Фізика: основні поняття, формули, закони. Основні закони фізики, які має знати людина

Цікавитися навколишнім світом та закономірностями його функціонування та розвитку природно та правильно. Саме тому розумно звертати увагу на природничі науки, наприклад, фізику, яка пояснює саму сутність формування та розвитку Всесвіту. Основні фізичні закони неважко зрозуміти. Вже дуже юному віці школа знайомить дітей із цими принципами.

Для багатьох починається ця наука із підручника "Фізика (7 клас)". Основні поняття та термодинаміки відкриваються перед школярами, вони знайомляться з ядром основних фізичних закономірностей. Але чи має знання обмежуватися шкільною лавою? Які фізичні закони має знати кожна людина? Про це й йтиметься далі у статті.

Наука фізика

Багато нюансів описуваної науки знайомі всім з раннього дитинства. А пов'язано це з тим, що, по суті, фізика є однією з областей природознавства. Вона розповідає про закони природи, дія яких впливає на життя кожного, а багато в чому навіть забезпечує її, про особливості матерії, її структуру та закономірності руху.

Термін «фізика» був уперше зафіксований Аристотелем ще четвертому столітті до нашої ери. Спочатку він був синонімом поняття "філософія". Адже обидві науки мали єдину мету – правильним чином пояснити усі механізми функціонування Всесвіту. Але вже у шістнадцятому столітті внаслідок наукової революції фізика стала самостійною.

Загальний закон

Деякі основні закони фізики застосовують у різноманітних галузях науки. Крім них існують такі, які прийнято вважати загальними для всієї природи. Мова йде про

Він має на увазі, що енергія кожної замкнутої системи при протіканні в ній будь-яких явищ обов'язково зберігається. Проте вона здатна трансформуватися в іншу форму та ефективно змінювати свій кількісний зміст у різних частинах названої системи. Водночас у незамкненій системі енергія зменшується за умови збільшення енергії будь-яких тіл та полів, які вступають у взаємодію з нею.

Крім наведеного загального принципу, містить фізика основні поняття, формули, закони, які необхідні тлумачення процесів, які у навколишньому світі. Їхнє дослідження може стати неймовірно захоплюючим заняттям. Тому в цій статті будуть розглянуті основні закони фізики коротко, а щоб глибше розібратися в них, важливо приділити їм повноцінну увагу.

Механіка

Відкривають юним вченим багато основних законів фізики 7-9 класи школи, де повніше вивчається така галузь науки, як механіка. Її базові засади описані нижче.

Закон відносності Галілея (також його називають механічною закономірністю відносності або базисом класичної механіки). Суть принципу у тому, що за аналогічних умов механічні процеси у будь-яких інерційних системах відліку проходять цілком ідентично.
Закон Гука. Його суть у тому, що чим більшим є вплив на пружне тіло (пружину, стрижень, консоль, балку) з боку, тим більшою є його деформація.

Закони Ньютона (є базис класичної механіки):

Принцип інерції повідомляє, що будь-яке тіло здатне полягати у спокої чи рухатися рівномірно і прямолінійно лише тому випадку, якщо ніякі інші тіла жодним чином нього не впливають, або якщо вони якимось чином компенсують дію одне одного. Щоб змінити швидкість руху, на тіло необхідно впливати з будь-якою силою, і, звичайно, результат впливу однакової сили на різні за величиною тіла теж відрізнятиметься.
Головна закономірність динаміки стверджує, що чим більша рівнодіюча сил, які зараз впливають на дане тіло, тим більше отримане ним прискорення. І, відповідно, що більша маса тіла, то цей показник менший.
Третій закон Ньютона повідомляє, що будь-які два тіла завжди взаємодіють одне з одним за ідентичною схемою: їх сили мають одну природу, є еквівалентними за величиною і обов'язково мають протилежний напрямок уздовж прямої, що з'єднує ці тіла.
Принцип відносності стверджує, що це явища, які відбуваються за тих самих умов в інерційних системах відліку, проходять абсолютно ідентичним чином.

Термодинаміка

Шкільний підручник, який відкриває учням основні закони ("Фізика. 7 клас"), знайомить їх і з основами термодинаміки. Її принципи ми розглянемо далі.

Закони термодинаміки, є базовими у галузі науки, мають загальний характері і пов'язані з деталями будови конкретної речовини лише на рівні атомів. До речі, ці принципи важливі як для фізики, а й у хімії, біології, аерокосмічної техніки тощо.

Наприклад, у названій галузі існує правило, що не піддається логічному визначенню, що в замкнутій системі, зовнішні умови для якої незмінні, згодом встановлюється рівноважний стан. І процеси, що тривають у ній, незмінно компенсують один одного.

