Физические основы механики

1. Предмет физики. Основные понятия механики и физики

1.1. Предмет физики. Методы физического исследования.

Физика — это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности и явлений природы, свойства и строения материи, законы её движения.

В настоящее время известны два вида неживой материи: вещество и поле. К первому виду материи – веществу – относятся атомы, молекулы и все тела, состоящие из них. Второй вид материи образуют гравитационные, электромагнитные и другие поля.

Материя находится в непрерывном движении, под которым понимается всякое изменение вообще. Движение является неотъемлемым свойством материи, которое несотворимо и неуничтожимо, как и сама материя. Материя существует и движется в пространстве и во времени.

Мир состоит из движущейся материи.

Количество материи в изучаемой системе характеризуется массой. Количество движения в изучаемой системе характеризуется энергией. Физику можно охарактеризовать как науку об энергетических процессах в природе.

Основным методом исследования в физике является эксперимент (опыт), т.е. наблюдение исследуемою явления в точно контролируемых условиях, позволяющих следить за ходом исследования и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий.

Для объяснения физических явлений используют гипотезы. Гипотеза – это научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо факта или явления и требующее проверки и доказательства. Правильность гипотезы проверяется постановкой соответствующих опытов, путем выяснения согласия следствий, вытекающих из гипотезы, с результатами опытов и наблюдений. Доказанная гипотеза превращается в научную теорию или закон.

Физика — естественная наука. В ее основе лежит экспериментальное исследование явлений природы, а её задача — формулировка законов, которыми объясняются эти явления. Физика сосредоточивается на изучении фундаментальных и простейших явлений и на ответах на простые вопросы: из чего состоит материя, каким образом частицы материи взаимодействуют между собой, по каким правилам и законам осуществляется движение частиц и т. д.

Гипотеза – это научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо факта или явления и требующее проверки и доказательства.

Гипотезы проверяются с помощью продуманного эксперимента, в котором явление проявлялось бы в как можно более чистом виде и не осложнялось бы другими явлениями. Анализ данных совокупности экспериментов позволяет сформулировать закономерность. На первых этапах исследований закономерности носят преимущественно эмпирический, феноменологический характер, то есть явление описывается количественно с помощью определённых параметров, характерных для исследуемых тел и веществ. Анализируя закономерности и параметры, физики строят физические теории, которые позволяют объяснить изучаемые явления на основе представлений о строении тел и веществ и взаимодействие между их составными частями. Физические теории, в свою очередь, создают предпосылки для постановки точных экспериментов, в ходе которых в основном определяются рамки их применения. Общие физические теории позволяют формулировки физических законов, которые считаются общими истинами, пока накопления новых экспериментальных результатов не потребует их уточнения.

Физическая теория – это система основных идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные закономерности природы. Физическая теория дает объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения.

Таким образом, процесс исследования можно изобразить в виде цепочки: наблюдение – гипотеза – эксперимент – выявление закономерностей – создание теории.

Реальные свойства материальных объектов очень сложны, поэтому в процессе познания необходимо выделять в изучаемых объектах главное, существенное и отвлекаться от всего случайного, второстепенного.

Мысленная операция, в ходе которой главное отделяется от второстепенного, называется абстрагированием. Построенная в результате абстрагирования идеализированная, упрощенная схема явления или объекта называется физической моделью.

Сталкиваясь с конкретной практической ситуацией, исследователь прежде всего создаёт её упрощенную модель, отражающую основные особенности ситуации. Примерами моделей являются материальная точка, нерастяжимая нить, абсолютно твёрдое тело, идеальный газ, точечный заряд и др. Чем проще модель, тем легче описать её математически. Именно это и имеет место в учебных задачах, которые приведены в стандартных задачниках по физике. В большинстве случаев там сразу понятно, о каких явлениях, эффектах идет речь, какие законы соответствуют этим явлениям, и какие, описывающие эти законы формулы, должны быть привлечены для решения задачи. В реальности, однако, зачастую неизвестно, какие из параметров являются существенными, а какие — нет, и только эксперимент подскажет, правильно ли вы рассчитали результат, или он далёк от истины.

Но, только решая учебные задачи, можно научиться «чувствовать ситуацию», овладеть навыками самостоятельной работы, то есть — стать грамотным специалистом.

Любая физическая модель имеет ограниченный характер и пригодна лишь для приближенного описания явления и объекта.