Физика глазами литераторов

Обращение ученых к литературе и искусству не случайно: художественные образы нередко подсказывали исследователям путь к правильным решениям именно тогда, когда логика оказывалась бессильна. В связи с этим известный социолог Г. Н. Волков писал: «Библиографы любят умиляться по поводу того, что великие ученые «находили время» играть на скрипке либо писать стихи и музыку. Но искусство не только и не столько хобби в жизни ученого, не только и не столько средство отдыха и приятного времяпрепровождения, сколько совершенно необходимая для самой научной деятельности «гимнастика ума», тренировка его способности рождать фантазии, находить новые связи и ассоциации». Так, например, выдающийся физик ХХ в. А. Энштейн (по воспоминаниям его жены) стимулировал свою творческую деятельность по созданию теории относительности занятиями музыкой.

Как и в искусстве, в науке существует понятие красоты. Истинное знание обладает эстетическими ценностями, заключает в себе совершенство и изящество. Подобные наблюдения еще в древности Платон обобщил энергичным афоризмом «Красота – сиянье истины». Физика как наука тоже ищет внутреннюю красоту мироздания. Стройная и многообразная гармония природы гораздо доступнее человеку, который эстетически более развит.

В технике красота машин и механизмов часто бывает связана с их надежностью, устойчивостью в работе. Существует своего рода постулат: наиболее целесообразные и функционально совершенные изделия являются наиболее красивыми.

Искусство положительно влияет на эмоциональное восприятие человека.

Известны случаи, когда писатели в художественных произведениях предвосхищали некоторые выводы науки. К примеру, римский поэт Лукреций высказал в своем знаменитом сочинении «О природе вещей» мысли, которые нашли себе подтверждение лишь в современной науке, т. е. через 2000 лет. Дж. Свифт в книге «Путешествия Гулливера» за 200 лет предугадал открытие спутников Марса и различия во времени их обращения.

Физика и лирика связаны между собой незримыми нитями, ведущими вместе в мир знаний; они развивают наше мышление, учат грамотно излагать мысли, понимать красоту окружающего мира. Тот, кто по-настоящему увлечен физикой, должен развиваться эстетически, дружить с литературой и искусством.

Физические явления.

1. Диффузия – взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга происходящие вследствие беспорядочного движения частиц вещества.

2. Воздухоплавание. Для воздухоплавания используют воздушные шары. Чтобы шар поднимался в воздухе, его нужно наполнить газом, имеющим плотность меньшую, чем плотность воздуха, а плотность теплого воздуха меньше плотности воздуха на улице. По мере поднятия шара вверх архимедова сила, действующая на него, уменьшается, так как плотность воздуха верхних слоев атмосферы меньше, чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этой цели балласт (высыпают песок из мешков) и этим облегчают шар (уменьшают силу тяжести). В конце концов воздушный шар достигает своей предельной высоты подъема. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускают часть газа. . Первая космическая (круговая) скорость – минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли (или небесного тела), чтобы тело могло двигаться вокруг Земли (или небесного тела) по круговой орбите. V1=7,9 км/с.

Вторая космическая скорость – минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли (или небесного тела) для того, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Земли (или небесного тела). V2=11,2 км/с.

