Закон физики в повседневной жизни: сколько отдашь, столько и получишь. Физика как важнейший источник знаний об окружающем мире Применение физических законов в жизни

Появилась в продаже книга Луиса Блумфилда «Как все работает. Законы физики в нашей жизни» , подготовленная к печати издательством Corpus при двойной поддержке Политехнического музея и «Книжных проектов Дмитрия Зимина». Расскажем о том, почему её стоит прочитать - особенно если физика представляется вам чем-то скучным и непонятным.

Поднимаясь утром с пружинного матраса, включая электрический чайник, согревая руки о чашку кофе и проделывая ещё десятки повседневных вещей, мы редко задумываемся о том, как именно всё это происходит. Возможно, в чьей-то памяти одиноким осколком торчит закон Ома или правило буравчика (хорошо, если вы вообще помните, что «буравчик» - это винт, а не фамилия).

Далеко не всегда ясно, в какие моменты жизни мы встречаемся с силой тока и моментом импульса.

Само собой, существуют учёные, технические специалисты и гики. Мы даже готовы поверить, что бывают люди, которые просто очень хорошо учили физику в школе (наше им уважение). Для них не составит труда рассказать, как именно работает лампа накаливания или солнечная батарея и объяснить, глядя на крутящееся велосипедное колесо, где там трение покоя, а где - трение скольжения. Однако, будем честными, большинство людей имеет обо всём этом весьма смутные представления.

Из-за этого кажется, будто природные объекты и механизмы ведут себя тем или иным образом благодаря каким-то волшебным силам. Бытовое представление о причинах и следствиях может оградить от некоторых ошибок (например, не класть обёрнутые фольгой продукты в микроволновку), однако более глубокое понимание физико-химических процессов позволяет лучше разбираться, что к чему, и аргументировать свои решения.

Луис Блумфилд - профессор Виргинского университета, исследователь атомной физики, физики конденсированного состояния и оптики.

Ещё в юности он выбрал опыты главным методом исследования мира, черпая из обыденных вещей вдохновение для занятий наукой. Стремясь сделать знания доступными для многих людей, а не горстки специалистов, Блумфилд занимается преподаванием , выступает на телевидении и пишет научно-популярные работы.

Главная задача книги «Как все работает. Законы физики в нашей жизни» - опровергнуть представление о физике как скучной и оторванной от жизни науке, и дать понять, что она описывает реальные явления, которые можно увидеть, пощупать и ощутить.

Для меня всегда было загадкой, почему физика традиционно преподается как абстрактная наука - ведь она изучает вещественный мир и законы, которыми тот управляется. Я убеждён в обратном: если лишить физику бесчисленных примеров из живого, реального мира, она не будет иметь ни основы, ни формы - словно молочный коктейль без стакана.
Луис Блумфильд

Речь идёт о движении тел, механических устройствах, тепле и многом другом. Вместо того, чтобы начинать с теории, автор идёт от окружающих нас вещей, формулируя с их помощью законы и принципы. Отправными точками служат карусели, американские горки, водопровод, тёплая одежда, аудиоплееры, лазеры и светодиоды, телескопы и микроскопы...

Вот некоторые примеры из книги, на которых автор объясняет механику простых вещей.

Почему конькобежцы быстро двигаются

Коньки - удобный способ рассказать о принципах движения. Ещё Галилео Галилей сформулировал, что тела имеют свойство двигаться равномерно и прямолинейно в отсутствие внешних сил, будь то сопротивление воздуха или трение поверхности. Коньки способны почти полностью устранить трение, так что вы легко скользите по льду. Объект в состоянии покоя стремится остаться на месте, а объект движущийся - двигаться дальше. Именно это называется инерцией.

Как режут ножницы

Сдвигая кольца ножниц, вы производите моменты сил, под действием которых лезвия смыкаются и режут бумагу. Бумага стремится раздвинуть лезвия за счет моментов сил, «разводящих» лезвия. Если вы приложите достаточно большое усилие, «сдвигающие» моменты сил возобладают над «разводящими». В результате лезвия ножниц приобретут угловое ускорение, начнут поворачиваться, сомкнутся и разрежут лист бумаги.

