Віки -стаття: " Фізика в слайда"
Зміст
Назва проекту
Фізика в слайдах
Автори проекту
Учні 10 класу Самоделов Василь, Сапутін Володимир; учні 8 класу Бут Олександр, Синиця Іван, Козлов Сергій
Тема дослідження
Використання комп'ютерних презентацій у вивченні фізики
Проблема дослідження
Дослідити використання ІКТ в навчальному процесі при вивченні фізики
Гіпотеза дослідження
Вважаю,що зацікавленість учнів у вивченні фізики збільшиться
Мета дослідження
Підвищити інтерес учнів до вивчення фізики
Результати дослідження
Цікава фізика. Факти з фізики: несподівані відкриття, цікаві властивості та маловідомі явища.
Розвиток механіки
Початок XVIII століття. Нещодавно опубліковано Ньютонову працю про закони механіки (науки, що вивчає рух тіл). Цей трактат завершується законом про силу всесвітнього тяжіння, котрий пояснює, як притягуються тіла з певною масою. Нарешті ми можемо дати відповідь на найдавніше наукове питання людства: "Як рухаються зірки?" Проте ніхто не сподівався, що закон руху небесних тіл може описувати й падіння звичайнісінького яблука.
Ньютон вивчав також теплові, електричні та магнітні явища, але в галузях теплофізики, електрики й магнетизму не зміг сягнути таких висот, як у царині механіки. Після Ньютона декотрі науковці продовжували поглиблювати дослідження з механіки, а інші віддали перевагу вивченню досі незбагнених явищ, як-от поширення тепла, взаємне притягання та відштовхування електрично заряджених або намагнічених тіл. У нашій книжці йтиметься окремо про механіку, електромагнетизм і термодинаміку, хоча слід пам'ятати, що дослідження в цих галузях проводили одночасно, а інколи — одні й ті ж науковці. Перша проблема
Не всі вони погоджувались із законом Ньютона про силу всесвітнього тяжіння. Лишались відкритими питання: чи можуть планети притягатися без будь-якого дотику? Чи існує в природі "взаємодія на відстані"?
Будь ласка, повернись, хіба це важко? Наведемо дуже простий, але, без усілякого сумніву, зрозумілий приклад. Ти сидиш за останньою партою й під час контрольної хочеш звернутися по допомогу до відмінника, але його парта — одна з перших. Твої спроби привернути його увагу — типовий приклад взаємодії на відстані. Щоб змусити його повернути голову, ти маєш якось передати йому своє повідомлення.- чи то кинути записку, чи покликати його, або ж поцілити йому в потилицю паперовою кулькою. Тобто для взаємодії ти маєш сягнути його, подолати відстань між вами. Було б непогано вміти так зосередитись, щоб твій товариш повернувся лише від невидимого зусилля твого мозку, але, здається, таке нікому не вдавалось. Отже, ліпше підготуватися до контрольної вдома! А ось Ньютон вважав, що Земля та Місяць притягуються, тобто взаємодіють без усіляких там записок, посвистів і потаємних сил мозку, бо в планет його немає. Притягуються на відстані — та й годі. Фокуси
Такий висновок, що не передбачав наявності між планетами тоненької ниточки, як у цирковому фокусі, був зовсім не до вподоби європейським філософам та фізикам, і передовсім — Декарту й Лейбніцу. Вони вважали: "надтонка матерія, наявна в усьому Всесвіті, рухаючись, створює вихори, які захоплюють і тримають планети разом".
