Зачем изучать физику?

Физика — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку обе дисциплины пытаются объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика выделилась в отдельное научное направление.

В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал первый в России учебник физики в переводе с немецкого языка. Первый русский учебник под названием «Краткое начертание физики» был написан первым русским академиком Страховым. В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории.

---

Двенадцать увлекательных фактов из области физики
Эта точная наука тоже может быть интересной!

• Гранит в десять раз быстрее воздуха проводит звук.
• У бензина не существует какой-то конкретной точки замерзания. Так, он может замерзнуть при любой температуре в диапазоне от -118 до – 151 градусов Цельсия. При этом, замерзая, бензин не превращается в твердое тело, он напоминает, скорее, воск или резину.
• Если вещество уже сгорело, то повторно оно уже гореть не будет. Например, пепел от бумаги вам поджечь уже не удастся.
• Воздух внутри пузыря одинаково давит на все точки его поверхности, которые равноудалены от его центра – это и обеспечивает ему круглую форму.
• Мы можем слышать характерный щелчок при взмахе кнута благодаря тому, что скорость движения кончика кнута превышает скорость звука.
• Белый цвет отражает свет, а черный притягивает его.
• Если в воду добавить сахар, то яйцо не будет в ней тонуть, а будет плавать.
• Чистый снег тает медленнее, чем грязный.
• Если бы стакан с водой смогли увеличить до размера планеты Земля, то молекулы воды из этого стакана были бы размером с крупный апельсин.
• Многим интересным фактам из мира физики и вообще физике как науке посвящено много марок. Эта тема часто всплывает в День почтовой марки.
• Молекулярная плотность воды в жидкой форме выше, чем в твердой. Поэтому лед плавает в воде.
• Если в атомах оставить только составляющие их элементарные частицы и убрать все свободное пространство, то вес чайной ложки такого вещества составит 5.000.000.000.000 килограмм. Именно из него и состоят так называемые нейтронные звезды.

---

ФИЗИЧЕСКИЕ ФОКУСЫ

Что такое физический фокус? Это, чаще всего, тот же демонстрационный эксперимент, но показанный проблемно, может быть парадоксально, с необычным антуражем, в необычной ситуации и «упаковке». Это могут быть и классические фокусы, в которых есть физическое содержание,  и манипуляции с типовым оборудованием, оформленные как фокус. Например: показываем падение различных тел в заранее откачанной трубке Ньютона. Дети поражены: шарик и перышко камнем падают вниз одновременно. Но стоит сделать «волшебные пассы» — и все идет привычно. Иногда ответ находят сразу. Иногда после рассмотрения теоретического материала. Но интерес в обоих случаях стойкий и неподдельный.

Прокалывание стеклянного пузырька

Все чудеса, как говорят знающие волшебники, требуют тщательной подготовки. Пузырек лучше использовать небольшой с герметичной крышкой. Надфилем протачиваем в ребре дна пузырька маленькое отверстие. Это потребует некоторого терпения.  Пузырек с водой стоит на демонстрационном столе. В нужный момент урока, обычно перед объяснением материала, мы берем его и показываем фокус. Втыкаем в дно тонкую проволочку и показываем детям на просвет, что она внутри пузырька, потом вытаскиваем ее.  Кто-то говорит, что там отверстие. Другие возражают: «вода бы выливалась». Но после изучения материала, когда демонстрируется ливер, пипетка, уже все понимают секрет фокуса.

«Фонтан» в пробирке

В пробирку вставлен на эпоксидном клее с цементом наконечник от старого стеклянного шприца, на который надет отрезок трубки. Эта пробирка используется не только для фокуса. С ее помощью показываем изменение объема воздуха при теплообмене: из трубки выходят пузырьки воздуха или наоборот заходит вода. А фокус такой: заранее откачиваем воздух и трубку плотно заворачиваем, одевая проволочное кольцо. В нужный момент достаем пробирку из стола как самую обычную, показываем, маскируя завернутый конец. Затем незаметно снимаем кольцо и опуская конец трубки в кювету с водой показываем фонтан. Выглядит это довольно эффектно.