Что творится в шампурах

Если нагреть один конец металлического стержня, атомы в этой части стержня будут колебаться более интенсивно, чем в холодном конце, и металл начнет проводить тепло из горячего конца к холодному. Некоторая часть этого тепла передается благодаря взаимодействию соседних атомов, однако основная его часть будет передана подвижными электронами, которые переносят тепловую энергию на большие расстояния от одного атома к другому.

Как забиваются гвозди

Весь направленный вниз импульс, который вы сообщаете молотку, замахнувшись, передаётся гвоздю за время краткого удара. Поскольку время передачи импульса мало, со стороны молотка должна быть приложена очень большая сила, чтобы его импульс перешёл к гвоздю. Эта ударная сила вбивает гвоздь в доску.

Зачем воздушные шары нагревают

Чтобы заполнить воздушный шар горячим воздухом, нужно меньше частиц, чем для заполнения холодным воздухом. Дело в том, что в среднем частица горячего воздуха движется быстрее, сталкивается чаще и занимает больше места, чем частица холодного воздуха. Поэтому шар, наполненный горячим воздухом, весит меньше, чем такой же шар, наполненный холодным. Если вес шара достаточно мал, равнодействующая сила направлена вверх, и шар поднимается.

Почему воланчик летит всегда одинаково

Бадминтонный волан всегда летит головкой вперед, так как результирующая сила, вызванная давлением, приложена в его центре давления, на некотором расстоянии от центра масс. Если вдруг оперение случайно окажется впереди головки, сопротивление воздуха создаст момент силы относительно центра масс и вернет всё на свои места.

Что делает воду жёсткой

Жёсткой считается вода, в которой содержание положительно заряженных ионов кальция и магния превышает 120 мг на литр. Ионы этих и некоторых других металлов связывают отрицательные ионы мыла и создают нерастворимую пену, оседающую грязным налетом на раковине, лейке душа, ванне, в стиральной машине и на одежде. Затеяв стирку мылом в жёсткой воде, будьте готовы к неприятным сюрпризам.

Пройти курс у автора

У Луиса Блумфилда можно поучиться онлайн на курсе «Как работают вещи» : здесь он запускает машинки, отправляется на детскую площадку, чтобы поговорить о качелях, ставит опыты и рассказывает обо всём на свете.

Если даже этого вам окажется мало, и профессора захочется увидеть воочию, такая возможность тоже есть: Луис Блумфилд будет в Москве с 3 по 8 декабря.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

фИзика в нашей жизни

Живет всегда природа по своим законам. Мы изучаем их, стремясь понять, И очень важно знать и понимать основы, Чтоб эти знанья в жизни применять. А человек – явление самой природы – Всегда стремился к ней, она его душа. Энергия везде, энергия свободы И до чего ж природа хороша!

Радость видеть и понимать – есть самый прекрасный дар природы. Задача физики: Сделать НЕИЗВЕСТНОЕ ИЗВЕСТНЫМ, Превратить НЕЗНАНИЯ в ЗНАНИЯ. А. Эйнштейн

Откуда берётся ветер? Почему идёт дождь? Что такое гроза? Изучение физики поможет вам объяснить природные явления, ответить на многие вопросы,

Почему солнце село, а еще светло? Почему Луна на небе бывает разная?

Северное сияние Вы видели такую красоту? Оно парит, меняется, играет. И тянет в колдовскую высоту. Махнет крылом и в бездну улетает. Какая сила и какой восторг! Какие краски, сердце замирает! Вон пролетает, видишь там дракон? А вот смотри, теперь орган играет. Сиянье севера ведь ты как Божество! Ты не подвластно не уму, ни телу! О Господи! Прекрасно и легко!. Такое чудо здесь, на крайнем севере!

Что такое радуга?

Что такое огонь? Что такое электризация?

ФИЗИКА И КОСМОС Что такое метеорит? Что такое спутник?

Какая скорость у ракеты? Что такое астероиды?

Можно ли жить на других планетах? меркурий САТУРН

Что такое атмосферное давление? Как устроена наша планета?

Что такое звук? Как устроены наши глаза? Почему в снег проваливаются?

Как работает лампочка? Как работает электродвигатель? Как работает поршневой насос? Как работает холодильник?

