Билеты по Курсу физики для гуманитариев СПБГУАП

1.В-во и маса, принцип эквивалентности. В-во-вид материи, кот. Обладает масой покоя. В-во слагается из элементарн. частиц.В-во всегда локализовано вограниченной части прост-ва. Его полож. можно задать с помощью огранич. числам параметров (степени свободы). Mаса хар-зует кол-во материи. Этоформулировка качественная. Правильнее говорить, что маса-одна из основныххарактеристик материи, определяющая ее инерционные и грав-ные св-ва. В Т.Ньютона маса расм-лась, как кол-во в-ва. Понятие масы ввел в механикуИ.Ньютон, давая определение импульса - p=mv. Массой он назвал коэф. пропорц-ности m, постоянную для тела величину. Эквивалентное определениемасы вытекает и из 2го з-на Ньютона: F=ma Здесь маса - это коэф. пропорц-ности между результирующей силой и вызываемым ею ускорением. Опред. таким обрзом маса хар-зует инертность тела. Опред. таким обрзом маса наз. инертной.

В Т. гравитации Ньютона маса выступает как источник поля сил тяготения. На люб. тело, помещ. в это поле, дествует сила, пропорциональная его собственной массе, массе источника и направленая к источнику. З-н всемирного тяготения: F=G*M1*M2/r^2, где G=6,670*10^(-11)м3/(кг(с2)- грав-ная постоянная. Из этой формулы можно получить связь между масой тела и его весом Р в поле тяготения Земли, if считать, что m1 - маса тела, m2=M - маса Земли, а r=Rз - радиус Земли: P=G*mM/(R3)^2=m*GM/(R3)^2=mg т.е. P=mg(7.2). Опред. таким обрзом маса наз. гравитационной. Oпыты показали, что инерционная и грав-ная масы при выборе одинаковой системы единиц равны. Этот фундаментальный з-н природы наз. принципом эквивалентности масс. Экспериментально этот принцип был проверен в 1971 году с очень высокой точностью-10-12. В класич. физике считалось, что маса тела не меняется ни в каких процессах. Это утв. формулировалось в виде з-на сохранения масы. Понятие масы приобрело > глубокий смысл в рамках релятивистской механики или Т. отнсит-ти, рассматривающей движение тел с большими скоростями. Релятивистская механика показывает, что не сущ-вует по отдельности законов сохранения масы и энергии. Они слиты воедино. Это естствено, так как материя (кол-во кот. хар-ер-ется масой) невозможна без движения (кол-во кот. хар-ер-ется энергией).

2.Научн. метод познания. Способ получить частичные ответы на вопросы придуман несколько сотен лет назад. Наблюдение, размышление и опыт сост. такназываемый научный метод познания, кот. и позволяет давать ответы на многие интересующие нас вопросы. Основой научного метода явл. опыт - пробный камень всех наших знаний. Опыт, эксперимент - это единственный судья научн. истины.Проводя наблюдения каких-либо природных явлений, невозможно охватить все процесы, с этими явлениями связаные. Поэтому нужно отбросить все второстепенные факты и выделить осн., т.е. суть явл-я. Этот процес наз. абстрагированием или построением модели явл-я. В размышлениях созд-ся основа наблюдаемого явл-я, его модель. Что явл. существенным для даного явл-я, а что несущественным, вопр неоднозначный и сложный. Не всегда он решается сразу, на перв. этапах наблюдения и размышления. В создаваемой модели должны быть учтены главные хар-еристики и осн. параметры изучаемого явл-я. Построенная модель должна не тольковерно описывать наблюдаемое это явление, но и хорошо прогнозировать егоразвитие в новых усл Предсказания Т. проверяются экспериментом или опытом - важнейшей частью научного метода познания. С самого начала необходимо договорится, что подразумеваться под тем или иным термином. В понятие "опыт" будем вкладывать смысл наблюдения за явлением при контролируемых усл., т.е. наблюдения с возможностью контролировать, воспроизводить и изменять желаемым обрзом внешние усл-я. Существенна возможность создавать как обычные, так и искусственные (т.е. в природе не встречающиеся) усл-я. Физика, химия, биология и ряд других наук называются естественными имено потому, что в их основе лежит опыт. Для объяснения экспериментальных фактов привлекаются гипотезы. Гипотеза - это предположение, позволяющее объяснить и количественно описать наблюдаемое явление. Описать что-либо количественно можно лишь на языке математики. Между явлениями природы сущ. устойчивые, повторяющиеся связи - проявления законов природы. Качественная формулировка законов может быть иногда дана без привлечения математического аппарата. З-ны, записанные на языке формул позволяют перейти к > высокой ступени познания. Эту ступень называют Т Т.е. при определенных усл. выдвинутая гипотеза может перейти в Т., в основе кот. лежат законы. Т. дает представление о закономерностях и существенных связях в опред. облти. З-ны ественых наук устанавливают количественные соотношения между наблюдаемыми явлениями, т.е. имеют математическую формулировку. Естествознание, изучающее количественные (т.е. точные) соотношения природных явлений, отн. к точным наукам. Понятие "точное" требует комментариев. Точные науки, как правило оперируют не с абсолютно точными, а с приближенными величинами. При количественном описании любогонаблюдаемого явл-я всегда оговаривают, с какой степенью точности имеют дело, т.е. приводят погрешности измеряемых величин. Гипотезы должны быть проверены фактами, опытами, здравым смыслом. В своей облти они должны объяснять всю совокупность имеющихся явлений. Но этого мало. Для того, чтобы стать Т., гипотеза должна сформулировать количественные отношения между наблюдаемыми явлениями. Фактически это означает формулировку законов. Непременным усл. превращения гипотезы в Т. явл. предсказание новых, до сих пор не наблюдавшихся и из известных теорий не следующих, явлений, и подтверждение этих предсказаний в специально поставленных экспериментах. Нужно различать законы природы и законы науки. 1вые проявляются в особенностях протекания природных явлений и процесов и во взаимосвязи некот. величин. Они неизменны и всегда выполняются. Научные законы - это попытка описать законы природы на языке мат. формул и точных формулировок. В дальнейшем речь будет идти только о них. Научные законы не точны и не постояны. На определенных этапах развития науки возникает необходимость уточнения наблюдаемых в опыте явлений и пересмотра законов или границ их применимости. Постоянная проверка опытных фактов на базе новых экспериментальных методик, позволяющих увел-ть точность проведения эксперимента, необходима всегда на любом уровне знаний. Расхождение экспериментальных данных и существующих законов позволяет выдвигать новые гипотезы и строить новые Т