Яку "форму" має Земля? Питання потребувало розв'язання. Хто ж мав рацію? Чи можна довести запропоновані гіпотези? Дещо зробити таки було можна. Існувало дві різні теорії щодо форми нашої планети. Ньютон уважав, що Земля приплюснута на полюсах, а отже, має бути "повнішою" на екваторі. І справді, вздовж екватора сила тяжіння мала б трохи компенсуватися силою, спрямованою назовні, що спричинено обертанням. На думку ж Декарта, Земля мала б бути "худішою" і видовженою через своє перебування у вихорі, який її здавлює. Сьогодні, аби розв'язати суперечку, досить було б розглянути фотографію із супутника. Але коли невідомі форма Землі та природа сили тяжіння, нема чого й мріяти про супутник на орбіті! Тож довелося спорядити дві тривалі й складні наукові експедиції. Полюси та екватор
Перша експедиція на чолі з Шарлем Маріла Кондаміном (1701 - 1774) вирушила 1735 року до Еквадору із завданням обчислити кривизну Землі на екваторі. Друга — наступного року попрямувала до Лапландії. Очолювали її П'єр Луї Моро де Монсртюї (1698 - 1759) таАлексі Клод Клеро (1713 -1765). Коли експедиції повернулися, вчені порівняли їхні дані та дійшли висновку, що Ньютон мав рацію щодо форми Землі.
Гіпотезу Декарта про планети в полоні у вихорів матерії було остаточно відкинуто. Після цього гравітаційну теорію Ньютона досить довго не ставили під сумнів (ти маєш пам'ятати, що в науці будь-що рано чи пізно ставлять під сумнів, бодай частково), хоча проблема взаємодії на відстані лишалась відкритою. Як можуть ці "маси" знати про їхнє взаємне існування та про відстань, що їх розділяє? На відповідь маємо ще чекати. Все вирішено?
Думка про те, що Земля та інші планети обертаються навколо Сонця, остаточно ствердилась, але не тре6а забувати ще одного. Галілей довів, що Земля нібито може обертатися навіть непомітно для нас, але ніхто насправді так і не довів, що Земля дійсно обертається!
Це явище довів француз Ґюстав Ґаспар Коріоліс (1792 - 1847). Проте перший доказ руху Землі відкрив астроном Джеймс Бредлі 1728 року, пояснюючи переміщення деяких зірок, яке він спостерігав, саме рухом Землі. Але щоб переконати тебе в цьому, легше буде поглянути не на зірки, а на Землю, й перекинутись кількома словами з самим Коріолісом. — Річ ось у чому: перебуваючи в системі, що рухається прямолінійно й рівномірно, ми ніяк не можемо пересвідчитися, чи рухаємося ми насправді, чи стоїмо на місці. — Саме так, це доводив ще Галілей: коли ми сидимо в трюмі під час штилю, а наш човен пливе морем зі сталою швидкістю, ми не можемо визначити, чи він насправді рухається. — Так, але Галілей "майже" мав рацію, тому що рух човна морем "майже" прямолінійний і рівномірний. Човен пересувається земною поверхнею, Земля ж не пласка, а кругла. Що означає "прямолінійний і рівномірний"? Те, що швидкість тіла не змінна (рівномірна), а шлях його руху не відхиляється від прямої лінії (прямолінійний).
—Так, але для нас — таких маленьких порівняно із Землею — земна поверхня видається пласкою! — "Майже" пласкою. Якби Земля оберталась, її шлях не був би прямим. Точка її поверхні мала б рухатися не по прямій, а по колу. — Ти й справді маєш рацію, але я не можу збагнути, як це стосується нашого питання. — Ще й як стосується. Оскільки наші розміри дуже малі порівняно із земною поверхнею, Земля, яка обертається, підносно нас рухається "майже" прямолінійно й рівномірно. — Але ми мали б помітити наслідки її "не зовсім" прямолінійного й рівномірного руху? — Саме так. Наприклад, коли предмет вертикально падає з вежі до її фундаменту, — краще сказати "майже" вертикально, бо рух Землі для предмета буде "майже" прямолінійним і рівномірним. Я спромігся надати математичного вираження цьому "майже". Оскільки мої розрахунки збігалися з результатами дослідів, ми переконалися, що Земля й справді обертається. — Нарешті хоч таке-сяке експериментальне підтвердження! Ніколи не полишай дрібниць без уваги. — У наступні століття дітлахам розповідатимуть, ніби доказ обертання Землі полягає в тому, що вода, витікаючи з умивальника, починає обертатися. — А хіба ж це не так? — Насправді ж наслідки земного обертання дуже й дуже незначні. Якби напрямок закручування води був обумовлений земним обертанням, то вода мала б закручуватись в один і той же бік в усіх каналізаціях північної півкулі Землі, і в протилежний - у південній півкулі. Коли ти поспостерігаєш трохи за стоком води, то помітиш, що це не так. Буденне життя
Розібравшись з рухом нашої планети, ми можемо перейти до питань, які стосуються буденного життя. Наприклад: коли я впущу камінь, як швидко він сягне землі? Якщо я кину його з певною силою в певному напрямку, де саме він упаде? Якої швидкості набуде машина, коли тиснути певний час на педалі акселератора? Як поводитиметься тіло, якщо замість того щоб летіти у вільному падінні, його змусять котитися похилою площиною з хвилястою поверхнею?
