Закон физика это: Законы физики — это… Что такое Законы физики?

Законы физики — это… Что такое Законы физики?

• Законы Хивела Доброго
• Законы эволюции

Смотреть что такое «Законы физики» в других словарях:

• Законы Ньютона —     Классическая механика …   Википедия

• ЗАКОНЫ И ОБЪЯСНЕНИЯ В СОЦИОЛОГИИ — текст У. Аутвейта . По мысли автора, вокруг названного вопроса ведется два диспута. Первый это диспут между философами науки о том, что такое научные законы. Второй это спор о том, полезны ли такие законы для социологии и если да, то каково их… …   Социология: Энциклопедия

• Законы Паркинсона — Закон Паркинсона эмпирический закон, гласящий, что любая работа увеличивается в объёме, чтобы заполнить всё отпущенное на неё время. Сформулирован историком Сирилом Норткотом Паркинсоном в его сатирической статье, напечатанной в британском… …   Википедия

• Законы Мерфи — Закон Мёрфи (англ. Murphy s law) универсальный философский принцип, состоящий в том, что если есть вероятность того, что какая нибудь неприятность может случиться, то она обязательно произойдёт. Иностранный аналог русского «закона подлости» и… …   Википедия

• Законы термодинамики — Начала термодинамики Статья является частью серии «Термодинамика». Нулевое начало термодинамики Первое начало термодинамики Второе начало термодинамики Третье начало термодинамики Разделы термодинамики …   Википедия

• Нерешённые проблемы современной физики — Приведён список нерешённых проблем современной физики[1]. Некоторые из этих проблем носят теоретический характер, что означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные… …   Википедия

• Ньютона законы — Классическая механика Второй закон Ньютона История… Фундаментальные понятия Пространство · Время · …   Википедия

• История возникновения квантовой физики

  — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

• МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ УРАВНЕНИЯ — ур ния, описывающие матем. модели физ. явлений. Теория этих моделей (математическая физи к а) занимает промежуточное положение между физикой и математикой. При построении моделей используют физ. законы, однако методы исследования полученных ур… …   Физическая энциклопедия

• Философские основания физики: введение в философию науки —         «ФИЛОСОФСКИЕ ОСНОВАНИЯ ФИЗИКИ: ВВЕДЕНИЕ В ФИЛОСОФИЮ НАУКИ» («Philosophical Foundations of Physics») книга Р. Карнапа, в которую вошли переработанные материалы его лекций и научных семинаров, проведенных в конце 1950 х начале 1960 х в… …   Энциклопедия эпистемологии и философии науки

Физика в спорте – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

• Участник: Кулинич Елизавета Андреевна
• Руководитель: Рехлецкая Зинаида Гавриловна
  

Физическая культура играет важную роль в жизни человека. Но многие никогда не задумывались, какая существует связь между физикой и спортом. Есть множество видов спорта: футбол, волейбол, хоккей, баскетбол и т.д. В каждом из них действуют законы физики.

Обоснование выбора темы:

Физическая культура играет важную роль в жизни человека. Но многие никогда не задумывались, какая существует связь между физикой и спортом. Есть множество видов спорта: футбол, волейбол, хоккей, баскетбол и т.д. В каждом из них действуют законы физики.

Недавно подруга рассказала мне историю о том, как они со своим братом зимой катались на коньках. Мне стало интересно, как же фигурное катание и другие виды спорта связаны с физикой. Какие физические законы действуют при занятии спортом? Все ответы на мои вопросы дал учебник физики А.В. Пёрышкина.

Физические явления и спорт

1. Фигурное катание

Фигурное катание – один из самых красивых и элегантных видов спорта. Оно пользуется большой популярностью во всём мире. История этого прекрасного спорта началась много веков назад.

Фигурное катание зародилось в Голландии, в XII—XIV веке. Заниматься им стало возможно после создания железных коньков с двумя ребрами. Но это было не то фигурное катание, к которому мы с вами привыкли. Спортсмены вычерчивали на льду различные фигуры, сохраняя при этом красивую позу.

Физика в фигурном катании: во время движения фигуриста, при соприкосновении конька со льдом возникает сила трения скольжения.

При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением. А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения.

В учебнике физики (7 класс) А.В. Пёрышкина сила трения рассматривается в §32.

Лёд – это твёрдое вещество. И его молекулы слабо подвижны, однако на его поверхности молекулы намного свободнее, они в 100 000 раз подвижнее, чем внутренние. То есть поверхность льда больше напоминает жидкость, чем твёрдое тело. Это и обеспечивает отличное скольжение коньков по льду.

Законы физики не только объясняют, как человек катается на коньках, они также помогают в создании идеального катка. Секрет для создания идеально ровного катка также объясняется с точки зрения физики. Если начать заливать его с краев, то лед застынет более равномерно. Кроме того, важно разливать воду тонкими слоями, которые застывают быстрее.

Физика является незаменимым другом фигуристов. В этом мы убедились, говоря о трении скольжения.

2. Футбол

Футбол – это один из самых популярных командных видов спорта.

Важную роль в футболе играет быстрота реакции. В первую очередь это относится к игре вратаря.

Точной даты возникновения футбола не известно, но можно с уверенностью сказать, что история футбола насчитывает не одно столетие и затронула немало стран. Игры с мячом были популярны на всех континентах, об этом говорят повсеместные находки археологов.

Физика в футболе: наблюдения и опыты показывают, что скорость тела сама по себе измениться не может.

Футбольный мяч лежит на поле. Ударом ноги футболист приводит его в движение. Но сам мяч не изменит свою скорость и не начнёт двигаться, пока на него не подействует другие тела.

Футбольный мяч, катящийся по земле, останавливается из-за трения о землю.

Под действием другого тела происходит также изменение направления скорости.

При игре в футбол действует явление инерции.

Явление, сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.

Чем меньше действие другого тела на мяч, тем дольше сохраняется скорость его движения и тем ближе оно к равномерному.

В учебнике физики (7 класс) А.В. Пёрышкина об инерции говорится в §18.

В 1997 году на матче Франции и Бразилии молодой бразильский футболист Роберто Карлос готовился к штрафному удару с 45 метров.

Так как ворота защищала стенка, Карлос попытался осуществить, казалось бы, невозможный удар. Мяч пролетел в стороне от стенки, повернул влево и влетел в ворота.

Как же получился этот удар?

Футболист придал направление мячу, но какая сила заставила мяч повернуться и влететь в ворота. Дело во вращении мяча. Карлос ударил по мячу в правом нижнем углу, из-за чего он взлетел вверх и вправо, вращаясь вокруг своей оси. Сначала мяч двигался как будто по прямой траектории. Перепад давления воздушных потоков заставил траекторию мяча повернуть влево. Так и произошёл один из самых великолепных голов в истории футбола.

3. Хоккей

Хоккей всегда был захватывающе жесткой, быстрой игрой, в которой одинаково интересно быть и зрителем и участником. Она зародилась на замерзших зимних озерах Канады. Но в настоящее время профессиональные хоккеисты играют в закрытых помещениях на искусственном льду.

Физика в хоккее: силовые приёмы – составная значимая часть хоккея. Они направлены на отбор шайбы у соперника.

В результате силовых приёмов игроки сталкиваются друг с другом и отскакивают в стороны в результате контакта. Спортсмен прикладывает силу своего тела к другому игроку и заставляет соперника двигаться в направлении приложенной силы.

Когда игрок ударяется о бортик, он отлетает о него обратно. Иногда игроки сталкиваются на льду на большой скорости и разлетаются в противоположные стороны.

За счёт специальной техники выполнения броска хоккеисты используют силу упругой деформации клюшки для придания шайбе дополнительного ускорения.

Здесь действует закон Гука (об упругой деформации).

Сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходной положение, называется силой упругости.

Изменение длины тела при растяжении (или сжатии) прямо пропорционально модулю силы упругости.

В учебнике физики (7класс) А.В. Пёрышкина закон Гука рассматривается в §26.

Победу в хоккее легко завоевать, если на службе у игроков и тренеров стоит знание законов физики и наиболее правильное использование этих законов.

4. Настольный теннис

Среди различных игр с мячом настольный теннис – это самая настоящая динамическая тренировка для всего тела, играть в настольный теннис – значит, развивать не только мышцы, но и скорость реакции и мышления.

Сейчас уже сложно сказать в какой именно стране зародился настольный теннис. Некоторые полагают, что впервые настольный теннис появился в Японии или Китае, другие считают, что его родина Франция или Англия. Ряд историков ищет истоки игры в Древнем Риме. Несмотря на все эти споры с уверенность можно сказать, что история тенниса уходит своими корнями в далекое прошлое.

На всех крупнейших соревнованиях по настольному теннису неоспоримыми лидерами являются спортсменами из Китая.

Мяч для настольного тенниса в момент удара ракеткой испытывает такое же ускорение, как и ружейная пуля в момент выстрела.

Физика в настольном теннисе: Какие силы действуют на мячик для настольного тенниса при его полёте?

На теннисный мячик, как и на любое тело на Земле, действует сила тяжести, направленная вниз.

В учебнике физики (7 класс) А.В. Пёрышкина о силе тяжести говорится в §25.

Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести.

Сила тяжести прямо пропорциональна массе тела.

Если мяч для настольного тенниса погрузить в воду, то оно будет всплывать. Почему так происходит?

Потому что на мяч, погружённый в жидкость, действует выталкивающая сила. Эта силы ещё называется архимедовой силой.

В учебнике физики (7 класса )А.В. Пёрышкина об этой силе говорится в §51.

На тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа).

5. Баскетбол

Баскетбол – это командная игра, суть которой заключается в забрасывании мяча в корзину соперника. Баскетбол сейчас является одним из самых популярных в мире видов спорта.

Баскетбол зародился в Соединённых Штатах Америки. Первые игры лишь отдалённо напоминали современный баскетбол.

Самый первый международный матч состоялся в 1904 году.

Физика в баскетболе: Бег – это главное средство передвижение игроков в баскетболе. Во время бега на игрока действуют сила трения и сила тяжести.

В учебнике физики (7 класс) А.В. Пёрышкина сила трения рассматривается в §32, а сила тяжести в §25.

При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением. А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения.

При прыжке игрок мускулами создаёт такую «силу выталкивания», которая позволяет ему подпрыгнуть и преодолеть силу тяготения.

Притяжение всех тел Вселенной друг к другу называется всемирным тяготением.

Английский учёный Исаак Ньютон первым установил закон всемирного тяготения.

Вывод:

1. С помощью физики и её законов, стало появляться больше видов спорта.
2. Значение физических законов играет большую роль в совершенствовании спортивных достижений.
3.  Спорт без физики бессилен.
4. Физика – важная наука в спорте.

Мой видеоролик: https://yadi.sk/i/X84bWfVe3Jc7uy

Кино и законы физики | Наука и жизнь

Сорок лет назад, посмотрев первый фильм киноэпопеи «Звёздные войны», я, помню, был сильно впечатлён. В те годы на советских экранах появлялось не так уж много фантастических фильмов. Были среди них очень хорошие («Солярис», «Сталкер», «Молчание доктора Ивенса», «Космическая одиссея») и откровенно плохие («Петля Ориона»), но такого зрелищного и захватывающего, как «Звёздные войны» Джорджа Лукаса, видеть не приходилось. И всё-таки меня очень огорчил непростительный, как мне тогда казалось, ляп: взрыв звездолёта в космическом пространстве. Ужасающая картина и страшный грохот!

Кадр из фильма «Звёздные войны», 1978 год.

Кадр из фильма «Марсианин», 2015 год.

Кадр из фильма «Гравитация», 2013 год.

Кадр из фильма «Пассажиры», 2016 год.

Кадр из фильма «Интерстеллар», 2014 год.

Кадр из фильма «Армагеддон», 1998 год.

‹

›

Какой грохот? Звуковые волны могут распространяться только в достаточно плотной среде, а в космосе вакуум, пустота. В межзвёздном пространстве плотность вещества хорошо если достигает 1—3 атомов в кубическом сантиметре. Не может быть в космосе звуков! Я не простил тогда Лукасу незнание законов физики. Ведь мог же кто-нибудь сведущий объяснить ему это, и тогда фильм, на мой взгляд физика, стал бы куда более правдоподобным.

Должен заметить, что звуки в космосе всё же распространяются, и в некоторых случаях плотности даже 1—3 атома в кубическом сантиметре достаточно, чтобы считать межзвёздную среду проводящей звук. Однако источником звука в таких случаях должна быть звезда, но никак не такое маленькое тело, как звездолёт. Колебания звёзд вызывают в межзвёздном газе настоящие звуковые волны, но частота этого звука чрезвычайно мала: если наше ухо воспринимает колебания воздуха с частотой выше трёх десятков колебаний в секунду, то звёзды заставляют межзвёздный газ колебаться с частотой одно колебание в тысячи и даже миллионы секунд! Такой «звук» невозможно услышать, и о том, как звучат звёзды, астрофизики судят по косвенным признакам.

Много лет спустя я прочитал в интервью Лукаса, что он знал, конечно: взрыв в космосе можно увидеть, но никак нельзя услышать. Знал, но пренебрёг законом физики ради зрелищности: «Это же так эффектно!» Но разве можно зрелищность ставить на первое место, а науку — на второе или даже десятое?

Потом я посмотрел множество хороших и плохих, интересных и занудных фантастических фильмов и сериалов и всякий раз, даже если действие было захватывающим, а персонажи — убедительными, взгляд (или слух) невольно цеплялся за какой-нибудь научный ляп. В фантастических фильмах законы физики нарушались и нарушаются так часто, что, в конце концов, перестаёшь верить в реальность происходящего. Я говорю не о фэнтези, где автор волен делать с законами природы что угодно и творить миры по своему усмотрению, — нет, речь идёт о фильмах, претендующих на определение «научно-фантастические». Казалось бы, в таких фильмах сценаристы и режиссёры должны в первую очередь думать о достоверности сюжета и видеоряда с научной точки зрения. Ведь реплика Станиславского «Не верю!» относится не только к игре актёров, но и к другим элементам спектакля или фильма.

В 2015 году на экраны вышел ещё один ставший очень популярным фантастический фильм — «Марсианин» режиссёра Ридли Скотта по роману Энди Вэйра. О романе писали, что он продолжает традиции Жюля Верна, дотошно и, главное, правильно с точки зрения науки описывает марсианскую робинзонаду главного героя — Марка Уотни. Фильм же, в свою очередь, достоверно показывает то, что описано в романе. И если, читая книгу, мы могли не обратить внимания на многочисленные научные ляпы, то в фильме они бросаются в глаза.

С чего начинается эта история? Американская экспедиция прилетает на Марс и приступает к изучению планеты. Марк Уотни удаляется от основной группы, и в это время начинается сильнейшая буря. Астронавты вынуждены немедленно возвращаться на Землю, иначе космический корабль разобьётся и экспедиция погибнет. Звездолёт улетает. Марк Уотни остаётся на Марсе один.

Известно, что пыльные бури на Марсе не редкость. Порой они бывают такими сильными, что на долгие месяцы огромные области планеты оказываются скрыты под завесой пыли. Можно представить, что в это время творится на самой планете! Автор романа Энди Вэйр и постановщик фильма Ридли Скотт очень выразительно показали это, но… совершенно неправильно, а потому роман и фильм начинаются с серьёзного физического ляпа. Дело в том, что атмосфера на Марсе чрезвычайно разрежена: вблизи поверхности давление в 160 раз меньше, чем нормальное атмосферное давление у поверхности Земли.

Если на Земле ураган «Катрина», обрушившийся в 2005 году на США, сметал дома, как игрушки, скорость ветра достигала 80 метров в секунду, то на Марсе при такой (и даже более высокой) скорости ветра пыль поднимется, но астронавты не почувствуют ни малейшего движения воздуха: слишком малы плотность атмосферы и давление. Мельчайшую пыль марсианский ураган поднимает, но не может сдвинуть с места легчайший лист бумаги. Астронавты бежали, бросив всё, забыв даже о живом участнике экспедиции. Между тем только по показаниям приборов и поднявшейся пыли они могли бы понять, что происходит самое эффектное, но безопасное явление марсианской природы…

Итак, уже в начале фильма перестаёшь верить в происходящее. Можно подумать, Скотт поверил автору романа и не пригласил консультантов-специалистов. Но это не так. Пригласил, причём очень авторитетных: директора НАСА по планетарным наукам Джеймса Грина и специалиста из отдела по изучению Марса Дэйва Лавери. Конечно, они рассказали, что на самом деле происходит на Марсе во время пыльной бури. Но режиссёр подумал и оставил всё, как было в романе. Эффектные кадры важнее научной правды… И теперь в умах миллионов людей, прочитавших книгу и посмотревших фильм, укрепилась мысль: «Какие же страшные ураганы бывают на Марсе! Может, туда и лететь не стоит?»

