זה טבעי ונכון להתעניין בעולם הסובב ובחוקי תפקודו והתפתחותו. לכן סביר לשים לב למדעי הטבע, למשל לפיזיקה, שמסבירה את עצם היווצרותו והתפתחותו של היקום. קל להבין את החוקים הפיזיקליים הבסיסיים. בגיל צעיר מאוד, בית הספר מציג את העקרונות האלה לילדים.
עבור רבים, המדע הזה מתחיל בספר הלימוד "פיזיקה (כיתה ז')". המושגים והחוקים הבסיסיים של המכניקה והתרמודינמיקה נחשפים לתלמידי בית הספר, הם מתוודעים לליבה של החוקים הפיזיקליים העיקריים. אבל האם הידע צריך להיות מוגבל לספסל הלימודים? אילו חוקים פיזיקליים כל אדם צריך לדעת? זה יידון בהמשך המאמר.
Science Physics
ניואנסים רבים של המדע המתואר מוכרים לכולם מהילדות המוקדמת. וזה נובע מהעובדה שבמהותה, פיזיקה היא אחד מתחומי מדעי הטבע. הוא מספר על חוקי הטבע, אשר פעולתםמשפיע על החיים של כולם, ובמובנים רבים אף מספק אותם, על תכונות החומר, מבנהו ודפוסי התנועה שלו.
המונח "פיסיקה" תועד לראשונה על ידי אריסטו במאה הרביעית לפני הספירה. בתחילה, זה היה שם נרדף למושג "פילוסופיה". אחרי הכל, לשני המדעים הייתה מטרה משותפת - להסביר נכון את כל מנגנוני פעולת היקום. אבל כבר במאה השש עשרה, כתוצאה מהמהפכה המדעית, הפיזיקה הפכה עצמאית.
חוק כללי
כמה מחוקי היסוד של הפיזיקה חלים על ענפי מדע שונים. בנוסף אליהם, יש כאלה הנחשבים למשותפים לכל הטבע. הוא עוסק בחוק השימור והשינוי של האנרגיה.
זה מרמז שהאנרגיה של כל מערכת סגורה, כאשר כל תופעה מתרחשת בה, בהחלט נשמרת. עם זאת, היא מסוגלת להפוך לצורה אחרת ולשנות למעשה את התוכן הכמותי שלה בחלקים שונים של המערכת המכונה. במקביל, במערכת פתוחה, האנרגיה יורדת, בתנאי שהאנרגיה של כל גופים ושדות המתקשרים איתה תגדל.
בנוסף לעיקרון הכללי שלעיל, הפיזיקה מכילה את מושגי היסוד, הנוסחאות, החוקים הנחוצים לפירוש התהליכים המתרחשים בעולם. לחקור אותם יכול להיות מרגש להפליא. לכן במאמר זה יישקלו בקצרה את חוקי היסוד של הפיזיקה, וכדי להבין אותם לעומק חשוב להקדיש להם תשומת לב מלאה.
מכניקה
חוקים בסיסיים רבים של הפיזיקה נחשפים למדענים צעירים בכיתות ז'-ט' של בית הספר, שם נלמד יותר ענף מדע כמו מכניקה. העקרונות הבסיסיים שלה מתוארים להלן.
- חוק היחסות של גלילאו (נקרא גם חוק תורת היחסות המכאני, או הבסיס של המכניקה הקלאסית). מהות העיקרון נעוצה בעובדה שבתנאים דומים, תהליכים מכניים בכל מסגרות ייחוס אינרציאליות זהים לחלוטין.
- חוק הוק. המהות שלו היא שככל שהפגיעה בגוף אלסטי (קפיץ, מוט, קונסולה, קורה) גדולה יותר מהצד, כך העיוות שלו גדול יותר.
חוקי ניוטון (מייצגים את הבסיס של המכניקה הקלאסית):
- עקרון האינרציה אומר שכל גוף מסוגל להיות במנוחה או לנוע באופן אחיד ומיושר רק אם אף גוף אחר לא משפיע עליו בשום צורה, או אם הם מפצים איכשהו על פעולתו של זה. כדי לשנות את מהירות התנועה, יש צורך לפעול על הגוף בכוח מסוים, וכמובן שגם התוצאה של השפעתו של אותו כוח על גופים בגדלים שונים תהיה שונה.
- התבנית העיקרית של הדינמיקה קובעת שככל שהתוצאה של הכוחות הפועלים כיום על גוף נתון גדולה יותר, כך התאוצה המתקבלת על ידו גדולה יותר. ובהתאם לכך, ככל שמשקל הגוף גדול יותר, כך מחוון זה נמוך יותר.
