что дает физика технике
Почему физика является основой техники?
Развитие физики, как в последствии и техники сопровождалось изменением представлений людей об окружающем мире. Отказ от привычных взглядов, возникновение новых теорий, изучение физических явлений характерно для физики с момента зарождения этой науки до наших дней.
Возникновение физической теории связано с именем выдающегося английского физика и математика Исаака Ньютона. Обобщив результаты наблюдений и опытов своих предшественников (Н. Кеплера, Г. Галилея), Ньютон создал огромный труд «Математические начала натуральной философии ». В этой работе он изложил важнейшие законы механики. Законы Ньютона привели к бурному развитию представлений о механическом движении. Дальнейшее развитие физики определилось изучением тепловых и электромагнитных явлений. Стремление ученых проникнуть в глубь тепловых процессов привело к зарождению идей о молекулярном строении вещества. Исследования электромагнитных явлений коренным образом изменило научную картину мира. Оказалось, что нас окружают физические тела и поля. Общую теорию электромагнитных явлений создал Джеймс Максвелл.
Физика лежит в основе всех наиболее значимых направлений технического прогресса, в том числе таких, как: освоение новых источников энергии и совершенствование традиционных; создание новых конструкционных, инструментальных и строительных материалов; разработка новых производственных технологий и совершенствование существующих; вовлечение в производство вторичных энергетических и материальных ресурсов; автоматизация производственных процессов; роботизация производства; электронизация народного хозяйства, внедрение в
производство и управление им электронно —вычислительной техникой; рост в оптимальных пределах единичных мощностей, повышение КПД и производительности машин; интенсификация технологических процессов производства; стандартизация и унификация продукции; охрана, рациональное использование, воспроизводство и приумножение естественных богатств природы, создание оптимальных естественных условий для жизни; электрификация страны, как основа всех основных направлений технического прогресса.
Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики
Физика тесно связана с техникой. До середины прошлого столетия связь между физикой и техникой носила такой характер, когда техника шла впереди. Создавались технические устройства, возникали технические проблемы, которые затем вызывали к жизни соответствующие физические исследования.
Физика является основой многих технических наук: теоретической механики, сопромата, электротехники.
Техника стимулирует развитие физики и наоборот. Могучая ускорительная техника способствует развитию исследований по физике атомного ядра и элементарных частиц.
Содружество физики и техники приводит к сокращению временных интервалов между научными открытиями и их технической реализацией.
Физика тесно связана с математикой. Без математического описания невозможен точный инженерный расчет и развитие физических теорий.
Физику подразделяют на классическую и квантовую. Начало классической физики было положено И. Ньютоном, сформулировавшим основные законы механики, а завершено развитие классической физики созданием в 1905 г. А. Эйнштейном специальной теории относительности и учитывающей требования этой теории релятивистской механики.
Периоды развития физики
I. Предыстория физики (от древнейших времен до ХVII века)
Это период накопления физических знаний об отдельных явлениях природы. Его делят на:
II. Период становления физики как науки (начало ХVII-80 годы ХVII вв.)
Установлены: закон сохранения момента импульса, закон сохранения электрического заряда (Б. Франклин) и закон Кулона.
IV. Современная физика
Отто Ган и Ф. Штрассман открыли деление ядер урана;
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Введение
Взаимосвязь физики и техники
Человеческое общество живет и развивается в материальной среде, обеспечивающей возможность его жизни и развития. В отличие от животных, не способных сознательно воздействовать на материальные условия своего существования, человек активно воздействует на окружающий его мир. В этом активном воздействии человек создает материальные блага: пищу, одежду, жилища, топливо, орудия производства и т. д.- весь тот сложный комплекс условий, который обеспечивает существование и постоянное развитие общества.
Однако становление физики как науки, как системы знаний произошло позднее, когда количество подмеченных наблюдениями и подтвержденных производственным опытом фактов создало основу для научных обобщений, для раскрытия законов природы, когда рост производительных сил общества создал условия для научных исследований и поставил перед исследователями ряд вопросов.