Исчезновение воды в учебнике

Этот фокус очень эффектен, всегда поражает учеников и вызывает трудности с объяснением, хотя он весьма прост. Подготовка его потребует времени, которое окупится сторицей. Сначала берем брошюру, в которую будем «заливать» воду. У нас это   журнал «Юный техник», в котором, кстати, и был описан много лет назад этот фокус, был и журнал «Квант». Учебник (хоть это и выглядело бы максимально достоверно) лучше не брать: твердая обложка мешает нащупывать заливное отверстие. После того, как книжка выбрана, делаем полиэтиленовый карман. Из упаковочного пакета или лучше из двойного полиэтилена потолще (например, пленка для теплиц) делаем карман размером несколько меньше страницы, чтобы потом его вклеить между страницами. Склеить пленку нужно термическим способом (краем утюга, паяльником), соблюдая противопожарные меры. Сначала пропаять контур, оставляя небольшое отверстие, затем пропаять перегородку (см. рисунок). Выглядит опыт так. В нужный момент урока берем журнал из стопки подобных, якобы случайным образом. Показываем его, бегло пролистав. Затем, продолжая говорить, незаметно нащупываем в торце, ближе к переплету заливное отверстие, вставляем туда палец и расширяем его. Заливаем в книжку, якобы между страниц воду, медленно поворачиваем книжку (при этом вода переливается в другое отделение, за перегородку. И — о чудо, глаза отказываются верить — вода не выливается.

 Волшебная монета

Положим монету на изогнутую посередине и поставленную вертикально открытку, затем медленно и осторожно будем раздвигать стороны открытки, выпрямляя ее в исходное положение. Монета сохраняет равновесие и не падает (силы трения покоя, возникающие в точках опоры монеты на открытку).

Картезианский водолаз

Возьмем пластиковую бутылку (1.5-2.0 л) с пробкой и заполним ее почти доверху водой. Опустим в бутылку опрокинутый небольшую, лучше стеклянную пробирку или пузырек от таблеток подходящего диаметра, частично заполненную водой с таким расчетом, чтобы пробирка плавала «вверх дном» в незакрытой бутылке. Можно для удобства использовать бутылку с более широким горлышком. Запускать пробирку внутрь лучше в перевернутую и прикрытую пальцем бутылку.  Затем плотно завинтим пробку, и система готова. Сожмем бутылку руками — водолаз начнет погружаться. Отпустим — он поднимется «со дна» к поверхности. Поупражнявшись, можно добиться того, чтобы он зависал на любой глубине.  Кстати, этот опыт можно показать совершенно иначе, как его показывали наши дедушки и бабушки. В обычную бутылку («чебурашка»- «евробутылка») наливаем воду доверху и опускаем на воду несколько спичечных головок, обломанных  почти у края головки, слегка варьируя длину обломка. Затыкаем горлышко бутылки плотно пальцем и нажимаем на воду        (спичкам иногда  лучше дать слегка поплавать, но не обязательно). И спичка, как водолаз, идет ко дну. Нажмем сильнее — за ней следует другая и т.д. Вероятно этот вариант имеет больше «фокусности», да и показать его в быту просто.

«Антигравитация»

Берем две пробирки разных радиусов, причем такие, чтобы меньшая входила в большую с небольшим зазором (0.5-1 мм). Нальем в большую пробирку воды и вставим в нее меньшую, вытеснив при этом часть воды и, перевернув систему, отпустим меньшую пробирку. Маленькая пробирка начнет сначала медленно, потом быстрее втягиваться в большую, вытесняя воду. Вытряхнуть ее оттуда будет непросто.

«Бездонный стакан»

Возьмем непрозрачный стаканчик (вполне подойдет   баночка из-под йогурта) и выльем в него 10-20 гр. воды. Вода при этом выливаться не будет. Повторим процедуру еще раз и еще раз. Вода выливаться не будет. Однако после очередного выливания вдруг, неожиданно для зрителей, из стаканчика начнет выливаться (в заранее приготовленный сосуд) практически вся вода, до последней порции. Все дело во внутреннем сифоне. Для изготовления игрушки проделайте в дне стаканчика от йогурта отверстие и плотно вставьте в него (на суперклей или «холодную сварку») гибкую гофрированную соломинку от сока. Верхний конец соломинки согните, как можно ниже ко дну. Теперь понятно, что стаканчик будет «держать» воду до уровня изгиба соломинки. А при его превышении сифон освободит стакан. Поэтому варьируя положение изгиба, можно легко менять «емкость» стакана.

Шарик в бутылке

 Пустая стеклянная бутылка, надувной шарик, перчатка, 20-30 гр. воды и спиртовка. Нальем воду на донышко, доведем до кипения. Во время кипения снимем рукой в перчатке и плотно наденем на горлышко надувной шарик. Поставим бутылку на нехолодную  сухую поверхность. Шарик сначала увеличится, потом уменьшается в размерах и втягивается в бутылку.

Сжатие банки

 Жестяная банка от напитка, проделать небольшое отверстие, удалить содержимое. Залить в банку немного воды, нагреть, затем  быстро закрыть отверстие пробкой (например, деревянным чопиком) и опустить банку в холодную воду. Банка будет сжиматься.

Зачем изучать химию?

