§ 6. Физика и её влияние на развитие техники
§ 6. Физика и её влияние на развитие техники
§ 6. Физика и её влияние на развитие техники Любой современный человек пользуется достижениями науки и техники, которые всё больше и больше входят в нашу жизнь. Кто-то водит машину, кто-то работает за компьютером, все мы пользуемся разнообразной бытовой техникой. А началось техническое развитие человечества с наблюдения за природой. Так, обнаружив, что камнями с острыми краями можно разбивать другие предметы, разрезать шкуры животных, человек стал широко их использовать.
Научившись выплавлять бронзу, из которой можно было изготавливать ножи, посуду, мечи, наконечники для копий, зеркала и украшения, человечество вошло в следующий период своего развития.
Таким образом, люди практически познавали природу и, пусть на примитивном уровне, применяли свои ещё донаучные знания на практике.
Прошли тысячелетия, прежде чем люди сумели овладеть силой ветра и воды, построить тепловые машины, электрические двигатели, заменить силу своих мышц многократно превосходящей их силой машин и механизмов (рис. 18). И в основе всех событий лежали научные исследования и открытия, являющиеся результатом деятельности различных учёных.
Архимед (287—212 до н. э.) был разносторонним учёным и инженером, внесшим большой вклад в развитие физики. Он первым изучил законы плавания тел, его работы оставались актуальными в течение восемнадцати веков, интересны они и сейчас.
Греческий учёный Клавдий Птолемей (около 100 — около 170) разработал теорию планетных движений, которая позволяла рассчитывать движение планет, солнечные и лунные затмения на 100—200 лет вперёд. Он внёс вклад в развитие физики, математики и географии.
Леонардо да Винчи (1452—1519) — итальянский живописец, скульптор, архитектор, учёный, инженер. Он был одним из первых экспериментаторов.
Галилео Галилей считал основой познания опыт, установил законы инерции, свободного падения тел, заложил теорию колебаний; открыл горы на Луне, пятна на Солнце и другое.
Рис. 18. Современная техника
Английский учёный Исаак Ньютон, продолжая исследования Галилея, связанные с движением тел, создал классическую механику. Ньютон был крупнейшим математиком. Его работы по механике и оптике значительно опередили научный уровень своего времени.
Джеймс Максвелл — выдающийся британский физик, создавший теорию электромагнитного поля. Теория Максвелла не только позволила объяснить явления, известные в то время, но и дала возможность сделать предсказания, которые перевернули жизнь людей и активно используются в наши дни. Речь идёт о существовании электромагнитных волн, благодаря которым возможна, например, радиосвязь.
ИСААК НЬЮТОН
(1643—1727)
Английский физик, математик и астроном. Открыл основные законы движения тел и закон всемирного тяготения, заложил основы физической оптики, разработал важнейшие разделы высшей математики.
ДЖЕЙМС МАКСВЕЛЛ
(1831—1879)
Британский физик и математик. Создал теорию электромагнитного поля, предсказал существование в свободном пространстве электромагнитного излучения и его распространение со скоростью света.
За последние три столетия развитие науки и техники происходило в сотни раз быстрее, чем до XVIII века. В чём причины ускорения прогресса человеческой цивилизации?Основной причиной является развитие физики и влияние её на все области человеческой деятельности. Благодаря физике были созданы реактивные самолёты и ракеты, радио и телевидение, компьютеры и спутниковая связь (рис. 19). Человек полетел в космос, побывал на Луне. Физика способствует развитию техники, но и техника позволяет достичь новых вершин в физике. Развитие техники даёт возможность создавать новые более совершенные приборы и установки для исследования природы: радиолокаторы, электронные микроскопы, ядерные установки. Компьютеры позволяют производить сложнейшие расчёты, анализировать огромное количество опытных данных.
