Механическое явление в физике: 7 класс «Механические явления».

Содержание

Материалы к вступительным испытаниям по физике
Военной академии связи
им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного

Физика и физические методы изучения природы

Физика — наука о природе. Физические тела и явления. Наблюдение и описание физических явлений. Физический эксперимент. Моделирование явлений и объектов природы.

Физические величины и их измерение. Точность и погрешность измерений. Международная система единиц.

Физические законы и закономерности. Физика и техника. Научный метод познания. Роль физики в формировании естественнонаучной грамотности.

Механические явления

Механическое движение. Материальная точка как модель физического тела. Относительность механического движения. Система отсчета. Физические величины, необходимые для описания движения и взаимосвязь между ними (путь, перемещение, скорость, ускорение, время движения). Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение. Равномерное движение по окружности. Первый закон Ньютона и инерция. Масса тела. Плотность вещества. Сила. Единицы силы. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Свободное падение тел. Сила тяжести. Закон всемирного тяготения. Сила упругости. Закон Гука. Вес тела. Невесомость. Связь между силой тяжести и массой тела. Динамометр. Равнодействующая сила. Сила трения. Трение скольжения. Трение покоя. Трение в природе и технике.

Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Механическая работа. Мощность. Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия. Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения полной механической энергии.

Простые механизмы. Условия равновесия твердого тела, имеющего закрепленную ось движения. Момент силы. Центр тяжести тела. Рычаг. Равновесие сил на рычаге. Рычаги в технике, быту и природе. Подвижные и неподвижные блоки. Равенство работ при использовании простых механизмов («Золотое правило механики»). Коэффициент полезного действия механизма.

Давление твердых тел. Единицы измерения давления. Способы изменения давления. Давление жидкостей и газов Закон Паскаля. Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Сообщающиеся сосуды. Вес воздуха. Атмосферное давление. Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли. Барометр-анероид. Атмосферное давление на различных высотах. Гидравлические механизмы (пресс, насос). Давление жидкости и газа на погруженное в них тело. Архимедова сила. Плавание тел и судов Воздухоплавание.

Механические колебания. Период, частота, амплитуда колебаний. Резонанс. Механические волны в однородных средах. Длина волны. Звук как механическая волна. Громкость и высота тона звука.

Тепловые явления

Строение вещества. Атомы и молекулы. Тепловое движение атомов и молекул. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Броуновское движение. Взаимодействие (притяжение и отталкивание) молекул. Агрегатные состояния вещества. Различие в строении твердых тел, жидкостей и газов.

Тепловое равновесие. Температура. Связь температуры со скоростью хаотического движения частиц. Внутренняя энергия. Работа и теплопередача как способы изменения внутренней энергии тела. Теплопроводность. Конвекция. Излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике. Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Удельная теплота сгорания топлива. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Удельная теплота плавления. Испарение и конденсация. Поглощение энергии при испарении жидкости и выделение ее при конденсации пара. Кипение. Зависимость температуры кипения от давления. Удельная теплота парообразования и конденсации. Влажность воздуха. Работа газа при расширении. Преобразования энергии в тепловых машинах (паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель). КПД тепловой машины. Экологические проблемы использования тепловых машин.

Электромагнитные явления

Электризация физических тел. Взаимодействие заряженных тел. Два рода электрических зарядов. Делимость электрического заряда. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Проводники, полупроводники и изоляторы электричества. Электроскоп. Электрическое поле как особый вид материи. Напряженность электрического поля. Действие электрического поля на электрические заряды. Конденсатор. Энергия электрического поля конденсатора.

Электрический ток. Источники электрического тока. Электрическая цепь и ее составные части. Направление и действия электрического тока. Носители электрических зарядов в металлах. Сила тока. Электрическое напряжение. Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления.

Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи. Удельное сопротивление. Реостаты. Последовательное соединение проводников. Параллельное соединение проводников.

Работа электрического поля по перемещению электрических зарядов. Мощность электрического тока. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля — Ленца. Электрические нагревательные и осветительные приборы. Короткое замыкание.

Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Магнитное поле тока. Опыт Эрстеда. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли. Электромагнит. Магнитное поле катушки с током. Применение электромагнитов. Действие магнитного поля на проводник с током и движущуюся заряженную частицу. Сила Ампера и сила Лоренца. Электродвигатель. Явление электромагнитной индукция. Опыты Фарадея.

Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Электрогенератор. Переменный ток. Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние. Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и телевидения. Влияние электромагнитных излучений на живые организмы.

Свет – электромагнитная волна. Скорость света. Источники света. Закон прямолинейного распространение света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Закон преломления света. Линзы. Фокусное расстояние и оптическая сила линзы. Изображение предмета в зеркале и линзе. Глаз как оптическая система. Дисперсия света.

Квантовые явления

Строение атомов. Планетарная модель атома. Квантовый характер поглощения и испускания света атомами. Линейчатые спектры.

 Опыты Резерфорда.

Состав атомного ядра. Протон, нейтрон и электрон. Закон Эйнштейна о пропорциональности массы и энергии.

Дефект масс и энергия связи атомных ядер.

Радиоактивность. Период полураспада. Альфа-излучение.

Бета-излучение

Гамма-излучение. Ядерные реакции. Источники энергии Солнца и звезд. Ядерная энергетика. Дозиметрия.

новый репетитор для подготовки к ОГЭ : Механически…

Касаткина, И. Л.

Данное пособие предназначено для качественной подготовки выпускников 9 классов к ОГЭ. оно включает в себя краткую теорию и формулы по всем разделам курса физики с 7 по 9 классы. В конце каждого раздела содержатся задания и ответы к ним с подробным объяснением.

Полная информация о книге

  • Вид товара:Книги
  • Рубрика:Физика
  • Целевое назначение:Рабочие тетр.,тесты и др. уч. пособ. д/уч.5-9 кл.
  • ISBN:978-5-2223-2445-5
  • Серия:Без репетитора
  • Издательство:
    Феникс
  • Год издания:2020
  • Количество страниц:335
  • Тираж:3000
  • Формат:84х108/32
  • УДК:373. 167.1:53
  • Штрихкод:9785222324455
  • Переплет:обл.
  • Сведения об ответственности:Ирина Касаткина
  • Код товара:38787

Что такое механическое явление — Школьные Знания.com

100 баллов,срочно!!!
5. Расставьте правильно зарядовое и массовое числа:
25 55 Mn + 0 1 n → 24 x Cr + x 1 H (2 б)
4.Определите дефект масс, энергию св

язи, удельную энергию связи у изотопа
цезия 55 132 Cs (m Н =1.00728 аем, m n =1.00867 аем, М атома =132,9054 аем, с 2 =931,5
МэВ/аем).

100 баллов
1.Расставьте правильно зарядовое и массовое числа:
25 55 Mn + 0 1 n → 24 x Cr + x 1 H
2.4.
Определите дефект масс, энергию связи, удельную

энергию связи у изотопа
цезия 55 132 Cs (m Н =1.00728 аем, m n =1.00867 аем, М атома =132,9054 аем, с 2 =931,5
МэВ/аем).

СРОЧНО ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА

ПОМОГваыаываы45 Маа ОСТАЛОСу УМОупЯЮ!!!Тот факт, что воздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вы оценить, массе скольких пятикла

ссников N (масса одного пятиклассника пусть пыывпывпывв равна 29,7 кг) равняется масса воздуха в лаборатории физики плыпощадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?Тот факт, что воздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вы оценить, массе скольких пятиклассников N (масса одного пятиклассника пусть будет равна 29,7 кг) равняется масса воздуха в лаборатории физики площадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?Тот факт, что воздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вы оценить, массе скольких пятиклассников N (масса одного пятиклассника пусть будет равна 29,7 кг) равняется масса воздуха в лаборатории физики площадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?Тот факт, что воздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вы оценить, массе скольких пятиклассников N (масса одного пятиклассника пусть будет равна 29,7 кг) равняется масса воздуха в лаборатории физики площадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?Тот факт,вывоздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вы оценпивтыь, массе сквпыльких пятиклассников N (масса одного пятиклассника впыусть будет равна 29,7 кг) равняется масса воыпыздуха в лабопыптории физики площадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?Тот факт, что воздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вы оценить, массе скольких пятиклассников N (масса одного пятиклассника пусть будет равна 29,7 кг) равняется масса воздуха в лаборатории физики площадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?Тот факт, что воздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вы оценить, массе скольких пятиклассников N (масса одного пятиклассника пусть будет равна 29,7 кг) равняется масса воздуха в лаборатории физики площадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?Тот факт, что вопвыпздух имеет массу, известен даже пятиклассникам. А сможете ли вывпприи выфизики площадью 75 и высотой потолка 4 м ? Выберите правильный ответ. N=?варианты ответа: 13 14 15 16

определите кпд по графику ​

Роль электромагнитных сил в природе и технике. Нужно составить 20 вопросов и ответов

Реши поэтапно задачу.
В дно водоёма вбита свая длиной l= 1,07 м. Свая возвышается над поверхностью воды на h= 0,32 м. Угол между горизонтом и лучами с

олнца, падающими на поверхность воды, равен ϕ = 30°. Определи длину тени от сваи на дне водоёма, если показатель преломления воды равен n= 1,5−−−√.
рис 07.jpg
1. Глубина водоёма равна H=
м. (Округли до сотых).
2. Угол падения светового луча на поверхность воды равен α =
°.
3. Угол преломления равен β =
°.
4. Длина тени равна L=X+x=
м. (Округли до сотых).