Ещё один научный ляп — то, что происходит при неожиданной разгерметизации жилища Марка Уотни. Струя воздуха бьёт в отверстие внутрь станции! А ведь давление снаружи, вспомним, во много раз меньше давления внутри. Что говорит на этот счёт школьная физика? Правильно: ветер дует от большего давления к меньшему. Воздух должен дуть изнутри станции наружу, а не наоборот.

Когда сейчас всерьёз обсуждают возможность марсианской экспедиции, учёные предупреждают: полёт почти наверняка окажется смертельным для экипажа по той причине, что, как только корабль окажется вне радиационных поясов Земли, на него обрушится вся мощь солнечного ветра и космических частиц. Здесь, на Земле, нас спасает магнитное поле планеты, захватывающее быстрые частицы и не позволяющее им достичь поверхности. В космосе нет такой защиты, поэтому корабль необходимо одеть в толстую свинцовую оболочку, которая сделает его таким массивным, что экспедиция вообще станет невозможной. А что происходит в фильме? Купол, под которым живёт Марк Уотни, — всего лишь плёнка, ни от чего не защищающая. Магнитного поля и радиационных поясов у Марса нет, нет и защиты от жёсткого излучения. Между тем Марк ходит в футболке, забыв, то есть не Марк, конечно, а авторы романа и фильма забыли (или не знали), что это верная и довольно быстрая смерть.

Есть в фильме и другие ляпы — нарушения законов физики и искажение известных науке сведений о Марсе.

Об американском фантастическом фильме 2013 года «Гравитация» режиссёра Альфонсо Куарона говорят, что это именно научно-фантастический фильм и уж в нём с законами физики всё в порядке. С гравитацией там, в принципе, действительно всё хорошо, а с законами динамики — в том числе небесной — большие проблемы. Вот центральный трагический момент: главные герои — Мэтт и Райан — «парят» в космосе. Скафандры их соединены фалом, и друг относительно друга персонажи неподвижны. Мэтт произносит слова прощания, а потом, невзирая на яростные протесты Райан, отцепляет карабин и… быстро удаляется в бездонное космическое пространство. А Райан так же быстро «летит» в противоположную сторону.

«Как же так?» — спросит любой школьник, учивший законы Ньютона. Первый из них: «Тело находится в покое или движется прямолинейно и равномерно, пока на него не действует внешняя сила». Райан и Мэтт находились в покое относительно друг друга. Внешняя сила на них не действовала (естественно, кроме гравитации). Единственное, что сделал Мэтт, — отсоединил свой скафандр от фала. Он и после этого должен был остаться «висеть» неподвижно относительно Райан.

Я уж не говорю о такой мелочи, как поведение жидкости в невесомости. Мы видим, как плачет Райан, и её слёзы капельками летают в кабине. Возможно такое в невесомости? Конечно, нет. Слёзы никуда не улетят, они будут скапливаться в глазах и мешать смотреть. Придётся смахивать их пальцем.

По сюжету фильма «Пассажиры» 2016 года режиссёра Мортена Тильдума к далёкой звезде летит огромный космический корабль со спящим экипажем. Лишь двое — мужчина и женщина — не спят и в течение всего фильма выясняют друг с другом отношения. Но это — психология. Нас же интересует, как в фильме обстоит дело с соблюдением законов физики. Ведь и этот фильм анонсирован как научная фантастика.

Невесомости в звездолёте, кстати, нет: корабль вращается вокруг продольной оси, и центробежная сила заменяет гравитацию. Вполне научный способ создания силы тяжести, давно описанный в фантастике. Теперь представьте: корабль вращается, а вы смотрите на звёзды в иллюминатор. Звёзды должны двигаться, верно? Ан нет — герой, Джим Престон, смотрит в иллюминатор на неподвижные звёзды! Так быть не может.

Более существенно другое. Звездолёт летит с субсветовой скоростью — это двести с лишним тысяч километров в секунду! В космосе, как известно, есть планеты, кометы, астероиды, камни крупные и мелкие, да ещё и пыль. Они-то, конечно, движутся со скоростями, намного меньшими: обычно это от десяти до ста километров в секунду относительно друг друга. А относительно звездолёта? Эта скорость колоссальна! Если даже мелкий камешек столкнётся с кораблём, летящим на субсветовой скорости, то выделение энергии будет таким огромным, что звездолёт (вместе с метеоритом, конечно) мгновенно испарится. В фильме же камешек пробивает обшивку — и всё, на большее он не способен. Такое может быть, если скорости движения камня и космического корабля почти одинаковы. Опять режиссёр (и сценарист?) пожертвовал законами физики ради эффектных кадров.

А вот сцена совсем невероятная. Джим вышел в открытый космос, чтобы устранить неисправность, и относительно корабля он неподвижен. Никакие силы на него не действуют. Что должно произойти, если на корабле вдруг включатся двигатели?

Легко представить похожую ситуацию на Земле: вы плаваете в море рядом с кораблём. На судне включают двигатели, оно начинает двигаться всё быстрее, удаляется от вас, а вы остаётесь в море один… Вот и Джим должен был увидеть, как звездолёт улетает и вскоре исчезает на фоне звёзд. Так должно быть, но в фильме Джим продолжает «висеть» рядом с кораблём. Фантастика! Только уже ненаучная…

На звание самого научного фантастического фильма, несомненно, претендует фильм «Интерстеллар» 2014 года. Режиссёр Кристофер Нолан изначально поставил цель сделать всё по науке — показать, как на самом деле выглядит вблизи чёрная дыра, продемонстрировать предсказываемые физикой эффекты, связанные с искривлением пространства и изменением хода времени. Нолан привлёк мощную команду физиков во главе с Кипом Торном — самым авторитетным специалистом по физике чёрных дыр (в 2017 году он получил Нобелевскую премию за участие в открытии гравитационных волн). Торн проделал сложнейшие расчёты, описал в действительности, как должна выглядеть очень быстро вращающаяся массивная чёрная дыра — точнее, не сама чёрная дыра, конечно, поскольку она в принципе невидима, а плазменный диск вокруг чёрной дыры. Рассчитал Торн и орбиты планет, вращающихся вокруг чёрной дыры, названной Гаргантюа. Как говорил сам физик, за такие сложнейшие расчёты он вряд ли когда-нибудь взялся бы, если бы не Нолан с его кинематографическими идеями.

Но что, по-вашему, выберет режиссёр, если перед ним стоит дилемма: пожертвовать наукой ради выразительного кадра или выразительным кадром ради научной точности?

Если вы видели фильм (надеюсь, вы его видели — фильм того стоит), то, конечно, обратили внимание на изображение чёрной дыры Гаргантюа. Всего полминуты герои фильма разглядывают на экране удивительное зрелище: плазменный диск, который окружает Гаргантюа, — на самом деле первое в истории не только кинематографа, но и науки «реальное», рассчитанное на суперкомпьютерах изображение диска вокруг быстро вращающейся массивной чёрной дыры. Торн написал об этом книгу и опубликовал свои расчёты в нескольких научных статьях в авторитетных физических журналах. Нолану есть чем гордиться: он первый и пока единственный показал в кино, как выглядит вблизи «настоящая» чёрная дыра, окружённая плазменным диском!

И здесь зрелищность кадра победила научную правду. Очертания диска изображены правильно. Но! Диск вращается вокруг чёрной дыры с огромной, почти световой скоростью. То есть одна часть диска (скажем, левая) к нам приближается, а другая (правая) удаляется. И скорость этого движения близка к скорости света! Вы не забыли об эффекте Доплера? Спектр излучения удаляющегося тела смещается в длинную сторону, а приближающегося — в короткую. Когда скорость близка к световой, это смещение огромно. Что же получается? Мы видим на экране диск красивого жёлтого цвета, а ведь на самом деле излучение левой (приближающейся к нам) части диска должно быть смещено далеко в ультрафиолетовую или даже в рентгеновскую часть спектра, а правая (удаляющаяся от нас) часть должна излучать в далёкой инфракрасной области. Вывод: мы вообще не сможем увидеть диск, разве только небольшой его участок, загораживающий от нас чёрную дыру. Зрелищный кадр длится всего тридцать секунд, но именно этот «неправильный кадр» вошёл во все публикации о фильме, во все рецензии, популярные издания и сайты.

В «Интерстелларе» — самом научно достоверном из всех когда-либо выходивших на экран научно-фантастических фильмов — на самом деле найдётся ещё немало научных ляпов, не так сильно бросающихся в глаза. Но зрителю, знакомому с физикой, они видны. Попробуйте пересмотреть фильм, следя не за развитием сюжета и приключениями, а за многочисленными физическими эффектами. Сколько ошибок, подобных описанной, вы обнаружите? Например, попробуйте объяснить, как Купер и его экипаж перелетали с планеты на планету…

Фильм «Армагеддон» 1998 года режиссёра Майкла Бэя видели, наверное, все. И многие иронизировали над тем, как в Голливуде представляют российского космонавта: телогрейка, кувалда… только живого медведя в кадре не хватает. Действительно, ни в какие ворота! Но нас сейчас интересуют просчёты сугубо научные.

Что на самом деле можно сделать, если астрономы обнаружат летящую к нашей планете каменную глыбу размером в сотню-другую метров? Ответ, к сожалению, на данный момент неутешительный: ничего мы сделать не сможем! Есть два варианта. Первый: взорвать в толще астероида (желательно, близко к его центру) мощную водородную бомбу, так чтобы астероид развалился на множество осколков. Второй: прикрепить к астероиду ракетную систему и изменить его орбиту, чтобы он пролетел мимо Земли.

Первый способ при всей видимой эффектности ни к чему хорошему не приведёт, и авторы фильма напрасно вселяют в зрителя надежду на благополучный исход. После взрыва к Земле полетит не одна большая глыба, а сотни или тысячи более мелких. Упадут они в самых разных местах земного шара, и предсказать, где именно, никто не успеет. Вместо одного огромного кратера на Земле образуются сотни кратеров помельче. А людей наверняка погибнет даже больше, чем если грохнется одна-единственная глыба. Нет, взрывать бомбу — не выход. Кстати, такой мощной бомбы (что бы ни утверждали авторы фильма), способной разрушить астероид размером 300 м, не существует.

Что касается второго способа — изменить орбиту астероида с помощью ракетных двигателей, — то о нём и говорить нечего: сейчас и близко нет двигателей, способных хоть как-то повлиять на орбиту небесного тела массой около 70 миллионов тонн (примерно такой массой обладает 300-метровый астероид).

***

Так, к сожалению, обстоит дело со всей (за очень редким исключением) космической кинофантастикой. Везде и всегда законы физики приносят в жертву зрелищности. И науку в целом — в жертву занимательности. Конечно, это только кино. Однако, глядя на экран, вспоминайте о законах физики, которые изучали или изучаете в школе.

Газовые законы, все формулы и примеры решений

Газовые законы были открыты экспериментально, но все они могут быть получены из уравнения Менделеева-Клапейрона.

Рассмотрим каждый из них.

Закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс)

Изотермическим процессомназывают изменение состояния газа, при котором его температура остаётся постоянной.

Для неизменной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на объем есть величина постоянная:

   

Этот же закон можно переписать в другом виде (для двух состояний идеального газа):

   

Этот закон следует из уравнения Менделеева – Клапейрона:

   

Очевидно, что при неизменной массе газа и при постоянной температуре правая часть уравнения остается постоянной величиной.

Графики зависимости параметров газа при постоянной температуре называются изотермами.

Обозначив константу буквой , запишем функциональную зависимость давления от объема при изотермическом процессе:

   

Видно, что давление газа обратно пропорционально его объему. Графиком обратной пропорциональности, а, следовательно, и графиком изотермы в координатах является гипербола (рис.1, а). На рис.1 б) и в) представлены изотермы в координатах и соответственно.

Рис.1. Графики изотермических процессов в различных координатах

Закон Гей-Люссака (изобарный процесс)

Изобарным процессомназывают изменение состояния газа, при котором его давление остаётся постоянным.

Для неизменной массы газа при постоянном давлении отношение объема газа к температуре есть величина постоянная:

   

Для двух состояний газа этот закон запишется в виде:

   

Этот закон также следует из уравнения Менделеева – Клапейрона:

   

Графики зависимости параметров газа при постоянном давлении называются изобарами.

Рассмотрим два изобарных процесса с давлениями и . В координатах и изобары будут иметь вид прямых линий, перпендикулярных оси (рис.2 а,б).

Определим вид графика в координатах .Обозначив константу буквой , запишем функциональную зависимость объема от температуры при изобарном процессе:

   

Видно, что при постоянном давлении объем газа прямо пропорционален его температуре. Графиком прямой пропорциональности, а, следовательно, и графиком изобары в координатах является прямая, проходящая через начало координат (рис.2, в). В реальности при достаточно низких температурах все газы превращаются в жидкости, к которым газовые законы уже неприменимы. Поэтому вблизи начала координат изобары на рис.2, в) показаны пунктиром.

Рис.2. Графики изобарных процессов в различных координатах

Закон Шарля (изохорный процесс)

Изохорным процессомназывают изменение состояния газа, при котором его объем остаётся постоянным.

Для неизменной массы газа при постоянном объеме отношение давления газа к его температуре есть величина постоянная:

   

Для двух состояний газа этот закон запишется в виде:

   

Этот закон также можно получить из уравнения Менделеева – Клапейрона:

   

Графики зависимости параметров газа при постоянном давлении называются изохорами.

Рассмотрим два изохорных процесса с объемами и . В координатах и графиками изохор будут прямые, перпендикулярные оси (рис.3 а, б).

Для определения вида графика изохорного процесса в координатах обозначим константу в законе Шарля буквой , получим:

   

Таким образом, функциональная зависимость давления от температуры при постоянном объеме является прямой пропорциональностью, графиком такой зависимости является прямая, проходящая через начало координат (рис.3, в).

Рис.3. Графики изохорных процессов в различных координатах

Примеры решения задач

Газовые законы — Класс!ная физика

Газовые законы

Подробности

Просмотров: 603

«Физика — 10 класс»

Состояние какого газа описывает уравнение Менделеева—Клапейрона.
Можно ли универсальную газовую постоянную считать фундаментальной постоянной?

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из трёх параметров — давление, объём или температура — остаются неизменными.

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего называют газовыми законами.

Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами.

Слово «изопроцесс» — сложное слово, первая часть которого происходит от греческого слова isos — равный, одинаковый.

Отметим, что в действительности ни один процесс не может протекать при строго фиксированном значении какого-либо параметра. Всегда имеются те или иные воздействия, нарушающие постоянство температуры, давления или объёма. Лишь в лабораторных условиях удаётся поддерживать постоянство того или иного параметра с высокой точностью, но в действующих технических устройствах и в природе это практически неосуществимо. Изопроцесс — это идеализированная модель реального процесса, которая только приближённо отражает действительность.

Изотермический процесс.

Процесс изменения состояния системы макроскопических тел (термодинамической системы) при постоянной температуре называют изотермическим.

Слово «изотермический» происходит от греческих слов isos — равный, одинаковый и therme — теплота.

Для поддержания температуры газа постоянной необходимо, чтобы он мог обмениваться теплом с большой системой — термостатом. Иначе при сжатии или расширении температура газа будет меняться. Термостатом может служить атмосферный воздух, если температура его заметно не меняется на протяжении всего процесса. Согласно уравнению состояния идеального газа (10.4), если масса газа не изменяется, в любом состоянии с неизменной температурой произведение давления газа на его объём остаётся постоянным:

pV = const при Т = const.         (10.6)

Этот вывод был сделан английским учёным Р. Бойлем (1627—1691) и несколько позже французским учёным Э. Мариоттом (1620—1684) на основе эксперимента. Поэтому он носит название закона Бойля—Mapuoттa.

Для газа данной массы произведение давления газа на его объём постоянно.

Закон Бойля—Мариотта справедлив обычно для любых газов, а также и для их смесей, например для воздуха. Лишь при давлениях, в несколько сотен раз больших атмосферного, отклонения от этого закона становятся существенными.

Кривую, изображающую зависимость давления газа от объёма при постоянной температуре, называют изотермой.

Изотерма газа изображает обратно пропорциональную зависимость между давлением и объёмом. Кривую такого рода в математике называют гиперболой (рис. 10.1).

Различным постоянным температурам соответствуют различные изотермы. При повышении температуры газа давление согласно уравнению состояния (10.4) увеличивается, если V = const. Поэтому изотерма, соответствующая более высокой температуре Т₂, лежит выше изотермы, соответствующей более низкой температуре Т₁ (см. рис. 10.1).

