Физика и ее связь с другими науками

Физика как фундаментальная наука: её взаимосвязи с математикой, астрономией, техникой и энергетикой. Значение физики в создании комплексно-автоматизированных производств, информационно-вычислительных машин и контрольно-измерительной аппаратуры.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Горский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ аграрный УНИВЕРСИТЕТ

Физика и ее связь с другими науками

Подготовил: Токаев Серёжа,

студент 1-го курса факультета

Биотехнологии и Стандартизации

Владикавказ, 2010 г.

Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий.

Физика и остальные науки

Во всем мире наблюдаются глубочайшие качественные перемены в главных отраслях техники. Революция в энергетике связана с переходом от тепловых электростанций, работающих на органическом топливе, к атомным электростанциям. Создание промышленности искусственных материалов с необыкновенными, но совсем необходимыми для практики качествами произвело революцию в материаловедении. Комплексная механизация и автоматизация ведут нас к революции в индустрии и сельском хозяйстве. Транспорт, стройку, связь стают принципиально новыми, существенно более производительными и совершенными отраслями современной техники.

Физика и астрономия

В современном естествознании, физика является одной из фаворитных наук. Она оказывает большущее влияние на разные отрасли науки, техники, производства. Рассмотрим на нескольких примерах, как физика влияет на остальные области современной науки и техники.

На протяжении тысячелетий астрономы получали лишь ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в широком диапазоне электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики появилась радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было понятно.

Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в спектре дециметровых и сантиметровых радиоволн. Большой сгусток научной информации приносят из космоса остальные виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в её атмосфере.

С выходом человека в космическое пространство родились новейшие разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и палитра-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц, падающих на границу земной атмосферы: астрономы могут изучить все виды частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Размер научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил размер информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом способы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; старая астрономия преобразуется в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.

Сейчас создаются базы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о действиях, происходящих в недрах космических тел, к примеру, в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало вероятным лишь благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

Физика стоит также у истоков революционных преобразований во всех областях техники. На базе её достижений перестраиваются энергетика, связь, транспорт, стройку, промышленное и сельскохозяйственное создание.

Предстоит большая работа по созданию комплексно-автоматизированных производств, включающих в себя гибкие автоматические полосы, промышленные боты, управляемые микрокомпьютерами, а также разнообразную электронную контрольно-измерительную аппаратуру. Научные базы данной техники органически соединены с радиоэлектроникой, физикой твердого тела, физикой атомного ядра и рядом остальных разделов современной физики.

физика автоматизированный вычислительный измерительный

Физика и информатика

Физика вносит решающий вклад в создание современной вычислительной техники, представляющей собой материальную базу информатики. Все поколения электронных вычислительных машин (на вакуумных лампах, полупроводниках и интегральных схемах), созданные до наших дней, родилась в современных лабораториях. Современная физика открывает новейшие перспективы для дальнейшей миниатюризации, роста быстродействия и надежности вычислительных машин. Применение лазеров и развивающейся на их базе голографии таит в себе большие резервы для совершенствования вычислительной техники.

Такая тесная связь физики с другими науками разъясняется значимостью физики, ее значением, так как физика знакомит нас с более общими законами природы, управляющими течением действий в окружающем нас мире и во Вселенной в целом.

Значение физики заключается в отыскании общих законов природы и в объяснении конкретных действий на их базе. По мере продвижения к данной цели перед учеными равномерно вырисовывалась величественная и сложная картина единства природы.

Мир представляет собой не совокупность разрозненных, независящих друг от друга событий, а разнообразные и бессчетные проявления одного целого.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Предмет и структура физики. Роль тепловых машин в жизни человека. Основные этапы истории развития физики. Связь современной физики с техникой и другими естественными науками. Основные части теплового двигателя и расчет коэффициента его полезного действия.

реферат [751,3 K], добавлен 14.01.2010

Сущность физики как науки о формах движения материи и их взаимных превращениях. Теснейшая связь физики с другими отраслями естествознания, ее методы исследований. Основные величины, используемые в механике, молекулярной физике, термодинамике и оптике.

лекция [339,3 K], добавлен 28.06.2013

Предмет физики и ее связь со смежными науками. Общие методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияния друг на друга. Успехи физики в течение последних десятилетий и характеристика ее современного состояния.