Рис. 19. Достижения современной науки
Блистательным примером взаимного влияния науки и техники является космонавтика. Люди всегда мечтали узнать, что происходит далеко в космосе. Но смогли они дотянуться до своей мечты только в XX в.В это время стали развиваться новые области физической науки: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика твёрдого тела и другие.Тогда работали великие учёные-физики нашей страны: Н. Г. Басов, П. Л. Капица, Л. Д. Ландау, Л. И. Мандельштам, А. М. Прохоров, И. В. Курчатов и другие.
Запуск космического корабля: а — в США; б — в России
Основоположником советской космонавтики был выдающийся учёный-конструктор Сергей Павлович Королёв. Все первые достижения космонавтики связаны с его именем:запуск первого искусственного спутника Земли 4 октября 1957 г.,первый полёт человека в космос 12 апреля 1961 г.,выход человека в открытый космос в 1965 г.Вы, конечно, знаете имена первого космонавта планеты Юрия Алексеевича Гагарина и первого человека, побывавшего в открытом космосе, Алексея Архиповича Леонова (1934—2019).
СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ КОРОЛЁВ (1907—1966)
Российский конструктор, под руководством которого были построены первые пилотируемые космические корабли, отработана аппаратура для выхода человека в космос.
ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ГАГАРИН (1934—1968)
Советский лётчик-космонавт. Первый в мире человек, совершивший полёт в космическое пространство
Физика своими достижениями способствовала успехам многих наук:
— биологии — определение строения ДНК;
— истории, археологии и геологии — радиоуглеродный метод определения дат;
— медицины — физические методы диагностики заболеваний и их лечение;— географии — объяснение причин таких явлений, как ветры, течения, изменения погоды, землетрясения и другое.
В наши дни научные исследования происходят на стыке наук. Так возникли биофизика, физическая химия, геофизика, медицинская физика, астрофизика и другие.
Современная физика достигла огромных успехов, но есть ещё много непонятого в нашем мире. Известный российский учёный-физик лауреат Нобелевской премии Виталий Лазаревич Гинзбург (1916—2009) назвал 30 проблем, стоящих перед физикой сегодня. Их решение обеспечит дальнейший прогресс человечества и, конечно, поставит новые вопросы. Назовём только несколько проблем, которые, видимо, придётся решать вашему поколению: управляемый ядерный синтез; высокотемпературная сверхпроводимость; создание металлического водорода.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ (стр. 23) 1. Какое значение имеет физика для развития техники? Покажите это на примерах. 2. Назовите известные вам имена учёных. Какие открытия ими были сделаны? 3. Приведите примеры влияния развития техники на развитие науки.
Прочитай вопросы. Не переходи на следующую страницу сразу. Несколько минут поразмышляй, ответь на вопросы сам. И только потом перелистывай.
ВопросКакое значение имеет физика для развития техники? Покажите это на примерах. ОтветФизика имеет фундаментальное значение для развития техники, поскольку именно её законы и открытия лежат в основе большинства современных изобретений, которые кардинально изменили мир.Произошла масштабная трансформация, где ручной труд, некогда являвшийся основой производства и повседневной жизни, был постепенно вытеснен сложными механизмами и устройствами.Это стало одним из ключевых приоритетов технического прогресса, направленного на повышение эффективности, производительности и комфорта.
Ярчайшим примером такого прорыва является создание двигателя внутреннего сгорания. Это изобретение, основанное на глубоком понимании термодинамики и механики, произвело настоящую революцию. Оно позволило создать транспортные средства, которые кардинально изменили логистику, путешествия и даже образ жизни людей. Автомобили стали символом личной свободы и мобильности, суда — основой мировой торговли, а поезда — эффективным средством перемещения на большие расстояния.
Однако роль физики не ограничивается только двигателями. Она пронизывает все сферы технического прогресса:
Электротехника и электроника: Открытия в области электричества и магнетизма привели к созданию электрогенераторов, электродвигателей, радиосвязи, компьютеров и всей современной цифровой инфраструктуры. Без понимания законов Ома, Фарадея и Максвелла невозможно было бы представить себе ни одну электрическую лампочку, ни один смартфон.
Материаловедение: Физика твердого тела и квантовая механика позволяют разрабатывать новые материалы с уникальными свойствами — сверхпроводники, полупроводники, композиты, сплавы, которые используются в аэрокосмической отрасли, медицине, строительстве и многих других областях.
