Vi starter en serie artikler om problemer og utdaterte begreper i skolens læreplan og foreslår å diskutere hvorfor skoleelever trenger fysikk, og hvorfor det i dag ikke undervises slik vi ønsker.

Hvorfor studerer en moderne student fysikk? Enten slik at foreldre og lærere ikke plager ham, eller så, for å bestå eksamenen etter eget valg, score det nødvendige antall poeng og gå inn på et godt universitet. Det er et annet alternativ at en student elsker fysikk, men denne kjærligheten eksisterer vanligvis på en eller annen måte separat fra skolens læreplan.

I noen av disse tilfellene gjennomføres undervisningen etter samme ordning. Den tilpasser seg systemet for sin egen kontroll - kunnskap må presenteres i en slik form at den lett kan verifiseres. For dette er det et system med GIA og Unified State Examination, og som et resultat blir forberedelse til disse eksamenene hovedmålet med trening.

Hvordan er Unified State Examination in Physics arrangert i sin nåværende versjon? Eksamensoppgaver er satt sammen i henhold til en spesiell kodifikator, som inkluderer formler som i teorien hver student bør kunne. Dette er omtrent hundre formler for alle deler av skolepensum - fra kinematikk til kjernefysikk.

De fleste oppgavene – et sted rundt 80 % – er rettet nettopp mot anvendelsen av disse formlene. Dessuten kan andre metoder for å løse ikke brukes: Jeg erstattet en formel som ikke er på listen - jeg fikk ikke et visst antall poeng, selv om svaret konvergerte. Og bare de resterende 20% er forståelsesoppgaver.

Som et resultat er hovedmålet med undervisningen å sikre at elevene kjenner dette settet med formler og kan bruke det. Og all fysikk kommer ned til enkel kombinatorikk: les betingelsene for problemet, forstå hvilken formel du trenger, bytt ut de nødvendige indikatorene og bare få resultatet.

I elite- og spesialiserte skoler for fysikk og matematikk er utdanning selvfølgelig arrangert annerledes. Der, som i forberedelsene til alle slags olympiader, er det et element av kreativitet, og kombinatorikken til formler blir mye mer komplisert. Men her er vi interessert i grunnprogrammet i fysikk og dets mangler.

Standardoppgaver og abstrakte teoretiske konstruksjoner som et alminnelig skolebarn bør kjenne til, blir veldig raskt erodert fra hodet. Som et resultat er det ingen som kan fysikk etter endt skolegang – bortsett fra minoriteten som av en eller annen grunn er interessert i det eller trenger det i sin spesialitet.

Det viser seg at vitenskapen, hvis hovedmål var kunnskapen om naturen og den virkelige fysiske verden, på skolen blir helt abstrakt og fjernt fra hverdagens menneskelig erfaring. Fysikk, i likhet med andre fag, undervises ved å stappe, og når mengden kunnskap som må læres øker dramatisk på videregående, blir det rett og slett umulig å lære alt utenat.

Tydelig om "formel"-tilnærmingen til læring.

Men dette ville ikke vært nødvendig hvis målet med læring ikke var anvendelsen av formler, men forståelsen av faget. Forståelse er til syvende og sist mye enklere enn å stappe.

Lag et bilde av verden

La oss for eksempel se hvordan Yakov Perelmans bøker «Entertaining Physics», «Entertaining Mathematics», som mange generasjoner skoleelever og etterskolebarn har lest. Nesten hvert avsnitt av Perlmans "Fysikk" lærer å stille spørsmål som hvert barn kan stille seg selv, med utgangspunkt i elementær logikk og hverdagserfaring.

Oppgavene vi får tilbud om å løse her er ikke kvantitative, men kvalitative: vi trenger ikke å beregne en abstrakt indikator som effektivitet, men å reflektere over hvorfor en evighetsmaskin er umulig i virkeligheten, er det mulig å skyte fra en kanon til månen; du må gjennomføre et eksperiment og vurdere hva effekten av enhver fysisk interaksjon vil være.

Et eksempel fra "Entertaining Physics" 1932: problemet med Krylovs svane, sjøkreps og gjedde, løst i henhold til mekanikkens regler. Resultatet (OD) skal bære vognen inn i vannet.

Kort sagt, det er ikke nødvendig å huske formlene her - det viktigste er å forstå hvilke fysiske lover objekter i den omkringliggende virkeligheten adlyder. Det eneste problemet er at kunnskap av denne typen er mye vanskeligere å objektivt verifisere enn tilstedeværelsen i hodet til en student av et presist definert sett med formler og ligninger.