Химия, обладая огромными возможностями, создает не виданные ранее материалы, умножает плодородие почвы, облегчает труд человека, экономит его время, одевает, сохраняет его здоровье, создает ему уют и комфорт, изменяет внешность людей. Но та же химия может стать и опасной для здоровья человека, даже смертельно опасной.

Писатель-фантаст и ученый-биохимик Айзек Азимов писал в одной из своих повестей: «Химия — это смерть, упакованная в банки и коробки». Сказанное справедливо не только по отношению к химии, но и по отношению к электричеству, радиоэлектронике, транспорту. Мы не можем жить без электричества, но оголенный провод смертельно опасен; мы любим смотреть телевизор, но за его задней панелью напряжение в тысячи вольт; автомобиль очень нам необходим, но под его колесами нередко погибают люди. Использование людьми достижений современной техники и химии требует высокой общей культуры, большой ответственности и, конечно, знаний

Зачем изучать биологию?

Во время обучения в школе многие получаемые там знания кажутся неприменимыми в реальной жизни. Однако это нельзя отнести к биологии. Зачем же каждому человеку необходимо изучение этой науки?

Биология — это наука, изучающая основы жизнедеятельности и взаимодействия живых организмов. Вся биосфера, окружающая человека, относится к сфере интересов этой отрасли знаний. Поэтому биология важна, во-первых, как источник знаний об окружающем мире. С помощью этой науки человек сможет узнать больше о живой природе вокруг себя. Но, кроме чисто познавательной функции, у этого раздела биологии есть и практическое значение. Именно знание биологических законов дает понимание того, что в природе все взаимосвязано, и необходимо сохранение баланса различных видов существ. Нельзя просто уничтожить один вид без того, чтобы вред не был нанесен всей системе. Такие знания могут убедить человека в том, что экологический баланс необходимо беречь.

Другой раздел биологии — это, собственно, изучение самого человека. Эти знания также важны для каждого. Биология стала теоретической основой для медицины, дав ей возможность понять специфику человеческого организма. Но знать собственные особенности как биологического вида необходимо каждому человеку. Это поможет лучше разобраться в том, как нужно организовать свою жизнь с точки зрения питания, физической и умственной нагрузок. рациональное использование собственного организма способно значительно повысить продуктивность труда. Также биология полезна и в сфере экономики, особенно в сельском хозяйстве. Знание законов развития живых организмов помогло человеку научиться выводить новые виды, более приспособленные для культивирования в искусственной среде. Это значительно повысило урожаи и производство мяса, что особенно необходимо человечеству в период роста населения и сокращения природных запасов. Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что изучение биологии изменило многие сферы деятельности человека. Но базовые знания в этой науке необходимы и неспециалистам для того, чтобы успешно ориентироваться в современном мире и делать правильный выбор, например, в ситуациях, связанных с загрязнением окружающей среды, или с собственным здоровьем.

Зачем изучать информатику?

Информационные технологии (ИТ) тесно связаны с компьютером и программным обеспечением, под управлением которого он и работает. Сегодня компьютер используется практически во всех сферах деятельности человека.

Компьютер обрабатывает потоки различной информации, управляет производственными процессами, встраивается в разнообразную технику, используется в качестве личного бытового устройства, а специалисты любого профиля, как правило, имеют компьютер на своем рабочем столе и применяют его в качестве основного инструмента по обработке информации. И если необходимость глубоких знаний в области ИТ для разработчиков компьютерной техники и программного обеспечения никто не оспаривает, то от обычных пользователей компьютеров порой можно услышать, что им достаточно небольшого курса обучения.

Очевидно, что степень владения компьютером ограничивает круг задач, которые могут решаться пользователем, и определяет эффективность их решения. Таким образом, хотя бы поверхностное знание о решаемых задачах могло бы определить, что нужно знать из области ИТ.

Во-первых, это задачи, связанные с вводом и накоплением информации. Такие задачи обычно решают операторы, например: продавцы, работающие на современных кассовых аппаратах (фактически компьютерах). Да и сами покупатели выступают в роли операторов при покупке товара в супермаркете через терминалы. Решаются эти задачи с помощью специальных прикладных программ. Для работы в этих программах не требуется особых знаний в области ИТ, а современный уровень информационной культуры населения вполне достаточен для решения подобных задач практически без подготовки.

Далее, это задачи бытового характера. Они ограничиваются в основном поиском информации и общением в интернете, подготовкой простейших текстов, работой с электронной почтой, применением мультимедийных приложений (игры, музыка, фильм и т.п.). Разработчики программного обеспечения, используемого при решении таких задач, много сделали для того, чтобы работа с ним была простой и интуитивно понятной. Поэтому некоторые пользователи при затруднениях ограничиваются «помощью друга», но все же для комфортной и продуктивной работы следует пройти курс обучения под руководством специалиста. Могут помочь в решении таких задач и самоучители.

