Фізика та техніка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему:

«Фізика та техніка»

Виконала:

учениця 7-го класу

Авдійчук Владлена

Історія розвитку фізики

Наука виникла в глибоку давнину як спроба осмислити навколишні явища, взаємозв'язок природи і людини. Спочатку вона не поділялася на окремі напрями, як зараз, а об'єднувалася в одну загальну науку - філософію. Астрономія виділилася в окрему дисципліну раніше фізики і є разом з математикою і механікою однією з найдавніших наук. Пізніше наука про природу так само виділилася в самостійну дисципліну. Давньогрецький вчений і філософ Аристотель назвав фізикою один зі своїх творів.

Одна з головних задач фізики - пояснити будову навколишнього нас світу і відбуваються в ньому, зрозуміти природу спостережуваних явищ. Інше важливе завдання - виявити і пізнати закони, яким підкоряється навколишній світ. Пізнаючи світ, люди використовують закони природи. Вся сучасна техніка заснована на застосуванні законів, відкритих вченими.

З винаходом в 1780- х рр. . парового двигуна почалася промислова революція. Перший паровий двигун винайшов англійський учений Томас Ньюкомен в 1712 р. парова машина придатна для використання в промисловості, вперше створена в 1766 р. російським винахідником Іваном Ползуновим (1728-1766). Шотландець Джеймс Уатт удосконалив конструкцію. Створений ним у 1782 р. двотактний паровий двигун приводив у рух машини і механізми на фабриках.

Сила пара приводила в рух насоси, поїзди, пароплави, прядильні верстати та безліч інших машин. Потужним поштовхом для розвитку техніки послужило створення англійським фізиком «геніальним самоучкою» Майклом Фарадеєм в 1821 р. першого електродвигуна. Створення в 1876р. німецьким інженером Ніколаусом Отто чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння відкрило еру автомобілебудування, зробило можливим існування і повсюдне використання автомобілів, тепловозів, суден та інших технічних об'єктів.

Те, що раніше вважалося фантастикою, зараз стає реальним життям, яке ми вже не уявляємо без аудіо- та відеотехніки, персонального комп'ютера, стільникового телефону та Інтернету. Їх виникнення зобов'язане відкриттям зробленим в різних галузях фізики .

Однак і розвиток техніки сприяє прогресу в науці. Створення електронного мікроскопа дозволило заглянути всередину речовини. Створення точних вимірювальних приладів зробило можливим більш точний аналіз результатів експериментів. Величезний прорив в області вивчення космосу був пов'язаний саме з появою нових сучасних приладів і технічних пристроїв.

Таким чином, фізика як наука відіграє величезну роль у розвитку цивілізації. Вона перевернула фундаментальні уявлення людей - уявлення про простір, час, будову Всесвіту, дозволивши людству зробити якісний стрибок у своєму розвитку. Успіхи фізики дозволили зробити ряд фундаментальних відкриттів в інших природничих науках, зокрема, в біології. Розвиток фізики найбільшою мірою забезпечувало бурхливий прогрес медицини.

З успіхами фізики пов'язані і надії вчених на забезпечення людства невичерпними альтернативними джерелами енергії, використання яких дозволить вирішити багато серйозні екологічні проблеми. Сучасна фізика покликана забезпечити розуміння самих глибинних основ світобудови, появи і розвитку нашого Всесвіту, майбутнього людської цивілізації.

Що ж було у витоків науки фізики?

Фізика до н. е.

Найбільш ранні роботи з опису, упорядкування і пояснення явищ природи відносяться до 4 ст. до н.е. Наявність великих практичних знань , технічних навичок, високий загальний культурний рівень - все це створило в Греції грунт для формування фізики як науки . Однак деякі початки наукових досліджень дійшли грекам від народів ще більш давньої культури , в першу чергу з Вавилона і Єгипту.