Для того чтобы процесс происходил при постоянной температуре, сжатие или расширение газа должно происходить очень медленно. Дело в том, что, например, при сжатии газ нагревается, так как при движении поршня в сосуде скорость и соответственно кинетическая энергия молекул после ударов о поршень увеличиваются, а следовательно, увеличивается и температура газа. Именно поэтому для реализации изотермического процесса надо после небольшого смещения поршня подождать, когда температура газа в сосуде опять станет равной температуре окружающего воздуха.

Кроме этого, отметим, что при быстром сжатии давление под поршнем сразу становится больше, чем во всём сосуде. Если значения давления и температуры в различных точках объёма разные, то в этом случае газ находится в неравновесном состоянии и мы не можем назвать значения температуры и давления, определяющие в данный момент состояние системы. Если систему предоставить самой себе, то температура и давление постепенно выравниваются, система приходит в равновесное состояние.

Равновесное состояние — это состояние, при котором температура и давление во всех точках объёма одинаковы.

Параметры состояния газа могут быть определены, если он находится в равновесном состоянии.

Процесс, при котором все промежуточные состояния газа являются равновесными, называют равновесным процессом.

Очевидно, что на графиках зависимости одного параметра от другого мы можем изображать только равновесные процессы.

Изобарный процесс

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называют изобарным.

Слово «изобарный» происходит от греческих слов isos — равный, одинаковый и baros — вес, тяжесть.

Согласно уравнению (10.4) в любом состоянии газа с неизменным давлением отношение объёма газа к его температуре остаётся постоянным:

Этот закон был установлен экспериментально в 1802 г. французским учёным Ж. Гей-Люссаком (1778—1850) и носит название закона Гей-Люссака.

Закона Гей-Люссака:

Для газа данной массы при постоянном давлении отношение объёма к абсолютной температуре постоянно.

Согласно уравнению (10.7) объём газа при постоянном давлении пропорционален температуре:

V = const • Т.         (10.8)

Прямую, изображающую зависимость объёма газа от температуры при постоянном давлении, называют изобарой.

Разным давлениям соответствуют разные изобары (рис. 10.2). Проведём на рисунке произвольную изотерму. С ростом давления объём газа при постоянной температуре согласно закону Бойля— Мариотта уменьшается. Поэтому изобара, соответствующая более высокому давлению р₂, лежит ниже изобары, соответствующей более низкому давлению p₁.

В области низких температур все изобары идеального газа сходятся в точке Т = 0. Но это не означает, что объём реального газа обращается в нуль. Все газы при сильном охлаждении превращаются в жидкости, а к жидкостям уравнение состояния (10.4) неприменимо. Именно поэтому, начиная с некоторого значения температуры, зависимость объёма от температуры проводится на графике штриховой линией. В действительности таких значений температуры и давления у вещества в газообразном состоянии быть не может.

Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре с подвижным поршнем, если внешнее давление постоянно. Давление в цилиндре постоянно и равно сумме атмосферного давления и давления m_пg/S поршня.

Изохорный процесс

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объёме называют изохорным.

Слово «изохорный» происходит от греческих слов isos — равный, одинаковый и chora — место, пространство, занимаемое чем-нибудь.

Из уравнения состояния (10.4) вытекает, что в любом состоянии газа с неизменным объёмом отношение давления газа к его температуре остаётся постоянным:

Этот газовый закон был установлен в 1787 г. французским физиком Ж. Шарлем (1746—1823) и носит название закона Шарля.

Для газа данной массы отношение давления к абсолютной температуре постоянно, если объём не меняется.

Согласно уравнению (10.9) давление газа при постоянном объёме пропорционально температуре:

р = const • Т.         (10.10)

Прямую, изображающую зависимость давления газа от температуры при постоянном объёме, называют изохорой.

Разным объёмам соответствуют разные изохоры. Также проведём на рисунке произвольную изотерму (рис. 10.3). С ростом объёма газа при постоянной температуре давление его, согласно закону Бойля— Мариотта, падает. Поэтому изохора, соответствующая большему объёму V₂, лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объёму V₁.

В соответствии с уравнением (10.10) все изохоры идеального газа начинаются в точке Т = 0. Значит, давление идеального газа при абсолютном нуле равно нулю.

Увеличение давления газа в любом сосуде или в электрической лампочке при нагревании можно считать изохорным процессом. Изохорный процесс используется в газовых термометрах постоянного объёма.

В заключение составим опорную схему (рис. 10.4) и покажем логические переходы, связывающие различные законы и уравнения.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Основные положения МКТ. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Почему тепловые явления изучаются в молекулярной физике — Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры молекул — Примеры решения задач по теме «Основные положения МКТ» — Броуновское движение — Силы взаимодействия молекул. Строение газообразных, жидких и твёрдых тел — Идеальный газ в МКТ. Среднее значение квадрата скорости молекул — Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов — Примеры решения задач по теме «Основное уравнение молекулярно-кинетической теории» — Температура и тепловое равновесие — Определение температуры. Энергия теплового движения молекул — Абсолютная температура. Температура — мера средней кинетической энергии молекул — Измерение скоростей молекул газа — Примеры решения задач по теме «Энергия теплового движения молекул» — Уравнение состояния идеального газа — Примеры решения задач по теме «Уравнение состояния идеального газа» — Газовые законы — Примеры решения задач по теме «Газовые законы» — Примеры решения задач по теме «Определение параметров газа по графикам изопроцессов»

Закон Паскаля — для жидкостей и газов

Давление

Идущий по рыхлому снегу человек будет в него постоянно проваливаться. А вот на лыжах он сможет передвигаться по тому же самому снегу спокойно. Казалось бы, ничего не меняется — человек воздействует на снег с одинаковой силой и на лыжах, и без них.

Дело в том, что «проваливание» в снег характеризуется не только силой — оно также зависит от площади, на которую эта сила воздействует. Площадь поверхности лыжи в 20 раз больше площади поверхности подошвы, поэтому человек, стоя на лыжах, действует на каждый квадратный сантиметр с силой в 20 раз меньшей, чем без них.

Или, например, если вы будете с одинаковой силой втыкать кнопки в пробковую доску, легче войдет та кнопка, у которой более заостренный конец, так как его площадь меньше.

Резюмируем: результат действия силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади поверхности, к которой эта сила приложена.

А теперь подтвердим этот вывод опытами, как настоящие физики.

Возьмем небольшую доску и вобьем гвозди в ее углы. Также возьмем емкость с песком и поставим конструкцию из доски и гвоздей в эту емкость. Сначала расположим конструкцию шляпками вниз и поставим на нее гирю. Конструкция не утонет в песке, а только чуть-чуть углубится в него.

Затем перевернем конструкцию так, чтобы шляпки гвоздей оказались сверху и также поставим на доску гирю. Теперь конструкция утонет в песке.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия силы.

Во всех примерах мы говорили о действии силы, перпендикулярной поверхности. Чтобы охарактеризовать это действие, используется величина давление.

Давление p = F/S p — давление [Па] F — сила [Н] S — площадь [м2]

Как уменьшить или увеличить давление

Тяжелый гусеничный трактор производит давление на почву, равное 40–50 кПа. Мальчик массой 45 кг производит давление всего лишь в 3 раза меньше, чем такой трактор. Это связано с большой площадью гусениц трактора.

В зависимости от того, какое давление хотят получить, площадь опор уменьшают или увеличивают. Например, чтобы уменьшить давление здания на грунт, в процессе строительства увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей делают значительно шире легковых автомобилей. Чтобы убедиться в этом, обратите внимание на колеса какой-нибудь большой фуры. Самые широкие шины можно увидеть на автомобилях, предназначенных для передвижения в пустыне. Тот же лайфхак используется в шасси самолетов.

Обратную зависимость тоже применяют, например, при создании лезвий колющих и режущих инструментов. Острое лезвие имеет малую площадь, поэтому даже при небольшом нажатии создается большое давление.

Задачка раз

Книга лежит на столе. Масса книги равна 0,6 кг. Площадь ее соприкосновения со столом равна 0,08 м2. Определите давление книги на стол.

Решение

На стол будет давить сила, равная весу книги. Так как она покоится, ее вес будет равен силе тяжести. Следовательно:

p = mg/S = 0,6 × 10 / 0,08 = 75 Па

Ответ: давление книги на стол будет равно 75 Па.

Задачка два

Гусеничный трактор ДТ-75М массой 6 610 кг имеет опорную площадь обеих гусениц 1,4 м². Определите давление этого трактора на почву.

Решение:

p = mg/S = 6 610 × 10 / 1,4 = 47 214 Па = 47,2 кПа

Ответ: давление трактора на почву составляет 47,2 кПа.

Задачка три

Человек массой 80 кг с сумкой весом 100 Н стоит неподвижно на полу. Сила давления подошв его ботинок на пол равномерно распределена по площади 600 см2. Какое давление человек оказывает на пол?

Решение

Масса человека: m = 80 кг.

Вес сумки, которую держит человек: P_c = 100 Н.

Площадь соприкосновения подошвы ботинок с полом: S = 600 см².

600 см² = 600 / 10 000 м² = 0,06 м²

Давление — это отношение силы к площади, на которую она действует. В данном случае на площадь действует сила, равная сумме силы тяжести человека и веса сумки:

F = mg + P_с

Поэтому давление, оказываемое человеком с сумкой на пол, равно:

p = (mg + P_с) / S = (80 × 10 + 100) / 0,06 = 15 000 Па = 15 кПа

Ответ: давление человека с сумкой на пол равно 15 кПа.

Определение закона Паскаля

Итак, мы подошли к формулировке закона Паскаля, и звучит она так:

Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях.

Обратите внимание — закон работает только с жидкостями и газами. Дело в том, что молекулы жидких и газообразных веществ под давлением ведут себя совсем не так, как молекулы твердых тел. Если молекулы жидкости и газа движутся почти свободно, то молекулы твердых тел так не умеют. Они могут лишь колебаться, немного отклоняясь от исходного положения. Именно благодаря свободному передвижению молекулы газа и жидкости оказывают давление во всех направлениях.

Рассмотрим опыт с шаром Паскаля, чтобы стало понятнее.

Присоединим к трубе с поршнем полый шар со множеством небольших отверстий. Зальем в шар воду и будем давить на поршень. Давление в трубе вырастет и вода будет выливаться через отверстия, причем напор всех струй будет одинаковым. Такой же результат получится, если вместо воды в шарике будет газ.

Важный момент

У Земли есть атмосфера. Эта атмосфера создает давление, которое добавляется ко всем другим. То есть если мы давим рукой на стол, то давление, которое испытывает стол — это давление нашей руки плюс атмосферное.

Давление жидкости

Из закона Паскаля следует, что раз давление передается одинаково во всех направлениях, то верхние слои жидкости давят на средние, средние — на нижние, нижние — на дно сосуда.

Давление внутри жидкости на одном и том же уровне одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Это утверждение проверяется с помощью манометра — прибора для измерения давления. Чем глубже мы измеряем давление, тем больше показания.

Давление столба жидкости p = ρgh ρ — плотность [кг/м3] h — высота столба жидкости [м] g — ускорение свободного падения [м/с2] На Земле g = 9,8 м/с2

Формула давления столба жидкости часто требуется в задачах.

Задачка раз

На горизонтальном столе стоят два цилиндрических сосуда — узкий и широкий (см. рисунок). В узкий сосуд налита вода, в широкий — керосин. Уровень жидкости в сосудах одинаковый. Сравните давления p жидкостей в точках A, B, C, D и выберите правильную пару утверждений.

Решение

Давление столба жидкости прямо пропорционально ее плотности и высоте столба. Плотность воды больше плотности керосина, следовательно, давление в точке A больше давления в точке C. Давления в точках B и D равны.

Правильный ответ указан под номером 4.

Задачка два

В сосуд с водой плотностью ρ = 998 кг/м³ опущена вертикальная стеклянная пробирка, целиком заполненная водой (см. рисунок). Высота h₁ равна 0,3 м. Найдите давление, оказываемое водой на дно сосуда в точке А. Ускорение свободного падения примите равным 10 м/с².

Решение

Поскольку вода не вытекает из пробирки, давление столба высотой h₂ на жидкость в сосуде высотой h₁ уравновешено давлением, которое оказывает вода в сосуде на столб воды в пробирке. Сосуд открытый, поэтому на него действует внешнее давление, которое и передается столбу воды. В результате столб воды в пробирке не оказывает дополнительного давления на точку А, поэтому давление, оказываемое водой на дно сосуда в точке А, равно p = ρgh2. Тогда:

p = ρgh₁ = 998 × 10 × 0,3 = 2 994 Па

Ответ: 2 994 Па.

Силы, законы Ньютона — базовый урок по физике

А вот в неинерциальных системах скорость тела может меняться без силы.

Например: представьте, что вы стоите в центре автобуса, равномерно едущего по ровной дороге. Находясь внутри, вы даже не чувствуете, что автобус едет. В какой-то момент автобус резко тормозит и вас «бросает» вперед, хотя не действует никакая сила. То есть вы начинаете двигаться относительно автобуса без всякой причины. В таком случае автобус — это пример неинерциальной системы отсчета.

Неинерциальные системы отсчета — это системы, которые двигаются с ускорением. В таких системах вводятся так называемые силы инерции, чтобы при расчетах также можно было пользоваться законами Ньютона.

Нашу Землю можно условно отнести к инерциальным системам отсчета, поскольку вращение Земли есть ни что иное, как движение с центростремительным ускорением. Но так как Земля вращается достаточно медленно, то и центростремительное ускорение получается небольшим.

С высокой степенью точности инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета (или система Коперника), начало которой помещено в центр Солнца, а оси направлены на далекие звезды. Вообще всякая система отсчета, движущаяся относительно какой-либо инерциальной системы поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Например, поезд, идущий с постоянной скоростью по прямому участку пути.

Первый закон постулирует существование инерциальных систем отсчета, но не говорит, какую из множества таких систем предпочтительней выбирать. Однако многочисленные опыты показывают, что все инерциальные системы отсчета являются равноправными.

Когда мы говорим о скорости какого-либо тела, мы обязательно должны указать, относительно какой инерциальной системы отсчета она измерена, так как в разных инерциальных системах эта скорость будет различна, хотя бы на тело и не действовали никакие другие тела. Ускорение же тела будет одним и тем же относительно всех инерциальных систем отсчета.

Введение в основные законы физики

За прошедшие годы ученые обнаружили одну вещь: природа в целом более сложна, чем мы думаем. Законы физики считаются фундаментальными, хотя многие из них относятся к идеализированным или теоретическим системам, которые трудно воспроизвести в реальном мире.

Как и в других областях науки, новые законы физики основываются на существующих законах и теоретических исследованиях или модифицируют их. Теория относительности Альберта Эйнштейна, которую он разработал в начале 1900-х годов, основывается на теориях, впервые разработанных более 200 лет назад сэром Исааком Ньютоном.

Закон всемирного тяготения

Новаторская работа сэра Исаака Ньютона по физике была впервые опубликована в 1687 году в его книге «Математические принципы естественной философии», широко известной как «Принципы». В нем он изложил теории гравитации и движения. Его физический закон гравитации гласит, что объект притягивает другой объект прямо пропорционально их совокупной массе и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Три закона движения

Три закона движения Ньютона, также найденные в «Началах», управляют тем, как изменяется движение физических объектов.Они определяют фундаментальную взаимосвязь между ускорением объекта и силами, действующими на него.

• Первое правило : объект будет оставаться в покое или в однородном состоянии движения, если это состояние не будет изменено внешней силой.
• Второе правило : Сила равна изменению количества движения (массы, умноженной на скорость) во времени. Другими словами, скорость изменения прямо пропорциональна величине приложенной силы.
• Третье правило : На каждое действие в природе существует равная и противоположная реакция.

Вместе эти три принципа, изложенные Ньютоном, составляют основу классической механики, которая описывает физическое поведение тел под влиянием внешних сил.

Сохранение массы и энергии

Альберт Эйнштейн представил свое знаменитое уравнение E = mc ² в журнале 1905 года, озаглавленном «Об электродинамике движущихся тел». В статье представлена ​​его специальная теория относительности, основанная на двух постулатах:

• Принцип относительности : Законы физики одинаковы для всех инерциальных систем отсчета.
• Принцип постоянства скорости света : Свет всегда распространяется через вакуум с определенной скоростью, которая не зависит от состояния движения излучающего тела.

Первый принцип просто гласит, что законы физики одинаково применимы ко всем во всех ситуациях. Второй принцип более важен. Он гласит, что скорость света в вакууме постоянна. В отличие от всех других форм движения, оно не измеряется по-разному для наблюдателей в разных инерциальных системах отсчета.

Законы термодинамики

Законы термодинамики на самом деле являются конкретными проявлениями закона сохранения массы-энергии в том, что касается термодинамических процессов. Впервые это месторождение было исследовано в 1650-х годах Отто фон Герике в Германии и Робертом Бойлем и Робертом Гуком в Великобритании. Все трое ученых использовали вакуумные насосы, изобретенные фон Герике, для изучения принципов давления, температуры и объема.

