Что такое физика

Определение физики

• Физика — это фундаментальная наука о природе, изучающая общие законы, структуру, движение и трансформацию материи.
• Это точная наука, понятия и законы которой лежат в основе всего естествознания.

История термина "физика"

• Термин "физика" впервые появляется в сочинениях Аристотеля в IV веке до нашей эры.
• Изначально "физика" и "философия" были синонимами, обе дисциплины стремились объяснить законы функционирования Вселенной.
• В XVI веке, в результате научной революции, физика выделилась в самостоятельную научную отрасль.

Значение физики в современном мире

• Физические открытия привели к значительным изменениям в обществе.
• Исследования в электромагнетизме привели к созданию телефонов, в термодинамике — автомобилей, в электронике — компьютеров.
• Развитие фотоники может привести к созданию фотонных компьютеров и техники, газодинамики — к появлению самолётов и вертолётов.

Развитие физики

• Знания о физических процессах постоянно расширяются и углубляются.
• Новые открытия находят применение в промышленности и других областях.
• Постоянно возникают новые загадки и явления, требующие объяснения и новых физических теорий.
• Современная физика еще далека от объяснения всех явлений природы.

Методология физики

• Общенаучные основы физических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.

Вклад в русский язык

• Слово "физика" введено в русский язык М.В. Ломоносовым, который издал перевод учебника Х. Вольфа "Вольфианская экспериментальная физика" в 1746 году.
• Первый оригинальный учебник физики на русском языке — "Краткое начертание физики" (1810) П.И. Страхова.

Предмет изучения физики

• Предметом изучения является материя (вещество и поля), формы её движения и фундаментальные взаимодействия природы.
• Физические законы — это общие для всех материальных систем закономерности, например, сохранение энергии.

Связь физики с математикой

• Математика предоставляет аппарат для точной формулировки физических законов.
• Физические теории формулируются в виде математических уравнений.
• Развитие математики стимулируется потребностями физической науки.

Научный метод в физике

• Источником знаний является практическая деятельность: наблюдения, эксперименты, производственная деятельность.
• Правильность знаний проверяется экспериментом и использованием в производственной деятельности.
• Физика изучает фундаментальные и простые явления, отвечает на вопросы о составе материи, взаимодействии частиц и законах их движения.

Этапы физических исследований

• Установление фактов путём наблюдения и эксперимента.
• Выявление и формулирование закономерностей на основе анализа данных экспериментов.
• Упрощение и идеализация путём введения идеальных объектов.
• Создание моделей исследуемых объектов и явлений.
• Описание объектов на языке физических величин.
• Установление связей между явлениями и выражение в форме физических законов.
• Проверка физических законов с помощью экспериментов.
• Построение физических теорий, объясняющих явления на основе представлений о строении тел.
• Определение рамок применимости теорий с помощью экспериментов.
• Формулирование общих физических законов, которые могут быть уточнены или пересмотрены.

Примеры развития физических теорий

• Стивен Грей обнаружил передачу электричества на расстояние.
• Закон Ома, установленный Георгом Омом, описывает зависимость тока от напряжения и сопротивления.
• Дальнейшие исследования привели к введению удельного сопротивления проводника и внутреннего сопротивления источника питания.
• Открытие электронов позволило сформулировать микроскопическую теорию электропроводности.

Роль эмпирического и теоретического подходов

• Многие открытия были сделаны "на кончике пера" или экспериментальной проверкой теоретических гипотез.
• Принцип наименьшего действия был сформулирован Мопертюи на основе общих соображений.
• Макс Планк ввёл понятия кванта электромагнитного поля и кванта действия.
• Альберт Эйнштейн разработал специальную теорию относительности дедуктивным путём.

Количественный характер физики

• Физика является количественной наукой, опирающейся на измерения и сравнение с эталонами.
• Физика развила систему физических единиц и измерительных приборов.
• Используются системы физических единиц, в частности Международная система единиц (СИ) и Гауссова система единиц (СГС).
• Количественные зависимости обрабатываются математическими методами.

Эволюция физических единиц

• Изначально использовались произвольные температурные шкалы и единицы (градусы).
• Для измерения количества теплоты использовалась калория.
• Установление соответствия между механической и тепловой энергией показало избыточность калории.
• Современные единицы, такие как Джоуль (энергия) заменяют калорию, но калория и градус до сих пор находятся в практическом применении
• Коэффициент перехода от температурной к энергетическим величинам — постоянная Больцмана.