случае. случае, каковы вероятные стратегии и каковы последствия пригодности различных стратегий.Дальнейшие действия определяются результатом математической оптимизации (шестиугольная сетка максимизирует отношение площади к периметру). Мы используем наше математическое понимание этого результата для поиска критерия оптимизации, по отношению к которому этот результат можно использовать для выявления оптимальной стратегии (мы можем интерпретировать этот результат как установление того, что гексагональная структура является лучшим способом получения самых больших ячеек с минимальные затраты энергии на производство материала клеточных стенок.Это говорит о том, что приемлемый критерий оптимизации в данном случае связан с энергетическими потребностями, с которыми сталкиваются медоносные пчелы при строительстве своих пищевых хранилищ).Если такой критерий найден, у нас есть все, что нам нужно, чтобы составить оптимальное объяснение интересующего явления.

    Та же ситуация и с Magicicada. Математический результат, понимание которого привело к поиску объяснения в данном случае, таков: простые числа максимизируют наименьшее общее кратное со всеми меньшими числами. Можно предположить, что в данном случае естественный отбор затронул пересечение цикад с другими периодическими организмами.Тогда правдоподобный критерий оптимизации для этого случая будет касаться времени, а именно. частота перекрытий с другими периодическими организмами – тогда оптимальной стратегией является та, которая максимизирует время между пересечениями.

    6. Выводы

    Общепризнанно, что математика играет удивительно плодотворную роль в науке, но насколько полезной она может быть, когда дело доходит до наш научный поиск понимания физического мира? Может ли математика способствовать нашему пониманию физических явлений? Некоторые философы предлагают что можно считать достаточным основанием для утвердительного ответа; они утверждают, что мы можно найти в науке примеры объяснений, в которых математическая часть делает действительно объяснительную работу.Но, как утверждают другие, есть мощные причины не брать такие примеры как случаи математического объяснения физические явления. Проблема с этой последней позицией заключается в том, что она не учитывать интуицию, что в обсуждаемых примерах математическая часть так или иначе способствует пониманию рассматриваемого физического факта. Моя цель в этой статье состояла в том, чтобы предложить выход из этой ситуации, дав счет, который рассматривает математику как передачу понимания в таких контекстах, даже хотя это не объяснимо.Моя позиция в важном отношении аналогична Отчет Марка Штайнера (1978). Я верю, что есть что-то, что «просачивается» из чисто математического контекста в физический, но не объяснительная сила. То, что передается, на мой взгляд, является пониманием.

    Габриэль Тарзиу — младший научный сотрудник в области философии математики в Институте гуманитарных исследований Бухарестского университета. В настоящее время его исследования сосредоточены на проблеме математического объяснения физических явлений и роли математики в научном понимании физического мира.

    Адрес: Институт гуманитарных исследований Бухарестского университета, Св. Димитри Брандзэ, нр. 1, Бухарест, Румыния. Электронная почта: [email protected]

    Ссылки

    Achinstein, P. 1983. Природа объяснения. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.

    Бейкер, А. 2005. Существуют ли подлинные математические объяснения физических явлений? Разум 114: 223-238.

    Бейкер, А. 2009. Математическое объяснение в науке. Британский журнал философии науки 60: 611-633.

    Бейкер, А. 2012. Научно обоснованное математическое объяснение. Разум 121: 243-267.

    Бейкер, А. 2016. Экономия и вывод к лучшему математическому объяснению. Синтез 193: 333-350.

    Бейкер, А., и Коливан, М. 2011. Индексирование и математическое объяснение. Философия Математика 19: 323-334.

    Бангу, С. 2008. Вывод о лучшем объяснении и математическом реализме. Синтез 160: 13-20.

    Барон, С. 2013. Оптимизация и математическое объяснение: Прогулка Леви.Синтез 3: 1-21.

    Баттерман, Р. 2010. Об объяснительной роли математики в эмпирической науке. Британский журнал философии науки 61: 1-25.

    Буэно, О., и Коливан, М. 2011. Логическая концепция применения математики. № 45: 345-374.

    Коливан, М. 2001. Незаменимость математики. Оксфорд / Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.

    Кокс, Р. Т. и Карлтон, CE 1988. Палеоклиматические влияния на эволюцию периодических цикад.Американский натуралист из Мидленда 120: 183–193.

    Дейли, К., и Лэнгфорд, С. 2009. Математическое объяснение и аргументы незаменимости. Philosophical Quarterly 59: 641-658.

    Фридман, М. 1974. Объяснение и научное понимание. Журнал философии 71: 5-19.

    Гийсберс, В. 2013. Понимание, объяснение и объединение. Исследования по истории и философии науки, часть A 44: 516-522.