• Нулевой закон термодинамики делает возможным понятие температуры.
• Первый закон термодинамики демонстрирует взаимосвязь между внутренней энергией, добавленным теплом и работой в системе.
• Второй закон термодинамики относится к естественному потоку тепла в замкнутой системе.
• Третий закон термодинамики гласит, что невозможно создать термодинамический процесс, который был бы идеально эффективным.

Электростатические законы

Два закона физики регулируют взаимосвязь между электрически заряженными частицами и их способностью создавать электростатические силы и электростатические поля.

• Закон Кулона назван в честь Шарля-Огюстена Кулона, французского исследователя, работавшего в 1700-х годах. Сила между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна величине каждого заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами. Если предметы имеют одинаковый заряд, положительный или отрицательный, они будут отталкиваться друг от друга. Если у них противоположные заряды, они будут притягиваться друг к другу.
• Закон Гаусса назван в честь Карла Фридриха Гаусса, немецкого математика, работавшего в начале 19 века.Этот закон гласит, что чистый поток электрического поля через замкнутую поверхность пропорционален приложенному электрическому заряду. Гаусс предложил аналогичные законы, относящиеся к магнетизму и электромагнетизму в целом.

За пределами фундаментальной физики

В области теории относительности и квантовой механики ученые обнаружили, что эти законы все еще применимы, хотя их интерпретация требует некоторых уточнений, что приводит к таким областям, как квантовая электроника и квантовая гравитация.

философия науки — Каково на самом деле определение закона физики?

Вот основное рабочее определение закона физики с точки зрения физика. Это приводит к нескольким интересным философским вопросам, которые я полностью игнорирую (но очень хорошо знаю).

Физический закон — это предварительное утверждение наблюдаемой закономерности в Природе . Мы формулируем законы физики, чтобы понимать мир вокруг нас, а также управлять им или действовать в нем (не всегда: большая часть астрономии, например, имеет дело с вещами, которые мы никогда не будем контролировать).Закон физики обобщает многих случаев данного явления удобным способом. Например, закон всемирного тяготения суммирует в одной формуле, как объекты падают на землю, а также как планеты вращаются вокруг Солнца. Наблюдаемая закономерность — это то, что имеет место во многих или во всех наблюдаемых случаях явления. Закон всегда является условным в том смысле, что более всеобъемлющее или более точное утверждение закономерности, возможно, придется сделать позже, учитывая больше наблюдений.

Законы физики обычно числовые, удерживая между наблюдаемыми величинами, которые можно измерить , так что законы принимают точную математическую форму. Однако могут быть отдельные примеры измерений, которые не полностью соответствуют математическому закону: могут быть ошибки из-за измерительного оборудования или процедуры или фундаментальная неопределенность, как в случае квантовой механики. Это дает статистический характер законам физики, и обычно требуется оценить неопределенность в измерениях.

Очень простой пример, но тот, который, IMHO, стоит иметь в виду как хорошее изображение закона физики, — это следующая картинка, где мы наблюдали несколько точек данных и построили линию (модель / law ), что лучше всего соответствует этим наблюдениям . Он показывает, что такое закон / модель: линия, т.е. 2 коэффициента a и b в формуле y = ax + b. Эта строка суммирует точек данных, это закономерность / инвариант , лежащий в основе явления.Он также позволяет интерполяцию и предсказание для вычисления неизмеренных значений y для значений x. Наконец, он показывает понятие ошибки в измерении , поскольку многие фактические точки лежат близко к линии, но не точно на ней.

Физика: Введение | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните разницу между принципом и законом.
• Объясните разницу между моделью и теорией.

Рис. 1. Формирование полета перелетных птиц, таких как канадские казарки, регулируется законами физики. (кредит: Дэвид Меррет)

Физическая вселенная чрезвычайно сложна в деталях. Каждый день каждый из нас наблюдает за самыми разными предметами и явлениями. На протяжении веков любопытство человечества побуждало нас коллективно исследовать и каталогизировать огромное количество информации.От полета птиц до цветов цветов, от молнии до гравитации, от кварков до скоплений галактик, от течения времени до тайны создания Вселенной — мы задавали вопросы и собирали огромные массивы фактов. Учитывая все эти детали, мы обнаружили, что удивительно небольшой и унифицированный набор физических законов может объяснить то, что мы наблюдаем. Как люди, мы делаем обобщения и стремимся к порядку. Мы обнаружили, что природа удивительно кооперативна — она ​​демонстрирует лежащий в основе порядок и простоту , которую мы так ценим.

Это лежащий в основе порядок природы, который делает науку в целом и физику в частности такими приятными для изучения. Например, что общего между пакетом микросхем и автомобильным аккумулятором? Оба содержат энергию, которая может быть преобразована в другие формы. Закон сохранения энергии (который гласит, что энергия может менять форму, но никогда не теряется) связывает воедино такие темы, как пищевые калории, батарейки, тепло, свет и часовые пружины. Понимание этого закона позволяет легче узнать о различных формах, которые принимает энергия, и о том, как они соотносятся друг с другом.Очевидно несвязанные темы связаны через широко применимые физические законы, позволяющие понимание, выходящее за рамки простого запоминания списков фактов.

Объединяющий аспект физических законов и простота природы составляют основные темы этого текста. Научившись применять эти законы, вы, конечно же, изучите самые важные темы физики. Что еще более важно, вы приобретете аналитические способности, которые позволят вам применять эти законы далеко за пределами того, что можно включить в одну книгу.Эти аналитические навыки помогут вам преуспеть в учебе, а также помогут критически мыслить в любой профессиональной карьере, которую вы выберете. В этом модуле обсуждается область физики (чтобы определить, что такое физика), некоторые приложения физики (чтобы проиллюстрировать ее отношение к другим дисциплинам) и, более точно, что составляет физический закон (чтобы осветить важность экспериментов для теории).

Наука и сфера физики

Наука состоит из теорий и законов, которые являются общими истинами природы, а также совокупности знаний, которые они охватывают.Ученые постоянно пытаются расширить эту совокупность знаний и усовершенствовать выражение описывающих ее законов. Физика занимается описанием взаимодействий энергии, материи, пространства и времени, и особенно его интересует, какие фундаментальные механизмы лежат в основе каждого явления. Забота об описании основных явлений в природе по существу определяет область физики .

Физика стремится описать функции всего, что нас окружает, от движения крошечных заряженных частиц до движения людей, автомобилей и космических кораблей.На самом деле, практически все, что вас окружает, можно довольно точно описать законами физики. Рассмотрим смартфон (рисунок 2). 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.

Вам не нужно быть ученым, чтобы пользоваться физикой. Напротив, знание физики полезно в повседневных ситуациях, а также в ненаучных профессиях. Это может помочь вам понять, как работают микроволновые печи, почему в них нельзя добавлять металлы и почему они могут повлиять на кардиостимуляторы. (См. Рис. 3.) Физика позволяет вам понять опасности излучения и более легко рационально оценить эти опасности.Физика также объясняет причину, по которой черный автомобильный радиатор помогает отводить тепло в двигателе автомобиля, и объясняет, почему белая крыша помогает сохранять прохладу внутри дома. Точно так же работу системы зажигания автомобиля, а также передачу электрических сигналов через нервную систему нашего тела гораздо легче понять, если подумать о них с точки зрения фундаментальной физики.

Физика является основой многих важных дисциплин и вносит непосредственный вклад в развитие других. Например, химия, поскольку она занимается взаимодействием атомов и молекул, уходит корнями в атомную и молекулярную физику.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 имеет множество приложений в биологических науках. На микроскопическом уровне это помогает описать свойства клеточных стенок и клеточных мембран (рис. 4 и рис. 5).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. Медикаментозная терапия иногда напрямую связана с физикой; например, радиотерапия рака использует ионизирующее излучение. Физика также может объяснить сенсорные явления, например, как музыкальные инструменты издают звук, как глаз определяет цвет и как лазеры могут передавать информацию.

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

Модели, теории и законы; Роль экспериментов

Законы природы — это краткие описания вселенной вокруг нас; это человеческие утверждения основных законов или правил, которым следуют все естественные процессы.Такие законы присущи Вселенной; люди не создавали их и поэтому не могут их изменить. Мы можем только открыть и понять их. Их открытие — очень человеческое усилие, со всеми элементами тайны, воображения, борьбы, триумфа и разочарования, присущего любому творческому усилию. (См. Рисунок 6 и рисунок 7.) Краеугольным камнем открытия законов природы является наблюдение; наука должна описывать Вселенную такой, какая она есть, а не такой, какой мы можем ее себе представить.

Все мы в некоторой степени любопытны.Мы оглядываемся, делаем обобщения и пытаемся понять то, что видим — например, мы смотрим вверх и задаемся вопросом, сигнализирует ли один тип облаков о надвигающемся шторме. По мере того, как мы серьезно относимся к изучению природы, мы становимся более организованными и формальными в сборе и анализе данных. Мы стремимся к большей точности, проводим контролируемые эксперименты (если можем) и записываем идеи о том, как данные могут быть организованы и объединены. Затем мы формулируем модели, теории и законы на основе данных, которые мы собрали и проанализировали, чтобы обобщить и сообщить результаты этих экспериментов.

Модель модель представляет собой представление чего-то, что часто слишком сложно (или невозможно) отобразить напрямую. Хотя модель подтверждается экспериментальным доказательством, она точна только в ограниченных ситуациях. Примером может служить планетарная модель атома, в которой электроны изображаются вращающимися вокруг ядра, аналогично тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. (См. Рис. 8.) Мы не можем наблюдать электронные орбиты напрямую, но мысленный образ помогает объяснить наблюдения, которые мы можем сделать, например, излучение света горячими газами (атомные спектры).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. 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. Например, теория гравитации Ньютона не требует модели или мысленного образа, потому что мы можем наблюдать объекты напрямую с помощью наших органов чувств.С другой стороны, кинетическая теория газов — это модель, в которой газ рассматривается как состоящий из атомов и молекул. Атомы и молекулы слишком малы, чтобы их можно было непосредственно наблюдать нашими чувствами, поэтому мы мысленно представляем их, чтобы понять, что наши инструменты говорят нам о поведении газов.

Закон использует 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 обозначение закон зарезервировано для краткого и очень общего утверждения, которое описывает явления в природе, такие как закон сохранения энергии во время любого процесса или второй закон движения Ньютона, который связывает силу, массу и ускорение по простому уравнению F = м a .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 теория намного сложнее и динамичнее. Закон описывает отдельное действие, а теория объясняет целую группу связанных явлений. И если закон — это постулат, лежащий в основе научного метода, теория — это конечный результат этого процесса.

Менее широко применимые утверждения обычно называются принципами (например, принцип Паскаля, который применим только к жидкостям), но различие между законами и принципами часто проводится нечетко.

Модели, теории и законы

Модели, теории и законы используются, чтобы помочь ученым анализировать данные, которые они уже собрали. Однако часто после того, как модель, теория или закон были разработаны, они указывают ученым на новые открытия, которые они иначе не сделали бы.

Модели, теории и законы, которые мы иногда придумываем. предполагают существование объектов или явлений, которые еще не наблюдаются. Эти предсказания — замечательные триумфы и дань уважения силе науки. Это основной порядок во Вселенной, который позволяет ученым делать такие впечатляющие прогнозы. Однако, если эксперимент не подтверждает наши прогнозы, то теория или закон неверны, независимо от того, насколько они элегантны или удобны. Законы никогда нельзя узнать с абсолютной уверенностью, потому что невозможно провести все мыслимые эксперименты, чтобы подтвердить закон во всех возможных сценариях.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.

Изучение науки в целом и физики в частности — это приключение, во многом напоминающее исследование неизведанного океана. Сделаны открытия; формулируются модели, теории и законы; и красота физической вселенной становится более возвышенной благодаря полученным знаниям.

Научный метод

По мере того, как ученые исследуют и собирают информацию о мире, они следуют процессу, называемому научным методом . Этот процесс обычно начинается с наблюдения и вопроса, который исследует ученый. Затем ученый обычно проводит некоторое исследование по теме, а затем разрабатывает гипотезу. Затем ученый проверит гипотезу, проведя эксперимент. Наконец, ученый анализирует результаты эксперимента и делает вывод.Обратите внимание, что научный метод может применяться во многих ситуациях, которые не ограничиваются наукой, и этот метод можно модифицировать в зависимости от ситуации.

Рассмотрим пример. Допустим, вы пытаетесь включить машину, но она не заводится. Вы, несомненно, задаетесь вопросом: почему машина не заводится? Чтобы ответить на этот вопрос, вы можете воспользоваться научным методом. Во-первых, вы можете провести небольшое исследование, чтобы определить различные причины, по которым автомобиль не заводится. Далее вы сформулируете гипотезу.Например, вы можете подумать, что автомобиль не заводится, потому что в нем нет моторного масла. Чтобы проверить это, вы открываете капот автомобиля и проверяете уровень масла. Вы замечаете, что уровень масла находится на приемлемом уровне, и, таким образом, делаете вывод, что уровень масла не способствует возникновению проблемы с вашим автомобилем. Для дальнейшего устранения проблемы вы можете придумать новую гипотезу для проверки, а затем повторить процесс снова.

Эволюция естественной философии в современную физику

Физика не всегда была отдельной дисциплиной.Он по сей день связан с другими науками. Слово физика происходит от греческого языка, что означает природа. Изучение природы стало называться «натурфилософией». С древних времен до эпохи Возрождения натурфилософия охватывала множество областей, включая астрономию, биологию, химию, физику, математику и медицину. За последние несколько столетий рост знаний привел к постоянно растущей специализации и разветвлению натурфилософии на отдельные области, при этом физика сохранила самые основные аспекты.(См. Рисунок 9, рисунок 10 и рисунок 11.) Физика в том виде, в котором она развивалась с эпохи Возрождения до конца XIX века, называется классической физикой . Революционные открытия, сделанные в начале 20 века, превратили ее в современную физику.

Классическая физика не является точным описанием Вселенной, но это отличное приближение при следующих условиях: Материя должна двигаться со скоростью менее 1% скорости света, объекты, с которыми имеет дело, должны быть достаточно большими, чтобы быть При наблюдении под микроскопом могут быть задействованы только слабые гравитационные поля, такие как поле, создаваемое Землей.Поскольку люди живут в таких условиях, классическая физика кажется интуитивно разумной, в то время как многие аспекты современной физики кажутся странными. Вот почему модели так полезны в современной физике — они позволяют нам концептуализировать явления, которые мы обычно не испытываем. Мы можем относиться к моделям в человеческих терминах и визуализировать, что происходит, когда объекты движутся с высокой скоростью, или представлять себе, какими могут быть объекты, слишком маленькие для наблюдения нашими чувствами. Например, мы можем понять свойства атома, потому что можем представить его в уме, хотя мы никогда не видели атом своими глазами.Новые инструменты, конечно же, позволяют нам лучше представить явления, которые мы не видим. Фактически, новые приборы позволили нам в последние годы фактически «изобразить» атом.

Пределы законов классической физики

Для применения законов классической физики должны быть соблюдены следующие критерии: материя должна двигаться со скоростью менее 1% скорости света, объекты, с которыми приходится иметь дело, должны быть достаточно большими, чтобы их можно было увидеть в микроскоп, и могут быть задействованы только слабые гравитационные поля (такие как поле, создаваемое Землей).

Некоторые из самых выдающихся достижений науки были сделаны в современной физике. Многие законы классической физики были изменены или отвергнуты, что привело к революционным изменениям в технологиях, обществе и нашем взгляде на Вселенную. Как и научная фантастика, современная физика наполнена увлекательными объектами, выходящими за рамки нашего обычного опыта, но у нее есть преимущество перед научной фантастикой в ​​том, что она очень реальна. Почему же тогда большая часть этого текста посвящена темам классической физики? Есть две основные причины: классическая физика дает чрезвычайно точное описание Вселенной в широком диапазоне повседневных обстоятельств, а знание классической физики необходимо для понимания современной физики.

Современная физика сама по себе состоит из двух революционных теорий, теории относительности и квантовой механики. Эти теории имеют дело с очень быстрым и очень маленьким соответственно. Относительность необходимо использовать всякий раз, когда объект движется со скоростью более 1% от скорости света или испытывает сильное гравитационное поле, например, около Солнца. Квантовая механика необходимо использовать для объектов, меньших, чем можно увидеть в микроскоп. Комбинация этих двух теорий составляет релятивистской квантовой механики, и описывает поведение небольших объектов, движущихся с высокими скоростями или испытывающих сильное гравитационное поле.Релятивистская квантовая механика — лучшая универсально применимая теория, которая у нас есть. Из-за своей математической сложности она используется только при необходимости, а другие теории используются всякий раз, когда они дадут достаточно точные результаты. Однако мы обнаружим, что можем многое сделать в современной физике с помощью алгебры и тригонометрии, используемых в этом тексте.

