Закон физики в повседневной жизни: сколько отдашь, столько и получишь. Какие основные законы физики

Хелен Черски (Helen Czerski)

Физик, океанограф, ведущая научно-популярных программ на BBC.

Когда речь заходит о физике, мы представляем какие-то формулы, нечто странное и непонятное, ненужное обычному человеку. Возможно, мы слышали что-то о квантовой механике и космологии. Но между этими двумя полюсами как раз и находится всё, что составляет нашу повседневную жизнь: планеты и бутерброды, облака и вулканы, пузыри и музыкальные инструменты. И всеми ими управляет относительно небольшое число физических законов.

Мы постоянно можем наблюдать эти законы в действии. Возьмите, например, два яйца - сырое и варёное - и раскрутите их, а затем остановите. Варёное яйцо останется неподвижным, сырое снова начнёт вращаться. Всё потому, что вы остановили только скорлупу, а жидкость внутри продолжает вращение.

Это наглядная демонстрация закона сохранения момента импульса . Упрощённо его можно сформулировать так: начав вращаться вокруг постоянной оси, система продолжит вращение, пока её что-то не остановит. Это один из фундаментальных законов Вселенной.

Он пригождается не только, когда нужно отличить варёное яйцо от сырого. С его помощью также можно объяснить, как космический телескоп «Хаббл», находясь без какой-либо опоры в пространстве, наводит объектив на определённый участок неба. Просто внутри у него вращающиеся гироскопы, которые, по сути, ведут себя так же, как и сырое яйцо. Сам телескоп вращается вокруг них и таким образом меняет своё положение. Получается, закон, который мы можем протестировать у себя на кухне, объясняет и устройство одной из самых выдающихся технологий человечества.

Зная основные законы, регулирующие нашу повседневную жизнь, мы перестаём чувствовать себя беспомощными.

Чтобы понимать, как устроен окружающий нас мир, мы должны сначала разобраться с его основами - . Мы должны понять, что физика - это не только чудаковатые учёные в лабораториях или сложные формулы. Она прямо перед нами, доступная каждому.

С чего же начать, подумаете вы. Наверняка вы замечали что-нибудь странное или непонятное, но вместо того, чтобы задуматься об этом, говорили себе, что вы взрослый человек и у вас нет на это времени. Черски советует не отмахиваться от подобных вещей, а начинать как раз с них.

Если не хотите ждать, пока встретится что-то любопытное, положите изюм в газировку и посмотрите, что произойдёт. Понаблюдайте, как высыхает пролитый кофе. Постучите ложкой по краю чашки и прислушайтесь к звуку. В конце концов, попробуйте уронить бутерброд так, чтобы он не падал маслом вниз.

Хелен Черски (Helen Czerski)

Физик, океанограф, ведущая научно-популярных программ на BBC.

Зная основные законы, регулирующие нашу повседневную жизнь, мы перестаём чувствовать себя беспомощными.

Физический закон – это найденная на опыте и установленная путем обобщения опытных данных количественная или качественная объективная зависимость одних физических величин от других.

Модель сплошной среды

Модель, согласно которой в физике рассматривается вещество как непрерывно распределенная по пространству среда, не имеющая ни пустот, ни разрывов и обладающая физическими свойствами реального вещества (твердого тела, капельной жидкости, газа, плазмы).

Применение модели сплошной среды позволяет использовать математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления.

Температура

Температура – скалярная физическая величина, характеризующая тепловое состояние системы. Согласно молекулярно – кинетической теории температура связана с интенсивностью движения микроструктурных частиц материи. Численное значение температуры представляет собой величину отклонения теплового состояния тела от теплового равновесия с другим телом, состояние которого принято за начало отсчета.

Шкала для измерения температуры определяется выбранным началом ее отсчета. В настоящее время система единиц СИ предусматривает применение двух температурных шкал: т е р м о д и н а м и ч е с к у ю (абсолютную шкалу) и м е ж д у н а р о д н у ю п р а к т и ч е с к у ю (МПШТ). По первой шкале за начало отсчета условно принимается абсолютный ноль температуры. Единица измерения термодинамической температуры – кельвин, обозначение: Т .

По второй шкале за начало отсчета выбрано состояние, соответствующее таянию льда в воде, это 273,15 К. Температуру по этой шкале выражают в градусах Цельсия (0 С) и обозначают t . Градус (температурный) – общее название различных единиц температуры, соответствующих различным температурным шкалам, 1К = 1 0 С.

Связь между температурами по установленным шкалам имеет вид:

Т = t + 273,15.

В ряде стран еще используется внесистемная шкала, выраженная в градусах Фаренгейта (0 F ). Пересчет температуры со шкалы Фаренгейта на шкалу Цельсия проводится по выражению

t = (t F – 32).

Давление

Давление – физическая величина, характеризующая напряженное состояние сплошных сред, численно – это интенсивность нормальных сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого.

Давление обозначается p , за его единицу в СИ принят паскаль (Па).