Далі — більше: яку початкову швидкість і яку траєкторію повинна мати ракета, щоб сягнути Місяця, коли запускають її з Землі? На ці питання, що певним чином пов'язані з передбаченням майбутнього, механіка дає відповіді за допомогою розв'язання математичних рівнянь, полишаючи магів-віщунів, яких ти бачиш на цій сторінці. Рівняння руху
Ці рівняння називаються "рівняннями руху". Ми маємо визначити, керуючись трьома законами Ньютона, математичні рівняння, розв'язання яких допоможе нам дізнатися, де перебуває тіло щомиті, з якою швидкістю воно рухається, яке його прискорення. Вочевидь було б добре знайти загальні рівняння, щоб не починати все спочатку, в разі появи маленької відмінності. Наприклад, закон усесвітнього тяжіння Ньютона показує нам, як вирахувати силу притягання двох будь-яких тіл, що мають певну масу.
F=G x (m1 + m2)/r2 Цей закон однаковий для всіх тіл, треба лише знати їхню масу т та відносну відстань r. Наведене рівняння має універсальний характер і пояснює багато явищ, котрі зовні виглядають доволі різними, як, наприклад, обертання планет і відоме падіння яблука на Ньютонову голову. Початкові умови Насправді ж для опису руху тіла не достатньо знати ці значення, потрібні також початкові умови руху. Неважко збагнути, що тіло, яке під час падіння постійно й рівномірно збільшує свою швидкість (рівняним її буде V= g х t, де g — прискорення сили тяжіння, а t — час), торкаючись землі, матиме швидкість, яка відрізнятиметься від його швидкості в тому випадку, коли ми це тіло це просто відпустимо, а кинемо вниз, надаючи йому додаткової початкової швидкості. Наше рівняння буде таким: V=V0 + g х t де V0 - початкова швидкість, якої ми надали тілу. Якщо ми його впускаємо, V0 = 0. Довідатися про початкові умови легко, коли ми власноруч кидаємо камінь (як у попередньому прикладі). Не так просто дізнатися початкові умови нашого Всесвіту. А найменша початкова різниця могла привести нас до зовсім інших Всесвітів. Математика - моє ремесло На згадані вище питання та на багато інших, подібних, намагались відповісти найкращі фізики й математики XVII - XVIII століть. Використовували вони для цього аналітичну геометрію Декарта та нові розрахунки (які сьогодні ми називаємо математичним аналізом), що їх відкрили Ньютон і Лейбніц. Поступ механіки й математики був неймовірно швидким: ці науки по черзі "допомагали" одна одній. Розв'язання рівнянь потребувало нових математичних методів. Математичне абстрагування сприяло узагальненню результатів у механіці. У науці завжди є "але"
Проте незабаром було помічено, що для багатьох з першого погляду простих задач легко складались рівняння руху, та нелегко їх було розв'язувати.
Розгляньмо, наприклад, систему "Сонце — Земля". В цьому випадку можна складати й точно обчислювати рівняння, що описують рух двох тіл, Астрономічні ж виміри показують, що насправді Земля рухається не зовсім чітко за результатами наших рівнянь. Це так, бо навколо Землі обертається Місяць, і тому траєкторія нашої планети в космосі визначається також притяганням між нею та її супутником. Гаразд, тоді спробуймо розв'язати рівняння для випадку, в якому є три тіла: Сонце, Земля та Місяць. Коли рівняння настільки ускладнюється, що на нього неможливо знайти точну відповідь, треба прийти до наближення. Не варто бути надто неухильним!
Здавалося, ця неждана нами халепа розвіяла сподівання на математичне розв'язання фізичних задач. Зваж, однак, на те, що, попри неможливість і сьогодні розв'язати точно рівняння для трьох тіл, ракета вже сягнула Місяця. Розв'язки рівнянь наближені, але сучасна математика дозволяє обчислювати "поправки" до результату, поки ракета підлітає до Місяця. Імена та прізвища
Досі ми мали справу з "теоретичною механікою", тобто тою частиною математики, що описує механічні системи і не згадує про людей, які просували вперед цю науку. Найвидатнішими з них були швейцарець Леонард Ойлер (Ейлер) (1707 -1783), француз Жан ле Рон д'Аламбер (1717 -1783), італієць за походженням (народився в Турині) Жозеф Луї де Лаґранж (1736 - 1813), француз П'єр Симон де Лаплас (1749-1827) та ірландець Вільям Роуен Гамільтон (1805 -1865). Те, що серед них нема жодного англійця, свідчить про прийняття всім науковим світом ідей Ньютона, які спершу було піддано жорсткій критиці поза межами Великої Британії. Для розвитку теоретичної механіки, однак, конче необхідними були математика й підхід Ляйбніца, який мав початок і розвивався поза Британією й був простішим та дохідливішим порівняно з підходом Ньютона.
Лейбніц і Ньютон усе життя люто сварилися, проте метод обчислення Лейбніца в застосуванні до ідей Ньютона призвів протягом наступних століть до чудових результатів, які й ми можемо бачити. Неймовірно, але інші науковці, про яких ми маємо згадати в цьому розділі, походять з однієї родини. Це — швейцарці Бернуллі, їхнє спрощене генеалогічне дерево ти можеш побачити на цій сторінці. У сім'ї — самі лише фізики й математики!
Важливі новини
У математичному розгляді задач з механіки було введено нові фізичні величини. Вже Ньютон додав до розташування, швидкості та прискорення об'єкта (величин, які були у вжитку від часів Середньовіччя) масу та силу. Пізніше з'явились нові величини, котрі мали б бути дуже корисними в розв'язанні задач.
Нам відомо, що коли тіло рухається прямолінійно й рівномірно зі швидкістю у за умови відсутності тертя воно має продовжувати свій рух. Але що відбудеться, коли це тіло зіткнеться з іншим? Те, що ми побачимо, залежить лише від швидкості, з якою одне тіло налітає на інше? Відповідь проста: ні! Якщо в тебе влучить кулька з піногуми, навіть на великій швидкості, вона завдасть тобі менше болю, ніж шкіряний м'яч. Можеш бути певен. Що ж необхідно знати, аби збагнути, що відбувається під час зіткнення?
Ось нова змінна величина: кількість руху, добуток маси й швидкості. р = m x v Якщо в тебе влучить кулька масою в 1 грам, що рухається зі швидкістю 10 км/г, результат "зіткнення" дещо відрізнятиметься від того випадку, коли в тебе вріжеться з тією ж швидкістю 10 км/г кілограмовий м'яч, тобто м'яч масою в 1000 грамів! Протягом минулого століття під час дослідження зіткнень різних тіл було виявлено важливу деталь: змінна величина кількості руху р у разі пружного зіткнення зберігається сталою. Теги: відкриття, фізика, факти, цікаві факти
Висновки
Корисні ресурси
http://library.petrsu.ru/rarebook/fotoalbum.html
www.youtube.com/watch?v=lj8X_64LtUw
www.youtube.com/watch?v=TBG0wm2SAZQ