Derfor blir fysikk for en vanlig student til en kjedelig propp, og i beste fall - en slags abstrakt sinnsspill. Å danne et fullstendig bilde av verden i en person er slett ikke oppgaven som det moderne utdanningssystemet utfører de facto. I denne forbindelse er den forresten ikke så forskjellig fra den sovjetiske, som mange har en tendens til å overvurdere (fordi vi tidligere visstnok utviklet atombomber og fløy ut i verdensrommet, men nå vet vi bare hvordan vi skal selge olje).

I følge kunnskapen om fysikk er studenter etter endt utdanning nå som da delt inn i omtrent to kategorier: de som kan det veldig godt, og de som ikke kan det i det hele tatt. Med den andre kategorien forverret situasjonen seg spesielt da tiden for fysikkundervisning på 7-11 trinn ble redusert fra 5 til 2 timer i uken.

De fleste skoleelever trenger egentlig ikke fysiske formler og teorier (som de forstår veldig godt), og viktigst av alt, de er ikke interessert i den abstrakte og tørre formen de presenteres i nå. Som et resultat utfører masseundervisning ingen funksjon - det tar bare tid og krefter. Skoleelever har ikke mindre enn lærere.

Oppmerksomhet: feil tilnærming til å undervise i naturfag kan være ødeleggende

Hvis oppgaven med skolepensum var å danne et verdensbilde, ville situasjonen vært en helt annen.

Selvfølgelig bør det også være spesialiserte klasser der de lærer hvordan man løser komplekse problemer og gjør seg dypt kjent med teorien, som ikke lenger skjærer seg med hverdagserfaring. Men det ville være mer interessant og nyttig for et vanlig, "masse" skolebarn å vite hvilke lover den fysiske verden han lever i fungerer.

Saken koker selvfølgelig ikke ned til at skoleelever leser Perelman i stedet for lærebøker. Vi må endre vår tilnærming til undervisning. Mange seksjoner (for eksempel kvantemekanikk) kan fjernes fra skolens læreplan, andre kan reduseres eller revideres, hvis ikke for de allestedsnærværende organisatoriske vanskene, den grunnleggende konservatismen til faget og utdanningssystemet som helhet.

Men la oss drømme litt. Etter disse endringene vil kanskje også den generelle sosiale tilstrekkeligheten øke: folk vil være mindre tilbøyelige til å stole på alle slags torsjonssvindlere som spekulerer på "beskyttelse av biofeltet" og "normalisering av auraen" ved hjelp av enkle enheter og biter av ukjente mineraler.

Vi observerte allerede alle disse konsekvensene av et ondskapsfullt utdanningssystem på 90-tallet, da de mest suksessrike svindlerne til og med brukte betydelige summer fra statsbudsjettet, og vi observerer nå, om enn i mindre skala.

Den berømte Grigory Grabovoi forsikret ikke bare at han kunne gjenopplive mennesker, men fjernet også asteroider fra jorden med tankekraft og "psykisk diagnostiserte" regjeringsfly. Han ble ikke beskyttet av noen, men av general Georgy Rogozin, nestleder for sikkerhetstjenesten under presidenten for den russiske føderasjonen.

Hvordan forberede seg til eksamen i fysikk? Og trenger en flittig elev noen spesiell opplæring?

«Fem på fysikkskolen. Vi går på kurs. Hva annet gjør? Fysikk er tross alt ikke litteratur, hvor du må lese 100 bøker før du skriver et essay. Alt er enkelt her: du erstatter tallene i formelen - du får poengene dine.

Slik pleier kortsynte foreldre og elever å argumentere. «For ordens skyld» gå på forberedende kurs ved universitetet. En måned før eksamen henvender de seg til veilederen: «Få oss opplært før eksamen og vis oss hvordan vi løser typiske problemer.» Og plutselig et lyn fra klar himmel - lav score på eksamen i fysikk. Hvorfor? Hvem er skyldig? Kanskje en lærer?

Det viser seg at skolen fem i fysikk ikke var verdt noe! Det er ikke vanskelig å få det til - les et avsnitt i læreboken, løft opp hånden i klassen, lag en rapport om emnet "Lomonosovs liv" - og du er ferdig. De lærer ikke fysikkproblemer på skolen., og eksamen i dette faget består nesten utelukkende av oppgaver.

Det viser seg at det praktisk talt ikke er noe fysisk eksperiment på skolen. Eleven ser for seg en kondensator eller en sløyfe med strøm slik fantasien forteller ham. Det er klart at hver fantasi antyder noe annerledes.

Det viser seg at på mange skoler i Moskva er det ingen fysikk i det hele tatt. Studenter rapporterer ofte: «Men vi har en historiker som driver fysikk. Og fysikeren vår var syk i et år, og emigrerte så.»

Fysikk var et sted i bakgården til skoleundervisningen! Det har lenge blitt et sekundært emne, noe som livssikkerhet eller naturhistorie.
På skolen med fysikk - en virkelig katastrofe.

