Фізика. 7 клас. Головко

§ 5. Фізика – теоретична основа техніки

Фізика є основою сучасних наукових і виробничих технологій. Відкриття фізичної науки стали основою для створення сучасного обладнання для наукових досліджень, різноманітної побутової техніки, засобів зв’язку та телекомунікацій.

• Історичний характер фізичного знання. Творці фізичної науки
• Фізика в дослідженні природи
• Фізика - основа техніки

Історичний характер фізичного знання. Творці фізичної науки. Сучасна наука базується на експериментально здобутих даних та фундаментальних узагальненнях, що займають провідне місце у системі науково-природничих знань, опираються на досвід мислителів та дослідників попередніх епох. Але фізична наука - це не просто сукупність, підсумок всього, що зроблено вченими на сьогоднішній день. Не просто комплекс відомих фактів, законів, теорій. Фізика постійно розвивається, критикуючи, руйнуючи та створюючи, постійно відкриває нові закони й теорії.

Перші фізичні ідеї зародилися ще в Стародавній Греції. Припущення про те, що всі тіла складаються з найдрібніших частинок, висловив грецький філософ Демокріт, який жив у V ст. до н. е. Вважається, що становлення сучасної фізики розпочалося в XVII ст. з формулювання видатним англійським ученим І. Ньютоном основних рівнянь механіки, а у XIX ст. англійським вченим Д. Максвеллом - основних рівнянь електромагнетизму. На початку XX ст. німецький фізик А. Ейнштейн переформулював основні рівняння механіки так, щоб їх можна було застосовувати до вивчення рухів з швидкостями, близькими до швидкості світла, та заклав основи теорії гравітації (всесвітнього тяжіння). Розвиток науки у цей період учений охарактеризував таким чином: «Ніколи ще прагнення до пізнання істини не було таким сильним, як зараз, і доки воно буде існувати, можна дивитися в майбутнє з надією».

Фізика є наукою інтернаціональною, оскільки створювалася вона зусиллями представників різних народів. Важливу роль у становленні фізичного знання відіграли вітчизняні фізики, а також вчені інших країн, які жили та працювали в Україні. Важливе значення для становлення та розвитку фізичної науки в Україні мало створення Всеукраїнської академії наук у листопаді 1918 року. Першим її президентом став академік В. І. Вернадський, ім’я якого сьогодні носить Національна бібліотека України. Одним з перших дійсних членів академії став С. П. Тимошенко, засновник Інституту теоретичної механіки, який носить його ім’я. Всесвітню славу вчений отримав за фундаментальні дослідження проблем міцності матеріалів, праці з теоретичної та прикладної механіки.

Ісаак Ньютон (1643-1727) - видатний англійський учений, який заклав основи сучасного природознавства, творець класичної фізики

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) - шотландський вчений, який створив теорію електромагнітного поля

Альберт Ейнштейн (1879-1955) - один з найвизначніших фізиків XX століття, лауреат Нобелівської премії з фізики 1921 року

Володимир Іванович Вернадський (1863-1945) - український мислитель, природознавець. Один із засновників української Академії наук та її перший президент (з 1919). Засновник першої наукової бібліотеки в Україні (нині носить його ім’я)

Степан Прокопович Тимошенко (1878-1972) - вітчизняний всесвітньо відомий вчений у галузі механіки. Основоположник теорії міцності матеріалів, теорії пружності та коливань. Один із організаторів і перших академіків Української академії наук

Олександр Ілліч Лейпунський (1903-1972) - видатний український вчений-фізик. Дійсний член АН УРСР (1934), директор Інституту фізики АН УРСР. Здійснив розщеплення атомного ядра штучно прискореними частинками (1932)

Кирило Дмитрович Синельников (1901-1966) - український фізик, дійсний член АН УРСР, директор Українського фізико-технічного інституту в Харкові, творець вітчизняної школи фізиків-ядерників

Лев Васильович Шубников (1901-1937) - український вчений в галузі фізики низьких температур. У 1930 році відкрив першу в крані лабораторію низьких температур в Харкові

Іван Павлович Пулюй (1845-1918) - український фізик і електротехнік, винахідник, перекладач, організатор науки, громадський діяч. Ректор першого в Європі електротехнічного інституту

Світове визнання отримали наукові розробки Харківського фізико-технічного інституту, який став піонером ядерних досліджень не тільки в Україні, а й у світі. Тут зробили свої відкриття видатні фізики О. І. Ахієзер, Л. Д. Ландау, О. І. Лейпунський, К. Д. Синельников, В. І. Обреїмов, Л. В. Шубников. В інституті працювали А. Ф. Йоффе, Н. Бор.