4. Агрегатные состояния вещества. В зависимости от условий одно и тоже вещество может находиться в различных состояниях: в твердом, жидком, или газообразном. Наглядным примером этому служит лед, вода и водяной пар. Эти состояния называют агрегатными состояниями. В природе изменение агрегатных состояний происходит в широких масштабах. С поверхности океанов, морей, озер и рек испаряется вода, а при охлаждении водяного пара образуются облака, роса, туман или снег. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют отвердеванием или кристаллизацией. Температуру, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации. Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией (от. лат. слова конденсаре– сгущать). Конденсация пара сопровождается выделением энергии. Конденсацией пара объясняется образованием облаков. Пары воды, поднимающиеся над землей, образуют в верхних, более холодных слоях воздуха облака, состоящие из мельчайших капелек воды. 5. Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией объясняются, например, ветры, бризы, возникающие на берегах морей. В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой, его плотность уменьшается и давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух по низу с моря перемещается к берегу – дует ветер. Это и есть дневной бриз. Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Образуется ночной бриз – движение холодного воздуха от суши к морю.. Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Существует несколько видов тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовые турбины, реактивный двигатель. Во всех этих двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа (или пара). Расширяясь, газ совершает работу и при этом охлаждается, часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию. . Зеркальное и рассеянное отражение. Зеркальная поверхность отражает падающий на нее пучок света направленно. Пусть, например, на зеркало падает пучок параллельных лучей от Солнца. Лучи отражаются также параллельным пучком. Всякая незеркальная, т. е. шероховатая, негладкая, поверхность рассеивает свет: отражает падающий на нее пучок параллельных лучей по всем направлениям. Объясняется это тем, что шероховатая поверхность состоит из большого числа очень маленьких плоских поверхностей, расположенных беспорядочно, под разными углами друг к другу. Каждая маленькая плоская поверхность отражает падающий на нее луч согласно закону отражения света в определенном направлении. Но все вместе они направляют отраженные лучи в разные стороны, т. е. рассеивают свет по разным направлениям. 8. Отражение и преломление света используют для того, чтобы изменить направление лучей или, как говорят, управлять световыми пучками. На этом основано создание специальных оптических приборов, таких, например, как прожектор, лупа, микроскоп, фотоаппарат, бинокль, телескоп. Главной частью большинства из них является линза. 9. Дисперсия. В чем же сущность явления дисперсии? Оказывается, что электромагнитные волны с разными частотами только в вакууме распространяются с одинаковой скоростью с. В веществе скорость волны зависит от ее частоты, причем обычно волна с малой частотой (например, красный свет) распространяется быстрее волны с большей частотой (например, фиолетовый свет). Зависимость скорости света в веществе от частоты световой волны называется дисперсией. Конечно, можно назвать дисперсией и зависимость скорости света в веществе от длины волны, но при этом надо помнить, что речь идет о длине волны в вакууме. В веществе же длина волны изменяется, а частота колебаний остается неизменной. Но если скорость v волны в веществе зависит от ее частоты, то и показатель преломления n=c/v тоже зависит от частоты световой волны.

Распространение радиоволн. При использовании электромагнитных волн для радиосвязи как источник, так и приемник радиоволн чаще всего располагаются вблизи земной поверхности. Форма и физические свойства земной поверхности, а также состояние атмосферы сильно влияют на распространение радиоволн. Особенно существенное влияние на распространение радиоволн оказывают слои ионизированного газа в верхних частях атмосферы на высоте 100-300 км над поверхностью Земли. Эти слои называют ионосферой. Ионизация воздуха верхних слоев атмосферы называется электромагнитным излучением Солнца и потоком заряженных частиц, излучаемых им. Проводящая электрический ток ионосфера отражает радиоволны с длиной волны λ>10 м как обычная металлическая пластина. Но способность ионосферы отражать и поглощать радиоволны существенно меняется в зависимости от времени суток и времен года. Устойчивая радиосвязь между удаленными пунктами на земной поверхности вне прямой видимости оказывается возможной благодаря отражению волн от ионосферы и способности радиоволн огибать выпуклую земную поверхность. Это огибание выражено тем сильнее, чем больше длина волны. Поэтому радиосвязь на больших расстояниях за счет огибания волнами Земли оказывается возможной лишь при длинах волн, значительно превышающих 100 м (средние и длинные волны).

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц. О наличии электрического тока в цепи мы можем судить лишь по различным явлениям, которые вызывает электрический ток. Такие явления называют действиями тока. Тепловое действие тока можно наблюдать, например, присоединив к полюсам источника тока железную или никелиновую проволоку. Проволока нагревается и, удлинившись поэтому, слегка провисает. Ее даже можно раскалить докрасна. В электрических лампах, например, тонкая вольфрамовая проволока накаливается током до яркого свечения.