Ще одне правило термодинаміки підтверджує прагнення системи, що складається з колосального числа частинок, що характеризуються хаотичним рухом, до самостійного переходу з менш ймовірних для системи станів більш ймовірні.

А закон Гей-Люссака (його називають стверджує, що з газу певної маси за умов стабільного тиску результат розподілу його обсягу на абсолютну температуру неодмінно стає величиною постійної.

Ще одне важливе правило цієї галузі – перший закон термодинаміки, який також прийнято називати принципом збереження та перетворення енергії для термодинамічної системи. Згідно з ним, будь-яка кількість теплоти, яку було повідомлено системі, буде витрачено виключно на метаморфозу її внутрішньої енергії та здійснення нею роботи по відношенню до будь-яких діючих зовнішніх сил. Саме ця закономірність і стала базисом на формування схеми роботи теплових машин.

Інша газова закономірність – це закон Шарля. Він говорить, що чим більший тиск певної маси ідеального газу в умовах збереження постійного обсягу, тим більша його температура.

Електрика

Відкриває юним вченим цікаві основні закони фізики 10 класу школи. У цей час вивчаються основні принципи природи та закономірності впливу електричного струму, а також інші нюанси.

Закон Ампера, наприклад, стверджує, що провідники, з'єднані паралельно, якими тече струм однаково, неминуче притягуються, а разі протилежного напрями струму, відповідно, відштовхуються. Іноді таку ж назву використовують для фізичного закону, який визначає силу, що діє в існуючому магнітному полі на невелику ділянку провідника, який на даний момент проводить струм. Її так і називають – сила Ампера. Це відкриття було зроблено вченим у першій половині дев'ятнадцятого століття (а саме 1820 р.).

Закон збереження заряду одна із базових принципів природи. Він говорить, що сума алгебри всіх електричних зарядів, що виникають в будь-який електрично ізольованій системі, завжди зберігається (стає постійною). Незважаючи на це, названий принцип не виключає і виникнення у таких системах нових заряджених частинок внаслідок перебігу деяких процесів. Проте загальний електричний заряд всіх новостворених частинок неодмінно має дорівнювати нулю.

Закон Кулона є одним із основних в електростатиці. Він висловлює принцип сили взаємодії між нерухомими точковими зарядами та пояснює кількісне обчислення відстані між ними. Закон Кулона дозволяє обґрунтувати базові принципи електродинаміки експериментальним чином. Він говорить, що нерухомі точкові заряди неодмінно взаємодіють між собою з силою, яка тим вище, чим більший добуток їх величин і, відповідно, тим менше, чим менше квадрат відстані між зарядами, що розглядаються, і середовища, в якому і відбувається описувана взаємодія.

Закон Ома одна із базових принципів електрики. Він говорить, що чим більше сила постійного електричного струму, що діє на певній ділянці ланцюга, тим більша напруга на її кінцях.

Називають принцип, який дозволяє визначити напрямок у провіднику струму, що рухається в умовах впливу магнітного поля певним чином. Для цього необхідно розташувати кисть правої руки так, щоб лінії магнітної індукції образно торкалися розкритої долоні, а великий палець витягнути за напрямом руху провідника. У такому разі інші чотири випрямлені пальці визначать напрямок руху індукційного струму.

Також цей принцип допомагає з'ясувати точне розташування ліній магнітної індукції прямолінійного провідника, який проводить струм в даний момент. Це відбувається так: помістіть великий палець правої руки таким чином, щоб він вказував, а рештою чотирма пальцями образно обхопіть провідник. Розташування цих пальців продемонструє точний напрямок ліній магнітної індукції.

Принцип електромагнітної індукції є закономірністю, яка пояснює процес роботи трансформаторів, генераторів, електродвигунів. Цей закон полягає в наступному: в замкнутому контурі індукції, що генерується, тим більше, чим більше швидкість зміни магнітного потоку.