В течение тысячелетий люди, обрабатывая землю, изготовляя орудия, жилища, утварь, примитивные долбленые лодки и т. д., накапливали фактический материал эмпирических связей между явлениями природы, готовя материал для последующих научных открытий. Например, люди тысячелетиями применяли рычаг, прежде чем Архимед открыл закон его действия. Тысячелетиями люди использовали челноки, но законы плавания тел были открыты Архимедом только тогда, когда крупные суда с сотнями рабов-гребцов уже бороздили моря.
Наука древней Греции, прежде всего философия и математика, достигла высокого уровня. Достаточно сказать, что основное содержание современных школьных учебников геометрии до сих пор строится на основе знаменитых «Начал» геометрии, разработанных древнегреческим математиком Эвклидом.
Углубление познаний о формах взаимосвязей между наукой и техникой, усложнение техники научного эксперимента, плановое построение материально-технической базы общества превращает в наше время науку в непосредственный элемент производительных сил общества.
В средневековье наблюдается дальнейший технический прогресс. Строится ряд достаточно сложных машин, осваивается непрерывное доменное производство металла, механическая энергия движущейся воды и ветра заменяет мускульную энергию человека. Постепенно складывались предпосылки для революционного преобразования общества. В эпоху буржуазных революций XVI-XVIII вв. произошла первая научная и техническая революция. В эту эпоху определилась более тесная связь физики и техники, которая в дальнейшем все более укреплялась и развивалась. Уже в XVI-XVII вв. открытия в физике, астрономии и математике используются в технике. Часы с маятником, астрономическая труба, пароатмосферная машина были сооружены на основе научных открытий XVII в. Ученые глубоко интересуются техническими проблемами артиллерии, кораблестроения, мореплавания, оптики и часового дела.
Техническая революция конца XVIII в., начавшаяся с первых технологических машин, заменявших руки рабочего в текстильном производстве, и завершившаяся становлением машиностроения и переходом к машинному производству с новой энергетикой в форме универсального парового двигателя, была в основном осуществлена производственниками-практиками. Но последовавшая за промышленным переворотом капиталистическая индустриализация поставила перед наукой ряд задач. Необходимость повышения коэффициента полезного действия паровых двигателей вызвала к жизни термодинамику, практика машиностроения потребовала углубления теории упругости и теории динамики твердых тел. Таким образом, техника ставила перед наукой все новые и новые задачи. В свою очередь наука, особенно физика, представляла технике все новые и новые возможности. Достаточно указать на открытия в области электрических явлений, вызвавшие к жизни практическую электротехнику, на открытие Максвеллом и Герцем электромагнитных волн, вызвавшее к жизни радиотехнику.
В дальнейшем излагается история развития физики и техники на всем их историческом пути от возникновения в первобытном обществе до наших дней. Структура книги, и в частности ее деление на отдельные главы, учитывает взаимовлияние физики и техники на каждом отдельном этапе их истории.
Что дает физика технике
НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
«Дальнейшие перспективы прогресса науки и техники определяются в настоящий период прежде всего достижениями ведущих отраслей естествознания. Высокий уровень развития математики, физики, химии, биологии — необходимое условие подъема и эффективности технических, медицинских, сельскохозяйственных и других наук».
Значение техники в жизни человечества исключительно велико. Нельзя назвать ни одной области деятельности людей, где не применялись бы те или иные технические средства.
Чтобы понять, какую роль современная техника играет в жизни человека, рассмотрим некоторые ее характерные примеры.
На одно из первых мест следует поставить производство энергии, которое растет быстрее, чем машиностроение, производство продовольствия и предметов широкого потребления. Общее количество энергии, потребляемой человечеством, стремительно увеличивается.
