Примеры физических явлений в жизни человека: примеры физических и химических явлениях и их значение этих явлений в жизни и деятельности

Лабораторный опыт

Демонстрационный опыт “Нагревание смеси железа и серы.

Тест “Физические и химические явления.

Лабораторный опыт

Учитель: Нагреем полученную смесь серы и железа (слайд № 15). Возьмём смесь серы и железа и нагреем её в пробирке.

— Что наблюдаете?

Ученик: Смесь начала темнеть, затем раскалилась до красна.

Учитель: Извлечём из пробирки то, что образовалось после реакции, и изучим его свойства (цвет, отношение к воде и магниту). Для этого измельчим полученное вещество и подействуем на него магнитом.

— Что наблюдаете?

Ученик: Порошок не притягивается магнитом.

Учитель: Опустим полученное вещество в воду.

— Что наблюдаете?

Ученик: Вещество тонет, на серу и железо не разделяется.

Учитель: Что произошло при нагревании смеси серы и железа?

Ученик: При нагревании смеси серы и железа образовалось новое вещество, которое по своим свойствам отличается от свойств исходных веществ (слайд № 16).

Учитель: Химические явления называются химическими реакциями.

4. Признаки химических реакций

Учитель: О том, что произошла химическая реакция можно судить по признакам. Посмотрите видеофрагмент с демонстрацией опыта (слайд №17).

— Какие признаки химических реакций вы наблюдали при демонстрации опытов?

Ученик: Мы наблюдали такие признаки химических реакций, как изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа, выделение энергии.

Учитель: На следующем слайде (слайд № 18) показаны все признаки, которые можно наблюдать во время химических реакций.

5. Условия возникновения и течения химических реакций

Учитель: Чтобы началась химическая реакция, необходимы определённые условия.

Сообщение учащегося (слайд № 19)

6. Значение физических явлений и химических реакций

Учитель: Изучите текст параграфа §3 “Значение физических явлений и химических реакций”, заполните таблицу:

Значение физических явлений и химических реакций

IV. Закрепление

Фронтальный опрос (слайд № 21)

1. Какие явления называются физическими?
2. Какие явления называются химическими?
3. Назовите признаки химических реакций.
4. Какие условия необходимы для возникновения химических реакций?

Тест “Физические и химические явления.


Химические явления”

1, 2. Определить физические и химические явления (слайды № 22, 23)

3. Явления, при которых изменяется форма и агрегатное состояние вещества, называются … (слайд № 24)

А – химическое

Б – физическое

В – биологическое

4. Явления, при которых происходит превращение одних веществ в другие, называются … (слайд № 25)

А – физические

Б – химические

В – биологические

5. К физическим явлениям относятся: (слайд № 26)

А – плавление стекла

Б – горение древесины

В – испарение воды

Г – скисание молока

Д – растворение соли в воде

Е – протухание яиц

6. К химическим явлениям относятся: (слайд № 27)

А – ржавление железа

Б – образование тумана

В – гниение фруктов

Г – плавление воска

Д – горение керосина

Е – испарение воды

7. Укажите признак химической реакции при действии кислоты на соду: (слайд № 28)

А – образование осадка

Б – изменение цвета

В – выделение газа

8. Укажите признак химической реакции при ржавлении железа: (слайд № 29)

А – выделение газа

Б – образование осадка

В – изменение цвета

9. Укажите признак химической реакции при горении древесины: (слайд № 30)

А – изменение цвета

Б – выпадение осадка

В – выделение тепла

V. Подведение итогов урока, выставление оценок

VI. Домашнее задание

Литература

1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей, родителей. – М.: Аcт-Пресс, 1999.
2. Рудзитес Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. 8 класс.: Учебник для общеобразовательных учебных – М.: Просвящение, 2007.
3. Хрипкова А.Г. и другие. Естествознание: учебник для 7 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2005.
4. http://chemistry.r2.ru/
5. http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/
6. CD диск “Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2009”. – ООО “Кирилл и Мефодий, 2009.
7. CD-диск “Химия общая и неорганическая”: Углубленный курс по общей и неорганической химии. – Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2001.

Примеры физических явлений

☰

Все физические тела состоят из вещества, и со всеми физическими телами происходят различные физические явления. Физические явления бывают: механическими, тепловыми, звуковыми, оптическими, электрическими и магнитными. Бывают и другие физические явления.

К механическим физическим явлениям относятся различные движения и взаимодействия тел. Человек может идти, мяч сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг своих звезд, автомобили набирать скорость (ускоряться), лифт подниматься и опускаться.

Тепловые явления связаны с изменением температуры тел и возникающими в следствие этого изменениями их физического состояния. Так тела способны нагреваться и охлаждаться. Некоторые при этом плавятся (как железо на заводе или воск свечи при ее горении), другие испаряются (вода при нагревании), третьи переходят из газа в жидкое состояние или из жидкого в твердое (кислород при сильном охлаждении может сжижаться, вода превращается в лед).

К звуковым относят явления, связанные с распространением звука в различных средах (где быстрее распространяется звук, в воде или воздухе?), поведением звуковых волн при столкновении с препятствиями (что такое эхо?) и другие явления, связанные со звуком.

Оптические явления связаны со светом. Способность видеть у животных (в том числе и человека) возникла благодаря тому, что в природе есть свет. Под воздействием света растения синтезируют органические вещества (однако это не оптическое явление!). Такой раздел физики как оптика изучает, как свет распространяется, отражается от предметов, преломляются, проходя через различные среды.

Электрические и магнитные явления связаны друг с другом, поэтому изучаются совместно. Мы привыкли к электричеству и часто даже не задумываемся, с чем связано это явление. Оно связано с существованием электрически заряженных частиц. Открытие и изучение электрических явлений в недалеком прошлом позволили нам уже сейчас пользоваться электрическим освещением, превращать электричество в движение тел, изобрести телевидение и компьютеры. Магнитные явления можно наблюдать, когда постоянные магниты взаимодействуют между собой (Земля и компас) или притягивают железные предметы.

Физические явления на кухне

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

1. Диффузия. С этим явлением на кухне мы сталкиваемся постоянно. Его название образовано от латинского diffusio — взаимодействие, рассеивание, распространение. Это процесс взаимного проникновения молекул или атомов двух граничащих веществ. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения тела (объему), и разности концентраций, температур смешиваемых веществ. Если есть разница температуры, то она задает направление распространения (градиент) — от горячего к холодному. В итоге происходит самопроизвольное выравнивание концентраций молекул или атомов.

Это явление на кухне можно наблюдать при распространении запахов. Благодаря диффузии газов, сидя в другой комнате, можно понять, что готовится. Как известно, природный газ не имеет запаха, и к нему примешивают добавку, чтобы легче было обнаружить утечку бытового газа. Резкий неприятный запах добавляет одорант, например, этилмеркаптан. Если с первого раза конфорка не загорелась, то мы можем чувствовать специфический запах, который с детства мы знаем, как запах бытового газа.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

А если бросить в кипяток крупинки чая или заварной пакетик и не размешивать, то можно увидеть, как распространяется чайный настой в объеме чистой воды. Это диффузия жидкостей. Примером диффузии в твердом теле может быть засолка помидор, огурцов, грибов или капусты. Кристаллы соли в воде распадаются на ионы Na и Cl, которые, хаотически двигаясь, проникают между молекулами веществ в составе овощей или грибов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

2. Смена агрегатного состояния. Мало кто из нас замечал, что в оставленном стакане с водой через несколько дней испаряется такая же часть воды при комнатной температуре, как и при кипячении в течение 1−2 минут. А замораживая продукты или воду для кубиков льда в холодильнике, мы не задумываемся, как это происходит. Между тем, эти самые обыденные и частые кухонные явления легко объясняются. Жидкость обладает промежуточным состоянием между твердыми веществами и газами. При температурах, отличных от кипения или замерзания, силы притяжения между молекулами в жидкости не так сильны или слабы, как в твердых веществах и в газах. Поэтому, например, только получая энергию (от солнечных лучей, молекул воздуха комнатной температуры) молекулы жидкости с открытой поверхности постепенно переходят в газовую фазу, создавая над поверхностью жидкости давление пара. Скорость испарения растет при увеличении площади поверхности жидкости, повышении температуры, уменьшении внешнего давления. Если температуру повышать, то давление пара этой жидкости достигает внешнего давления. Температуру, при которой это происходит, называют температурой кипения. Температура кипения снижается при уменьшении внешнего давления. Поэтому в горной местности вода закипает быстрее.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

И наоборот, молекулы воды при понижении температуры теряют кинетическую энергию до уровня сил притяжения между собой. Они уже не двигаются хаотично, что позволяет образоваться кристаллической решетке как у твердых тел. Температура 0 °C, при которой это происходит, называется температурой замерзания воды. При заморозке вода расширяется. Многие могли познакомиться с таким явлением, когда помещали пластиковую бутылку с напитком в морозилку для быстрого охлаждения и забывали об этом, а после бутылку распирало. При охлаждении до температуры 4 °C сначала наблюдается увеличение плотности воды, при которой достигается ее максимальная плотность и минимальный объем. Затем при температуре от 4 до 0 °C происходит перестройка связей в молекуле воды, и ее структура становится менее плотной. При температуре 0 °C жидкая фаза воды меняется на твердую. После полного замерзания воды и превращения в лед ее объем вырастает на 8,4%, что и приводит к распиранию пластиковой бутылки. Содержание жидкости во многих продуктах мало, поэтому они при заморозке не так заметно увеличиваются в объеме.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

3. Абсорбция и адсорбция. Эти два почти неразделимых явления, получивших название от латинского sorbeo (поглощать), наблюдаются, например, при нагревании воды в чайнике или кастрюле. Газ, не действующий химически на жидкость, может, тем не менее, поглощаться ею при соприкосновении с ней. Такое явление называется абсорбцией. При поглощении газов твердыми мелкозернистыми или пористыми телами большая их часть плотно скапливается и удерживается на поверхности пор или зерен и не распределяется по всему объему. В этом случае процесс называют адсорбцией. Эти явления можно наблюдать при кипячении воды — со стенок кастрюли или чайника при нагревании отделяются пузырьки. Воздух, выделяемый из воды, содержит 63% азота и 36% кислорода. А в целом атмосферный воздух содержит 78% азота и 21% кислорода.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Поваренная соль в незакрытой емкости может стать влажной из-за своих гигроскопических свойств — поглощения из воздуха водяного пара. А сода выступает в качестве адсорбента, когда ее ставят в холодильник для удаления запаха.

4. Проявление закона Архимеда. Приготовившись сварить курицу, мы наполняем кастрюлю водой примерно наполовину или на ¾ в зависимости от размера курицы. Погружая тушку в кастрюлю с водой, мы замечаем, что вес курицы в воде заметно уменьшается, а вода поднимается к краям кастрюли.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Это явление объясняется выталкивающей силой или законом Архимеда. В этом случае на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме погруженной части тела. Эта сила называется силой Архимеда, как и сам закон, объясняющий это явление.

