Фізика. 7 клас. Пшенічка

§ 8. Зв’язок фізики з іншими науками. Фізика в науці, техніці, виробництві й побуті

ЧОМУ ВАЖЛИВО ЗНАТИ ФІЗИКУ

Фізика - це цікава та захоплююча наука. Вона дає змогу зрозуміти навколишній світ, привчає до логічного мислення й розвиває творчі здібності.

Найбільші відкриття в біології - генна інженерія, клонування, розшифрування будови молекули ДНК, яка передає код спадковості, - були б неможливі без таких фізичних приладів, як рентгенівські апарати, ультрацентрифуги, холодильні установки, електронні мікроскопи та багато інших.

Цікаво, що існування молекули ДНК задовго до її відкриття передбачили автрійський фізик Ервін Шредінгер та американський фізик українського походження Георгій Гамов.

Лазерні приціли та апарати нічного бачення служать військовим, а лазерні ножі - лікарям. Лазерні шоу прикрашають свята.

Особливо важливою для життя суспільства є роль фізики у створенні нових джерел енергії: від батарейок та електрогенераторів до атомних і термоядерних станцій.

Бурхливий розвиток фізики у XX ст. зумовив появу нових наукових дисциплін: хімічна фізика і фізична хімія, біофізика, біоенергетика, біоніка та інженерна генетика, астрофізика, космологія і космічна фізика, медична фізика...

XX століття виявилося століттям несподіваних і захоплюючих відкриттів у фізиці. Усі вони знайшли практичне застосування і суттєво змінили життя людства.

ФІЗИКА - ОСНОВА ТЕХНІКИ І ТЕХНОЛОГІЇ

Комп'ютерами сьогодні користується кожен: від школяра й бухгалтера до інженера та науковця. Появою сучасних комп'ютерів ми завдячуємо дослідженням фізиків у галузі напівпровідникових матеріалів та нанотехнологій. Те, що фізика вже давно проникла у виробництво, техніку, медицину, побут, індустрію розваг, ще раз підтверджує - знання фізики знадобляться кожній людині.

СТВОРЕННЯ ЯДЕРНОЇ ФІЗИКИ

Одна з проблем людства - отримання достатньої кількості енергії.

При відкритті законів ядерної фізики людство отримало небачену могутність, що дало змогу вирішувати питання енергетичної кризи (атомні електростанції (мал. 8.1)). Проте виникла загроза самознищення (атомна і воднева зброя). Відкриття антиречовини обіцяє дати в сотні разів потужніші джерела енергії, ніж ядерна.

Узимку відром вугілля можна обігріти квартиру на один вечір. Одне відро урану (якщо звільнити всю ядерну енергію, котра міститься в ньому) може забезпечити півмільйонне місто світлом і теплом упродовж року!

Мал. 8.1. Атомні електростанції - основа сучасної енергетики

ВИХІД ЛЮДСТВА В КОСМОС. КОСМІЧНІ АПАРАТИ

За допомогою ракет вдалося подолати земне тяжіння, побудувати космічні станції і навіть побувати на Місяці (мал. 8.2). Перший штучний супутник було запущено в 1957 р. у Радянському Союзі, а радянський космонавт Юрій Гагарін став першою людиною, яка побувала в космосі. Космічним апаратам вдалося сфотографувати з близької відстані багато планет Сонячної системи. На Марс, Венеру, Місяць і навіть на супутник Сатурна Титан вдалося висадити дистанційно керовані апарати (мал. 8.3).

Мал. 8.2. Людина ступила на поверхню Місяця

Мал. 8.3. Марсохід Curiosity здійснив посадку на Червоній планеті

Створення космічних апаратів потребує нових технологій. Проте прилади і матеріали космічної промисловості можна застосовувати, наприклад, для виготовлення штучних суглобів у медицині або для виробництва гірських лиж чи автомобільних двигунів. Це, як виявилося, дає великий прибуток. Тому розвинуті країни вкладають у наукові дослідження величезні кошти. Так, програма «Аполлон» - висадка людини на Місяць - обійшлася американцям у 25 млрд доларів. Але прибуток від високих технологій становить 4 долари на кожен витрачений. Це у 20 разів ефективніше, ніж аналогічні асигнування у промисловість. Отже, вкладати гроші у розвиток нових технологій, освіту та фундаментальні дослідження (ті, що є основою всіх інших) вигідно.