учебное пособие [686,6 K], добавлен 26.02.2008

Происхождение понятия «физика». Развитие науки в России. Основные физические термины. Точность и погрешность измерений. Наблюдения и опыты как источники физических знаний. Значение физики для развития техники. Физические величины и их измерение.

реферат [16,4 K], добавлен 20.06.2009

презентация [8,5 M], добавлен 12.10.2012

Научно-техническая революция (НТР) ХХ века и ее влияние на современный мир. Значение физики и НТР в развитии науки и техники. Открытие и применение ультразвука. Развитие микроэлектроники и применение полупроводников. Роль компьютера в развитии физики.

презентация [4,5 M], добавлен 04.04.2016

Физические представления античности и Средних веков. Развитие физики в Новое время. Переход от классических к релятивистским представлениям в физике. Концепция возникновения порядка из хаоса Эмпедокла и Анаксагора. Современная физика макро- и микромира.

реферат [26,0 K], добавлен 27.12.2016

Источник

Предмет физики и ее связь с другими науками

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие написано в соответствии с действующей программой курса физики для инженерно-технических специальностей высших учебных заведений и предназначено для студентов высших технических учебных заведений дневной формы обучения с ограниченным числом часов по физике, с возможностью его использования на вечерней и заочной формах обучения.

Небольшой объем учебного пособия достигнут с помощью тщательного отбора и лаконичного изложения материала.

Книга состоит из семи частей. В первой части дано систематическое изложение физических основ классической механики, а также рассмотрены элементы специальной (частной) теории относительности. Вторая часть посвящена основам молекулярной физики и термодинамики. В третьей части изучаются электростатика, постоянный электрический ток и электромагнетизм. В четвертой части, посвященной изложению теории колебаний и волн, механические и электромагнитные колебания рассматриваются параллельно, указываются их сходства и различия и сравниваются физические процессы, происходящие при соответствующих колебаниях. В пятой части рассмотрены элементы геометрической и электронной оптики, волновая оптика и квантовая природа излучения. Шестая часть посвящена элементам квантовой физики атомов, молекул и твердых тел. В седьмой части излагаются элементы физики атомного ядра и элементарных частиц.

Изложение материала ведется без громоздких математических выкладок, должное внимание обращается на физическую суть явлений и описывающих их понятий и законов, а также на преемственность современной и классической физики. Все биографические данные приведены по книге Ю. А. Храмова «Физики» (М.: Наука, 1983).

Для обозначения векторных величин на всех рисунках и в тексте использован полужирный шрифт, за исключением величин, обозначенных греческими буквами, которые по техническим причинам набраны в тексте светлым шрифтом со стрелкой.

Автор выражает глубокую признательность коллегам и читателям, чьи доброжелательные замечания и пожелания способствовали улучшению книги. Я особенно признательна профессору Касьянову В. А. за рецензирование пособия и сделанные им замечания.

Автор будет благодарен за замечания и советы по улучшению пособия. Просьба направлять их в издательство «Высшая школа» по адресу: 127994, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14.

ВВЕДЕНИЕ

Предмет физики и ее связь с другими науками

Окружающей вас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами посредством ощущений представляет собой материю.

Неотъемлемым свойством материи и формой ее существования является движение. Движение в широком смысле слова — это всевозможные изменения материи — от простого перемещения до сложнейших процессов мышления.

Разнообразные формы движения материи изучаются различными науками, в том числе и физикой. Предмет физики, как, впрочем, и любой науки, может быть раскрыт только по мере его детального изложения. Дать строгое определение предмета физики довольно сложно, потому что границы между физикой и рядом смежных дисциплин условны. На данной стадии развития нельзя сохранить определение физики только как науки о природе.

Академик А. Ф. Иоффе (1880—1960; российский физик)* определил физику как науку, изучающую общие свойства и законы движения вещества и поля. В настоящее время общепризнано, что все взаимодействия осуществляются посредством полей, например гравитационных, электромагнитных, полей ядерных сил. Поле наряду с веществом является одной из форм существования материн. Неразрывная связь поля и вещества, а также различие в их свойствах будут рассмотрены по мере изучения курса.

Физика — наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и их взаимных превращениях. Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая и др.) присутствуют во всех высших и более сложных формах движения материи (химических, биологических и др.). Поэтому они, будучи наиболее простыми, являются в то же время наиболее общими формами движения материи. Высшие и более сложные формы движения материи — предмет изучения других наук (химии, биологии и др.).