5. Поверхностное натяжение. Многие помнят опыты с пленками жидкостей, которые показывали на уроках физики в школе. Небольшую проволочную рамку с одной подвижной стороной опускали в мыльную воду, а затем вытаскивали. Силы поверхностного натяжения в образовавшейся по периметру пленке поднимали нижнюю подвижную часть рамки. Чтобы сохранить ее неподвижной, к ней подвешивали грузик при повторном проведении опыта. Это явление можно наблюдать в дуршлаге — после использования в дырочках дна этой кухонной посуды остается вода. Такое же явление можно наблюдать после мойки вилок — на внутренней поверхности между некоторыми зубьями также есть полоски воды.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Физика жидкостей объясняет это явление так: молекулы жидкости настолько близки друг к другу, что силы притяжения между ними создают поверхностное натяжение в плоскости свободной поверхности. Если сила притяжения молекул воды пленки жидкости слабее силы притяжения к поверхности дуршлага, то водная пленка разрывается. Также силы поверхностного натяжения заметны, когда мы будем сыпать в кастрюлю с водой крупу или горох, бобы, или добавлять круглые крупинки перца. Некоторые зерна останутся на поверхности воды, тогда как большинство под весом остальных опустятся на дно. Если кончиком пальца или ложкой слегка надавить на плавающие крупинки, то они преодолеют силу поверхностного натяжения воды и опустятся на дно.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

6. Смачивание и растекание. На кухонной плите с жировой пленкой пролитая жидкость может образовать маленькие пятна, а на столе — одну лужицу. Все дело в том, что молекулы жидкости в первом случае сильнее притягиваются друг к другу, чем к поверхности плиты, где есть несмачиваемая водой жировая пленка, а на чистом столе притяжение молекул воды к молекулам поверхности стола выше, чем притяжение молекул воды между собой. В результате лужица растекается.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Это явление также относится к физике жидкостей и связано с поверхностным натяжением. Как известно, мыльный пузырь или капли жидкости имеют шарообразную форму из-за сил поверхностного натяжения. В капле молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильней, чем к молекулам газа, и стремятся внутрь капли жидкости, уменьшая площадь ее поверхности. Но, если есть твердая смачиваемая поверхность, то часть капли при соприкосновении растягивается по ней, потому что молекулы твердого тела притягивают молекулы жидкости, и эта сила превосходит силу притяжения между молекулами жидкости. Степень смачивания и растекание по твердой поверхности будет зависеть от того, какая сила больше — сила притяжения молекул жидкости и молекул твердого тела между собой или сила притяжения молекул внутри жидкости.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Это физическое явление с 1938 года широко стали использовать в промышленности, в производстве бытовых товаров, когда в лаборатории компании DuPont был синтезирован материал Teflon (политетрафлуороэтилен). Его свойства используются не только в изготовлении посуды с антипригарным покрытием, но и в производстве непромокаемых, водоотталкивающих тканей и покрытий для одежды и обуви. Teflon отмечен в «Книге рекордов Гинесса» как самая скользкая субстанция в мире. Он имеет очень низкие поверхностное натяжение и адгезию (прилипание), не смачивается ни водой, ни жирами, ни многими органическими растворителями.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

7. Теплопроводность. Одно из самых частых явлений на кухне, которое мы можем наблюдать — это нагрев чайника или воды в кастрюле. Теплопроводность — это передача теплоты через движение частиц, когда есть разница (градиент) температуры. Среди видов теплопроводности есть и конвекция. В случае одинаковых веществ, у жидкостей теплопроводность меньше, чем у твердых тел, и больше по сравнению с газами. Теплопроводность газов и металлов возрастает с повышением температуры, а жидкостей — уменьшается. С конвекцией мы сталкиваемся постоянно, помешиваем ли мы ложкой суп или чай, или открываем окно, или включаем вентиляцию для проветривания кухни. Конвекция — от латинского convectiō (перенесение) — вид теплообмена, когда внутренняя энергия газа или жидкости передается струями и потоками. Различают естественную конвекцию и принудительную. В первом случае слои жидкости или воздуха сами перемешиваются при нагревании или остывании. А во втором случае — происходит механическое перемешивание жидкости или газа — ложкой, вентилятором или иным способом.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

8. Электромагнитное излучение. Микроволновку иногда называют сверхвысокочастотной печью, или СВЧ-печью. Основной элемент каждой микроволновки — магнетрон, который преобразует электрическую энергию в сверхвысокочастотное электромагнитное излучение частотой до 2,45 гигагерц (ГГц). Излучение разогревает еду, взаимодействуя с ее молекулами. В продуктах есть дипольные молекулы, содержащие на противоположных своих частях положительные электрические и отрицательные заряды. Это молекулы жиров, сахара, но больше всего дипольных молекул в воде, которая содержится почти в любом продукте. СВЧ-поле, постоянно меняя свое направление, заставляет с высокой частотой колебаться молекулы, которые выстраиваются вдоль силовых линий так, что все положительные заряженные части молекул «смотрят», то в одну, то в другую сторону. Возникает молекулярное трение, выделяется энергия, что и нагревает пищу.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

9. Индукция. На кухне все чаще можно встретить индукционные плиты, в основе работы которых заложено это явление. Английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году и с тех пор без нее невозможно представить нашу жизнь. Фарадей обнаружил возникновение электрического тока в замкнутом контуре из-за изменения магнитного потока, проходящего через этот контур. Известен школьный опыт, когда плоский магнит перемещается внутри спиралеобразного контура из проволоки (соленоида), и в ней появляется электрический ток. Есть и обратный процесс — переменный электроток в соленоиде (катушке) создает переменное магнитное поле.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

По такому же принципу работает и современная индукционная плита. Под стеклокерамической нагревательной панелью (нейтральна к электромагнитным колебаниям) такой плиты находится индукционная катушка, по которой течет электроток с частотой 20−60 кГц, создавая переменное магнитное поле, наводящее вихревые токи в тонком слое (скин-слое) дна металлической посуды. Из-за электрического сопротивления посуда нагревается. Эти токи не более опасны, чем раскаленная посуда на обычных плитах. Посуда должна быть стальной или чугунной, обладающей ферромагнитными свойствами (притягивать магнит).

10. Преломление света. Угол падения света равен углу отражения, а распространение естественного света или света от ламп объясняется двойственной, корпускулярно-волновой природой: с одной стороны — это электромагнитные волны, а с другой — частицы-фотоны, которые двигаются с максимально возможной во Вселенной скоростью. На кухне можно наблюдать такое оптическое явление, как преломление света. Например, когда на кухонном столе стоит прозрачная ваза с цветами, то стебли в воде как бы смещаются на границе поверхности воды относительно своего продолжения вне жидкости. Дело в том, что вода, как линза, преломляет лучи света, отраженные от стеблей в вазе. Подобное наблюдается и прозрачном стакане с чаем, в который опущена ложка. Также можно видеть искаженное и увеличенное изображение фасоли или крупы на дне глубокой кастрюли с прозрачной водой.

Явления природы (биологические, физические, химические) | Природоведение. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, конспект, сочинение, ГДЗ, тест, книга

Как известно, явления — это изменения, происходящие с телами природы. В природе на­блюдаются разнообразные явления. Светит Солн­це, образуется туман, дует ветер, бегут лошади, из семени прорастает растение — это лишь некоторые примеры. Повседневная жизнь каждого человека также наполнена явлениями, происходящими при участии рукотворных тел, например, едет автомо­биль, нагревается утюг, звучит музыка. Посмотри­те вокруг, и вы увидите и сможете привести приме­ры многих других явлений.

Учёные разделили их на группы. Различают био­логические, физические, химические явления.

Явления природы

Биологические явления. Все явления, которые происходят с телами живой природы, т.е. организ­мами, называются биологическими явлениями. К ним относятся прорастание семян, цветение, образование плодов, листопад, зимняя спячка животных, полёт птиц (рис. 29).

Физические явления. К признакам физических явлений относятся изменение формы, размеров, ме­ста расположения тел и их агрегатного состояния (рис. 30). Когда гончар изготовляет из глины ка­кое-либо изделие, изменяется форма. При добыче каменного угля изменяются размеры кусков горной породы. Во время движения велосипедиста изменя­ется размещение велосипедиста и велосипеда отно­сительно тел, расположенных вдоль дороги. Таяние снега, испарение и замерзание воды сопровождают­ся переходом вещества из одного агрегатного состо­яния в другое. Во время грозы гремит гром и появ­ляется молния. Это физические явления.

Рис. 29. Биологические явления; а — прорастание семян, б — полёг птицы; в — листопад

Рис. 30. Физические явления

Согласитесь, что данные примеры физических явлений очень разные. Но какими бы разнообраз­ными не были физические явления, ни в одном из них не происходит образование новых веществ.

Физические явления — явления, во время кото­рых новые вещества не образуются, но изменяются размеры, форма, размещение, агрегатное состоя­ние тел и веществ.

Химические явления. Вам хорошо известны та­кие явления, как горение свечи, образование ржав­чины на железной цепи, скисание молока и др. (рис. 31). Это примеры химических явлений. Материал с сайта //iEssay.ru

Рис. 31. Химические явления: а — ржавение металла; б — выделение углекисло­го газа при добавлении в соду уксуса; в — химический анализ воды

Химические явления — это явления, во время которых из одних веществ образуются другие.

Химические явления имеют широкое примене­ние. С их помощью люди добывают металлы, соз­дают средства личной гигиены, материалы, лекар­ства, готовят разнообразные блюда.

На этой странице материал по темам:
• физические явления в природе
• конспект на тему химические явления в природе
• природные химические явления
• биологические явления
• явление природы сочинение кратко

04. Химические и физические явления

Изменения веществ, которые не ведут к образованию новых веществ (с иными свойствами), называют физическими явлениями.

1. Вода при нагревании может переходить в пар, а при охлаждении – в лед.

2. Длина медных проводов изменяется летом и зимой: увеличивается при нагревании и уменьшается при охлаждении.

3. Объем воздуха в шаре увеличивается в теплом помещении.

Изменения с веществами произошли, но при этом вода осталась водой, медь – медью, воздух – воздухом.

Новых веществ, несмотря на их изменения по форме или агрегатному состоянию, не образовалось.

Опыт

1. Закроем пробирку пробкой со вставленной в нее трубкой

2. Опустим конец трубки в стакан с водой. Рукой нагреем пробирку. Объем воздуха в ней увеличивается, и часть воздуха из пробирки выходит в стакан с водой (выделяются пузырьки воздуха).

3. При охлаждении пробирки объем воздуха уменьшается, и вода входит в пробирку.

Вывод. Изменения объема воздуха – физическое явление.

Задания

Приведи 1–2 примера происходящих с веществами изменений, которые можно назвать физическим явлением. Запиши примеры в тетради.

 

Химическое явление (реакция) – явление, при котором образуются новые вещества.

А по каким признакам можно определить, что произошла химическая реакция? При некоторых химических реакциях происходит выпадение осадка. Другие признаки – изменение цвета исходного вещества, изменение его вкуса, выделение газа, выделение или поглощение тепла и света.

