Границы применения физических законов реферат
Обновлено: 16.05.2024
Физический закон – эмпирически установленная и выраженная в строгой формулировке устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состояниями тел и других материальных объектов в окружающем мире.
Выявление физических закономерностей составляет основную задачу физической науки.
Для того чтобы некая связь могла быть названа физическим законом, она должна удовлетворять следующим требованиям:
● Эмпирическая подтверждённость. Физический закон считается верным, если подтверждён многократными экспериментами.
● Универсальность. Закон должен быть справедлив для большого числа объектов. В идеале – для всех объектов во Вселенной.
● Простота. Физические законы обычно выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы.
● Устойчивость. Физические законы не меняются со временем, хотя и могут признаваться приближениями к более точным законам.
Продуктом теоретической физики являются физические теории. Поскольку теоретическая физика работает именно с математическими моделями, крайне важным требованием является математическая непротиворечивость завершённой физической теории. Вторым обязательным свойством, отличающим теоретическую физику от математики, является возможность получать внутри теории предсказания для поведения Природы в тех или иных условиях (то есть предсказания для экспериментов) и, в тех случаях, где результат эксперимента уже известен, давать согласие с экспериментом.
Сказанное выше позволяет обрисовать общую структуру физической теории. Она должна содержать:
● описание круга явлений, для которых строится математическая модель;
● аксиомы, определяющие математическую модель;
● аксиомы, сопоставляющие математическим объектам наблюдаемые, физические объекты;
● непосредственные следствия математических аксиом и их эквиваленты в реальном мире, которые истолковываются как предсказания теории.
Все физически законы являются следствием эмпирических наблюдений и верны с той точностью, с которой верны экспериментальные наблюдения, то есть в рамках границы применимости. Это ограничение не позволяет утверждать, что какой-либо из законов носит абсолютный характер. Известно, что часть законов заведомо не являются абсолютно точными, а представляют собой приближения к более точным. Так, законы Ньютона справедливы только для достаточно массивных тел, двигающихся со скоростями, значительно меньшими скорости света. Более точными являются законы квантовой механики и специальной теории относительности. Однако, и они, в свою очередь, являются приближениями более точных уравнений квантовой теории поля.
Роль Эксперимента и теории в процессе познания природы. Моделирование физических явлений и процессов. Научные гипотезы. Физические законы. Физические теории. Границы применимости физических законов и теорий. Принцип соответствия. Основные элементы физической картины мира.
Среди физических явлений прежде всего необходимо назвать:
· механические, которые связаны с движением тел. Физика не только рассматривает и описывает движение, но и объясняет причины, по которым тело начинает или прекращает движение, движется или покоится;
· тепловые, обусловленные внутренним строением вещества (изучает термодинамика);
Благодаря важным открытиям развивается не только сама физика, но и другие естественные науки: химия, астрономия, биология и др. Физика – одна из основ естественных наук. Изучение физики имеет важнейшее значение и для развития техники: люди получили возможность сконструировать самолеты и космические корабли, электронные приборы, компьютерную технику и многое другое.
Многие свои знания люди получают из наблюдений. Ученые-физики также используют в своей работе метод наблюдений. Часто применяют и другой научный метод – опыт. В этом случае обдуманно, с определенной целью создают условия для протекания того или иного явления и затем изучают его. Опыт – важнейший источник физических знаний.
Физический опыт или эксперимент – это такое исследование явления (чаще всего воспроизведенного в лаборатории), в котором все воздействия на исследуемую систему, влияющие на данное явление, поддаются учету. Чаще всего эксперимент сопровождается измерением тех или иных физических величин, установлением связи между этими величинами. Все физические измерения производятся с ограниченной точностью, что ставит предел степени подробности информации, получаемой из опыта. Поэтому при каждом физическом измерении указывается не только его результат, но и точность, с которой этот результат получен. Только в пределах точности измерений можно сравнивать результаты разных опытов друг с другом и с соответствующими предсказаниями теории. В науке и технике разработана целая теория – теория ошибок, которая устанавливает правила расчета экспериментальных ошибок. С элементами этой теории мы познакомимся в лабораторном практикуме по физике.
Теоретическая и экспериментальная физика тесно связаны между собою. Экспериментальная физика дает информацию об изучаемом явлении, теоретики эту информацию анализируют и создают теорию этого явления. Иногда теория создается, исходя из общих представлений о свойствах материи, в отсутствии экспериментальных фактов. В любом случае справедливость теории проверяется экспериментально.
