Începem o serie de articole despre probleme și concepte învechite din programa școlară și sugerăm să discutăm de ce școlarii au nevoie de fizică și de ce astăzi nu este predată așa cum ne-am dori.

De ce un student modern studiază fizica? Fie ca să nu-l deranjeze părinții și profesorii, fie atunci, pentru a trece cu succes examenul la alegerea lui, obțineți numărul necesar de puncte și intrați într-o universitate bună. Există o altă opțiune că un elev iubește fizica, dar această dragoste există de obicei separat cumva de programa școlară.

În oricare dintre aceste cazuri, predarea se desfășoară după aceeași schemă. Se adaptează la sistemul propriu de control - cunoștințele trebuie prezentate într-o asemenea formă încât să poată fi ușor verificate. Pentru aceasta, există un sistem de GIA și Examenul Unificat de Stat și, ca urmare, pregătirea pentru aceste examene devine scopul principal al pregătirii.

Cum este organizat examenul de stat unificat în fizică în versiunea sa actuală? Sarcinile de examen sunt compilate conform unui codificator special, care include formule pe care, teoretic, fiecare student ar trebui să le cunoască. Este vorba despre o sută de formule pentru toate secțiunile programului școlar - de la cinematică la fizica nucleară.

Majoritatea sarcinilor – undeva în jur de 80% – vizează tocmai aplicarea acestor formule. Mai mult, alte metode de rezolvare nu pot fi folosite: am înlocuit o formulă care nu se află în listă - nu am primit un anumit număr de puncte, chiar dacă răspunsul a convergit. Și doar restul de 20% sunt sarcini de înțelegere.

Ca urmare, scopul principal al predării este de a se asigura că studenții cunosc acest set de formule și îl pot aplica. Și toată fizica se reduce la o simplă combinatorie: citiți condițiile problemei, înțelegeți ce formulă aveți nevoie, înlocuiți indicatorii necesari și obțineți rezultatul.

În școlile de elită și de specialitate de fizică și matematică, educația, desigur, este aranjată diferit. Acolo, ca și în pregătirea pentru tot felul de olimpiade, există un anumit element de creativitate, iar combinatoria formulelor devine mult mai complicată. Dar aici ne interesează programul de bază în fizică și deficiențele acestuia.

Sarcinile standard și construcțiile teoretice abstracte pe care un școlar obișnuit ar trebui să le cunoască sunt foarte repede erodate din capul lui. Drept urmare, nimeni nu cunoaște fizica după absolvirea școlii - cu excepția minorității care, dintr-un motiv oarecare, sunt interesate de aceasta sau au nevoie de ea în specialitatea lor.

Se pare că știința, al cărei scop principal era cunoașterea naturii și a lumii fizice reale, la școală devine complet abstractă și îndepărtată de experiența umană de zi cu zi. Fizica, ca și alte discipline, este predată prin înghesuială, iar când în liceu cantitatea de cunoștințe care trebuie învățate crește dramatic, devine pur și simplu imposibil să memorezi totul.

În mod clar despre abordarea „formulă” a învățării.

Dar acest lucru nu ar fi necesar dacă scopul învățării nu ar fi aplicarea formulelor, ci înțelegerea subiectului. Înțelegerea este în cele din urmă mult mai ușoară decât înghesuirea.

Formați o imagine a lumii

Să vedem, de exemplu, cum le citesc cărțile lui Yakov Perelman „Fizica distractivă”, „Matematică distractivă”, pe care multe generații de școlari și copii post-școlari le citesc. Aproape fiecare paragraf din „Fizica” lui Perlman învață să pună întrebări pe care fiecare copil și le poate pune, pornind de la logica elementară și experiența de zi cu zi.

Sarcinile pe care ni se propune să le rezolvăm aici nu sunt cantitative, ci calitative: nu trebuie să calculăm un indicator abstract cum ar fi eficiența, ci să reflectăm de ce o mașină cu mișcare perpetuă este imposibilă în realitate, este posibil să tragem dintr-un tun la luna; trebuie să efectuați un experiment și să evaluați care va fi efectul oricărei interacțiuni fizice.

Un exemplu din „Fizica distractivă” 1932: problema lebedei, racilor și știucii lui Krylov, rezolvată după regulile mecanicii. Rezultatul (OD) ar trebui să ducă căruciorul în apă.

Într-un cuvânt, nu este necesar să memorați formulele aici - principalul lucru este să înțelegeți ce legi fizice respectă obiectele realității înconjurătoare. Singura problemă este că cunoștințele de acest fel sunt mult mai greu de verificat obiectiv decât prezența în capul unui elev a unui set precis definit de formule și ecuații.

Prin urmare, fizica pentru un student obișnuit se transformă într-o înghesuială plictisitoare și, în cel mai bun caz, un fel de joc abstract al minții. Formarea unei imagini complete asupra lumii la o persoană nu este deloc sarcina pe care o îndeplinește de facto sistemul modern de învățământ. În acest sens, apropo, nu este prea diferit de cel sovietic, pe care mulți tind să îl supraestimeze (pentru că mai devreme se presupune că am dezvoltat bombe atomice și am zburat în spațiu, dar acum știm doar să vindem petrol).