Колесо було винайдено близько 5500 років тому на Близькому Сході, це було одним з перших технічних досягнень. З глибокої давнини, можливо більш ніж 3000 до н.е. , прийшли такі винаходи, як обпалена цегла, гончарний круг, колісний екіпаж. Дещо пізніше були відкриті способи виплавки та обробки металів, винайдені весельні й вітрильні судна, застосовані плуг, ваги, схил, рівень, циркуль, кліщі. У другому тисячолітті до н.е. були винайдені ковальські міхи, важелі, клин, домкрат, блоки. Всі ці пристосування покликані були полегшити життя і працю людини, вони ж сприяли розвитку науки, так як робили можливим проведення безлічі фізичних експериментів. Перша значна спроба наукової систематизації знань пов'язана з працями Аристотеля (384-322 рр. до н. е.). Більшість з його праць збереглися. У них містяться численні відомості з області музики, метеорології, фізики, прикладної механіки, думки про поширення звуку в повітрі, пояснюється явище луни, наводиться спроба експериментального визначення ваги повітря та багато іншого. Аристотелева фізика була заснована на спостереженнях і частково на дослідах. Спроби систематичних наукових досліджень конкретних явищ природи пов'язані з ім'ям іншого давньогрецького вченого - Архімеда (287-212 р.р. до н. е.) . Він мав навички до проведення точних наукових експериментів, сконструював мости через Ніл, дамби для регулювання розливів Нілу. Але найбільш геніальним винаходом цього періоду був гвинт, який і досі називається гвинтом Архімеда. Він служив для підйому води на висоту до 4 метрів і для осушення низинних місцевостей.

Фізика в країнах Сходу

Активно розвивалася фізика і в країнах Сходу, найбільший розвиток там отримали механіка і оптика - наука про поширення світла. Арабські вчені розглядали око як один з органів почуттів нашого організму, описали його будова, з'ясували функції зорового нерва. У своїх експериментах вони користувалися спеціальними збільшувальними стеклами (лінзами). Їм належить і опис першого компаса (1242).

Численні фізичні відкриття пов'язані з ім'ям знаменитого французького вченого Роджера Бекона. Його вважають прабатьком експериментального методу, легенди приписують йому найрізноманітніші винаходи: порох, лінзи, підзорну трубу, компас, парову машину, літак. До цих пір не можна назвати ні часу, ні місця винаходу лінз та окулярів, відкриття було, очевидно, випадковим і цілком імовірно допустити, що автором був хтось із виробників скла.

Фізика на схилі Середньовіччя

У середні 9 століття розвиток техніки послужило не тільки передумовою зміни соціальних умов життя людей, а й поставило перед наукою нові завдання. У 10 ст. почали підковувати тяглову худобу , що призвело до широкого застосування в сільському господарстві коней, до зміни конструкції плуга - він став колісним . У 11 ст. на заході широкого поширення набули водяні і вітряні млини. Це сприяло потужному стрибку в розвитку металургії. Раніше повітря в печах нагніталося хутрами, що приводяться в рух руками людини, після появи млинів зросли потужності і стали досяжні вищі температури, при яких можна було виплавляти чавун. У 16 ст. висота доменних печей зросла до 6 м. і чавун знайшов найрізноманітніше застосування - гармати, снаряди, печі, труби, чавунний посуд, плити. Пожвавилося скляне виробництво (в 10 ст. було винайдено кольорове скло), ткацтво - з'явилися нові сукновальні і ткацькі машини, був винайдений перший друкарський верстат (мал. 1) (перше, збережене до нашого часу, видання датоване 1445), почалося застосування вогнепальної зброї, змінилося технічне оснащення кораблів, що призвело до можливості виходу у відкрите море .

Величезний внесок у розвиток науки в той далекий час вніс геніальний інженер, винахідник, художник Леонардо да Вінчі (1452-1519) . Історики техніки налічують сотні його винаходів, розсіяних по його зошитам у вигляді креслень, часто без єдиного слова пояснень. До його винаходів відносяться: сталеві ланцюгові передачі, що застосовуються зараз на велосипедах, подвійне з'єднання, зване тепер «кардановим», роликові опори для зменшення тертя, різні верстати, численні ткацькі машини, бойові машини для ведення війни, хитромудрі музичні інструменти. Найбільш дерзновенної мрією Леонардо да Вінчі був політ людини, він дослідив і описав політ птахів з дивовижною точністю. В 1490 р. спроектував першу модель літального апарату, пізніше спроектував парашут і першу модель гелікоптера, рушійним елементом якого є спіраль.