Физический закон есть постоянно действующая при данных условиях связь между явлениями или физическими величинами, характеризующими эти явления. Физический закон обычно имеет строгую формулировку, часто выражается аналитически в виде соотношения между физическими величинами. Каждый физический закон имеет определенную область применения. Физические законы, имеющие наиболее обширные области применения, называются фундаментальными законами (законы сохранения импульса и энергии, законы Ньютона, закон Кулона).
Гипотеза – предварительное научное предположение о механизме и взаимосвязи (законах) явлений. Гипотеза требует экспериментальной проверки и доказательства. При построении гипотезы велика роль мышления и интуиции ученого. Если гипотеза прошла проверку, она становится теорией.
Теория – система научных положений и законов, которая дает качественное и количественное объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. В современной физике такими теориями являются классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, общая и специальная теории относительности, квантовая механика, классическая электродинамика, квантовая электродинамика и т. д.
Физи́ческое модели́рование — метод экспериментального изучения различных физических объектов или явлений, основанный на использовании модели, имеющей ту же физическую природу, что и изучаемый объект.
Физи́ческая моде́ль — физическое представление системы, объекта или процесса с целью их исследования, то есть это представление с помощью другого физического, реального объекта, имеющего в том или ином аспекте схожую динамику поведения.
Метод заключается в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах и проведении экспериментов на этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах.
Метод применяется при следующих условиях:
· Исчерпывающе точного математического описания явления на данном уровне развития науки не существует, или такое описание слишком громоздко и требует для расчётов большого объёма исходных данных, получение которых затруднительно.
· Воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком затратно (например, цунами).
Метод может дать надёжные результаты, лишь в случае соблюдения геометрического и физического подобия реального явления и модели.
Границы применимости физических законов и теорий
Все физические законы и теории являются приближением к действительности, поскольку при построении теорий используется определенная модель явлений и процессов. Поэтому как законы, так и теории имеют определенные границы применимости.
Второй пример: поведение мельчайших частиц вещества — так называемых элементарных частиц, а также строение атома не могут быть поняты в рамках классической механики: оказалось, что явления, происходящие на очень малых расстояниях и в очень короткие промежутки времени, находятся вне границ ее применимости. И в начале 20-го века для объяснения атомных явлений трудами нескольких ученых была создана квантовая механика.
Третий пример: хорошо знакомая вам из курса физики основной школы геометрическая оптика, основанная на представлении о световых лучах, прекрасно согласуется с опытом, если размеры предметов, с которыми взаимодействует свет, намного больше длины световой волны. Но если размеры предметов сравнимы с длиной световой волны или намного меньше ее, вступает в силу волновая теория света, в основе которой лежит представление о световых волнах.
Физическая картина мира – совокупность физических теорий, существующих на данном этапе развития физики и объясняющих все известные явления с единой концептуальной точки зрения. По мере развития физики, наблюдения новых явлений и закономерностей существования материи физические картины мира сменяют друг друга. Каждая последующая картина включает в себя предыдущую как частный случай, правильно объясняющую определенный круг явлений. История
1. Механическая картина мира.
2. Электродинамическая картина мира.
3. Квантово-полевая картина мира.
Для каждой физической картины мира характерны: 1) основополагающие, мировоззренческие взгляды на устройство материального мира; 2) основные физические принципы; 3) основные понятия; 4) способы описания движения материи; 5) теоретические идеализации (материальная точка, сила – идеализация взаимодействия, абсолютно твердое тело, идеальный газ, точечный заряд, электромагнитное поле).
Для выражения количественных закономерностей в физике широко применяется математический аппарат (математика). Он является по сути дела языком современной физики. При этом развитие физики стимулирует развитие тех или иных разделов математики (векторный характер физических величин – векторная алгебра; непрерывность пространства и времени – дифференциальное и интегральное исчисления; понятие поля в физике – математическая теория поля и т.д.)
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)
Законы Ньютона – в зависимости от того, под каким углом на них посмотреть, – представляют собой либо конец начала, либо начало конца классической механики. В любом случае это поворотный момент в истории физической науки – блестящая компиляция всех накопленных к тому историческому моменту знаний о движении физических тел в рамках физической теории, которую теперь принято именовать классической механикой. Можно сказать, что с законов движения Ньютона пошел отсчет истории современной физики и вообще естественных наук.
