10 клас. Фізика. Світоглядний потенціал природничих наук. Роль фізичного та астрономічного знання в житті людини та суспільному розвитку. Початкові відомості про фундаментальні фізичні теорії як основу сучасної фізичної науки.

    Доброго дня, шановні 10-класники. Розпочинаємо з Вами курс фізики 10 класу. Уважно опрацюйте параграф 1 та виконайте вправу 1 (завдання 1,2). Бережіть себе та своїх близьких! Удачі!

   Фізика вивчає загальні властивості матерії та природних явищ, виявляє загальні закони, які описують ці явища. Коло об’єктів, які розглядає ця наука, є  дуже широким: від фундаментальних частинок матерії до Всесвіту в цілому. Фізику називають фундаментальною наукою, тому що встановлені в ній закони (наприклад, закони збереження) застосовують усі інші природничі науки.

    Жодна з природничих наук не пов’язана так тісно з математикою, як фізика. Фізика неможлива без досконалого математичного апарату. Проте й математика багато чим зобов’язана фізиці. Багато які з математичних теорій було створено для розв’язування задач, поставлених саме фізикою. Досить згадати, що великий фізик Ісаак Ньютон був і одним із творців диференціального та інтегрального числень.

   Деякі вивчені вами закони фізики були відкриті ще давньогрецькими вченими, зокрема Архімедом. Одна з основних книжок Арістотеля називалася «Фізика» (від давньогрецького «природа»). Інший давньогрецький мислитель, Демокріт, сповідав дуже сміливу ідею, що «існують тільки атоми та порожнеча».

  Проте найбільша заслуга у створенні фізики в сучасному розумінні цього слова, як цілісної науки про природу, належить Ґ. Ґалілею та І. Ньютону. Саме Ґалілей «поставив» фізику на міцну експериментальну основу.

   У побуті та на виробництві, не кажучи вже про наукові лабораторії, нас оточують численні пристрої, створені завдяки досягненням фізики. Найпомітнішими для вас є смартфони та ноутбуки з доступом в Інтернет, калькулятори та телевізори (їх елементну базу розроблено завдяки досягненням фізики напівпровідників). Проте згадаємо й про виробництво електроенергії, про ліфти та поїзди, літаки та електромобілі, сучасну медичну апаратуру... Цей перелік можна продовжувати без кінця, і в кожному його пункті будуть «заховані» численні досягнення фізичної науки та створених на цій основі технологій.

   Нині добробут і безпека людства, як ніколи, залежать від розвитку науки. Перед світовою спільнотою постало багато проблем – від глобального потепління до можливого застосування найсучаснішої зброї певними державами або терористами. Можна звинувачувати науку за створення проблем, але без подальшого її розвитку позбутися цих проблем уже неможливо. Роль фізики як найфундаментальнішої природничої науки в наш час важко переоцінити.

Фізика ґрунтується на експериментальних даних, її завдання – формулювання законів, які пояснюють результати вже проведених експериментів і дозволяють передбачити результати нових, ще не здійснених. 

Фізика як природнича наука базується на експериментальних даних. Узагальнення й аналіз результатів спостережень і дослідів дозволяють формулювати певні гіпотези щодо загальних рис природних явищ і зв’язків між ними. Гіпотези перевіряються за допомогою продуманих і спланованих експериментів, у яких досліджувані явища спостерігаються в «максимально чистому» вигляді. Якщо експеримент не підтверджує   гіпотезу, то це є «вироком» для неї. Якщо ж підтверджує, то на основі цієї гіпотези розробляється певна фізична теорія. На цьому етапі за-звичай встановлюються математичні зв’язки між фізичними величинами.

Жодна фізична теорія не може описати всі властивості фізичного об’єкта та всі пов’язані з ним явища. Наприклад, рух випущеної з рушниці кулі супроводжується виникненням вихорів у повітрі, нагрівання кулі спричиняє її теплове випромінювання, під час її руху виникає звук тощо. Якщо нас цікавить траєкторія руху кулі, то нема потреби враховувати всі перелічені явища (а наведений перелік можна продовжити). Тому фізична теорія оперує фізичними моделями – уявними ідеалізованими об’єктами, що мають головні риси реальних і дозволяють спростити аналіз явищ. Несуттєвими ж рисами реальних об’єктів під час застосування фізичних моделей нехтують. Прикладами фізичних моделей є матеріальна точка (тіло, розмірами якого в даній задачі можна знехтувати), абсолютно тверде тіло, математичний маятник тощо.

    

    Фундаментальні фізичні теорії – класична механіка Ньютона, електродинаміка Максвелла, статистична фізика та термодинаміка, спеціальна теорія відносності Ейнштейна, теорія тяжіння (загальна теорія відносності), квантова механіка та квантова електродинаміка. Сучасна фізика наблизилася й до пояснення властивостей елементарних частинок. На основі небагатьох існуючих фундаментальних теорій вдалося зрозуміти причини безлічі природних явищ, створити сучасну технічну цивілізацію.

    На сьогодні Стандартна модель узгоджується з експериментами, і недавнє відкриття бозона Хіґґса є яскравим підтвердженням цього. Проте фізики намагаються вийти за межі цієї моделі та дізнатися про речі, які поки що пояснити не можуть, наприклад чому у світі практично немає античастинок й антиматерії. Тому нині в Європейській організації з ядерних досліджень (ЦЕРН) у Женеві активно проводять експерименти з дослідження процесів, що відбувалися під час зародження Всесвіту. Тож чекаємо на нові відкриття!