vvedenie (Вырезка из книги)

гизучения конкретного материала будет происходить постепеннаяадаптация к нарастающему уровню математизации курса.Значительное внимание в курсе уделено решению наиболее важных задач, для решения большей части которых достаточно знаний,полученных в средней школе. Отметим, что решение задач — единственный способ овладения физикой как целостной системой знаний.Всякий, кто достиг в изучении физики каких-либо успехов, подтвердит, что глубокое понимание этого предмета приходит только посредством решения задач.

Приведем аналогию. Каждому теоретически известно, как жонглировать тремя, четырьмя, пятью предметами,но на практике сделать это может лишь постоянно тренирующийсебя в этом в общем несложном упражнении. Данное образное сравнение можно отнести и к физике. При этом необходимо выделитьгруппу «ключевых задач», без решения которых обойтись практически невозможно, — неумение их решать сразу же указывает на непонимание физики, на наличие в лучшем случае поверхностныхи обрывочных знаний.Авторы отдают себе отчет в том, что не представят ничего принципиально нового, но считают настоящее учебное пособие полезным,ибо как отметил Блез Паскаль: «Пусть не корят меня за то, что я несказал ничего нового: ново уже само расположение материала; игроки в мяч бьют по одному и тому же мячу, "но не все с одинаковойметкостью". С тем же успехом меня могут корить и за то, что я употребляю давным-давно придуманные слова.

Стоит расположить ужеизвестные мысли в ином порядке — и получится новое сочинение,равно как одни и те же, но по-другому расположенные слова образуют новые мысли». Да и что можно сказать принципиально нового,ибо «...нет ничего нового под Солнцем. Бывает нечто, о чем говорят:"смотри, вот новое", но это уже было в веках, бывших прежде нас»[Экклесиаст 1].ВВЕДЕНИЕВ природе существует внутренне присущая ей скрытаягармония, отражающаяся в наших умах в виде простых математических законов. Именно этим объясняется, почему природные явления удается предсказывать с помощью комбинации наблюдений и математического анализаГ. ВейльФизика является фундаментом всего естествознания, и ее цельможно сформулировать как объективное количественное описаниематериального мира.

Но от восприятия материального мира до егоописания дистанция немалая. На рис. В.1 показан фрагмент материального мира, а точнее, зрительный образ фрагмента. Этот зрительный образ подвергается неким преобразованиям, которые в первомприближении заключаются в выделении из рецепторного образапо качественным признакам (размеры, цвет, форма и т.д.) некоторых§Рис. В.1. Фрагмент наблюдаемого мираконфигураций — объектов, за которыми в дальнейшем закрепляются названия. В приведенном примере — солнце, дерево, лошадь,кошка, змея, столб, самолет, чемодан, выпавший из самолета, и т.д.Далее выделяются свойства объектов — признаки, по которым объекты отличаются друг от друга или, наоборот, похожи друг на друга, — солнце круглое, лошадь гнедая, кошка пушистая, столб прямойи т. д.

Можно описать и поведение объектов — птички летают, змеяползет, солнце светит, кошка бежит и т.д. Итак, в рамках науки, материальный мир представляет собой конструкцию, построеннуючеловеком на базе ощущений.Поскольку, как уже отмечалось, цель физики — объективноеколичественное описание материального мира, речь должна идтикак об описании отдельных объектов, так и об описании материального мира в целом. При этом знание свойств материального мира(материи) дает возможность описывать соответствующие свойстваконкретных объектов, и наоборот, изучение свойств отдельных объектов мира позволяет делать заключение о свойствах материального мира в целом.В науке постулируется наличие связей между свойствами материии используются два типа связей: причинно-следственные и функциональные.

Причинно-следственная связь базируется на постулате о том, что изменение свойств должно иметь определенноеоснование, называемое причиной. Тогда соответствующее изменение является следствием. Функциональная связь представляет собойформальное соответствие между величинами, которое математически представимо в виде у = /(х), т.е. каждому рассматриваемомузначению некоторой величины л: (независимого переменного) соответствует определенное значение другой величины у (функции).Поскольку в материальном мире кроме объектов, которые познаются в свойствах, нет ничего, то каждое свойство одновременноявляется следствием по отношению к одному свойству и причинойпо отношению к другому. При этом причины могут быть как наблюдаемы явно, так и скрыты, т. е.