Проверьте свое понимание

Друг говорит вам, что он узнал о новом законе природы. Что вы можете узнать об этой информации еще до того, как ваш друг опишет закон? Чем изменилась бы информация, если бы ваш друг сказал вам, что он изучил научную теорию, а не закон?

Раствор

Не зная подробностей закона, вы все равно можете сделать вывод, что информация, которую узнал ваш друг, соответствует требованиям всех законов природы: это будет краткое описание вселенной вокруг нас; изложение основных правил, которым следуют все естественные процессы.Если бы информация была теорией, вы могли бы сделать вывод, что информация будет крупномасштабным, широко применимым обобщением.

Исследования PhET: график уравнений

Узнайте о графических полиномах. Форма кривой изменяется по мере настройки констант. Просмотрите кривые для отдельных членов (например, y = bx ), чтобы увидеть, как они складываются для создания полиномиальной кривой.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

• Наука стремится открыть и описать лежащий в основе порядок и простоту в природе.
• Физика — это самая фундаментальная наука, занимающаяся вопросами энергии, материи, пространства и времени, а также их взаимодействий.
• Научные законы и теории выражают общие истины природы и совокупность знаний, которые они охватывают. Эти законы природы — правила, которым, кажется, следуют все естественные процессы.

Концептуальные вопросы

1. особенно полезны в теории относительности и квантовой механике, где условия выходят за рамки тех, с которыми обычно сталкиваются люди.Что такое модель?

2. Чем модель отличается от теории?

3. Если две разные теории одинаково хорошо описывают экспериментальные наблюдения, можно ли сказать, что одна более достоверна, чем другая (при условии, что обе используют общепринятые правила логики)?

4. Что определяет обоснованность теории?

5. Чтобы верить измерению или наблюдению, должны быть выполнены определенные критерии. Обязательно ли критерии будут такими же строгими для ожидаемого результата, как и для неожиданного результата?

6.Может ли срок действия модели быть ограниченным или он должен быть универсальным? Как это соотносится с требуемой обоснованностью теории или закона?

7. При определенных обстоятельствах классическая физика является хорошим приближением к современной физике. Кто они такие?

8. Когда необходимо для использования релятивистской квантовой механики?

9. Можно ли с помощью классической физики точно описать спутник, движущийся со скоростью 7500 м / с? Объясните, почему да или почему нет.

Глоссарий

классическая физика:

физика, которая развивалась с эпохи Возрождения до конца 19 века

физика:

наука, занимающаяся описанием взаимодействий энергии, материи, пространства и времени; его особенно интересует, какие фундаментальные механизмы лежат в основе каждого явления

модель:

представление того, что часто слишком сложно (или невозможно) отобразить напрямую

теория:

объяснение закономерностей в природе, подтвержденное научными данными и многократно подтвержденное различными группами исследователей

закон:

описание, используя краткий язык или математическую формулу, обобщенную закономерность в природе, которая подтверждается научными данными и повторными экспериментами

научный метод:

метод, который обычно начинается с наблюдения и вопроса, который исследует ученый; затем ученый обычно проводит некоторое исследование по теме, а затем разрабатывает гипотезу; затем ученый проверит гипотезу, проведя эксперимент; наконец, ученый анализирует результаты эксперимента и делает вывод

современная физика:

изучение теории относительности, квантовой механики или того и другого

относительность:

изучение объектов, движущихся со скоростью, превышающей примерно 1% скорости света, или объектов, находящихся под воздействием сильного гравитационного поля

квантовая механика:

исследование объектов меньшего размера, чем можно увидеть в микроскоп

Закон физики не универсален, новое исследование польских ученых обнаружило — Первые новости

Изучение квазара показало, что правила физики могут варьироваться в зависимости от того, где вы находитесь.НАСА / ЕКА

Исследования польских ученых показали, что за миллиарды световых лет законы физики отличаются от земных.

Законы физики описывают или предсказывают природные явления, например, что происходит, когда кто-то роняет предмет из окна. Независимо от того, находится ли окно в Польше или Австралии, мы знаем, что объект упадет на землю.

Но новое исследование международной группы астрофизиков, в том числе из Польши, показывает, что законы физики не везде одинаковы.Выводы были получены в результате анализа сигнала от квазара — чрезвычайно яркого активного галактического ядра — 13 миллиардов лет назад.

Исследования профессора Мариуша П. Домбровского подтверждают, что изменения в законах физики неоднородны во всей Вселенной. Мариуш П. Домбровски

Группа представила свои выводы в статье, озаглавленной «Четыре прямых измерения постоянной тонкой структуры 13 миллиардов. лет назад », опубликованном 24 апреля в научном журнале« Science Advances », написанном в соавторстве с учеными из Щецинского университета и Морского университета в Щецине, а также с другими исследовательскими учреждениями в Европе, Австралии и США.

«В нашем исследовании мы думаем о том, являются ли законы физики здесь и сейчас такими же, как где-то еще давным-давно. И оказывается, что это не так », — сказал профессор Мариуш П. Домбровски из Щецинского университета, один из авторов статьи.

Ученые изучили квазар J1120 + 0641, который образовался через миллиард лет после Большого взрыва и является одним из самых ярких известных квазаров. Они использовали спектры, полученные с помощью спектрографа X-SHOOTER на Очень большом телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории, который находится в Чили.

Квазар J1120 + 0641 находится на расстоянии 13 миллиардов световых лет от нас, ESO / M. Kornmesser / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

«Мы обнаружили, что определенная физическая константа — так называемая постоянная тонкой структуры (альфа) — могла быть меньше в тот период, чем она. сейчас », — пояснил Домбровски, добавив, что постоянная определяет, как электрические заряды притягиваются.

В более общем плане исследование подтверждает, что изменения в законах физики неоднородны по всей Вселенной, что имеет значение для понимания учеными симметрии в космосе.

«Если некоторые точки находятся на одинаковом расстоянии от нас — например, на расстоянии 13 миллиардов световых лет — но мы смотрим на одну в северном направлении, а другую в западном направлении, может оказаться, что величина штрафа -структурная константа там будет другой. А это означает, что изменение этой постоянной во Вселенной неоднородно », — сказал Домбровски.

Законы движения Ньютона — Исследовательский центр Гленна

Каковы законы движения Ньютона?

1. Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.
2. Ускорение объекта зависит от массы объекта и количества приложенной силы.
3. Каждый раз, когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равное и противоположное воздействие на первый.

Сэр Исаак Ньютон работал во многих областях математики и физики. Он разработал теории гравитации в 1666 году, когда ему было всего 23 года. В 1686 году он представил свои три закона движения в «Principia Mathematica Philosophiae Naturalis».”

Разработав три закона движения, Ньютон произвел революцию в науке. Законы Ньютона вместе с законами Кеплера объяснили, почему планеты движутся по эллиптическим орбитам, а не по кругу.

Ниже приведен небольшой фильм с участием Орвилла и Уилбура Райтов и обсуждение того, как законы движения Ньютона применимы к полету их самолета.

Первый закон Ньютона: инерция

Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.

Первый закон Ньютона гласит, что каждый объект будет оставаться в покое или в равномерном движении по прямой линии, если он не будет вынужден изменить свое состояние под действием внешней силы. Эта тенденция сопротивляться изменениям в состоянии движения составляет инерции . На объект не действует чистая сила (если все внешние силы нейтрализуют друг друга). Тогда объект будет поддерживать постоянную скорость . Если эта скорость равна нулю, объект остается в покое.Если на объект действует внешняя сила, скорость изменится из-за силы.

Примеры инерции, связанные с аэродинамикой:

• Движение самолета, когда пилот меняет положение дроссельной заслонки двигателя.
• Движение шара, падающего в атмосфере.
• Модель ракеты, запускаемой в атмосферу.
• Движение воздушного змея при перемене ветра.

Второй закон Ньютона: сила

Ускорение объекта зависит от массы объекта и количества приложенной силы.

Его второй закон определяет, что сила равна изменению импульса (масса, умноженная на скорость) за изменение во времени. Импульс определяется как масса объекта м , умноженная на его скорость V .

Предположим, что у нас есть самолет в точке «0», определяемой его местоположением X0 и временем t0 . Самолет имеет массу m0 и движется со скоростью V0 . Внешняя сила F на самолет, показанный выше, перемещает его в точку «1».Новое местоположение самолета — X1 , время — t1 .

Масса и скорость самолета изменяются во время полета до значений m1 и V1 . Второй закон Ньютона может помочь нам определить новые значения V1 и m1 , если мы знаем, насколько велика сила F . Давайте просто возьмем разницу между условиями в точке «1» и условиями в точке «0».

F = (m1 * V1 — m0 * V0) / (t1 — t0)

Второй закон Ньютона говорит об изменениях количества движения (м * В), поэтому на данный момент мы не можем отделить, насколько изменилась масса и насколько изменилась скорость.Мы знаем только, насколько изменился продукт (m * V).

Предположим, что масса остается постоянной величиной, равной м . Это предположение довольно хорошо для самолета, единственное изменение массы будет для топлива, сожженного между точкой «1» и точкой «0». Вес топлива, вероятно, невелик по сравнению с весом остальной части самолета, особенно если мы будем смотреть только на небольшие изменения во времени. Если бы мы обсуждали полет бейсбольного мяча, то, конечно, масса остается постоянной.Но если мы обсуждали полет баллонной ракеты, то масса не остается постоянной, и мы можем смотреть только на изменение количества движения. Для постоянной массы м второй закон Ньютона выглядит так:

F = м * (V1 — V0) / (t1 — t0)

Изменение скорости, деленное на изменение во времени, и есть определение ускорения a . Затем второй закон сводится к более знакомому произведению массы и ускорения:

F = м * а

Помните, что это соотношение подходит только для объектов с постоянной массой.Это уравнение говорит нам, что объект, на который действует внешняя сила, будет ускоряться и что величина ускорения пропорциональна величине силы. Величина ускорения также обратно пропорциональна массе объекта; при равных силах более тяжелый объект будет испытывать меньшее ускорение, чем более легкий объект. Рассматривая уравнение количества движения, сила вызывает изменение скорости; и аналогично изменение скорости порождает силу. Уравнение работает в обоих направлениях.

Скорость, сила, ускорение и импульс имеют как величину величин , так и направление , связанные с ними.Ученые и математики называют это векторной величиной. Показанные здесь уравнения на самом деле являются векторными уравнениями и могут применяться в каждом из направлений компонентов. Мы рассмотрели только одно направление, и, как правило, объект движется во всех трех направлениях (вверх-вниз, влево-вправо, вперед-назад).

Пример силы с учетом аэродинамики:

Третий закон Ньютона: действие и противодействие

Каждый раз, когда один объект оказывает силу на второй объект, второй объект оказывает на первый равную и противоположную силу.

Его третий закон гласит, что для каждого действия (силы) в природе существует равное и противоположное противодействие . Если объект A оказывает силу на объект B, объект B также оказывает равную и противоположную силу на объект A. Другими словами, силы возникают в результате взаимодействий.

Примеры действий и противодействий, связанных с аэродинамикой:

• Движение подъемной силы от профиля, воздух отклоняется вниз под действием профиля, и в ответ крыло толкается вверх.
• Движение вращающегося шара, воздух отклоняется в одну сторону, и мяч реагирует движением в противоположную сторону.
• Движение реактивного двигателя вызывает тягу, и горячие выхлопные газы выходят из задней части двигателя, а сила тяги создается в противоположном направлении.

Обзор законов движения Ньютона

1. Первый закон движения Ньютона (инерция)	Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.
2. Второй закон движения Ньютона (Сила)	Ускорение объекта зависит от массы объекта и величины приложенной силы.
3. Третий закон движения Ньютона (действие и противодействие)	Каждый раз, когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равное и противоположное воздействие на первый.

Законы природы (Стэнфордская энциклопедия философии)

Вот четыре причины, по которым философы исследуют, что значит быть законом природа: во-первых, как указывалось выше, законы, по крайней мере, кажутся центральная роль в научной практике.Во-вторых, законы важны для многие другие философские вопросы. Например, инициированный аккаунтом контрфактов, защищаемых Чисхолмом (1946, 1955) и Гудманом (1947), а также подсказано Хемпелем и Оппенгеймом (1948) дедуктивно-номологической модели объяснения, философы задавались вопросом что делает контрфактические и пояснительные утверждения правдой, думал что законы играют определенную роль, и поэтому также задавались вопросом, что отличает законы из беззакония. В-третьих, Гудман предположил, что существует связь между законностью и подтверждаемостью индуктивным вывод.Итак, некоторые сочувствующие идее Гудмана пришли в проблема законов в результате их интереса к проблеме индукция. В-четвертых, философы любят хорошие головоломки. Предположим, что все здесь сидят (ср., Langford 1941, 67). Тогда тривиально что все здесь сидят — это правда. Хотя это правда, это обобщение не похоже на закон. Это слишком случайно. Эйнштейна принцип, что никакие сигналы не распространяются быстрее света, также верен обобщение, но, напротив, считается законом; нет почти так случайно.В чем разница?

Это может показаться не такой уж большой загадкой. Что все здесь сидят пространственно ограничен в том смысле, что он касается определенного места; в принцип относительности не ограничен подобным образом. Итак, легко думаю, что, в отличие от законов, случайно верные обобщения касаются конкретные места. Но разница не в этом. Есть настоящие незаконные законы, не имеющие пространственных ограничений. Рассмотрим неограниченное обобщение, что все золотые сферы меньше единицы миля в диаметре.Нет золотых сфер такого размера и во всем вероятности никогда не будет, но это еще не закон. Там также кажутся обобщениями, которые могут выражать законы, которые ограниченный. Закон свободного падения Галилея — это обобщение что на Земле , свободно падающие тела ускоряются со скоростью 9,8 метра на секунду в квадрате. Загадка непонятна. ясно обнаруживается, когда обобщение золотой сферы сочетается с удивительно похожее обобщение об урановых сферах:

Все золотые сферы меньше мили в диаметре.

Все урановые сферы меньше мили в диаметре.

Хотя первое не является законом, второе, возможно, таковым. Последний не так случайно, как первый, поскольку уран критически важен масса такова, что гарантирует, что такая большая сфера никогда не будет существовать (ван Фраассен 1989, 27). В чем разница? Что делает первое — случайное обобщение, а второе — закон?

Один популярный ответ связывает закон с дедуктивными системами. Идея восходит к Миллю (1843, 384), но защищался в одной форме или другой Рэмси (1978 [ф.п. 1928]), Льюис (1973, 1983, 1986, 1994), Earman (1984) и Loewer (1996). Дедуктивные системы индивидуализированы своими аксиомами. Логические следствия аксиомы — это теоремы. Некоторые истинные дедуктивные системы будут сильнее чем другие; одни будут проще других. Эти две добродетели, сила и простота, соревнуются. (Легко сделать систему сильнее, жертвуя простотой: включайте все истины как аксиомы. Легко сделать систему простой, пожертвовав силой: аксиома 2 + 2 = 4.) Согласно Льюису (1973, 73), законы природы принадлежат всем истинным дедуктивным системам с лучший сочетание простоты и прочности. Так, например, мысль состоит в том, что это закон, согласно которому все урановые сферы меньше, чем милю в диаметре, потому что это, возможно, часть лучшего дедуктивного системы; квантовая теория — отличная теория нашей Вселенной и может быть частью лучших систем, и можно предположить, что квантовая теория плюс истины, описывающие природу урана, будут логически следует, что нет урановых сфер такого размера (Loewer 1996, 112).Сомнительно, чтобы обобщение, что все золотые сферы диаметром менее мили были бы частью лучшие системы. Его можно было бы добавить в качестве аксиомы к любой системе, но это мало или совсем ничего интересного с точки зрения силы и добавление этого принесло бы что-то в жертву с точки зрения простоты. (Льюис позже внес существенные изменения в свой аккаунт, чтобы решить проблемы, связанные с физической вероятностью (Lewis 1986, 1994).

Многие особенности системного подхода привлекательны.Для одной вещи, он решает проблему, которую ставят пустые законы. Некоторые законы пусто верно: первый закон движения Ньютона — это все инерционные тела не имеют ускорения — это закон, хотя инерционных тел нет. Но есть и много пустого истинные беззакония: все панды в клетку весят 5 фунтов, все единороги не состоят в браке и т. д. При системном подходе не исключаются бессмысленные обобщения из области законов, и все же только те пустые обобщения, принадлежащие лучшим системам, пригодны (ср., Льюис 1986, 123). Кроме того, одна цель научного теоретизирования формулировка истинных теорий, хорошо сбалансированных с точки зрения их простота и сила. Итак, системный подход кажется подтверждаем трюизм о том, что целью науки является открытие законов (Earman 1978, 180; Loewer 1996, 112). Последний аспект систем мнение, которое привлекает многих (хотя и не всех), заключается в том, что соблюдая в целом ограничения Юма на разумную метафизику. Нет явного обращения к тесно связанным модальным концепциям (например,г., контрфактические условные, причинно-следственные связи, диспозиции) и без явных обращение к сущностям, обеспечивающим модальность (например, универсалиям или Богу; ибо предполагаемая необходимость взывать к Богу, см. Foster 2004). Действительно, системный подход является центральным элементом защиты Льюисом Юмовская супервентность , «учение о том, что все, что есть в мире — это обширная мозаика конкретных фактов местного значения, просто одна мелочь, а потом другая »(1986, ix).