Примеры таких реакций рассмотри в таблице

Признаки химических реакций
Изменение цвета исходного вещества	Изменение вкуса исходного вещества	Выпадение осадка	Выделение газа	Появление запаха

Реакция	Признак
	Изменение цвета
	Изменение вкуса
	Выделение газа

   В живой и неживой природе постоянно протекают различные химические реакции. Наш с вами организм тоже настоящая фабрика химических превращений одних веществ в другие.

Понаблюдаем за некоторыми химическими реакциями.

Опыты с огнем самостоятельно проводить нельзя!!!

Опыт 1

Подержим над огнем кусочек белого хлеба, содержащего органические вещества.

Наблюдаем:

1. обугливание, то есть изменение цвета;

2. появление запаха.

Вывод. Произошло химическое явление (образовалось новое вещество — уголь)

Опыт 2

Приготовим стаканчик с крахмалом. Добавим немного воды, перемешаем. Затем капнем раствором йода.

Наблюдаем признак реакции: изменение цвета (посинение крахмала)

Вывод. Произошла химическая реакция. Крахмал превратился в другое вещество.

Опыт 3

1. Разведем в стакане небольшое количество питьевой соды.

2. Добавим туда несколько капель уксуса (можно взять сок лимона или раствор лимонной кислоты).

Наблюдаем выделение пузырьков газа.

Гашение соды уксусом

Вывод. Выделение газа – один из признаков химической реакции.

 

Некоторые химические реакции сопровождаются выделением тепла.

Задания

Поместите в стеклянную баночку (или стакан) несколько кусочков сырого картофеля. Добавьте к ним перекись водорода из домашней аптечки. Объясните, по какому признаку можно определить, что произошла химическая реакция.

 

Таинственная физика семи повседневных дел

Intro

Уравнения на доске в Фермилаб, исследовательском центре физики в Иллинойсе. (Изображение предоставлено Министерством энергетики США)

Физики выяснили некоторые чрезвычайно тонкие детали Вселенной, от радиуса черных дыр до поведения субатомных частиц, которые мы даже не видим. Вы можете удивиться, узнав, что им не хватает объяснений (или они только недавно наткнулись на них) для многих общих явлений, которые мы наблюдаем в повседневной жизни.

Как вы узнаете из следующих слайдов, одними из самых загадочных вещей могут быть те, которые на первый взгляд кажутся обыденными.

Орехи

Маленькая миска с ореховой смесью с большими орехами вверху и арахисом внизу. (Изображение предоставлено: Melchoir | Creative Commons)

Возможно, вы заметили, что в мисках смешанных орехов бразильские орехи всегда кажутся сидящими сверху. Это известно как «эффект бразильского ореха», и это, казалось бы, обыденное явление на самом деле является одной из самых больших нерешенных загадок в физике многих тел, науке, которая описывает большое количество взаимодействующих объектов.

Среди множества вещей (будь то орехи, осадочные отложения или другие объекты разного размера) более крупные куски со временем поднимаются наверх, несмотря на их большую гравитацию, в то время как более мелкие предметы имеют тенденцию опускаться ниже в кучу. время. Возможно, мелочь просачивается сквозь трещины. Конвекционные токи также могут играть роль, как и конденсация более мелких частиц. Все эти и некоторые другие возможности, вероятно, способствуют эффекту бразильского ореха, но никто не знает, какие из них и в какой степени, поэтому никаких успешных компьютерных симуляций этого явления не проводилось.

Не только производители орехов, но и физики, астрономы и геологи получат пользу от понимания эффекта, поэтому в следующий раз, когда вы будете есть орехи или мюсли, или выловите крошки со дна миски Doritos, попробуйте созерцая вовлеченную физику.

Пена

Крем для бритья — лишь один из примеров загадочного вещества, называемого пеной. (Изображение предоставлено sxc.hu)

Приняли сегодня ванну с пеной? Возможно, нет, но вы, вероятно, побрились, вымыли посуду, выпили латте или пиво или, если вам повезет, съели кусок пирога, покрытый слоем взбитых сливок.

Мы сталкиваемся с пеной так часто, что немногие из нас отступают назад и полностью осознают, насколько странной она является на самом деле. Для начала подумайте: взбитые сливки — твердое вещество, жидкость или газ?

По словам Дугласа Дуриана, профессора физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, пена обычно на 95% состоит из газа и на 5% из жидкости. Каким-то образом они складываются, чтобы придать им и определенные черты твердых тел. Газ в пене разделяет жидкость, образуя матрицу из крошечных пузырьков, и если жидкие стенки пузырьков достаточно жесткие, пена иногда может сохранять свою форму.

Однако не существует формулы для точного прогнозирования того, насколько жесткой или вязкой будет пена, исходя из размера ее пузырьков или количества содержащейся в ней жидкости. «Физика пены изучена плохо», — сказал Дуриан NASA Science.

Лед

Мужчина катается на коньках по замерзшему озеру в Австрии. (Изображение предоставлено Creative Commons | Kafubra)

Полтора столетия научных исследований еще предстоит определить, почему лед может заставить вас упасть. Ученые согласны с тем, что тонкий слой жидкой воды поверх твердого льда вызывает его скользкость, а подвижность жидкости затрудняет ходьбу, даже если слой тонкий.Но нет единого мнения относительно того, почему лед, в отличие от большинства других твердых тел, имеет такой слой.

Теоретики предположили, что это может быть сам акт скольжения при контакте со льдом, который тает его поверхность. Другие думают, что слой жидкости существует до того, как прибыл тапок, и каким-то образом создается внутренним движением молекул на поверхности.

Мы знаем, что вы ищете кого-то или что-то виноватое, потому что вы лежите на земле и кипите, но, к сожалению, это дело еще не принято.[Удивительно странная физика воды]

Злаки

Cheerios комковат. (Изображение предоставлено: Dreamstime)

Возможно, вы задумывались, а могли и не задумывались, почему ваши хлопья для завтрака имеют тенденцию слипаться или прилипать к стенкам миски с молоком. Этот феномен комкования, названный учеными эффектом Cheerios, применим ко всему, что плавает, включая пузырьки газированной воды и частицы волос в воде после утреннего бритья.

Доминик Велла, аспирант Кембриджского университета, и Лакшминарайанан Махадеван, математик из Гарвардского университета, первыми объяснили эффект с помощью простой физики, что они и сделали в статье 2005 года.Они доказали, что эффект Cheerios является результатом геометрии поверхности жидкости.

Поверхностное натяжение заставляет поверхность молока слегка прогибаться в середине чаши. Поскольку молекулы воды в молоке притягиваются к стеклу, поверхность молока изгибается вверх по краю чаши. По этой причине кусочки крупы у края плавают вверх по этой кривой, как будто цепляясь за край.

Также из-за поверхностного натяжения хлопья, плавающие в середине вашей чаши, вмятины на поверхности молока, создавая в нем углубление.Когда два куска злака соприкасаются, две их вмятины становятся одной, и, упираясь в нее, они слипаются.

Магниты

(Изображение предоставлено: Kabl00ey | Creative Commons)

Магниты: довольно странно, да? Что с ними?

Джерл Уокер, профессор физики в Государственном университете Кливленда и соавтор широко используемого учебника «Основы физики» (Wiley, 8-е издание, 2007 г.), объясняет, что магнитные поля естественным образом излучаются наружу от электрически заряженных частиц, которые составляют атомы, особенно электроны. .

Обычно в материи магнитные поля электронов направлены в разные стороны, нейтрализуя друг друга. (Вот почему электроны в вашем теле не заставляют вас прилипать к холодильнику, когда вы проходите мимо него.) Но когда магнитные поля, все электроны в объекте выравниваются в одном направлении, как это происходит во многих металлах (и (очевидно, в магнитах) создается магнитное поле net . Это оказывает силу на другие магнитные объекты, притягивая или отталкивая их в зависимости от направления их собственных магнитных полей.

К сожалению, попытаться понять магнетизм на более глубоком уровне практически невозможно. Хотя физики придумали теорию под названием «квантовая механика», которая очень точно объясняет поведение частиц, включая их магнетизм, нет никакого способа интуитивно понять, что на самом деле означает эта теория.

Физики задаются вопросом: почему частицы излучают магнитные поля, что такое магнитные поля и почему они всегда выравниваются между двумя направлениями, давая магнитам их северный и южный полюса? «Мы просто наблюдаем, что когда вы заставляете заряженную частицу двигаться, она создает магнитное поле и два полюса.Мы действительно не знаем почему. Это просто особенность Вселенной, а математические объяснения — всего лишь попытки выполнить «домашнее задание» природы и получить ответы », — сказал Уокер« Маленьким загадкам жизни ».

Статический

Накопление статического электричества заставляет волосы встать дыбом. , поскольку положительно заряженные волосы отталкиваются друг от друга. (Изображение предоставлено sxc.hu)

Статические разряды столь же загадочны, сколь и неприятны. Мы знаем следующее: они возникают, когда на поверхности накапливается избыток положительного или отрицательного заряда. вашего тела, разряжаясь, когда вы касаетесь чего-либо, и оставляя вас нейтрализованным.Кроме того, они могут возникнуть, когда статическое электричество накапливается на чем-то еще, например, дверной ручке, к которой вы затем дотрагиваетесь. В этом случае и являются маршрутом выхода сверхнормативной платы.

А зачем вообще раскачка? Неясно. Распространенное (и, вероятно, отчасти правильное) объяснение гласит, что когда два объекта трутся друг о друга, трение сбивает электроны с атомов в одном из объектов, а затем они перемещаются на второй, оставляя первый объект с избытком положительно заряженных атомов и давая второму избыток отрицательных электронов.Оба объекта (скажем, ваши волосы и шерстяная шапка) будут статически заряжены. Но почему электроны текут от одного объекта к другому, а не в обоих направлениях?

Это никогда не получало удовлетворительного объяснения, и недавнее исследование, проведенное исследователем Северо-Западного университета Бартошем Гржибовски, показало, что это может быть даже не так. Как подробно описано в июньском номере журнала Science, Гржибовски обнаружил, что на статически заряженных объектах существуют участки как избыточного положительного, так и избыточного отрицательного заряда.Он также обнаружил, что целые молекулы мигрируют между объектами, когда они трются друг о друга.

Понятно, что объяснение статики меняется.

Rainbows

Полнофункциональная двойная радуга в Wrangell-St. Национальный парк Элиас, Аляска. (Изображение предоставлено Эриком Рольфом | Creative Commons)

Радуги образуются, когда солнечный свет освещает капли влаги в атмосфере Земли. Капли действуют как призмы, «преломляя» или разделяя свет на составляющие его цвета и заставляя их стрелять под разными углами от 40 до 42 градусов от направления, противоположного солнцу.