используя правила построения, изобразите переломанный луч ( перерисовать в тетрадь.)

Помогите пожалуйста.
Выбрал 93 баллов.
Машина, имеющая мощность 69 л.с. и массу 1350 кг, трогается с места. Сколько работы машина проделала за первые

4 секунды, если машина движется прямо и сила сопротивления не принимается во внимание.
1) Сколько работы проделала машина? A = …. J (результат округляется до ближайшего целого числа)
2) Сколько кинетической энергии машина получает за первые 4 секунды? Ek = …. J (результат округляется до ближайшего целого числа)
3) Какую скорость машина набирает за первые 4 секунды? v = …. м / с (результат округляется до 1 знака после запятой)

Помогите пожалуйста!!!
С высоты 90 м над поверхностью Земли тело выбрасывается со скоростью 9,06 м / с и массой 1 кг. Рассчитайте кинетическую энергию

тела и потенциальную энергию в момент выброса, если поверхность Земли выбрана в качестве опорного уровня потенциальной энергии.
1. Запишите кинетическую энергию в момент выброса J (целое число):
2. Введите потенциальную энергию в момент выброса J (целое число):

Физика 7 класс Механические явления | Презентация к уроку по физике (7 класс):

Слайд 1

Механические 7 класс явления

Слайд 2

Содержание 1. Движение и взаимодействие тел во время спортивных соревнований 2. Движение и взаимодействие тел в космосе 3. Движение и взаимодействие тел в быту 4. Движение и взаимодействие тел на производстве 5. Движение и взаимодействие тел в животном мире 6. Движение и взаимодействие тел в городе 7. Движение и взаимодействие тел в организме 8. Задание для закрепления 9. Тест 10. Используемые источники: литература и интернет-сайты

Слайд 3

1. Движение и взаимодействие тел во время спортивных соревнований «Содержание»

Слайд 4

2. Движение и взаимодействие тел в космосе «Содержание»

Слайд 5

3. Движение и взаимодействие тел в быту «Содержание»

Слайд 6

4. Движение и взаимодействие тел на производстве «Содержание»

Слайд 7

5. Движение и взаимодействие тел в животном мире «Содержание»

Слайд 8

6. Движение и взаимодействие тел в городе «Содержание»

Слайд 9

7. Движение и взаимодействие тел в организме «Содержание»

Слайд 10

8. Задание для закрепления 1. Катится шар. 3. Слышны раскаты грома. 5. Снег тает. 7. Звёзды мерцают. 9. Вода кипит. 11. Наступает рассвет. 13. Плывёт бревно. 15. Колеблется маятник часов. Какие явления относятся к механическим? 2. Плавится синец. 4. Холодает. 6. Плывут облака. 8. Эхо. 10. Летит голубь. 12. Сверкает молния. 14. Шелестит листва. 16. Горит электрическая лампочка. «Содержание»

Слайд 11

9. Тест 1. Относится ли к механическому явлению когда скачет мяч? а) нет б) да в) зависит от того чей мяч 2. Расстояние, пройденное телом за некоторый промежуток времени, называют: а) траектория б) пройденный путь в) метр 3. Совершают ли движение рыбы относительно земли? а) нет б) да в) они водоплавающие 4. Движется ли панцирь относительно черепахи? а) да б) нет в) зависит от возраста черепахи 5. Какую траекторию движения имеют молекулы газа? а) криволинейную б) прямолинейную в) ломанную линию «Содержание»

Слайд 12

10. Используемые источники: литература и интернет-сайты А.В. Перышкин «Физика 7 класс» А.В. Перышкин «Сборник задач по физике 7-9 классы» В.А. Волков «Поурочные разработки по физике» https:// yandex.ru/images/search?text =%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F https:// yandex.ru/images/search?p =46&text=%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%B2%20%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B5 https:// yandex.ru/images/search?text =%D1%81%D0%BE%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%B1%D1%8B%D1%82 https:// yandex.ru/images/search?p =1&text=%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE https:// yandex.ru/images/search?p =14&text=%D0%B6%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BC%D0%B8%D1%80 https://yandex. ru/images/search?p=31&text=%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%B2%20%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5 http://tepka.ru/fizika_7/1.3.html «Содержание»

Презентация «Механические явления» — физика, презентации

Похожие файлы

object(ArrayObject)#881 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(57) "Расчет механического движения "
    ["seo_title"] => string(39) "raschiet-miekhanichieskogho-dvizhieniia"
    ["file_id"] => string(6) "116290"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
    ["date"] => string(10) "1412403375"
  }
}
object(ArrayObject)#903 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(42) "Явление инерция. Масса "
    ["seo_title"] => string(27) "iavlieniie-iniertsiia-massa"
    ["file_id"] => string(6) "141961"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
    ["date"] => string(10) "1418210987"
  }
}
object(ArrayObject)#881 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(44) "Явление   инерция.  Масса "
    ["seo_title"] => string(29) "iavlieniie-iniertsiia-massa-1"
    ["file_id"] => string(6) "141968"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
    ["date"] => string(10) "1418211335"
  }
}
object(ArrayObject)#903 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(86) "Конспект урока по физике "Механическая работа" "
    ["seo_title"] => string(51) "konspiekt-uroka-po-fizikie-miekhanichieskaia-rabota"
    ["file_id"] => string(6) "131606"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
    ["date"] => string(10) "1416169359"
  }
}
object(ArrayObject)#881 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(38) ""Материальная точка" "
    ["seo_title"] => string(21) "matierial-naia-tochka"
    ["file_id"] => string(6) "165423"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(5) "uroki"
    ["date"] => string(10) "1422805019"
  }
}

Физические процессы и явления в жизни домашней кошки




В данной статье проведено исследование существующих физических явлений на примере домашнего питомца — кошки Ласки. Определяется, что кошачья жизнь сопряжена с механическими, тепловыми, электрическими и оптическими физическими явлениями.



Ключевые слова:



физические явления, методы изучения, механические, тепловые, электрические, оптические явления.

Как сказал знаменитый британский физик, отец «ядерной физики» Эрнест Резерфорд: «Все науки делятся на физику и коллекционирование марок». В этих простых словах кроется большая истина, ведь физика — одна из основных наук о природе.

Вездесущность физических явлений натолкнула меня на мысль о том, что физика — это наука понимать природу. Мы, как и «братья наши меньшие», домашние животные, частицы этой природы, следовательно, все законы физической науки должны найти и в нас, и в них свое проявление. Таким образом, была сформирована цель исследования и вытекающие из нее задачи.

Цель: определить физику как науку о явлениях природы, физические явления и способы изучения физических явлений на примере повседневной жизни домашней кошки.

Гипотеза: если физика окружает нас повсюду, то животные, в том числе и моя кошка Ласка, должны подчиняются основным физическим законам.

Задачи исследования:

 изучить литературу, содержащую информацию о физических явлениях и методах их изучения

 определить, какие конкретно физические явления присутствуют в жизни домашней кошки Ласки

Явления природы, изучением которых занимается физика, называются физическими. Все их условно можно разделить на такие группы:

  1. механические
  2. тепловые
  3. электромагнитные
  4. световые (оптические)

Для изучения физических явлений в природе используют различные методы. Самым доступным является наблюдение.

Однако наблюдения не всегда могут удовлетворить ученых. Происходит это по ряду причин:

– часто явление протекает быстро, например, молния;

– их не всегда и не везде можно наблюдать, например, полярное сияние:

– в природе явления почти не встречаются в “чистом виде”, их сопровождают другие явления. Например, капля дождя при своем падении может испаряться.

– природные условия далеко не всегда позволяют ответить на вопрос, что будет со свойством вещества при изменении условий. Например, какой будет твердость алмаза при очень низкой температуре?

Поэтому для изучения многих явлений приходится осуществлять их в лаборатории, т. е. ставить опыты. Опыты отличаются от наблюдений тем, что их проводят с определенной целью, по заранее обдуманному плану и во время опыта обычно выполняются специальные измерения. Наблюдения и опыты — источники физических знаний.

Полученные в ходе наблюдений и опытов факты надо объяснить, опираясь на уже известное. Это — этап теоретического осмысления. Он требует от человека обширных знаний, способности к догадке и обобщению. Ученые выдвигают догадку (гипотезу), т. е. дают объяснение, почему происходит то или иное явление. Когда выдвинута гипотеза — это еще не значит, что сделано открытие. Для того чтобы убедиться в правильности выдвинутой гипотезы (догадки), ученые ставят контрольный опыт

Последний этап — опытная проверка правильности найденного объяснения. Таким образом, изучение физического явления обычно проходит следующие четыре этапа.

1-й этап. Наблюдение явления в природе.

2-й этап. Воспроизведение явления в лаборатории, т. е. постановка опыта.

3-й этап. Осмысление явления и его объяснение, выдвижение гипотезы.

4-ый этап. Опытная проверка правильности найденного объяснения (контрольный опыт) [6].

Таким образом, к методам изучения физических явлений относят:

– наблюдение;

– эксперимент;

– моделирование.

Объектом исследования данной работы являлась кошка Ласка. Возраст — 5 лет, вес — 7,3 кг. Как объект экспериментальных и теоретических исследований кошка всегда привлекала выдающиеся физические умы. Классическим примером стали рассуждения о способности кошки подтверждать закон сохранения момента импульса — она всегда приземлялась на четыре лапы. Подробно этот феномен освещался во многих трудах [5].