Другие аспекты системного подхода настораживают философов.(Видеть, особенно, Armstrong 1983, 66–73; ван Фраассен 1989, 40–64; Carroll 1990, 197–206.) Некоторые утверждают, что это подход будет иметь неприятные последствия, что законы неуместно зависимый от ума в силу апелляции аккаунта концепциям простоты, силы и наилучшего баланса, концепциям чья реализация, кажется, зависит от когнитивных способностей, интересов, и цели. Призыв к простоте вызывает дополнительные вопросы вытекающие из очевидной потребности в регламентированном языке, позволяющем разумные сравнения систем (Lewis 1983, 367.) Более в последнее время Робертс ставит под сомнение системный подход, иногда считается сильной стороной мнения: «У нас нет практики взвешивание конкурирующих достоинств простоты и информационного наполнения для цель выбора одной дедуктивной системы над другими, где все считаются правдой »(2008, 10). Есть практика подгонка кривой, которая включает в себя взвешивание конкурирующих достоинств простота и точность посадки, но это практика, которая является частью процесса открытия того, что является истинным .Также системы подход не подходит для исключения широко распространенных и бросающихся в глаза закономерности как законы, даже те, которые четко определены первоначальные условия. Что вселенная закрыта, что энтропия обычно возрастает, что планеты нашей солнечной системы копланарный, а другие (если это так) могут быть добавлены к любому истинному дедуктивному система, значительно увеличивающая прочность системы, с помощью только небольшая стоимость с точки зрения простоты (Модлин 2007, 16; Робертс 2008, 23). Интересно, что иногда системный вид забывают. , потому что удовлетворяет в целом ограничениям Юма о законах природы; некоторые утверждают, что какие обобщения являются законами не определяется местными обстоятельствами конкретного факта.(См. Раздел 4 ниже.) Хотя юмисты, подобные Льюису, обычно предпочитают реализм любой форме. антиреализма (Раздел 5 ниже), Беренстейн и Ледиман (2012) утверждали, что научный реализм несовместим с юминизмом потому что реализм требует понятия естественной необходимости, не восприимчивой к анализу Юма.

В конце 1970-х у системного подхода появился конкурент. и все другие попытки Юма сказать, что значит быть законом. Во главе с Армстронг (1978, 1983, 1991, 1993), Дрецке (1977) и Тули (1977, 1987), конкурирующий подход апеллирует к универсалиям (т.е., некоторые виды свойств и отношений), чтобы отличать законы от незаконных.

Сосредоточившись на развитии взглядов Армстронга, вот краткое изложение каркасной характеристики универсальный подход:

Предположим, что это закон, что F s — это G s. F -ness и G -ness считаются универсальными. А определенное отношение, отношение нелогичного или случайного необходимость, держится между F -ness и G -ness.Этот положение дел можно обозначить как « N ( F , G )» (1983, 85).

Этот фреймворк обещает решить знакомые головоломки и проблемы: Может быть разница между обобщением урановых сфер и Обобщение золотых сфер состоит в том, что уран действительно требует быть меньше одной мили в диаметре, но быть золотым — нет. Беспокоит о субъективной природе простоты, силы и наилучшего баланса не всплывают; нет никакой угрозы, что закон будет зависеть от разума, поэтому пока необходимость не зависит от ума.Некоторые думают, что структура поддерживает идею о том, что законы играют особую объясняющую роль в индуктивных выводах, поскольку закон — это не просто универсальный обобщение, но это совершенно другое существо — связь между двумя другими универсалиями (Armstrong 1991, Dretske 1977). Эта структура также соответствует закону, который не следует за законами. по местным вопросам конкретного факта; отрицание Юма супервентность часто сопровождает принятие универсалий подход.

Однако для того, чтобы действительно была эта выгода, нужно сказать больше о что такое N .Это проблема, которую ван Фраассен называет проблема идентификации, , которую он соединяет со вторым проблема, которую он называет проблемой вывода (1989, 96). В суть этой пары проблем была уловлена ​​ранее Льюисом с его обычное чутье:

Каким бы ни был N , я не понимаю, как это может быть абсолютно невозможно иметь N ( F , G ) и Fa без Ga . (Если только N не является постоянным соединением, или постоянное соединение плюс что-то еще, и в этом случае Теория Армстронга превращается в форму теории регулярности, которую он отвергает.) Тайна несколько скрыта Армстронгом. терминология. Он использует «необходимо» как название для законотворческий универсальный N ; и кто был бы удивлен услышать что если F «требует» G и a имеет F , затем a должен иметь G ? Но я говорят, что N заслуживает названия «необходимость» только если каким-то образом он действительно сможет войти в требуемый соединения. Он не может войти в них, просто назвав имя, больше, чем у одного может быть могучий бицепс, просто будучи вызванным «Армстронг» (1983, 366).

По сути, должно быть уточнение того, что законотворчество отношение есть (проблема идентификации). Тогда должен быть определение того, подходит ли он для задачи (вывод проблема): удерживает ли N между F и G влечет за собой, что F s — это G s? Имеет ли его проведение поддерживать соответствующие контрфакты? Неужели законы не действуют? supervene, быть независимым от разума, быть объяснительным? Армстронг делает расскажи больше о том, каковы его законотворческие отношения.Он заявляет в ответ на ван Фраассен:

Я утверждаю, что именно на этом этапе проблема идентификации была решена. решено. Требуемая связь — это причинная связь,… теперь выдвинули гипотезу о связывании типов, а не токенов (1993, 422).

Остаются вопросы о природе этой понятной причинной связи. как отношение, связывающее как символические события, так и универсалии. (См. Ван Fraassen 1993, 435–437, и Кэрролл 1994, 170–174.)

Вместо того, чтобы подробно описывать все критические вопросы, которые разделяют системный подход и универсальный подход, внимание было сосредоточено на вызывающий разногласия вопрос супервентности (т.е., решимость). Это касается действительно ли соображения Юма определяют, каковы законы. Есть несколько важных примеров, которые показывают, что они нет.

Предположим, что существует десять различных видов элементарных частиц. Итак, существует пятьдесят пять возможных видов двухчастичных взаимодействий. Предположим, что было изучено пятьдесят четыре таких вида и Было открыто пятьдесят четыре закона. Взаимодействие X и Y частиц не исследовались, так как условия такие, что они никогда не будут взаимодействовать.Тем не менее, кажется, что это может быть закон, который, когда X частиц и Y частицы взаимодействуют, происходит P . Точно так же это может быть закон что когда частицы X и Y взаимодействуют, Q происходит. Похоже, что в местных делах нет ничего интересного. конкретный факт в этом мире, который фиксирует, какой из этих обобщения — это закон (Tooley 1977, 669).

Несостоятельность супервентности возникает и в других случаях. Рассмотрим возможность того, что в противном случае проходит одинокая частица. пустое пространство с постоянной скоростью, скажем, один метр в секунду.Это кажется, что это может быть почти пустая ньютоновская вселенная в что случайно верно, что все тела имеют скорость, равную единице. метр в секунду; так уж получилось, что нечего переделывать движение частицы. Но также может быть, что это мир не ньютоновский, и это закон, что все тела имеют скорость со скоростью один метр в секунду; может быть, это обобщение не случайно и было бы правдой, даже если бы были другие тела врезаются в одинокую частицу.(Earman 1986, 100; Lange 2000, 85–90.)

Модлин выдвигает аргументы против юмовцев, сосредотачиваясь на общих чертах. практика среди физиков рассмотрения моделей теории законы.

Пространство-время Минковского, пространство-время специальной теории относительности, является моделью полевых уравнений общей теории относительности (в частности, это вакуумный раствор). Итак, пустое пространство-время Минковского — это один из способов мир мог бы быть, если бы он управлялся законами общей теории относительности. Но является ли пространство-время Минковского моделью только генерала. Релятивистские законы? Конечно, нет! Можно, например, постулировать что Специальная теория относительности является полным и точным описанием пространственно-временной структуры, и создать другую теорию гравитации, которая все еще будет иметь вакуумное пространство-время Минковского в качестве модели.Так что под предположение, что ни один возможный мир не может управляться законами Общая теория относительности и конкурирующая теория гравитации физическое состояние мира не всегда может определять законы (2007, 67).

Предполагается, что существует возможность безразличного Вселенная с законами общей теории относительности и другая с законами противоречивая теория гравитации. (Дополнительные примеры см. Кэрролл 1994, 60–80). Что Модлин считает следствием стандартное научное рассуждение, юмисты увидят в качестве примера разоблачение абсурдность отсутствия опыта.

Юмисты утверждают, что различные пары так называемых возможных миров на самом деле невозможно. Иногда это противоречие становится решающим от того, управляют ли законы, иногда на эпистемологическом или онтологическом беспокойства, а иногда и беспокойства по поводу того, как наш язык работает. Одно возражение против аргументов юмовской теории отсутствия супервентности. лагерь состоит в том, что если кто-то доходит до дискуссии с господствующей концепцией в виду, можно найти примеры антисупервентности убедительно, но используя эту концепцию, чтобы отвергнуть юмовский анализ законность — это как-то задавать вопрос или иным образом быть неубедительным потому что это концепция, которую отвергают юмисты (Биби, 2000).(Также см Loewer 1996 и Roberts 1998.) Напротив, некоторые сочувствуют Юминизм и аспекты управляющей концепции (Schneider 2007, Уорд 2007, Робертс 2008). В частности, когда мы рассматриваем законы управляя нацией, законы ничего не делают управлял. Что управляет, так это правительство, которое создает и обеспечивает соблюдение законов. «Утверждение, которое мы называем законом, не агент управления, но содержание управления » (Робертс 2008, 46).

Некоторые утверждают, исходя из скептических соображений, что их торговая марка Юмовская супервентность верна (Earman and Roberts 2005ab).Другие отвергать скептические опасения (Schaffer 2008, 94–99, Carroll 2008, 75–79). Шаффер настаивает на онтологической проблеме о том, что неподходящие законы являются необоснованными (Schaffer 2008, 84–85).

Оригинальная манера реагировать на очевидные контрпримеры супервентность принимает смысловой оборот. В примере с одинокой частицей Как сообщалось выше, существует мир, в котором одинокая частица движется по один метр в секунду, хотя это не закон, что все частицы перемещаются на такой скорости.Есть еще мир, в котором путешествует одинокая частица. со скоростью один метр в секунду, хотя по закону все частицы движется с такой скоростью. Это рассуждение не противоречит супервентность из-за контекстной чувствительности предиката, «Это закон». Хотя фраза «Это закон, все частицы движутся со скоростью один метр в секунду »(i) верно относительно одной пары контекст / мир и (ii) ложно относительно другая пара контекст / мир. Эта разница в истинностной ценности могла просто быть результатом разницы между двумя контекстами (Робертс 2008, 357–61).

Для Робертса возможный мир w , в котором существует только одиночная частица, движущаяся с постоянной скоростью по всей истории и относительно контекста, в котором основная теория, скажем, Ньютоновская механика: «Это закон, согласно которому все частицы имеют постоянная скорость один метр в секунду »на всякий случай верна ссылка на «тот» пункт играет роль закона в выдающаяся теория, которой в данном случае нет. Это могло бы играть роль закона по отношению к какой-либо другой теории, но это быть другим контекстом.Одно обобщение не может оба играют роль закона, а также не играют роль закона по отношению к единой теории, и так другой выдающейся теории и так другого контекст требуется для «Это закон, что все тела путешествуют в один метр в секунду », чтобы быть правдой (Roberts 2008, 357–61). В этом ответе заманчиво то, что он не отвергает никаких интуитивное утверждение о законах в различных возможных мирах. В суждения антисупервентности о том, какие законы являются разумными претензии с учетом контекста.Просто не получается признать влияние контекста. Так, например, Модлин так называемые две возможности будут рассматриваться Робертсом как описания единственной возможности, которые сделаны относительно двух контекстов с различные выдающиеся теории: общая теория относительности и некоторые конкурирующие теории гравитации. (Можно сказать, что Тули примеры с участием 10 различных видов элементарных частиц.) Ключ — это контекстная чувствительность, заложенная в правду. условия законности приговоров.Другие взгляды, которые принимают законность предложения, которые должны быть контекстно-зависимыми, также могут быть полезны сами бросают вызов Робертсу антисупервентности Примеры. Что не так убедительно в позиции Робертса, тем не менее, это его взгляд на контекстную зависимость приписывания законности. Его взгляд основан на одной конкретной фразе английского языка: «Закон природы», но было бы лучше, если бы контекстуальная трактовка «закона природы» аккуратно слилась с контекстной зависимостью других слов естественного языка и фразы.Мы должны попытаться понять контекстную зависимость наших «Закон природы» апеллирует к лингвистическим принципам, и расследование должно проводиться с учетом разговорная практика (Carroll 2018, 131–32). «Закон природа »не должна быть изолированной уродством нашего языка (ср., Unger 1971, 202) на глагол «знать».

Большинство современных философов — это реалисты и человек. законы; они считают, что некоторые отчеты о законах преуспевают в описание реальности.Однако есть антиреалистов , которые не согласен.

Например, ван Фраассен, Гьер, а также Мамфорд считают, что нет никаких законов. Ван Фраассен находит поддержку своей точки зрения в проблемы, с которыми сталкиваются такие аккаунты, как Lewis’s и Armstrong, и предполагаемая неспособность Армстронга и других описать адекватный эпистемология, допускающая рациональную веру в законы (1989, 130, 180–181). Гьер обращается к истокам использования концепция права в истории науки (1999 [ф.п. 1995], 86–90) и утверждает, что обобщения часто описываются как законы на самом деле не верны (90–91). Причины Мамфорда таковы более метафизический; он утверждает, что для управления законы должны быть внешне по отношению к свойствам, которыми они управляют, но, чтобы быть внешним в этом Таким образом, управляемая собственность не должна иметь надлежащих условий идентичности (2004, 144–145). Другие принимают несколько иной вид антиреализм. Хотя они будут произносить такие предложения, как «Это закон что никакие сигналы не распространяются быстрее света », они антиреалисты в силу того, что мы думаем, что такие предложения не являются (чисто) констатация фактов.Является ли это обобщение Эйнштейна законом, не так. факт о Вселенной; это не то, что ждет, чтобы быть обнаруженный. Сообщения о том, что такое законы, лишь отражают определенное отношение (в дополнение к убеждению) о содержащихся обобщениях (Блэкберн 1984, 1986, Ward 2002, 197). Уорд считает себя единым целым относительно пригодности обобщения для предсказания и объяснение.

Задача антиреализма — минимизировать хаос беззаконной реальности. играл бы с нашими народными и научными практиками.Что касается науки, примеры и использование законов, описанных в начале этой статьи свидетельствуют о том, что «закон» играет заметную роль в науке, что ученые, похоже, готовы принять это за фактуру. Что касается нашего народа практики, хотя «закон» не часто является частью заурядные разговоры, антиреализм о законности по-прежнему имеют далеко идущие последствия. Это связано с законами связи с другими концепциями, особенно с номерами nomic , концепциями как контрфактические условия, диспозиции и причинно-следственные связи.Для Например, кажется, что для того, чтобы было какое-то интересное контрфактическое истины, должен быть хотя бы один закон природы. Был бы обычный спичка в обычных условиях свет, если ударил? Вроде бы, но только потому, что мы предполагаем, что природа в определенных отношениях регулярна. Мы думаем это противоречие верно, потому что мы верим, что существуют законы. Мы нет никаких законов, не было бы того, если бы матч был ударил, загорится. В результате этого тоже не было бы что спичка была расположена для воспламенения, ни случай, при ударе спички загорится .

Может ли антиреалист отклонить этот вызов, отрицая связи между законностью и прочими понятиями? Позволит ли это быть антиреалист в отношении законов и при этом оставаться реалистом, скажем, контрфакты? Здесь таится опасность, что в результате позиция должна быть ad hoc . Такие концепции, как контрфактические условия, диспозиции и причинно-следственные связи демонстрируют множество тех же загадочных черт, что и законность; есть параллели философские вопросы и загадки об этих концепциях.Это трудно чтобы увидеть, что может служить основанием для антиреализма в отношении законности, но не другое номические концепции.

