Лекция 1. Введение.

Лекция 1.
Введение.
Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей
древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Физика была тесно связана с философией, первоначально даже термины «физика» и «философия» были синонимами, поскольку
обе дисциплины пытаются объяснить законы функционирования Вселенной.
Филосо́фия (др.-греч. φιλοσοφία «любовь к мудрости», «любомудрие», от φιλέω — люблю и σοφία — мудрость) — дисциплина, изучающая наиболее общие существенные характеристики и фундаментальные принципы бытия и познания, бытия человека, отношения человека
и мира.
Фи́зика (от др.-греч. φύσις «природа») — наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира.
В результате научной революции1 XVI века физика выделилась в отдельное научное
направление.
В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым,
когда он издал первый в России учебник физики в переводе с немецкого языка.
В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров.
Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.
Наблюдение
Опыты,
эксперименты
Гипотеза
Физический закон
Физическая теория
Неожиданное
наблюдение
Рисунок 1. Схема развития физического знания
Процесс познания в физике начинается либо с наблюдения некоторого (обычно – повторяющегося) явления в естественных условиях, либо со специально поставленных опытовэкспериментов. На основе накопленного экспериментального материала путем обобщения
строится некоторое предварительное предположение – гипотеза. Гипотезы, выдерживающие
проверку, превращаются в законы. Физические законы — устойчивые повторяющиеся объек1
Революция в науке — период развития науки, во время которого старые научные представления замещаются
частично или полностью новыми, несовместимыми со старыми представлениями. Так, отрезок времени примерно
от даты публикации работы Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер» (De Revolutionibus), то есть с
1543 г., до деятельности Исаака Ньютона, сочинение которого «Математические начала натуральной философии»
было опубликовано в 1687 г., обычно называют периодом «научной революции»
тивные закономерности, существующие в природе. Физические теории, как правило, базируются на нескольких физических законах, и способны не только удовлетворительно объяснять
известные явления, но и могут предсказывать новые явления и закономерности.
Появление достоверного опыта, не согласующегося с существующей теорией, является побудительным толчком к созданию новой, более совершенной теории или к уточнению существующей. Как правило, «хорошие» теории не отвергаются полностью, а входят как составная часть
или предельный случай существующей (пример – классическая и релятивистская механика).
Реализуется известный принцип развития вверх по спирали, что можно прокомментировать
схемой рис.1.
Исторически физика подразделяется на несколько взаимосвязанных частей (рис.2). В
нашем курсе рассматриваются только некоторые из них.
Рисунок 2. Структура курса физики
Часто, говоря о структуре физики, разделяют макроскопическую и микроскопическую физику:
Рисунок 3. Структура физики
Изучая физику, мы будем иметь дело с физическими величинами.
Физическая величина – это характеристика, которая является общей для нескольких материальных объектов или явлений в качественном отношении, но может принимать индивидуальные значения для каждого из них.
Измерить физическую величину – значит сравнить её с однородной величиной, принятой за
единицу.
Примеры физических величин – путь, время, масса, плотность, сила, температура, давление,
напряжение, освещённость и т.п.
Физические величины бывают скалярные и векторные. Скалярные физические величины характеризуются только численным значением, тогда как векторные определяются и числом (модулем), и направлением. Скалярными физическими величинами являются время, температура,
масса, векторными - скорость, ускорение, сила.
Если единицы физических величин выбирать произвольно, возникнут трудности при их
сравнении. Поэтому применяют стандартные системы единиц. В настоящее время обязательной
к применению является СИ - Система Интернациональная, которая строится на семи основных
единицах — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела — и двух дополнительных — радиан и стерадиан.
Метр (м) —длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 с.
Килограмм (кг) — масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа).
Секунда (с) — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу
между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер (А) — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным
прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения,
расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создает между этими проводниками силу, равную 2∙10-7 Н на каждый метр длины.
Кельвин (К) — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды2.
2 Тройна́я то́чка воды́ — строго определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз — в твердом, жидком и газообразном состояниях. Тройная
точка воды — температура 273,16 К и давление 611,73 Па.
Моль (моль) — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов,
сколько атомов содержится в нуклиде 12С массой 0,012 кг.
Кандела (кд) — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении
составляет 1/683 Вт/ср. (Раньше это определение исходило из люмена, кандела – сила света точечного источника в направлениях, где он испускает световой поток 1 лм, одинаково распределённый в телесном угле 1 ср).
Радиан (рад) — угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна
радиусу.
Стерадиан (ср) — телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности
сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
Для установления производных единиц используют физические законы, связывающие их с
основными единицами. Например, из формулы равномерного прямолинейного движения v = s/t
(s - пройденный путь, t - время) производная единица скорости получается равной 1 м/с.