- החוק השלישי של ניוטון קובע זאתכל שני גופים תמיד מקיימים אינטראקציה זה עם זה בתבנית זהה: הכוחות שלהם הם מאותו אופי, שווים בגודלם, ובהכרח בעלי הכיוון ההפוך לאורך הקו הישר המחבר את הגופים הללו.
- עקרון היחסות קובע שכל התופעות המתרחשות באותם תנאים במסגרות ייחוס אינרציאליות עוברות בצורה זהה לחלוטין.
תרמודינמיקה
ספר לימוד בית ספרי החושף בפני התלמידים את חוקי היסוד ("פיסיקה. כיתה ז'"), מציג להם את יסודות התרמודינמיקה. נסקור בקצרה את עקרונותיו להלן.
חוקי התרמודינמיקה, שהם בסיסיים בענף זה של המדע, הם בעלי אופי כללי ואינם קשורים לפרטי המבנה של חומר מסוים ברמה האטומית. אגב, העקרונות הללו חשובים לא רק לפיזיקה, אלא גם לכימיה, ביולוגיה, הנדסת תעופה וחלל וכו'.
לדוגמה, בתעשייה הנקראת קיים כלל שלא ניתן לקבוע בהיגיון, שבמערכת סגורה, שהתנאים החיצוניים עבורה אינם משתנים, נוצר מצב שיווי משקל לאורך זמן. והתהליכים שנמשכים בו תמיד מפצים זה את זה.
כלל נוסף של התרמודינמיקה מאשר את הרצון של מערכת, המורכבת ממספר עצום של חלקיקים המאופיינים בתנועה כאוטית, לעבור באופן עצמאי ממצבים פחות סבירים עבור המערכת למצבים סבירים יותר.
וחוק Gay-Lussac (נקרא גם חוק הגז) קובע כי עבור גז בעל מסה מסוימת בתנאי לחץ יציב, התוצאה של חלוקת נפחו ב-הטמפרטורה המוחלטת הופכת בהכרח לערך קבוע.
כלל חשוב נוסף של תעשייה זו הוא החוק הראשון של התרמודינמיקה, הנקרא גם עקרון שימור והמרה של אנרגיה עבור מערכת תרמודינמית. לדבריו, כל כמות חום שהועברה למערכת תושקע אך ורק על מטמורפוזה של האנרגיה הפנימית שלה וביצוע העבודה על ידה ביחס לכל כוחות חיצוניים הפועלים. סדירות זו היא שהפכה לבסיס להיווצרות תוכנית להפעלת מנועים תרמיים.
תקינות גז נוספת היא חוק צ'ארלס. הוא אומר שככל שהלחץ של מסה מסוימת של גז אידיאלי גדול יותר, תוך שמירה על נפח קבוע, כך הטמפרטורה שלו גדלה.
Electricity
מגלה חוקים בסיסיים מעניינים של פיזיקה עבור בית ספר לכיתה י' למדענים צעירים. בשלב זה, נלמדים העקרונות העיקריים של הטבע וחוקי הפעולה של זרם חשמלי, כמו גם ניואנסים אחרים.
חוק אמפר, למשל, קובע שמוליכים המחוברים במקביל, שדרכם זורם זרם באותו כיוון, בהכרח מושכים, ובמקרה של כיוון הפוך לזרם, בהתאמה, דוחים. לפעמים אותו שם משמש לחוק פיזיקלי הקובע את הכוח הפועל בשדה מגנטי קיים על קטע קטן של מוליך שמוליך כעת זרם. זה נקרא כך - כוחו של אמפר. תגלית זו נעשתה על ידי מדען במחצית הראשונה של המאה התשע-עשרה (כלומר, בשנת 1820).
חוקשימור מטענים הוא אחד מעקרונות היסוד של הטבע. הוא קובע שהסכום האלגברי של כל המטענים החשמליים הנוצרים בכל מערכת מבודדת חשמלית נשמר תמיד (הופך קבוע). למרות זאת, העיקרון הנקוב אינו שולל הופעת חלקיקים טעונים חדשים במערכות כאלה כתוצאה מתהליכים מסוימים. עם זאת, המטען החשמלי הכולל של כל החלקיקים החדשים שנוצרו חייב להיות שווה בהכרח לאפס.