Физика тесно связана с естественными науками. Эта теснейшая связь физики с другими отраслями естествознания, как отмечал академик С. И. Вавилов (1891—1955; российский физик и общественный деятель), привела к тому, что физика глубочайшими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и другие естественные науки. В результате образовался ряд новых смежных дисциплин, таких, как астрофизика, биофизика и др.

Бурный темп развития физики, растущие связи ее с техникой указывают на значительную роль курса физики во втузе: это фундаментальная база для теоретической подготовки инженера, без которой его успешная деятельность невозможна.

Источник

С какими науками связана физика и в чем

Физика и философия. Вследствие общности и широты своих законов Ф. всегда оказывала воздействие на развитие философии и сама находилась под её влиянием. С каждым новым открытием в естественнонаучной области, по словам Ф. Энгельса, материализм неизбежно должен менять свою форму.

В достижениях современной Ф. всё большее подтверждение и конкретизацию находит высшая форма материализма – диалектический материализм. При переходе к исследованию микромира закон диалектики – единство противоположностей – проявляется особенно отчётливо. Единство прерывного и непрерывного находит своё отражение в корпускулярно-волновом дуализме микрочастиц. Необходимое и случайное выступают в неразрывной связи, что выражается в вероятностном, статистическом характере законов движения микрочастиц. Провозглашаемое материализмом единство материального мира ярко проявляется во взаимных превращениях элементарных частиц – возможных форм существования физической материи. Особенно важен правильный философский анализ в революционные эпохи развития Ф., когда старые представления подвергаются коренному пересмотру. Классический образец такого анализа был дан В. И. Лениным в книге «Материализм и эмпириокритицизм». Лишь понимание соотношения между абсолютной и относительной истинами позволяет правильно оценить сущность революционных преобразований в Ф., видеть в них обогащение и углубление наших представлений о материи, дальнейшее развитие материализма.

Физика и математика. Ф. – количественная наука. Основные её законы формулируются на математическом языке, главным образом с помощью дифференциальных уравнений. С др. стороны, новые идеи и методы в математике часто возникали под влиянием Ф. Анализ бесконечно малых был создан Ньютоном (одновременно с Г. В. Лейбницем) при формулировке основных законов механики. Создание теории электромагнитного поля привело к развитию векторного анализа. Развитие таких разделов математики, как тензорное исчисление, римановская геометрия, теория групп и др., стимулировалось новыми физическими теориями: общей теорией относительности и квантовой механикой. Развитие квантовой теории поля ставит новые проблемы функционального анализа и т.д.

Физика и другие естественные науки. Тесная связь Ф. с др. отраслями естествознания привела, по словам С. И. Вавилова, к тому, что Ф. глубочайшими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и др. естественные науки. Образовался ряд пограничных дисциплин:астрофизика, геофизика, биофизика, физическая химия и др. Физические методы исследования получили решающее значение для всех естественных наук. Электронный микроскоп на несколько порядков повысил возможности различения деталей объектов, позволив наблюдать отдельные молекулы. С помощью рентгеноструктурного анализа изучаются не только кристаллы, но и сложнейшие биологические структуры. Подлинным его триумфом явилось установление структуры молекул ДНК, входящих в состав хромосом клеточных ядер всех живых организмов и являющихся носителями наследств, кода. Революция в биологии, связанная с возникновением молекулярной биологии и генетики, была бы невозможна без Ф.

Метод т. н. меченых атомов играет огромную роль в исследовании обмена веществ в живых организмах; многие проблемы биологии, физиологии и медицины были решены с их помощью. Ультразвук применяется в медицине для диагностики и терапии.

Как говорилось выше, законы квантовой механики лежат в основе теории химической связи. С помощью меченых атомов можно проследить кинетику химических реакций. Физическими методами, например с помощью пучков мюонов, полученных на ускорителях, удаётся осуществить химические реакции, не идущие в обычных условиях. Используются структурные аналоги атома водорода – позитроний и мюоний, существование и свойства которых были установлены физиками. В частности, с помощью мюония удаётся измерять скорость протекания быстрых химических реакций. (См. Мюоны.)

Результаты и методы ядерной Ф. применяются в геологии; с их помощью, в частности, измеряют абсолютный возраст горных пород и Земли в целом (см. Геохронология).