Конечно, радуга больше не загадочна с научной точки зрения. Они возникают из-за того, как свет проходит через сферические капли: сначала он преломляется, попадая на поверхность каждой капли, отражается от обратной стороны капель и снова преломляется при выходе из капель, причем все эти отскоки определяют окончательное угловое направление. Это объяснение известно со времен физика 17 века Исаака Ньютона. [Почему мы не можем дойти до конца радуги? ]

Но представьте, какими мистическими могли казаться радуги до этого! Потому что они такие красивые и необъяснимые, они были представлены во многих ранних религиях.В Древней Греции, например, считалось, что радуга — это путь, проложенный посланниками богов, путешествуя между Землей и небом.

Следуйте за Натали Вулчовер в Twitter @nattyover. Следите за «Маленькими загадками жизни» в Twitter @llmysteries, а затем присоединяйтесь к нам на Facebook.

Наука и гуманитарные науки «О человеке

Майкла Аллена Гиллеспи В странные моменты, часто, когда я отвлекаюсь, мне приходит в голову, что песня или музыкальное произведение постоянно проносятся в моей голове.Это опыт почти у каждого. Иногда воодушевляет осознание того, что вы весь день шагали под аккорды Бетховена, но часто это очень раздражает, потому что вы понимаете, что часами хандрили под какую-то сахаристую чушь, из которой просто никак не можете выбраться. твоя голова. Но как он туда попал? Как он вырвался из нервной клетки, в которой хранится, и начал выходить через сознание? Этот опыт характерен для многих видов нашей умственной деятельности.Если мы смотрим на себя краем мысленного взора, мы часто замечаем многие вещи, которые происходят на грани осознания: далекий голос, повторяющийся снова и снова, чтобы не забыть взять детей, отрывок разговор, который у нас был с кем-то ранее в тот же день, тревожная мысль о далеком любимом человеке, момент затяжного гнева, который внезапно разгорается без уважительной причины, и так далее. Наш сознательный и почти сознательный разум переполнен и часто очень сбивает с толку, и иногда кажется, что мы держим маленькую свечу, пытаясь понять, что происходит в бескрайней тьме, которая нас окружает. Эти переживания указывают на трудности, с которыми мы сталкиваемся в понимании мира, в котором мы находимся. Хотя мы, кажется, живем на том, что Лукреций называл «берегами света», в мире, полном вещей, качеств и взаимоотношений, по крайней мере, с семнадцатого века, мы пришли к сомнению, что этот сенсориум является реальностью, и вместо этого имеем приходят к пониманию этого как просто умственной конструкции, которая частично зависит от ощущений, но также и от памяти, воображения и языка, чтобы дать нам всеобъемлющее представление о мире.Более того, у нас есть веские доказательства того, что в этих темных участках за пределами нашего непосредственного сознания происходит гораздо больше, отчасти потому, что некоторые из них иногда блуждают в нашем свете: слово, которое мы искали вчера, внезапно вспоминается; источник некой душевной агонии, которая беспокоит нас с детства, теперь удивительно ясен. В такие моменты для нас очевидно, что в течение долгого времени происходит что-то, о чем мы не подозревали. И затем, конечно же, сам факт того, что наше сердце продолжает биться, наши легкие втягивают воздух, а другие процессы нашего тела работают более или менее успешно, является показателем деятельности мозга, которая никогда не выходит на свет. Современная биологическая наука убеждена, что все это не деятельность транс-субстанциальной души, а результат электрохимических процессов, происходящих в структуре нашего мозга. Перефразируя возражение Гоббса против утверждения Декарта о том, что люди мыслят вещами, «нет тела — нет мышления». Современная наука или, по крайней мере, современный сциентизм (если использовать термин, который предлагает нам Алекс Розенберг в своем эссе «Путеводитель по реальности разочарованного натуралиста») идет немного дальше: сознание не просто зависит от движений тела, но эти движения являются полностью независимы от сознания, которое неизменно вводит нас в заблуждение, когда мы пытаемся понять самих себя.Мы можем верить, что делаем выбор или у нас есть цели и задачи, но все, что мы делаем, на самом деле является только результатом падения домино за другим в соответствии с эволюционной логикой, которая не зависит от индивидуальной воли или инициативы. С этой точки зрения мы остались такими же, как Дороти, Трусливый Лев, Железный Человек и Страшила, наблюдающие, как Тотош раздвигает занавес рядом с великой и могущественной страной Оз, но с той небольшой разницей, что мы обнаруживаем не продавца змеиного масла из Канзаса, а как выразился Арчибальд Маклиш: «Ничего, ничего, ничего — вообще ничего.” Такой взгляд на вещи имеет довольно ужасные последствия для гуманистов (а также для теистов) и всех произведений, которые они создали за последние несколько тысяч лет в области искусства, религии, философии, истории и т. Д. Некоторые из их деятельности связаны с этим « сциентистская »перспектива — это относительно безобидные формы удовольствия, сродни мастурбации, развлечения, но слегка сомнительные, и не по-настоящему продуктивные или репродуктивные. Многие из продуктов человеческого воображения, цели или намерения, однако, характеризуются как вводящие в заблуждение, а в случае религии — как откровенно опасные, сродни инстинктивному зову леммингов на свой последний заплыв.Среди этих иллюзий сознания только одна исключена из общей критики, и это наука. Только наука верна. Почему среди всей нашей умственной деятельности науке присвоен этот особый статус? В конце концов, наука — это конструкция внутри сознания, и, как и большинство других построений, она критически зависит от общего сознания, то есть языка во всех его формах, включая математику (которая сама существует только в воображаемом времени и пространстве). Почему наука имеет другой статус, чем литература, если взять только один пример? Очевидно, он ищет эмпирическую проверку и имеет метод, позволяющий измерить вероятность того, что его конструкции отражают реальность, но разве это не верно и для литературы? Разве мы не иногда, размышляя над книгой или фильмом, замечаем: «Это абсурд, никто бы так не поступил.Более того, может ли какой-либо ученый дать хотя бы правдоподобное (не говоря уже о доказуемом) описание того, что он или она делает, без учета намерений или целей, которые мотивируют и направляют его или ее поведение? Если наука отрицает реальность такой интенциональности, тогда трудно понять, почему сама наука представляет собой нечто иное, чем (крайне маловероятное) случайное блуждание по языку, и что цивилизация — это нечто большее, чем результат миллионов обезьян, стучащих по миллионам пишущих машинок. (и многое другое) производство всех произведений искусства, литературы, науки и т. д.не только в Британском музее, но и везде. Я не хочу утверждать, что наука ложна, или умалять ее значение для нашей жизни. В самом деле, как коллективное предприятие, это одно из, если не величайшее из достижений человечества. Я хочу предположить, что наука возможна только в пределах сознания и что любая научная попытка объяснить вселенную должна принимать реальность сознательной деятельности, которая делает возможной науку. Это, конечно, не означает, что наука должна принимать все формы сознательного опыта как истинные, но это означает, что наука не может сразу отвергать их все как иллюзорные или вводящие в заблуждение. Пытаясь понять человека, нам нужно понять, в чем мы являемся частью природного мира, но также и в том, чем мы отличаемся от других естественных существ. Современная биологическая наука с середины девятнадцатого века поставила под сомнение все представления о человеческом превосходстве. Раньше считалось, что люди стоят где-то между животными и богами. Дарвин стер различие между людьми и животными. Молекулярная биология и биохимия стерли основное различие между живыми и неживыми существами, оставив нас, как и все другие существа, просто скоплением фермионов и бозонов.Хотя это вполне может быть правдой, все «вещи», которые имеют значение, являются результатом разной организации этих частиц. Жизнь может быть продолжением развития самовоспроизводящихся молекул в окружающей среде, но различия между этими самовоспроизводящимися структурами имеют большое значение. Так что же тогда отличает человека? Люди отличаются друг от друга, потому что мы не просто часть окружающей среды, но существуем в мире, который намного больше, чем мы, и, тем не менее, такой, какой он есть, только в нашем понимании этого мира.Две мои кошки едят, спят и играют, и совершенно не подозревают о глобальном потеплении, возможности катастрофического столкновения Земли с астероидом и о том факте, что миллионы людей (хотя по-прежнему очень мало собратьев из семейства кошачьих) с нетерпением ждут, чтобы узнать, кто будет быть следующим американским кумиром. Мы, люди, озабочены (в разной степени) всеми этими вещами. У нас есть представление о том, что мы существуем в мире, который является не просто набором вещей, а целым (своего рода). Только благодаря этому мы имеем и можем использовать науку как один из возможных способов существования.Мир открывается нам в сознании не только как здесь и сейчас, которые мы ощущаем, но как прошлое, которое мы помним, и будущее, которое мы ожидаем. Поскольку мы живем в ожидании будущего, мы формулируем цели. Этому процессу в огромной степени помогает язык, который позволяет нам представлять и развивать наши проекты очень сложными способами и координировать наши усилия не только с ближайшими людьми, но и в глобальном масштабе. Наука — это одна из форм преднамеренной деятельности в этом мире, которая направлена ​​на достижение поставленных нами целей.Он пытается понять, как все работает, чтобы более эффективно производить то, что мы хотим, и защитить нас от того, чего мы боимся. «Пара обуви». 1885 г. Картина маслом Винсента Ван Гога. Однако наука — не единственная форма сознательной деятельности, посредством которой мы взаимодействуем с миром. Искусство, литература и история, если взять всего три примера, выполняют аналогичную функцию, давая нам представление о том, как мы существуем в мире. Картина мира, которую дает нам наука, может быть чрезвычайно мощной и полезной для человеческой жизни, но то же самое можно сказать о том, как Генри Филдингс описывает развитие Тома Джонса как человека или Ван Гог изображает пару ботинок.И все они являются продуктами воображения и представлены в сознании, хотя и совершенно по-разному. Действительно, искусство и воображение обеспечивают основу, на которой становится возможной наука, поскольку без первого (поэтического / образного) акта называния предмета или отношений между предметами, будь то изображения, слова или математические символы, никакая наука была бы невозможна. Наука также полезна для нас только потому, что у нас есть концепция целей и целей, не вытекающая из науки.Бэкон, несомненно, был прав в своем утверждении, что знание — сила. Хотя наука говорит нам, как все работает, и, таким образом, открывает возможности бесчисленными способами манипулировать нашим миром, она не говорит нам, что делать с этой силой. Вопрос о целях — это не тот вопрос, с которым сталкивается большинство других существ. Они инстинктивно реагируют на свои обстоятельства и достигают устойчивых изменений (как вид) только посредством случайных изменений или случайной миграции. Мы меняем мир намеренно (а также явно непреднамеренно).Люди, как бобры, строят плотины, но если река высыхает, мы строим электростанцию ​​другого типа, в то время как бобры могут либо мигрировать, либо вымирать. У нас есть представление о благе или благе (независимо от того, дано ли оно естественным образом, навязано могущественными, социально сконструировано, в результате веры в божественное откровение, или как следствие утилитарной совокупности предпочтений и т. Д.) И без такого понятия. мы бы вообще не знали, что делать с силой, которую дает нам наука. Искусство, религия, философия, история, литература и гуманитарные науки в целом имеют решающее значение для определения природы блага (ов).Иногда это риторический процесс, в ходе которого люди пытаются убедить других, что их видение блага должно быть благом (ями) для всех. В других случаях отдельные художники или писатели представляют видение хорошего, чтобы открыть возможность разговора и обсуждения, чтобы прийти к пониманию наших целей. Мотивация, лежащая в основе этих практик, не всегда осознанна, но только тогда, когда они представлены в сознательной и доступной форме, они становятся актуальными для нас. Это представление о том, что мы отличаемся друг от друга благодаря сознанию, не означает, что мы каким-то образом находимся выше или свободны от эволюционного процесса. В самом деле, наша форма сознания и наша забота о благе (-ах) могут быть результатом случайных вариаций, но это, несомненно, очень полезно и помогает объяснить нашу способность доминировать во многих экологических нишах. Однако эта дискуссия о благе (ах) жизненно важна для того, кем мы являемся и кем мы будем. Каждый художник, писатель, скульптор, историк и ученый принимает участие в этих дебатах, пытаясь пролить свет на тьму за пределами нашего индивидуального и общего сознания.То, что мы не согласны с тем, что существует, неудивительно. То, что наши тревоги заполняют невидимые участки тьмы пугалами, упырями, демонами, (все более сексуальными) вампирами и другими подобными существами, неудивительно. По этой причине мы не должны заключать, что все продукты воображения обманчивы или иллюзорны. В самом деле, только с помощью представлений воображения мы пришли к пониманию того, что значит быть человеком и заниматься такими практиками, как наука.

