Ключевые понятия физики, как правило, представляют собой основные идеи и темы, которые изучаются в ходе школьной программы. Знания основ данного предмета — это то, что понадобится вам не только в ходе подготовки к контрольным или экзаменам, но и в бытовой жизни.

Это работает и в случае с другими фундаментальными дисциплинами. Согласитесь, каждый из нас наверняка сможет вспомнить отдельные правила или способы решения тех или иных задач, невзирая на то, как давно мы закончили школу. Например, “жи-ши пиши с буквой И”, теорему Пифагора, формулу Эйнштейна и прочее.

Существуют основные правила и идеи, которые составляют основу, на которой будет строиться дальнейшее изучение такого предмета как физика. Это концепции, которые необходимо усвоить, прежде чем углубляться в изучение физики и двигаться к более комплексным темам.

Хорошая новость заключается в том, что после того, как эти основы будут освоены, их применение в дальнейших темах, вычислениях и пр. не будет составлять труда!

А для того, чтобы изучить эти основы или заполнить пробелы в знаниях школьной программы, можно прямо сейчас записаться на частные занятия с одним из преподавателей Superprof и узнать больше о такой науке как физика.

Лучшие преподаватели по физике доступны для занятий
Ekaterina
5
5 (3 отз.)
Ekaterina
₽1500
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Мария
5
5 (5 отз.)
Мария
₽550
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Kirill
5
5 (5 отз.)
Kirill
₽700
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Михаил
5
5 (5 отз.)
Михаил
₽800
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Андрей
5
5 (4 отз.)
Андрей
₽800
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Татьяна
5
5 (4 отз.)
Татьяна
₽1200
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Татьяна
5
5 (1 отз.)
Татьяна
₽500
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Захар
5
5 (3 отз.)
Захар
₽1000
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Ekaterina
5
5 (3 отз.)
Ekaterina
₽1500
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Мария
5
5 (5 отз.)
Мария
₽550
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Kirill
5
5 (5 отз.)
Kirill
₽700
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Михаил
5
5 (5 отз.)
Михаил
₽800
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Андрей
5
5 (4 отз.)
Андрей
₽800
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Татьяна
5
5 (4 отз.)
Татьяна
₽1200
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Татьяна
5
5 (1 отз.)
Татьяна
₽500
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Захар
5
5 (3 отз.)
Захар
₽1000
Gift icon
1е занятие бесплатно!
Поехали!

Основные понятия физики: базовый уровень

Молния
А знали ли вы, что гроза — это проявление сразу двух фундаментальных сил: гравитации и электромагнетизма? (источник: Pexels)

Существуют четыре фундаментальные природные силы, которые влияют на каждое отдельное физическое взаимодействие на атомном или субатомном уровне. К таким фундаментальным силам относятся гравитация, электромагнетизм и сильные и слабые ядерные силы.

  • Из всех сил гравитация является наиболее распространённой, но самой слабой по величине. Сила гравитации действует между всеми телами, и её воздействие зависит от массы тела. Правила и свойства этой силы описаны в теории относительности Эйнштейна.
  • Слабое взаимодействие относится к ядерным силам, в частности, проявляющим склонность к бета-распаду. Бета-распад — это превращение протона в нейтрон или наоборот. Приобретение или потеря электрического заряда жизненно важны, потому что они позволяют атому тяготеть к оптимальному соотношению протонов и нейтронов, что позволяет ему стать и продолжать оставаться стабильным при условии, что реакция находится под контролем. Это явление контролируется следующей в нашем списке силой.
  • Электромагнетизм — это самая распространённая сила в нашем мире: мы можем заметить её влияние, даже не прибегая к использованию испытательного оборудования. Электростатические силы действуют на частицы в состоянии покоя, то есть пока они не движутся. И магнетизм, и электричество действуют на движущиеся частицы. Термин «электромагнетизм» был придуман в середине 1800-х годов, когда шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл доказал (с помощью уравнений), что свет, электричество и магнетизм существуют в одной и той же среде. Далее он установил, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света.
  • Итак, последняя из четырёх сил — это сильное взаимодействие, которое удерживает протоны и нейтроны связанными вместе. Это взаимодействие настолько сильное, что вместо того, чтобы отталкивать одинаково заряженные частицы, оно удерживает их вместе, даже если они отталкиваются друг от друга.

Многие физики считают, что эти четыре силы на самом деле являются проявлениями более крупной объединяющей силы, которую ещё предстоит открыть и дать ей название.