Проанализируем механические явления в жизни кошки. Механическое явление — это движение тел, то есть изменение их взаимного положения в пространстве, а также взаимодействие между телами. Механические явления встречаются в жизни кошки Ласки буквально на каждом шагу, так как ходьба — это движение, при котором мы взаимодействуем с Землей. Ходьба, прыжки, приземления на лапы, потягивание, простые механизме в скелете, обтекаемая форма меха при беге, даже мурлыканье — это все механические явления.

Ходьбу и бег кошки можно рассматривать как колебательное движение, в процессе которого, то нарушается, то восстанавливается равновесие тела

Особый интерес представляет приземление кошки на лапы (рис.1).

Рис.1. Приземление кошки на лапы

Хвост во время падения совершает вращение, заставляющее все тело животного поворачиваться в обратном направлении; так продолжается до тех пор, пока органы равновесия кошки не отметят, что ее голова заняла правильное положение относительно поля тяготения. Затем происходит выравнивание тела животного относительно его продольной оси. Концом вращений кошки является сведение лап вместе, при этом она выгибает спину, хвост играет роль амортизатора.

Тепловые явления — это нагревание и охлаждение тел, а также переходы вещества, из которого состоят тела, из одного состояния в другое (из газообразного в жидкое и наоборот, а также из жидкого в твердое и наоборот). Самым основным тепловым явлением в жизни кошки является температура тела. Температура тела кошки в нормальном состоянии колеблется в пределах 38,0–39,5°С, у котят — более высокая. Температура тела зависит от физической и психической активности кошки. Нормальная температура тела кошек выше, чем у человека, так что при меньшей массе тела ей требуется больше затрат энергии для поддержания температуры на постоянном уровне. Контроль температуры тела в значительной степени увеличивается выбором кошкой своего места. В теплый день она то и дело будет переходить из солнца в тень и обратно для поддержания внутреннего комфорта. При резком повышении температуры окружающей среды (например, в закрытом автомобиле, оставленном на солнце) у кошки может случиться тепловой удар.

Большую роль в теплообмене играет шерсть кошки: ее волосяной покров. Распределение тепла в организме кошки представлено на рис.2.

Рис.2. Термограмма (распределение температуры тела) кошки

Знаете ли вы, что, даже поглаживая кошку, мы получаем электрический заряд? Правда, чтобы зажечь обычную лампочку, нам придется одновременно гладить несколько миллионов кошек. Когда кошку гладят по шерсти в сухую погоду или в сухом помещении, шерсть от трения быстро электризуется. Если гладить долго или сильно, то возникает разряд — искра. Отмечу, что данное явление вызывает у кошки неприятные ощущения.

Оптическими, или световыми, явлениями называют явления, связанные со светом. Зрение кошки — пример оптического явления (рис.3).

Рис.3. Зрение кошек

Глаз — это орган, через который кошка получает значительную часть информации. Оба глаза кошки смотрят в одном направлении. Расположение глаз кошки уникально. Ее поле зрения вдвое шире, чем у собаки, и в полтора раза, чем у человека. Даже если кошка сидит боком к вам, она вас видит. Глаза у кошек велики по сравнению с размерами их головы. У них, в отличие от человека, есть третье веко, известное под названием «мигательная перепонка». Оно ослабляет яркий свет и защищает глаза от повреждений. При ярком свете зрачок кошки сужается и превращается в узкую вертикальную полоску, а в темноте расширяется и становится круглым. Глаза у кошки обладают удивительным свойством: они светятся в темноте

Таким образом, в данной работе проведено исследование существующих физических явлений на примере домашнего питомца — кошки Ласки и определено, что кошачья жизнь сопряжена с механическими, тепловыми, электрическими и оптическими физическими явлениями.

Литература:

  1. Белага В. В., Ломаченков И. А., Панебратцев Ю. А. Учебник Физика — 7 Сферы. Москва «Просвещение» — 2014 г.- 143 с.
  2. Генденштейн Л. Э. Физика, 7 кл.: Учебник для средних общеобразовательных школ. — Х.: Гимназия, 2007. — 208 с.
  3. Нестерова Д. В. Кошкотерапия. Пушистое лекарство. М.: Рипол классик, 2008. — 66 с.
  4. Сибрук В. Роберт Вильямс Вуд. Современный чародей физической лаборатории. Научно-популярное издание. — Перевод с англ. В. С. Вавилова под ред. акад. С. И. Вавилова. — М. — Л.: ОГИЗ — Гостехтеориздат, 1946. — 158 с.
  5. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том 1. Механика. М.: Наука, 1979. — 520 с.
  6. Физические явления и эффекты в технических системах: учеб. пособие / В. Л. Бурковский, Ю. Н. Глотова, Д. А. Ефремов, А. В. Романов. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет». 2007. — 247 с.

Основные термины (генерируются автоматически): явление, кошка, домашний питомец, контрольный опыт, кошачья жизнь, яркий свет, опытная проверка правильности, жизнь кошки, кошка Ласки, метод изучения.

Набор демонстрационный Механические явления «Механика» кабинет физики Учебное оборудование Оборудование для кабинета химии Учебное оборудование для кабинета физики Оборудование для кабинета биологии

Мы предлагаем

Набор демонстрационный Механические явления «Механика»

Цена: 19 000,00 р.

Набор демонстрационный «Механика» обеспечивает проведение демонстрационных экспериментов по следующим тематикам: изучение  кинематики и динамики поступательного движения; сила трения; закон сохранения движения; механические колебания.
Позволяет выполнить 20 демонстраций:
   1. Равномерное движение
   2. Перемещение при равномерном движении
   3. Неравномерное движение. Понятие средней скорости.
   4. Определение мгновенной скорости
   5. Определение ускорения при равноускоренном движении
   6. Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении
   7. Путь, пройденный телом при равноускоренном движении (вариант 1)
   8. Путь пройденный телом при равноускоренном движении (вариант 2)
   9. Определение ускорения свободного падения (вариант 1)
  10. Определение ускорения свободного падения (вариант 2)
  11. Проявление инерции
  12. Зависимость ускорения от величины силы и массы
  13. Движение системы тел в поле силы тяжести
  14. Движение тела по наклонной плоскости без трения
  15. Движение тела по наклонной плоскости с трением
  16. Закон сохранения импульса
  17. Упругий удар
  18. Сохранение механической энергии в поле силы тяжести
  19. Измерение периода колебаний маятника
  20. Измерение интервалов времени
Комплектация:
1. Скамья для изучения механического движения
2. Тележки на магнитной подвеске – 2 шт.
3. Ограничитель
4. Брусок для изучения движения с трением
5. Оптоэлектрические датчики – 2 шт.
6. Транспортир с отвесом
7. Блок
8. Грузы наборные – 2 шт. 
9. Стальные шарики – 3 шт.
10. Пусковое устройство
11. Маятник
12. Кабель соединительный (5 м)
Элементы набора устанавливаются на вертикальной доске с металлической основой.
Набор обеспечен рекомендациями по использованию.

кабинет физики

« Назад

Mechanical Phenomenon — обзор

6 Наименьшее, лучшее и другие варианты

Одним из важнейших принципов классической механики является PLA. Это часть долгой истории поиска основных принципов и их соответствующей математической формулировки. 13 Как уже подчеркивал Планк, его применимость не ограничивается только механическими явлениями, но применима также к тепловым и электродинамическим событиям (см. [9]).

Самая популярная математическая формулировка PLA была найдена сэром Уильямом Роуэном Гамильтоном с помощью вариационного исчисления.

Он поднял вопрос, как отличить оптимальную траекторию движущегося тела от бесконечного множества (виртуальных) других, и решил эту проблему, оптимизируя интеграл по лагранжиану тела

(18) ∫t1t2L (r˙ (t), undefinedr (t)) dt → opt.!

с лагранжианом L , определяемым как разность между кинетической энергией и потенциалом объемных сил или — в терминах, используемых здесь — как преобразование Лежандра функции Гамильтона H

(19) L = H −v⋅P.

На языке вариационного исчисления это читается как

(20) δ∫t1t2L (r˙ (t), r (t)) dt = ∫t1t2δL (r˙ (t), r (t)) dt = undefined0,

и называется принципом Гамильтона (см. [10]).

В свете соображений предыдущих разделов и с учетом замечания Планка кажется необходимым вернуться к вопросу о том, какое количество должно быть оптимизировано.

Анализ уравнения. (19) можно понять, что лагранжиан L является разницей между H и произведением сохраняющейся величины P и его сопряженной интенсивной переменной v .Другими словами: H уменьшается из-за формы энергии величины P , для которой существует условие зацепления (т. Е. Уравнение (17) 1 . В классической механике, где существуют только материальные точки и силы H обозначает полную энергию системы n -многих частиц.

Теперь рассмотрим систему тело-поле из раздела 5 и ее преобразованную по Лежандру энергию E с соответствующим полным дифференциалом

(21) dE = v⋅dP − F⋅dr + Ω⋅dL − M⋅dα + T * dS − p * dV + μk * dNk + UdQ − I * dΞ.

По аналогии с лагранжианом (19) очевидно, что энергия E должна быть уменьшена формами энергии P , L и Q , для которых существуют условия зацепления, т. е. и угловой момент, а также заряд. Это делается с помощью соответствующего трехкратного преобразования Лежандра

(22) E [P, L, Q]: = E − ∂E∂P⋅P − ∂E∂L⋅L − ∂E∂QQ = E − v ⋅P − Ω⋅L − UQ.