Учёные физики Архимед Блез Паскаль Альберт Эйнштейн Галилео Галилей Исаак Ньютон Рене Декарт М. В. Ломоносов 2 3 1 4 5 6 2. 7

Водяной пар не все время остается в воздухе. Часть его снова превращается в воду. Это называется конденсацией и происходит, когда воздух охлаждается Куда исчезает вода при высыхании? На некоторые физические вопросы вы можете ответить уже сейчас Вода из воздуха Вы можете сами заставить воду появиться Поставь стакан с водой в холодильник на час, чтобы он хорошенько охладился. Когда ты его вынешь, то увидишь, как на стенках стакана начнут появляться капли воды. Холодный стакан охлаждает воздух вокруг себя, и водяной пар из воздуха, конденсируясь, образует капли воды на стенках стакана. По этой же причине ты видишь, как водяные капли стекают по внутренней поверхности запотевшего оконного стекла в холодные дни.

Вода с виду безобидное вещество. А бывает, что вода взрывается, словно порох. Да что порох. Вода раз в двадцать опаснее пороха, если не уметь с ней обращаться. Был случай, когда вода взорвала целый дом в пять этажей и убила двадцать три человека. Это было в Америке лет сорок тому назад, Как же это могло случиться? Дело в том, что в доме этом была фабрика. В нижнем этаже вмазан был в большую печку огромный котел. Воды в нем помещалось столько же, сколько в большом пруду. Когда печку топили, вода в котле кипела, а пар шел по трубе в паровую машину. Один раз машинист зазевался и не подкачал вовремя воды. В котле воды осталось совсем мало. А печка продолжала топиться. От этого стенки котла раскалились. Машинист об этом не подумал -- взял да и пустил воду в раскаленный котел. А вы знаете, что бывает, когда льешь воду на раскаленное железо? Она вся сразу превращается в пар. То же самое случилось и тут. Вода вся превратилась в пар, пару в котле скопилось слишком много, котел не выдержал и лопнул. Бывало еще хуже: в Германии однажды сразу взорвалось двадцать два котла. Все дома вокруг были разрушены. Обломки котлов валялись на расстоянии полукилометра от места взрыва. Вот какая страшная вещь водяной пар! Может ли вода взорвать дом?

Приборы Как устроены? Как пользоваться? Что измеряют?

ЗАГАДКИ Заревел медведь на все горы, все моря. Что это такое? 1.ПЕСНЯ 2. ГРОМ 3 .ШОРОХ То как арбузы велики, То словно яблоки мелки. Они не могут говорить, Но могут вес определить. Через нос проходит в грудь И обратный держит путь. Он невидимый, и все же Без него мы жить не можем.

Всё поведает, хоть и без языка, Когда будет ясно, а когда – облака. На улице гроза, идет сильный дождь. Какое явление мы зафиксируем раньше: услышим гром или увидим молнию?

Я горячее храню, Я холодное храню, Я и печь, и холодильник Вам в походе заменю. Там сверкает снег и лед, Там сама зима живет. Под водой железный кит, Днем и ночью кит не спит Днем и ночью под водой Охраняет твой покой.

Что нужно сделать, чтобы один из листов упал раньше другого? Ответ. Один из вариантов решения: скомкать один листок, уменьшится объем, тело упадет быстрее.

Физические приборы

Физические явления молния трение инерция движение радуга молекула

НАУКУ ВСЁ ГЛУБЖЕ ПОСТИГНУТЬ СТРЕМИСЬ, ПОЗНАНИЕМ ВЕЧНОГО ЖАЖДОЙ ТОМИСЬ. ЛИШЬ ПЕРВЫХ ПОЗНАНИЙ БЛЕСНЁТ ТЕБЕ СВЕТ, УЗНАЕШЬ: ПРЕДЕЛА ДЛЯ ЗНАНИЯ НЕТ. Фирдоуси (Персидский и таджикский поэт, 940- 1030 гг.)

Экология жизни: Во всеоружии этого знания вы точно не попадётесь в ловушку мифов, не купите шарлатанский прибор и сможете уверенно отвечать на детские вопросы в духе «Почему небо голубое?».