Оптика и фотоника: Развитие оптики привело к созданию лазеров, оптоволоконной связи, современных камер, микроскопов и телескопов, которые расширяют наши возможности в науке, медицине и коммуникациях.
Механика и робототехника: Принципы классической механики лежат в основе проектирования мостов, зданий, самолетов, а также сложных роботизированных систем, которые сегодня выполняют задачи, ранее считавшиеся невозможными для машин.
Таким образом, физика не просто «имеет значение» в развитии техники — она является её неотъемлемым фундаментом и движущей силой. Каждое новое техническое достижение, от простейшего рычага до сложнейших ускорителей частиц, опирается на глубокое понимание физических законов, открывая новые горизонты для человечества.
ВопросНазовите известные вам имена учёных. Какие открытия ими были сделаны? Ответ Ещё в 330 году до нашей эры Аристотель представил убедительные аргументы в пользу сферической формы нашей планеты.
Значительно позже, Исаак Ньютон заложил фундамент классической механики, сформулировав законы, которые носят его имя и по сей день. Джеймс Максвелл совершил прорыв, создав единую теорию электромагнетизма, которая не только раскрыла сущность света, но и открыла путь к разработке множества новых технических устройств. Альберт Эйнштейн оставил неизгладимый след в науке, предложив революционные концепции, такие как специальная и общая теории относительности, а также объяснив квантовую природу фотоэффекта. Изобретение лазера стало возможным благодаря трудам Н. Г. Басова и А. М. Прохорова.
ВопросПриведите примеры влияния развития техники на развитие науки. ОтветВот несколько ярких примеров влияния технического прогресса на развитие науки:
Микроскоп. Изобретение и усовершенствование микроскопов (от первых линз XVII века до современных электронных) позволило:
— открыть мир микроорганизмов (А. Левенгук);
— изучить клеточное строение живых организмов (теория клеточного строения);
— исследовать вирусы и ультраструктуру клеток.
Телескоп. Развитие оптики и астрономии дало возможность:
— подтвердить гелиоцентрическую систему (Галилей);
— обнаружить экзопланеты и галактики;
— изучать реликтовое излучение и структуру Вселенной.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ). Компьютеры радикально ускорили:
— математические расчёты (расчёт траекторий космических аппаратов);
— моделирование сложных процессов (климатические модели, квантовая механика);
— обработку больших данных (геномика, астрофизика).
Ядерные реакторы и ускорители частиц. Эти технологии позволили:
— исследовать структуру атома (открытие кварков, бозона Хиггса);
— развивать ядерную медицину (ПЭТ-КТ, радиотерапия);
— создавать новые материалы (радиоизотопы для датировки).
Методы секвенирования ДНК. Автоматизированные приборы для чтения генетического кода:
— сделали возможным проект «Геном человека»;
— ускорили разработку персонализированной медицины;
— позволили изучать эволюцию видов.
Спутниковые системы (GPS, дистанционное зондирование). Дают учёным:
— точные данные о движении тектонических плит;
— возможность мониторить изменения климата;
— инструменты для геодезии и картографии.
Лазеры. Применение в науке:
— спектроскопия высокого разрешения;
— охлаждение атомов до температур, близких к абсолютному нулю;
— лазерная хирургия и оптическая микроскопия.
Роботизированные лаборатории. Автоматизация экспериментов:
— ускоряет синтез новых соединений;
— снижает человеческий фактор в анализе данных;
— позволяет проводить опыты в экстремальных условиях (глубоководные аппараты, марсоходы).
Виртуальная и дополненная реальность. Используется для:
— визуализации сложных молекулярных структур;
— обучения медиков (симуляции операций);
— моделирования физических процессов.
Интернет и облачные технологии. Обеспечивают:
— мгновенный обмен научными данными;
— коллаборацию исследователей по всему миру;
— доступ к мировым базам знаний и вычислительным ресурсам.
конец урока
Комментариев пока нет