Если взять отношение общей мощности всех источников энергии к количеству населяющих землю людей, то окажется, что, несмотря на увеличение численности населения земного шара, это отношение все же увеличивается и возрастает за среднее время жизни человека в несколько раз.
Огромное значение для технического прогресса имеет развитие научного познания объективных законов, опираясь на которые человек управляет многими явлениями природы, добиваясь определенных практических результатов.
Наука — это единая система знаний о природе, обществе и мышлении, об объективных законах их развития, исторически сложившаяся и непрерывно развивающаяся на основе общественной жизни человеческого общества. Эта система создается путем выявления простых и сложных, основных и общих законов природы, зная которые можно достаточно точно решать любую частную задачу.
Цель науки — открывать законы природы и развития общества. Прогресс науки — это все более глубокое и точное познание действительности.
Наука — это наиболее эффективный путь объединения коллективного творческого труда людей для достижения прогрессивных целей. Именно благодаря передовой, материалистической науке могут непрерывно и безгранично расти творческие коллективы и сохранять в себе все достижения предыдущих поколений.
Научные исследования, открытия, изобретения стали жизненно необходимы в современном обществе. Широкое их развитие — основа всех видов производства, а следовательно, и прогресса человечества.
Настоящий творческий труд может возникнуть и развиваться только в коллективе. Самые гениальные люди могут плодотворно работать и творить только тогда, когда они работают в коллективе и для коллектива.
Наука, техника, искусство, вообще любая область деятельности людей развиваются наиболее быстро и плодотворно тогда, когда переплетаются самые разнообразные пути исследования и творчества.
Космические ракеты, например, могли быть созданы только при комплексном использовании достижений энергетики, радиоэлектроники, автоматики, строительной механики, технологии материалов и многих других областей науки и техники.
Каждый день в газетах, журналах и книгах, по радио и телевидению сообщается о новых научных, культурных и технических достижениях, и мы, советские люди, живо откликаемся на все новое и прогрессивное, творчески его перерабатываем и применяем на практике.
Мы знаем, что широкая осведомленность в вопросах науки и техники помогает лучше выполнять свою собственную работу.
Иногда кажется, что в тех или иных условиях ничего нового создать нельзя. Это неверно. Дело не в характере работы, а в том, насколько человек любит труд, в его кругозоре, в стремлении принести обществу как можно больше пользы.
Полноценное использование для нужд человечества какого-либо нового физического явления, открытия или изобретения станет возможным лишь в том случае, когда будет ясна его физическая сущность и будут установлены основные закономерности, необходимые для проведения соответствующих научных или технических расчетов. Только при этом условии можно будет надежно решать те или иные практические задачи.
Но не всегда то или иное техническое достижение, то или иное научное открытие можно сразу применить на практике. Чаще бывает, что они, эти достижения и открытия, требуют еще большой доработки, тщательной проверки и точных расчетов. И даже тогда, когда уже все доработано, рассчитано и проверено, возникает вопрос, как все это сделать достоянием широких масс, быстрее пустить в производство и использовать для нужд общества.
Люди пытались летать очень давно. Уже в «Молении Даниила Заточника» (XIII век) рассказывается, что во время праздников молодые люди влезали на крыши храмов и слетали оттуда на искусно сделанных крыльях. Однако настоящей авиации из этого не получилось и не могло получиться. Даже в конце XIX века попытки построить самолет не завершились успехом. Многие выдающиеся ученые поплатились жизнью за попытки решить техническую проблему полета человека без глубокого теоретического анализа.
Только теоретические основы аэродинамики, разработанные Н. Е. Жуковским, стали тем фундаментом, на котором прочно обосновалась современная авиация.
То же самое можно сказать об электронике и радиотехнике. Опыты Герца с электромагнитными волнами предшествовали открытию радиосвязи А. С. Поповым, а широкое применение фотоэффекта в автоматике началось после исследования А. Г. Столетовым этого нового и интересного физического явления.