Следующий круг задач — это задачи, решаемые специалистами различных профессий (предметных областей) на своих рабочих местах. Для решения таких задач характерно применение офисных и иных прикладных программ. Отметим, что большинство таких программ имеют встроенные средства по программированию, позволяющие создавать полноценные приложения. При работе с компьютером эти специалисты выполняют создание и редактирование достаточно сложных текстовых, табличных и графических файлов, накопление, анализ и обработку информации. Кроме того, им приходится самостоятельно настраивать и обновлять программы, подключать к компьютеру новое оборудование, так как не каждое предприятие имеет в штате специалиста по обслуживанию компьютеров, а вызов такого специалиста требует дополнительных расходов, порой немалых.

Важно отметить, что во многих случаях специалистам-предметникам приходится периодически решать одни и те же задачи, которые можно запрограммировать и тем самым автоматизировать их решение. Некоторые задачи для своего решения требуют от специалистов глубоких знаний стандартных средств обработки информации, которые имеют применяемые программы.

И, наконец, группа самых сложных задач, решаемых на компьютере, — это создание компьютерных программ. Этим занимаются программисты. И, поскольку создаваемые программы затрагивают, как правило, не только ИТ, но и другие предметные области, то без помощи специалиста-предметника программисту не обойтись. Именно он должен грамотно поставить задачу, а для этого такой специалист должен обладать знаниями не только в своей области, но и в области информационных технологий.

Таким образом, квалифицированный специалист-предметник должен обладать так называемым «компьютерным мышлением»: уметь абстрактно мыслить, понимать логику работы компьютерной техники и знать, как с помощью этой техники решаются задачи. Здесь уже не обойтись без серьезного курса по информатике с изучением программирования. Успешное прохождение такого курса дает возможность самостоятельно решать многие возникающие в повседневной работе задачи, обогащает работу за компьютером, вносит в нее элементы творчества, повышает самооценку специалиста и расширяет его компетенции, что, безусловно, весьма положительно оценивается его руководством.

Многолетний опыт работы школы показывает, что занимаясь информатикой 1-2 раза в неделю, учащийся к окончанию общеобразовательной школы получает всю необходимую подготовку, позволяющую ему свободно ориентироваться в области ИТ, включая программирование. Это позволяет ему в дальнейшем более эффективно решать задачи в любой профессиональной деятельности. Кроме того, он может, как и многие выпускники школы, выбрать программирование в качестве своей будущей профессии. Отметим, что специалисты в области ИТ в настоящее время стоят на первых позициях рейтингов по востребованности, перспективности и уровню заработной платы.

Зачем изучать астрономию?

Астрономия – (греч. «астрон» — звезда, «номос» — закон) — наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.

Объекты изучения астрономии: звёзды, планеты, кометы, галактики, межзвёздная пыль.

Астрономия решает три основных задачи:

1. Изучение видимых и действительных положений и движения небесных тел в пространстве и определение их координат, размеров и формы.

2. Изучение физического строения, химического состава небесных тел. Определение условий на поверхности небесных тел и их недрах.

3. Изучает происхождение и развитие Вселенной, и предсказание будущих событий.

Основные разделы астрономии

1. Практическая астрономия – изучает методы определения географических координат, азимутов направлений, точного времени и описывает применяемые при этом инструменты. Методы практической астрономии применяются в морской, авиационной и спутниковой навигации, геодезии.

2. Небесная механика – изучает законы движения небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет массы и формы небесных тел и устойчивость их систем. Практическая задача небесной механики состоит в определении элементов орбит небесных тел по данным наблюдений, в предвычислении видимых положений небесных тел.

3. Сравнительная планетология – изучает физику планет Солнечной системы.

4. Астрофизика – изучает физическое состояние и процессы, происходящие на поверхности и в недрах небесных тел, их химический состав. Практическая астрофизика разрабатывает способы астрофизических наблюдений и их обработки. Теоретическая астрофизика занимается объяснением происходящих на небесных телах физических процессов и наблюдаемых явлений на основе теоретической физики.

5. Звёздная астрономия (астрометрия) – занимается исследованием движения и распределения в пространстве звёзд, газопылевых туманностей и звёздных систем, их структурой и эволюцией, проблемой их устойчивости.

6. Космология – изучает общие закономерности строения и развития Вселенной. Задача космологии состоит в изучении Вселенной как единого целого.

7. Космогония – рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел и их систем, в том числе нашей Земли и Солнечной системы.