Фізика. 7 клас. Засєкіна

§ 3. Простір і час

Ви дізнаєтесь

• Які виміри має наш світ
• Що таке степінь числа 10

Пригадайте

• Що таке лінійні розміри тіла
• Що таке площа, об’єм

ΜΙΚΡΟ-, МАКРО- І МЕГА-СВІТИ. Уся доступна для спостереження частина матеріального світу, що нас оточує, називається Всесвітом.

Дрібними об’єктами Всесвіту є мікрочастинки — молекули, атоми та їхні складові.

Світ молекул, атомів та їхніх складових називають мікросвітом.

У мікросвіті діють закони, що помітно відрізняються від тих, із якими має справу людина в повсякденному житті. Так, одна зі складових атома, мікрочастинка нейтрон, може вільно проходити крізь товсті стіни. Закони мікросвіту вивчає квантова фізика. Завдяки її досягненням з’явилися сучасні комп’ютери, мобільні телефони, цифрова відеоапаратура та інша техніка.

Прогресивним напрямом досліджень мікросвіту є нанотехнологїі — технології, що займаються розробкою продуктів і компонентів, розмір яких не перевищує 100 нанометрів. (Яка це частина метра, дізнаєтеся, прочитавши параграф до кінця.) Нанотехнології, приміром, використовують під час виготовлення цифрових відеодисків (DVD).

Атоми або молекули можуть поєднуватись у великі скупчення — макроскопічні тіла. Прикладами макроскопічних тіл є насамперед сама людина, а також усі фізичні тіла навколо неї. Земля й інші планети також є макроскопічними тілами. У макросвіті діють закони класичної фізики.

Світ планет і фізичних тіл, які оточують людину, а також сама людина становлять макросвіт.

Зорі, зоряні скупчення, галактики — це об’єкти мегасвіту.

Перед тим як вимірювати і порівнювати розміри об’єктів у Всесвіті, ознайомимось із правилами запису великих і малих чисел. Для цього, щоб зробити запис таких чисел, як 100; 1000; 10 000; 0,01; 0,001, їх записують у вигляді степеня числа 10.

Наприклад, 100 = 10², 1 000 = 10³, 1 000 000 = 10⁶, 0,01 = 10^-2, 0,001 = 10^-3. Певні степені числа 10 мають спеціальні назви:

• Тера (Т) 1 000 000 000 000 = 10¹²;
• Гіга (Г) 1 000 000 000 = 10⁹;
• Мега (Μ) 1 000 000 = 10⁶;
• Кіло (к) 1 000 = 10³;
• Гекто (г) 100 = 10²;
• Дека (да) 10 = 10¹;
• Санти (с) 0,01 = 10^-2;
• Мілі (мл) 0,001 = 10^-3;
• Мікро (мк) 0,000 001 = 10^-6;
• Нано (н) 0, 000 000 001 = 10^-9.

ЦІКАВІ ФАКТИ

Назва знайомого вам зі світу Інтернету пошукового сайта Google походить від назви числа 10¹⁰⁰ (одиниця і сто нулів).

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОСТОРУ. Усі об’єкти матеріального світу існують у просторі, який характеризує їх протяжність і порядок розташування одних відносно інших. У просторі відбуваються всі зміни з об’єктами.

З дитинства ви чуєте, що наш Всесвіт безмежний. Однак питання «Що там вдалині, за границями нескінченності?» мучило дуже багатьох людей.

Можливості сучасної техніки дають змогу спостерігати Всесвіт аж до відстаней порядку 14 мільярдів світлових років (1 світловий рік — це 9,5 • 10¹² км — відстань, яку проходить світло за рік).

Простір — безмежний. А ось розміри об’єктів у ньому можна виміряти — навіть таких малих, як атоми, і таких великих, як галактики. Діапазон лінійних розмірів у Всесвіті можна представити у вигляді шкали, наведеної на малюнку 16.

Мал. 16. Діапазон розмірів у Всесвіті

Окрім лінійних розмірів, об’єкти матеріального світу характеризуються площею й об’ємом.

Величину поверхні називають площею. Позначають літерою S. Одиницею площі є один квадратний метр (1 м²). Існують й інші одиниці площі:

1 см² = 10^-4 м²;

1 мм² = 10^-6 м²;

1 га (гектар) = 10⁴ м².

Величина, яка характеризує, яку частину простору займає об’єкт, називається об’ємом. Позначається літерою V. Одиницею об’єму є один кубічний метр (1 м³). Інші одиниці об’єму:

1 см³ = 10^-6 м³;

1 л = 1 дм³ = 10^-3 м³;

1 мм³ = 10^-9 м³;

1 мл = 1 см³.

Пригадайте відомі вам з курсу математики формули обчислення площ геометричних фігур і об’ємів тіл.

РУХ, ПРОСТІР І ЧАС. Рух, простір і час — ці поняття нерозривно пов’язані одне з одним. Рух матерії відбувається у просторі та часі. Щоб дати повний опис якоїсь події, нам треба знати, не лише де, а й коли ця подія відбулася.

Простір визначає протяжність і порядок розташування об’єктів один відносно одного.

Час визначає тривалість існування об’єктів і послідовність змін, які в них відбуваються.