Подобных примеров можно привести очень много, и все они свидетельствуют о том, что без знания законов физики невозможно добиться значительных научных и технических достижений.
Но значение физики не исчерпывается этим. Физика дает нечто существенно более важное, чем понимание и практическое использование отдельных открытий и изобретений.
Дело в том, что основные закономерности физики представляют собой единую систему взаимосвязей, объединяющих материю в объективно существующую основу всего многообразия окружающего нас мира.
В. И. Ленин в работе «Материализм и эмпириокритицизм» указывал, что единство материи проявляется в сходстве тех математических формул, которые можно применить для выражения закономерностей, наблюдаемых в различных явлениях, с первого взгляда очень мало похожих одно на другое.
Вот это единство материи, познаваемое и выражаемое совокупностью основных законов физики, должен учитывать каждый человек, изучающий науку и технику. И только в этом случае можно сравнительно легко и быстро сопоставлять старое и новое и смело заглядывать вперед, предвидя громадные перспективы едва еще намеченных проблем.
Цель настоящей брошюры — показать на некоторых примерах, как развивались физика и техника, основные проблемы и задачи которых всегда имели и имеют глубокую взаимосвязь. Наличие такой взаимосвязи является непременным условием научного и технического прогресса.
РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ И ТЕХНИКИ В XVII–XIX веках
Еще в глубокой древности ученые занимались наблюдением различных физических процессов и явлений. Так, Лукреций, Эпикур, Демокрит (VI в. до н. э. — II в. н. э.) высказывали идеи об атомистичности вещества; были открыты некоторые законы гидростатики (закон Архимеда), объяснен принцип работы рычага и некоторых других простейших механизмов.
Роль физики в жизни человека
Ты когда-нибудь задумывался, насколько на Земле, в нашей Солнечной системе, Галактике и мире вообще все взаимосвязано и взаимодействует? Какая наука занимается исследованием этих взаимосвязей, явлений природы, движения и взаимного влияния одних тел на другие? Эта наука — физика!
Помогает строить дома
Знание законов физики помогает создать такой проект здания, благодаря которому оно будет надежно стоять на земле и не падать. Знание природных явлений позволяет выбрать строительные материалы, которые наименее подвержены пагубному воздействию тепла, света и воды. Изучение вибрации помогает создавать специальные конструкции, которые в состоянии противостоять таким природным катаклизмам, как землетрясения и ураганы.
Помогает перемещаться
Благодаря знанию физических законов стало возможным не только перемещение на различных видах транспорта, но и постоянное увеличение их скорости и повышение безопасности. Создавая скоростные спортивные машины или сверхскоростные пассажирские экспрессы, инженеры максимально учитывают все физические явления и силы взаимодействия между объектами.
Помогает общаться
Физика помогает нам общаться друг с другом. Телевидение, телефоны, компьютеры и Интернет были бы просто невозможны без знания физических явлений. Если бы не физика, нам бы до сих пор пришлось писать письма на бумаге и отправлять их наземной почтой, при этом подолгу дожидаясь ответа.
Помогает следить за состоянием здоровья
Физика внесла огромный вклад в развитие медицины. Благодаря открытию рентгеновских лучей появилась возможность выявления различных заболеваний внутренних органов человека и обнаружения переломов костей.
Измерение давления крови, ультразвуковые исследования, электрокардиограмма, лечение электрическими токами и магнитными полями, использование лазеров и оптических приборов — вот далеко не полный список применения величайших достижений физики в медицине.
На самом деле переоценить важность физики в повседневной жизни практически невозможно. Ведь физика везде: начиная с жилища и телефона и заканчивая реактивными лайнерами и полетами в космос. Вещи, которые нас окружают, — компьютеры, автомобили, бытовая техника, Интернет — настолько прочно вошли в нашу жизнь, что мы не обращаем на них никакого внимания. А все-таки следует помнить, что все блага цивилизации стали возможными благодаря научным открытиям, в том числе и в области физики.