ФИЗИКА, ГРУППА № 36, 14.10.2020 г.
Занятие № 18
Тема: Единая физическая картина мира.
Цель: рассмотреть области и взаимодействия при изучении Вселенной, физические картины мира.
План:
1. Области изучения Вселенной.
2. Фундаментальные взаимодействия.
3. Физические картины мира.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Мы заканчиваем изучение школьного курса физики. Он содержит основные законы и понятия из самых важных областей физики классической механики, электродинамики, молекулярно кинетической теории, атомной физики, физики ядра и элементарных частиц, Цель физики - отыскания общих законов природы, объяснения с их помощью различных процессов и явлений для овладения и управления ими. По мере развития физической науки перед человечеством всё больше раскрывается величественная и сложная картина единства природы.
Сегодня мы обобщаю изученный курс, стремясь показать, что мир и отражающие его физические законы представляют собой не просто сумму разрозненных и независимых объектов, явлений и отражающих их научных положений, а части единого целого, разнообразные и многочисленные проявления единых сущностей.
В физике изучается строение материи на первых структурных уровнях и исходные простейшие формы её движения во всей Вселенной, начиная от элементарных частиц (размеры порядка 10 -15 -18 м) и кончая огромными звездными островами – галактиками.
Наглядное представление о доступной наблюдению и изучению в настоящее время области Вселенной даёт шкала размеров объектов см. таблицу.
Область пр-ва условно разделена (в таблице) на 3 области: мегамир, макромир, микромир. Для каждой области можно указать свои объекты, т.е. структурные единицы деления материи. Мегамир включает галактики и звезды; макромир - планетные системы звезд, планеты, окружающие нас тела; микромир - молекулы, атомы, ядра атомов, элементарные частицы. Электромагнитное поле и гравитационное поле в состав мега- и микромира. Если сравнить состав объектов всех трех областей (мегамир, макромир, микромир), то можно сделать важный вывод: все состоит из элементарных частиц, причем в составе вещества в стабильном состоянии будет всего три вида основных частиц. Это протоны, нейтроны и электроны, а электромагнитное поле состоит из фотонов. Строение и движение всех этих объектов изучает физика.
| Область пр-ва | протяженность | объекты-структурные ед. | размеры объекта | состав объекта | движен. внутри объекта |
| Мегамир | 1025 1020 | галактики | 1020 | Звезды | Звезды |
| Макромир | 1020 10-8 | Планетные системы зв. Планеты и окружающие нас тела. Электромагн. поле. Гравитацион. поле | 1013 106-10-2 | Планеты молекулы, атомы, Фотоны | Планеты, Молекулы Атомы |
| Микромир | 10-8 10-18 | Молекулы, атомы, Ядра атомов Элементарные частицы | 10-8-10-10 10-15 0-10-15 | Ядра нуклоны | Электроны. и ядра, нуклоны Взаим. превращен. ч-ц |
Любой материальный объект, начиная от элементарной частицы и кончая макроскопическим телом и системой тел, обладает энергией и импульсом- это универсальные физические характеристики физических объектов.
Самое общее и основное св-во всех объектов состоит в их способности взаимодействовать между собой. Так, тела притягиваются к Земле, Земля - к Солнцу, электрон отталкивается от другого электрона и притягивается к ядру, вступают во взаимодействие атомы и молекулы, образуя кристаллы, взаимодействуя, отскакивают при ударе друг от друга и т.д.
Всеобщая причина изменения и движения в материальном мире, несмотря на разнообразие взаимодействий, приводит к двум основным результатам:
1. В результате взаимодействия меняются энергия, импульс и др. характеристики объекта. Например, частицы при столкновении меняют направление скорости, а значит изменяется импульс; одни элементарные частицы превращаются в другие и т.д.
2. В результате взаимодействия частицы или тела объединяются в новую устойчивую систему. Так, например, образуется ядро из нуклонов, взаимодействующих между собой, атом - из ядра и электронов. Солнечная система из Солнца и планет и т.д. В настоящее время все взаимодействия удалось понять как проявление четырех исходных, или, как говорят, фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного.
Хотя различные взаимодействия проявляют себя в различных физических явлениях и в разных пространственных областях (например, сильное - в микромире, гравитационное - в макромире) и описываются различными физическими законами (например, в частных случаях гравитационное - законом всемирного тяготения, электромагнитное законом Кулона), есть общее для всех взаимодействий законы – это законы сохранения, Так, при любом взаимодействия для замкнутой системы (т.е. если учтены все взаимодействующие тела и частицы сохраняется энергия, импульс, электрический заряд системы и некоторые другие величины). Поэтому законы сохранения применяются при изучении всех физических явлений. Так в механике з-н сохранения импульса приводит к третьему з-ну Ньютона, в теплоте с помощью закона сохранения энергии рассчитывают кол-во теплоты, выделяющееся при совершении работы (первое начало термодинамики).