Час позначають літерою t. Основна одиниця часу в СІ — одна секунда (1 с).

Тривалість події — це інтервал часу, протягом якого ця подія відбувається.

Основною особливістю часу є те, що він односпрямований. Час протікає в одному напрямі — від минулого до майбутнього.

Рух — це зміни, які відбуваються в природі.

Вивчаючи послідовність подій у світі, ми досліджуємо свою історію, історію Землі та Всесвіту. Подібно до шкали простору на малюнку 17, розглянемо подібну шкалу для часу і подивимось, яким є місце людства за часом свого існування серед об’єктів Всесвіту (мал. 17).

Мал. 17. Шкала часу

ЦІКАВІ ФАКТИ

З історії дослідження розмірів і часу існування Всесвіту

Едвін Габбл (часто також Хаббл) (1889-1953), американський астроном

Жорж Леметр (1894—1966), бельгійський священик, астроном і математик

Розширення Всесвіту, виявлене Хабблом ще в 1929 р., породило теорію зародження й еволюції Всесвіту, яку сьогодні називають «теорією Великого вибуху». Цю теорію запропонував 1931 р. бельгійський астроном Жорж Леметр: розбігання галактик свідчить, що близько 15 мільярдів років тому весь наш Всесвіт був сконцентрований в одній точці (мал. 18).

Мал. 18. «Великий вибух» — зародження Всесвіту

Один з найвідоміших учених світу, що увійшов до списку «100 геніїв сучасності», британський математик і астрофізик Стівен Хокінг на початку 70-х років XX ст. почав аналізувати явища, які супроводжували народження світу. У 1988 р. вийшла книга Хокінга «Коротка історія Часу — від Великого вибуху до чорних дірок», у якій він розповідає про появу Всесвіту, про природу простору і часу, чорні діри.

Хокінг хворий на захворювання мотонейронів. Деякий час професор Хокінг міг спілкуватися лише єдиним способом: він підіймав брову, коли хтось вказував на потрібну літеру на картці з алфавітом. Та потім комп’ютерний експерт з Каліфорнії Волт Волтош, дізнавшись про стан здоров’я професора, надіслав йому власноруч розроблену програму, яку назвав Equalizer (англ. equalize — «вирівнювати»). Вона дозволяла за допомогою перемикача в долоні вибирати на екрані потрібні слова із системи меню. Вибране слово вимовляв синтезатор мовлення, який став «брендовим» голосом професора Хокінга.

Стівен Вільям Гокінг (також часто Хокінг, народ. 1942 р.), фізик-теоретик, популяризатор наукових знань

Людина навчилася створювати різні пристрої для дослідження таємниць мікро- і мега-світу. У цьому величезна заслуга саме фізики. Але фізика — це не прописані на віки закони, фізика — це жива наука, яка розкриває людству нові горизонти для пізнання.

Нобелівський лауреат з фізики Девід Грос наприкінці минулого тисячоліття сформулював 10 ключових проблем, які слід розв’язати фізикам у майбутньому. Одна з них — чому наш Всесвіт має один часовий вимір і три просторові?

Девід Грос (народ. 1942 р.), американський фізик, лауреат Нобелівської премії 2004 р.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Немає простору і часу без об’єктів фізичного світу, які постійно змінюються; так само поза простором і часом не можуть відбуватись фізичні явища і процеси.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Дайте відповідь на запитання

• 1. Які об’єкти у Всесвіті належать до мегасвіту, макросвіту, мікросвіту?
• 2. Якими одиницями вимірюють лінійні розміри тіл; площу; об’єм?
• 3. Як за допомогою степенів числа 10 записати числа: сто тисяч; одна сота; одна десята; мільйон?

Поясніть

• 1. У наукових текстах трапляється твердження: «Простір і час — форми існування матерії». Як би ви це пояснили?
• 2. Чим відрізняються поняття «тривалість події» і «послідовність події»?

Вправа 3

1. Розв’яжіть приклади:

20 см² = ... м² = ... мм²;

20 см³ = ... м³ = ... мм³;

20 л = ... м³ = ... см³.

2. Паралелепіпед має довжину 15 см, ширину 10 мм і висоту 1 дм. Обчисліть об’єм паралелепіпеда.

3. Скільки коробок розмірами 40x150x60 см можна розмістити в контейнері об’ємом 7,2 м³?

4. Площа основи колони 0,75 м². Визначте висоту колони, якщо її об’єм 4,5 м³.

5. Визначте об’єм тіла, зображеного на малюнку 19.

Мал. 19. Визначення об’єму тіла в мірному циліндрі

6. Визначте довжину контуру та площу поверхні, обмежену цим контуром (мал. 20)*.

Мал. 20. Визначення периметра та площі фігури

ПІДКАЗКА 1. Щоб виміряти довжину контуру, скористайтесь ниткою. Викладіть її по контуру, а потім за допомогою лінійки виміряйте її довжину.

ПІДКАЗКА 2. Щоб виміряти площу фігури, обмежену контуром, треба визначити площу однієї клітинки S_к та підрахувати кількість клітинок. При цьому слід враховувати, що кількість неповних клітинок (на малюнку виділені помаранчевим кольором) слід поділити на 2.