Фізика і космос

Епоха нових географічних відкриттів, тісно пов'язаних з мореплавством, вимагала точних даних про рух Сонця і Місяця, яких наука тоді не мала у своєму розпорядженні. Популярна в той час астрологія теж вимагала вдосконалення теорії планетарної системи. Крім того, до 16 ст. гостро стояла проблема календаря, який розходився з астрономічними даними на 10 днів! Вже 15 століть панувала модель світу Клавдія Птолемея (87-165), згідно з якою в центрі світу знаходиться нерухома Земля, а навколо неї обертаються планети - Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, а також так звана «сфера зірок». Земля при цьому вважалася нерухомою, вона не оберталася не тільки навколо якої-небудь іншої планети, але й навколо своєї осі. Для усунення назрілих проблем, можна було внести уточнення в систему Птолемея і отримати потрібні результати, але польський астроном Микола Коперник (1473-1543) в 1543 р. вирішив докорінно змінити саме уявлення про Всесвіт. Модель світу Коперника полягала в тому, що в «центрі світу» перебувало нерухоме Сонце, а навколо нього по колах оберталися планети, у тому числі і Земля зі своїм супутником Місяцем. З математичної точки зору система Коперника виявилася настільки простіше системи Птолемея, що нею відразу ж скористалися в практичних цілях, у тому числі для складання нового календаря. За допомогою свого телескопа (мал. 2) видатний італійський фізик і астроном Галілео Галілей (1564-1642) зумів підтвердити правоту Коперника, помістив Сонце в центр Всесвіту. Телескоп винайшов в 1608 р. голландець Ганс Ліпперсхей , назвавши його зоровим склом.

Створення фізичної теорії пов'язане з ім'ям видатного англійського фізика Ісака Ньютона. Найбільша заслуга цього вченого полягає в аналізі, систематизації, узагальненні праць великих фізиків, математиків, астрономів, його попередників. В результаті Ньютон відкрив ряд законів, вивчив властивості світлових променів, значно удосконалив конструкцію існуючих тоді телескопів.

Велику роль у розвиток фізики в Росії вніс чудовий російський фізик, поет, астроном, металург, географ, історик, просвітитель і державний діяч Михайло Васильович Ломоносов (1711-1765). Він ввів в російську мову нові слова: термометр, формула, запальне скло, атмосфера та багато інших. Він є автором першого підручника з фізики в Росії.

Електричні і магнітні явища. Новий етап розвитку фізики

Найважливішим кроком вперед у розвитку вчення про електричних і магнітних явищах був винахід першого джерела постійного струму - гальванічного елемента. Історія цього винаходу відноситься до кінця 18 ст. і пов'язана з ім'ям італійського лікаря Луїджі Гальвані. В 1821 р. було винайдено перший електричний двигун (мал. 3), всі машини сучасної електропромисловості працюють за тим же принципом, що і перший електродвигун Фарадея. Роботи Майкла Фарадея надихнули молодого шотландського фізика Джемса Кларка Максвелла систематизувати всі відомі праці з електрики, в результаті чого в 1864 р. була створена електромагнітна теорія .

Новий етап бурхливого розвитку фізики почався в 20 ст. У науці з'явилися нові напрямки: ядерна фізика, фізика елементарних частинок, фізика твердого тіла. Видатні досягнення фізики послужили потужним поштовхом розвитку сучасної цивілізації, відкрили новий етап у дослідженні космосу, внесли в повсякденне життя людини безліч корисних речей - від електричного освітлення до ліків.

Сучасна наука і техніка

Використання електроенергії

Людству для розвитку потрібно все більше і більше електроенергії . Електрика виробляється на величезних атомних, гідро- або теплоелектростанціях. На теплових електростанціях джерелом енергії є паливо: вугілля, газ, нафта, мазут, горючі сланці. При спалюванні палива використовується кисень з атмосфери, тому вміст кисню в повітрі поступово зменшується. Топки електростанцій викидають в атмосферу продукти горіння, які вкрай шкідливі для живих організмів (оксиди сірки, азотні сполуки, оксиди вуглецю) .