Оптика

Галузь "Оптика" також відбиває частину шкільної програми (основні закони фізики: 7-9 класи). Тому ці принципи не такі складні для розуміння, як може здатися на перший погляд. Їхнє вивчення приносить із собою не просто додаткові знання, але краще розуміння навколишньої дійсності. Основні закони фізики, які можна зарахувати до галузі вивчення оптики, такі:

Принцип Ґюйнеса. Він є методом, який дозволяє ефективно визначити в кожну конкретну частку секунди точне положення фронту хвилі. Суть його полягає в наступному: всі точки, які опиняються на шляху біля фронту хвилі в певну частку секунди, по суті, самі по собі стають джерелами сферичних хвиль (вторинних), у той час як розміщення фронту хвилі в ту саму частку секунди є ідентичним поверхні , що огинає всі сферичні хвилі (вторинні). Цей принцип використовується з метою пояснення існуючих законів, пов'язаних із заломленням світла та його відображенням.
Принцип Гюйгенса-Френеля відбиває ефективний метод вирішення питань, що з поширенням хвиль. Він допомагатиме пояснити елементарні завдання, пов'язані з дифракцією світла.
хвиль. Застосовується однаково і для відображення у дзеркалі. Його суть полягає в тому, що як спадаючий промінь, так і той, який був відбитий, а також перпендикуляр, побудований з точки падіння променя, розташовуються в єдиній площині. Важливо також пам'ятати, що кут, під яким падає промінь, завжди абсолютно дорівнює куту заломлення.
Принцип заломлення світла. Це зміна траєкторії руху електромагнітної хвилі (світла) в момент руху з одного однорідного середовища в інше, яке значно відрізняється від першої по ряду показників заломлення. Швидкість поширення світла у них різна.
Закон прямолінійного поширення світла. За своєю суттю він є законом, що відноситься до галузі геометричної оптики, і полягає в наступному: у будь-якому однорідному середовищі (незалежно від її природи) світло поширюється строго прямолінійно, по найкоротшій відстані. Цей закон легко і доступно пояснює утворення тіні.

Атомна та ядерна фізика

Основні закони квантової фізики, а також основи атомної та ядерної фізики вивчаються у старших класах середньої школи та вищих навчальних закладах.

Так, постулати Бора є рядом базових гіпотез, які стали основою теорії. Її суть полягає в тому, що будь-яка атомна система може залишатися стійкою виключно у стаціонарних станах. Будь-яке випромінювання чи поглинання енергії атомом неодмінно відбувається з допомогою принципу, суть якого така: випромінювання, що з транспортацією, стає монохроматичним.

Ці постулати відносяться до стандартної шкільної програми, яка вивчає основні закони фізики (11 клас). Їхнє знання є обов'язковим для випускника.

Основні закони фізики, які має знати людина

Деякі фізичні принципи, хоч і відносяться до однієї з галузей цієї науки, проте мають загальний характер і мають бути відомі всім. Перерахуємо основні закони фізики, які має знати людина:

Закон Архімеда (належить до областей гідро-, а також аеростатики). Він має на увазі, що на будь-яке тіло, яке було занурене в газоподібну речовину або рідину, діє свого роду виштовхувальна сила, яка неодмінно спрямована вертикально вгору. Ця сила завжди чисельно дорівнює вазі витісненої тілом рідини чи газу.
Інше формулювання цього закону таке: тіло, занурене у газ чи рідина, неодмінно втрачає у вазі стільки ж, скільки склала маса рідини чи газу, у який воно було занурено. Цей закон став базовим постулатом теорії плавання тел.
Закон всесвітнього тяжіння (відкритий Ньютоном). Його суть полягає в тому, що абсолютно всі тіла неминуче притягуються один до одного з силою, яка тим більша, чим більший добуток мас даних тіл і, тим менше, чим менше квадрат відстані між ними.

Це і є 3 основні закони фізики, які повинен знати кожен, хто бажає розібратися в механізмі функціонування навколишнього світу та особливостях перебігу процесів, що відбуваються в ньому. Зрозуміти принцип їхньої дії досить просто.

Цінність подібних знань

Основні закони фізики повинні бути в багажі знань людини, незалежно від її віку та роду діяльності. Вони відображають механізм існування всієї сьогоднішньої дійсності, і, по суті, є єдиною константою в світі, що безперервно змінюється.

Основні закони, поняття фізики відкривають нові можливості вивчення навколишнього світу. Їхнє знання допомагає розуміти механізм існування Всесвіту та руху всіх космічних тіл. Воно перетворює нас не на просто шпигунів щоденних подій і процесів, а дозволяє усвідомлювати їх. Коли людина ясно розуміє основні закони фізики, тобто всі процеси, що відбуваються навколо нього, він отримує можливість управляти ними найбільш ефективним чином, здійснюючи відкриття і роблячи тим самим своє життя більш комфортним.

Підсумки

Деякі змушені поглиблено вивчати основні закони фізики для ЄДІ, інші – за діяльністю, а деякі – з наукової цікавості. Незалежно від цілей вивчення цієї науки, користь отриманих знань важко переоцінити. Немає нічого більш задовольняючого, ніж розуміння основних механізмів та закономірностей існування навколишнього світу.

Не залишайтеся байдужими – розвивайтеся!