חוק קולומב הוא אחד הבסיסיים באלקטרוסטטיקה. הוא מבטא את העיקרון של כוח האינטראקציה בין מטענים נקודתיים קבועים ומסביר את החישוב הכמותי של המרחק ביניהם. חוק קולומב מאפשר לבסס את העקרונות הבסיסיים של האלקטרודינמיקה בדרך ניסויית. הוא אומר כי מטענים נקודתיים לא-ניידים בוודאי יתקשרו זה עם זה בכוח שהוא ככל שהמכפלה של גדלים שלהם גדולה יותר, ובהתאם, ככל שקטנה יותר, כך יקטן ריבוע המרחק בין המטענים הנבדקים והאפשריות של המדיום שבו מתרחשת האינטראקציה המתוארת.
חוק אוהם הוא אחד מעקרונות היסוד של חשמל. הוא אומר שככל שעוצמת הזרם החשמלי הישיר הפועל בקטע מסוים של המעגל גדול יותר, כך המתח בקצותיו גדול יותר.
"כלל יד ימין" הוא עיקרון המאפשר לקבוע את הכיוון במוליך הזרם הנע בצורה מסוימת בהשפעת שדה מגנטי. כדי לעשות זאת, יש צורך למקם את יד ימין כך הקווים של אינדוקציה מגנטיתנגע באופן פיגורטיבי בכף היד הפתוחה, ומתחה את האגודל לכיוון המנצח. במקרה זה, ארבע האצבעות המיושרות הנותרות יקבעו את כיוון זרם האינדוקציה.
כמו כן, עיקרון זה עוזר לגלות את המיקום המדויק של קווי ההשראה המגנטית של מוליך ישר המוליך זרם כרגע. זה קורה כך: מניחים את האגודל של יד ימין בצורה כזו שהיא מציינת את כיוון הזרם, ובארבע האצבעות האחרות תופסים באופן פיגורטיבי את המוליך. מיקומן של אצבעות אלו ידגים את הכיוון המדויק של קווי האינדוקציה המגנטיים.
עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית הוא דפוס שמסביר את תהליך הפעולה של שנאים, גנרטורים, מנועים חשמליים. חוק זה הוא כדלקמן: במעגל סגור, כוח האינדוקציה האלקטרו-מוטיבי שנוצר הוא גדול יותר, ככל שקצב השינוי של השטף המגנטי גדול יותר.
אופטיקה
הענף "אופטיקה" משקף גם חלק מתכנית הלימודים בבית הספר (חוקי יסוד בפיזיקה: כיתות ז'-ט'). לכן, העקרונות הללו אינם קשים להבנה כפי שהם עשויים להיראות במבט ראשון. המחקר שלהם מביא איתו לא רק ידע נוסף, אלא הבנה טובה יותר של המציאות הסובבת. חוקי היסוד של הפיזיקה שניתן לייחס לתחום חקר האופטיקה הם כדלקמן:
- עקרון גיינס. זוהי שיטה המאפשרת לקבוע ביעילות בכל שבריר שניה את המיקום המדויק של חזית הגל. המהות שלו היא כדלקמן:כל הנקודות שנמצאות בנתיב חזית הגל בשבריר שנייה, בעצם, הופכות למקורות של גלים כדוריים (משניים) בעצמם, בעוד שמיקום חזית הגל באותו שבריר שנייה זהה ל פני השטח שמקיפים את כל הגלים הכדוריים (משניים). עיקרון זה משמש כדי להסביר את החוקים הקיימים הקשורים לשבירת האור ולהשתקפותו.
- עקרון Huygens-Fresnel משקף שיטה יעילה לפתרון בעיות הקשורות להתפשטות גלים. זה עוזר להסביר את הבעיות היסודיות הקשורות לעקיפה של האור.
- חוק השתקפות הגלים. זה משמש באותה מידה עבור השתקפות במראה. המהות שלו טמונה בעובדה שגם הקרן הנופלת וגם זו שהושתקפה, וגם הניצב שנבנה מנקודת כניסתה של הקרן, ממוקמים במישור אחד. חשוב גם לזכור שהזווית שבה נופלת האלומה תמיד שווה לחלוטין לזווית השבירה.
- עקרון שבירה של האור. זהו שינוי במסלול של גל אלקטרומגנטי (אור) ברגע התנועה ממדיום הומוגני אחד למשנהו, השונה משמעותית מהראשון במספר מדדי שבירה. מהירות התפשטות האור בהם שונה.