Электричество, магнетизм и слабое взаимодействие были объединены в электрослабое взаимодействие, однако, включение гравитации в данный список оказалось довольно сложной задачей, которой дали название квантовой гравитации. В настоящий момент ни одна из теорий относительно квантовой гравитации не доказала свою эффективность.

Характеристика волн в физике

Доводилось ли вам когда-нибудь слышать о звуковых волнах? А сейсмических волнах?

Эти и другие виды волн имеют прямое, измеримое воздействие. Можно услышать звуковые волны, почувствовать сейсмические волны, которые проходят сквозь землю, вызывая землетрясения, или даже увидеть световые волны. Более наглядным примером в данном случае являются волны, которые вы можете увидеть с пляжа: они бьются о дно океана, превращая материю (любые твёрдые вещества и предметы) в мелкий песок.

Гравитационные волны — это особенно интересная тема! Эта рябь в пространстве-времени вызвана взрывными энергетическими процессами, происходящими в космосе. Эйнштейн упомянул о них ещё 100 лет назад в своей теории относительности.

Можете ли вы представить себе трепет, который испытали космологи, когда существование гравитационных волн было действительно доказано после стольких десятилетий их “теоретической” жизни на бумаге?

Физика и вселенная

Планеты, звёзды и тёмная материя — это то, из чего состоит наша Вселенная. Однако, можно сказать, что на более фундаментальном уровне она состоит из материи и энергии.

Материя в космосе может быть крошечной, как частицы пыли, или такой большой, как галактика, а энергия способна принимать множество различных форм: например, гравитационная энергия и тёмная энергия. На самом деле считается, что именно тёмная энергия является движущей силой процесса расширения нашей Вселенной.

Берём материю, энергию и добавляем силу — и вот, получаем универсальный рецепт любого события, происходящего в небесах: от рождения звезды до коллапса красного гиганта.

Красный гигант
Согласно современным теориям, примерно через 5,4 миллиарда лет Солнце перейдёт в стадию красного гиганта, что повлечёт за собой его стремительное увеличение в размерах. (источник: Unsplash)

Основные понятия физики, связанные с измерениями

Основная цель физики — понять, как функционирует  Вселенная на субатомном уровне на нашей планете и в космосе.

Исследования на эту тему включают в себя фундаментальные концепции, такие как движение материи в пространстве и времени, их энергия и влияние сил на эту материю.

Фиксировать отклонения в наблюдаемом вопросе — это одно, но, чтобы объяснить, как и почему изменяются эти показатели, необходимо провести точные расчёты. Однако, нельзя использовать одну и ту же шкалу для измерения орбиты планеты (километры) и чтобы отметить разницу температур (Кельвин, Ранкин, Цельсий и Фаренгейт).

Какими бы ни были официальные стандарты измерения в той или иной стране, научное сообщество записывает любые свои выводы, используя международную систему единиц измерения, называемых единицами СИ.

SI расшифровывается как Système Internationale d’Unités, что и означает “Международная система единиц измерения”!

Эта система включает в себя основные параметры для каждого типа измерения:

  • Длина измеряется в метрах;
  • Время измеряется в секундах;
  • Вес (масса) измеряется килограммах;
  • Температура измеряется в градусах Кельвина;
  • Электрический ток — в амперах;
  • Моль — это единица измерения количества вещества.

Естественно, 1 килограмм не является самой низким показателем веса и электрический ток не всегда начинается измеряется с 1 ампера, поэтому в дело вступают десятичные дроби и показатели степени.

Это уже ключевые понятия из курса математики!

Когда нужно записать уравнения, то, вместо того, чтобы обозначать нанометр как 1 после 8 нулей, стоящих после десятичной точки (0,000000001), это измерение просто обозначается как «n».

Существует восемь стандартных префиксов с дополнительными сокращениями для обозначения экспоненциальных значений:

Префикс Аббревиатура Экспонента Количество нулей
Тера- Т 12 1,000,000,000,000
Гига- Г 9 1,000,000,000
Мега- M 6 1,000,000
Кило- к 3 1,000
санти- с -2 0.01
милли- мм -3 0.001
микро- мк -6 0.000001
нано- н -9 0.000000001

Обратите внимание, что, хотя использование префиксов помогает упростить манипуляции с уравнениями, каждая единица, выраженная префиксом, должна быть преобразована обратно в фактическое числовое значение для решения уравнения.

