ВВЕДЕНИЕ. Наукой обычно называют попытки систематизировать сумму знаний об окружающем нас материальном мире, о самом человеке и о результатах его деятельности

Наукой обычно называют попытки систематизировать сумму знаний об окружающем нас материальном мире, о самом человеке и о результатах его деятельности. Сам термин «наука» в настоящее время употребляют во множественном числе, подчеркивая многогранность этого понятия. В этом смысле науки разделяют на гуманитарные и естественные науки. Общим для всех наук является обязательное использование формальной логики как универсального метода научного мышления.

Физика, как отдельная наука, изучает наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы движения материи (более сложные виды движения изучаются другими науками), общие закономерности явлений природы, формирования и развития окружающей нас материи в ее наиболее примитивных формах, которые принято называть неживой природой. Поэтому можно утверждать, что физика является фундаментом всех естественных наук.

Слово «Физика» происходит от греческого слова physis – природа. В своей основе физика – экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Эти законы представляют собой количественные соотношения и формулируются на математическом языке.

В XIX и ХХ веках физика пережила бурный расцвет, физические знания и физический метод исследования получили большую известность, и нашли применения в различных аспектах человеческой деятельности, способствовали техническому прогрессу.

Сущность физического метода исследования явлений и процессов состоит в том, что в основу критической оценки всех разработанных физических теорий положен эксперимент.

На ранних стадиях развития науки физики свои заключения строили на основе реальных наблюдений различных природных явлений, например, таких как гроза (Б. Франклин и Г.В. Рихман). Позднее человек научился искусственно воспроизводить эти явления в лабораторных условиях – «ставить научные эксперименты». Ясно, что ни одна лаборатория не в силах обеспечить полное воспроизведение всех природных условий наблюдений какого-либо явления. Поэтому для правильной постановки того или иного физического эксперимента необходимо провести правильный анализ изучаемого явления, выделить его наиболее существенные связи с остальным миром. Таким образом, изучение явления или объекта всегда проводится в некотором приближении, когда исследователь сознательно или неосознанно отбрасывает некоторые детали воспроизводимого явления. Получив экспериментальные данные, наблюдатель для их объяснения создает на основе имеющихся у него представлений путем синтеза рабочую гипотезу, которая может объяснить не только один, но и целую группу подобных экспериментов. Важно отметить, что осмысление результатов эксперимента идет в некотором упрощенном или, как принято говорить, в модельном представлении, т.е. само явление заменяется его некоторым упрощенным представлением или моделью (упрощенной версией физической системы, процесса, сохраняющей ее основные черты).

Если разработанные представления оказываются справедливыми для достаточно широкого класса явлений, то принято говорить о возникновении физической теории. Отдельные положения этой теории носят названия физических законов [1], при условии их выполнения для всего класса изученных объектов и явлений.

Важной особенностью физической науки является использование количественных характеристик отдельных свойств физических объектов. Эти характеристики определяются путем измерений, и для установления взаимосвязи между различными физическими параметрами применяется количественная логика, т.е. математика. Математика является мощным средством для аналитического представления физических законов и следствий из них. Измерение физической величины – нахождение значения физической величины экспериментальным путем в принятых единицах. Для физических величин существует единая система единиц измерения, Система Интернациональная (СИ), принятая 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960г. Система содержит семь основных единиц измерения физических величин: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), Кельвин (К), моль, Ампер (А), Кандела (кд); две дополнительных: радиан (рад), стерадиан (ср). Остальные же единицы измерения физических величин выводятся из законов, связывающих эти величины и их единицы с основными единицами измерений.

Любая физическая теория должна быть справедливой для всех явлений природы, в противном случае теория носит лишь частный (ограниченный) характер. Если появляются новые экспериментальные факты, которые не объясняются с точки зрения разработанной теории, то это как раз и указывает на ограниченность теории. В этом случае становится очевидной необходимость построения новой теории, в которой новый экспериментальный материал находит свое естественное объяснение (пример – механика Ньютона и теория относительности Эйнштейна). Здесь важно подчеркнуть тот факт, что критерием оценки справедливости того или иного логического построения выступает эксперимент. Именно он является своеобразным «верховным судьей», выносящим свой «приговор» относительно какой-либо теории.

Однако цепочечная связь «эксперимент – гипотеза – закон – теория – эксперимент» не означает, что физическая теория играет лишь описательную роль, и ее призвание состоит только в объяснении проведенных экспериментов. Союз теории и эксперимента носит творческий характер: атомная теория строения вещества получила всеобщее признание задолго до того, когда стало возможно непосредственное наблюдение отдельных атомов.

Итак. Эксперимент – упрощенное воспроизведение того или иного физического явления или процесса. Модель - упрощенная версия физической системы, процесса, сохраняющей ее (его) основные черты. Научная гипотеза – предположение о том, что существует связь между известным и вновь изучаемым явлением. Физический закон – описание соотношений в природе, проявляющихся при определенных условиях в эксперименте. Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемое явление.

