Фізичний закон – це опис співвідношень у природі, який проявляється за певних умов в експерименті (досліді).

Г. Галілей дав кількісний опис вільного падіння тіл на землю: швидкість вільного падіння не залежить від їх маси. Він не зміг дати відповідь на запитання, чому вони падають. Ісаак Ньютон, основоположник фундаментальної фізичної теорії, висловив гіпотезу, згідно з якою причиною падіння тіл на Землю є всесвітнє тяжіння. Ньютоном була створена, як побачимо далі, класична теорія всесвітнього тяжіння.

Сукупність законів, що описують широке коло явищ, називають науковою теорією.

Наприклад, закони Ньютона складають зміст однієї з перших фізичних теорій – класичної механіки. Зміст класичної теорії електромагнетизму складають закони, сформульовані англійським фізиком Д. Максвеллом.

Два основних наукових методи фізики – експеримент і теорія – вдало доповняють один одного.

Фізичні моделі. Наукова ідеалізація. Для формулювання гіпотези, постановки експерименту та пояснення його результатів дослідники будують модель певного явища або процесу. Модель – це спрощене, схематизованеуявлення про явище, в якій виокремлені найважливіші та найвагоміші його риси, а іншим зазвичай нехтують. Приклади таких моделей: матеріальна точка – тіло, розмірами якого можна у певній задачі знехтувати; ідеальний газ – газ, розміри молекул якого надзвичайно малі, і взаємодією між ними можна знехтувати.

Повністю уникнути в експерименті «перешкод», тобто впливу інших чинників, не завжди вдається. Але при розгляді результатів експерименту іноді можна передбачити, що можна було б спостерігати в ідеальному випадку – коли б усі «перешкоди» було усунено. Ця ідеальна ситуація і називається науковою ідеалізацією.

Прикладом наукової ідеалізації може бути поняття «вільного тіла». Тіла, вільного від взаємодії з іншими тілами, звичайно, немає. Навіть галактики взаємодіють одна з одною на надвеличезних відстанях. Однак подумки, продовжуючи помічену закономірність про рух тіла за інерцією, можна уявити тіло, абсолютне вільне від взаємодії з іншими тілами. Роздуми про те, як рухатимуться такі тіла, дали змогу Галілея відкрити закон інерції.

Усі фізичні закони і теорії є деяким наближенням до дійсності, обумовленим певною умовністю моделі явищ і процесів. От чому фізичні закони і теорії мають певні межі застосування. Наприклад, класична механіка, заснована на трьох законах Ньютона та законі всесвітнього тяжіння, є справедливою тільки при розгляді руху тіл зі швидкостями, набагато меншими, ніж швидкість поширення світла.

Ідея атомізму. Моделі в мікросвіті. Першою і найпродуктивнішою науковою гіпотезою про будову речовини була ідея атомізму: всі речовини складаються з непомітних людському оку маленьких частинок – атомів (від грецького atomos – неподільний). Її висунув у V ст. до нашої ери грецький філософ Демокріт. Ця геніальна здогадка людського розуму знайшла своє експериментальне підтвердження лише через два тисячоліття (у ХІХ ст.) у працях англійського вченого Джона Дельтона. Він показав, що кожному хімічному елементу відповідає свій тип найдрібніших невидимих атомів, а всі речовини складаються з хімічних сполук атомів.

Наступна класифікація атомів у періодичній таблиці хімічних елементів Д. І. Менделєєва показала, що всього в природі нараховується майже 112 хімічних елементів, з яких «сконструйований» весь різноманітний оточуючий світ.

Дослідження структури речовини на відстанях, менших за атомарні, уможливили відкриття нових найпростіших «цеглинок» світобудови. В 1887 р. англійський фізик Джон Томсон відкрив електрон, який не «вписувався» за своїми характеристиками у періодичну таблицю хімічних елементів Д. І. Менделєєва. У 1911 р. англійський фізик Ернест Резерфорд показав, що атом має складну будову – у його центрі знаходиться ядро, навколо якого обертаються електрони. Була створена планетарна модель атома (мал. 1.3).

Наступні дослідження показали, що атомне ядро, зокрема, складається з позитивно заряджених позитронів та електронейтральних нейтронів. Заряд протона за величиною дорівнює заряду електрона, але протилежний за знаком. У цілому атом електронейтральний, бо число протонів у ядрі дорівнює числу електронів у атомі.

Число протонів у ядрі визначає хімічні властивості атома та його місце у періодичній таблиці хімічних елементів Д. І. Менделєєва.

За сучасними уявленнями, протони і нейтрони є складними частинками, які складаються з трьох кварків (мал. 1.4).

Дата добавления: 2015-08-18