Samfunnet vårt føler allerede konsekvensene av denne katastrofen. Det er en akutt mangel på spesialister - ingeniører, byggherrer, designere. menneskeskapte ulykker. Manglende evne til personell til å klare seg selv med utstyret som ble bygget i sovjettiden. Og samtidig - en overflod av folk med grader innen økonomi, juss eller "markedssjef".

Mange går til ingeniørspesialiteter kun fordi det er lav konkurranse. "Det vil ikke fungere på MGIMO, vi ønsker ikke å bli med i hæren, så vi går til MAI, vi må forberede oss til Unified State Exam i fysikk." Så de forbereder seg med et knirk, hopper over timene og lurer på: hvorfor løses ikke disse oppgavene?

Dette gjelder ikke deg, gjør det?

Fysikk er en ekte vitenskap. Vakker. Paradoksalt. Og veldig interessant. Det er umulig å «dra» her – man må studere fysikk selv som vitenskap.

Det er ingen "typiske" BRUK-oppgaver. Det er ingen magiske "formler" der du trenger å erstatte noe. Fysikk er forståelse på idénivå. Det er et sammenhengende system av komplekse ideer om hvordan verden fungerer..

Hvis du bestemmer deg for å forberede deg til eksamen i fysikk og gå inn på et teknisk universitet, må du stille inn på seriøst arbeid.

Her er noen praktiske tips:

Tips 1.
Begynn å forberede deg til eksamen i fysikk på forhånd. To år, det vil si klasse 10 og 11, er den optimale forberedelsesperioden. På ett studieår kan du fortsatt ha tid til å gjøre noe. Og start to måneder før eksamen – regn med maks 50 poeng.

Vi advarer umiddelbart mot egenforberedelse. Å løse problemer i fysikk er en ferdighet. Dessuten er det en kunst som bare kan læres under veiledning av en mester - en erfaren veileder.

Tips 2.
Fysikk er umulig uten matematikk. Hvis du har hull i matematisk forberedelse, eliminer dem umiddelbart. Vet du om du har disse hullene? Lett å sjekke. Hvis du ikke kan dekomponere en vektor til komponenter, uttrykke en ukjent verdi fra en formel eller løse en ligning, så gjør matematikk.

Tross alt ender løsningen av mange BRUK-problemer i fysikk med et numerisk svar. Du trenger en ikke-programmerbar kalkulator med sinus og logaritmer. En kontorkalkulator med fire trinn eller en kalkulator i en mobiltelefon er ikke bra.
Kjøp en ikke-programmerbar kalkulator helt i begynnelsen av treningen for å mestre den på automatikknivå. Bring hver oppgave du løser til slutten, det vil si til riktig numerisk svar.

Hva er de beste bøkene å forberede seg til eksamen i fysikk?

1. Rymkevichs oppdrag.

Den inneholder mange enkle oppgaver som er gode å få tak i. Etter "Rymkevich" huskes formlene av seg selv, og problemene i del A løses uten problemer.

2. Noen flere nyttige bøker:
Bendrikov G. A., Bukhovtsev B. B., Kerzhentsev V. V., Myakishev G. Ya. Problemer i fysikk for søkere til universiteter.
Bakanina L. P., Belonuchkin V. E., Kozel S. M. Samling av problemer i fysikk: For klasse 10–11 med fordypning i fysikk.
Parfent'eva N. A. Samling av problemer i fysikk. 10-11 klasse.

Den viktigste tingen. For å kunne forberede deg til eksamen i fysikk, må du tydelig forstå hvorfor du trenger den. Tross alt, ikke bare for å bestå eksamen, for å komme inn og henge ut fra hæren?
Et mulig svar kan være dette. Det er nødvendig å forberede seg til Unified State Exam i fysikk for å bli en høyt kvalifisert, ettertraktet spesialist i fremtiden. Dessuten vil kunnskap om fysikk hjelpe deg å bli en virkelig utdannet person.

For å lykkes i fysikkeksamenen må du være oppmerksom i klasserommet, studere nytt materiale regelmessig og ha en dyp nok forståelse av de grunnleggende ideene og prinsippene. For å gjøre dette kan du bruke flere metoder og samarbeide med klassekamerater for å konsolidere kunnskap. I tillegg er det viktig med en god hvile og et godt mellommåltid før eksamen, samt å holde seg rolig under den. Hvis du studerte godt før eksamen, kan du bestå den uten problemer.

Trinn

Hvordan få mest mulig ut av timen

Begynn å studere materialet du har dekket noen dager eller uker før eksamen. Det er lite sannsynlig at du vil bestå eksamen som normalt hvis du begynner å forberede deg til den siste kvelden. Planlegg tid til å studere og konsolidere materialet og løse praktiske problemer noen dager eller til og med uker før eksamen, slik at du har tid til å forberede deg ordentlig til den.