Первый закон Ньютона
Учитывая столь серьезный, исторически сложившийся провал, первый закон Ньютона сформулирован безоговорочно революционным образом. Он утверждает, что если какую-либо материальную частицу или тело попросту не трогать, оно будет продолжать прямолинейно двигаться с неизменной скоростью само по себе. Если тело равномерно двигалось по прямой, оно так и будет двигаться по прямой с неизменной скоростью. Если тело покоилось, оно так и будет покоиться, пока к нему не приложат внешних сил. Чтобы просто сдвинуть физическое тело с места, к нему нужно обязательно приложить стороннюю силу. Возьмем самолет: он ни за что не стронется с места, пока не будут запущены двигатели. Казалось бы, наблюдение самоочевидное, однако, стоит нам отвлечься от прямолинейного движения, как оно перестает казаться таковым. При инерционном движении тела по замкнутой циклической траектории его анализ с позиции первого закона Ньютона только и позволяет точно определить его характеристики.
Теперь заменим ядро легкоатлетического молота планетой, молотобойца – Солнцем, а струну – силой гравитационного притяжения: вот вам и ньютоновская модель Солнечной системы.
Первый закон Ньютона играет и еще одну важную роль с точки зрения нашего естествоиспытательского отношения к природе материального мира. Он подсказывает нам, что любое изменение в характере движения тела свидетельствует о присутствии внешних сил, воздействующих на него. Условно говоря, если мы наблюдаем, как железные опилки, например, подпрыгивают и налипают на магнит, или, доставая из сушилки стиральной машины белье, выясняем, что вещи слиплись и присохли одна к другой, мы можем чувствовать себя спокойно и уверенно: эти эффекты стали следствием действия природных сил (в приведенных примерах это силы магнитного и электростатического притяжения соответственно).
Второй закон Ньютона
Если первый закон Ньютона помогает нам определить, находится ли тело под воздействием внешних сил, то второй закон описывает, что происходит с физическим телом под их воздействием. Чем больше сумма приложенных к телу внешних сил, гласит этот закон, тем большее ускорение приобретает тело. Это раз. Одновременно, чем массивнее тело, к которому приложена равная сумма внешних сил, тем меньшее ускорение оно приобретает. Это два. Интуитивно эти два факта представляются самоочевидными, а в математическом виде они записываются так:
где F – сила, m – масса, а – ускорение. Это, наверное, самое полезное и самое широко используемое в прикладных целях из всех физических уравнений. Достаточно знать величину и направление всех сил, действующих в механической системе, и массу материальных тел, из которых она состоит, и можно с исчерпывающей точностью рассчитать ее поведение во времени.
Именно второй закон Ньютона придает всей классической механике ее особую прелесть – начинает казаться, будто весь физический мир устроен, как наиточнейший хронометр, и ничто в нем не ускользнет от взгляда пытливого наблюдателя. Назовите мне пространственные координаты и скорости всех материальных точек во Вселенной, словно говорит нам Ньютон, укажите мне направление и интенсивность всех действующих в ней сил, и я предскажу вам любое ее будущее состояние. И такой взгляд на природу вещей во Вселенной бытовал вплоть до появления квантовой механики .
Третий закон Ньютона
За этот закон, скорее всего, Ньютон и снискал себе почет и уважение со стороны не только естествоиспытателей, но и ученых-гуманитариев и попросту широких масс. Его любят цитировать (по делу и без дела), проводя самые широкие параллели с тем, что мы вынуждены наблюдать в нашей обыденной жизни, и притягивают чуть ли не за уши для обоснования самых спорных положений в ходе дискуссий по любым вопросам, начиная с межличностных и заканчивая международными отношениями и глобальной политикой. Ньютон, однако, вкладывал в свой названный впоследствии третьим закон совершенно конкретный физический смысл и едва ли замышлял его в ином качестве, нежели как точное средство описания природы силовых взаимодействий. Закон этот гласит, что если тело А воздействует с некоей силой на тело В, то тело В также воздействует на тело А с равной по величине и противоположной по направлению силой. Иными словами, стоя на полу, вы воздействуете на пол с силой, пропорциональной массе вашего тела. Согласно третьему закону Ньютона пол в это же время воздействует на вас с абсолютно такой же по величине силой, но направленной не вниз, а строго вверх. Этот закон экспериментально проверить нетрудно: вы постоянно чувствуете, как земля давит на ваши подошвы.
Проект "Физические законы и границы их применимости " выполнен учащимися 9 класса ОКУ "Санаторная школа-интернат г. Калининска"в рамках предметной недели по физике. Учащиеся выполняли каждый свое задание по данной теме, рассматривали определенный закон и находили ему применение в повседневной жизни.В заверщении проекта весь материал был собран в одну презентацию, которую мы здесь и публикуем.
Семенов Ярослав,
Иванов Сергей,
Земсков Яков.
Руководитель проекта -
учитель физики
ОКУ « Санаторная
школа-интернат
Васылык Марина Викторовна__
План проекта:
Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе.
