Предмет физики

Предмет физики

Физика — это наука о природе (естествознание) в самом общем смысле (часть природоведения). Предметом её изучения является материя (в виде вещества и полей) и

наиболее  общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.

Некоторые закономерности являются общими для  всех материальных систем, например, сохранение энергии, — их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы, образованные из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.

Физика  тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий (см. математическая физика).

Методы физического исследования:

Всякое физическое исследование начинается с наблюдения, т.е. с изучения физических явлений в естественной, природной обстановке. Затем на основании размышлений и логических обобщений высказывается рабочая гипотеза – научное предположение, объясняющее эти явления. Гипотеза проверяется экспериментом, т.е. изучением явлений путем их воспроизведения в искусственных, лабораторных условиях. Гипотеза, подтвержденная экспериментом, становится научной теорией. Физическая теория представляет собой систему основных идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные закономерности природы. Физическая теория дает объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. Теория в дальнейшем подвергается неоднократной проверке практикой, которая вносит в теорию многочисленные дополнения и уточнения.

Математика и физика

Принцип межпредметной связи лежит  в основе изучения физики, поскольку  это наука включает знания из других областей и в свою очередь необходима для их понимания. При рассмотрении многих явлений и процессов на уроках физики нужны знания математики, географии, химии, биологии и другие. Вместе с тем и для изучения этих учебных дисциплин необходимы глубокие и прочные знания физики и методов физической науки..

 

 

 

Содержание межпредметных связей физики и математики

Связи между науками математики и физики многообразны и постоянны. Объектом чистой математики является весьма реальный материал: пространственные формы и количественные отношения материального мира. Её предметной областью является вся действительность, другими словами, нет ни одной материальной области, в которой не проявились бы закономерности, изучаемые математикой. Таким образом, математика изучает количественные отношения и пространственные формы как существующих областей объектов, так и тех, которые можно «сконструировать».

Физика, как наука, имеет своей  предметной области фундаментальные  свойства материи в двух её формах - в форме вещества и поля. Они  представляют собой комплекс самостоятельных  областей знания, объединённых исходными  принципами, фундаментальными теориями и методами исследования. В начале физика главным образом исследовала свойства окружающих нас тел.

Однако  уже на этом этапе изучались и  некоторые общие проблемы - движение, взаимодействие тел, строение вещества, природа и механизм ряда явлений, например тепловых, звуковых, оптических. Следовательно первоначально физика была в основном объектной наукой. Но в ХХ веке главным объектом физики становятся фундаментальные явления природы и описывающие их законы.

Математика  как наука сформировалась первой, но по мере развития физических знаний математические методы находили всё большее применение в физических исследованиях.

Взаимосвязи математики и физики определяются прежде всего наличием общей предметной области, изучаемой ими, хотя и с различных точек зрения. Взаимосвязь математики и физики выражается во взаимодействии их идей и методов. Эти связи можно условно разделить на три вида, а именно:

1. Физика ставит задачи и создает  необходимые для их решения  математические идеи и методы, которые в дальнейшем служат базой для развития математической теории.

2. Развитая математическая теория  с её идеями и математическим  аппаратом используется для анализа  физических явлений, что часто  приводит к новой физической  теории, которая в свою очередь приводит к развитию физической картины мира и возникновению новых физических проблем.

3. Развитие физической теории  опирается на имеющийся определенный  математический аппарат, но последний  совершенствуется и развивается  по мере его использования  в физике.

Роль физики в развитии техники

Физика тесно связана с техникой. До середины прошлого столетия связь  между физикой и техникой носила такой характер, когда техника  шла впереди. Создавались технические  устройства, возникали технические  проблемы, которые затем вызывали к жизни соответствующие физические исследования.

VIII век - создана паровая машина.

Начало ХIХ века - встал  вопрос об увеличении кпд тепловых машин.

Сади Карно решил эту  проблему, и его работа стала фундаментом  для возникновения общего учения о передаче и превращении энергии - термодинамики.

Затем крупные физические открытия стали приводить к созданию новых отраслей техники. Академик С.И. Вавилов (1891 - 1955), советский физик  и общественный деятель, сказал, что  теснейшая связь физики с другими отраслями естествознания привела к тому, что физика глубочайшими корнями вросла в химию, геологию, астрономию, биологию и др. Возникли новые смежные дисциплины: астрофизика, биофизика, геофизика, физическая химия и т.д.