• Prøv å mestre nødvendig materiale best mulig for å føle deg trygg under eksamen.

1. Se gjennom temaene som kan komme opp på eksamen. Mest sannsynlig var det disse emnene du nylig har dekket i klassen, og du fikk lekser om dem. Se gjennom notatene du tok i klassen og prøv å huske de grunnleggende formlene og konseptene du kanskje trenger for å ta eksamen.

2. Les læreboka før timen. Gjør deg kjent med det aktuelle temaet på forhånd slik at du bedre kan ta til deg stoffet i løpet av timen. Mange fysiske prinsipper er basert på det du har studert før. Identifiser eventuelle punkter du ikke forstår og skriv ned spørsmål du kan stille læreren din.

   • For eksempel, hvis du allerede har lært hvordan du bestemmer hastigheten, er det sannsynlig at du i neste trinn lærer hvordan du beregner gjennomsnittlig akselerasjon. Les den relevante delen av læreboken på forhånd for å forstå stoffet bedre.

3. Løs problemer hjemme. Etter hver time på skolen, bruk minst 2-3 timer på å huske nye formler og lære hvordan du bruker dem. Denne repetisjonen vil hjelpe deg å absorbere nye ideer bedre og lære hvordan du løser problemer som kan dukke opp på eksamen.

   • Hvis ønskelig, kan du notere tidspunktet for å reprodusere betingelsene for den kommende eksamen.

4. Gjennomgå og korriger leksene dine. Gå gjennom fullførte lekser og prøv å løse eventuelle problemer som forårsaket deg problemer eller ikke ble fullført på nytt. Husk at mange lærere stiller de samme spørsmålene og oppgavene på eksamen som de møtte i lekser.

   • Selv korrekt utførte oppgaver bør gjennomgås for å konsolidere materialet som dekkes.

5. Delta på alle timene og vær forsiktig. I fysikk bygges nye ideer og konsepter på tidligere kunnskap, derfor er det så viktig å ikke gå glipp av leksjoner og studere regelmessig, ellers kan du falle bak andre. Hvis du ikke kan delta på en klasse, sørg for å få notatene dine og lese den aktuelle delen i læreboken din.

   • Hvis du ikke kan delta på undervisningen på grunn av en nødsituasjon eller sykdom, spør læreren din om hvilket materiale du trenger å lære.

6. Bruk flashcards for å huske forskjellige termer og formler bedre. Skriv navnet på den fysiske loven på den ene siden av kortet, og den tilsvarende formelen på den andre. La noen lese navnet på formelen høyt, og prøv deretter å stave den riktig.

   • For eksempel kan du skrive "hastighet" på den ene siden av kortet, og skrive den tilsvarende formelen på den andre: "v = s / t".
   • Du kan skrive "Newtons andre lov" på den ene siden av kortet, og skrive den tilsvarende formelen på den andre: "∑F = ma".

7. Husk hva som forårsaket deg mest problemer i tidligere eksamener. Hvis du allerede har skrevet tester eller tatt eksamen før, må du være spesielt oppmerksom på de emnene som gjorde deg vanskelig. På denne måten vil du stramme opp dine svake punkter og kunne få en høyere poengsum.

   • Det er spesielt nyttig å gjøre dette før de avsluttende eksamenene, som vurderer kunnskap innen mange områder av fysikk.

Hvordan forberede seg til eksamen

1. Sov natten før eksamen 7–8 timer . Det er nødvendig å få nok søvn for lettere å huske materialet som dekkes og finne de riktige løsningene på problemer. Hvis du stapper hele natten og ikke hviler, vil du neste morgen ikke huske godt hva du lærte dagen før.

   • Selv om eksamen er berammet til midt på dagen, er det bedre å stå opp tidlig og forberede seg på forhånd.
   • I fysikk kreves økt oppmerksomhet og kritisk tenkning, så det er bedre å komme uthvilt og uthvilt til eksamen.
   • Følg den vanlige søvnplanen - dette vil tillate deg å konsolidere kunnskapen du oppnår.

2. Spis en god frokost på eksamensdagen. Til frokost er det godt å spise mat som er rik på saktefordøyelige karbohydrater, som havregryn eller grovt brød, for å hjelpe deg med å prestere mer effektivt under eksamen. Du bør også spise proteinmat som egg, yoghurt eller melk for å holde deg mett lenger. Til slutt, gi kroppen en ekstra energiboost ved å runde av frokosten med fiberrik frukt som epler, bananer eller pærer.

   • En sunn, solid frokost før en eksamen vil hjelpe deg å huske bedre hva du har lært.

Grunnleggende formler i fysikk, forklaringer av formlene, skolens læreplan og videreutdanning, hjelpe studenten med å studere fysikk, praktisk anvendelse av f...