Серед учених українського походження, які працювали за кордоном, особливе місце належить І. П. Пулюю, який виконав фундаментальні дослідження в галузі електродинаміки та електротехніки. Фізик зробив вагомий внесок у дослідження рентгенівського випромінювання. Він отримав перші високоякісні рентгенограми. За вагомий науковий доробок ім’я вченого увіковічено в Австрії та Чехії, де він працював упродовж багатьох років. Наш співвітчизник О. Т. Смакула винайшов технологію просвітлення оптики, яка використовується при виробництві оптичних приладів. Спеціальна прозора плівка на поверхні об’єктива значно покращує його оптичні властивості.

Розвиток світової авіації став можливим завдяки наполегливій праці українських авіаконструкторів Ф. Ф. Андерса, І.І. Сікорського, винахідника гелікоптера, О. К. Антонова, талановитого інженера, в конструкторському бюро якого створені найпотужніші в світі літаки «Руслан» (вантажопідйомність до 150 т) та «Мрія» (вантажопідйомність до 240 т).

Олександр Теодорович Смакула (1900-1983) - український фізик, відомий винаходом антирефлексійного покриття лінз оптичних приладів

Ігор Іванович Сікорський (1889-1972) - інженер, авіаконструктор та організатор промислового виробництва першого гелікоптера

Олег Костянтинович Антонов (1906-1984) - український авіаконструктор. В його конструкторському бюро створено найпотужніші в світі пасажирські та транспортні літаки

Під керівництвом академіка С. П. Корольова були здійснені запуск першого штучного супутника Землі у жовтні 1957 року та політ першого космонавта Ю. О. Гагаріна в космос у квітні 1961 року. «Зоряна траса» (схема польоту до планет Сонячної системи) українського дослідника - піонера космонавтики Ю. В. Кондратюка була реалізована під час польоту американських астронавтів на Місяць у 1969 році.

У конструкторському бюро «Південне» (м. Дніпропетровськ) під керівництвом В. Н. Челомея та М. К. Янгеля створювалися ракетоносії, які виводили на орбіти космічні кораблі та міжпланетні станції. Ракети «Зеніт» українського виробництва сьогодні використовуються в багатьох країнах світу для запуску космічних апаратів.

Сьогодні важливу роль у розвитку фізики в Україні відіграє Національна академія наук та її науково-дослідні установи: Інститут електродинаміки, Інститут електрозварювання, Інститут магнетизму, Інститут механіки, Інститут прикладної оптики, Інститут радіофізики та електроніки, Інститут металофізики, Інститут теоретичної фізики, Інститут фізики, Інститут фізики напівпровідників, Інститут ядерних досліджень та ін. Упродовж півстоліття академію очолює видатний вчений Б. Є. Патон. Під його керівництвом були продовжені дослідження проблеми електрозварювання, започатковані Μ. М. Бенардосом та Є. О. Патоном. В Інституті електрозварювання розроблено унікальні технології електрозварювання в різних середовищах - від морських глибин до відкритого космосу, які використовуються різними країнами.

Юрій Васильович Кондратюк (1897-1941) - український дослідник, піонер ракетної техніки і теорії космічних польотів. Автор так званої «Зоряної траси», за якою здійснили політ на Місяць космічні кораблі «Аполлон»

Сергій Павлович Корольов (1907-1966) - видатний учений і конструктор ракетної техніки. Під його керівництвом створені і виведені на навколоземну орбіту космічні апарати декількох поколінь

Борис Євгенович Патон (народився в 1918 р.) - видатний український учений у галузі зварювання, металургії і технології металів. Президент Національної академії наук України з 1962 року

Фізика в дослідженні природи. Важливою особливістю фізики як фундаментальної природничої науки є те, що вона не лише здобуває та узагальнює знання про природу, а й розробляє наукові методи і створює прилади для пізнання явищ оточуючого світу.

За допомогою сучасного обладнання досліджуються морські глибини (рис. 1.32). На навколоземній орбіті працює надпотужний телескоп Габбла, який вивчає таємниці далекого Всесвіту і робить унікальні відкриття в царині астрофізики (рис. 1.33). За допомогою електронних мікроскопів учені можуть «побачити» атом (рис. 1.34). Сучасні наукові дані про будову речовини вчені-фізики отримують, проводячи фізичні експерименти на адронному колайдері, в якому досліджується взаємодія мікрочастинок (рис. 1.35).