Физика и техника. Ф. образует фундамент главнейших направлений техники. Электротехника и энергетика, радиотехника и электроника, светотехника, строительная техника, гидротехника, значительная часть военной техники выросли на основе Ф. Благодаря сознательному использованию физических законов техника из области случайных находок вышла на широкую дорогу целенаправленного развития. Если в 19 в. между физическим открытием и первым его техническим применением проходили десятки лет, то теперь этот срок сократился до нескольких лет.

В свою очередь, развитие техники оказывает не менее существенное влияние на совершенствование экспериментальной Ф. Без развития электротехники, электроники, технологии производства очень прочных и лишённых примесей материалов было бы невозможно создание таких устройств, как ускорители заряженных частиц, огромные пузырьковые и искровые камеры, полупроводниковые приборы и т.д.

Возникновение ядерной энергетики связано с крупными достижениями ядерной Ф. Ядерные реакторы-размножители на быстрых нейтронах могут использовать природный уран и торий, запасы которого велики. Осуществление управляемого термоядерного синтеза практически навсегда избавит человечество от угрозы энергетического кризиса.

Техника будущего будет основываться не на готовых природных материалах, а главным образом на синтетических материалах с наперёд заданными свойствами. Создание и исследование структуры вещества играют в решении этой проблемы определяющую роль.

Развитие электроники и создание совершенных ЭВМ, базирующиеся на достижениях Ф. твёрдого тела, неизмеримо расширили творческие возможности человека, а также привели к построению «думающих» автоматов, способных быстро принимать решения в обстановке, требующей обработки большого объёма информации.

Огромное повышение производительности труда достигается благодаря использованию ЭВМ (автоматизация производства и управления). По мере усложнения народного хозяйства объём перерабатываемой информации становится чрезвычайно большим. Поэтому очень важно дальнейшее усовершенствование вычислительных машин – увеличение их быстродействия и объёма памяти, повышение надёжности, уменьшение габаритов и стоимости. Эти усовершенствования возможны только на основе новых достижений Ф.

Современная Ф. стоит у истоков революционных преобразований во всех областях техники. Она вносит решающий вклад в научно-техническую революцию.

О развитии Ф. в СССР см. раздел Физические науки. См. также статьи Физические журналы,Физические институты.

Источник

Содержание:

Связь физики с другими науками:

Физика – это интересная и увлекательная наука. Она дает возможность понять окружающий мир, приучает к логическому мышлению и развивает творческие способности.

Величайшие открытия в биологии – генная инженерия, клонирование, рас-шифровка строения молекулы ДНК, которая передает код наследственности, – были бы невозможны без таких физических приборов, как рентгеновские аппараты, ультрацентрифуги, холодильные установки, электронные микроскопы и многих других.

Интересно, что существование молекулы ДНК задолго до ее открытия пред-сказали австрийский физик Эрвин Шредингер и американский физик украинского происхождения Георгий Гамов.

Лазерные прицелы и аппараты ночного видения служат военным, а лазерные ножи – врачам. Лазерные шоу украшают праздники.

Особенно важной для жизни общества является роль физики в создании новых источников энергии: от батареек и электрогенераторов до атомных и термоядерных станций.

Бурное развитие физики в ХХ в. обусловило появление новых научных дисциплин: химическая физика и физическая химия, биофизика, биоэнергетика, бионика и инженерная генетика, астрофизика, космология и космическая физика, медицинская физика.

ХХ век оказался веком неожиданных и увлекательных открытий в физике. Все они получили практическое использование и существенно изменили жизнь человеческого общества.

Физика – основа техники и технологии

Компьютерами сегодня пользуется каждый: от школьника и бухгалтера до инженера и ученого. Появление современных компьютеров стало возможным благодаря исследованиям физиков в отрасли полупроводниковых материалов и нанотехнологий. То, что физика уже давно проникла в производство, технику, медицину, быт и индустрию развлечений, еще раз подтверждает: знание физики пригодится каждому человеку.

Создание ядерной физики

Одна из проблем человечества – получение достаточного количества энергии. После открытия законов ядерной физики человечество получило невиданное могущество, которое дало возможность решения энергетического кризиса (атомные электростанции (рис. 8.1)). Однако при этом также возникла угроза самоуничтожения (атомное и водородное оружие). Открытие анти-вещества обещает дать в сотни раз более мощные источники энергии, чем ядерные.
Зимой ведром угля можно обогреть квартиру на один вечер. Одно ведро урана (если высвободить всю ядерную энергию, которая в нем со-держится) может обеспечить полумиллионный город светом и теплом на протяжении года!