    Голес, Э., Шульц, О., и Маркус, М. 2001. Выбор простых чисел циклов в модели хищник-жертва.Сложность 6: 33-8.

    Хейлз, TC 2001. Гипотеза о сотах. Дискретная и вычислительная геометрия 25: 1-22.

    Hindriks, F. 2013. Объяснение, понимание и нереалистичные модели. Исследования по истории и философии науки, часть A 44: 523–531.

    Kosniowski, C. 1980. Первый курс алгебраической топологии. Кембридж-Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета.

    Кванвиг, Дж. 2009. Ценность понимания, в А. Хэддок, А. Миллар, Д. Притчард, ред., Эпистемическая ценность, стр. 95-112. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

    Lange, M. 2013. Что делает научное объяснение отчетливо математическим? Британский журнал философии науки 64: 485-511.

    Ленг, М. 2002. Что не так с незаменимостью? Синтез 131: 395-417.

    Lipton, P. 2009. Понимание без объяснения, в HW de Regt, S. Leonelli, K. Eigner, eds., Научное понимание: философские перспективы, стр. 43-63. Питтсбург: Университет Питтсбурга Press.

    Лион, А., и Коливан, М. 2008. Объяснительная сила фазовых пространств. Философия Математика 16: 227-243.

    Лайон, А. 2012. Математические объяснения эмпирических фактов и математический реализм. Австралазийский философский журнал 90: 559-578.

    Мейнард Смит, Дж. 1978. Теория оптимизации в эволюции. Ежегодный обзор экологии и систематики 9: 31-56.

    Мелиа, Дж. 2002. Ответ Коливану. Разум 111: 75-80.

    Нельсен, Р. 1993. Доказательства без слов: упражнения в визуальном мышлении.Вашингтон, округ Колумбия: Математическая ассоциация Америки.

    Паркер, Г.А. 1978. В поисках партнеров, в Дж. Кребс, Н. Дэвис, ред., Поведенческая экология: эволюционный подход, стр. 214-244. Оксфорд: Научные публикации Блэквелла.

    Паркер, Г.А. 1992. Теорема о предельной ценности с временными затратами на эксплуатацию: диета, запасы спермы и оптимальная продолжительность связки у навозных мух. Американский натуралист 139: 1237-1256.

    Паркер, Г. А., и Мейнард Смит, Дж. 1990. Теория оптимальности в эволюционной биологии.Природа 348: 27-33.

    Пинкок, К. 2004а. Обнаруженный изъян в аргументе Коливана о незаменимости. Философия науки 71: 61-79.

    Пинкок, К. 2004b. Новый взгляд на проблему применения математики. Философия Математика 12: 135-161.

    Пинкок, К. 2015. Абстрактные объяснения в науке. Британский журнал философии науки 66: 857-882.

    Räz, T. 2013. О применении гипотезы о сотах к пчелиным сотам. Философия Математика 21: 351-360.

    Räz, T. 2017. Безмолвный шестиугольник: объяснение структуры гребенки. Синтез 194: 1703-1724.

    Рицца, Д. 2011. Magicicada, математическое объяснение и математический реализм. Эркеннтнис 74: 101-114.

    Саатси, Дж. 2011. Аргумент расширенной незаменимости: репрезентативная и объяснительная роль математики в науке. Британский журнал философии науки 62: 143-154.

    Салмон, В. 1984. Научное объяснение и причинно-следственная структура мира.Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета.

    Штайнер, М. 1978. Математика, объяснение и научное знание. № 12: 17-28.

    Стревенс, М. 2008. Глубина: отчет о научном объяснении. Гарвард, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.

    Стревенс, М. 2013. Нет понимания без объяснения. Исследования по истории и философии науки, часть A 44: 510-515.

    Тот, Ф. 1964. Что знают пчелы и чего они не знают. Бык. амер. Мат. соц. 70: 468-481.

    Йошимура, Дж. 1997. Эволюционное происхождение периодических цикад во время ледниковых периодов. Американский натуралист 149: 112-24.

    Вудворд, Дж. 2003. Создание вещей: теория причинного объяснения. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.

    Примечания

    * Идея этой статьи была родился во время выездной стипендии, предложенной The European Philosophy of Научная ассоциация (EPSA) в Центре логики и философии науки в Гентский университет.Выражаю благодарность EPSA и Центру возможность развивать свои исследования. Выражаю особую благодарность профессору Эрику Веберу за многочисленные полезные обсуждения и ценные комментарии. в более ранних проектах этой статьи. Я также хотел бы поблагодарить анонимного рецензентов этого журнала за комментарии к более ранней версии этой статьи.