Grunnleggende formler i fysikk for klasse 9. Alt du trenger å vite!

Av Masterweb

05.06.2018 14:00

Fysikk er en streng teknisk vitenskap. Noen ganger klarer ikke alle å henge med i denne disiplinen i løpet av skoleårene. Dessuten har ikke alle elever en logisk og teknisk tankegang, og fysikk på skolen er tvunget til å lære absolutt alle. Formler fra læreboken passer kanskje ikke i hodet. I denne artikkelen vil vi vurdere de grunnleggende formlene i fysikk for klasse 9 i mekanikk.

Mekanikk

Det er verdt å starte med de mest grunnleggende og enkleste lovene i fysikk. Som du vet, består et så omfattende emne som mekanikk av tre avsnitt:

1. Statikk.
2. Dynamikk.
3. Kinematikk.

Kinematikk studeres i klasse 10, så vi vil ikke vurdere det innenfor rammen av denne artikkelen.

Statikk

Det bør studeres sekvensielt, og starter med enkle formler for statikk. Nemlig fra formlene for trykk, treghetsmomentet til revolusjonslegemer og kraftmomentet. Formler i fysikk klasse 9 med forklaringer vil bli tydelig presentert nedenfor.

Trykk er et mål på kraften som virker på overflaten til en kropp, målt i pascal. Trykk beregnes som forholdet mellom kraft og areal, så formelen vil se så enkel ut som mulig:

Treghetsmomentet til revolusjonslegemer er et mål på treghet i rotasjonsbevegelsen til et legeme rundt seg selv, eller strengt tatt produktet av kroppens masse og dens kvadratiske radius. Den tilsvarende formelen er:

Kraftmomentet (eller, som mange kaller det, rotasjonsmomentet) er kraften som påføres en stiv kropp og skaper rotasjon. Dette er en vektormengde, som også kan ha et negativt fortegn, målt i meter multiplisert med Newton. I den kanoniske representasjonen innebærer formelen produktet av kraften som påføres kroppen og avstanden (kraftens skulder), formelen:

Dynamikk

Formler i fysikk klasse 7-9 med forklaringer på dynamikk - vårt neste steg. Faktisk er dette den største og mest betydningsfulle delen av mekanikk. Alle kropper er utsatt for bevegelse, selv om de er i ro, virker noen krefter på dem og provoserer bevegelse. Viktige konsepter å lære før du forstår dynamikk er bane, hastighet, akselerasjon og masse.

Det første trinnet er selvfølgelig å studere Newtons lover.

Newtons første lov er en definisjon uten formel. Den sier at kroppen enten er i ro eller beveger seg, men først etter at alle kreftene som er konsentrert om den er balansert.

Newtons andre og mest kjente lov sier at akselerasjonen til et legeme avhenger av kraften som påføres det. Formelen inkluderer også massen til objektet som kraften påføres.

Vær oppmerksom på at formelen ovenfor er skrevet i skalarform - kraft og akselerasjon i vektor kan ha negativt fortegn, dette må tas i betraktning.

Newtons tredje lov: virkningskraften er lik reaksjonskraften. Alt du trenger å vite fra denne loven er at hver kraft har den samme kraften i opposisjon, bare rettet i motsatt retning, og opprettholder dermed en balanse på planeten vår.

La oss nå vurdere andre krefter som virker innenfor rammen av dynamikk, og disse er tyngdekraften, elastisiteten, friksjonen og den rullende friksjonens kraft. Alle er vektorielle og kan rettes i alle retninger, og sammen kan de danne systemer: addere og subtrahere, multiplisere eller dividere. Hvis kreftene ikke er rettet parallelt med hverandre, må beregningen bruke cosinus til vinkelen mellom dem.

Fysikkformlene for 9. klasse inkluderer også i programmet loven om universell gravitasjon og kosmiske hastigheter, som enhver elev bør kjenne til.

Loven om universell gravitasjon er loven til Isaac Newton, som allerede er beryktet for oss, og dukker opp i hans klassiske teori. Faktisk viste det seg å være revolusjonerende: loven sier at ethvert legeme som befinner seg i jordens gravitasjonsfelt tiltrekkes til kjernen. Og det er det faktisk.

romhastigheter

Den første kosmiske hastigheten er nødvendig for å komme inn i jordens bane (numerisk lik 7,9 km / s), og den andre kosmiske hastigheten er nødvendig for å overvinne gravitasjonsattraksjonen for ikke bare å gå utover banen, men også la objektet bevege seg i en ikke-sirkulær bane. Det er lik henholdsvis 11,2 km/s. Det er viktig at begge de kosmiske hastighetene ble overvunnet av menneskeheten, og takket være dem er det mulig å fly til verdensrommet i dag. Fysikkformler for klasse 9 innebærer ikke tredje og fjerde kosmiske hastigheter, men de finnes også.