8 Фундаментальные физические науки в космосе | Возвращаясь к будущему для освоения космоса: исследования в области биологических и физических наук для новой эры

3. Чжу, Дж. Х., Ли, М., Роджерс, Р., Мейер, В., Оттевилл, Р.Х., Рассел, В.Б., Чайкин, П.М. 1997. Кристаллизация твердых сферических коллоидов в условиях микрогравитации. Nature 387: 883-885.

4. Андерсон, М.Х., Эншер, Дж. Р., Мэтьюз, М. Р., Виман, К. Э., и Корнелл, Е. А. 1995. Наблюдение бозе-эйнштейновской конденсации в разреженном атомном паре. Наука 269 (5221): 198-201.

5. Дэвис К.Б., Мьюз М.-О., Эндрюс М.Р., Ван Друтен Н.Дж., Дарфи Д.С., Курн Д.М. и Кеттерле В. 1995. Конденсация Бозе-Эйнштейна в газе атомов натрия. Physical Review Letters 75 (22): 3969-3973.

6. Корнелл, Э.А., Виман, К.Е. 1998. Конденсат Бозе-Эйнштейна. Scientific American 278 (3): 40-45.

7. Питаевский Л.П., Стрингри С. 2003. Конденсация Бозе-Эйнштейна. Clarendon Press, Оксфорд.

8. Грейнер М., Мандель О., Эсслингер Т., Хэнш Т. В. и Блох I. 2002. Квантовый фазовый переход от сверхтекучего диэлектрика к моттовскому диэлектрику в газе ультрахолодных атомов. Nature 415 (6867): 39-44.

9. Мейстр, П. 2001. Атомная оптика. Springer-Verlag, Нью-Йорк, Нью-Йорк

10. Бармац, М., Хан, И., Липа, Дж. А., и Дункан, Р.В. 2007. Критические явления в условиях микрогравитации: прошлое, настоящее и будущее. Обзоры современной физики 79: 1-52.

11. Стэнли, H.E. 1971. Введение в фазовые переходы и критические явления. Oxford University Press, Оксфорд, Великобритания, и Нью-Йорк, Нью-Йорк,

12.Уилсон, К. 1971. Ренормгруппа и критические явления. I. Ренормализационная группа и масштабная картина Каданова. Physical Review B 4: 3174-3183.

13. Wilson, K.G. 1971. Ренормгруппа и критические явления. II. Анализ критического поведения в фазовом пространстве. Physical Review B 4: 3184-3205.

14. Lipa, J.A., Nissan, J.A., Stricker, D.A., Swanson, D.R., and Chui, T.C.P. 2003. Physical Review B 68: 174518.

15.Липа, Дж., Суонсон, Д.Р., Ниссен, Дж. А., Гэн, З. К., Уильямсон, П.

16. Ламмерцаль, К., Алерс, Г., Эшби, Н., Бармац, М., Бирманн, П.Л., Диттус, Х., Дом, В., Дункан, Р., Гиббл, К., Липа, Дж. ., Локерби Н., Малдерс Н. и Саломон К. 2004. Обзор: эксперименты по фундаментальной физике, запланированные и разрабатываемые для МКС. Общая теория относительности и гравитации 36: 615-649.

17. Ларсон, М., Крунквист, А., Дик, Г.Дж., и Лю, Ю.М. 2003. Научные возможности установки физики низкотемпературной микрогравитации. Physica B: Physics of Condensed Matter 329: 1588-1589.

18. Тоеннис, Дж. П., Вилесов, А. Ф. 2004. Капли сверхтекучего гелия: уникальная холодная наноматрица для молекул и молекулярных комплексов. Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA, Вайнхайм.

19. Симмондс, Р.В., Марченков, А., Хоскинсон, Э., Дэвис, Дж. К., Паккард, Р. Э. 2001. Квантовая интерференция сверхтекучей жидкости ³ He. Природа 412: 55-58.

20. Грин К.Дж., Сергацков Д.А., Дункан Р.В. 2005. Демонстрация сверхстабильной температурной платформы. Журнал физики низких температур 138: 871-876.

Научное моделирование | наука | Britannica

Научное моделирование , создание физического, концептуального или математического представления реального явления, которое трудно наблюдать напрямую.Научные модели используются для объяснения и предсказания поведения реальных объектов или систем и используются в различных научных дисциплинах, от физики и химии до экологии и наук о Земле. Хотя моделирование является центральным компонентом современной науки, научные модели в лучшем случае являются приближениями объектов и систем, которые они представляют, а не точными копиями. Таким образом, ученые постоянно работают над улучшением и уточнением моделей.

Цели научного моделирования различны.Некоторые модели, такие как трехмерная модель двойной спирали ДНК, используются в первую очередь для визуализации объекта или системы, часто создаваемые на основе экспериментальных данных. Другие модели предназначены для описания абстрактного или гипотетического поведения или явления. Например, прогностические модели, такие как те, которые используются в прогнозировании погоды или в прогнозировании результатов эпидемий болезней для здоровья, обычно основаны на знаниях и данных о явлениях из прошлого и полагаются на математический анализ этой информации для прогнозирования будущих, гипотетических случаев подобных явления.Прогностические модели имеют большое значение для общества из-за их потенциальной роли в системах предупреждения, например, в случае землетрясений, цунами, эпидемий и подобных крупномасштабных бедствий. Однако, поскольку ни одна прогностическая модель не может учесть все переменные, которые могут повлиять на результат, ученые должны делать предположения, которые могут поставить под угрозу надежность прогностической модели и привести к неверным выводам.

Подробнее по этой теме

принципы физических наук: упрощенные модели

Процесс рассечения был рано доведен до предела в кинетической теории газов, с которой в ее современной форме, по сути, и началось…

Ограничения научного моделирования подчеркиваются тем фактом, что модели, как правило, не являются полными представлениями. Например, модель атома Бора описывает структуру атомов. Но хотя это была первая атомная модель, включающая квантовую теорию и служившая базовой концептуальной моделью электронных орбит, она не была точным описанием природы вращающихся электронов. Также он не мог предсказать уровни энергии для атомов с более чем одним электроном.

Модель атома Бора

В модели атома Бора электроны движутся по определенным круговым орбитам вокруг ядра. Орбиты обозначены целым числом — квантовым числом n . Электроны могут прыгать с одной орбиты на другую, излучая или поглощая энергию. На вставке электрон прыгает с орбиты n = 3 на орбиту n = 2, испуская фотон красного света с энергией 1,89 эВ.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Фактически, в попытке полностью понять объект или систему, необходимы несколько моделей, каждая из которых представляет часть объекта или системы.В совокупности модели могут обеспечить более полное представление или, по крайней мере, более полное понимание реального объекта или системы. Это иллюстрируется волновой моделью света и моделью света частиц, которые вместе описывают дуальность волна-частица, в которой свет понимается как обладающий как волновыми, так и частичными функциями. Долгое время считалось, что волновая теория и теория частиц света противоречат друг другу. Однако в начале 20-го века с осознанием того, что частицы ведут себя как волны, две модели этих теорий были признаны взаимодополняющими, что во многом способствовало новым открытиям в области квантовой механики.

Белок сибирской язвы

Это компьютеризированное изображение сибирской язвы показывает различные структурные взаимоотношения семи единиц внутри белка и демонстрирует взаимодействие лекарственного средства (показано желтым цветом), связанного с белком, с блокированием так называемой единицы летального фактора. Биоинформатика играет важную роль, позволяя ученым предсказать, где молекула лекарства будет связываться с белком, учитывая индивидуальные структуры молекул.

Оксфордский университет / Getty Images Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Существует множество приложений для научного моделирования. Например, в науках о Земле моделирование атмосферных и океанских явлений актуально не только для прогнозирования погоды, но и для научного понимания глобального потепления. В последнем случае следует отметить модель общей циркуляции, которая используется для моделирования изменения климата, вызванного человеком и не человеком. Моделирование геологических явлений, таких как конвекция внутри Земли и теоретические движения земных плит, позволило ученым углубить знания о вулканах и землетрясениях, а также об эволюции земной поверхности.В экологии моделирование можно использовать для понимания популяций животных и растений, а также динамики взаимодействий между организмами. В биомедицинских науках физические (материальные) модели, такие как мухи Drosophila и нематода Caenorhabditis elegans , используются для исследования функций генов и белков. Точно так же трехмерные модели белков используются для понимания функции белков и помощи в разработке лекарств. Научное моделирование также находит применение в городском планировании, строительстве и восстановлении экосистем.

Модель высоты волны цунами

Карта, подготовленная Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США, с изображением модели высоты волны цунами для Тихого океана после землетрясения 11 марта 2011 года у Сендая, Япония.

Центр исследования цунами NOAA

Явления и теории — Методы исследования в психологии — 2-е канадское издание

1. Дайте определение терминам феномен и теория и проведите четкое различие между ними.
2. Объясните цели научных теорий.
3. Объясните, почему обычно существует много правдоподобных теорий для любого набора явлений.

Феномен (множественное число, феномен) — это общий результат, который достоверно наблюдался в систематических эмпирических исследованиях. По сути, это установленный ответ на исследовательский вопрос. Некоторые явления, с которыми мы столкнулись в этой книге, заключаются в том, что выразительное письмо улучшает здоровье, женщины говорят не больше, чем мужчины, а использование мобильного телефона ухудшает способность управлять автомобилем. Некоторые другие заключаются в том, что диссоциативное расстройство личности (ранее называвшееся расстройством множественной личности) значительно увеличилось в распространенности в конце 20-го века, люди лучше справляются с легкими задачами, когда за ними наблюдают другие (и хуже с трудными задачами), и люди вспоминают представленные предметы. в начале и в конце списка лучше, чем элементы, представленные в середине.