Физика является основой  многих технических наук: теоретической механики, сопромата, электротехники.

Физика явилась фундаментом, на котором выросли такие области  техники как – электро - и радиотехника, электронная и вычислительная техника, приборостроение.

Техника стимулирует развитие физики и наоборот. Могучая ускорительная техника способствует развитию исследований по физике атомного ядра и элементарных частиц.

Содружество физики и техники  приводит к сокращению временных  интервалов между научными открытиями и их технической реализацией.

Понятие физического моделирования

Моделирование физическое - вид моделирования, который состоит в замене изучения некоторого объекта или явления  экспериментальным исследованием  его модели, имеющей ту же физическую природу.

В науке любой эксперимент, производимый для выявления тех или иных закономерностей изучаемого явления или для проверки правильности и границ применимости, найденных теоретическим путём результатов, по существу представляет собою моделирование, так как объектом эксперимента является конкретная модель, обладающая необходимыми физическими свойствами, а в ходе эксперимента должны выполняться основные требования, предъявляемые к моделированию. В технике физическое моделирование используется при проектировании и сооружении различных объектов для определения на соответствующих моделях тех или иных свойств (характеристик) как объекта в целом, так и отдельных его частей. К физическому моделированию прибегают не только по экономическим соображениям, но и потому, что натурные испытания очень трудно или вообще невозможно осуществить, когда слишком велики (малы) размеры натурного объекта или значения других его характеристик (давления, температуры, скорости протекания процесса и т. п.).

В основе физического моделирования  лежат теория подобия и анализ размерностей. Необходимыми условиями физического моделирования являются геометрическое подобие (подобие формы) и физическое подобие модели и натуры: в сходственные моменты времени и в сходственных точках пространства значения переменных величин, характеризующих явления для натуры, должны быть пропорциональны значениям тех же величин для модели. Наличие такой пропорциональности позволяет производить пересчёт экспериментальных результатов, получаемых для модели, на натуру путём умножения каждой из определяемых величин на постоянный для всех величин данной размерности множитель -- коэффициент подобия.

Общая структура  и задача физики

Задача физики – исследовать закономерности физических явлений и находить способы применения этих явлений в жизни человека.

В своей основе физика – экспериментальная наука: её законы базируются на фактах, установленных опытным путём. Эти законы представляют собой количественные соотношения и формулируются на математическом языке. Различают экспериментальную физику – опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и для проверки известных физических законов, и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировке законов природы и в объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в предсказании новых явлений. При изучении любого явления опыт и теория в равной мере необходимы и взаимосвязаны.        

 В соответствии  с многообразием исследуемых  объектов и форм движения физической материи физика подразделяется на ряд дисциплин (разделов), в той или иной мере связанных друг с другом. Деление физики на отдельные дисциплины не однозначно, и его можно проводить, руководствуясь различными критериями. По изучаемым объектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику газов и жидкостей, физику твёрдого тела, физику плазмы. Др. критерий – изучаемые процессы или формы движения материи. Различают: механическое движение, тепловые процессы, электромагнитные явления, гравитационные, сильные, слабые взаимодействия; соответственно в физике выделяют механику материальных точек и твёрдых тел, механику сплошных сред (включая акустику), термодинамику и статистическую механику, электродинамику (включая оптику), теорию тяготения, квантовую механику и квантовую теорию поля. Указанные подразделения физики частично перекрываются вследствие глубокой внутренней взаимосвязи между объектами материального мира и процессами, в которых они участвуют. По целям исследования выделяют иногда также прикладную физику (например, прикладная оптика).

         Особо выделяют в физике учение о колебаниях и волнах, что обусловлено общностью закономерностей колебательных процессов различной физической природы и методов их исследования. Здесь рассматриваются механические, акустические, электрические и оптические колебания и волны с единой точки зрения.        

 Современная  физика содержит небольшое число фундаментальных физических теорий, охватывающих все разделы физики. Эти теории представляют собой квинтэссенцию знаний о характере физических процессов и явлений, приближённое, но наиболее полное отображение различных форм движения материи в природе.