ФІЗИКА

Заняття №1

Тема. Вступ; зародження і розвиток фізики як науки; методи наукового пізнання; фізичні величини та їх вимірювання.

Мета. Розглянути питання:

1. Етапи розвитку фізики як науки;
2. Фізичні дослідження та його методи;
3. Вимірювання фізичних величин;
4. Побудова системи одиниць;
5. Похибки вимірювань.

Домашнє завдання. Опрацювати підручник В. Г. Бар’яхтар, С. О. Довгий, Ф. Я. Божинова, О. О. Кірюхіна «Фізика – 10» §1, 2. Письмово виконайте впр. 2 стр. 16. Електронне посилання на підручник «interactive.ranok.com.ua».

Короткий теоретичний матеріал.

1. Етапи розвитку фізики як науки.

          Історія фізики — це довжелезна історія відкриттів. І з кожним із них глибшає наше розуміння природи. За будь-яким відкриттям стоїть конкретна людина, а частіше група людей, чиїми зусиллями фізика як наука підіймалася на новий щабель розвитку. Ви вже знаєте багато імен людей, чия діяльність сприяла прогресу фізичної науки. Спробуємо систематизувати знання про дослідників природи й першовідкривачів невідомого та простежимо, як накопичувалися фізичні знання. Із кінця XIX / початку XX ст. Зв’язок властивостей простору-часу з енергією та імпульсом матеріальних тіл був установлений А. Ейнштейном у загальній теорії відносності. Учений узагальнив результати І. Ньютона щодо гравітаційної взаємодії, ув’язавши її з кривизною простору-часу. Фундамент квантової механіки на початку XX ст. заклали М. Планк, А. Ейнштейн, Н. Бор, М. Борн. Із відкриттям А. Беккерелем радіоактивності почався розвиток ядерної фізики, який сприяв появі нових джерел енергії — атомної енергії та енергії ядерного синтезу. Відкриття, зроблені в ході досліджень ядерних реакцій, започаткували фізику елементарних частинок. Сучасні уявлення про Великий

вибух, чорні діри, розширення Всесвіту з прискоренням, про темну енергію пов’язані з працями Е. Габбла, Р. Оппенгеймера, Х. Снайдера, Дж. Віле ра, С. Гокінґа та ін. Із давніх часів до кінця XVI ст. Передісторія фізики — це період накопичення фізичних знань, закладання наукових уявлень про властивості навколишнього світу. Величезний вплив на формування фізичних понять і закономірностей здій снили мислителі Стародавньої Греції : Аристотель, Архімед, Аристарх Самоський , Демокрит, Левкіпп, Піфагор, Птолемей , Евклід. Кінець XVII ст. — кінець XIX / початок XX ст. Період починається побудовою першої фізичної (механічної) картини світу (І. Ньютон) і продовжується бурхливим розвитком галузі фізики, пов’язаної з використанням теплових двигунів (Дж. Ватт, С. Карно). Вивчення електричних і магнітних явищ (Ш. Кулон, А. Ампер, Г. Ерстед, М. Фарадей ) завершується створенням Дж. Максвеллом рівнянь електромагнітного поля, які стали теоретичною основою для сучасної електротехніки та радіозв’язку. Початок XVII ст. — 80­ті рр. XVII ст. Розвиток фізики як науки пов’язують з ім’ям Ґ. Ґалілея, експерименти якого заклали фундамент класичної механіки. Розвиток ремесел і судноплавства стимулював дослідження, що спираються на експеримент. У цей період створюють барометр (Е. Торрічеллі), формулюють газовий закон (Р. Бойль, Е. Маріотт), відкривають закон заломлення світла (В. Снелліус, Р. Декарт), розмежовують електричні та магнітні явища (В. Гільберт).

2. Фізичні дослідження та його методи.

Спостереження — це сприйняття природи з метою одержання первинних даних для подальшого аналізу.

Фізичне дослідження — це цілеспрямоване вивчення явищ і властивостей природи засобами фізики.

Експеримент — дослідження фізичного явища в умовах, які перебувають під контролем ученого. У своїй основі фізика є експериментальною наукою: більшість її законів ґрунтуються на фактах, виявлених дослідним шляхом.

Аналіз отриманих у результаті експериментів даних, формулювання законів природи, пояснення певних явищ і властивостей на основі цих законів, а головне — передбачення й теоретичне обґрунтування (із широким використанням математики) нових явищ і властивостей є теоретичним методом дослідження. Теоретичні дослідження проводять не з конкретним фізичним тілом, а з його ідеалізованим аналогом — фізичною моделлю, яка має враховувати невелику кількість основних властивостей досліджуваного тіла.

3. Вимірювання фізичних величин.

Кількісну міру певної властивості тіла, певного фізичного процесу або явища називають фізичною величиною.

Вимірювання бувають прямі і непрямі. У разі прямих вимірювань величину порівнюють із її одиницею (метром, секундою, кілограмом, ампером тощо) за допомогою вимірювального приладу, проградуйованого у відповідних одиницях. У разі непрямих вимірювань величину обчислюють за результатами прямих вимірювань інших величин, пов’язаних із вимірюваною величиною певною функціональною залежністю.

4. Побудова системи одиниць.

У 1960 р. було створено Міжнародну систему одиниць  СІ, яка згодом стала у світі домінуючою.

Таблиця 1. Фундаментальні фізико-хімічні сталі

Таблиця 2. Таблиця приставок та множників.

Таблиця 3. Латинський алфавіт

Таблиця 4. Грецький алфавіт

5. Похибки вимірювань.

У ході вимірювання будь-яких фізичних величин зазвичай виконують три послідовні операції: 1) вибір, перевірка та встановлення приладу (приладів); 2) зняття показів приладів; 3) обчислення шуканої величини за результатами вимірювань (у разі непрямих вимірювань); 4) оцінювання похибки.

Модуль різниці між виміряним () та істинним (x) значеннями вимірюваної величини називають абсолютною похибкою вимірювання ∆x : .

Відношення абсолютної похибки до виміряного значення вимірюваної величини називають відносною похибкою вимірювання :  , або у відсотках .

Щоб результати були точнішими, вимірювання проводять кілька разів і визначають

середнє значення вимірюваної величини:  .

Випадкову абсолютну похибку  можна визначити за формулою:

.

Абсолютна похибка прямого вимірювання (∆x) враховує як систематичну похибку, зумовлену приладом (), так і випадкову похибку (), зумовлену процесом вимірювання: .

Абсолютні похибки деяких фізичних приладів.