Очевидно, E [ P , L , Q ] является расширением классического лагранжиана.[P, L, Q] (r, r˙, α, α˙, Ξ, Ξ˙, S, V, Nk).

Эта функция намного сложнее лагранжиана L и включает переменные, необходимые для описания необратимых явлений реальных процессов. Из его списка переменных ясно, что мы должны учитывать не только вектор положения и скорость, но и угловое положение и скорость, а также магнитный поток и его производную по времени, энтропию, объем и количество частиц.

Использование энергоподобной функции (24) гарантирует совместимость пространства Гиббса и пространства параметров, которое впервые было вызвано использованием условий зацепления (9) и (10).

Следует сделать несколько замечаний относительно природы E [ P , L , Q ] : Его полный дифференциал (23) содержит последние три формы энергии, составляющие общую энергию E * рассматриваемой системы — (3) — родовыми моделями S , V и N k . Все остальные изначальные формы энергии исчезли в результате преобразований Лежандра. Две из этих последних трех форм энергии, относящиеся к родовым моделям S и N k вместе с их сопряженными T * и μ * , могут быть представлены соответствующими балансами, каждая из которых приводит к плотности потока. и термин «плотность производства».Оба типа терминов проявляют чистые эффекты диссипации. Кроме того, другие условия продукта уравнения. (23) обозначают диссипативные эффекты, которые могут быть объединены алгебраическими манипуляциями таким образом, что они возникают как части двух балансов импульса системы для линейного и углового момента. Остальные электромагнитные воздействия, описанные U и Ξ — местная электрическая сила и магнитный поток — вместе с их сопряженными Q и I — зарядом тела и электрическим током соответственно — также оказываются чисто диссипативными.Громоздкий анализ показывает, как связать эти различные электромагнитные эффекты необратимости с условиями плотности потока и плотности производства, а также с упомянутыми выше балансами импульса. [P, L, Q] (r , r˙, α, α˙, Ξ, Ξ˙, S, V, Nk) dt = 0.

Это приводит к новой далеко идущей интерпретации физического смысла PLA:

«Без дополнительных ограничений любой необратимый процесс в природе протекает таким образом, что диссипация во время процесса сводится к минимуму». 15

Исходя из этого вывода, знаменитый тезис Лейбница может быть переведен с чисто механистической картины мира на реалистичную: поскольку необратимость и диссипация неизбежны в реальных процессах, лучший способ — это запустить их с наименьшими затратами. диссипация.Поскольку эта интерпретация не ограничивается стационарными процессами, она обобщает утверждение Пригожина о том, что для стационарных необратимых процессов производство энтропии минимально (см. [11]).

Следуя классической цепочке мысли, будут исследованы характеристики преобразования этого интеграла действия, чтобы найти симметрии и их свойства. С этой целью координаты пространства, времени, углового положения и магнитного потока теперь могут подвергаться непрерывным преобразованиям с r -многими параметрами вида

(27) t¯: = Y ^ t (r, α, , T, ϖ), r¯i: = Y ^ ri (r, α, Ξ, t, ϖ), α¯i: = Y ^ αi (r, α, Ξ, t, ϖ), Ξ¯: = Y ^ Ξ (r, α, Ξ, t, ϖ),

где вектор ϖ содержит r — множество параметров преобразования. [P, L, Q] (r, r˙, α, α˙, Ξ, Ξ˙, S, V, Nk) = ϖvdϑvdt (r, α, Ξ, S, V, Nk) + O (ϖ).

Для дальнейшего изучения функции преобразования разложены в ряды около ϖ = 0

(30) t¯ = t + ϖvτv (r, α, Ξ, t, ϖ) + HOT (ϖ), r¯i (t¯) = ri (t) + ϖvξvi (r, α, Ξ, t, ϖ) + HOT (ϖ), α¯i (t¯) = αi (t) + ϖvλvi (r, α,, t , ϖ) + HOT (ϖ), Ξ¯ (t¯) = Ξ (t) + ϖvηv (r, α, Ξ, t, ϖ) + HOT (ϖ),

с бесконечно малыми генераторами, определенными как

( 31) τv (r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yt∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0ξvi (r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yri ∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0λvi (r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yαi∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0ηv ( r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yt∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0.

Следующие шаги соответствуют стандартной процедуре вывода знаменитой теоремы Эмми Нётер:

Условие инвариантности (29) будет дифференцировано относительно параметров преобразования для получения соотношений, обеспечивающих инвариантность; разведки на ϖ = 0 будет достаточно.

Выведение необходимых дифференциалов, включение в условие инвариантности и

Исследование необходимого условия минимума интеграла действия.

После долгих алгебраических манипуляций мы приходим к расширенному фундаментальному тождеству инвариантности

(32) [∂E [P, L, Q] ∂ri − ddt∂E [P, L, Q] ∂r˙ i + T * ∂S∂ri − p * ∂V∂ri + μ * ∂Nk∂ri] ξvi + [∂E [P, L, Q] ∂αi − ddt∂E [P, L, Q] ∂α˙ i + T * ∂S∂αi − p * ∂V∂αi + μ * ∂Nk∂αi] λvi + [∂E [P, L, Q] ∂Ξi − ddt∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙ i + T * ∂S∂Ξi − p * ∂V∂Ξi + μ * ∂Nk∂Ξi] ηvi− [∂E [P, L, Q] ∂ri − ddt∂E [P, L, Q] ∂r ˙i + T * ∂S∂ri − p * ∂V∂ri + μ * ∂Nk∂ri] r˙iτv− [∂E [P, L, Q] ∂αi − ddt∂E [P, L, Q ] ∂α˙i + T * ∂S∂αi − p * ∂V∂αi + μ * ∂Nk∂αi] α˙iτv− [∂E [P, L, Q] ∂Ξi − ddt∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙i + T * ∂S∂Ξi − p * ∂V∂Ξi + μ * ∂Nk∂Ξi] Ξ˙τv + ddt {[E [P, L, Q] −∂E [P , L, Q] ∂r˙ir˙i − ∂E [P, L, Q] ∂α˙iα˙i − ∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙iΞ˙] τv + ∂E [P, L , Q] ∂r˙iξvi + ∂E [P, L, Q] ∂α˙iλvi + ∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙ηv − ϑv} = 0.

Вместе с сокращением

(33) ∂E [P, L, Q] ∂z − ddt∂E [P, L, Q] ∂z˙ + T * ∂S∂z − p * ∂V∂z + μ * ∂Nk∂z =: EEL, z, z∈ {ri, αi, Ξ},

и обратное преобразование (22) окончательно инвариантность Нётер получается

(34) EEL, ri (ξvi − r ˙iτv) + EEL, αi (λvi − α˙iτv) + EEL, Ξ (ηi − Ξ˙τv) + ddt (Eτv − Piξvi − Liλvi − Qηv − ϑv) = 0.

Чтобы выполнить необходимые условия ПЛА для минимума интеграла действия, уравнения Эйлера – Лагранжа соответствующей вариационной задачи должны тождественно обращаться в нуль.Как можно легко рассчитать из уравнения. (26) выражения E EL , z из сокращения (33) дают рассматриваемые уравнения

(35) EEL, z =! 0; z∈ {ri, αi, Ξ}.

Это приводит к расширенной версии знаменитой теоремы, которую немецкий математик Эмми Нётер дал в 1918 году.

(36) Eτv − Piξvi − Liλvi − Qηv − ϑv = const.

Для вывода окончательных законов сохранения имеет смысл распределить скалярные калибровочные функции согласно

(37) ϑvP + ϑvL + ϑvQ = ϑv.

Затем, переупорядочивая уравнение. (36) приводит к тождеству

(38) Eτv — (- Piξvi − ϑvP) + (- Liλvi − ϑvL) + (- Qηv − ϑvQ) −const. = 0.

Для получения законов сохранения сначала задается роль калибровочных функций путем отнесения их к соответствующим генерикам полей

(39) ϑvP: = Pifieldξvi, ϑvL: = Lifieldλvi, ϑvQ: = Qem − fieldηv,

которые эквивалентны утверждению, что соответствующие «поля» существуют.

Поскольку P , L и Q независимы, как и генераторы бесконечно малых, четыре скобки можно рассматривать независимо; это достигается установкой трех из четырех бесконечно малых генераторов на ноль за один раз.Тогда получаем четыре уравнения

(40) Eτv = const.

(41) −ξvi (Pi + Pifield) = const. − λvi (Li + Lifield) = const.i = 1,2,3. − ηv (Q + Qem − field) = const.

Первый закон сохранения теперь под рукой. Для τ v = 1, т.е. аффинного преобразования временной координаты,

(42) E = const.

сразу следует. Уравнение (42) дает поразительный результат:

(1)

Даже для необратимых процессов можно показать сохранение трехкратного преобразования энергии Лежандра E .

(2)

Сохраняемое свойство напрямую связано с использованием аффинной временной координаты, то есть с координатой, начало которой может быть сдвинуто произвольно.

Утверждение 1 указывает на определенное ограничение: сохранение энергии в этом контексте является только локальным свойством и не может быть обобщено безоговорочно. Таким образом, произвольность происхождения времени препятствует использованию закона сохранения энергии (в этой локальной форме) в связи с нелокальными явлениями. 16

Из ур. (43) получаем три дополнительных закона сохранения

(43) Pi + Pifield = const.Li + Lifield = const.i = 1,2,3,

Q + Qem − field = const.

