Фізика 9 клас.Фундаментальні взаємодії в природі. Межі застосування фізичних законів і теорій. Фундаментальний характер законів збереження.

Фундаментальні взаємодії в природі. Межі застосування фізичних законів і теорій. Фундаментальний характер законів збереження.

ПОВТОРИМО:

• Що називають механічною енергією?

• Що називають кінетичною енергією тіла?

• Як обчислити кінетичну енергію тіла?

• Що називають потенціальною енергією тіла?

• Як обчислити потенціальну енергію тіла?

• Як формулюється закон збереження повної механічної енергії?

• Які межі застосування закону збереження повної механічної енергії тіла?

• Як залежить потенціальна енергія тіла, піднятого на певну висоту, від висоти?

• Як залежить потенціальна енергія пружно деформованого тіла від величини деформації?

1.      Фундаментальні закони збереження

Фундаментальні фізичні закони - це найбільш повне на сьогоднішній день, але наближене відображення об'єктивних процесів у природі. Різні форми руху матерії описуються різними фундаментальними теоріями. Кожна з цих теорій описує цілком певні явища: механічне або тепловий рух, електромагнітні явищ, що було нами вивчено в базовому курсі фізики середньої школи 7-9 класи.

Існують більш загальні закони в структурі фундаментальних фізичних теорій, що охоплюють всі форми руху матерії і всі процеси. Це закони симетрії, або інваріантності, та пов'язані з ними закони збереження фізичних величин.

Закони збереження фізичних величин - це твердження, згідно з якими чисельні значення цих величин не змінюються з часом у будь-яких процесах або класах процесів. Фактично в багатьох випадках закони збереження просто випливають з принципів симетрії.

2.      Енергія та її форми

 Якщо тіло або кілька тіл, які взаємодіють між собою (система тіл), можуть -виконувати механічну роботу, то кажуть, що вони мають енергію.

 В перекладі з грецької, енергія означає «діяльність». У механіці ми будемо користуватися таким означенням:

 Енергія – це фізична величина, яка характеризує здатність тіла (системи тіл)    виконувати роботу. У фізиці розрізняють два види механічної енергії: потенціальну  і кінетичну.

Якщо тіло нерухоме, але на нього діє певна сила, то кажуть, що воно має потенціальну енергію.

Потенціальну енергію має тіло, підняте над поверхнею Землі, стиснута пружина,  стиснутий газ, річкова вода у водоймищі тощо.

Потенціальна енергія – це енергія, зумовлена взаємодією тіл або частин тіла.

Потенціальна енергія тіла залежить від висоти, на якій перебуває це тіло, —  отже, вибір нульового рівня (рівня, від якого буде вимірюватися висота) суттєво  впливає на значення потенціальної енергії.

Кінетична енергія – це енергія, яка зумовлена рухом тіла і дорівнює половині   добутку   маси тіла на квадрат швидкості його руху.

3.      Що потрібно для того, щоб працювали закони збереження?

Ідея збереження з'явилася спочатку як суто філософська думка про наявність незмінного, стабільного у вічно мінливому світі. Ще античні філософи-матеріалісти прийшли до поняття матерії як незнищенної і несотворімо основи всього сущого. З іншого боку, спостереження постійних змін у природі призводило до подання про вічний рух матерії як важливому її властивості. З появою матеріалістичної формулювання механіки на цій основі з'явилися закони збереження.

4.      Фундамент для роботи законів збереження

Симетрія у фізиці - це властивість фізичних величин, що детально описують поведінку систем, залишатися незмінними (інваріантними) при певних перетвореннях, яким можуть бути піддані входять до них величини.

Поняття симетрії відіграє в житті людини важливу роль. Природа красива і вимагає для свого опису красивих рівнянь. Можливість записати закони природи..

«Симетрія, - пише відомий вчений Дж. Ньюмен, - встановлює забавне н дивовижне спорідненість між предметами, явищами і теоріями, зовні, здавалося б, нічим не пов'язаними: земним магнетизмом, жіночої вуаллю, поляризованим світлом, природним відбором, теорією груп, інваріантами і перетвореннями, робочими звичками бджіл у вулику. будовою простору, малюнками ваз, квантовою фізикою, скарабеями, пелюстками квітів, інтерференційної картиною рентгенівських променів, поділом клітин морських їжаків, рівноважними конфігураціями кристалів, романськими соборами, сніжинками, музикою, теорією відносності ...»

Слово «симетрія» має два значення. В одному сенсі симетричне означає щось дуже пропорційне, збалансоване; симетрія показує той спосіб узгодження багатьох частин, за допомогою якого вони об'єднуються в ціле.

Другий зміст цього слова - рівновага. Ще Аристотель говорив про симетрії як про такий стан, що характеризується співвідношенням крайнощів.

5.      Види взаємодій

Згадаємо види взаємодій,  які ви вивчали у 7 класі

           6. Межі застосування фізичних законів і теорій

1. Закони збереження не залежать ні від траєкторій частинок, ні від характеру діючих сил. Тому вони дозволяють отримати ряд досить загальних і важливих висновків про властивості різних механічних процесів, не занурюючись в їх детальний розгляд за допомогою рівнянь руху. Якщо, наприклад, виявляється, що якийсь процес суперечить законам збереження, то одразу можна стверджувати: цей процес неможливий і безглуздо намагатися його здійснити Відкривши можливість іншого підходу до розгляду класичних механічних явищ, закони збереження стали потужним інструментом дослідження, яким кожного дня користуються фізики. Ця найважливіша роль законів збереження як інструмента дослідження обумовлена.

2. Той факт, що закони збереження не залежать від характеру діючих сил, дозволяє використовувати їх навіть тоді, коли сили взагалі невідомі. В цих випадках закони збереження є єдиним і незамінним інструментом дослідження.

3. Навіть в тих випадках, коли сили відомі, закони збереження допомагають розв’язувати багато задач про рух частинок. Всі ці задачі можуть бути розв’язані за допомогою рівнянь руху, але застосування законів збереження дуже часто дозволяє отримувати розв’язок більш простим шляхом.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ: опрацювати п.39, дати письмово відповіді на запитання:

1.      Назвіть три рівні матеріального світу.

2.      Наведіть приклади об’єктів, що належать до різних рівнів матеріального світу.

3.      Умови для роботи законів збереження

4.      Форми енергії

5.      Які науки крім фізики вивчають закони збереження

6.      З чого складається енергія всесвіту

7.      Які закони збереження є фундаментальними законами в фізиці

8.      Які галузі фізики на вашу думку є більш цікавими для вивчення і чому?