Выход в космос

При помощи ракет удалось преодолеть земное притяжение, построить космические станции и даже побывать на Луне (рис. 8.2). Первый искусственный спутник был запущен в 1957 г. в Советском Союзе, а советский космонавт Юрий Гагарин стал первым человеком, который побывал в космосе. Космическим аппаратам удалось сфотографировать с близкого расстояния многие планеты Солнечной системы. На Марс, Венеру, Луну и даже на спутник Сатурна Титан удалось высадить дистанционно управляемые аппараты (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Марсоход Curiosity совершил посадку на Красной планете

Создание космических аппаратов нуждается в новых технологиях. Однако приборы и материалы космической промышленности можно применять, на-пример, для изготовления искусственных суставов в медицине или для производства горных лыж и автомобильных двигателей. Это, как оказалось, при-носит большую прибыль. Поэтому развитые страны вкладывают в научные исследования огромные средства. Так, программа «Аполлон» – высадка чело-века на Луну – обошлась американцам в 25 млрд. долларов. Но прибыль от высоких технологий составила 4 доллара на каждый затраченный. Это в 20 раз эффективнее, чем аналогичные вложения в промышленность. Следовательно, вкладывать деньги в развитие новых технологий, образование и фундаментальные исследования (те, которые лежат в основе всех других) выгодно.

Радио, телевидение, интернет

Радио и телевидение – чудо, к которому мы уже привыкли и воспринимаем его как должное. Существование радиоволн предсказал еще в ХІХ в. английский физик Джеймс Клерк Максвелл. Прошло 14 лет, прежде чем немец-кий физик Генрих Герц открыл эти волны, и еще 8 лет, пока российский физик Александр Попов изобрел способ их использования – радиоприемник. Отсюда берут свое начало современные радио и телевидение, мобильная телефонная связь, электронная почта и «всемирная паутина» – «www» – Интернет. Интересно, что Интер-нет был создан в Европейском центре ядерных исследований ЦЕРН в 1995 году (рис. 8.4).

Рис. 8.4. «Отец» Интернета Тим Бернес Ли из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН)

Создание современных компьютеров

В первой половине ХХ в. физики открыли новый класс материалов, названных полупроводниками. А в 1948 г. на основании этих материалов был создан важнейший элемент всех электронных приборов – транзистор. Именно за открытие транзистора американский физик Джон Бардин был удостоен самой престижной в мире ученых Нобелевской премии.

Однако настоящая революция в изготовлении компьютеров началась в 1970-ые годы, когда ученые и технологи научились выращивать миллионы транзисторов на небольших полупроводниковых пластинках, площадь которых равна площади ногтя. Сегодня персональные компьютеры (рис. 8.5) можно расположить на столе, а некоторые модели даже в кармане. Да и выполнять они могут миллиарды и триллионы операций в секунду. Например, объемы памяти компьютеров уже исчисляются в Мб (мегабайтах) и Тб – терабайтах, а в суперкомпьютерах – в петабайтах (Пб).

Рис. 8.5. Современный портативный компьютер

Оптические квантовые источники света (ЛАЗЕРЫ)

В 1964 году Нобелевские премии за открытие лазера получили американец Чарльз Таунс и советские физики Николай Басов и Александр Прохоров.

Лазеры проникли буквально во все сферы жизни, включая медицину, сельское хозяйство, бытовую радиоэлектронику и даже индустрию развлечений. При помощи лазерного луча делают сложные операции на глазу человека (рис. 8.6).

Рис 8.6. Лазерная коррекция зрения

Однако наиболее интересное применение лазеров для демонстрации объемного кино и объемного телевидения еще впереди. Мощные волоконные линии, которые используются в магистралях для передачи информации, в том числе и для работы Интернета, – это также область применения лазеров.

Это далеко не все достижения физической науки. А сколько их еще впереди!

Итоги:

Физика как естественная наука

Физические величины

S = a · b
S = a · b = a 2

S = π · R2

Наименование	Символ	Единицы измерения, СИ	Формула	Приборы
длина	L	м (метр)	линейка
площадь: прямоугольника, параллелограмма квадрата треугольника круга	S	м 2 (метр квадратный)	палетка, линейка
объем параллелепипеда цилиндра шара	V	м 3 (метр кубический)	V = S · h V = a · b · h V = πR 2 · h	линейка, мензурка

Основные положения атомно-молекулярного учения

1. Все тела состоят из молекул, атомов.

2. Молекулы, атомы непрерывно и беспорядочно двигаются.

3. Молекулы, атомы взаимодействуют между собой

Влияние физики на общественное развитие и научно-технический прогресс

Все окружающее нас пространство заполнено радиоволнами, которые поступают не только от радио- и телевизионных станций, но и из космоса – от галактик и квазаров, на протяжении миллионов и миллиардов лет, днем и ночью. Однако еще 150 лет назад никто о них ничего не знал, кроме одного человека – Джеймса Клерка Максвелла, который открыл существование электромагнитных волн.

От открытия – к практическому применению

Радиовещание, каким мы его понимаем в настоящее время, существует уже около 100 лет. Таким образом, инопланетные цивилизации, способные принять радиопередачи земных радиостанций, должны находиться от нас на рас-стоянии не больше, чем 100 световых лет. Те, которые проживают дальше, даже не подозревают о нашем существовании! Это не так уж и далеко, именно на таком расстоянии мощные телескопы могут установить наличие у звезды планет.

На самом деле радиосвязь осуществляется довольно сложным способом через систему ре-трансляторов, телевизионных спутников и волоконнооптических линий.

Вполне возможно, что в природе существу-ют способы телекоммуникации намного лучшие и более надежные, чем радиоволны, но мы ничего о них не знаем.

Всего 50 лет назад телевизор мог принять максимум 12 телевизионных каналов, а реально их было не более шести, и качество изображения было не из лучших. Сами телевизионные приемники были громоздкими, а размеры экранов – маленькими.

Этому радиоприемнику всего 60 лет	Этому телевизору – 50 лет

Сравните с сегодняшними возможностями – тысячи каналов, изображения высокой четкости, 3d-изображения, возможность принять сигнал даже на карманный прибор через Интернет.

Ускорение технического прогресса

Чтобы теоретические знания воплотились в создание паровой машины, понадобилось около 100 лет. Путь радио – от идеи к широкому потреблению – также занял около 100 лет, фотографии – 110 лет. В последние 20 лет наблюдается небывалое ускорение технического и технологического прогресса. Мобильные телефоны системы / с использованием технологии связи 3G создали около 10 лет назад. Пять лет тому назад появились смартфоны, три года назад – планшеты.

Возможно, через 20 лет этот экран также вызовет улыбку	Смартфон	Планшеты появились совсем недавно

В области фотографии произошла настоящая революция. Состоялся сначала переход к машинной печати фотографий, а впоследствии – к созданию цифровых фотоаппаратов и цифровых изображений (рис. 37.1). А еще не так давно специалисты спорили, хватит ли имеющихся в мире запасов серебра для изготовления фото-пленок! Основой новых технологий является микроэлектроника и исследования в области полупроводниковых материалов.

Рис. 37.1. Стремительный переход от пленок к «цифре»

Возможности нанотехнологий

Инженеров давно беспокоит идея космического лифта – троса, который свяжет наземную станцию с геостационарным спутником (рис. 37.2) и заменит дорогие ракеты. По этому тросу длиной 36 000 км будет пере-двигаться лифт и перевозить грузы на космическую станцию. До недавнего времени эта идея принадлежала к фантастическим, поскольку стальной трос рвется под собственным весом уже при длине 6 км.

Рис. 37.2. Космический лифт

Появление в 1991 году углеродных нанотрубок (рис. 37.3) прибавило изобретателям оптимизма. Новый материал будет втрое легче и в 120 раз крепче станцию с геостационарным спутником (рис. 37.2) и заменит дорогие ракеты. По этому тросу длиной 36 000 км будет пере-двигаться лифт и перевозить грузы на космическую станцию. До недавнего времени эта идея принадлежала к фантастическим, поскольку стальной трос рвется под собственным весом уже при длине 6 км.

Рис. 37.3. Углеродные нанотрубки намного легче и крепче стали

Появление в 1991 году углеродных нанотрубок (рис. 37.3) прибавило изобретателям оптимизма. Новый материал будет втрое легче и в 120 раз крепче стали. Такой нанотрос диаметром 1 мм сможет выдержать груз 10 т, и это не предел.

Рис. 37.4. Аэрогель имеет плотность воздуха и прочность кирпича Рис. 37.4. Аэрогель имеет плотность воздуха и прочность кирпичаногие лаборатории целенаправленно создают материалы с заранее заданными свойства-ми, и эта область науки приобретает промышленный размах.