, если соответствующий бесконечно малый генератор является константой, т. е. соответствующее преобразование является аффинным.

Интерпретация уравнения. (43) совершенно ясно: линейный момент и угловой момент являются сохраняющимися типами системы, вложенной в заданное поле инерции. Другими словами: сохранение осуществляется через поле инерции . Любое изменение линейного и углового момента тела должно быть компенсировано соответствующим изменением инерционного поля. То же самое касается сохранения заряда. Здесь электромагнитное поле — двойник тела. Сохранение количества движения связано с аффинными пространственными координатами; сохранение углового момента требует аффинной угловой ориентации системы координат. Для сохранения заряда нулевую точку магнитного потока можно выбрать произвольно.

Относительно этих результатов необходим важный комментарий: с помощью преобразования Лежандра была построена обобщенная функция Лагранжа L путем вычитания из (сохраненной) энергии энергетические формы некоторых обобщений, которые считаются подходящими для построения сети адекватные координаты пространства параметров. Путем длительной математической процедуры была получена теорема, доказывающая сохранение именно тех генериков, которые использовались для построения.

Подтверждено только то, что было вставлено в качестве предположения?

Ответ на этот вопрос становится довольно ясным, если внимательно посмотреть на результат PLA в связи с расширенной версией теоремы Нётер: отправная точка, функция L , определяется с помощью GFD и AT, соответственно.По этой причине никакие консервативные количества не использовались для определения L априори.

PLA, наряду с теоремой Нётер, является инструментом, позволяющим сделать некоторые обобщения консервативными, вытекающими из принципа оптимизации путем математического построения. Таким образом, можно избежать обычного введения консервативных качеств традиционной метафизики. Кроме того, математическая процедура предоставляет инструкции, как выбрать правильные параметры проекции, то есть координаты для пространства и времени и другие. Это основной результат PLA в связи с альтернативной теорией.

Пространство и время являются результатом выбора назначенных родовых типов и полного набора расширенных переменных. Последние являются настоящими примитивами, т. Е. Неприводимыми элементами теории. Принцип Каллена открывает возможность определить этот набор и идентифицировать сохраняемые количества. На втором этапе правильные координаты проекции могут быть вычислены с помощью PLA и теоремы Нётер. Таким образом, в отличие от опыта и исторического развития, экстенсивные переменные являются первичными категориями, в то время как пространство и время — всего лишь условные обозначения, вытекающие из расчетов.

Что такое квантовая механика? Квантовая физика: определение, объяснение

Квантовая механика — это раздел физики, относящийся к очень малому.

Это приводит к очень странным выводам о физическом мире. В масштабе атомов и электронов многие уравнения классической механики, описывающие движение вещей с повседневными размерами и скоростями, перестают быть полезными. В классической механике объекты существуют в определенном месте в определенное время.Однако в квантовой механике объекты вместо этого существуют в тумане вероятностей; у них есть определенный шанс оказаться в точке A, другой шанс оказаться в точке B и так далее.

Три революционных принципа

Квантовая механика (КМ) развивалась на протяжении многих десятилетий, начиная с набора спорных математических объяснений экспериментов, которые математика классической механики не могла объяснить. Это началось на рубеже 20-го века, примерно в то же время, когда Альберт Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности, отдельную математическую революцию в физике, описывающую движение вещей с высокими скоростями.Однако, в отличие от теории относительности, происхождение КМ нельзя приписать одному ученому. Скорее, несколько ученых внесли свой вклад в основу трех революционных принципов, которые постепенно получили признание и экспериментальную проверку в период с 1900 по 1930 год. Это:

Квантованные свойства : Определенные свойства, такие как положение, скорость и цвет, могут иногда встречаться только в конкретные, установленные суммы, очень похожие на циферблат, который «щелкает» от номера к номеру. Это поставило под сомнение фундаментальное предположение классической механики, согласно которому такие свойства должны существовать в гладком непрерывном спектре.Чтобы описать идею о том, что некоторые свойства «щелкают», как циферблат с определенными настройками, ученые придумали слово «квантованный».

Частицы света : Иногда свет может вести себя как частица. Первоначально это было встречено резкой критикой, поскольку противоречило 200-летним экспериментам, показавшим, что свет ведет себя как волна; очень похоже на рябь на поверхности спокойного озера. Свет ведет себя аналогичным образом: он отражается от стен и огибает углы, а гребни и впадины волны могут складываться или сокращаться.Добавленные гребни волн приводят к более яркому свету, а волны, которые нейтрализуют, создают темноту. Источник света можно представить себе как шар на палке, который ритмично опускают в центр озера. Излучаемый цвет соответствует расстоянию между гребнями, которое определяется скоростью ритма мяча.

Волны материи : Материя также может вести себя как волна. Это противоречит примерно 30-летним экспериментам, показывающим, что материя (например, электроны) существует в виде частиц.

Квантованные свойства?

В 1900 году немецкий физик Макс Планк попытался объяснить распределение цветов, излучаемых по спектру при свечении раскаленных докрасна и раскаленных добела объектов, таких как нити лампочек. Придумывая физический смысл уравнения, которое он вывел для описания этого распределения, Планк понял, что оно подразумевает, что испускаются комбинации только определенных цветов (хотя и большого количества), в частности тех, которые являются целыми числами, кратными некоторому базовому значению.Каким-то образом цвета были квантованы! Это было неожиданно, поскольку считалось, что свет действует как волна, а это означает, что значения цвета должны быть непрерывным спектром. Что может запрещать атомам создавать цвета между этими кратными целыми числами? Это казалось настолько странным, что Планк считал квантование не более чем математическим трюком. Согласно Хельге Крагу в своей статье 2000 года в журнале Physics World «Макс Планк, упорный революционер», «Если в декабре 1900 года в физике произошла революция, казалось, никто этого не заметил.Планк не был исключением… »

Уравнение Планка также содержало число, которое позже станет очень важным для будущего развития КМ; сегодня оно известно как« Постоянная Планка ».

Квантование помогло объяснить другие загадки физики. Эйнштейн использовал гипотезу квантования Планка, чтобы объяснить, почему температура твердого тела изменилась на разные величины, если вы поместили такое же количество тепла в материал, но изменили начальную температуру.

С начала 1800-х годов наука о спектроскопии показала, что разные элементы излучают и поглощают свет определенных цветов, называемых «спектральными линиями».«Хотя спектроскопия была надежным методом определения элементов, содержащихся в объектах, таких как далекие звезды, ученые были озадачены тем, что каждый элемент вообще дает эти определенные линии. В 1888 году Йоханнес Ридберг вывел уравнение, описывающее спектральную линии, испускаемые водородом, хотя никто не мог объяснить, почему это уравнение работает. Это изменилось в 1913 году, когда Нильс Бор применил гипотезу Планка о квантовании к «планетарной» модели атома Эрнеста Резерфорда 1911 года, которая постулировала, что электроны вращаются вокруг ядра так же, как и планеты вращается вокруг Солнца.Согласно Physics 2000 (сайт Университета Колорадо), Бор предположил, что электроны ограничены «особыми» орбитами вокруг ядра атома. Они могли «прыгать» между специальными орбитами, и энергия, производимая прыжком, вызвала свет определенных цветов, наблюдаемых в виде спектральных линий. Хотя квантованные свойства были изобретены как простой математический трюк, они объяснили так много, что стали основополагающим принципом QM.

Частицы света?

В 1905 году Эйнштейн опубликовал статью «Об эвристической точке зрения на излучение и преобразование света», в которой он представлял себе движение света не как волну, а как своего рода «кванты энергии». Эйнштейн предположил, что этот пакет энергии может «поглощаться или генерироваться только целиком», в частности, когда атом «прыгает» между квантованными частотами колебаний. Это также применимо, как будет показано несколько лет спустя, когда электрон «скачки» между квантованными орбитами. Согласно этой модели, «кванты энергии» Эйнштейна содержали разность энергий скачка; при делении на постоянную Планка эта разность энергий определяла цвет света, переносимого этими квантами. Представляя свет, Эйнштейн предложил взглянуть на поведение девяти различных явлений, включая определенные цвета, которые, как описал Планк, испускаются нитью накаливания лампочки.Он также объяснил, как определенные цвета света могут выбрасывать электроны с металлических поверхностей — явление, известное как «фотоэлектрический эффект». Однако Эйнштейн не был полностью оправдан в своем стремлении к этому, сказал Стивен Классен, доцент физики в Университете Виннипега. В статье 2008 года «Фотоэлектрический эффект: реабилитация истории для физического класса» Классен утверждает, что кванты энергии Эйнштейна не являются необходимыми для объяснения всех этих девяти явлений. Определенные математические трактовки света как волны все еще способны описывать как определенные цвета, которые, как описал Планк, излучаются нитью накаливания лампочки, так и фотоэлектрический эффект.Действительно, в спорном присуждении Эйнштейну Нобелевской премии 1921 года Нобелевский комитет только признал «его открытие закона фотоэлектрического эффекта», которое конкретно не основывалось на понятии квантов энергии.

Примерно через два десятилетия после статьи Эйнштейна термин «фотон» получил широкое распространение для описания квантов энергии благодаря работе Артура Комптона 1923 года, который показал, что свет, рассеянный электронным лучом, меняет цвет. Это показало, что частицы света (фотоны) действительно сталкивались с частицами материи (электронами), что подтвердило гипотезу Эйнштейна.К настоящему времени стало ясно, что свет может вести себя и как волна, и как частица, положив «дуальность волны-частицы» света в основу КМ.