Появилась в продаже книга Луиса Блумфилда «Как все работает. Законы физики в нашей жизни». Расскажем о том, почему её стоит прочитать - особенно если физика представляется вам чем-то скучным и непонятным.

Поднимаясь утром с пружинного матраса, включая электрический чайник, согревая руки о чашку кофе и проделывая ещё десятки повседневных вещей, мы редко задумываемся о том, как именно всё это происходит. Возможно, в чьей-то памяти одиноким осколком торчит закон Ома или правило буравчика (хорошо, если вы вообще помните, что «буравчик» - это винт, а не фамилия).

Далеко не всегда ясно, в какие моменты жизни мы встречаемся с силой тока и моментом импульса.

Источник: Pinterest

Ещё в юности он выбрал опыты главным методом исследования мира, черпая из обыденных вещей вдохновение для занятий наукой. Стремясь сделать знания доступными для многих людей, а не горстки специалистов, Блумфилд занимается преподаванием, выступает на телевидении и пишет научно-популярные работы.

Для меня всегда было загадкой, почему физика традиционно преподается как абстрактная наука - ведь она изучает вещественный мир и законы, которыми тот управляется. Я убеждён в обратном: если лишить физику бесчисленных примеров из живого, реального мира, она не будет иметь ни основы, ни формы - словно молочный коктейль без стакана.

Луис Блумфильд

Вот некоторые примеры из книги, на которых автор объясняет механику простых вещей.

Почему конькобежцы быстро двигаются

Как режут ножницы

Источник: Pexels

Что творится в шампурах

Как забиваются гвозди

Зачем воздушные шары нагревают

Почему воланчик летит всегда одинаков о

Что делает воду жёсткой

Это Вам будет интересно:

Даниэль Канеман: Соображать и Думать - в чем разница

Ни одна сфера человеческой деятельности не обходится без точных наук. И как бы ни были сложны человеческие взаимоотношения, они тоже сводятся к этим законам. предлагает вспомнить законы физики, с которыми человек сталкивается и переживает каждый день своей жизни.

Самый простой, но самый важный закон – это Закон сохранения и преобразования энергии .

Энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной. А мы с Вами именно в такой замкнутой системе и находимся. Т.е. сколько отдадим, столько и получим. Если мы хотим что-то получить, надо столько же перед этим отдать. И никак иначе!

А нам, конечно же, хочется получать большую зарплату, а на работу при этом не ходить. Иногда создается иллюзия, что «дуракам везет» и многим счастье сваливается на голову. Вчитайтесь в любую сказку. Героям постоянно надо преодолевать огромные трудности! То искупаться в воде студеной, то в кипятке.

Мужчины обращают на себя внимание женщин ухаживаниями. Женщины в свою очередь заботятся потом об этих мужчинах и о детях. И так далее. Так что, если вы хотите что-то получить, потрудитесь сначала отдать.

Сила действия равна силе противодействия.

Этот закон физики отражает предыдущий, в принципе. Если человек совершил негативный поступок – осознанный или нет – а потом получил ответ, т.е. противодействие. Иногда причина и следствие бывают разнесены во времени, и можно сразу и не понять, откуда ветер дует. Надо, главное, помнить, что ничего просто так не бывает.

Закон рычага.

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

Правило буравчика.

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

Закон гвоздя .

Когда человек хочет забить гвоздь, он же не стучит где-то рядом с гвоздем, он стучит именно по шляпке гвоздя. Но ведь гвозди сами не залезают в стены. Нужно всегда подбирать правильный молоток, чтобы не разбить гвоздь кувалдой. И забивая, надо рассчитывать удар, чтобы не погнулась шляпка. Будьте проще, заботьтесь друг о друге. Научитесь думать о ближнем.

И наконец, закон Энтропии.

Под энтропией понимают меру беспорядка системы. Иными словами, чем больше хаоса в системе, тем больше энтропия. Более точная формулировка: при самопроизвольных процессах, протекающих в системах, энтропия всегда возрастает. Как правило, все самопроизвольные процессы необратимы. Они приводят к реальным изменениям в системе, и вернуть ее в первоначальное состояние без затраты энергии невозможно. При этом нельзя в точности повторить (на все 100%) ее исходное состояние.