Рис. 1.32. Для дослідження морських глибин використовують спеціальні апарати

Рис. 1.33. Космічний телескоп ім. Е. Габбла збагачує науку унікальними фізичними відкриттями

Рис. 1.34. Сучасний електронний мікроскоп

Рис. 1.35. Адронний колайдер - унікальний науковий прилад для вивчення внутрішньої будови речовини

Рис. 1.36. Український літак АН-225 «Мрія» найпотужніший авіалайнер у світі

Рис. 1.37. Ракети-носії «Зеніт», створені в конструкторському бюро «Південне» (м. Дніпропетровськ)

Фізика - основа техніки. Сучасні виробничі технології значною мірою створені завдяки фундаментальним відкриттям, зробленим у фізиці. З кожним роком зростає споживання людством електричної енергії. Фізичні основи механіки стали основою для створення сучасної автомобільної, повітряної та морської техніки. Щоби спроектувати та побудувати авіалайнер (рис. 1.36) і корабель, потрібно було ретельно дослідити закони аеро- та гідродинаміки, умов плавання тіл. Потужні ракети-носії (рис. 1.37) виводять на орбіти штучні супутники Землі, які забезпечують функціонування сучасних систем зв’язку. Реактивні двигуни (рис. 1.38) для космічної техніки створювалися декількома поколіннями дослідників. Практичне використання ракетної техніки стало можливим після відкриття законів збереження та вивчення реактивного руху.

Відкриття законів електромагнетизму склали основу технічного виробництва електроенергії. Були створені потужні теплові, гідро-, вітро-, припливні (рис. 1.39), атомні електростанції.

Рис. 1.38. Реактивні двигуни конструкції українського вченого В. П. Глушка

Рис. 1.39. Перша в світі припливна електростанція на річці Ранс (Франція)

Побут людини в XXI ст. не уявляється без технічних пристроїв-помічників. Мобільні телефони стали настільки ж звичними, як радіоприймачі або бездротовий телеграф. Та всі ці пристрої працюють згідно з принципом радіозв’язку, відкритим фізиками понад століття тому. Телевізори, пральні машини, мікрохвильові печі, електроплити, електрочайники, холодильники, праски, кондиціонери працюють в оселі людини (рис. 1.40).

Відкриття особливих речовин - напівпровідників і вивчення їх фізичних властивостей дало можливість створити мікропроцесори, які стали основою комп’ютерної техніки. Комп’ютери керують кліматичними системами в приміщеннях, допомагають навчатися та створювати твори музичного й образотворчого мистецтва (рис. 1.41).

Рис. 1.40. Сучасна побутова техніка створена завдяки досягненням фізики

Рис. 1.41. Сучасний комп’ютер допомагає у наукових дослідженнях, виробництві, навчанні

Рис. 1.42. Сучасна фізика спрямовує свої зусилля на вирішення екологічних проблем

Із розвитком фізики людство пов’язує не тільки подальший науково-технічний прогрес, а й вирішення глобальних екологічних проблем, які дадуть можливість створити природо- та здоров’язбережувальні технології, забезпечать органічне існування людини в природному середовищі. Так, створення саркофагу (накриття) на Чорнобильській атомній станції, яка у 1986 році зазнала аварії, здійснюється з урахуванням відповідних механічних, електромагнітних, радіаційних властивостей конструкційних матеріалів (рис. 1.42).

Головне у цьому параграфі

Фізичне знання має історичний характер. Сучасна наука опирається на досвід мислителів і дослідників попередніх епох. Сучасна фізична наука - це не просто сукупність знань, відомих фактів, законів, теорій. Фізика постійно розвивається, постійно відкриває нові закони.

Фізика - наука інтернаціональна, оскільки створювалася вона зусиллями представників різних народів. Важливу роль у становленні фізичного знання відіграли вітчизняні фізики, а також учені інших країн, які жили та працювали в Україні.

Фізика є основою сучасних наукових і виробничих технологій. Створення різноманітних машин і механізмів стало можливим завдяки відкриттям фізики, які встановили основні закономірності протікання механічних, теплових, електричних і магнітних, світлових явищ. Сучасна фізика створює унікальні засоби дослідження природи. Провідна роль фізики у майбутньому людства пов’язується з вирішенням глобальних екологічних проблем та розробленням енерго- та здоров’язбережувальних технологій.

Запитання для самоперевірки

• 1. У чому виявляється історичний характер фізичного знання?
• 2. Чому фізика є інтернаціональною наукою?
• 3. В які галузі науки українські вчені зробили найбільш вагомий внесок?
• 4. Чому фізику вважають основою техніки?
• 5. Яким чином розвиток техніки пов’язаний із розвитком наук про природу?
• 6. Наведіть приклади устаткування для дослідження природних явищ.
• 7. Наведіть приклади механізмів і машин, які працюють на виробництві.
• 8. Наведіть приклади побутових пристроїв, які ви використовуєте вдома. Чи можна було б їх сконструювати без знання фізики? Обґрунтуйте чому.

* Завдання для допитливих

• 1. Використовуючи науково-довідкову літературу та ресурси Інтернету, підготуйте повідомлення про видатних учених - вихідців із вашого села, міста, району, області.
• 2. Використовуючи довідкові бібліотечні та інтернет-ресурси, визначте найбільш важливі напрями розвитку техніки та наукових досліджень, в яких провідну роль відіграватиме сучасна фізика.