Явлениям часто дают имена их первооткрыватели или другие исследователи, и эти имена могут прижиться и стать широко известными. Следующий список представляет собой небольшую выборку известных явлений в психологии.

• Слепой взгляд. Люди с повреждением зрительной коры головного мозга часто способны реагировать на зрительные стимулы, которые они не видят сознательно.
• Эффект свидетеля. Чем больше людей присутствует в аварийной ситуации, тем меньше вероятность того, что кто-то из них поможет.
• Основная ошибка атрибуции. Люди склонны объяснять поведение других с точки зрения их личных характеристик, а не ситуации, в которой они находятся.
• Эффект МакГерка. Когда звук основного речевого звука комбинируется с видео, на котором человек делает движения ртом для другого речевого звука, люди часто воспринимают звук, который является промежуточным между ними. См. Демонстрацию здесь: Эффект МакГерка
  
• Эффект другой расы. Люди узнают лица людей своей расы точнее, чем лица людей других рас.
• Эффект плацебо. Плацебо (ложное психологическое или медицинское лечение) часто приводит к улучшению симптомов и улучшению функционирования людей.
• Эффект простой экспозиции. Чем чаще люди подвергаются воздействию стимула, тем больше он им нравится, даже если стимул предъявляется подсознательно.
• Эффект последовательного положения. Стимулы, представленные в начале и в конце списка, запоминаются лучше, чем стимулы, представленные в середине. См. Демонстрацию здесь: Serial Position Effect
  
• Самопроизвольное выздоровление.Обусловленная реакция, которая была погашена, часто возвращается без дальнейшей тренировки по прошествии времени.

Хотя эмпирический результат может быть назван феноменом после однократного наблюдения, этот термин с большей вероятностью будет использоваться для результатов, которые были воспроизведены. Репликация означает повторное проведение исследования — либо точно в том виде, в котором оно проводилось изначально, либо с изменениями, — чтобы убедиться, что оно дает те же результаты. Отдельные исследователи обычно тиражируют свои собственные исследования перед их публикацией.Многие отчеты об эмпирических исследованиях включают первоначальное исследование, а затем одно или несколько последующих исследований, которые воспроизводят первоначальное исследование с небольшими изменениями. Особо интересные результаты привлекают внимание других исследователей, которые проводят свои собственные репликации. Положительное влияние выразительного письма на здоровье и отрицательное влияние использования мобильного телефона на способность управлять автомобилем — это примеры явлений, которые многократно воспроизводились многими различными исследователями.

Иногда повторение исследования дает результаты, которые отличаются от результатов первоначального исследования.Это различие может означать, что результаты первоначального исследования или результаты репликации были случайностью — они возникли случайно и не отражают то, что в целом верно. В любом случае дополнительные репликации могут устранить это несоответствие. Неспособность получить те же результаты также может означать, что репликация каким-то важным образом отличается от первоначального исследования. Например, ранние исследования показали, что люди выполняли множество задач лучше и быстрее, когда за ними наблюдали другие, чем когда они были одни.Однако некоторые более поздние повторения показали, что люди работали хуже, когда за ними наблюдали другие. В конце концов исследователь Роберт Зайонц выявил ключевое различие между этими двумя типами исследований. Казалось, что люди лучше справляются со своими задачами, когда за ними наблюдают при выполнении высокопрофессиональных задач, но хуже, когда за ними наблюдают при выполнении относительно невыполненных задач (Zajonc, 1965). Эти два явления теперь стали называть социальным содействием и социальным торможением.

В физике есть законы движения, а в химии — закон сохранения массы.В отличие от других наук, в психологии есть не законы, а эффекты. Законы подразумевают, что это явление универсально верно и редко в психологии не найти исключения. Даже установленные эффекты часто зависят от культуры. Например, фундаментальная ошибка атрибуции чаще совершается в Северной Америке, чем в Восточной Азии (Miyamoto & Kitayama, 2002).

Что такое теория?

Теория — это последовательное объяснение или интерпретация одного или нескольких явлений.Хотя теории могут принимать различные формы, их объединяет то, что они выходят за рамки объясняемых ими явлений, включая переменные, структуры, процессы, функции или организующие принципы, которые не наблюдались напрямую. Рассмотрим, например, теорию социальной поддержки и социального торможения Зайонца. Он предположил, что наблюдение со стороны других во время выполнения задания создает общее состояние физиологического возбуждения, которое увеличивает вероятность доминирующей (наиболее вероятной) реакции.Таким образом, для хорошо отработанных задач наблюдение увеличивает склонность к правильным ответам, но для относительно невыполненных задач наблюдение увеличивает склонность к неправильным ответам. Обратите внимание, что эта теория, которая стала называться теорией влечений, дает объяснение как социальной помощи, так и социального торможения, выходящих за рамки самих явлений, путем включения таких понятий, как «возбуждение» и «доминирующая реакция», наряду с такими процессами, как влияние возбуждения на доминирующую реакцию.

Вне науки обращение к идее как к теории часто подразумевает, что она не проверена — возможно, не более чем безумное предположение. В науке же термин теория не имеет такого значения. Теория — это просто объяснение или интерпретация набора явлений. Его можно не проверять, но также можно тщательно протестировать, хорошо поддержать и принять как точное описание мира в научном сообществе. Например, теория эволюции путем естественного отбора является теорией, потому что она объясняет разнообразие жизни на Земле, а не потому, что она не проверена или не подтверждена научными исследованиями.Напротив, доказательства этой теории в подавляющем большинстве положительны, и почти все ученые принимают ее основные предположения как точные. Точно так же «микробная теория» болезни является теорией, потому что она объясняет происхождение различных заболеваний, а не потому, что есть какие-либо сомнения в том, что многие болезни вызываются микроорганизмами, поражающими организм.

В дополнение к теории , исследователи в области психологии используют несколько связанных терминов для обозначения своих объяснений и интерпретаций явлений.Перспектива — это широкий подход, более общий, чем теория, к объяснению и интерпретации явлений. Например, исследователи, придерживающиеся биологической точки зрения, склонны объяснять явления с точки зрения генетики или структур и процессов нервной и эндокринной системы, в то время как исследователи, придерживающиеся поведенческой точки зрения, склонны объяснять явления с точки зрения подкрепления, наказания и других внешних событий. Модель — это точное объяснение или интерпретация определенного явления, часто выражаемое в терминах уравнений, компьютерных программ или биологических структур и процессов.Гипотеза может быть объяснением, основанным только на нескольких ключевых концепциях, хотя этот термин чаще относится к предсказанию о новом явлении, основанном на теории (см. Раздел 4.3 «Использование теорий в психологических исследованиях»). Атеоретическая основа может быть такой же широкой, как перспектива, или конкретной, как модель, но это контекст, применяемый для понимания явления. Путаницу усугубляет тот факт, что исследователи часто используют эти термины как синонимы. Не будет считаться неправильным называть теорию привода моделью привода или даже гипотезой привода.И биопсихосоциальная модель психологии здоровья — общая идея о том, что здоровье определяется взаимодействием биологических, психологических и социальных факторов — на самом деле больше похожа на точку зрения, определенную здесь. Однако имейте в виду, что наиболее важным различием остается различие между наблюдениями и интерпретациями.

Для чего нужны теории?

Конечно, научные теории предназначены для точного объяснения или интерпретации явлений. Но это должно быть нечто большее, чем это объяснение.Учтите, что теория может быть точной, но не очень полезной. Сказать, что экспрессивное письмо помогает людям «справляться со своими эмоциями», может быть точным, но кажется слишком расплывчатым, чтобы от него можно было много пользы. Учтите также, что теория может быть полезной, не будучи полностью точной. На рис. 4.1 представлена ​​классическая многоуровневая модель человеческой памяти, которая до сих пор цитируется исследователями и обсуждается в учебниках, несмотря на то, что теперь известно, что она во многих отношениях неточна (Izawa, 1999).Эти два примера предполагают, что теории преследуют иные цели, нежели просто предоставление точных объяснений или интерпретаций. Здесь мы рассмотрим три дополнительных цели теорий: организация известных явлений, предсказание результатов в новых ситуациях и создание новых исследований.

Рисунок 4.1. Представление многоуровневой модели человеческой памяти. В многоуровневой модели человеческой памяти информация из окружающей среды проходит через сенсорное хранилище на пути к краткосрочному хранилищу, где ее можно репетировать, а затем в долговременное хранилище, где ее можно хранить и извлекать в большом количестве. позже.Эта теория оказалась чрезвычайно успешной в систематизации старых явлений и предсказании новых.

Организация

Одна из важных целей научных теорий — организовать явления таким образом, чтобы помочь людям думать о них ясно и эффективно. Например, теория влечения социальной помощи и социального торможения помогает систематизировать и осмыслить большое количество, казалось бы, противоречивых результатов. Модель человеческой памяти с несколькими хранилищами эффективно суммирует многие важные явления: ограниченный объем и короткое время хранения информации, которая обрабатывается, но не репетируется, важность повторения информации для долгосрочного сохранения, эффект последовательной позиции и так далее.Или рассмотрим классическую теорию интеллекта, представленную на рис. 4.2. Согласно этой теории, интеллект состоит из общей умственной способности, g, плюс небольшое количество более специфических способностей, на которые влияет g (Neisset et al., 1996). Хотя существуют и другие теории интеллекта, эта хорошо суммирует большое количество статистических взаимосвязей между тестами различных умственных способностей. Эта теория включает в себя тот факт, что тесты всех основных умственных способностей имеют тенденцию к некоторой положительной корреляции, и тот факт, что определенные подмножества умственных способностей (например,g., понимание прочитанного и завершение аналогии) более положительно коррелированы, чем другие (например, понимание прочитанного и арифметика).

Рисунок 4.2. Представление одной теории интеллекта. В этой теории интеллекта общая умственная способность (g) влияет на каждую из трех более конкретных умственных способностей: числовые способности, пространственные способности и вербальные способности. Теории этого типа помогают организовать большое количество статистических соотношений между тестами различных умственных способностей.

Таким образом, теории хороши или полезны в той степени, в которой они организуют больше явлений с большей ясностью и эффективностью.Ученые обычно следуют принципу экономичности, также известному как бритва Оккама, согласно которому теория должна включать только столько концепций, сколько необходимо для объяснения или интерпретации интересующих явлений. Более простые и экономные теории организуют явления более эффективно, чем более сложные и менее экономные теории.

Прогноз

Вторая цель теорий — позволить исследователям и другим людям делать прогнозы о том, что произойдет в новых ситуациях. Например, тренер по гимнастике может задаться вопросом, будут ли результаты ученика лучше или хуже во время соревнований, чем когда он тренируется в одиночку.Даже если этот конкретный вопрос никогда не изучался эмпирически, теория влечений Зайонца предлагает ответ. Если ученица в целом выполняет без ошибок, она, вероятно, будет лучше выступать во время соревнований. Если она обычно работает с большим количеством ошибок, скорее всего, она будет работать хуже.