Potrivit cunoștințelor de fizică, studenții de după absolvire acum, ca și atunci, sunt împărțiți în aproximativ două categorii: cei care o cunosc foarte bine și cei care nu o cunosc deloc. La a doua categorie, situația s-a înrăutățit mai ales când timpul de predare a fizicii în clasele 7-11 a fost redus de la 5 la 2 ore pe săptămână.

Majoritatea școlarilor chiar nu au nevoie de formule și teorii fizice (pe care le înțeleg foarte bine) și, cel mai important, nu sunt interesați de forma abstractă și uscată în care sunt prezentate acum. Drept urmare, educația în masă nu îndeplinește nicio funcție - este nevoie doar de timp și efort. Scolarii au nu mai putin de profesori.

Atenție: abordarea greșită a predării științei poate fi devastatoare

Dacă sarcina programului școlar ar fi de a forma o imagine a lumii, situația ar fi cu totul alta.

Desigur, ar trebui să existe și clase de specialitate în care să învețe cum să rezolve probleme complexe și să se familiarizeze profund cu teoria, care nu se mai intersectează cu experiența de zi cu zi. Dar ar fi mai interesant și mai util ca un școlar obișnuit, „de masă” să cunoască ce legi funcționează lumea fizică în care trăiește.

Chestia, desigur, nu se rezumă la faptul că școlarii citesc Perelman în loc de manuale. Trebuie să ne schimbăm abordarea asupra predării. Multe secțiuni (de exemplu, mecanica cuantică) ar putea fi eliminate din programa școlară, altele ar putea fi reduse sau revizuite, dacă nu pentru dificultățile organizatorice omniprezente, conservatorismul fundamental al materiei și al sistemului educațional în ansamblu.

Dar haideți să visăm puțin. După aceste schimbări, probabil, ar crește și adecvarea socială generală: oamenii ar fi mai puțin probabil să aibă încredere în tot felul de escroci de torsiune care speculează „protecția biocâmpului” și „normalizarea aurei” cu ajutorul unor dispozitive simple și bucăți de minerale necunoscute.

Toate aceste consecințe ale unui sistem de învățământ vicios le-am observat deja în anii 90, când cei mai de succes escroci foloseau chiar sume considerabile de la bugetul de stat, și observăm acum, deși la scară mai mică.

Celebrul Grigory Grabovoi nu numai că a asigurat că poate învia oamenii, ci și a îndepărtat asteroizii de pe Pământ cu puterea gândirii și a „diagnosticat psihic” avioanele guvernamentale. El a fost patronat nu de nimeni, ci de generalul Georgy Rogozin, șef adjunct al Serviciului de Securitate sub președintele Federației Ruse.

Cum să te pregătești pentru examenul de fizică? Și un student harnic are nevoie de vreo pregătire specială?

„Cinci la școala de fizică. Mergem la cursuri. Ce altceva face? La urma urmei, fizica nu este literatură, unde trebuie să citești 100 de cărți înainte de a scrie un eseu. Totul este simplu aici: înlocuiți numerele din formulă - obțineți punctele.

Așa se ceartă de obicei părinții și elevii miop. „De dragul ordinii” urmează cursuri pregătitoare la universitate. Cu o lună înainte de examen, se îndreaptă către tutore: „Pregătește-ne înainte de examen și arată-ne cum să rezolvăm problemele tipice.” Și deodată un șurub din albastru - scoruri mici la examenul de fizică. De ce? Cine este vinovat? Poate un tutore?

Se dovedește că școala cinci de fizică nu a valorat nimic! Nu este greu să-l obții - citește un paragraf din manual, ridică mâna în clasă, face un reportaj pe tema „Viața lui Lomonosov” - și gata. Ei nu predau probleme de fizica la scoala., iar examenul la această materie constă aproape în întregime din sarcini.

Se dovedește că practic nu există niciun experiment fizic la școală. Elevul își imaginează un condensator sau o buclă cu curent așa cum îi spune fantezia lui. Evident, fiecare fantezie sugerează ceva diferit.

Se pare că în multe școli din Moscova nu există deloc fizică. Adesea, studenții raportează: „Dar avem un istoric care conduce fizică. Și fizicianul nostru a fost bolnav timp de un an, apoi a emigrat.”

Fizica era undeva în curtea educației școlare! S-a transformat de mult într-un subiect secundar, ceva de genul siguranței vieții sau istoria naturală.
La școală cu fizica - un adevărat dezastru.

Societatea noastră simte deja consecințele acestei catastrofe. Există o lipsă acută de specialiști - ingineri, constructori, proiectanți. accidente provocate de om. Incapacitatea personalului de a se descurca chiar și cu echipamentul care a fost construit în epoca sovietică. Și în același timp - o supraabundență de oameni cu diplome în economie, drept sau „manager de marketing”.