Чтобы лучше уяснить, о каком порядке и беспорядке идет речь, поставим опыт. Насыплем в стеклянную банку чёрных и белых дробинок. Сначала насыплем чёрных, затем белых. Дробинки будут располагаться в два слоя: снизу чёрный, сверху белый – все упорядочено. Затем несколько раз встряхнем банку. Дробинки равномерно перемешаются. И сколько бы мы затем не трясли эту банку, нам вряд ли удастся добиться, чтобы дробинки снова расположились в два слоя. Вот она, энтропия в действии!

Состояние, когда дробинки были расположены в два слоя, считается упорядоченным. Состояние, когда дробинки равномерно перемешаны, считается беспорядочным. Чтобы вернуться в упорядоченное состояние, нужно практически чудо! Или повторная кропотливая работа с дробинками. А чтобы навести хаос в банке, почти не требуется усилий.

Автомобильное колесо. Когда оно накачено, в нем избыток свободной энергии. Колесо может ехать, и значит, оно работает. Это порядок. А если проколоть колесо? Давление в нем упадет, свободная энергия «уйдет» в окружающую среду (рассеется), и работать такое колесо уже не сможет. Это хаос. Чтобы вернуть систему в исходное состояние, т.е. навести порядок, нужно провести немалую работу: заклеить камеру, смонтировать колесо, накачать его и т.д., после чего это опять нужная вещь, которая способна приносить пользу.

Тепло передается от горячего тела холодному, а не наоборот. Обратный процесс теоретически возможен, а практически никто не возьмется это делать, поскольку потребуются колоссальные усилия, специальные установки и оборудование.

Также и в обществе. Люди стареют. Дома рушатся. Утесы оседают в море. Галактики разбегаются. К беспорядку самопроизвольно стремится любая окружающая нас действительность.

Однако люди часто говорят о беспорядке как о свободе: «Нет, не хотим мы порядка! Дайте нам такую свободу, чтобы каждый мог делать то, что хочет! » Но когда каждый делает, что хочет, это не свобода – это хаос. В наше время многие восхваляют беспорядок, пропагандируют анархию - словом, все то, что разрушает и разделяет. Но свобода - не в хаосе, свобода именно в порядке.

Упорядочивая свою жизнь, человек создает себе запас свободной энергии, которую затем реализует на осуществление своих планов: работу, учебу, отдых, творчество, спорт и т.п. – иными словами, противостоит энтропии. Иначе, как бы мы смогли накопить за последние 250 лет столько материальных ценностей?!

Энтропия – это мера беспорядка, мера необратимого рассеивания энергии. Чем больше энтропия, тем больше беспорядка. Дом, в котором никто не живет, ветшает. Железо со временем ржавеет, автомобиль стареет. Отношения, о сохранении которых никто не заботится, разрушаются. Так и все остальное в нашей жизни, совершенно все!

Естественное состояние природы не равновесие, а возрастание энтропии. Этот закон неумолимо работает и в жизни одного человека. Ему ничего не надо делать, чтобы его энтропия возрастала, это происходит самопроизвольно, по закону природы. Для того чтобы снизить энтропию (беспорядок), надо приложить немало усилий. Это своего рода пощечина позитивным до дури людям (под лежачий камень и вода не течет), которых довольно много!

Поддержание успеха требует постоянных усилий. Если мы не развиваемся, то мы деградируем. И чтобы сохранить то, что у нас было раньше, мы должны сегодня сделать больше, чем делали вчера. Вещи можно содержать в порядке и даже улучшить: если краска на доме выцвела, его можно покрасить заново, причем еще красивее, чем раньше.

Люди должны пытаться «усмирить» произвольное деструктивное поведение, которое преобладает в современном мире повсеместно, стараться снизить состояние хаоса, который мы же и разогнали до грандиозных пределов. И это физический закон, а не просто треп о депрессии и негативном мышлении. Всё либо развивается, либо деградирует.

Живой организм рождается, развивается и умирает, и никто никогда не наблюдал, чтобы после смерти он оживал, молодел и возвращался в семя или утробу. Когда говорят, что прошлое никогда не возвращается, то, конечно, имеют в виду, в первую очередь, эти жизненные явления. Развитие организмов задает положительное направление стрелы времени, и смена одного состояния системы другим происходит всегда в одном направлении для всех без исключения процессов.

