Фізика і хімія в побуті. Підручник для осіб з особливими освітніми потребами (F70). 10 клас. Тороп

§ 2. Фізика як наука

Ми вже переконалися, що наше комфортне життя залежить від наукових досягнень та технологій (електрика, опалення, мобільний зв’язок та багато іншого)

Наука розбита на безліч різних галузей, і кожна галузь у свою чергу поділяється на конкретніші галузі дослідження.

До природничих наук належать фізика (вивчення матерії та сил), хімія (вивчення хімічних речовин) та астрономія (вивчення космічного простору). Науки про життя займаються живими істотами та включають ботаніку (вивчення рослин), зоологію (вивчення тварин), анатомію (вивчення людини) та палеонтологію (вивчення древніх скам’янілостей).

Наука — це процес пізнання світу природи у вигляді спостереження та експериментування. Вчені використовують дослідження, а також активне мислення, щоб пояснити, що відбувається у світі природи.

Фізика — природнича наука. В її основі лежить експериментальне дослідження явищ природи, а її завдання — формулювання законів, якими пояснюються ці явища.

Фізика як наука пов’язана з багатьма іншими науками: хімією, географією, біологією (ботанікою та зоологією), астрономією, математикою (мал. 6).

Мал. 6. Зв’язок фізики з іншими науками

Іноді складно визначити де починається одна наука і де закінчується інша. Наприклад:

1. Кулінарія — теплопередача, зміни агрегатного стану речовин та хімічні реакції, що використовуються при приготуванні їжі, наприклад, для випікання торта або кип’ятіння води.
2. Охолодження — термодинаміка та теплопередача, використовуються в холодильниках та системах кондиціювання повітря для охолодження та зберігання продуктів харчування.
3. Очищення — засоби для чищення, засновані на фізичних і хімічних процесах видалення бруду і плям, таких як розчинність і поверхневий натяг.

Фізика — одна з найважливіших наук. Людей, котрі займаються фізикою, називають фізиками. Фізики вивчають матерію та сили, що діють на неї. Матерія — це те, з чого складаються всі фізичні об’єкти. Фізики також вивчають безліч різних форм енергії. Розміри об’єктів, що вивчають фізики, варіюються від крихітних атомів та молекул до величезних груп зірок.

Фізика поділена на безліч областей дослідження. Механіка займається впливом сил на об’єкти та рухом об’єктів. Акустика займається звуком. Оптика — це наука про світло. Термодинаміка має справу з формою енергії, яка називається теплом. Електрика та магнетизм вивчають основну властивість матерії, яка називається електричним зарядом. Атомна фізика вивчає структуру атомів та сили, які на них діють. Квантова механіка пояснює поведінку дуже маленьких частинок, наприклад, частинок, що складають атом.

Без науки фізики та праці фізиків наш сучасний спосіб життя був би неможливим. Замість яскравого, постійного електричного світла нам довелося б читати при світлі свічок, масляних ламп або, у кращому разі, мерехтливого газового ліхтаря. У нас могли бути будівлі заввишки кілька поверхів, але не було жодної надії побудувати міцний та надійний хмарочос. Ми не змогли б збудувати міст через річку, а тим більше збудувати реактивний літак, скористатися мобільним телефоном чи подивитися телешоу. Персональний комп’ютер здавався б казкою.

Усі інші природничі науки пов’язані з фізикою, тому що вона займається вивченням та поясненням взаємодіють матерії та енергії у Всесвіті. Наприклад, з сучасної фізики відомо, що атоми складаються з дрібніших частинок, які взаємодіють, поєднуючи атоми в молекули, з яких складається матерія. Хіміки використовують ці знання у своїй роботі з вивчення всіх існуючих хімічних сполук та створення нових.

Біологи та медики, у свою чергу, використовують як фізику, так і хімію для вивчення живих тканин та розробки нових ліків та методів лікування. Більше того, їхнє електричне обладнання, мікроскопи, рентгенівські апарати та багато інших допоміжних засобів, а також пристрої з використанням радіоактивності спочатку були розроблені фізиками.