Волны материи?

С момента открытия электрона в 1896 году постепенно накапливались доказательства того, что вся материя существовала в форме частиц. Тем не менее, демонстрация дуальности света волна-частица заставила ученых задаться вопросом, может ли материя действовать только только как частицы. Возможно, дуализм волна-частица может звучать справедливо и для материи? Первым ученым, добившимся существенного прогресса в этом рассуждении, был французский физик Луи де Бройль.В 1924 году де Бройль использовал уравнения специальной теории относительности Эйнштейна, чтобы показать, что частицы могут иметь волновые характеристики и что волны могут проявлять характеристики, подобные частицам. Затем, в 1925 году, два ученых, работая независимо и используя разные направления математического мышления, применили рассуждения де Бройля, чтобы объяснить, как электроны вращаются в атомах (явление, которое было необъяснимо с помощью уравнений классической механики). В Германии физик Вернер Гейзенберг (вместе с Максом Борном и Паскуалем Джорданом) добился этого, разработав «матричную механику».Австрийский физик Эрвин Шредингер разработал аналогичную теорию, названную «волновой механикой». В 1926 году Шредингер показал, что эти два подхода эквивалентны (хотя швейцарский физик Вольфганг Паули отправил Джордану неопубликованный результат, показывающий, что матричная механика является более полной).

Гейзенберг -Модель Шредингера атома, в которой каждый электрон действует как волна (иногда называемая «облаком») вокруг ядра атома, заменила модель Резерфорда-Бора. Одним из условий новой модели было то, что концы волна, которая образует электрон, должна встретиться.В «Квантовой механике в химии, 3-е изд.» (W.A. Benjamin, 1981) Мелвин Ханна пишет: «Введение граничных условий ограничило энергию дискретными значениями». Следствием этого условия является то, что разрешено только целое количество гребней и впадин, что объясняет, почему некоторые свойства квантованы. В модели атома Гейзенберга-Шредингера электроны подчиняются «волновой функции» и занимают «орбитали», а не орбиты. В отличие от круговых орбит модели Резерфорда-Бора, атомные орбитали имеют множество форм, от сфер до гантелей и ромашек.

В 1927 году Уолтер Хайтлер и Фриц Лондон продолжили развитие волновой механики, чтобы показать, как атомные орбитали могут объединяться для образования молекулярных орбиталей, эффективно показывая, почему атомы связываются друг с другом, образуя молекулы. Это была еще одна проблема, которую нельзя было решить с помощью математики классической механики. Эти открытия дали начало области «квантовой химии».

Принцип неопределенности

Также в 1927 году Гейзенберг внес еще один важный вклад в квантовую физику.Он рассудил, что, поскольку материя действует как волны, некоторые свойства, такие как положение и скорость электрона, являются «дополнительными», то есть существует предел (связанный с постоянной Планка) того, насколько хорошо может быть известна точность каждого свойства. Согласно тому, что получило название «принцип неопределенности Гейзенберга», было рассмотрено, что чем точнее известно положение электрона, тем менее точно может быть известна его скорость, и наоборот. Этот принцип неопределенности применим и к объектам повседневного размера, но он незаметен, потому что неточность чрезвычайно мала.По словам Дэйва Славена из Morningside College (Sioux City, IA), если скорость бейсбольного мяча известна с точностью до 0,1 мили в час, максимальная точность, с которой можно узнать положение мяча, составляет 0,000000000000000000000000000008 миллиметров.

Вперед

Принципы квантования, дуальности волна-частица и принцип неопределенности открыли новую эру для QM. В 1927 году Поль Дирак применил квантовое понимание электрических и магнитных полей, чтобы дать толчок к изучению «квантовой теории поля» (QFT), которая рассматривала частицы (такие как фотоны и электроны) как возбужденные состояния основного физического поля.Работа в QFT продолжалась десять лет, пока ученые не столкнулись с препятствием: многие уравнения в QFT перестали иметь физический смысл, потому что они давали результаты бесконечности. После десятилетия застоя в 1947 году Ганс Бете совершил прорыв, применив технику, названную «перенормировкой». Здесь Бете понял, что все бесконечные результаты связаны с двумя явлениями (в частности, «собственной энергией электрона» и «поляризацией вакуума»), так что наблюдаемые значения массы электрона и заряда электрона могут быть использованы для исчезновения всех бесконечностей.

С момента открытия перенормировки КТП послужила основой для развития квантовых теорий о четырех фундаментальных силах природы: 1) электромагнетизм, 2) слабое ядерное взаимодействие, 3) сильное ядерное взаимодействие и 4) гравитация. Первым озарением, полученным с помощью QFT, было квантовое описание электромагнетизма с помощью «квантовой электродинамики» (QED), которая добилась успехов в конце 1940-х — начале 1950-х годов. Затем было квантовое описание слабого ядерного взаимодействия, которое было объединено с электромагнетизмом, чтобы построить «теорию электрослабого взаимодействия» (EWT) на протяжении 1960-х годов.Наконец, в 1960-х и 1970-х годах пришла квантовая трактовка сильного ядерного взаимодействия с использованием «квантовой хромодинамики» (КХД). Теории QED, EWT и QCD вместе составляют основу Стандартной модели физики элементарных частиц. К сожалению, КТП еще предстоит создать квантовую теорию гравитации. Эти поиски продолжаются и сегодня в исследованиях теории струн и петлевой квантовой гравитации.

Роберт Кулман — научный сотрудник Университета Висконсин-Мэдисон, защитив докторскую диссертацию. в химическом машиностроении.Он пишет о математике, науке и о том, как они взаимодействуют с историей. Следуйте за Робертом @PrimeViridian . Следуйте за нами @LiveScience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

Механическая часть Пояснение

Хотя историки науки определили общую программу так называемого механического объяснения, начиная с Галилея (если не раньше), важно понять исторически специфическое значение механического объяснения для физики девятнадцатого века.В то время физики стремились объяснить физические явления с точки зрения структуры и законов движения механической системы. Объяснение невесомых факторов (тепла, света, электричества и магнетизма) считалось неполным, если оно не было представлено в терминах механики твердых, упругих или жидких тел. В девятнадцатом веке многочисленные приложения механики к широкому кругу явлений и развитие обобщенного принципа сохранения энергии вселяли надежду на то, что все природные явления в конечном итоге могут быть представлены в терминах механических величин.Достижение этой редукции стало явной целью многих физиков девятнадцатого века.

Более того, в Британии новое осознание взаимосвязи между физическими и математическими моделями породило двусмысленность в отношении статуса теорий поля, что имело огромное значение для теорий действия на расстоянии, предпочитаемых на континенте. Поэтому неудивительно, что связь моделей с физической реальностью вызвала глубокую озабоченность физиков девятнадцатого века. В то время механическое объяснение предполагало онтологию движущихся материальных частиц как субстрат, лежащий в основе физической реальности.

В настоящее время можно выделить четыре смысла механического объяснения:

  1. как теоретическая структура Вселенной, основанная на конфигурации и движении точечных частиц материи и сил, действующих между ними
  2. как постулирование механических моделей, делающих явления понятными определенным образом — как аналог паровых двигателей и т. Д.
  3. как способ избежать того, что считалось спекуляциями о действиях на расстоянии
  4. как способ избежать спекуляций о конечной природе материи.

Те, кто использовал механическое объяснение этим последним способом, обратились к абстрактному формализму лагранжевой аналитической динамики, чтобы показать невозможность создания уникальной механической модели любого явления. Уравнения движения, полученные с помощью лагранжевой аналитической динамики, считались независимыми от какой-либо основной структуры материальной вселенной. Хотя степень, в которой даже последовательные лагранжиане (такие как Карл Фридрих Гаусс и Леонард Эйлер) тайно придерживались принципов механического объяснения, безусловно, спорна, более важным моментом является то, что таксономия невесомых факторов, разработанная после Ньютона, уже не действовала к концу девятнадцатого века.Все явления, которые в начале девятнадцатого века были связаны с невесомыми, к 1900 году превратились в вопросы материи, энергии, силы и движения.



Викторианский

Интернет


Наука

a href = «physintro.html»>


Физика

Последнее изменение 2 апреля 2002 г.

Квантовая физика может быть даже страшнее, чем вы думаете

Это центральный вопрос квантовой механики, и никто не знает ответа: что на самом деле происходит в суперпозиции — в особых обстоятельствах, при которых частицы кажутся находящимися в двух или более местах или говорится сразу? В 2018 году группа исследователей из Израиля и Японии предложила эксперимент, который, наконец, позволил нам кое-что сказать наверняка о природе этого загадочного явления.

Их эксперимент был разработан, чтобы позволить ученым украдкой взглянуть на то, где объект — в данном случае частица света, называемая фотоном — на самом деле находится, когда он помещен в суперпозицию. И исследователи предсказывают, что ответ будет еще более странным и шокирующим, чем «два места одновременно».

Классический пример суперпозиции включает запуск фотонов в две параллельные щели в барьере. Одним из фундаментальных аспектов квантовой механики является то, что крошечные частицы могут вести себя как волны, так что частицы, проходящие через одну щель, «мешают» проходящим через другую, их волнистая рябь либо усиливает, либо нейтрализует друг друга, создавая характерный узор на экране детектора. .Однако странно то, что эта интерференция возникает, даже если одновременно выстреливается только одна частица. Кажется, что частица каким-то образом проходит через обе щели одновременно, мешая себе. Это суперпозиция.