Валериан Чупин

Источник информации: Чайковские.Новости

Комментарии (3)

Богатство современного общества прирастает, и будет прирастать во все большей мере, прежде всего всеобщим трудом. Промышленный капитал явился первой исторической формой общественного производства, когда интенсивно начал эксплуатироваться всеобщий труд. Причем сначала тот, который достался ему даром. Наука, как заметил Маркс, ничего не стоила капиталу. Действительно, ни один капиталист не заплатил вознаграждение ни Архимеду, ни Кардано, ни Галилею, ни Гюйгенсу, ни Ньютону за практическое использование их идей. Но именно промышленный капитал в массовом масштабе начинает эксплуатировать механическую технику, а тем самым и всеобщий труд, овеществленный в ней. Маркс К, Энгельс Ф. Соч., т. 25, ч. 1, с. 116.

Ученые с планеты Земля используют массу инструментов, пытаясь описать то, как работает природа и вселенная в целом. Что они приходят к законам и теориям. В чем разница? Научный закон можно зачастую свести к математическому утверждению, вроде E = mc²; это утверждение базируется на эмпирических данных и его истинность, как правило, ограничивается определенным набором условий. В случае E = mc² - скорость света в вакууме.

Научная теория зачастую стремится синтезировать ряд фактов или наблюдений за конкретными явлениями. И в целом (но не всегда) выходит четкое и проверяемое утверждение относительно того, как функционирует природа. Совсем не обязательно сводить научную теорию к уравнению, но она на самом деле представляет собой нечто фундаментальное о работе природы.

Как законы, так и теории зависят от основных элементов научного метода, например, создании гипотез, проведения экспериментов, нахождения (или не нахождения) эмпирических данных и заключение выводов. В конце концов, ученые должны быть в состоянии повторить результаты, если эксперименту суждено стать основой для общепринятного закона или теории.

В этой статье мы рассмотрим десять научных законов и теорий, которые вы можете освежить в памяти, даже если вы, к примеру, не так часто обращаетесь к сканирующему электронному микроскопу. Начнем со взрыва и закончим неопределенностью.

Если и стоит знать хотя бы одну научную теорию, то пусть она объяснит, как вселенная достигла нынешнего своего состояния (или не достигла, ). На основании исследований, проведенных Эдвином Хабблом, Жоржем Леметром и Альбертом Эйнштейном, теория Большого Взрыва постулирует, что Вселенная началась 14 миллиардов лет назад с массивного расширения. В какой-то момент Вселенная была заключена в одной точке и охватывала всю материю нынешней вселенной. Это движение продолжается и по сей день, а сама вселенная постоянно расширяется.

Теория Большого Взрыва получила широкую поддержку в научных кругах после того, как Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили космический микроволновый фон в 1965 году. С помощью радиотелескопов два астронома обнаружили космический шум, или статику, которая не рассеивается со временем. В сотрудничестве с принстонским исследователем Робертом Дике, пара ученых подтвердила гипотезу Дике о том, что первоначальный Большой Взрыв оставил после себя излучение низкого уровня, которое можно обнаружить по всей Вселенной.

Закон космического расширения Хаббла

Давайте на секунду задержим Эдвина Хаббла. В то время как в 1920-х годах бушевала Великая депрессия, Хаббл выступал с новаторским астрономическим исследованием. Он не только доказал, что были и другие галактики помимо Млечного Пути, но также обнаружил, что эти галактики несутся прочь от нашей собственной, и это движение он назвал разбеганием.

Для того, чтобы количественно оценить скорость этого галактического движения, Хаббл предложил закон космического расширения, он же закон Хаббла. Уравнение выглядит так: скорость = H0 x расстояние. Скорость представляет собой скорость разбегания галактик; H0 - это постоянная Хаббла, или параметр, который показывает скорость расширения вселенной; расстояние - это расстояние одной галактики до той, с которой происходит сравнение.

Постоянная Хаббла рассчитывалась при разных значениях в течение достаточно долгого времени, однако в настоящее время она замерла на точке 70 км/с на мегапарсек. Для нас это не так важно. Важно то, что закон представляет собой удобный способ измерения скорости галактики относительно нашей собственной. И еще важно то, что закон установил, что Вселенная состоит из многих галактик, движение которых прослеживается до Большого Взрыва.