Некоторые выступают за антиредукционистские, антисупервентные взгляды (Carroll 1994, 2008, Исмаэль 2015, Ланге 2000, 2009, Модлин 2007, Вудворд 1992). Что касается вопроса о том, что значит быть законом, они отвергать ответы юмистов; они часто отрицают Юмовский супервентность, и они не видят пользы в обращении к универсалиям. Они отвергают все попытки сказать, что это за закон, который не обращение к номическим понятиям.Тем не менее, они все еще верят, что действительно есть законы природы; они не антиреалисты. Модлин берет законность должна быть примитивным статусом, а законы — онтологическими примитивами. — фундаментальные сущности в нашей онтологии. Его проект — показать что могут делать законы работы, определяя физические возможности с точки зрения законов и составление набросков основанных на законе объяснений контрфактических условных и объяснения. Кэрролл анализирует законность в термины причинно-следственных / объяснительных понятий. Отправной точкой является интуиция, что законы не случайны, что они не совпадения.Однако не совпадение — это еще не все, что нужно быть законом. Например, может быть правда, что золота нет сфер диаметром более 1000 миль, потому что их так мало золото во вселенной. В таком случае, строго говоря, обобщение было бы верным, достаточно общим, а не случайным. Тем не менее, это не было бы законом. Возможно, что это блокирует Обобщение из закона состоит в том, что что-то в природе — действительно, начальное состояние Вселенной, ограниченное количество золота — учитывает обобщение.Сравните это с законом, что инерционные тела не имеют ускорения. С этим и другие законы, кажется, что он выполняется из-за природы (самой себя). Лечение Ланге (2000, 2009) включает в себя описание того, что это такое. быть законом с точки зрения контрфактического понятия стабильности. В в целом учетная запись сложна, но основная идея такова: вызовите логически замкнутое множество истинных предложений устойчиво тогда и только тогда, когда члены набора останутся верными при любом предшествующем соответствует самому набору.Так, например, набор логических истины тривиально стабильны, потому что логические истины были бы правдой, нет от того, что. Набор, включающий случайное обобщение, которое все люди в комнате сидят, но в соответствии с предположение, что кто-то в комнате кричит «Пожар!» не быть стабильным набором; если бы кто-то крикнул «Огонь», то кто-то в комнате не сидел бы. Ланге утверждает, что нет стабильный набор субномических фактов — за исключением, может быть, набора всех истины — содержит случайную правду.«Определив законов как членов хотя бы одного немаксимального стабильного множества, мы узнать, как законность субномического факта фиксируется субномические факты и сослагательные факты о них »(2009 г., 43).

Попытки подорвать антиредукционизм часто включают вызовы антисупервентность, подобная упомянутым в конце раздела 4. Хильдебранд бросает вызов Кэрроллу и Модлину антиредукционизмы, основанные на неспособности примитивных законов объяснить единообразие природы (Hildebrand, 2013).Симпозиум по Lange’s (2009) Laws and Lawmakers включает, наряду с Ответы Ланге, различные критические замечания со стороны Кэрролла, Лёвера, и Вудворд. (См. Lange et al. , 2011.) Демерест (2012) ставит перед антиредукционизмом Ланге три вызова: от того, подходят ли сослагательные наклонения для роли законодателей.

Гудман считал, что разница между законами природы и случайные истины неразрывно связаны с проблемой индукция.В своей «Новой загадке индукции» (1983 г., [ф.п. 1954], 73), говорит Гудман,

.

Только заявление, которое является законом , как — независимо от его правда или ложь или ее научное значение — способна получение подтверждения от его экземпляра; случайные заявления не.

(Терминология: P является законом, только если P является законом, если правда.) Гудман утверждает, что если обобщение случайно (и поэтому не законопослушный), то он не может получить подтверждение от один из его экземпляров.

Это вызвало много дискуссий, включая некоторые проблемы. Для Например, предположим, что выпало десять подбрасываний справедливой монеты, и что первые девять сухопутных голов (Дрецке 1977, 256–257). Первые девять примеры — по крайней мере, в некотором смысле — подтверждают обобщение, что все сальто выпадут орлом; вероятность это обобщение взято из (.5) ¹⁰ до 5. Но это обобщение не законопослушный; если правда, то это не закон. Стандартно отвечать на такие пример, утверждая, что это не подходящее понятие подтверждение (что это просто «сокращение содержания») и предполагая, что то, что действительно требует законности, — это подтверждение неисследованные примеры обобщения.Обратите внимание, что в монете В этом случае вероятность того, что десятый бросок выпадет орлом, не изменение после того, как первые девять подбрасываний приземляются орлами. Однако есть примеры, которые также создают проблемы для этой идеи.

Предположим, что в комнате находится сто человек, и предположим, что вы просите пятьдесят человек. им, являются ли они третьими сыновьями, и они отвечают, что они; конечно было бы разумно хотя бы несколько увеличить ваши ожидания что следующим, кого вы спросите, будет также третий сын (Джексон и Парджеттер 1980, 423)

Бесполезно пересматривать заявление о том, что никаких обобщений полагал, что был случайным, может подтвердить.О случай третьего сына, можно было бы знать, что обобщение, даже если правда, не было бы закона. Обсуждение продолжается. Фрэнк Джексон и Роберт Парджеттер предложил альтернативную связь между подтверждение и законы, по которым определенные контрфактические истины должны удержание: наблюдение A s, которые являются F -и- B подтверждает, что все не F A s являются B s, только если A s по-прежнему были бы как A , так и B если бы они не были F .(Это предложение критикуется Elliott Sober 1988, 97–98.) Lange (2000, 111–142) ​​использует другая стратегия. Он пытается дополнительно уточнить соответствующее понятие подтверждение, характеризующее то, что он считает интуитивным понятием индуктивного подтверждения, а затем утверждает, что только обобщения которые не считаются законопослушными, могут быть (в его понимании) индуктивно подтверждено.

Иногда идея о том, что законы играют особую роль в индукции служит отправной точкой для критики юмовского анализа.Дрецке (1977, 261–262) и Армстронг (1983, 52–59, и 1991) принять модель индуктивного вывода, которая включает вывод к лучшему объяснению. (См. Также Foster 1983 и 2004.) простейшая конструкция, модель описывает шаблон, который начинается с наблюдение за примерами обобщения, включает в себя вывод соответствующий закон (это вывод наилучшего объяснения), и завершается выводом самого обобщения или его ненаблюдаемые экземпляры. Жалоба, поданная против Humeans, состоит в том, что их взгляд на то, что такое законы, законы не подходят для объяснения их случаев и поэтому не может поддерживать требуемый вывод в лучшую сторону объяснение.

Это та область, где нужно работать над законами. Армстронг и Дрецке обоснованно заявляет о том, что может и чего не может быть. Подтвержденный пример: грубо говоря, законы Юма не могут, законы как универсалии могут. Но, по крайней мере, эти претензии не могут быть Совершенно верно. Не могут законы Юма? Как обсуждалось выше иллюстрирует, Собер, Ланге и другие утверждали, что даже обобщения, заведомо случайные, могут быть подтверждены их экземпляры. Дрецке и Армстронгу нужны правдоподобные и подходящие сильная предпосылка, связывающая законность с подтверждаемостью, и это не ясно, что есть один.Вот основная проблема: столько авторы заметили (например, Sober 1988, 98; van Fraassen 1987, 255), подтверждение гипотезы или ее неисследованных экземпляров будет всегда будьте внимательны к существующим исходным убеждениям. Так много так что, имея фоновые убеждения правильного типа, примерно что угодно может быть подтверждено независимо от его статуса закона или будь то законопослушный. Таким образом, излагая правдоподобный принцип, описывающий связь между законами и проблемой индукции будет сложно.

Философы обычно считают, что некоторые случайные истины (или может быть) законы природы. Более того, они думали, что если это это закон, что все F s являются G s, то нет необходимости любая (метафизически) необходимая связь между F -сущностью и G -это то, что (метафизически) возможно, что что-то быть F , но не быть G . Например, любые возможные мир, который по закону подчиняется общим принципам Ньютоновская физика — это мир, в котором действует первый закон Ньютона. правда, а мир, содержащий ускоряющиеся инерционные тела, есть мир в котором ложен первый закон Ньютона.Последний мир также мир, в котором инерция создается, но не требует нуля ускорение. Однако около специалистов по необходимости считают, что все законы — это необходимые истины. (См. Shoemaker 1980 и 1998, Swoyer 1982, Fales 1990, Bird 2005. См. Vetter 2012 для критики Bird 2005 от в лагере диспозиционных эссенциалистов). то, что немного отличается. Поддерживая, что некоторые законы являются единичными утверждениями об универсалиях, они допускают, что некоторые законы условно верны.Итак, с этой точки зрения F -ness / G -ness закон может быть ложным, если F -ness не существует. Тем не менее, эта разница незначительна. Эти авторы думают что для существования закона F -ness / G -ness он должен обязательно верно, что все F s являются G s. (Видеть Твидейл 1984, Бигелоу, Эллис и Лерс 1992, Эллис и Льерс 1994, и Эллис 2001, 203–228; 2009, 51–72.)

Можно назвать две причины полагать, что закон не зависят от любой необходимой связи между свойствами.Первое разум — это вообразимость того, что это закон в одном возможном мире что все F s — это G s, хотя есть еще один мир с F , который не G . Во-вторых, что есть законы, которые могут быть обнаружены только в a posteriori манера. Если необходимость всегда связана с законами природы, то она непонятно, почему ученые не всегда могут обойтись a априори методов. Естественно, эти две причины часто оспаривается.Сторонники необходимости утверждают, что представимость — это не руководство по возможности. Они также обращаются к Саулу Крипке (1972). аргументы, призванные выявить определенные апостериори необходимых истины, чтобы утверждать, что a posteriori природа некоторых законы не препятствуют их законности требовать необходимых связь между свойствами. В подтверждение своей собственной точки зрения, сторонники необходимости утверждают, что их положение является следствием их одобренная теория диспозиций, согласно которой диспозиции имеют их причинные силы по существу.Так, например, по этой теории, По своей сути заряд обладает способностью отражать подобные заряды. Таким образом, законы вытекают из сущности диспозиций (ср. Bird 2005, 356). По мнению сторонников необходимости, это также и достоинство их позиция, согласно которой они могут объяснить, почему законы опровергаются фактами; они поддерживают гипотезы так же, как и другие необходимые правда (Swoyer 1982, 209; Fales 1990, 85–87).

Основное беспокойство для сторонников необходимости заключается в их способности выдерживать их игнорирование традиционных причин думать, что некоторые законы случайны.Проблема (см. Sidelle 2002, 311) в том, что они тоже делайте различия между необходимыми истинами и случайными, и, кажется, даже полагаются на соображения возможности сделать это. На первый взгляд ничего особенно подозрительного в приговоре нет. что возможно, что объект движется быстрее света. Как это хуже, чем суждение о том, что, возможно, идет дождь в Париж? Другой вопрос для сторонников необходимости заключается в том, является ли их эссенциализм относительно диспозиций может поддержать все контрфакты, которые очевидно, поддерживается законами природы (Lange 2004).

Возвращаясь к Армстронгу (1983, 40), вызовы тем, кто придерживается юмовского учения о законах, и о пояснительны ли законы Юма. Совсем недавно Модлин бросить вызов явным образом:

Если человек юмист, то сама юмианская мозаика, кажется, допускает без дальнейших объяснений. Поскольку это онтологическая основа с точки зрения из которых должны быть объяснены все другие существующие вещи, ни одно из этих дальнейшие вещи действительно могут объяснить структуру мозаики сам.Эта жалоба звучит давно, обычно как возражение. к любому юмовскому счету законов. Если законы не более чем общие черты Юмовской мозаики, то в каком-то смысле не могут обращаться к этим законам, чтобы объяснить особенности сама мозаика: законы такие, какие они есть в силу мозаики а не наоборот (Модлин 2007, 172).

Loewer (2012, 131) предлагает ответ на этот вопрос. что Модлин подчеркивает. Лёвер отвечает, что великая юмовская мозаика воплощает в жизнь законы природы.Ход, который он делает во избежание замкнутости в том, что законы Юма не метафизически объясняют элементы мозаики, но они с научной точки зрения объясняют аспекты мозаики, предполагая, что есть два понятия объяснения и, следовательно, никакого круговорота. Этот ход недавно породил множество отличных журнальных статей о жизнеспособность шага Loewer (см. особенно Lange 2013, Миллер 2015, Роски 2018 и Шуменер 2017).

Все более популярный способ взглянуть на связь между законами и их инстанции принимают инстанции в качестве обосновывающих законов.Ни один человек инстанция закона может полностью обосновать закон, но сочетание инстанции более полно обосновывают закон. Еще один правдоподобный способ рассматривать отношения между законами и их примерами — значит видеть законы как обоснование своих экземпляров (Emery 2019). Потому что заземление отношение несимметрично, обе эти точки зрения не могут быть верными. Путь выход из этой дилеммы проливает свет на дебаты о объяснение в интересной форме. Учтите, что пока ( P & Q ) является полным основанием для Q , кажется неправильным утверждают, что ( P и Q ) объясняют, почему Q (Роски 2018).Это потому, что содержание экспланандума (что такое быть объясненным) встроено в содержание объясненных (объясненных) (то, что предназначено для объяснения), и что-то не может объяснить само себя (или быть важной частью объяснения самого себя). Заметить, что эта формулировка раскрывает проблему: если объяснение включает объяснение как часть своего содержания, оно лишает объяснение понимание. Одна аудитория уже должна была понимание экспланандума. Удачных объяснений нет циркуляр, поэтому любой, кто принимает законы в качестве основания для своих инстанций, должен не думать, что заземляющее отношение является объяснительным.Смысл здесь не для того, чтобы показать, что заземление — это не объяснительное отношение, а скорее, чтобы показать, что законы природы не подходят для объяснения их экземпляры. Круглость также поражает модель DN. объяснения. Как указали авторы модели DN:

… Содержание объяснения содержится в объяснится. Это правильно, поскольку экспланандум является семантическим следствие объяснения (Hempel and Oppenheim, ср. 1948, 162; также см. Shumener 2017, 793).

Проблема здесь подрывает важность роли объяснений. чтобы обеспечить понимание. Требуемая валидность приносит семантическую округлости, потому что в этом случае содержание объясненных достаточно для истинности объяснения. В соответствии с обычным презентации модели DN, требуется хотя бы один закон природы быть предпосылкой в ​​«объяснительном аргументе». Действительно, в по крайней мере, один закон должен быть существенным для обоснованности аргумента, и законы, являющиеся частью объяснения, явно являются фактором относительно округлости.Чтобы добавить к этим проблемам, это хорошо вспомнить, что указывал Дрецке относительно законов и объяснение.

Сказать, что закон — это универсальная истина, имеющая объяснительную силу, значит как сказать, что стул — это глоток воздуха, используемый для усаживания людей. Ты не можешь сделать из свиного уха шелковый кошелек, даже не очень хороший свиное ухо; и вы не можете сделать обобщения, даже чисто универсальное обобщение, объясните его примеры. Дело в том, что каждый F является G не может объяснить, почему любой F является G, и он не может объяснить это не потому, что его объяснительные усилия слишком слабы, чтобы привлекли наше внимание, но поскольку объяснительная попытка никогда не даже сделал … Отнесение экземпляра к универсальному обобщение имеет столько же объяснительной силы, сколько вывод Q от P&Q.Нет (1977, 26).

Дрецке отреагировал на эту цитату и пришел к выводу, что законы природы не являются универсальными количественными условиями; что они не являются простыми обобщениями. Вместо этого считалось, что законы должны были быть вещи другого рода: отношения между универсалиями, физически необходимые обобщения, или истинная аксиома, или теорема идеальная система или даже метафизически необходимое обобщение. Необходимо рассмотреть другой подход, может быть, только может быть, законы природа являются обобщениями и просто не объясняют ни в каком очень значительный способ.Это подход, который определяет, какие сущность закон природы.

Два отдельных (но связанных) вопроса получили много недавних внимание в философской литературе окружающих законов. Ни один имеет много общего с тем, что значит быть законом. Вместо этого они должны сделать с характером обобщений, которые пытаются выяснить ученые. Во-первых: пытается ли какая-либо наука открыть неисключительные закономерности в его попытка открыть законы? Во-вторых: даже если одна наука — фундаментальная физика — есть ли, другие ли?

10.1 Пытаются ли физики открыть исключительные закономерности?