В клинической психологии решения о лечении часто основываются на теориях. Рассмотрим, например, диссоциативное расстройство личности (ранее называвшееся расстройством множественной личности). Преобладающая научная теория диссоциативного расстройства идентичности состоит в том, что люди развивают множественные личности (также называемые альтерами), потому что они знакомы с этой идеей из популярных изображений (например,g., фильм «Сибил»), а также потому, что их врачи непреднамеренно поощряют их к этому (например, просят «встретить» алтер). Эта теория подразумевает, что вместо того, чтобы побуждать пациентов разыгрывать несколько личностей, лечение должно включать в себя отговорку от этой ролевой игры (Lilienfeld & Lynn, 2003).

Поколение новых исследований

Третья цель теорий — стимулировать новые исследования, поднимая новые вопросы. Рассмотрим, например, теорию о том, что люди ведут себя самоповреждающими действиями, такими как резание, потому что это уменьшает негативные эмоции, такие как грусть, беспокойство и гнев.Эта теория сразу же наводит на несколько новых интересных вопросов. Есть ли на самом деле статистическая взаимосвязь между сокращением и количеством испытываемых отрицательных эмоций? Это причинно? Если да, то что именно в резке имеет такой эффект? Это боль, вид травмы или что-то еще? В равной степени влияет ли сокращение на все негативные эмоции?

Обратите внимание, что теория не обязательно должна быть точной, чтобы служить этой цели. Даже неточная теория может породить новые интересные исследовательские вопросы.Конечно, если теория неточна, ответы на новые вопросы будут несовместимы с теорией. Это новое направление заставит исследователей переоценить теорию и либо пересмотреть ее, либо отказаться от нее в пользу новой. И этот цикл пересмотра — это то, как научные теории со временем становятся более подробными и точными.

Множественные теории

В любой момент времени исследователи обычно рассматривают несколько теорий для любого набора явлений. Одна из причин заключается в том, что человеческое поведение чрезвычайно сложно, поэтому на него всегда можно взглянуть с разных точек зрения.Например, биологическая теория сексуальной ориентации может сосредоточиться на роли половых гормонов в критические периоды развития мозга, в то время как социокультурная теория может сосредоточиться на культурных факторах, которые влияют на то, как выражаются лежащие в основе биологические тенденции. Вторая причина заключается в том, что даже с одной и той же точки зрения обычно существуют разные способы «выйти за пределы» интересующих явлений. Например, в дополнение к теории влечений о социальном содействии и социальном торможении существует еще одна теория, которая объясняет их в терминах конструкции, называемой «оценочное опасение» — беспокойства по поводу оценки аудиторией.Обе теории выходят за рамки феноменов, которые нужно интерпретировать, но они делают это, предлагая несколько разные лежащие в основе процессы.

Различные теории одного и того же набора явлений могут дополнять друг друга — каждая из них представляет собой один фрагмент более крупной головоломки. Биологическая теория сексуальной ориентации и социокультурная теория сексуальной ориентации могут точно описывать разные аспекты одного и того же сложного явления. Точно так же социальная помощь может быть результатом как общего физиологического возбуждения, так и предвкушения оценки.Но разные теории одного и того же явления могут конкурировать в том смысле, что если одна точна, то другая, вероятно, нет. Например, альтернативная теория диссоциативного расстройства идентичности — посттравматическая теория — утверждает, что изменения создаются пациентом бессознательно как средство совладания с сексуальным насилием или другим травмирующим опытом. Поскольку социокогнитивная теория и посттравматические теории приписывают диссоциативное расстройство идентичности принципиально разным процессам, маловероятно, что оба могут быть точными.См. Примечание 4.10 «Откуда берутся множественные личности?» для получения дополнительной информации об этих конкурирующих теориях.

Тот факт, что существует несколько теорий для любого набора явлений, не означает, что любая теория так же хороша, как и любая другая, или что невозможно узнать, дает ли теория точное объяснение или интерпретацию. Напротив, ученые постоянно сравнивают теории с точки зрения их способности организовывать явления, предсказывать результаты в новых ситуациях и проводить исследования.Те, которые не работают, считаются менее точными и отбрасываются, в то время как те, которые работают хорошо, считаются более точными, сохраняются и сравниваются с более новыми — и, надеюсь, лучшими — теориями. Хотя ученые обычно не верят, что их теории когда-либо дают совершенно точное описание мира, они все же предполагают, что этот процесс порождает теории, которые все ближе и ближе к этому идеалу.

В литературе по диссоциативному расстройству идентичности (DID) представлены две конкурирующие теории.Социокогнитивная теория заключается в том, что ДРИ возникает потому, что пациенты осведомлены о расстройстве, знают его характерные особенности и их терапевты поощряют их к тому, чтобы принимать на себя несколько личностей. Посттравматическая теория состоит в том, что множественные личности развиваются как способ справиться с сексуальным насилием или какой-либо другой травмой. В настоящее время существует несколько линий доказательств, которые поддерживают социокогнитивную модель по сравнению с посттравматической моделью (Lilienfeld & Lynn, 2003).

• Диагностика ДРИ значительно увеличилась после выхода книги и фильма « Сибил » — о женщине с ДРИ — в 1970-х.
• DID чрезвычайно редко встречается за пределами Северной Америки.
• Очень небольшой процент терапевтов отвечает за диагностику подавляющего большинства случаев ДРИ.
• Литература по лечению ДРИ включает множество практик, которые побуждают пациентов разыгрывать несколько личностей (например, иметь доску объявлений, на которой люди могут оставлять сообщения друг для друга).
• Нормальные люди могут легко воссоздать симптомы ДРИ с минимальным внушением в симулированных клинических интервью.
• Ученые различают явления, которые являются их систематическими наблюдениями, и теории, которые являются их объяснениями или интерпретациями явлений.
• Помимо точных объяснений или интерпретаций, научные теории преследуют три основные цели. Они организуют явления, позволяют людям предсказывать, что произойдет в новых ситуациях, и помогают проводить новые исследования.
• Исследователи обычно рассматривают несколько теорий для любого набора явлений.Различные теории одного и того же набора явлений могут дополнять друг друга или противоречить друг другу.
1. Практика: подумайте, по крайней мере, о трех различных теориях, чтобы объяснить тот факт, что женатые люди обычно сообщают о большем уровне счастья, чем неженатые.
2. Практика: найдите недавнюю статью в профессиональном журнале и выполните два действия:
   1. Определите основное представляющее интерес явление.
   2. Укажите теорию или теории, используемые для объяснения или интерпретации этого явления.
3. Обсуждение: Может ли теория быть полезной, даже если она неточна? Как?

Основы физики | Безграничная физика

Введение: физика и материя

Физика — это исследование того, как ведет себя Вселенная.

Цели обучения

Применить физику для описания функции повседневной жизни

Основные выводы

Ключевые моменты

• Физика — это естествознание, которое включает изучение материи и ее движения в пространстве и времени, а также связанных с ними понятий, таких как энергия и сила.
• Материей обычно считается все, что имеет массу и объем.
• Научные законы и теории выражают общие истины природы и совокупность знаний, которые они охватывают. Эти законы природы — правила, которым, кажется, следуют все естественные процессы.

Ключевые термины

• материя : основной структурный компонент Вселенной. Материя обычно имеет массу и объем.
• научный метод : метод открытия знаний о мире природы, основанный на создании фальсифицируемых прогнозов (гипотез), их эмпирической проверке и разработке рецензируемых теорий, которые наилучшим образом объясняют известные данные.

Физика — это естественная наука, которая включает изучение материи и ее движения в пространстве и времени, а также связанных с ними понятий, таких как энергия и сила. В более широком смысле, это изучение природы в попытке понять, как ведет себя Вселенная.

Что такое физика? : Г-н Андерсен объясняет важность физики как науки. История и виртуальные примеры используются для придания контекста дисциплины.

Физика использует научный метод, чтобы помочь раскрыть основные принципы, управляющие светом и материей, и обнаружить последствия этих законов.Он предполагает, что существуют правила, по которым функционирует Вселенная, и что эти законы могут быть хотя бы частично поняты людьми. Также широко распространено мнение, что эти законы можно было бы использовать для предсказания всего о будущем Вселенной, если бы была доступна полная информация о текущем состоянии всего света и материи.

Материей обычно считается все, что имеет массу и объем. Многие концепции, неотъемлемые для изучения классической физики, включают теории и законы, объясняющие материю и ее движение.Например, закон сохранения массы гласит, что масса не может быть создана или уничтожена. Поэтому дальнейшие эксперименты и расчеты в физике учитывают этот закон при формулировании гипотез, пытающихся объяснить природные явления.

Физика стремится описать функции всего, что нас окружает, от движения крошечных заряженных частиц до движения людей, автомобилей и космических кораблей. На самом деле, почти все, что вас окружает, можно довольно точно описать законами физики.Рассмотрим смартфон; физика описывает, как электричество взаимодействует с различными цепями внутри устройства. Эти знания помогают инженерам выбрать подходящие материалы и схему схемы при сборке смартфона. Затем рассмотрим систему GPS; Физика описывает взаимосвязь между скоростью объекта, расстоянием, на которое он проходит, и временем, которое требуется, чтобы пройти это расстояние. Когда вы используете устройство GPS в транспортном средстве, оно использует эти физические уравнения для определения времени в пути из одного места в другое.Изучение физики способно внести значительный вклад благодаря достижениям в новых технологиях, которые возникли в результате теоретических открытий.

Глобальная система позиционирования : GPS вычисляет скорость объекта, расстояние, на которое он проходит, и время, необходимое для прохождения этого расстояния, с помощью уравнений, основанных на законах физики.

Физика и другие области

Физика является основой многих дисциплин и вносит непосредственный вклад в химию, астрономию, инженерию и большинство научных областей.

Цели обучения

Объясните, почему изучение физики является неотъемлемой частью изучения других наук

Основные выводы

Ключевые моменты

• Многие научные дисциплины, такие как биофизика, представляют собой гибриды физики и других наук.
• Изучение физики охватывает все формы материи и ее движения в пространстве и времени.
• Применение физики имеет фундаментальное значение для значительного вклада в новые технологии, который является результатом теоретических открытий.

Ключевые термины

• заявка : акт ввода в эксплуатацию

Физика и другие дисциплины

Физика является основой многих важных дисциплин и вносит непосредственный вклад в развитие других. Химия занимается взаимодействием атомов и молекул, поэтому она основана на атомной и молекулярной физике. Большинство областей техники — это прикладная физика. В архитектуре физика лежит в основе структурной устойчивости и участвует в акустике, обогреве, освещении и охлаждении зданий.Части геологии в значительной степени полагаются на физику, например, радиоактивное датирование горных пород, анализ землетрясений и теплопередачу на Земле. Некоторые дисциплины, такие как биофизика и геофизика, представляют собой гибриды физики и других дисциплин.

Физика в химии : Изучение материи и электричества в физике имеет фундаментальное значение для понимания концепций химии, таких как ковалентная связь.