Один паскаль в неподвижной среде равен давлению, вызываемому нормальной силой 1Н, действующей на поверхность, равную 1 м 2 (1Па=1Н/м 2). Допускается применение следующих единиц: бар (1бар = 1 5 Па), техническая атмосфера (1ат = 1 кгс/см 2 = 0,98110 5 Па), физическая атмосфера (1атм = 1,0110 5 Па), миллиметр ртутного столба (1 мм рт.ст. = 133,3 Па), миллиметр водяного столба (1 мм вод. ст. = 9,81 Па).

Давление в системе, отсчитываемое от нулевого значения, называется а б с о л ю т н ы м и обозначается p абс . Абсолютное атмосферное давление, именуют б а р о м е т р и ч е с к и м (p бар. ). Давление в системе, превышающее атмосферное (барометрическое), называют и з б ы т о ч н ы м (р изб), а недостающее до атмосферного – р а з р я ж е н и е м (р раз ), или вакуумметрическим давлением (р вак ).

Давайте немного разберемся с этим. Говоря, что вы не можете выиграть, Сноу имел в виду то, что поскольку материя и энергия сохраняются, вы не можете получить одно, не потеряв второе (то есть E=mc²). Также это означает, что для работы двигателя вам нужно поставлять тепло, однако в отсутствии идеально замкнутой системы некоторое количество тепла неизбежно будет уходить в открытый мир, что приведет ко второму закону.

Второй закон - убытки неизбежны - означает, что в связи с возрастающей энтропией, вы не можете вернуться к прежнему энергетическому состоянию. Энергия, сконцентрированная в одном месте, всегда будет стремиться к местам более низкой концентрации.

Наконец, третий закон - вы не можете выйти из игры - относится , самой низкой теоретически возможной температуре - минус 273,15 градуса Цельсия. Когда система достигает абсолютного нуля, движение молекул останавливается, а значит энтропия достигнет самого низкого значения и не будет даже кинетической энергии. Но в реальном мире достичь абсолютного нуля невозможно - только очень близко к нему подойти.

Сила Архимеда

После того как древний грек Архимед открыл свой принцип плавучести, он якобы крикнул «Эврика!» (Нашел!) и побежал голышом по Сиракузам. Так гласит легенда. Открытие было вот настолько важным. Также легенда гласит, что Архимед обнаружил принцип, когда заметил, что вода в ванной поднимается при погружении в него тела.

Согласно принципу плавучести Архимеда, сила, действующая на погруженный или частично погруженный объект, равна массе жидкости, которую смещает объект. Этот принцип имеет важнейшее значение в расчетах плотности, а также проектировании подлодок и других океанических судов.

Эвoлюция и естественный отбор

Теперь, когда мы установили некоторые из основных понятий о том, с чего началась Вселенная и как физические законы влияют на нашу повседневную жизнь, давайте обратим внимание на человеческую форму и выясним, как мы дошли до такого. По мнению большинства ученых, вся жизнь на Земле имеет общего предка. Но для того, чтобы образовалась такая огромная разница между всеми живыми организмами, некоторые из них должны были превратиться в отдельный вид.

В общем смысле, эта дифференциация произошла в процессе эволюции. Популяции организмов и их черты прошли через такие механизмы, как мутации. Те, у кого черты были более выгодными для выживания, вроде коричневых лягушек, которые отлично маскируются в болоте, были естественным образом избраны для выживания. Вот откуда взял начало термин естественный отбор.

Можно умножить две этих теории на много-много времени, и собственно это сделал Дарвин в 19 веке. Эволюция и естественный отбор объясняют огромное разнообразие жизни на Земле.

Общая теория относительности Альберта Эйнштейна была и остается важнейшим открытием, которое навсегда изменила наш взгляд на вселенную. Главным прорывом Эйнштейна было заявление о том, что пространство и время не являются абсолютными, а гравитация - это не просто сила, приложенная к объекту или массе. Скорее гравитация связана с тем, что масса искривляет само пространство и время (пространство-время).

Чтобы осмыслить это, представьте, что вы едете через всю Землю по прямой линии в восточном направлении, скажем, из северного полушария. Через некоторое время, если кто-то захочет точно определить ваше местоположение вы будете гораздо южнее и восточнее своего исходного положения. Это потому что Земля изогнута. Чтобы ехать прямо на восток, вам нужно учитывать форму Земли и ехать под углом немного на север. Сравните круглый шарик и лист бумаги.

Пространство - это в значительной мере то же самое. К примеру, для пассажиров ракеты, летящей вокруг Земли, будет очевидно, что они летят по прямой в пространстве. Но на самом деле, пространство-время вокруг них изгибается под действием силы тяжести Земли, заставляя их одновременно двигаться вперед и оставаться на орбите Земли.

Теория Эйнштейна оказала огромное влияние на будущее астрофизики и космологии. Она объяснила небольшую и неожиданную аномалию орбиты Меркурия, показала, как изгибается свет звезд и заложила теоретические основы для черных дыр.