F = m a
Сила – причина изменения скорости
V 0 = 0
Автомобиль движется
с ускорением
Силы, с которыми тела взаимодействуют друг с другом, равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны.
F 1 = - F 2
F 2
F 1
Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной массе каждого из них и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
F г = G
r 2
Формула применима , если:
- одно из взаимодействующих тел – шар, размеры и масса которого значительно больше, чем у второго тела
- размеры тел пренебрежительно малы по сравнению с расстоянием между ними;
- оба тела однородны и имеют шарообразную форму;
Гравитационная постоянная -
это коэффициент пропорциональности, который одинаков для всех тел
G = 6,67·10 -11 Н •м 2 /кг 2
Удивительный и странный По устройству мир земной! Во всемирной постоянной Смысл содержится простой: Притяжения здесь сила Для двух тел отражена, Килограмм у каждой было, Между ними – метр длина.
Импульс тела – мера механического движения
m 1
p = m v
p – импульс тела, кг •м/с
m – масса тела, кг
v – скорость тела, м/с
p сист =m 1 v 1 + m 2 v 2 +…+ m n v n
m n
m 2
m 1
Реактивный самолёт
Катер с водометным двигателем
Ракета
Удары при авариях
Взрывы
Реактивное оружие
Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде, таким образом, забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через эту же воронку в результате этого каракатица довольно быстро плавает задней частью тела вперёд. Причём каракатица, направляя трубку воронки вбок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в любых направлениях.
Так же перемещаются кальмары? Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанических глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирает в себя воду, а затем с огромной силой проталкивает её через особое отверстие, и с большой скоростью (до 70км/ч) двигается толчками назад. При этом все 10 щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму.
Кинетическая энергия
Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения
Чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше его кинетическая энергия.
Летящая пуля и стрела
Движение животных и человека
Энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного итого же тела
Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело
При каком условии из перевёрнутого ведёрка вода не выливается?
Вода не выливается из ведёрка, которое вращается, даже тогда, когда оно перевёрнуто вверх дном. Только, вращать ведро надо достаточно быстро. Указанное явление есть не что иное, как проявление инерции, а всякое движение по инерции осуществляется без участия сил(по I закону Ньютона).
Яблоко падает на Землю оттого, что его притягивает земной шар; но точно с такой, же силой и яблоко притягивает к себе всю нашу планету. Почему же мы говорим, что яблоко падает на землю, вместо того чтобы сказать: «Яблоко и земля падают друг на друга"?
Яблоко и земля действительно падают друг на друга, но скорость этого падения различна для яблока и для земли. Равные силы притяжения сообщают яблоку ускорение 10 м/с², а земному шару - во столько же раз меньше, во сколько раз масса земли превышает массу яблока. Конечно, масса земного шара в огромное число раз больше массы яблока, и поэтому земля получает перемещение настолько маленькое, что практически его можно считать равным 0.
. Лебедь рвётся в облака,
Рак пятится назад,
А щука тянет в воду.
Басня утверждает, что "воз и ныне там", другими словами, что равнодействующая всех приложенных к возу сил равна 0. Лебедь помогает раку и щуке её тяга направлена против силы тяжести, она уменьшает трение колёс о землю и об оси, облегчая тем самым вес воза. Остаются две силы: тяга рака и тяга щуки. Они направлены под углом друг к другу, и их равнодействующая не может быть равна 0.
Барон Мюнхгаузен утверждал, что вытащил сам себя из болота за волосы. Вот его рассказ: «Однажды, спасаясь от турок, я попробовал перепрыгнуть болото верхом на коне. Но конь не допрыгнул до берега, и мы с разбегу шлёпнулись в жидкую грязь. Нужно было выбирать одно из двух: погибнуть или как-то спастись. Я решил спастись. Но как? Ничего под рукой не было. Но голова-то у нас всегда под рукой. Я рванул себя за волосы и таким образом вытащил из болота вместе с конём, которого сжал обеими ногами, как щипцами" Обоснуйте невозможность этого.
Это противоречит III закону Ньютона. Никакие внутренние силы не могут сообщить телу движение. Они могут сместить отдельные части тела, а его центр тяжести остаётся на месте. Силы взаимодействия между телами замкнутой системы не могут изменить положения центра масс системы.
Команды стоят на полу, упираясь в его поверхность и отталкивая землю назад. По тому же 3 закону Ньютона земля действует на каждую команду с такой же по модулю, но противоположно направленной силой. То есть с одной стороны команды взаимодействуют через канат, а с другой стороны каждая команда взаимодействует с землёй. Победит та команда, которая сильнее опирается о землю.
Читайте также: