kopilkaurokov.ru - сайт для учителей

Создайте Ваш сайт учителя Курсы ПК и ППК Видеоуроки Олимпиады Вебинары для учителей

Предельные измерения в физике

Нажмите, чтобы узнать подробности

Статья для учеников старших классов, интересующихся физикой

Просмотр содержимого документа
«Предельные измерения в физике»

ПРЕДЕЛНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ФИЗИКЕ

...Если вы можете измерить то, о чем

рассказываете... – вы кое-что знаете об

этом предмете, но когда вы не можете

это измерить..., ваши знания скудны

и недостаточны..., вы едва ли

продвинулись до стадии науки.

Вильям Томсон, Лорд Кельвин (1899г.)

Рассказать об измерениях в современной физике – задача непосильная для одной статьи. Слишком велик набор измеряемых величин и технических приемов, с которыми имеет дело экспериментатор. От ювелирных опытов на лабораторном столе до сложнейших индустриально-космических программ с участием огромного числа квалифицированных научных коллективов – вот сегодняшний диапазон физического эксперимента. И все же можно попытаться рассказать здесь о некоторых простых, но общих принципах, лежащих на основе экспериментальной науки.

В любом опыте важно провести измерения быстро, точно, надежно; с минимальными затратами добиться высокой чувствительности лабораторной установки, что нужно делать, чтобы повысить, где границы максимально достижимой чувствительности – вот вопросы, которые всегда волнуют любого экспериментатора. Их мы главным образом и собираемся разобрать. Примеры, которые будем рассматривать, в основном относятся к классу так называемых экспериментов с пробными телами. Это старый, классический тип опытов, в котором сила действует на пробное тело, специально подобранное экспериментатором. Наблюдая движение тела, исследователь делает выводы о величине и характере силы. Галилей, бросающий камни с Пизанской башни, или Ньютон, наблюдавший падение яблока в саду, фактически находились в роли таких исследователей.

В наши дни эксперименты с пробными телами прочно вошли в лабораторную практику. С их помощью ученым удалось раскрыть не одну тайну природы. Точность, с которой сегодня можно измерить смещение, деформации и ускорения макроскопических тел, способна поразить воображение не только дилетантна, но даже профессионала-физика. Принципы и техника измерений продолжают непрерывно совершенствоваться.

В трактате Лукреция Кара «О природе вещей» написано: «...Материи плотные тельца в вечном движении находятся непобедимые годами». Тот факт, что более двух тысячилетий назах древние греки знали об атомном строении материи, безусловно, представляется нам поразительным. Ведь никакой прямой экспериментальной проверки в этом направлении у греков не было, да и не могло быть. Конечно, слово «знали» строго следует заменить словами «догадывались» или «верили». Их «идея атома» была не следствием эксперимента, а появилась как философский вывод.

Лукреций Кар доказывает существование атомов такими рассуждениями. Все тела просты и сложны. Сложные делятся на простые. Но делимость до бесконечности невозможна, ибо «всякая вещь легко разрушается, чем образуется». Следовательно, за бесконечное время разрушение пошло бы так далеко, что никакое восстановление вещей было бы невозможно. Вещи сохраняются потому, что деление имеет границу. Границией являются первичные тельца или атомы (неделимые). То, что атомы невидимы, греков не смущало, так как «они настолько малы, что никакая сила зрения не сможет открыть частичек, которые прибывают или убывают у тела при его изменениях».

Мысль о составной структуре тел, сформированных из элементарных кирпичиков, естественна для обычных человеческих представлений (хотя существование минимальной ячейки доказать не просто). Гораздо более удивительно то, что греки утверждали и вторую часть молекулярно-кинетического постулата: атомы находятсы в постоянном движении. Это обобщение возникло в результате переноса в микромир наблюдаемого процесса эволюции в макромире, непрерывных изменений и превращений как в органической, так и в неорганической природе.

Лукреций приводит много примеров незаметных изменений окружающего мира, в которых видит доказательства движения атомов. «Платья приемлют влагу на морском берегу, на солнце же снова они высыхают». Как это произошло, невозможно увидеть, - «на мельчайшие части свои распадается влага». «Плуга железо тупится в пашне для глаз незаметно. Улицы, камнем мощенные, стрираются ногами толпы» и т.д. «Но заградила роирода от взоров какие частицы, в пору какую от этих вещей незаметно отходят».

Движение атомов в представлении греков более широкое понятие, нежели просто механическое движение, хотя последнее, безусловно, также включалось. Греки связывали понятия «тепла» и «движения», рассматривая размягчение нагретого тела как увеличение подвижности составляющих его атомов, и т.д.

Как развивались эти гениальные догадки древних, известно. Мрачное среднивековье надолго похоронило живую научную мысль под тяжестью церковных талмудов. Прошли тысячилетия, прежде чем ученым удалось «своими глазами» увидеть «движение атомов».

В 1827 г. английский ботаник Роберт Броун, наблюдая в микроскоп за взвешенной в воде цветночной пыльцой различных растений, заметил неожиданное для него явление. Мельчайшие частички пыльцы вели себя как живые. Они постоянно двигались, описывая причудливые ломаные траектории, индивидуальные и беспорядочные. Движение не прекращалось ни на секунду. Возникла мысль: может быть, пыльца как органическая материя состоит из мельчайших (первичных) живых существ? Но это предположение Броуно было очень скоро отвергнуто дополнительными экспериментами. Микроскопические неорганические частицы, помешанные в жидкость, двигались так же активно, как и органические. Движение происходило тем энергичнее, чем меньше были сами частицы.

Дальнейшие исследования показали: броуновское движение совершенно универсально, оно наблюдается у любых, взвешенных в жидкости или газе частиц, лишь бы последние были достаточно малы. Оно не связано ни с какими вгешними воздействиями, например механическими толчками, тепловыми потоками, световыми лучами и т.д. В полностью изолированный системе это движение всегда существует. Таким образом Броун открыл общее физическое явление, которое требовало столь же общего объясения.

Теперь каждый школьник знает, что видел Броун. Его опыты были первыми наблюдениями, доказывающими существование теплового движения молекул и атомов жидкости или газа. Это молекулы, непрерывно двигаясь и случайным образом налетая на взвешенную частицу, заставляли ее «оживать». Однако в свое время опыты Броуна не привлекли к себе должного внимания. Лишь в начале девятсотых годов выясниось, что броуновское движение может непосредственно и наглядно продемонстрировать законы молекулярно-кинетической природы материи.

В период с 1905-1910 гг. Перрон экспериментально и Эйнштейн теоретически провели анализ броуновского движения. Формула Эйнштейна, оценивающая перемещение броуновской частицы за фиксированное время, была подтверждена в опытах Перрена. Кроме того, Перрен сумел из опыта определить важнейшие молекулярные константы – число Лошмидта и число Авогадро. Значение броуновского движения как пробного камня для основ кинетической теории, термодинамики и статической механики к 1910г. стало несомненным. Физики-теоретики успешно использовали простую и конкретную модель броуновского движения, чтобы математически точно разобрать задачи статистики и термодинамики. Но даже в этот период бурного исследования броуновского движения мало кто мог предположить, какую важную роль должно оно сыграть в таком прикладном и практическом вопросе, как измерение физических величин.


Литература:

Школьникам о современной физике: электромагнетизм. Твердое тело/В.А.Беляков, Е.С. Ицкевич, Б.М. Болотовский.



Получите в подарок сайт учителя

Предмет: Физика

Категория: Прочее

Целевая аудитория: Прочее.
Урок соответствует ФГОС

Скачать
Предельные измерения в физике

Автор: Нарбутина Айдана Галиевна

Дата: 03.04.2017

Номер свидетельства: 406012

Похожие файлы

object(ArrayObject)#862 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(108) "Программа кружка  в 9 классе "Занимательные опыты по физике""
    ["seo_title"] => string(54) "proghrammakruzhkav9klassiezanimatielnyieopytypofizikie"
    ["file_id"] => string(6) "268043"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(12) "planirovanie"
    ["date"] => string(10) "1450530116"
  }
}
object(ArrayObject)#884 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(97) "Компетентностно - ориентированные задания по физике "
    ["seo_title"] => string(55) "kompietientnostno-oriientirovannyie-zadaniia-po-fizikie"
    ["file_id"] => string(6) "109353"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "testi"
    ["date"] => string(10) "1404394972"
  }
}
object(ArrayObject)#862 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(186) "Решение задач с использованием физического эксперимента и компьютерной измерительной системы L - micro "
    ["seo_title"] => string(116) "rieshieniie-zadach-s-ispol-zovaniiem-fizichieskogho-ekspierimienta-i-komp-iutiernoi-izmieritiel-noi-sistiemy-l-micro"
    ["file_id"] => string(6) "109458"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
    ["date"] => string(10) "1404597687"
  }
}
object(ArrayObject)#884 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(89) "Газовые законы-экспериментальное решение задач "
    ["seo_title"] => string(55) "gazovyie-zakony-ekspierimiental-noie-rieshieniie-zadach"
    ["file_id"] => string(6) "109461"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(11) "presentacii"
    ["date"] => string(10) "1404635072"
  }
}
object(ArrayObject)#862 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(115) "Лабораторная работа№3  "Определение относительной влажности" ."
    ["seo_title"] => string(58) "laboratornaiarabota3opriedielieniieotnositielnoivlazhnosti"
    ["file_id"] => string(6) "268239"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
    ["date"] => string(10) "1450605468"
  }
}

Получите в подарок сайт учителя

Видеоуроки для учителей

Курсы для учителей

ПОЛУЧИТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО МГНОВЕННО

Добавить свою работу

* Свидетельство о публикации выдается БЕСПЛАТНО, СРАЗУ же после добавления Вами Вашей работы на сайт

Удобный поиск материалов для учителей

Ваш личный кабинет
Проверка свидетельства