Курс физики направлен на формирование физического мировоззрения, создания естественнонаучной базы для правильного понимания всех явлений окружающего нас мира.

Традиционно рассмотрение общей физики начинается с раздела «Механика».

Механика [от греч. mechanikе (tеchnё) — наука о машинах, искусство пост­роения машин], наука о механическом движе­нии материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между телами. Под механическим движением понимают из­менение с течением времени взаимного положения тел или их частей в простран­стве. Примерами таких движений, изу­чаемых методами механики, являются:

- в приро­де:

· движения небесных тел,

· колебания земной коры,

· воздушные и морские течения,

· тепло­вое движение молекул и т.п.;

- в техни­ке:

· движения различных летательных аппа­ратов и транспортных средств,

· движение частей всевоз­можных двигателей, машин и механизмов,

· деформации элементов различных кон­струкций и сооружений,

· движения жид­костей и газов и многое другое.

Рассматриваемые в механике взаимодействия представляют собой те действия тел друг на друга, результатом которых являются изменение механического движения этих тел. Их примерами могут быть:

· притяжения тел по закону всемирного тяготения;

· взаим­ные давления соприкасающихся тел;

· воз­действия частиц жидкости или газа друг на друга и на движущиеся в них тела и др.

Обычно под механикой понимают, так называемую, классическую механику, в основе которой лежат законы механики Ньюто­на и предметом которой является изучение движения любых материальных тел (кроме элементарных ча­стиц), совершаемого со скоростями, ма­лыми по сравнению со скоростью света. Движение тел со скоростями порядка скорости света рассматривается в теории отно­сительности, а внутриатомные явления и движение элементарных частиц изучаются в квантовой механике.

Механику разделяют на:

· механику материальной точ­ки;

· механику системы материальных точек;

· механику абсолютно твёрдого тела;

· механику сплош­ной среды, которая, в свою очередь, подразделяется:

· на теорию упругости,

· теорию пластичности,

· гидромеханику,

· аэромеханику,

· газовую динамику и др.

В каждом из этих разделов, в соответствии с характером решаемых задач выделяют:

· статику - учение о равновесии тел под действием сил;

· кинематику — учение о геометрических свойствах движения тел, без учета воздействующих на тела сил;

· динамику — учение о движе­нии тел под действием сил. В динамике рассматриваются две основные задачи: нахож­дение сил, под действием которых может происходить данное движение тела, и оп­ределение движения тела, когда известны действующие на него силы.

Изучение основных законов и принци­пов, которым подчиняется механическое движе­ние тел, и вытекающих из этих законов и принципов общих теорем и уравнений со­ставляет содержание теоретической механики.

Раздела­ми механики, имеющими важное самостоятельное значение, являются также:

· теория коле­баний,

· теория устойчивости равновесия и устойчивости движения,

· теория гиро­скопа,

· механика тел переменной массы,

· теория автоматического регулирования,

· теория удара.

Механика тесно связана со многими другими разде­лами физики. Ряд понятий и методов механики, при соответствующих обобщениях, находит при­ложение в оптике, статистической физике, квантовой механике, электродинамике, теории относительности и др. Кроме того, при решении ряда задач газовой динамики, теории взрыва, теплообмена в движущихся жидкостях и газах, аэродинамики разреженных га­зов, магнитной гидродинамики и других одновременно используются методы и уравнения, как теоретической механики, так и соответ­ственно термодинамики, молекулярной физики, теории электричества и др. Важ­ное значение механика имеет для многих разделов астрономии, особенно для небесной ме­ханики.

Часть механики, непосредственно связанную с техникой, составляют многочисленные общетехнические и специальные дисциплины, такие как:

· гидравлика;

· сопротивление материа­лов;

· кинематика механизмов;

· динамика машин и механизмов;

· теория гироскопи­ческих устройств;

· внешняя баллистика;

· динамика ракет;

· теория движения раз­личных наземных, морских и воздушных транспортных средств;

· теория регулирования и управления движением различных объ­ектов;

· строительная механика;

· ряд разделов техноло­гии и многих других.

Все эти дисциплины поль­зуются уравнениями и методами теоретической механики. Таким образом, механика является одной из научных основ многих областей современной техники.

В физике используются типовые (наиболее часто употребительные) формы определения:

· физических величин: величина, численно равная левой части равенства при правой единичной части равенства, или – величина, численно равная (подробному описанию действия) действию над другими физическими величинами.

· прочтения законов: называется величина, стоящая в формуле слева, чем она вызвана, далее переходят к правой части – чему пропорциональна, обратно пропорциональна, при этом константы, коэффициенты пропорциональности – опускаются.

ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛАМ МЕХАНИКИ