Розуміння фізичних процесів призвело до досягнень у галузі технологій. Були винайдені та вдосконалені такі інструменти, як годинник, барометри (пристрої для вимірювання атмосферного тиску) та телескопи. Наприклад, Галілей, Кеплер і Ньютон зробили внесок у розвиток телескопів і, таким чином, надали астрономам потужний інструмент для роботи.

Точного розмежування між фізикою та іншими природничими науками не існує, оскільки всі науки перетинаються. Однак загалом фізика має справу з явищами, де присутні усі види матерії та енергії. Фізики намагаються відкрити основні закони природи, які часто пояснюють закони інших областей науки. Наприклад, кулькова ручка та фізика. Знаходитесь ви на роботі чи в школі, кулькова ручка — ваша зброя (мал. 7). Якби не було фізики, ви не змогли б писати кульковою ручкою на папері. І тут у гру вступає поняття гравітації. Коли ваша ручка рухається по паперу, кулька повертається, і сила тяжіння змушує чорнило опускатися на верхню частину кульки, звідки воно переноситься на папір. А дія чорнила на папір — це вже хімія.

Мал. 7. Кулькова ручка

Інший приклад використання знань з фізики та хімії — дія парової праски. Відразу після того, як ви прокидаєтеся вранці і починаєте готуватися до школи або роботи, вам потрібно потурбуватися про охайність вашого одягу. І в цьому вам допоможе фізика. Парова праска — це така машина, для розуміння роботи якої потрібно багато знань з фізики (мал. 8). Головний принцип фізики, що використовується в паровій прасці, — це «Тепло». Тепло в фізиці — це тип передачі енергії від теплішої речовини до холоднішої. Прасувальна робота здійснюється за рахунок нагрітої металевої основи — підошви. А наскільки можна нагрівати тканину, нам підкаже хімія — знаючи, з якої тканини зроблена тканина, ми підбираємо тепловий режим прасування.

Мал. 8. Парова праска

Поєднання знань з фізики та математики дало можливість розрахувати відстань між Землею та тілами за межами нашої Сонячної системи, включаючи інші зірки у нашому полі зору та інші галактики. Також науковці розрахували вік Сонця і як довго ми можемо розумно очікувати, що воно горітиме.

А ці знання дуже важливі для нових технологій, які використовуються щодня, від технології сонячних панелей до вітряних турбін, інженерного проектування та створення нових сплавів та полімерів (мал.9).

Мал. 9. Використання сонячних панелей та вітряних генераторів для отримання електрики

Конспект учня (запиши в зошит)

ТЕМА. ФІЗИКА ЯК НАУКА

Наука — це процес пізнання світу природи шляхом спостереження та експериментування.

Основні галузі фізики: механіка, акустика, оптика, термодинаміка, електроніка, атомна фізика, квантова механіка.

Фізика як наука пов’язана з багатьма іншими науками: хімією, географією, ботанікою, зоологією, астрономією, математикою.

Подумай та дай відповідь

1. Дайте визначення поняттю «наука».
2. Що вивчає фізика? Наведіть приклади.
3. Які науки належать до природничих наук? Що вони вивчають?
4. Які ще науки вам відомі? Що вони вивчають?
5. На які розділи поділяють фізику? Чим вони займаються?
6. Наведіть приклади, поєднання досягнень різних наук у повсякденному житті.

Цікаві факти з історії фізики

Фізика вперше виникла, коли люди почали цікавитись світом навколо них. Стародавні греки вивчали рух об’єктів на небі та фізичні властивості предметів на Землі.

На початку 1600-х років італійський вчений Галілей вивчав, як усі предмети падають на Землю з однаковою швидкістю. Наприкінці 1600-х років англійський вчений Ісаак Ньютон сформулював закони гравітації (сили тяжіння) та руху.

Наприкінці 1800-х років вчені виявили, що найдрібнішими частками є атоми. На початку 1900-х німецько-американський фізик Альберт Ейнштейн зміг пояснити поведінку цих частинок. Ейнштейн також запропонував зовсім нові способи дослідження простору, часу та гравітації.

Зміст