И это становится еще более странным: измерение, через какую щель проходит такая частица, неизменно показывает, что она проходит только через одну, но тогда волнообразная интерференция («квантовость», если хотите) исчезает. Кажется, что сам акт измерения «разрушает» суперпозицию. «Мы знаем, что в суперпозиции происходит что-то подозрительное, — говорит физик Авшалом Элицур из Израильского института перспективных исследований.«Но вам не разрешено его измерять. Это то, что делает квантовую механику такой дьявольской ».

На протяжении десятилетий исследователи зашли в этот очевидный тупик. Они не могут точно сказать, что такое суперпозиция, не глядя на нее, но если они попытаются взглянуть на нее, она исчезнет. Одно из возможных решений, разработанное бывшим наставником Элицура, израильским физиком Якиром Аароновым, ныне работающим в Университете Чепмена, и его сотрудниками — предлагает способ сделать какие-то выводы о квантовых частицах перед их измерением.Подход Ааронова называется формализмом двух векторов состояний (TSVF) квантовой механики и постулирует, что квантовые события в некотором смысле определяются квантовыми состояниями не только в прошлом, но и в будущем. То есть TSVF предполагает, что квантовая механика работает одинаково как вперед, так и назад во времени. С этой точки зрения может показаться, что причины распространяются назад во времени, возникая после их следствия: это явление называется ретропричинностью.

Но не стоит понимать это странное понятие буквально.Скорее в TSVF, можно получить ретроспективное знание того, что произошло в квантовой системе, выбрав результат: вместо простого измерения того, где оказывается частица, исследователь выбирает конкретное место, в котором будет ее искать. Это называется поствыбором, и он предоставляет больше информации, чем любой безусловный просмотр результатов. Это связано с тем, что состояние частицы в любой момент оценивается ретроспективно в свете всей ее истории, вплоть до измерения.Странность возникает потому, что кажется, что исследователь — просто выбирая поиск определенного результата, — затем заставляет этот результат случиться. Но это немного похоже на вывод о том, что если вы включите телевизор, когда запланирована ваша любимая программа, ваше действие заставит эту программу транслироваться именно в этот момент. «Принято считать, что TSVF математически эквивалентен стандартной квантовой механике, — говорит Дэвид Уоллес, философ науки из Университета Южной Калифорнии, специализирующийся на интерпретации квантовой механики.«Но это действительно приводит к тому, что можно увидеть такие вещи, которые иначе невозможно было бы увидеть».

Возьмем, к примеру, версию эксперимента с двумя щелями, разработанную Аароновым и его коллегой Львом Вайдманом из Тель-Авивского университета в 2003 году, которую они интерпретировали с помощью TSVF. Пара описала (но не построила) оптическую систему, в которой одиночный фотон действует как «заслонка», закрывающая щель, заставляя другой «пробный» фотон, приближающийся к щели, отражаться обратно тем же путем, которым он пришел. Применяя постселекцию к измерениям зондирующего фотона, как показали Ааронов и Вайдман, можно было различить фотон затвора в суперпозиции, закрывающей обе (или даже произвольно много) щелей одновременно.Другими словами, этот мысленный эксперимент теоретически позволил бы с уверенностью сказать, что фотон затвора одновременно находится «здесь» и «там». Хотя эта ситуация кажется парадоксальной из нашего повседневного опыта, это один из хорошо изученных аспектов так называемых нелокальных свойств квантовых частиц, где исчезает само понятие четко определенного местоположения в пространстве.

В 2016 году физики Рио Окамото и Сигеки Такеучи из Киотского университета экспериментально подтвердили предсказания Ааронова и Вайдмана, используя световодную схему, в которой фотон затвора создается с помощью квантового маршрутизатора, устройства, которое позволяет одному фотону управлять маршрутом, пройденным другим.«Это был новаторский эксперимент, который позволил вывести одновременное положение частицы в двух местах», — говорит коллега Элитцура Элиаху Коэн из Оттавского университета в Онтарио.

Теперь Элицур и Коэн объединились с Окамото и Такеучи, чтобы придумать еще более ошеломляющий эксперимент. Они считают, что это позволит исследователям с уверенностью сказать что-то о местоположении частицы в суперпозиции в серии различных моментов времени — до того, как будет произведено какое-либо фактическое измерение.

На этот раз путь пробного фотона будет разделен на три части частичными зеркалами. На каждом из этих путей он может взаимодействовать с фотоном затвора в суперпозиции. Эти взаимодействия можно рассматривать как происходящие в прямоугольниках, обозначенных A, B и C, один из которых расположен вдоль каждого из трех возможных маршрутов фотона. Глядя на самоинтерференцию зондирующего фотона, можно ретроспективно заключить с уверенностью, что частица затвора находилась в заданном ящике в определенное время.

Эксперимент разработан таким образом, что зондирующий фотон может показывать интерференцию только в том случае, если он взаимодействует с фотоном затвора в определенной последовательности мест и времени, а именно, если фотон затвора в какой-то момент находился в обоих ящиках A и C ( t 1 ), затем в более позднее время ( t 2 ) только в C, а в еще более позднее время ( t 3 ) как в B, так и в C. Таким образом, интерференция в пробном фотоне будет Окончательный знак — фотон затвора создал эту причудливую, противоречащую логике последовательность разрозненных появлений между коробками в разное время — идею, которую Элицур, Коэн и Ааронов предложили в качестве возможной в 2017 году для одной частицы, распределенной по трем коробкам.«Мне нравится, как в этой статье вопросы о том, что происходит, формулируются с точки зрения всей истории, а не мгновенных состояний», — говорит физик Кен Уортон из Государственного университета Сан-Хосе, который не участвует в новом проекте. «Разговор о« государствах »- давнее повсеместное предубеждение, тогда как полные истории, как правило, гораздо более богаты и интересны»

Элитцур и его коллеги утверждают, что это богатство и есть то, к чему TSVF дает доступ. Очевидное исчезновение частиц в одном месте в одно время — и их повторное появление в другое время и в других местах — наводит на мысль о необычном видении процессов, лежащих в основе нелокального существования квантовых частиц.Через призму TSVF, говорит Элицур, это мерцающее, постоянно меняющееся существование можно понять как серию событий, в которых присутствие частицы в одном месте «отменяется» ее собственной «противоположной частицей» в том же месте. Он сравнивает это с идеей, предложенной британским физиком Полом Дираком в 1920-х годах, который утверждал, что частицы обладают античастицами, и, если их собрать вместе, частица и античастица могут аннигилировать друг друга. Сначала это понятие казалось просто способом выражения, но вскоре привело к открытию антивещества.Исчезновение квантовых частиц не является «аннигиляцией» в том же смысле, но в некотором смысле аналогично: эти предполагаемые двойники, утверждает Элицур, должны обладать отрицательной энергией и отрицательной массой, что позволяет им нейтрализовать свои аналоги.

Итак, хотя традиционный взгляд на суперпозицию «два места одновременно» может показаться достаточно странным, «возможно, что суперпозиция — это совокупность состояний, которые еще более безумны», — говорит Элицур. «Квантовая механика просто сообщает вам их среднее значение.«Постселекция затем позволяет изолировать и исследовать только некоторые из этих состояний с большим разрешением», — предполагает он. Такая интерпретация квантового поведения была бы, по его словам, «революционной», поскольку повлекла бы за собой неизвестный до сих пор зверинец реальных (но очень странных) состояний, лежащих в основе противоречивых квантовых явлений.

Окамото и его коллеги в Киото уже провели предложенный эксперимент с использованием фотонов, но они все еще анализируют результаты. Тем не менее, говорит Коэн, «предварительные результаты хорошо согласуются с теорией.Он говорит, что японские исследователи сейчас вносят улучшения в установку, чтобы уменьшить погрешности.

А пока некоторые сторонние наблюдатели не ждут, затаив дыхание. «Эксперимент обязательно сработает», — говорит Уортон, но добавляет, что «никого ни в чем не убедит, поскольку результаты предсказываются стандартной квантовой механикой». Другими словами, не было бы веских причин интерпретировать результат с точки зрения TSVF, а не одного из многих других способов интерпретации исследователями квантового поведения.

Элицур соглашается, что их эксперимент можно было бы задумать с использованием общепринятого взгляда на квантовую механику, который преобладал несколько десятилетий назад, но этого никогда не было. «Разве это не хороший показатель надежности TSVF?» он спрашивает. И если кто-то думает, что может сформулировать иную картину того, «что на самом деле происходит» в этом эксперименте, используя стандартную квантовую механику, он добавляет: «Что ж, пусть они идут вперед!»

Он уверен, что эта работа знаменует собой «не что иное, как революцию в квантовой механике.«Теперь, когда методы измерения стали достаточно точными, — говорит он, — вы можете быть уверены, что такие понятия, как обратная причинность, станут неотъемлемой частью квантовой реальности».

