Презентация "Основы физики" – проект, доклад

Введение

Курс лекций по общей физики

Доцент Петренко Л.Г.

Кафедра общей и экспериментальной физики НТУ «ХПИ»

Харьков - 2013 год

Предмет физики. Методы физического познания: наблюдение, опыт, эксперимент, гипотеза, теория. Физика как культура моделирования. Математика и физика. Компьютеры в современной физике. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Общая структура и задачи курса физики в техническом вузе.

Физика - наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности природных явлений, свойства и строение материи, законы её движения. Понятия, которыми оперирует физика, и законы физики лежат в основе всего естествознания. Слово «физика» происходит от греческого physis - природа. Границы, отделяющие физику от других естественных наук условны и с течением времени изменяются. Законы физики базируются на фактах, установленных опытным путём. Однако, физика является точной наукой и её законы устанавливают количественные соотношения и формулируются на математическом языке.

Различают экспериментальную и теоретическую физику. Цель экспериментальной физики - обнаружение и исследование явлений природы, проверка известных и открытие новых физических законов. Цель теоретической физики - формулировка и математическое описание законов природы, объяснение конкретных явлений на основе этих законов, выдвижение гипотез, предсказание новых явлений, создание новых физических теорий. Физическая теория даёт объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. Опыт и теория в равной мере необходимы и взаимосвязаны.

В настоящее время важнейшую роль в развитии науки, и физики в частности, играют компьютерные и информационные технологии - компьютерное моделирование физических явлений, программированный контроль и управление экспериментом, запись и визуализация информации, накопление и систематизация научной фактов, необозримые возможности вычислительной техники, коммуникации мировых научных школ в Интернете и многое другое.

Современная физика содержит небольшое число фундаментальных физических теорий, охватывающих все разделы физики. Физика - фундаментальная наука. Главная её задача – более глубокое познание природы, часто без каких-либо расчётов на практическую полезность. Однако, вся история развития физики показала, что на основе фундаментальной физики выросли новые области прикладной науки, новые области техники. В то же время высокий уровень техники позволяет сейчас проводить сложнейшие физические эксперименты. Таким образом, физика и техника глубоко взаимосвязаны.

Основные этапы истории физики. Философия и физика.

Развитие физики как науки началось в 17-ом веке и связано с именами Галилео Галилея и Исаака Ньютона.

Галилей открыл закон инерции и отверг канонизированное церковью учение Аристотеля. Ньютон сформулировал все основные законы механики (три закона динамики и закон всемирного тяготения). Во второй половине 17-го века было завершено построение геометрической оптики, почти одновременно возникли и стали развиваться корпускулярная и волновая теории света.

В первой половине 18-го века была создана единая механическая картина мира, согласно которой всё многообразие мира есть результат движения частиц, слагающих тела, подчиняющегося законам Ньютона.

Г.Кавендиш и независимо от него Ш.Кулон открыли основной закон электростатики, названный позднее законом Кулона.

В 18-м веке происходило накопление опытных данных и формулировались простейшие экспериментальные законы.

Б.Франклин установил закон сохранения электрического заряда.

основы молекулярно-кинетической теории теплоты.

Р.Бойль, Р.Гук, М.В.Ломоносов, Д.Бернулли и др. заложили

В начале 19-го века борьба между корпускулярной и волновой теориями света закончилась победой волновой теории, благодаря объяснению Т.Юнгом и О.Ж.Френелем явлений интерференции и дифракции.

Важнейшее значение для физики и всего естествознания имело открытие закона сохранения и превращения энергии Ю.Р.Майером, Дж.Джоулем и Г.Гельмгольцем.

Открытие Х.К.Эрстедом в1820 году действия электрического тока на магнитную стрелку доказало связь между электрическими и магнитными явлениями. В 1831 году М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции и впервые ввёл понятие электромагнитного поля как особой формы материи.

Во второй половине 19-го века процесс изучения электромагнитных явлений завершился созданием Дж.К.Максвеллом классической электродинамики.