Философы проводят различие между строгими обобщений и при прочих равных обобщений. В предполагается, что существует контраст между универсальными обобщениями рассмотренной выше сортировки (например, что все инерционные тела не имеют ускорение) и, казалось бы, менее формальные обобщения вроде этого, при прочих равных, курение вызывает рак. Идея в том, что первому будет противоречить один-единственный контрпример, скажем, один ускоряющееся инерционное тело, хотя последнее согласуется с существующим быть курильщиком, который никогда не болел раком.Хотя теоретически это различие достаточно легко понять, на практике часто трудно отличить строгий от при прочих равных обобщения. Это потому, что многие философы думают, что многие высказывания, которые не содержат явной оговорки ceteris-paribus неявно включать такой пункт.

По большей части философы думали, что если ученые обнаружили любые без исключения закономерности, которые являются законами, они сделано это на уровне фундаментальной физики.Несколько философов, однако сомнительно, что существуют без исключения закономерности на даже на этом базовом уровне. Например, Картрайт утверждал, что описательные и пояснительные аспекты конфликтов противоречат друг другу. «Представленные как описания фактов, они ложны; исправлено, чтобы быть правда, они теряют свою фундаментальную объяснительную силу »(1980, 75). Рассмотрим гравитационный принцип Ньютона: F = G мм ′ / r ² . Согласно Картрайту, при правильном понимании он говорит, что для любых двух тел сила между ними G мм ′ / r ² .Но если это то, что говорит закон, то закон не является исключением регулярность. Это потому, что сила между двумя телами находится под влиянием другими свойствами, кроме их массы и расстояния между их, по свойствам, таким как заряд двух тел, как описано Закон Кулона. Утверждение гравитационного принципа может быть измененным, чтобы сделать это правдой, но это, по мнению Картрайта, в по крайней мере, некоторые стандартные способы сделать это лишили бы его объяснительная сила. Например, если считать, что действует только принцип что F = G мм ′ / r ² если нет сил кроме гравитационные силы в действии, тогда, хотя это было бы правдой, не применяется, за исключением идеализированных обстоятельств.Ланге (1993) использует другой пример, чтобы подчеркнуть аналогичную точку зрения. Рассмотрим стандартный выражение закона теплового расширения: «Всякий раз, когда температура металлического прутка длиной L ₀ меняется на Т , длина штанги изменяется на L = k L ₀ T , ’ где k — это постоянная, коэффициент теплового расширения металла. Если это выражения использовались для выражения строгого обобщения прямолинейно предложено его грамматикой, то такое высказывание будет ложным, так как длина стержня не меняется описан в случаях, когда кто-то бьет по концам штанги.Похоже, что закон потребует оговорок, но их так много, что единственное очевидный способ учета всех необходимых оговорок будет с чем-то вроде предложения ceteris-paribus . потом возникает опасение, что это заявление будет пустым. Из-за сложность формулирования правдоподобных условий истинности для ceteris-paribus предложения, есть опасения, что «При прочих равных, L = kL ₀ T ’ мог только означать ‘ L = kL ₀ T при условии, что L = кл ₀ T .’

Даже те, кто согласен с аргументами Картрайта и Ланге иногда расходятся во мнениях относительно того, что в конечном итоге говорится о законах в этих аргументах. Картрайт считает, что истинные законы не без исключений. закономерности, но вместо этого являются утверждениями, описывающими причинные силы. В таком толковании они оказываются правдивыми и объясняющими. Lange в конечном итоге приходит к выводу, что есть предложения, должным образом принятые в качестве законов, хотя при этом не нужно также верить в какие-либо исключительные регулярность; там не должно быть ни одного.Giere (1999) с пользой может быть интерпретируется как согласие с основными аргументами Картрайта, но настаивая на том, что в заявлениях о законе нет неявных оговорок или неявные при прочих равных условиях пунктов. Итак, он заключает, что там нет законов.

Эрман и Робертс считают, что существуют без исключения и законные закономерности. Точнее, они утверждают, что ученые делают фундаментальная физика действительно пытается сформулировать строгие обобщения, которые таковы, что они были бы строгими законами, если бы они были правдой:

Мы утверждаем только, что … типичные теории из фундаментальных физики таковы, что , если бы были правдой, было бы точные безусловные законы.Например, гравитационная полевой закон утверждает — без двусмысленности, оговорок, Proviso, ceteris paribus clause — что Ricci тензор кривизны пространства-времени пропорционален полному тензор энергии-импульса для материи-энергии; релятивистская версия Законы электромагнетизма Максвелла для бесплатной квартиры пространство-время утверждает — без оговорок и оговорок — что ротор поля E пропорционален частная производная по времени и т. д. (1999, 446).

Они думают, что о гравитационном примере Картрайта (473, прим. 14), что правдоподобное понимание гравитационного принципа как описывающая только гравитационную силу между двумя массивные тела. (Картрайт утверждает, что такого компонента не существует сила и поэтому думает, что такая интерпретация была бы ложной. Эрман и Робертс не согласен.) Что касается примера Ланге, они думают, что закон следует понимать как имеющую единственную оговорку, что не должно быть внешние напряжения на металлическом стержне (461).В любом случае было бы гораздо больше необходимо сказать, чтобы установить, что все очевидно строгие и пояснительные обобщения, которые были или будут изложены физики перевернулись или окажутся ложными. (Эрман, и др. al ., 2003 включает более свежие работы Картрайта и Ланге, а также многие другие работы по ceteris-paribus законы.)

10.2 Могут ли быть какие-то законы о специальных науках?

Предположим, что физики действительно пытаются открыть без исключений закономерности, и даже предполагая, что наши физики иногда будут успешным, возникает еще один вопрос, является ли это целью какой-либо наука кроме фундаментальной физики — любые так называемые специальные наука — открыть неисключительные закономерности и у этих ученых есть надежда на успех.Рассмотрим экономический закон спроса и предложения, который говорит, что, когда спрос увеличивается и предложение фиксируется, цена увеличивается. Обратите внимание, что в некоторых местах цена бензина иногда оставалось неизменным, несмотря на увеличение спрос и фиксированное предложение, потому что цена на бензин была регулируется государством. Похоже, что закон следует понимать как наличие пункта ceteris-paribus , чтобы это было правдой. Этот проблема очень общая. Как указал Джерри Фодор (1989, 78) вне, в силу того, что он сформулирован в словаре специальной науки, очень вероятно, что будут ограничивающие условия — особенно основные физические условия — это подорвет любое интересное строгое обобщение частных наук, условия, которые сами по себе не могут быть описаны в специальная научная лексика.Дональд Дэвидсон вызвал большую часть недавний интерес к законам специальных наук с его «Ментальным События »(1980 [f.p. 1970], 207–225). Он привел аргумент специально направлено против возможности строгого психофизические законы. Что еще более важно, он предположил, что отсутствие таких законов может иметь отношение к тому, будут ли психические события когда-либо вызывать физические события. Это вызвало появление множества статей, посвященных проблема примирения отсутствия строгих законов специальной науки с реальность ментальной причинности (напр.g., Loewer and Lepore 1987 и 1989, Fodor 1989, Schiffer 1991, Pietroski and Rey 1995).

Прогресс в решении проблемы оговорок зависит от трех основных вопросов. отличаясь. Во-первых, возникает вопрос, что это должно быть закон, который, по сути, является поиском обязательно истинного завершение: « P является законом тогда и только тогда, когда … ». Очевидно, чтобы быть истинным завершением, оно должно сохраняться в течение все P , независимо от того, является ли P строгим обобщением или при прочих равных один.Во-вторых, также необходимо определить условия истинности обобщающих предложений, используемых ученые. В-третьих, есть апостериори и научный вопрос о том, какие обобщения выражены предложениями, используемыми ученые верны. Вторая из этих проблем — та, где действие должно быть.

В этой связи поразительно, как мало внимания уделяется возможные эффекты контекста. Не может быть, когда экономист произносит строгое обобщающее предложение в «Экономическая обстановка» (скажем, в учебнике экономики или в экономической конференции), контекстно-зависимые соображения, влияющие на ее Условия истины. Будет ли выяснено, что высказывание истинно? Это может быть так, несмотря на то, что в одном и том же предложении в другом контексте (скажем, в дискуссии между фундаментальными физики или, что еще лучше, в философском обсуждении законов) привести к явно ложному высказыванию.Эти меняющиеся условия истины может быть результатом чего-то столь же очевидного, как контекстный сдвиг в область количественной оценки или, возможно, что-то менее очевидное. Что бы ни важно то, что этот сдвиг может быть функцией не более чем лингвистическое значение предложения и знакомые правила толкования (например, правила приспособления).

Рассмотрим ситуацию, когда профессор инженерного дела произносит: «Когда металлический стержень нагревается, его длина изменяется. пропорциональна изменению его температуры »и предположим, что студент предлагает: «Нет, когда кто-то бьет по обоим концам бар.»Показал ли ученик, что учитель высказывание было ложным? Может быть нет. Обратите внимание, что ученик уходит звучит немного нагло. По всей видимости, такая необычная ситуация как если бы кто-то стучал по обоим концам нагретого стержня, в игре, когда профессор сказал то, что он сделал. На самом деле причина Студент звучит нагло, потому что кажется, что он должен знали, что его пример неуместен. Обратите внимание, что предложение профессора не должно включать неявных ceteris-paribus clause для того, чтобы его высказывание было правдой; как показывает этот пример, в обычных разговорах старые добрые предложения строгого обобщения не всегда используются для полного охвата круг реальных кейсов.Действительно, они редко используются таким образом. Если специальные ученые действительно произносят верные предложения обобщения (иногда при прочих равных предложений обобщения, иногда нет), то видимо им ничего не мешает произносить истинные приговоры, основанные на законах особой науки. Проблема здесь была истиной обобщений специальной науки, а не какой-либо другой требования законности.

Как будет развиваться дело? Как философия может продвинуться дальше текущие споры о законах природы? Три проблемы особенно интересные и важные.Первые проблемы является ли законность частью содержания научных теорий. Этот вопрос о причинно-следственной связи часто задают, но реже обратился по поводу законности. Робертс предлагает аналогию в поддержку думал, что это не так: постулат евклидовой геометрии две точки определяют линию. Но это не часть содержания Евклидова геометрия утверждает, что это предложение является постулатом. Евклидово геометрия — это не теория постулатов; это теория о точки, линии и плоскости… (2008, 92).Это может быть правдоподобный первый шаг к пониманию отсутствия некоторых номические термины из формальных утверждений научных теорий. В Второй вопрос — существуют ли какие-либо случайные законы природы. Сторонники необходимости продолжают работать над заполнением своей точки зрения, в то время как Юмисты и другие люди относительно мало внимания уделяют тому, чем они занимаются. к; новая работа должна объяснить источник лежащих в основе обязательств которые разделяют эти лагеря. Наконец, нужно уделять больше внимания оплачивается на языке, используемом для сообщения, каковы законы и язык используются для выражения самих законов и того, объяснять.Понятно, что недавние споры об обобщениях в физике и специальных науках включают именно эти вопросы, но их изучение может также принести дивиденды по центральным вопросам, касающимся онтология, реализм против антиреализма и супервентность.

Первый закон движения Ньютона

В предыдущей главе исследования обсуждалось множество способов, которыми можно описать движение (слова, графики, диаграммы, числа и т. Д.). В этом разделе (Законы движения Ньютона) будут обсуждаться способы, которыми можно объяснить движение. .Исаак Ньютон (ученый 17 века) выдвинул множество законов, объясняющих, почему объекты движутся (или не двигаются) именно так. Эти три закона стали известны как три закона движения Ньютона. В центре внимания Урока 1 находится первый закон движения Ньютона, который иногда называют законом инерции .

Первый закон движения Ньютона часто называют

.

Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует неуравновешенная сила.

Два пункта и условие

В этом утверждении есть два пункта или части — один, который предсказывает поведение стационарных объектов, а другой, который предсказывает поведение движущихся объектов. Эти две части представлены на следующей диаграмме.

Поведение всех объектов можно описать, сказав, что объекты имеют тенденцию «продолжать делать то, что они делают» (если на них не действует неуравновешенная сила).Если они находятся в состоянии покоя, они будут продолжать в том же состоянии покоя. Если они движутся со скоростью 5 м / с на восток, они продолжат движение в том же состоянии (5 м / с, восток). Если они будут двигаться со скоростью 2 м / с влево, они продолжат движение в том же состоянии (2 м / с, слева). Состояние движения объекта сохраняется до тех пор, пока на объект не действует неуравновешенная сила. Все объекты сопротивляются изменениям в своем состоянии движения — они склонны «продолжать делать то, что делают».«

Существует важное условие, которое должно быть выполнено, чтобы первый закон был применим к любому данному ходатайству. Состояние описывается фразой «… если на него не действует неуравновешенная сила». Пока силы не разбалансированы, то есть пока силы уравновешены, применяется первый закон движения. Эта концепция сбалансированной и неуравновешенной силы будет обсуждаться более подробно позже в Уроке 1.

Предположим, вы наполнили форму для запекания водой до края и прошли по овальной дорожке, пытаясь пройти круг за наименьшее количество времени.Вода имеет тенденцию выливаться из контейнера в определенных местах на трассе. В общем вода пролилась когда:

• контейнер был неподвижен, и вы пытались его переместить
• контейнер находился в движении, и вы пытались его остановить
• : контейнер двигался в одном направлении, и вы попытались изменить его направление.

Вода разливается при изменении состояния движения контейнера.Вода сопротивлялась этому изменению в своем собственном состоянии движения. Вода имела тенденцию «продолжать делать то, что делала». Контейнер был переведен из состояния покоя на высокую скорость на старте; вода осталась в покое и пролилась на стол. Контейнер был остановлен около финиша; вода продолжала двигаться и пролилась через переднюю кромку контейнера. Контейнер был вынужден двигаться в другом направлении, чтобы сделать изгиб; вода продолжала двигаться в том же направлении и переливалась через край.Поведение воды во время круга по трассе можно объяснить первым законом движения Ньютона.

Повседневное применение Первого закона Ньютона

Есть много применений первого закона движения Ньютона. Рассмотрим некоторые из ваших опытов в автомобиле. Вы когда-нибудь наблюдали поведение кофе в чашке, наполненной до краев, при запуске автомобиля из состояния покоя или при переводе автомобиля в состояние покоя из состояния движения? Кофе «продолжает делать то, что делает.«Когда вы разгоняете машину из состояния покоя, дорога создает неуравновешенную силу на вращающиеся колеса, толкая машину вперед; однако кофе (который был в состоянии покоя) хочет оставаться в состоянии покоя. Пока машина ускоряется вперед, кофе остается в в том же положении; впоследствии машина разгоняется из-под кофе, и кофе разливается вам на колени. С другой стороны, при торможении из состояния движения кофе продолжает двигаться вперед с той же скоростью и в том же направлении , в конечном итоге ударил лобовое стекло или приборную панель.Кофе в движении остается в движении.

Испытывали ли вы когда-нибудь инерцию (сопротивление изменениям в вашем состоянии движения) в автомобиле, когда он тормозит до полной остановки? Сила дороги, воздействующая на заблокированные колеса, обеспечивает неуравновешенное усилие, чтобы изменить состояние движения автомобиля, но нет неуравновешенной силы, чтобы изменить ваше собственное состояние движения. Таким образом, вы продолжаете движение, скользя по сиденью в поступательном движении. Человек в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении… если на него не действует неуравновешенная сила ремня безопасности. Да! Ремни безопасности используются для обеспечения безопасности пассажиров, движение которых регулируется законами Ньютона. Ремень безопасности обеспечивает неуравновешенное усилие, которое переводит вас из состояния движения в состояние покоя. Возможно, вы могли бы предположить, что произойдет, если ремень безопасности не используется.

Есть еще много приложений первого закона движения Ньютона.Ниже перечислены несколько приложений. Возможно, вы могли бы подумать о законе инерции и дать объяснения для каждого приложения.

• Кровь приливает с головы к ногам при быстрой остановке при движении на спускающемся лифте.
• Головку молотка можно закрепить на деревянной ручке, ударив нижней частью ручки о твердую поверхность.
• Кирпич безболезненно разбивают о руку учителя физики, ударив по нему молотком.(ВНИМАНИЕ: не пытайтесь сделать это дома!)
• Чтобы вытолкнуть кетчуп со дна бутылки с кетчупом, его часто переворачивают вверх дном и толкают вниз на высокой скорости, а затем резко останавливают.
• Подголовники устанавливаются в автомобилях для предотвращения хлыстовых травм при наезде сзади.
• Во время езды на скейтборде (тележке или велосипеде) вы летите вперед от доски при ударе о бордюр, камень или другой объект, который резко останавливает движение скейтборда.

Попробуйте дома

Приобретите металлическую вешалку, на которую у вас есть разрешение , уничтожить . Раздвиньте плечики. Прикрепите изолентой два теннисных мяча к противоположным концам плечиков, как показано на рисунке справа.Согните вешалку так, чтобы на голове человека была плоская деталь. Author: alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт 2019 © Все права защищены. Карта сайта