Принцип неопределенности Гейзенберга

Расширение теории относительности Эйнштейна рассказало нам больше о том, как работает Вселенная, и помогло заложить основу для квантовой физики, что привело к совершенно неожиданному конфузу теоретической науки. В 1927 году осознание того, что все законы вселенной в определенном контексте являются гибкими, привело к ошеломительному открытию немецкого ученого Вернера Гейзенберга.

Постулируя свой принцип неопределенности, Гейзенберг понял, что невозможно одновременно знать с высоким уровнем точности два свойства частицы. Вы можете знать положение электрона с высокой степенью точности, но не его импульс, и наоборот.

Позже Нильс Бор сделал открытие, которое помогло объяснить принцип Гейзенберга. Бор выяснил, что электрон обладает качествами как частицы, так и волны. Концепция стала известна как корпускулярно-волновой дуализм и легла в основу квантовой физики. Поэтому, когда мы измеряем положение электрона, мы определяем его как частицу в определенной точке пространства с неопределенной длиной волны. Когда мы измеряем импульс, мы рассматриваем электрон как волну, а значит можем знать амплитуду ее длины, но не положение.

Статья создана на основе материалов из интернета, учебника физики и собственных знания.

Никогда не любила физику, не знала и старалась избегать по мере возможности. Однако в последнее время все больше понимаю: вся наша жизнь сводится к простыми законам физики.

1) Самый простой, но самый важный из них – это Закон сохранения и преобразования энергии.

Он звучит так: «Энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной». А мы с вами именно в такой системе и находимся. Т.е. сколько отдадим, столько и получим. Если мы хотим что-то получить, надо столько же перед этим отдать. И никак иначе! А нам, конечно же, хочется получать большую зарплату, а на работу при этом не ходить. Иногда создается иллюзия, что «дуракам везет» и многим счастье сваливается на голову. Вчитайтесь в любую сказку. Героям постоянно надо преодолевать огромные трудности! То искупаться в воде студеной, то в воде вареной. Мужчины обращают на себя внимание женщин ухаживаниями. Женщины в свою очередь заботятся потом об этих мужчинах и о детях. И так далее. Так что, если вы хотите что-то получить, потрудитесь сначала отдать. Фильм «Заплати вперед» очень ярко отображает этот закон физики.

Есть еще шутка на данную тему:
Закон сохранение энергии:
Если вы утром пришли на работу энергичным, а уходите как выжатый лимон, то
1. кто-то другой пришел как выжатый лимон, а уходит энергичным
2. вас использовали для нагрева помещения

2) Следующий закон звучит так: "Сила действия равна силе противодействия"

Этот закон физики отражает и предыдущий, в принципе. Если человек совершил негативный поступок – осознанный или нет – он потом получил ответ, т.е. противодействие. Иногда причина и следствие бывают разбросаны во времени, и можно сразу и не понять, откуда ветер дует. Надо, главное, помнить, что ничего просто так не бывает. Как пример, можно привести родительское воспитание, которое проявляется затем через несколько десятков лет.

3) Следующий закон – Закон рычага. Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!». Любую тяжесть можно перенести, если подобрать правильный рычаг. Нужно всегда прикидывать, какой длины понадобится рычаг, чтобы добиться той или иной цели и сделать для себя вывод, расставить приоритеты. Понять, как рассчитать свои силы, нужно ли тратить столько сил, чтобы создать правильный рычаг и передвинуть эту тяжесть или проще оставить ее в покое и заняться другой деятельностью.

4) Так называемое правило буравчика, которое заключается в том, что указывает на направление магнитного поля. Это правило отвечает на вечный вопрос: кто виноват? И указывает на то, что во всем, что с нами происходит, виноваты мы сами. Как бы обидно ни было, как бы сложно ни было, как бы, на первый взгляд, несправедливо ни было, надо всегда отдавать себе отчет в том, что причиной изначально были мы сами.

5) Наверняка кто-то помнит закон сложения скоростей. Звучит он следующим образом: "Скорость движения тела относительно неподвижной системы отсчета равна векторной сумме скорости этого тела относительно подвижной системы отсчета и скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы" Сложно звучит? Сейчас разберемся.
Принцип сложения скоростей не что иное, как арифметическая сумма слагаемых скоростей, как математических понятий или определений.

Скорость - это одно из существенных явлений, относящихся к кинетике. Кинетика изучает процессы переноса энергии, импульса, заряда и вещества в различных физических системах и влияние на них внешних полей. Может быть самонадеянно, но ведь с точки зрения кинетики тогда можно рассматривать и целый ряд общественных процессов, например, конфликты.

Следовательно, при наличии двух конфликтующих объектов и их соприкосновении должен срабатывать закон, аналогичный закону сохранения скоростей (как факт переноса энергии)? Значит, сила и агрессия конфликта зависит от степени конфликтности двух (трех, четырех) сторон. Чем более они агрессивны и сильны, тем конфликт более жестче и более разрушителен. Если одна из сторон не конфликтна, то роста степени агрессивности не происходит.

Все очень просто. И если не можешь заглянуть внутрь себя, чтобы разобраться в причинно-следственных связях своей проблемы, просто открой учебник по физике за 8 класс.