Mulți merg la specialități de inginerie doar pentru că există o concurență scăzută. „Nu va funcționa la MGIMO, nu vrem să ne alăturăm armatei, așa că vom merge la MAI, va trebui să ne pregătim pentru examenul de stat unificat în fizică.” Așa că se pregătesc cu un scârțâit, sărind peste cursuri și întrebându-se: de ce nu se rezolvă aceste sarcini?

Acest lucru nu se aplică la tine, nu-i așa?

Fizica este o adevărată știință. Frumoasa. Paradoxal. Și foarte interesant. Este imposibil să „tragi” aici - trebuie să studiezi fizica însăși ca știință.

Nu există sarcini USE „tipice”. Nu există „formule” magice în care trebuie să înlocuiți ceva. Fizica este înțelegere la nivel de idei. Este un sistem coerent de idei complexe despre cum funcționează lumea..

Dacă decideți să vă pregătiți pentru examenul de fizică și să intrați într-o universitate tehnică, acordați-vă o muncă serioasă.

Iată câteva sfaturi practice:

Sfat 1.
Începeți să vă pregătiți din timp pentru examenul de fizică. Doi ani, adică clasele 10 și 11, este perioada optimă de pregătire. Într-un an universitar, mai poți avea timp să faci ceva. Și începeți cu două luni înainte de examen - contați pe maximum 50 de puncte.

Avertizăm imediat împotriva autopregătirii. Rezolvarea problemelor de fizică este o abilitate. În plus, este o artă care poate fi învățată doar sub îndrumarea unui maestru - un tutore cu experiență.

Sfatul 2.
Fizica este imposibilă fără matematică. Dacă aveți lacune în pregătirea matematică, eliminați-le imediat. Știți dacă aveți aceste lacune? Ușor de verificat. Dacă nu puteți descompune un vector în componente, nu puteți exprima o valoare necunoscută dintr-o formulă sau nu puteți rezolva o ecuație, apoi faceți matematica.

La urma urmei, rezolvarea multor probleme de USE din fizică se termină cu un răspuns numeric. Aveți nevoie de un calculator neprogramabil cu sinusuri și logaritmi. Un calculator de birou cu patru pași sau un calculator într-un telefon mobil nu este bun.
Cumpărați un calculator neprogramabil chiar de la începutul antrenamentului pentru a-l stăpâni la nivel de automatitate. Aduceți fiecare problemă pe care o rezolvați până la capăt, adică la răspunsul numeric corect.

Care sunt cele mai bune cărți de pregătit pentru examenul de fizică?

1. Misiunea lui Rymkevich.

Conține multe sarcini simple care sunt bune pentru a pune mâna. După „Rymkevich”, formulele sunt reținute de la sine, iar problemele părții A sunt rezolvate fără dificultate.

2. Mai multe cărți utile:
Bendrikov G. A., Bukhovtsev B. B., Kerzhentsev V. V., Myakishev G. Ya. Probleme de fizică pentru solicitanții la universități.
Bakanina L. P., Belonuchkin V. E., Kozel S. M. Culegere de probleme de fizică: Pentru clasele 10-11 cu studiu aprofundat al fizicii.
Parfent'eva N. A. Culegere de probleme de fizică. clasa 10-11.

Cel mai important lucru. Pentru a te pregăti cu succes pentru examenul de fizică, trebuie să înțelegi clar de ce ai nevoie de el. Până la urmă, nu numai pentru a trece examenul, pentru a intra și a ieși din armată?
Un posibil răspuns ar putea fi acesta. Este necesar să vă pregătiți pentru Examenul Unificat de Stat în fizică pentru a deveni un specialist înalt calificat, căutat în viitor. Mai mult, cunoștințele de fizică te vor ajuta să devii o persoană cu adevărat educată.

Pentru a reuși la examenul de fizică, trebuie să fii atent la clasă, să studiezi în mod regulat materiale noi și să ai o înțelegere suficient de profundă a ideilor și principiilor de bază. Pentru a face acest lucru, puteți folosi mai multe metode și puteți colabora cu colegii de clasă pentru a consolida cunoștințele. În plus, este important să vă odihniți bine și o gustare bună înainte de examen, precum și să vă păstrați calmul în timpul acestuia. Dacă ai studiat cu mult înainte de examen, îl poți promova fără probleme.

Pași

Cum să profiti la maximum de clasă

Începeți să studiați materialul pe care l-ați parcurs cu câteva zile sau săptămâni înainte de examen. Este puțin probabil să treci examenul în mod normal dacă începi să te pregătești pentru el în ultima seară. Programează-ți timp pentru studierea și consolidarea materialului și rezolvarea problemelor practice cu câteva zile sau chiar săptămâni înainte de examen, astfel încât să ai timp să te pregătești corespunzător pentru acesta.

• Încercați să stăpâniți cât mai bine materialul necesar pentru a vă simți încrezător în timpul examenului.

1. Examinați subiectele care pot apărea la examen. Cel mai probabil, aceste subiecte le-ați abordat recent în clasă și vi s-au dat teme pentru acasă. Revedeți notele pe care le-ați luat la clasă și încercați să memorați formulele și conceptele de bază de care este posibil să aveți nevoie pentru a susține examenul.

2. Citiți manualul înainte de oră. Familiarizați-vă în prealabil cu subiectul relevant, astfel încât să puteți absorbi mai bine materialul în timpul lecției. Multe principii fizice se bazează pe ceea ce ai studiat înainte. Identificați punctele pe care nu le înțelegeți și scrieți întrebările pe care să le adresați profesorului dvs.

   • De exemplu, dacă ați învățat deja cum să determinați viteza, este probabil ca în pasul următor să învățați cum să calculați accelerația medie. Citiți în avans secțiunea relevantă a manualului pentru a înțelege mai bine materialul.

3. Rezolvați problemele acasă. După fiecare oră de școală, petrece cel puțin 2-3 ore memorând formule noi și învățând cum să le folosești. Această repetare vă va ajuta să absorbiți mai bine idei noi și să învățați cum să rezolvați problemele care pot apărea la examen.

   • Dacă doriți, puteți nota timpul pentru a reproduce condițiile examenului viitor.

4. Revizuiește-ți și corectează-ți temele. Revizuiți temele terminate și încercați să remediați orice probleme care v-au cauzat dificultăți sau care nu au fost finalizate corect. Rețineți că mulți profesori pun aceleași întrebări și sarcini la examen pe care le-au întâlnit la teme.

   • Chiar și sarcinile completate corect ar trebui revizuite pentru a consolida materialul acoperit.

5. Participați la toate cursurile și aveți grijă.În fizică, ideile și conceptele noi sunt construite pe cunoștințele anterioare, motiv pentru care este atât de important să nu pierzi lecțiile și să studiezi în mod regulat, altfel poți rămâne în urmă altora. Dacă nu puteți participa la un curs, asigurați-vă că vă luați notele și citiți secțiunea corespunzătoare din manualul dvs.

   • Dacă nu puteți participa la cursuri din cauza unei urgențe sau a unei boli, întrebați profesorul ce material trebuie să învățați.

6. Folosiți carduri pentru a vă aminti mai bine diferiți termeni și formule. Scrieți numele legii fizice pe o parte a cardului și formula corespunzătoare pe cealaltă parte. Rugați pe cineva să citească cu voce tare numele formulei și apoi să încercați să o scrie corect.

   • De exemplu, puteți scrie „viteză” pe o parte a cardului și puteți scrie formula corespunzătoare pe cealaltă: „v = s / t”.
   • Puteți scrie „A doua lege a lui Newton” pe o parte a cărții, iar formula corespunzătoare pe cealaltă: „∑F = ma”.

7. Amintiți-vă ce v-a cauzat cele mai multe probleme la examenele anterioare. Dacă ați scris deja teste sau ați susținut examene înainte, trebuie să acordați o atenție deosebită acelor subiecte care v-au creat dificultăți. În acest fel, îți vei întări punctele slabe și vei putea obține un scor mai mare.

   • Este deosebit de util să faceți acest lucru înainte de examenele finale, care evaluează cunoștințele în multe domenii ale fizicii.

Cum să te pregătești pentru un examen

1. Dormi cu o noapte înainte de examen 7–8 ore . Este necesar să dormi suficient pentru a ne aminti mai ușor materialul acoperit și pentru a găsi soluțiile potrivite la probleme. Dacă vă înghesuiți toată noaptea și nu vă odihniți, atunci a doua zi dimineața nu vă veți aminti bine ce ați învățat cu o zi înainte.

   • Chiar dacă examenul este programat pentru mijlocul zilei, este mai bine să te trezești devreme și să te pregătești din timp.
   • La fizică se cere o atenție sporită și gândire critică, așa că este mai bine să vii la examen bine odihnit și bine odihnit.
   • Urmați programul obișnuit de somn - acest lucru vă va permite să consolidați cunoștințele acumulate.

2. Mănâncă un mic dejun bun în ziua examenului. La micul dejun, este bine să consumi alimente bogate în carbohidrați cu digerare lentă, precum fulgii de ovăz sau pâinea din cereale integrale, pentru a te ajuta să performați mai eficient în timpul examenului. De asemenea, ar trebui să mănânci alimente proteice, cum ar fi ouă, iaurt sau lapte, pentru a te menține sătul mai mult timp. În cele din urmă, dă-ți organismului un plus de energie, rotunjind micul dejun cu fructe bogate în fibre, cum ar fi mere, banane sau pere.

   • Un mic dejun sănătos și consistent înainte de un examen vă va ajuta să vă amintiți mai bine ce ați învățat.

Formule de bază în fizică, explicații ale formulelor, programa școlară și educație ulterioară, ajutarea elevului în studiul fizicii, aplicarea practică a f...

Formule de bază în fizică pentru clasa a 9-a. Tot ce trebuie să știi!

De către Masterweb

05.06.2018 14:00

Fizica este o știință tehnică riguroasă. Uneori nu toată lumea reușește să țină pasul în această disciplină în anii de școală. Mai mult decât atât, nu fiecare elev are o mentalitate logică și tehnică, iar fizica la școală este nevoită să predea pe absolut toată lumea. Este posibil ca formulele din manual să nu încapă în cap. În acest articol vom lua în considerare formulele de bază în fizică pentru clasa a 9-a la mecanică.

Mecanica

Merită să începeți cu cele mai simple și simple legi din fizică. După cum știți, un subiect atât de extins precum mecanica constă din trei paragrafe:

1. Statică.
2. Dinamica.
3. Cinematică.

Cinematica este studiată în clasa a 10-a, așa că nu o vom lua în considerare în cadrul acestui articol.

Statică

Ar trebui studiat secvențial, începând cu formule simple de statică. Și anume, din formulele presiunii, momentul de inerție al corpurilor de revoluție și momentul forței. Formulele la fizică clasa a 9-a cu explicații vor fi prezentate clar mai jos.

Presiunea este o măsură a forței care acționează asupra suprafeței unui corp, măsurată în pascali. Presiunea este calculată ca raport dintre forță și suprafață, astfel încât formula va arăta cât se poate de simplă:

Momentul de inerție al corpurilor de revoluție este o măsură a inerției în mișcarea de rotație a unui corp în jurul său sau, strict vorbind, produsul dintre masa corpului și raza pătrată a acestuia. Formula corespunzătoare este:

Momentul forței (sau, așa cum mulți oameni îl numesc, momentul de rotație) este forța aplicată unui corp rigid și care creează rotația. Aceasta este o mărime vectorială, care poate avea și semn negativ, măsurată în metri înmulțit cu Newton. În reprezentarea canonică, formula implică produsul dintre forța aplicată corpului și distanța (umărul forței), formula:

Dinamica

Formule în fizică clasele 7-9 cu explicații despre dinamică - următorul nostru pas. De fapt, aceasta este cea mai mare și mai semnificativă secțiune a mecanicii. Toate corpurile sunt supuse mișcării, chiar fiind în repaus, unele forțe acționează asupra lor provocând mișcare. Conceptele importante de învățat înainte de a înțelege dinamica sunt calea, viteza, accelerația și masa.

Primul pas, desigur, este să studiezi legile lui Newton.

Prima lege a lui Newton este o definiție fără formulă. Se spune că corpul fie este în repaus, fie se mișcă, dar numai după ce toate forțele concentrate asupra lui sunt echilibrate.

A doua și cea mai faimoasă lege a lui Newton spune că accelerația unui corp depinde de forța aplicată acestuia. Formula include și masa obiectului căruia i se aplică forța.

Vă rugăm să rețineți că formula de mai sus este scrisă în formă scalară - forța și accelerația în vector pot avea semn negativ, acest lucru trebuie luat în considerare.

A treia lege a lui Newton: forța de acțiune este egală cu forța de reacție. Tot ce trebuie să știi din această lege este că fiecare forță are aceeași forță în opoziție, doar îndreptată în sens opus, menținând astfel un echilibru pe planeta noastră.

Acum să luăm în considerare alte forțe care acționează în cadrul dinamicii și acestea sunt forța gravitațională, elasticitatea, frecarea și forța frecării de rulare. Toate sunt vectoriale și pot fi direcționate în orice direcție, iar împreună pot forma sisteme: adunați și scădeți, înmulțiți sau împărțiți. Dacă forțele nu sunt direcționate paralel între ele, atunci calculul va trebui să utilizeze cosinusul unghiului dintre ele.

Formulele de fizică de clasa a IX-a includ în program și legea gravitației universale și a vitezelor cosmice, pe care fiecare elev ar trebui să le cunoască.

Legea gravitației universale este legea lui Isaac Newton, deja notorie pentru noi, care apare în teoria sa clasică. De fapt, s-a dovedit a fi revoluționar: legea prevede că orice corp situat în câmpul gravitațional al Pământului este atras de miezul său. Și într-adevăr este.

viteze spațiale

Prima viteză cosmică este necesară pentru a intra pe orbita Pământului (egale numeric cu 7,9 km/s), iar cea de-a doua viteză cosmică este necesară pentru a depăși atracția gravitațională pentru a nu numai să depășească orbită, ci și să permită obiectului să se miște într-o traiectorie non-circulară. Este egal cu 11,2 km/s, respectiv. Este important ca ambele viteze cosmice au fost depășite de omenire și, datorită lor, zborurile în spațiu sunt posibile astăzi. Formulele de fizică pentru clasa a 9-a nu implică viteze cosmice a treia și a patra, dar există și ele.

Concluzie

În acest articol au fost luate în considerare formulele de bază la fizică pentru clasa a 9-a. Studiul lor oferă studenților oportunități de a învăța secțiuni mai complexe ale fizicii, cum ar fi electricitatea, magnetismul, teoria sunetului sau moleculară. Fără a cunoaște mecanica, este imposibil să înțelegem restul fizicii, mecanica este o parte fundamentală a acestei științe astăzi. Formulele la fizică pentru nota a 9-a sunt necesare și pentru promovarea examenului de stat la fizică, rezumatul și ortografia lor trebuie să fie cunoscute de fiecare absolvent de clasa a IX-a care intră într-o facultate tehnică. Să-ți amintești de ele nu este dificil.

Strada Kievyan, 16 0016 Armenia, Erevan +374 11 233 255

Oamenii de știință de pe planeta Pământ folosesc o mulțime de instrumente pentru a încerca să descrie modul în care funcționează natura și universul în ansamblu. Că ajung la legi și teorii. Care este diferența? O lege științifică poate fi adesea redusă la o afirmație matematică, cum ar fi E = mc²; această afirmație se bazează pe date empirice și adevărul ei, de regulă, se limitează la un anumit set de condiții. În cazul lui E = mc² - viteza luminii în vid.

O teorie științifică caută adesea să sintetizeze un set de fapte sau observații ale unor fenomene specifice. Și în general (dar nu întotdeauna) există o declarație clară și verificabilă despre modul în care funcționează natura. Nu este deloc necesar să reducem teoria științifică la o ecuație, dar reprezintă ceva fundamental despre funcționarea naturii.

Atât legile, cât și teoriile depind de elementele de bază ale metodei științifice, cum ar fi formularea de ipoteze, realizarea de experimente, găsirea (sau negăsirea) de dovezi empirice și tragerea de concluzii. La urma urmei, oamenii de știință trebuie să fie capabili să reproducă rezultatele dacă experimentul urmează să devină baza unei legi sau teorii general acceptate.

În acest articol, ne vom uita la zece legi și teorii științifice pe care le poți peria chiar dacă nu folosești un microscop electronic cu scanare atât de des, de exemplu. Să începem cu o explozie și să terminăm cu incertitudinea.

Dacă merită să cunoașteți cel puțin o teorie științifică, atunci lăsați-o să explice cum universul a atins starea actuală (sau nu a ajuns la ea). Pe baza studiilor lui Edwin Hubble, Georges Lemaitre și Albert Einstein, teoria Big Bang-ului postulează că universul a început acum 14 miliarde de ani, cu o expansiune masivă. La un moment dat, universul a fost închis într-un singur punct și a cuprins toată materia universului actual. Această mișcare continuă până în zilele noastre, iar universul însuși se extinde constant.

Teoria Big Bang a primit sprijin larg în cercurile științifice după ce Arno Penzias și Robert Wilson au descoperit fundalul cosmic cu microunde în 1965. Folosind radiotelescoape, doi astronomi au detectat zgomot cosmic, sau static, care nu se disipă în timp. În colaborare cu cercetătorul de la Princeton Robert Dicke, cei doi oameni de știință au confirmat ipoteza lui Dicke că Big Bang-ul original a lăsat în urmă radiații de nivel scăzut care pot fi găsite în tot universul.

Legea expansiunii cosmice a lui Hubble

Să-l ținem pe Edwin Hubble pentru o secundă. În timp ce Marea Depresiune făcea furie în anii 1920, Hubble efectua cercetări astronomice inovatoare. Nu numai că a demonstrat că mai există și alte galaxii în afară de Calea Lactee, dar a descoperit și că aceste galaxii se îndepărtează de ale noastre, o mișcare pe care a numit-o retragere.

Pentru a cuantifica viteza acestei mișcări galactice, Hubble a propus legea expansiunii cosmice, alias legea lui Hubble. Ecuația arată astfel: viteză = H0 x distanță. Viteza este viteza de recesiune a galaxiilor; H0 este constanta Hubble sau parametrul care indică rata de expansiune a universului; distanta este distanta dintre o galaxie fata de cea cu care se face comparatia.

Constanta Hubble a fost calculată la valori diferite de ceva timp, dar în prezent este blocată la 70 km/s per megaparsec. Pentru noi nu este atât de important. Important este că legea este o modalitate convenabilă de a măsura viteza unei galaxii în raport cu a noastră. Și mai important, legea a stabilit că Universul este format din multe galaxii, a căror mișcare poate fi urmărită până la Big Bang.

Legile lui Kepler ale mișcării planetare

Timp de secole, oamenii de știință s-au luptat între ei și liderii religioși pe orbitele planetelor, mai ales dacă acestea se învârt în jurul soarelui. În secolul al XVI-lea, Copernic a prezentat conceptul său controversat al unui sistem solar heliocentric, în care planetele se învârt în jurul Soarelui, mai degrabă decât în ​​jurul Pământului. Cu toate acestea, abia până la Johannes Kepler, care s-a bazat pe lucrările lui Tycho Brahe și a altor astronomi, a apărut o bază științifică clară pentru mișcarea planetară.

Cele trei legi ale mișcării planetare ale lui Kepler, dezvoltate la începutul secolului al XVII-lea, descriu mișcarea planetelor în jurul Soarelui. Prima lege, numită uneori legea orbitelor, afirmă că planetele se învârt în jurul Soarelui pe o orbită eliptică. A doua lege, legea zonelor, spune că linia care leagă planeta de soare formează zone egale la intervale regulate. Cu alte cuvinte, dacă măsurați aria creată de o linie trasată de la Pământ la Soare și urmăriți mișcarea Pământului timp de 30 de zile, aria va fi aceeași, indiferent de poziția Pământului față de origine.

A treia lege, legea perioadelor, vă permite să stabiliți o relație clară între perioada orbitală a planetei și distanța până la Soare. Datorită acestei legi, știm că o planetă care este relativ aproape de Soare, precum Venus, are o perioadă orbitală mult mai scurtă decât planetele îndepărtate precum Neptun.

Legea universală a gravitației

Acest lucru poate fi egal pentru cursul de astăzi, dar în urmă cu mai bine de 300 de ani, Sir Isaac Newton a propus o idee revoluționară: oricare două obiecte, indiferent de masa lor, exercită o atracție gravitațională unul asupra celuilalt. Această lege este reprezentată de o ecuație pe care mulți școlari o întâlnesc în clasele superioare de fizică și matematică.

F = G × [(m1m2)/r²]

F este forța gravitațională dintre două obiecte, măsurată în newtoni. M1 și M2 sunt masele celor două obiecte, în timp ce r este distanța dintre ele. G este constanta gravitațională, calculată în prezent ca 6,67384(80) 10 −11 sau N m² kg −2 .

Avantajul legii universale a gravitației este că vă permite să calculați atracția gravitațională dintre oricare două obiecte. Această abilitate este extrem de utilă atunci când oamenii de știință, de exemplu, lansează un satelit pe orbită sau determină cursul lunii.

legile lui Newton

În timp ce vorbim despre unul dintre cei mai mari oameni de știință care au trăit vreodată pe Pământ, haideți să vorbim despre celelalte legi celebre ale lui Newton. Cele trei legi ale mișcării ale sale formează o parte esențială a fizicii moderne. Și ca multe alte legi ale fizicii, ele sunt elegante în simplitatea lor.

Prima dintre cele trei legi afirmă că un obiect în mișcare rămâne în mișcare dacă nu este acționat de o forță externă. Pentru o minge care se rostogolește pe podea, forța externă ar putea fi frecarea dintre minge și podea, sau un băiat care lovește mingea în cealaltă direcție.

A doua lege stabilește o relație între masa unui obiect (m) și accelerația acestuia (a) sub forma ecuației F = m x a. F este o forță măsurată în newtoni. Este, de asemenea, un vector, adică are o componentă direcțională. Din cauza accelerației, mingea care se rostogolește pe podea are un vector special în direcția mișcării sale, iar acest lucru este luat în considerare la calcularea forței.

A treia lege este destul de semnificativă și ar trebui să vă fie familiară: pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă. Adică, pentru fiecare forță aplicată unui obiect de pe suprafață, obiectul este respins cu aceeași forță.

Legile termodinamicii

Fizicianul și scriitorul britanic C.P. Snow a spus odată că un om de știință care nu cunoștea a doua lege a termodinamicii era ca un om de știință care nu l-a citit niciodată pe Shakespeare. Declarația de acum faimoasă a lui Snow a subliniat importanța termodinamicii și nevoia chiar și ca oamenii departe de știință să o cunoască.

Termodinamica este știința modului în care funcționează energia într-un sistem, fie că este un motor sau nucleul Pământului. Poate fi redus la câteva legi de bază, pe care Snow le-a subliniat după cum urmează:

• Nu poți câștiga.
• Nu vei evita pierderile.
• Nu poți ieși din joc.

Să ne uităm puțin la asta. Ceea ce Snow a vrut să spună că nu poți câștiga este că, deoarece materia și energia sunt conservate, nu poți câștiga una fără să o pierzi pe cealaltă (adică E=mc²). De asemenea, înseamnă că trebuie să furnizați căldură pentru a porni motorul, dar în absența unui sistem perfect închis, o parte de căldură va scăpa inevitabil în lumea deschisă, ceea ce duce la a doua lege.

A doua lege - pierderile sunt inevitabile - înseamnă că, din cauza entropiei în creștere, nu puteți reveni la starea energetică anterioară. Energia concentrată într-un singur loc va tinde întotdeauna către locuri cu concentrație mai mică.

În cele din urmă, a treia lege - nu poți ieși din joc - se referă la cea mai scăzută temperatură posibilă teoretic - minus 273,15 grade Celsius. Când sistemul ajunge la zero absolut, mișcarea moleculelor se oprește, ceea ce înseamnă că entropia va atinge cea mai mică valoare și nici măcar nu va exista energie cinetică. Dar în lumea reală este imposibil să ajungi la zero absolut - doar foarte aproape de acesta.

Puterea lui Arhimede

După ce vechiul grec Arhimede și-a descoperit principiul de flotabilitate, el ar fi strigat „Eureka!” (Găsit!) și a fugit gol prin Syracuse. Așa spune legenda. Descoperirea a fost atât de importantă. Legenda mai spune că Arhimede a descoperit principiul când a observat că apa din cadă se ridică atunci când un corp este scufundat în ea.

Conform principiului de flotabilitate al lui Arhimede, forța care acționează asupra unui obiect scufundat sau parțial scufundat este egală cu masa de fluid pe care o deplasează obiectul. Acest principiu este de o importanță capitală în calculele densității, precum și în proiectarea submarinelor și a altor nave oceanice.

Evoluție și selecție naturală

Acum că am stabilit câteva dintre conceptele de bază despre cum a început universul și cum legile fizice ne afectează viața de zi cu zi, să ne îndreptăm atenția către forma umană și să aflăm cum am ajuns în acest punct. Potrivit majorității oamenilor de știință, toată viața de pe Pământ are un strămoș comun. Dar pentru a forma o diferență atât de uriașă între toate organismele vii, unele dintre ele au trebuit să se transforme într-o specie separată.

În sens general, această diferențiere s-a produs în procesul de evoluție. Populațiile de organisme și trăsăturile lor au trecut prin mecanisme precum mutațiile. Cei cu mai multe trăsături de supraviețuire, cum ar fi broaștele maro care se camuflează în mlaștini, au fost selectați în mod natural pentru supraviețuire. De aici provine termenul de selecție naturală.

Puteți înmulți aceste două teorii cu multe, de multe ori și, de fapt, Darwin a făcut asta în secolul al XIX-lea. Evoluția și selecția naturală explică diversitatea enormă a vieții de pe Pământ.

Teoria generală a relativității

Albert Einstein a fost și rămâne cea mai importantă descoperire care ne-a schimbat pentru totdeauna viziunea asupra universului. Principala descoperire a lui Einstein a fost afirmația că spațiul și timpul nu sunt absolute, iar gravitația nu este doar o forță aplicată unui obiect sau unei mase. Mai degrabă, gravitația are de-a face cu faptul că masa deformează spațiul și timpul însuși (spațiu-timp).

Pentru a înțelege acest lucru, imaginați-vă că traversați Pământul în linie dreaptă, în direcția estică, de la, să zicem, emisfera nordică. După un timp, dacă cineva dorește să vă determine cu exactitate locația, veți fi mult la sud și la est de poziția inițială. Acest lucru se datorează faptului că pământul este curbat. Pentru a conduce direct spre est, trebuie să țineți cont de forma Pământului și să conduceți la un unghi ușor spre nord. Comparați o minge rotundă și o foaie de hârtie.

Spațiul este aproape același. De exemplu, va fi evident pentru pasagerii unei rachete care zboară în jurul Pământului că zboară în linie dreaptă în spațiu. Dar, în realitate, spațiul-timp din jurul lor se curbe sub forța gravitației Pământului, determinându-i atât să avanseze, cât și să rămână pe orbita Pământului.

Teoria lui Einstein a avut un impact uriaș asupra viitorului astrofizicii și cosmologiei. Ea a explicat o mică și neașteptată anomalie pe orbita lui Mercur, a arătat cum se îndoaie lumina stelelor și a pus bazele teoretice pentru găurile negre.

Principiul incertitudinii Heisenberg

Expansiunea relativității a lui Einstein ne-a învățat mai multe despre modul în care funcționează universul și a ajutat la stabilirea bazelor fizicii cuantice, ducând la o jenă complet neașteptată a științei teoretice. În 1927, realizarea că toate legile universului sunt flexibile într-un anumit context a condus la descoperirea uluitoare a savantului german Werner Heisenberg.

Postulând principiul său de incertitudine, Heisenberg și-a dat seama că era imposibil să cunoască două proprietăți ale unei particule simultan cu un nivel ridicat de precizie. Poți cunoaște poziția unui electron cu un grad ridicat de precizie, dar nu și impulsul său și invers.

Mai târziu, Niels Bohr a făcut o descoperire care a ajutat la explicarea principiului Heisenberg. Bohr a descoperit că electronul are calitățile atât ale unei particule, cât și ale unei unde. Conceptul a devenit cunoscut sub numele de dualitate val-particulă și a stat la baza fizicii cuantice. Prin urmare, atunci când măsurăm poziția unui electron, îl definim ca o particulă într-un anumit punct din spațiu cu o lungime de undă nedefinită. Când măsurăm impulsul, considerăm electronul ca o undă, ceea ce înseamnă că putem cunoaște amplitudinea lungimii sale, dar nu și poziția.