Физика имеет множество приложений в биологических науках.На микроскопическом уровне он помогает описать свойства клеточных стенок и клеточных мембран. На макроскопическом уровне это может объяснить тепло, работу и энергию, связанные с человеческим телом. Физика занимается медицинской диагностикой, такой как рентген, магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвуковые измерения кровотока. Медицинская терапия иногда напрямую связана с физикой: например, в радиотерапии рака используется ионизирующее излучение. Физика также может объяснить сенсорные явления, например, как музыкальные инструменты издают звук, как глаз определяет цвет и как лазеры могут передавать информацию.

Граница между физикой и другими науками не всегда ясна. Например, химики изучают атомы и молекулы, из которых состоит материя, и есть некоторые ученые, которые в равной степени готовы называть себя физико-химиками или физиками-химиками. Может показаться, что различие между физикой и биологией будет более четким, поскольку физика, похоже, имеет дело с неодушевленными объектами. Фактически, почти все физики согласятся, что основные законы физики, применимые к молекулам в пробирке, одинаково хорошо работают для комбинации молекул, составляющей бактерию.Что отличает физику от биологии, так это то, что многие научные теории, описывающие живые существа, в конечном итоге являются результатом фундаментальных законов физики, но не могут быть строго выведены из физических принципов.

Необязательно формально изучать все приложения физики. Что наиболее полезно, так это знание основных законов физики и навыки аналитических методов их применения. Изучение физики также может улучшить ваши навыки решения проблем. Более того, физика сохранила самые основные аспекты науки, поэтому она используется всеми науками.Изучение физики облегчает понимание других наук.

Модели, теории и законы

Термины модель , теория и закон имеют точные значения относительно их использования в изучении физики.

Цели обучения

Определите термины модель, теория и закон

Основные выводы

Ключевые моменты

• Физические концепции нельзя доказать, они могут быть подтверждены или опровергнуты только наблюдениями и экспериментами.
• Модель — это основанное на фактах представление чего-либо, что либо слишком сложно, либо невозможно отобразить напрямую.
• Теория — это объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей.
• В законе используется краткий язык, часто выражаемый в виде математического уравнения, для описания обобщенной закономерности в природе, которая подтверждается научными данными и повторными экспериментами.

Ключевые термины

• Модель : представление чего-то, что трудно или невозможно отобразить напрямую
• Закон : Краткое описание, обычно в форме математического уравнения, используемое для описания закономерностей в природе
• теория : объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей

Определение терминов: модель, теория, закон

В разговорной речи термины модель , теория и закон часто используются взаимозаменяемо или имеют иное толкование, чем в естественных науках.Однако в отношении изучения физики каждый термин имеет свое особое значение.

законы природы — это краткие описания вселенной вокруг нас. Это не объяснения, а человеческие утверждения основных правил, которым следуют все естественные процессы. Они присущи Вселенной; люди не создавали их, и мы не можем их изменить. Мы можем только открыть и понять их. Краеугольный камень открытия законов природы — наблюдение; наука должна описывать Вселенную такой, какая она есть, а не такой, какой мы можем ее себе представить.Законы никогда нельзя узнать с абсолютной уверенностью, потому что невозможно проводить эксперименты, чтобы установить и подтвердить закон во всех возможных сценариях без исключения. Физики исходят из предположения, что все научные законы и теории действительны до тех пор, пока не будет обнаружен контрпример. Если качественный, поддающийся проверке эксперимент противоречит устоявшемуся закону, то закон должен быть изменен или полностью отменен.

Модели

Модель представляет собой представление чего-то, что часто слишком сложно (или невозможно) отобразить напрямую.Хотя конструкция модели оправдана с использованием экспериментальной информации, она является точной только в ограниченных ситуациях. Примером может служить широко используемая «планетарная модель» атома, в которой электроны изображаются вращающимися вокруг ядра, аналогично тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Мы не можем наблюдать электронные орбиты напрямую, но мысленный образ помогает объяснить наблюдения, которые мы можем сделать, например, излучение света горячими газами. Физики используют модели для самых разных целей. Например, модели могут помочь физикам анализировать сценарий и выполнять вычисления, или их можно использовать для представления ситуации в форме компьютерного моделирования.

Планетарная модель атома : Планетарная модель атома, в которой электроны изображены вращающимися вокруг ядра, аналогично тому, как планеты вращаются вокруг Солнца

Теории

Теория — это объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей. Некоторые теории включают модели, помогающие визуализировать явления, а другие нет. . Теория гравитации Ньютона, например, не требует модели или мысленного образа, потому что мы можем наблюдать объекты непосредственно нашими собственными чувствами.Кинетическая теория газов, с другой стороны, использует модель, в которой газ рассматривается как состоящий из атомов и молекул. Атомы и молекулы слишком малы, чтобы их можно было наблюдать непосредственно нашими чувствами, поэтому мы мысленно представляем их, чтобы понять, что наши инструменты говорят нам о поведении газов.

Законы

В законе используется краткий язык для описания обобщенной закономерности в природе, которая подтверждается научными данными и повторными экспериментами. Часто закон можно выразить в виде одного математического уравнения.Законы и теории похожи в том, что они являются научными утверждениями, которые являются результатом проверенной гипотезы и поддерживаются научными доказательствами. Однако закон обозначения зарезервирован для краткого и очень общего утверждения, которое описывает явления в природе, например, закон сохранения энергии во время любого процесса или второй закон движения Ньютона, который связывает силу, массу и ускорение с помощью простого уравнение F = ma. Теория, напротив, представляет собой менее сжатое изложение наблюдаемых явлений.Например, теорию эволюции и теорию относительности нельзя выразить достаточно кратко, чтобы их можно было считать законом. Самая большая разница между законом и теорией состоит в том, что закон намного сложнее и динамичнее, а теория более объяснительна. Закон описывает единственную наблюдаемую точку факта, тогда как теория объясняет целую группу связанных явлений. И если закон — это постулат, лежащий в основе научного метода, теория — это конечный результат этого процесса.

Физика в повседневной жизни: примеры для учебы

Физика, или изучение материи, энергии и взаимодействия между ними, помогает нам понять законы и правила, управляющие физическим миром. Не каждый ученик вырастет и изучит физику на более глубоком уровне, но каждый использует базовые концепции физики, чтобы ориентироваться в повседневной жизни. Вот 5 примеров, чтобы проиллюстрировать студентам, как они используют концепции физики каждый день.

Как каждый ежедневно использует физические концепции

Изучение физики может показаться сложным, но студенты, скорее всего, уже хорошо знакомы со многими концепциями.Борьба с негативным или фрустрированным отношением начинается с предоставления студентам примеров и идей, которые помогут им почувствовать одновременно интерес и воодушевление, узнав о том, «как» и «почему» стоят за ними.

5 повседневных примеров физики для изучения:

Эти пять примеров — отличный способ побудить студентов провести мозговой штурм о том, как они используют физику каждый день.

Тепло — плита

Тепло — это энергия, которая передается от более теплого вещества к более холодному.Когда вы используете плиту, змеевик, пламя или варочная панель передают тепловую энергию кастрюле или сковороде, установленной на ней. Затем тепло от кастрюли или сковороды переносится на пищу внутри.


Другие забавные примеры использования тепла:

• Запекание плавленого мяса над огнем
• Разглаживание складок на рубашке
• Влажная одежда сушится горячим воздухом из сушилки

Звук — Наушники

Маленькие динамики в ваших наушниках используют электричество и движущиеся магниты для создания звуковых волн.Звуковые волны, исходящие из динамика, отражаются от ваших барабанных перепонок, которые мозг интерпретирует как музыку. Звуковые волны, которые вы слышите, исходят ли они от другого человека или от динамика, отражаются от объектов и перемещаются по воздуху в ваши уши. Ваш мозг использует волны, чтобы определить, откуда исходит звук и насколько он громкий.


Другие забавные примеры звука:

• Собака лает вдалеке
• Скрипящая дверь на другом конце комнаты
• Постукивание ручкой по столу

Гравитация — шариковая ручка

На кончике шариковой ручки находится шарик, который катится, когда вы нажимаете вниз, чтобы писать на листе бумаги.Внутри ручки, которая находится на шарике, есть чернила. Гравитация притягивает чернила вниз к бумаге, и шарик катится в чернилах, когда вы пишете, отбирая контролируемое количество изнутри ручки на поверхность бумаги, когда она поворачивается. Если бы вы удалили шарик, удерживающий чернила, гравитация вытягивала бы все чернила вниз и на бумагу в виде лужи.


Другие забавные примеры гравитации:

• Вы можете перепрыгнуть лужу, но гравитация тянет вас назад
• Вода в озере удерживается в нужном месте за счет силы тяжести
• Футболисты бьют мяч, и сила тяжести тянет его вниз, чтобы другая команда могла его поймать

Инерция Ремень безопасности

Когда ваше тело движется, требуется более мощная сила, чтобы заставить его перестать двигаться.В машине ваше тело движется так же быстро, как и машина. Ремень безопасности, плотно прижимающий вас к сиденью, представляет собой сильную силу, которая не дает вашему телу продолжать движение, когда вы нажимаете на тормоз. Без ремня безопасности внезапная остановка может сбить вас с места.


Другие забавные примеры инерции:

• Качели имеют инерцию по направлению к небу, но сила тяжести — это более сильная сила, которая притягивает их к земле
• Вы бросаете шар для боулинга, и кегли падают, потому что они недостаточно сильны, чтобы остановить его инерцию
• Падение дерево раздавит все на своем пути, пока не упадет на землю (или на более сильный объект, например, дом)

Электричество — батареи

Все, в чем есть батарея, хранит электрическую энергию.Автомобиль хранит электрическую энергию в своей аккумуляторной батарее, которая используется для запуска двигателя и работы электрических компонентов автомобиля, таких как радио. В двигателе используется сгорание для создания электрической энергии, которая сохраняется в батарее и используется при необходимости.


Еще забавные примеры электричества:

• Мерцающие огни, используемые в качестве украшения, пропускают электричество от розетки или батареи через провод, чтобы зажечь все прикрепленные к ним маленькие лампочки.
• Тостер использует электричество для создания тепла в спиралях, которые поджаривают ваш хлеб.
• Будильнику требуется постоянный поток электричества, чтобы показывать правильное время. Когда электричество отключается, будильник не может делать свою работу.

Как мы используем физику в повседневной жизни

Изучение физики — это больше, чем просто черные дыры и звезды в космосе — это изучение взаимодействия между материей и энергией. Для понимания каждого из них, от вулканов до океанских волн, требуется изучение физики.


Посмотрите это видео TEDtalk о важности изучения повседневной физики:

Другие занятия STEM и идеи планов уроков

Ищете больше вдохновения и идей для вашего класса по естествознанию и STEAM? Обязательно зайдите на страницу категории STEAM / STEM и посмотрите, что нового.Также найдите время, чтобы зайти в интернет-магазин, чтобы найти все инструменты и материалы, необходимые для оживления вашего научного пространства.


Подробнее: STEAM / STEM


Магазин: расходные материалы для науки и пара


.

No related posts.