Konklusjon

I denne artikkelen ble de grunnleggende formlene i fysikk for klasse 9 vurdert. Studiet deres åpner for muligheter for studenten til å lære mer komplekse deler av fysikk, som elektrisitet, magnetisme, lyd eller molekylær teori. Uten å kunne mekanikk er det umulig å forstå resten av fysikken, mekanikk er en grunnleggende del av denne vitenskapen i dag. Formler i fysikk for klasse 9 er også nødvendige for å bestå den statlige eksamenen i fysikk, deres sammendrag og stavemåte må være kjent for hver 9. klasse som går inn på en teknisk høyskole. Det er ikke vanskelig å huske dem.

Kievyan street, 16 0016 Armenia, Jerevan +374 11 233 255

Forskere fra planeten Jorden bruker massevis av verktøy for å prøve å beskrive hvordan naturen og universet som helhet fungerer. At de kommer til lover og teorier. Hva er forskjellen? En vitenskapelig lov kan ofte reduseres til et matematisk utsagn, som E = mc²; denne uttalelsen er basert på empiriske data, og sannheten er som regel begrenset til et visst sett med forhold. I tilfelle av E = mc² - lysets hastighet i vakuum.

En vitenskapelig teori søker ofte å syntetisere et sett med fakta eller observasjoner av spesifikke fenomener. Og generelt (men ikke alltid) er det en klar og etterprøvbar uttalelse om hvordan naturen fungerer. Det er slett ikke nødvendig å redusere vitenskapelig teori til en ligning, men den representerer noe grunnleggende om naturens virkemåte.

Både lover og teorier er avhengig av de grunnleggende elementene i den vitenskapelige metoden, som å lage hypoteser, gjøre eksperimenter, finne (eller ikke finne) empirisk bevis og trekke konklusjoner. Forskere må tross alt kunne replikere resultater hvis eksperimentet skal bli grunnlaget for en allment akseptert lov eller teori.

I denne artikkelen skal vi se på ti vitenskapelige lover og teorier som du kan pusse opp selv om du ikke bruker et skanningselektronmikroskop så ofte, for eksempel. La oss starte med en eksplosjon og avslutte med usikkerhet.

Hvis det er verdt å kjenne til minst én vitenskapelig teori, så la den forklare hvordan universet nådde sin nåværende tilstand (eller ikke nådde det). Basert på studier av Edwin Hubble, Georges Lemaitre og Albert Einstein, postulerer Big Bang-teorien at universet begynte for 14 milliarder år siden med en massiv ekspansjon. På et tidspunkt var universet innelukket i ett punkt og omfattet all materie i det nåværende universet. Denne bevegelsen fortsetter til i dag, og selve universet utvider seg stadig.

Big Bang-teorien fikk bred støtte i vitenskapelige kretser etter at Arno Penzias og Robert Wilson oppdaget den kosmiske mikrobølgebakgrunnen i 1965. Ved hjelp av radioteleskoper har to astronomer oppdaget kosmisk støy, eller statisk støy, som ikke forsvinner over tid. I samarbeid med Princeton-forsker Robert Dicke, bekreftet forskerparet Dickes hypotese om at det originale Big Bang etterlot lavnivåstråling som kan finnes i hele universet.

Hubbles lov om kosmisk ekspansjon

La oss holde Edwin Hubble et øyeblikk. Mens den store depresjonen raste på 1920-tallet, utførte Hubble banebrytende astronomisk forskning. Ikke bare beviste han at det fantes andre galakser ved siden av Melkeveien, men han fant også ut at disse galaksene skyndte seg bort fra vår egen, en bevegelse han kalte vikende.

For å kvantifisere hastigheten til denne galaktiske bevegelsen, foreslo Hubble loven om kosmisk ekspansjon, også kjent som Hubbles lov. Ligningen ser slik ut: hastighet = H0 x avstand. Hastighet er hastigheten på resesjonen til galakser; H0 er Hubble-konstanten, eller en parameter som indikerer ekspansjonshastigheten til universet; avstand er avstanden til én galakse til den som sammenligningen er gjort med.

Hubble-konstanten har blitt beregnet til forskjellige verdier i en stund, men den sitter for øyeblikket fast på 70 km/s per megaparsek. For oss er det ikke så viktig. Det viktige er at loven er en praktisk måte å måle hastigheten til en galakse i forhold til vår egen. Og enda viktigere, loven fastslo at universet består av mange galakser, hvis bevegelse kan spores til Big Bang.

Keplers lover for planetarisk bevegelse

I århundrer har forskere kjempet mot hverandre og religiøse ledere om banene til planetene, spesielt om de kretser rundt solen. På 1500-tallet la Copernicus frem sitt kontroversielle konsept om et heliosentrisk solsystem, der planetene kretser rundt solen i stedet for jorden. Det var imidlertid ikke før Johannes Kepler, som trakk på arbeidet til Tycho Brahe og andre astronomer, at det dukket opp et klart vitenskapelig grunnlag for planetbevegelse.