3. Постулативность основных з-нов естествознания. Для описания поведения простых и сложных систем нужно уст-ть "правила игры", т.е. законы кот подчиняются те или иные вид движения материи. В некот. науках, кот. Не относятся к ессвеным, например геометрия, поступают следующим обрзом. Сначала формулируются аксиомы, а потом из них делаются выводы (теоремы). Логика построения ественых наук другая, нельзя сразу ввести законы и смотреть, что из них след Так поступить нельзя, поскольку исследователю неизвестны все законы естествознания. Одной из задач явл. имено их установление и формулирование. Но, ответив на кажд. вопр, исследователь неизбежно ставит несколько новых. Чем больше познается, тем шире становятся границы непознанного. Установленные на определеном этапе развития науки законы, всегда явл. приближенными. По мере накопл. знаний, новых экспериментальных фактов, явлений и увеличения точности измерений появл-ся даные, не укладывающиеся в рамки имеющихся законов и эти законы пересматриваются.Есть и другая сторона этого вопроса. Для точной формулировки законов естествознания, в особ-ти физики, требуются новые определения и понятия, знание спец. разделов математики. Исааку Ньютону (1643-1727) для описания законов механики потребовалось создать совршено новые для своего времени разделы высшей математики: дифференциальное и интегральное исчисление. Физики часто сталкивались с ситуацией, когда имевшегося математического аппарата оказывалось недостаточно для получения количественных формулировок полученного з-на и требовалось создавать спец. математически апарат. З-ны естествознания постулируются на основании наблюдаемых опытных фактов. Сначала идет процес накопл. знаний в опред. облти. Эти результаты анализируются и делается некоторое предположение. Это предположение не выводится из других законов. Оно возникает само по себе на основании опыта. Сделанное умозаключение, сформулированное в виде математической формулы, становится частью гипотезы. If последующие опыты подтверждают правильность этого предположения, оно становится з-ном. З-ны и Т. не абсолютны. Они развиваются по мере накопл. знаний. Фундаментальные законы естествознания описывают огромное кол-во явлений в разных областях. И все они подчиняются некоторым общим правилам. Рассмотрим их. Во перв., законы сами по себе не меняются. Имено поэтому они и называются фундаментальными. Иначе никакая наука не могла бы развиваться. Но, надо помнить о том, что з-н написан для опред. облти явлений. Всякий раз, когда с опред. степенью точности подтверждается какой-либо з-н, можно утверждать, что з-н окончателен и ни какой результат его не опровергнет в той облти, для кот. он написан. Однако может так случится, что появление новых экспериментальных данных или теорий приведет к тому, что з-н окажется приближенным. Иначе говоря, увел. точности измерений может обнаружить неточность даже самых незыблемых законов. При формулировке законов необходимо задавать границы их применимости. З-ны и Т. должны описывать всю совокупность явлений в той облти, для кот. Они сформулированы. Они не должны противоречить известным фактам. Более того, они обязательно должны предсказывать новые, неизвестные ранее явл-я. Наконец, никакой з-н не должен нарушать принцип причинности. Это знчит, чтонельзя что-то изменить в событии кот. уже случилось. Можно повлиять только на будущее, но никак не на прошлое. В заключение отметим, что новые фундаментальные законы невозможно вывести в рамках старых теорий. Стремление некот. авторов сделать это не имеет под собой никакого основания и зачастую связано лишь с большим желанием авторов "пооригинальничать" и внести свой "вклад в науку".