Самый быстрый словарь в мире: Vocabulary.com

  • механическое явление физическое явление, связанное с равновесием или движением объектов

  • химическое явление любое природное явление, связанное с химией

  • геологическое явление природное явление, связанное со структурой или составом земли

  • физическое явление природное явление, связанное с физическими свойствами материи и энергии

  • оптическое явление физическое явление, связанное со светом или с его участием

  • органическое явление природное явление с участием живых растений и животных

  • электрическое явление физическое явление, связанное с электричеством

  • инженер-механик человек, обученный проектированию и изготовлению машин

  • машиностроение отрасль машиностроения, занимающаяся проектированием, изготовлением и эксплуатацией машинного оборудования

  • психический феномен Явления, которые кажутся противоречащими физическим законам и предполагают возможность причинной связи психическими процессами

  • механическое преимущество отношение силы, прилагаемой к машине, к приложенной к ней силе

  • механический человек автомат, похожий на человека

  • механическая энергия энергия в механической форме

  • природные явления Все неискусственные явления

  • Феномен Тарчанова — изменение электрических свойств кожи в ответ на стресс или тревогу; можно измерить либо путем регистрации электрического сопротивления кожи, либо путем регистрации слабых токов, генерируемых телом

  • явление Любое состояние или процесс, известный через органы чувств

  • цинично верящий в худшее из человеческой природы и мотивов

  • механическое пианино пианино с механическим управлением, в котором для активации клавиш используется рулон перфорированной бумаги

  • механическая система Система элементов, взаимодействующих на механических принципах

  • акустическое явление физическое явление, связанное с производством или передачей звука

  • Введение в квантовую механику

    Квантовая механика — это физическая наука, изучающая поведение материи и энергии в масштабе атомов и субатомных частиц / волн.

    Это также составляет основу современного понимания того, как можно анализировать и объяснять очень большие объекты, такие как звезды и галактики, и космологические события, такие как Большой взрыв.

    Квантовая механика является основой нескольких смежных дисциплин, включая нанотехнологии, физику конденсированного состояния, квантовую химию, структурную биологию, физику элементарных частиц и электронику.

    Термин «квантовая механика» впервые был введен Максом Борном в 1924 году.

    Признание квантовой механики общефизическим сообществом связано с ее точным предсказанием физического поведения систем, включая системы, в которых ньютоновская механика не работает.

    Даже общая теория относительности ограничена — в отличие от квантовой механики — для описания систем в атомном масштабе или меньше, при очень низких или очень высоких энергиях или при самых низких температурах.

    За столетие экспериментов и прикладных наук квантовая теория оказалась очень успешной и практичной.

    Основы квантовой механики восходят к началу 1800-х годов, но настоящее начало квантовой механики относится к работе Макса Планка в 1900 году.

    Альберт Эйнштейн и Нильс Бор вскоре внесли важный вклад в то, что сейчас называется «старой квантовой теорией».

    Однако только в 1924 году появилась более полная картина с гипотезой Луи де Бройля о материальных волнах, и истинная важность квантовой механики стала очевидной.

    Некоторыми из наиболее выдающихся ученых, которые впоследствии в середине 1920-х годов внесли свой вклад в то, что сейчас называется «новой квантовой механикой» или «новой физикой», были Макс Борн, Пол Дирак, Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паули и Эрвин Шредингер.

    Позже эта область была расширена за счет работ Джулиана Швингера, Син-Итиро Томонага и Ричарда Фейнмана по развитию квантовой электродинамики в 1947 году и Мюррея Гелл-Манна, в частности, по развитию квантовой хромодинамики.

    Интерференция, которая создает цветные полосы на пузырьках, не может быть объяснена моделью, которая изображает свет как частицу.

    Это можно объяснить с помощью модели, которая изображает это как волну.

    На рисунке показаны синусоидальные волны, напоминающие волны на поверхности воды, отражающиеся от двух поверхностей пленки разной ширины, но такое изображение волновой природы света является лишь грубой аналогией.

    Ранние исследователи разошлись в своих объяснениях фундаментальной природы того, что мы сейчас называем электромагнитным излучением.

    Некоторые утверждали, что свет и другие частоты электромагнитного излучения состоят из частиц, в то время как другие утверждали, что электромагнитное излучение является волновым явлением.

    В классической физике эти идеи противоречат друг другу.

    С первых дней существования КМ ученые признали, что ни одна идея сама по себе не может объяснить электромагнитное излучение.

    Несмотря на успех квантовой механики, в ней есть некоторые противоречивые элементы.

    Например, поведение микроскопических объектов, описываемое в квантовой механике, очень отличается от нашего повседневного опыта, что может вызвать некоторую степень недоверия.

    В настоящее время признано, что большая часть классической физики состоит из частных случаев теории квантовой физики и / или теории относительности.

    Дирак применил теорию относительности к квантовой физике, чтобы она могла должным образом иметь дело с событиями, происходящими со скоростью, составляющей значительную долю скорости света.

    Однако классическая физика также имеет дело с массовым притяжением (гравитацией), и никто еще не смог объединить гравитацию в единую теорию с релятивизированной квантовой теорией.

    Квантовая физика | New Scientist

    Что такое квантовая физика? Проще говоря, это физика, которая объясняет, как все работает: лучшее, что у нас есть, описание природы частиц, составляющих материю, и сил, с которыми они взаимодействуют.

    Квантовая физика лежит в основе того, как работают атомы, и почему химия и биология работают именно так.Вы, я и столб ворот — по крайней мере, на каком-то уровне мы все танцуем под квантовую мелодию. Если вы хотите объяснить, как электроны движутся через компьютерный чип, как фотоны света превращаются в электрический ток в солнечной панели или усиливаются в лазере, или даже как солнце продолжает гореть, вам нужно будет использовать квантовую физику. .

    Здесь начинаются трудности, а для физиков — самое интересное. Начнем с того, что единой квантовой теории не существует. Существует квантовая механика, основная математическая структура, лежащая в основе всего этого, которая была впервые разработана в 1920-х годах Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Эрвином Шредингером и другими.Он характеризует простые вещи, такие как изменение положения или импульса отдельной частицы или группы из нескольких частиц с течением времени.

    Но чтобы понять, как все работает в реальном мире, квантовая механика должна быть объединена с другими элементами физики — в основном, специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна, которая объясняет, что происходит, когда вещи движутся очень быстро, — чтобы создать то, что известно как квантовая теория относительности. теории поля.

    Реклама

    Три разные квантовые теории поля имеют дело с тремя из четырех фундаментальных сил, посредством которых взаимодействует материя: электромагнетизм, который объясняет, как атомы держатся вместе; сильное ядерное взаимодействие, которое объясняет стабильность ядра в сердце атома; и слабое ядерное взаимодействие, которое объясняет, почему некоторые атомы подвергаются радиоактивному распаду.

    За последние пять десятилетий или около того эти три теории были объединены в ветхую коалицию, известную как «стандартная модель» физики элементарных частиц. Несмотря на все впечатление, что эта модель слегка скреплена липкой лентой, это наиболее точно проверенная картина основной работы материи из когда-либо созданных. Его коронная слава пришла в 2012 году с открытием бозона Хиггса, частицы, придающей всем другим фундаментальным частицам их массу, существование которой было предсказано на основе квантовых теорий поля еще в 1964 году.

    Обычные квантовые теории поля хорошо работают при описании результатов экспериментов на ускорителях высокоэнергетических частиц, таких как Большой адронный коллайдер ЦЕРНа, где был открыт Хиггс, который исследует материю в ее мельчайших масштабах. Но если вы хотите понять, как все работает во многих менее эзотерических ситуациях — как электроны движутся или не проходят через твердый материал и, таким образом, превращают материал в металл, изолятор или полупроводник, например, — все становится еще сложнее.

    Миллиарды и миллиарды взаимодействий в этой многолюдной среде требуют разработки «эффективных теорий поля», которые затушевывают некоторые кровавые детали. Трудность построения таких теорий заключается в том, почему многие важные вопросы физики твердого тела остаются нерешенными — например, почему при низких температурах некоторые материалы являются сверхпроводниками, пропускающими ток без электрического сопротивления, и почему мы не можем заставить этот трюк работать при комнатной температуре. .

    Но за всеми этими практическими проблемами кроется огромная квантовая загадка.На базовом уровне квантовая физика предсказывает очень странные вещи о том, как работает материя, которые полностью расходятся с тем, как вещи работают в реальном мире. Квантовые частицы могут вести себя как частицы, расположенные в одном месте; или они могут действовать как волны, распространяясь по всему пространству или сразу в нескольких местах. Как они выглядят, кажется, зависит от того, как мы их измеряем, и до того, как мы измерим, кажется, что они вообще не обладают определенными свойствами, что приводит нас к фундаментальной загадке о природе базовой реальности.

    Эта нечеткость приводит к очевидным парадоксам, таким как кошка Шредингера, в которой благодаря неопределенному квантовому процессу кошка остается мертвой и живой одновременно. Но это не все. Квантовые частицы также, кажется, могут мгновенно влиять друг на друга, даже когда они находятся далеко друг от друга. Это действительно сбивающее с толку явление известно как запутанность, или, как сказал Эйнштейн (великий критик квантовой теории), «жуткое действие на расстоянии». Такие квантовые возможности совершенно чужды нам, но они являются основой новых технологий, таких как сверхзащищенная квантовая криптография и сверхмощные квантовые вычисления.

    Но что все это значит, никто не знает. Некоторые люди думают, что мы должны просто согласиться с тем, что квантовая физика объясняет материальный мир в терминах, которые мы не можем сопоставить с нашим опытом в более широком «классическом» мире. Другие думают, что должна быть какая-то лучшая, более интуитивная теория, которую нам еще предстоит открыть.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.