Keplers tre lover for planetbevegelse, utviklet tidlig på 1600-tallet, beskriver bevegelsen til planeter rundt solen. Den første loven, noen ganger kalt banens lov, sier at planetene kretser rundt solen i en elliptisk bane. Den andre loven, arealenes lov, sier at linjen som forbinder planeten med solen danner like områder med jevne mellomrom. Med andre ord, hvis du måler området skapt av en tegnet linje fra jorden til solen og sporer jordens bevegelse i 30 dager, vil området være det samme uavhengig av jordens posisjon i forhold til opprinnelsen.

Den tredje loven, loven om perioder, lar deg etablere et klart forhold mellom planetens omløpsperiode og avstanden til solen. Takket være denne loven vet vi at en planet som er relativt nær Solen, som Venus, har en mye kortere omløpsperiode enn fjerne planeter som Neptun.

Universell tyngdelov

Dette kan være på linje med kurset i dag, men for mer enn 300 år siden foreslo Sir Isaac Newton en revolusjonerende idé: alle to objekter, uavhengig av deres masse, utøver en gravitasjonsattraksjon på hverandre. Denne loven er representert av en ligning som mange skoleelever møter i de høyere klassene i fysikk og matematikk.

F = G × [(m1m2)/r²]

F er gravitasjonskraften mellom to objekter, målt i newton. M1 og M2 er massene til de to objektene, mens r er avstanden mellom dem. G er gravitasjonskonstanten, for øyeblikket beregnet som 6,67384(80) 10 −11 eller N m² kg −2 .

Fordelen med den universelle tyngdeloven er at den lar deg beregne gravitasjonsattraksjonen mellom to objekter. Denne evnen er ekstremt nyttig når forskere, for eksempel, sender en satellitt i bane eller bestemmer månens kurs.

Newtons lover

Mens vi er på temaet en av de største forskerne som noen gang har levd på jorden, la oss snakke om Newtons andre kjente lover. Hans tre bevegelseslover utgjør en vesentlig del av moderne fysikk. Og som mange andre fysikklover, er de elegante i sin enkelhet.

Den første av de tre lovene sier at et objekt i bevegelse forblir i bevegelse med mindre det blir påvirket av en ekstern kraft. For en ball som ruller på gulvet kan den ytre kraften være friksjon mellom ballen og gulvet, eller en gutt som slår ballen i den andre retningen.

Den andre loven etablerer et forhold mellom massen til et objekt (m) og dets akselerasjon (a) i form av ligningen F = m x a. F er en kraft målt i newton. Det er også en vektor, noe som betyr at den har en retningskomponent. På grunn av akselerasjonen har ballen som ruller på gulvet en spesiell vektor i bevegelsesretningen, og dette tas i betraktning når kraften beregnes.

Den tredje loven er ganske meningsfull og bør være kjent for deg: for hver handling er det en lik og motsatt reaksjon. Det vil si at for hver kraft som påføres en gjenstand på overflaten, blir gjenstanden frastøtt med samme kraft.

Termodynamikkens lover

Den britiske fysikeren og forfatteren C.P. Snow sa en gang at en uvitenskapsmann som ikke kjente termodynamikkens andre lov var som en vitenskapsmann som aldri hadde lest Shakespeare. Snows nå berømte uttalelse understreket viktigheten av termodynamikk og behovet for selv at folk langt fra vitenskapen kjenner det.

Termodynamikk er vitenskapen om hvordan energi fungerer i et system, enten det er en motor eller jordens kjerne. Det kan reduseres til noen få grunnleggende lover, som Snow skisserte som følger:

• Du kan ikke vinne.
• Du vil ikke unngå tap.
• Du kan ikke avslutte spillet.

La oss se litt på dette. Det Snow mente med å si at du ikke kan vinne er at siden materie og energi er bevart, kan du ikke få det ene uten å miste det andre (det vil si E=mc²). Det betyr også at du må levere varme for å kjøre motoren, men i fravær av et perfekt lukket system vil noe varme uunngåelig unnslippe ut i den åpne verden, noe som fører til den andre loven.

Den andre loven - tap er uunngåelige - betyr at du på grunn av økende entropi ikke kan gå tilbake til den forrige energitilstanden. Energi konsentrert på ett sted vil alltid ha en tendens til steder med lavere konsentrasjon.

Til slutt refererer den tredje loven – du kan ikke komme deg ut av spillet – til den laveste teoretisk mulige temperaturen – minus 273,15 grader Celsius. Når systemet når absolutt null, stopper bevegelsen av molekyler, noe som betyr at entropien vil nå sin laveste verdi og det vil ikke engang være kinetisk energi. Men i den virkelige verden er det umulig å nå absolutt null - bare veldig nær det.