Совсем недавно создан еще один удивительный материал – аэрогель (рис. 37.4). Он крепче кирпича, и почти такой же по плотности, как воздух. Он очень плохо проводит тепло, и его можно будет использовать в качестве идеального теплоизолятора.

Рис. 37.4. Аэрогель имеет плотность воздуха и прочность кирпича

Рис. 37.5. Роботы освободили людей от тяжелого и однообразного труда

Развитие исследований

Историки науки заметили, что большинство открытий были сделаны не по непосредственной практической необходимости, а просто из любопытства.

На самом деле происходит постоянное взаимодействие между развитием науки и ее приложением на практике. Без конструкторского бюро Антонова не было бы у нас таких самолетов, а без большого желания летать – не было бы конструкторов.

Украина обладает значительными достижениями в развитии как практической, так и теоретической механики. У нас строят самые большие в Европе и мире самолеты (рис. 37.7), космические ракеты, оптические и радиотелескопы, тепловые, атомные и гидроэлектростанции.

Сложность созданных машин и механизмов поражает воображение (рис. 37.8). Эти области науки и техники требуют большого количества научных и инженерных кадров, которые способны придумать что-то новое.

Рис. 37.6. Марсоход	Рис. 37.7. Чтобы чего-то достичь – нужно мечтать	Рис. 37.8. Турбореактивный двигатель современного самолета содержит около 6000 высокотехнологичных деталей

Технический и научный прогресс требуют новых идей

Классическая механика, созданная более чем 300 лет тому назад Исааком Ньютоном, с ее абсолютным и незыблемым пространством и временем в 1905 году столкнулась с драматическими испытаниями со стороны новой механики Альберта Эйнштейна, в которой временем можно управлять, замедляя его почти до нуля при больших скоростях. Это открыло принципиальную возможность путешествий в будущее, и дело только в техническом воплощении выводов теории относительности.

Однако у теории Эйнштейна есть фундаментальное ограничение, которое уже 100 лет не дает покоя любителям науки и ученым – скорости света в вакууме не может достичь ни один объект, кроме света. Но это не остановило американского физика украинского происхождения Олексу-Мирона Биланюка, который создал теорию «тахионов» – частиц, которые могут двигаться со скоростью, большей, чем световая.

И хотя пока существование этих частиц не подтверждено экспериментально, не исключено, что именно кто-то из вас это сделает.

Современное состояние физической науки

В ЦЕРНе, на границе между Швейцарией и Францией, неподалеку от г. Женевы находится самый большой и самый дорогой на сегодняшний день физический прибор, построенный для исследования глубинных свойств материи. Эта уникальная машина работает по новейшим технологиям. В кольцевом тоннеле длиной почти 27 км и расположенном на средней глубине 100 м находятся две трубки (рис. 37.9), внутри которых двигаются навстречу друг другу два пучка про-тонов. Вакуум в трубках в 10 раз глубже, чем в космосе.

Рис. 37.9. Система охлаждения и две трубки, по которым двигаются протоны

Протоны удерживаются на круговой орбите 9500 сверхпроводящими магнитами, обмотки которых охлаждены до температуры –271°C.

По трубам, в которых находятся сверхпроводящие кабели, течет жидкий гелий, находящийся в сверхтекучем состоянии, а ток в кабеле составляет около 12000 А (двигатели троллейбуса или трамвая потребляют 200–300 А).

Протоны в количестве две миллиардных доли грамма ускоряются в течение десяти часов до скорости, составляющей 99,9999991 % скорости света. Кольцо ускорителя протоны проходят 11000 раз в секунду. В результате это мизерное по массе количество частиц приобретает энергию, которую имеет скоростной поезд массой 140 тонн на скорости 150 км/ч (рис. 37.10).

Рис. 37.10. Этот 140-тонный поезд на скорости 150 км/ч. имеет такую же энергию, как две миллиардных доли грамма протонов, разогнанных почти до скорости света

Для установки CMS, построенной для изучения протон-протонных столкновений и поиска бозона Хиггса, харьковский Институт монокристаллов создал 22 тысячи детекторов из радиационно устойчивой пластмассы. Кроме того, Украина поставляет железо для магнитов и уникальные кристаллы.

С помощью коллайдера ученые уже сегодня получают и хранят антивещество (антиводород), учатся лечить рак с помощью протонов и антипротонов, открыли частицу Хиггса (6 июля в 2012 г.), пытаются понять природу темной материи и темной массы.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник