Теоретическая часть. Тема № 1Введение. Содержание курса

Тема № 1 Введение. Содержание курса. Роль эксперимента в физике. Физические величины.

1.1 Предисловие

Основное содержание предлагаемого учебного курса составляет курс лекций по физике, который автор читал в течение ряда лет на факультете географии и геоэкологии Балтийского Федерального Университета имени И. Канта. За основу взят фундаментальный «Общий курс физики» Д. В. Сивухина, курс лекций которого автор имел счастье прослушать во время обучения в МФТИ.

Главное внимание в курсе уделено выяснению физического смысла и содержания основных законов и понятий физики, установлению границ применимости этих законов, развитию у студентов навыков самостоятельного физического мышления и умения ставить и решать конкретные задачи. Основные законы физики являются обобщениями опытных фактов, при описании рассматриваемого явления используются только те физические величины, которые наиболее существенны в данном случае. Такие идеализированные модели и схемы широко используются в физике, основоположником этого метода принципов является великий Исаак Ньютон (1643 – 1727). При экспериментальной проверке невозможно охватить всё разнообразие условий, в которых могут протекать явления, а измерения всегда сопровождаются погрешностями. Поэтому опытным путём можно установить справедливость основных принципов лишь в ограниченных пределах и с ограниченной точностью. При расширении круга изучаемых явлений и повышении точности измерений могут изменится и эти пределы, но может случится, что вне определённых границ основные принципы перестанут быть справедливыми. Тогда возникнет необходимость в их обобщении или замене новыми принципами, имеющими более широкую область применимости, однако старые принципы обязательно водят в новые как предельный случай.

В лекциях использована традиционная последовательность изложения разделов физики: механика, термодинамика и молекулярная физика, электричество, оптика, атомная и ядерная физика. Кроме этого включены некоторые сведения из математики..

1.2 Ведение

При изучении всякого круга явлений важно установить основные законы или принципы, с помощью которых можно объяснить все известные явления из рассматриваемого круга, а также предсказать новые. Такой подход к изучению явлений природы получил название метода принципов. Основоположником его в физике является великий Исаак Ньютон (1643 – 1727). Сами основные законы или принципы не могут быть доказаны логически. Их доказательством является опыт. Роль эксперимента в физике состоит не столько в проверке самих принципов, сколько в проверке вытекающих из этих принципов следствий. В этом смысле основные принципы являются обобщением опытных фактов. Но никакие опыты никогда не охватывают всё разнообразие условий, в которых могут протекать явления, а измерения всегда сопровождаются погрешностями. Поэтому опытным путём (а другого пути нет) можно установить справедливость принципов лишь в ограниченных пределах и с ограниченной точностью. Может случится так, что при расширении круга изучаемых явлений и повышении точности измерений возникает необходимость в замене старых принципов новыми, имеющими более широкую область применения. При этом новые принципы должны включать старые как предельный случай.

Для описания различных явлений в физике вводятся физические величины. Они разделяются на скалярные и векторные. Скалярными величинами (скалярами) называются такие, которые характеризуются только числовым значением. Примерами скалярных величин являются время, масса, температура, электрический заряд и т.д. Векторными величинами (векторами) называются такие, котрые характеризуются числовым значением, направлением и точкой приложения. Примерами векторных величин являются скорость, сила, напряжённость электрического поля и т.д. С помощью векторов физические законы формулируются в простой и обозримой форме. Определение физической величины должно содержать принципиальный способ её измерения. Измерение физической величины состоит в сравнении её с однородной ей величиной, принятой условно за единицу измерения.