Styrken til Archimedes

Etter at den gamle greske Archimedes oppdaget hans oppdriftsprinsipp, ropte han angivelig "Eureka!" (Funnet!) og løp naken gjennom Syracuse. Så sier legenden. Oppdagelsen var så viktig. Legenden sier også at Arkimedes oppdaget prinsippet da han la merke til at vannet i badekaret stiger når en kropp senkes ned i det.

Ifølge Archimedes sitt oppdriftsprinsipp er kraften som virker på en nedsenket eller delvis nedsenket gjenstand lik massen av væske som gjenstanden fortrenger. Dette prinsippet er av største betydning i tetthetsberegninger, så vel som i utformingen av ubåter og andre havgående fartøyer.

Evolusjon og naturlig utvalg

Nå som vi har etablert noen av de grunnleggende konseptene for hvordan universet begynte og hvordan fysiske lover påvirker våre daglige liv, la oss rette oppmerksomheten mot den menneskelige formen og finne ut hvordan vi kom til dette punktet. Ifølge de fleste forskere har alt liv på jorden en felles stamfar. Men for å danne en så stor forskjell mellom alle levende organismer, måtte noen av dem bli til en egen art.

I en generell forstand har denne differensieringen skjedd i evolusjonsprosessen. Populasjoner av organismer og deres egenskaper har gått gjennom mekanismer som mutasjoner. De med flere overlevelsestrekk, som brune frosker som kamuflerer seg selv i sumper, ble naturlig valgt for å overleve. Det er her begrepet naturlig utvalg kommer fra.

Du kan multiplisere disse to teoriene med mange, mange ganger, og faktisk gjorde Darwin dette på 1800-tallet. Evolusjon og naturlig utvalg forklarer det enorme mangfoldet av liv på jorden.

Generell relativitetsteori

Albert Einstein var og forblir den viktigste oppdagelsen som for alltid forandret vårt syn på universet. Einsteins viktigste gjennombrudd var utsagnet om at rom og tid ikke er absolutte, og tyngdekraften er ikke bare en kraft som påføres en gjenstand eller masse. Snarere har tyngdekraften å gjøre med det faktum at masse forvrider rommet og tiden selv (romtid).

For å forstå dette, forestill deg at du kjører over jorden i en rett linje i østlig retning fra for eksempel den nordlige halvkule. Etter en stund, hvis noen ønsker å bestemme posisjonen din nøyaktig, vil du være mye sør og øst for den opprinnelige posisjonen din. Dette er fordi jorden er buet. For å kjøre rett østover, må du ta hensyn til jordens form og kjøre i en vinkel litt nord. Sammenlign en rund ball og et papirark.

Plassen er stort sett den samme. For eksempel vil det være åpenbart for passasjerene til en rakett som flyr rundt jorden at de flyr i en rett linje i verdensrommet. Men i virkeligheten krummer romtiden rundt dem under tyngdekraften fra jorden, noe som får dem til å både bevege seg fremover og holde seg i jordens bane.

Einsteins teori hadde en enorm innvirkning på fremtiden til astrofysikk og kosmologi. Hun forklarte en liten og uventet anomali i Merkurs bane, viste hvordan stjernelyset bøyer seg og la det teoretiske grunnlaget for sorte hull.

Heisenberg usikkerhetsprinsipp

Einsteins utvidelse av relativitetsteorien lærte oss mer om hvordan universet fungerer og bidro til å legge grunnlaget for kvantefysikk, noe som førte til en helt uventet forlegenhet av teoretisk vitenskap. I 1927 førte erkjennelsen av at alle universets lover er fleksible i en viss sammenheng til den oppsiktsvekkende oppdagelsen av den tyske forskeren Werner Heisenberg.

Ved å postulere sitt usikkerhetsprinsipp innså Heisenberg at det var umulig å kjenne to egenskaper til en partikkel samtidig med et høyt nøyaktighetsnivå. Du kan vite posisjonen til et elektron med høy grad av nøyaktighet, men ikke momentumet, og omvendt.

Senere gjorde Niels Bohr en oppdagelse som bidro til å forklare Heisenberg-prinsippet. Bohr fant at elektronet har egenskapene til både en partikkel og en bølge. Konseptet ble kjent som bølge-partikkel-dualitet og dannet grunnlaget for kvantefysikk. Derfor, når vi måler posisjonen til et elektron, definerer vi det som en partikkel på et bestemt punkt i rommet med en ubestemt bølgelengde. Når vi måler momentumet, betrakter vi elektronet som en bølge, noe som betyr at vi kan vite amplituden til lengden, men ikke posisjonen.