    1 Важно подчеркнуть из Начну с того, что моя цель здесь не в том, чтобы доказать, что не существует такой вещи, как математические объяснения.То, что я пытаюсь сделать, это предоставить учетную запись, которая сохраняет интуицию, что математика способствует нашему пониманию того, почему что-то происходит в физическом мире, в некоторых случаях якобы математические объяснения обсуждаются в литературе.

    2 Аналогичное замечание делается в Lipton (2009).

    3 Стревенс (2013) обсуждает бумаге, но, как мне кажется, его попытка отвергнуть точку зрения Липтона ошибочна, потому что Цель Липтона не состоит, как утверждает Стревенс, в том, чтобы дать «веские основания полагать, что понимание может прийти, если схватить факты, которые не объясняют». (Strevens 2013, 5014, курсив добавлен).

    4 Для тех, кто не уверен, я не могу сделать здесь лучше чем сослаться на дискуссию Липтона (2009) о возможности молчаливого объяснения.

    5 Здесь важно подчеркнуть тот факт, что, хотя ниже я утверждаю, что объяснения не подлежат передаче, мое учетная запись не зависит от этого. Все что нужно для работы это существование необъяснимого математического понимания и возможность передачи понимания между различными доменами.

    6 Грубо этот тест можно сформулировать так: чтобы научное объяснение было действительно математическим, необходимо следующее: быть так: если мы удалим физическую оболочку, мы сможем найти чистую математическое объяснение математического факта.

    7 Конечно, это может показаться не таким уж интуитивным все, но это нормально, так как я считаю, что то же самое происходит с претензией, сделанной в Бейкер и Коливан.

    8 См. другое мнение в Lange (2013, 488).

    9 Мы полагаемся на нашу «веру в то, что «игра» элементарных арифметика представляет собой хорошую модель» (Leng 2002, 413) для некоторых наших практик. узнать что-то о конкретной ситуации.

    10 Согласно картографическому учету связь между применяемыми математика и физический мир не сильно отличаются от отношения между картой и городом, так что нетрудно предположить, что что-то то же самое происходит и с прикладной математикой.

    11 Здесь важно признать ограниченность понимание, полученное посредством переноса: понимание чего-либо на основе карты о напр. Париж не сравнится с пониманием, приобретенным через непосредственный городской опыт. Это не поможет нам, например, понять, почему почти все любит этот город. Мало что может сделать картирование для развития нашего понимание.

    12 Согласно этой теореме, если f — непрерывная вещественнозначная функция на отрезке [a, b] и f (a) < 0 < f (b), то существует точка c Î (a, b), такая что f (с) = 0.

    13 Подробнее о построении такой модели см. Parker and Мейнард Смит (1990).

    14 Паркер (1992, 1239).

    15 Я интерпретирую это как размещение математики между элементами, которые способствовали тому, как происходила адаптация в случае с медоносными пчелами.

    16 Такая интерпретация может быть поддержана чем-то вроде следующего Взгляд на объяснения оптимальности: «Объяснение оптимизации — это объяснение некоторого физического явления P, которое происходит, рассматривая P как решение проблема с оптимизацией.Задача оптимизации — это задача, направленная на оптимизацию некоторая целевая функция, T, при определенных ограничениях, C1, …, Cm и определенных варианты, O1, …, On» (Бейкер 2016, 3). Как понятно, надеюсь, из обсуждение выше, здесь я придерживаюсь другого взгляда на объяснения оптимальности, то есть тот, который можно найти у Мейнарда Смита (1978), а также у Паркера и Мейнарда Смитов. (1990).

    17 С точки зрения такого подхода это не имеет смысла, т.к. Например, сказать, что медоносные пчелы строят неоптимальные структуры (ср.Фейес Тот 1964 и Тим Раз, 2016 г.). Если предсказание модели оптимальности не соответствует тому, что наблюдается в природе, мы не берем черту или поведение организм субоптимальным, но мы отвергаем эту модель как неподходящую. « существенным моментом является то, что при тестировании модели мы не тестируем общее предположение, что природа оптимизирует, но конкретные гипотезы о ограничения, критерии оптимизации и наследственность» (Maynard Smith 1978, 35).

    18 Конечно, часть работы специалиста по оптимизации состоит в том, чтобы попытаться определить, что представляет собой эта стратегия, учитывая набор ограничений, но не как цель в сам.

    19 Паркер (1992, 1239).

    20 Как следует из обсуждения в разделе 3, я не считаю, что математическое понимание зависит от существование объяснительного математического доказательства.

    21 Моя реконструкция процесса, с помощью которого мы приходим к объяснению этих случаев (т. е. соты и цикады), основана главным образом на том, как случай цикад рассматривается в следующих статьях: Cox and Carlton (1988), Yoshimura (1997). и Голес, Шульц и Маркус (2001).

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.