проявляться через следствия.Опыт показывает, что мир все время меняется. Любое изменение,происходящее с объектами материального мира, Аристотель назвалдвижением. Позднее были выделены различные формы движения,в соответствии с которыми и сложилась структура современного естествознания и физики: механика изучает механическое движение,термодинамика — тепловое движение, электродинамика — движениезаряженных частиц и связанных с ними электромагнитных полей,оптика — распространение света и т.д.

Исторически первой оформилась в науку механика, конкретная цель которой — изучение механического движения объектов материального мира (механическихсвойств материи). С этой точки зрения качественный анализ показывает следующее:1) каждый объект имеет размеры (протяженность) и определенную форму, которые могут как оставаться без изменений, так и изменяться;2) каждый объект занимает определенную область (местоположение объекта}. При этом местоположение объекта может как сохраняться, так и изменяться;3) изменение местоположения объекта происходит не скачком,а путем последовательного непрерывного прохождения смежных областей материального мира. Совокупность областей, которые объектпроходит в процессе изменения места, называется траекторией.Процесс изменения местоположения обладает длительностью.Свойства, связанные с движением объектов материального мира,наблюдаемы, одинаково воспринимаются всеми людьми и не зависятот наших желаний, т.

е. являются объективными.Отметим, что уже в рамках качественного анализа картины материального мира можно давать объективное описание материальногомира, если понимать «качество как бедное количество» (Резерфорд).Действительно, при таком описании можно использовать понятия«больше», «меньше», «равно» и т.п.Если учитывать всю полноту наблюдаемой действительности (змеяукусила лошадь; чемодан, выпавший из самолета, придавил в кошку;птицы постоянно мигрируют в поисках пищи и т.д.), то получимочень сложную картину, изучать (или просто описать) которую на языке науки практически невозможно. В науке приходится рассматриватьсамые простые случаи и идти «от простого к сложному».В рамках максимального упрощения в наблюдаемой картине материального мира следует оставить одно движущееся тело, напримерлошадь (рис.

В.2). Движение лошади характеризуется увеличениемрасстояния от лошади до столба с увеличением длительности ее движения. Чтобы получить объективное количественное описание, надоперейти к числовой шкале (предварительно введя ее). Тогда числовыезначения свойств и будут объективной количественной информацией об объекте.Рис. В.2. Упрощенный фрагмент наблюдаемого мираРис. В.З. Измерение протяженностиIОкончание табл. В.

1/Физическая величинаВозьмем два объекта материального мира, например палку и рейку, и рассмотрим их свойство — протяженность. Обозначим протяженность палки Д а рейки — / (рис. В.З). Определим, сколько разрейка укладывается на палке, и составим отношение Ь/1 = п (в данном случае п = 4) , откуда следует, что Ь = п1 единиц измерений протяженности рейки.

Описанный процесс называется измерением.В измерительном процессе один объект (палка) является измеряемым,другой (рейка) — измерителем. Величину, полученную посредствомизмерений, называют физической величиной. Она является количественной характеристикой (мерой) свойства, и ей дают название(в данном случае — длина).Таким образом, длина является мерой протяженности объекта.Поскольку мера длины выбирается произвольно, проще всего принять ее за единицу, т.е. / = 1 ед.

длины. При этом удобно за единицудлины принять длину такого объекта, которая постоянна и не зависит от каких-либо причин. Так, в былые времена в качестве единицыдлины принимали одну десятимиллионную часть четверти длиныземного меридиана, которая была названа метром. Был специальноизготовлен стержень длиной 1 м (эталон метра).Физическая величина определяется как количественная характеристика (мера) свойства объекта. Она должна быть выражена конкретным числом, иметь единицу измерения (размерность), т. е. А == [А]{А}, где [А] — значение; {А} — размерность; кроме того, долженбыть определен способ ее измерения.Основными физическими величинами называется совокупностьфизических величин, не сводимых друг к другу. Все остальные величины называются производными и могут быть математически выражены через комбинации основных физических величин.