В конце 19-го и начале 20-го веков Х.А.Лоренц заложил основы электронной теории, уравнения которой описывают элементарные электромагнитные процессы.

На основе классической электродинамики Максвелла была построена единая электромагнитная картина мира.

Уравнения Максвелла для электромагнитного поля объяснили все известные в то время факты с единой точки зрения и позволяли предсказать новые явления.

Новый этап развития физики связан с открытием Дж.Дж.Томсоном в 1897 году электрона. Выяснилось, что атомы не элементарны, а являются сложными системами, в состав которых входят электроны.

В начале 20-го века стало ясно, что классическая электродинамика требует коренного пересмотра представлений о пространстве и времени, лежащих в основе классической ньютоновской механики.

На рубеже 19-20 веков было положено начало величайшей революции в области физики, связанной с возникновением и развитием квантовой теории.

В 1905 году А.Эйнштейн создал частную (специальную) теорию относительности – новое учение о пространстве и времени. Стало ясно, что электромагнитное поле представляет собой особую форму материи, поведение которой не подчиняется законам механики.

В 1916 году Эйнштейн построил общую теорию относительности - физическую теорию пространства, времени и тяготения. Эта теория ознаменовала новый этап в развитии теории тяготения.

В 1900 году Макс Планк для объяснения опытных законов теплового излучения выдвинул гипотезу, согласно которой атом испускает электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами.

В 1905 году Эйнштейн развил гипотезу Планка – излучаемый квант энергии поглощается также целиком, т.е. ведёт себя подобно частице (позднее она была названа фотоном). Следовательно, имеет место корпускулярно-волновой дуализм света.

наряду с корпускулярными свойствами, обладают также и волновыми. То есть имеет место корпускулярно-волновой дуализм вещества.

В 1923 году Луи де Бройль, развивая представления о корпускулярно-волновом дуализме света, выдвинул гипотезу, согласно которой не только фотоны обладают двойственной природой, но и любые микрочастицы вещества,

Современная физика непрерывно развивается, физическая картина мира обновляется и совершенствуется. Дальнейшее развитие физической картины мира связано с достижениями физики элементарных частиц - физики высоких энергий. При этом будет происходить сближение проблем физики и астрофизики, что уже наметилось сейчас.

К концу 70-х годов ХХ века было завершено построение теории физики элементарных частиц, так называемой Стандартной модели, описывающей три класса частиц – фотона, лептонов, адронов и три из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе - электромагнитные, слабые ядерные и сильные ядерные.

Современная физическая картина мира - квантово-полевая связана с возникновением нового способа мышления и в её основе лежит корпускулярно-волновой дуализм материи.

Будущее теории суперструн многообещающее. Это окончательное объединение всех сил природы, выработка новых концепций пространства и времени, разрешение важных загадок квантовой гравитации и космологии.

Стандартная модель очень успешна и с большой точностью проверена в экспериментах на ускорителях элементарных частиц, которые позволили проникнуть в структуру материи на расстояния до 10–20 м. Тем не менее многие вопросы в рамках Стандартной модели не находят решения и прежде всего потому, что она не включает в себя гравитационное взаимодействие.

Учёные предполагают, что на сверхмалых расстояниях или при сверхвысоких энергиях начинают действовать принципиально новые физические законы. Первые шаги в направлении создания такой «новой» физики были сделаны ещё в 70-х годах, когда для объяснения строения адронов Г.Венициано

предложил использовать струнную модель, основанную на гипотезе, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий квантовых струн на масштабах от планковской длины 10-35м, где начинают проявляться квантовые эффекты гравитации, до размеров Вселенной.

Заключение Бурное развитие техники в 19-ом и особенно в 20-м веке было непосредственно связано с революционными открытиями в физике. Физическая наука является фундаментом для всех областей техники. Инженер должен быть творчески мыслящим человеком, должен непрерывно следить за новейшими достижениями физической науки и использовать их в своей работе, в своём творчестве.

Благодарю за внимание