- חוק התפשטות ישר של האור. בבסיסו, זהו חוק הקשור לתחום האופטיקה הגיאומטרית, והוא כדלקמן: בכל מדיום הומוגני (ללא קשר לאופיו), האור מתפשט בצורה ישרה לחלוטין, לאורך המרחק הקצר ביותר. חוק זה מסביר את החינוך בצורה פשוטה ומובנת.צללים.
פיזיקה אטומית וגרעינית
חוקי היסוד של פיזיקת הקוונטים, כמו גם יסודות הפיזיקה האטומית והגרעינית, נלמדים בבתי ספר תיכוניים ובאוניברסיטאות.
לכן, ההנחות של בוהר הן סדרה של השערות בסיסיות שהפכו לבסיס התיאוריה. המהות שלו היא שכל מערכת אטומית יכולה להישאר יציבה רק במצבים נייחים. כל קרינה או בליעת אנרגיה על ידי אטום מתרחשת בהכרח באמצעות העיקרון, שמהותו היא כדלקמן: הקרינה הקשורה להובלה הופכת מונוכרומטית.
הנחות אלו מתייחסות לתכנית הלימודים הסטנדרטית של בית הספר החוקרת את חוקי היסוד של הפיזיקה (כיתה יא). הידע שלהם הוא חובה לבוגר.
חוקים בסיסיים של הפיזיקה שאדם צריך לדעת
עקרונות פיזיקליים מסוימים, למרות שהם שייכים לאחד מענפי המדע הזה, בכל זאת הם בעלי אופי כללי וצריכים להיות ידועים לכולם. אנו מפרטים את חוקי הפיזיקה הבסיסיים שאדם צריך לדעת:
- חוק ארכימדס (התייחס לתחומי ההידרו- וגם האווירוסטטיקה). משתמע מכך שכל גוף שהוטבע בחומר גזי או בנוזל נתון למעין כוח ציפה, שמופנה בהכרח אנכית כלפי מעלה. כוח זה תמיד שווה מספרית למשקל הנוזל או הגז שנעקר על ידי הגוף.
- נוסח נוסף של חוק זה הוא כדלקמן: גוף שקוע בגז או נוזל בוודאי יאבד משקל כמוהייתה מסת הנוזל או הגז שבו הוא היה שקוע. חוק זה הפך להנחת היסוד של התיאוריה של גופי שחייה.
- חוק הכבידה האוניברסלית (שגילה ניוטון). המהות שלו טמונה בעובדה שבאופן בלתי נמנע כל הגופים נמשכים זה לזה בכוח שהוא הגדול יותר, ככל שהמכפלה של המסות של הגופים הללו גדול יותר ובהתאם, ככל שפחות, הריבוע של המרחק ביניהם קטן יותר..
אלו הם 3 חוקי הפיזיקה הבסיסיים שכל מי שרוצה להבין את מנגנון התפקוד של העולם הסובב ואת תכונות התהליכים המתרחשים בו צריך לדעת. הבנת עיקרון הפעולה שלהם היא די פשוטה.
הערך של ידע כזה
חוקי היסוד של הפיזיקה חייבים להיות במטען הידע של אדם, ללא קשר לגילו ולעיסוקו. הם משקפים את מנגנון הקיום של כל המציאות של היום, ובעצם, הם הקבוע היחיד בעולם המשתנה ללא הרף.
חוקים בסיסיים, מושגי פיזיקה פותחים הזדמנויות חדשות לחקר העולם סביבנו. הידע שלהם עוזר להבין את מנגנון קיומו של היקום ואת התנועה של כל הגופים הקוסמיים. זה הופך אותנו לא רק לצופים של אירועים ותהליכים יומיומיים, אלא מאפשר לנו להיות מודעים להם. כאשר אדם מבין בבירור את חוקי היסוד של הפיזיקה, כלומר את כל התהליכים המתרחשים סביבו, הוא מקבל את ההזדמנות לשלוט בהם בצורה היעילה ביותר, לגלות תגליות ובכך להפוך את חייו לנוחים יותר.
תוצאות
חלקם נאלצים להעמיקללמוד את חוקי היסוד של הפיזיקה לבחינת המדינה המאוחדת, אחרים - לפי עיסוק, וחלקם - מתוך סקרנות מדעית. ללא קשר למטרות של לימוד מדע זה, בקושי ניתן להפריז ביתרונות הידע שנצבר. אין דבר מספק יותר מהבנת המנגנונים והדפוסים הבסיסיים של קיומו של העולם הסובב.
אל תהיה אדיש - התפתח!