Можно легко измерить массу объекта или время, необходимое для прохождения определённого расстояния, но как насчёт измерения силы, которая его движет, энергии, которую он расходует, частоты его волн или его электрического заряда?

В этой следующей таблице вы можете увидеть все эти единицы: их название, то, что они представляют, и аббревиатуру, используемую, чтобы показать, как они обозначаются.

Единица измерения Аббревиатура Что именно измеряется?
Джоуль Дж Энергия
Ватт Вт Мощность
Паскаль Па Давление
Ньютон Н Сила
Герц Гц Частота
Ом Ом Электрическое сопротивление
Вольт В Электрическое напряжение
Кулон Кл Электрический заряд
Тесла Тл Магнитная индукция

Узнать больше об основных понятиях можно на частных уроках с репетитором физики. Такого преподавателя как раз можно найти на Superprof.

Основные понятия физики: ключевые законы и формулы

Действию всегда есть равное и противоположное противодействие.

Эта изящная фраза, которую часто используют в повседневных разговорах — часто как заявление о кармическом возмездии, — на самом деле является третьим законом движения Ньютона.

А вот как сформулированы два других закона Ньютона:

  1. В инерциальной системе отсчета тело свою скорость не меняет, если на него не действуют другие тела (или действие других тел скомпенсировано).
  2. Ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе этого тела.

Сэр Исаак Ньютон, один из создателей классической физики, сформулировал эти законы более 330 лет назад после длительного наблюдения за движением материи и силами, которые на неё воздействуют.

Что такое классическая физика? Узнайте, что подразумевает данное понятие в нашем словаре физических терминов!

Хотя сейчас они кажутся самоочевидными и даже упрощёнными, в то время, когда эти законы были установлены, было мало фундаментальных правил, регулирующих хоть какие-то основы физики, не говоря уже об объединяющем стандарте массы в движении.

Альберт Эйнштейн, ещё один краеугольный камень дисциплины, которую мы называем физикой, создал, возможно, самое известное уравнение всех времён в своей специальной теории относительности: E=mc2.

Каким бы элегантным и простым на первый взгляд оно ни было, это уравнение таит в себе две физические истины:

  1. Принцип относительности гласит, что физические законы одинаково применимы во всех ситуациях.
  2. В вакууме скорость света постоянна, независимо от любого движения источника света.

Что совершенно удивительно, так это то, что эти законы выдержали испытание временем и подтверждались снова и снова!

Какие еще великие физики оказали такое влияние на эту науку?

А ниже вы можете ознакомиться с краткими определениями законов термодинамики:

  • Нулевой закон определяет понятие температуры.
  • Первый закон иллюстрирует динамику между внутренней энергией системы, добавленным теплом и ее работой.
  • Второй закон описывает естественный поток тепла в замкнутой системе.
  • Третий закон гласит, что любой созданный термодинамический процесс по самой своей природе будет страдать от потери тепла, поэтому никогда не будет достигнута идеальная эффективность.

Эти законы также возникли в середине 1600-х годов и остаются актуальными до сих пор — это и есть настоящее свидетельство человеческого любопытства и наличия блестящих умов в нашей истории, которые сформулировали данные законы.

Измерение температуры
Нулевой закон или нулевое начало термодинамики выражает представление об эмпирической температуре как о физической величине. Параметр Т — это абсолютная температура в кельвинах. (источник: Unsplash)

Также существуют два закона, которые управляют созданием электрически заряженными частицами электростатической силы и полей:

  1. Закон Кулона, который гласит, что объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, а с противоположным — притягиваются, и описывает силы, выраженные в результате упомянутого притяжения или отталкивания.
  2. Закон Гаусса описывает распределение электрического заряда по создаваемому им электрическому полю.

Они названы в честь их авторов: Шарля Кулона, французского физика, и Карла Фридриха Гаусса, немецкого математика.

Сегодня мы освежили ваши знания о фундаментальных понятиях и основах, на которых можно строить своё дальнейшее углублённое изучение физики. Почему бы не продолжить погружение в науку и не узнать больше интересных фактов о физике вместе с опытным репетитором во время онлайн-уроков?

>

Платформа, объединяющая частных преподавателей и учеников

1-е занятие бесплатно

Понравилась статья? Оцените!

5,00 (1 рейтинг)
Загрузка...

Валерия

Переводчица и поклонница онлайн-образования, влюблённая в языки, DIY и True-Crime подкасты ♡