РАДІО, ТЕЛЕБАЧЕННЯ, ІНТЕРНЕТ

Радіо й телебачення - диво, до якого ми вже звикли і сприймаємо як належне. Існування радіохвиль передбачив ще у XIX ст. англійський фізик Джеймс Клерк Максвелл. Минуло 14 років, перш ніж німецький фізик Генріх Герц відкрив ці хвилі, і ще 8 років, аж поки російський фізик Олександр Попов винайшов спосіб їх використання - радіоприймач. Тут беруть свій початок сучасні радіо і телебачення, мобільний телефонний зв'язок, електронна пошта і «всесвітня павутина» - «www» - Інтернет. Цікаво, що Інтернет створено в Європейському центрі ядерних досліджень ЦЕРН у 1995 році (мал. 8.4).

Мал. 8.4. «Батько» Інтернету Тім Бернес Лі з Європейського центру ядерних досліджень (ЦЕРН)

СТВОРЕННЯ СУЧАСНИХ КОМП'ЮТЕРІВ

У першій половині XX ст. фізики відкрили новий клас матеріалів, названих напівпровідниками. А в 1948 р. на основі цих матеріалів було створено найважливіший елемент усіх електронних приладів - транзистор. Саме за відкриття транзистора американський фізик Джон Бардін удостоївся найпрестижнішої у світі вчених Нобелівської премії.

Проте справжня революція у виготовленні комп'ютерів розпочалася в 1970-ті роки, коли вчені й технологи навчилися вирощувати мільйони транзисторів на невеличких напівпровідникових пластинках, площа яких дорівнює площі нігтя. Сьогодні персональні комп'ютери (мал. 8.5) можна розташувати на столі, а деякі моделі навіть у кишені. Та й виконувати вони можуть мільярди і трильйони операцій за секунду. Наприклад, засоби пам'яті комп'ютерів вже налічують Мб (мегабайти) і Тб (терабайти), а в суперкомп'ютерах - петабайти (Пб).

Мал 8.5. Сучасний портативний комп'ютер

ЛАЗЕРИ, АБО ОПТИЧНІ КВАНТОВІ ДЖЕРЕЛА СВІТЛА

У 1964 році Нобелівські премії за відкриття лазера отримали американець Чарлз Таунс і радянські фізики Микола Басов та Олександр Прохоров.

Мал 8.6. Лазерна корекція зору

Лазери проникли буквально в усі сфери життя, зокрема медицину, сільське господарство, побутову радіоелектроніку і навіть індустрію розваг. За допомогою лазерного променя роблять складні операції на оці людини (мал. 8.6).

Проте найцікавіші способи застосування лазерів для демонстрації об'ємного кіно й об'ємного телебачення ще попереду. Потужні волоконні лінії, що використовуються в магістралях для передачі інформації, в тому числі й для роботи Інтернету, - це також сфера застосування лазерів.

Це далеко не всі досягнення фізичної науки. А скільки їх іще попереду!

КОРОТКІ ПІДСУМКИ

• Фізика - універсальна наука. Фізичними приладами й теоріями користуються інші науки.
• Фізика - основа техніки й технології. Завдяки новим матеріалам і джерелам енергії відбувається прогрес.
• Фізичні теорії пояснюють навколишній світ і розширюють наш світогляд.
• Найбільші відкриття у фізиці XX століття зроблені в галузі атомної та ядерної фізики.
• Прогрес у створенні фізичних теорій зумовив виникнення нових галузей техніки і технології.

ТВОРЧІ ЗАВДАННЯ

• 8.1. Ми є свідками переходу від ламп розжарювання до газосвітних ламп («економок») і далі до світодіодних джерел. Які переваги мають нові джерела світла? Напишіть невелике повідомлення на цю тему.
• 8.2. Чим принципово відрізняється світло лазера від світла інших джерел?
• 8.3. Як працює система GPS?
• 8.4. Чим антиречовина відрізняється від речовини?
• 8.5. Як мобільний телефон з'єднує вас із іншим абонентом?

ВПРАВА 8

• 1. Який вплив на сучасну енергетику має ядерна фізика?
• 2. На яких небесних тілах побували космічні апарати?
• 3. Перелічіть пристрої, в яких використовуються транзистори і мікросхеми.
• 4. Які прилади дають можливість бачити атоми й молекули?
• 5. Наведіть приклади застосування лазерів.
• 6. Товщина волосини приблизно 0,1 мм. Якими стануть розміри волосини (в км) й атома Гідрогену (в см), якщо їх збільшити в мільярд разів?
• * 7. Звідки приймає телепрограми «тарілка»?
• * 8. Назвіть основну деталь комп'ютера, яка «керує» всією його роботою.
• * 9. Які промені використовують у флюорографії?
• * 10. Який рекорд швидкості потягу на магнітній підвісці?