Законы планетарного движения Кеплера

На протяжении веков ученые сражались друг с другом и с религиозными лидерами за орбиты планет, особенно за то, вращаются ли они вокруг Солнца. В 16 веке Коперник выдвинул свою спорную концепцию гелиоцентрической Солнечной системы, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Однако только с Иоганном Кеплером, который опирался на работы Тихо Браге и других астрономов, появилась четкая научная основа для движения планет.

Три закона планетарного движения Кеплера, сложившиеся в начале 17 века, описывают движение планет вокруг Солнца. Первый закон, который иногда называют законом орбит, утверждает, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптической орбите. Второй закон, закон площадей, говорит, что линия, соединяющая планету с солнцем, образует равные площади через равные промежутки времени. Другими словами, если вы измеряете площадь, созданную нарисованной линией от Земли от Солнца, и отслеживаете движение Земли на протяжении 30 дней, площадь будет одинаковой, вне зависимости от положения Земли касательно начала отсчета.

Третий закон, закон периодов, позволяет установить четкую взаимосвязь между орбитальным периодом планеты и расстоянием до Солнца. Благодаря этому закону, мы знаем, что планета, которая относительно близка к Солнцу, вроде Венеры, имеет гораздо более краткий орбитальный период, чем далекие планеты, вроде Нептуна.

Универсальный закон тяготения

Сегодня это может быть в порядке вещей, но более чем 300 лет назад сэр Исаак Ньютон предложил революционную идею: два любых объекта, независимо от их массы, оказывают гравитационное притяжение друг на друга. Этот закон представлен уравнением, с которым многие школьники сталкиваются в старших классах физико-математического профиля.

F = G × [(m1m2)/r²]

F - это гравитационная сила между двумя объектами, измеряемая в ньютонах. M1 и M2 - это массы двух объектов, в то время как r - это расстояние между ними. G - это гравитационная постоянная, в настоящее время рассчитанная как 6,67384(80)·10 −11 или Н·м²·кг −2 .

Преимущество универсального закона тяготения в том, что он позволяет вычислить гравитационное притяжение между двумя любыми объектами. Эта способность крайне полезна, когда ученые, например, запускают спутник на орбиту или определяют курс Луны.

Законы Ньютона

Раз уж мы заговорили об одном из величайших ученых, когда-либо живущих на Земле, давайте поговорим о других знаменитых законах Ньютона. Его три закона движения составляют существенную часть современной физики. И как и многие другие законы физики, они элегантны в своей простоте.

Первый из трех законов утверждает, что объект в движении остается в движении, если на него не действует внешняя сила. Для шарика, который катится по полу, внешней силой может быть трение между шаром и полом, или же мальчик, который бьет по шарику в другом направлении.

Второй закон устанавливает связь между массой объекта (m) и его ускорением (a) в виде уравнения F = m x a. F представляет собой силу, измеряемую в ньютонах. Также это вектор, то есть у него есть направленный компонент. Благодаря ускорению, мяч, который катится по полу, обладает особым вектором в направлении его движения, и это учитывается при расчете силы.

Третий закон довольно содержательный и должен быть вам знаком: для каждого действия есть равное противодействие. То есть для каждой силы, приложенной к объекту на поверхности, объект отталкивается с такой же силой.

Законы термодинамики

Британский физик и писатель Ч. П. Сноу однажды сказал, что неученый, который не знал второго закона термодинамики, был как ученый, который никогда не читал Шекспира. Нынче известное заявление Сноу подчеркивало важность термодинамики и необходимость даже людям, далеким от науки, знать его.

Термодинамика - это наука о том, как энергия работает в системе, будь то двигатель или ядро Земли. Ее можно свести к нескольким базовым законам, которые Сноу обозначил следующим образом:

Вы не можете выиграть.
Вы не избежите убытков.
Вы не можете выйти из игры.

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

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

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

Сила Архимеда

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

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

Эвoлюция и естественный отбор

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

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

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

Общая теория относительности

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

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

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

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

Принцип неопределенности Гейзенберга

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

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

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