Промислові відходи забруднюють навколишнє середовище, сприяють глобальному зміни клімату. Запаси нафти і газу, на які орієнтована теплоенергетика, обмежені. Це змушує вчених шукати інші екологічно чисті - альтернативні джерела енергії. До них відносяться невичерпні джерела - Сонце, вода і вітер ( мал. 6, 7, 8) .

Задовго до винаходу електрики сила вітру використовувалася для помелу зерна в вітряних млинах. Їхні крила обертали жорна всередині млина. Сучасні вітряки використовуються для приведення в рух турбогенераторів, що виробляють електроенергію. Вперше такий пристрій було побудовано в 1940 р. в Америці .

Водяні млини для перемелювання зерна використовувалися понад 2000 років. У 1771 р. водяний млин пристосували під текстильну фабрику, на якій водяне колесо приводило в дію прядильні машини. Аналогічним чином, вода змушує обертатися турбіни, що виробляють електричний струм, на гідроелектростанціях.

Можна використовувати і енергію Сонця, зараз сонячними батареями оснащені практично всі калькулятори. Вони перетворять сонячне світло в електроенергію. Існують спроби створення електромобілей - автомобілів, що працюють від сонячних батарей. Космічні апарати також оснащені сонячними батареями.

Можна також використовувати енергію геотермальних джерел. Наприклад, в Ісландії багато геотермальних електростанцій. Вони виробляють електрику, використовуючи енергію гейзерів - гарячих підземних джерел, які викидають на поверхню потужні фонтани води і пари.

В якості ще одного альтернативного джерела вчені використовують енергію припливів. Однак отримання енергії з усіх відновлюваних джерел - Сонця, вітру, річок поки обходиться дорожче, ніж від спалювання викопного палива.

Більше половини всіх забруднень атмосфери створює транспорт. Так як вирішальну роль у забрудненні атмосфери в містах грають автомобільні двигуни, постає питання про їх удосконалення. Перспективними є розробки автомобілів з електродвигуном, що живиться від акумулятора.

Таким чином, один з напрямків сучасної технічної думки - це створення здорового середовища проживання. Для цього необхідно розумно використовувати всі види енергії, берегти не відновлювані природні ресурси, переходити на енергозберігаючі, маловідходні та безвідходні технології .

Дослідження всесвіту

Яскравим підтвердженням зв'язку науки і техніки є прорив в області вивчення космосу. Під керівництвом геніального конструктора Сергія Павловича Королева в 1956 р. інженери збудували ракету, здатну доставити двотонну боєголовку на відстань понад 6000 км . Незабаром, 4 жовтня 1957 на орбіту був запущений перший штучний супутник Землі. Це відкрило еру космічних досліджень.

12 квітня 1969 Юрій Олексійович Гагарін став першим космонавтом.

Більшість космічних досліджень виконують безпілотні зонди, керовані бортовими комп'ютерами і забезпечені приладами, збирають і передають дані на Землю.

Проте вчені не тільки досліджують космос, вони ще й моделюють деякі процеси, що відбувалися колись у Всесвіті. Більшість фахівців вважає, що колись Всесвіт представляла собою крихітну порошинку, що містила в собі всю матерію, але мільярди років тому ця порошинка розлетілася вщент. Це могутнє потрясіння назвали Великим Вибухом. З тих самих пір Всесвіт розростається, а галактики розлітаються в різні сторони. Чи існувало коли-небудь до Великого Вибуху ? Невідомо. Як він відбувся? Для знаходження відповідей на ці питання вчені побудували колосальна споруда - Великий адронний колайдер (мал. 9). Його завдання полягає в тому, щоб в мініатюрі відтворити умови, аналогічні Великому вибуху. Він розташований під землею в районі франко-швейцарського кордону, його вартість 3 мільярди євро. Колайдер створювали 8000 вчених з 88 країн протягом десяти років напруженої праці

Вплив науки на медицину

Медицина зародилася в далекому минулому. Одним з перших прославився своїм мистецтвом давньогрецький лікар Гіппократ. Він намагався зробити медицину більш наукової, вчив, що головне завдання лікаря - відшукати причину хвороби і усунути її. Хірургія існує вже тисячі років. Археологи іноді виявляють черепа з віком більше десяти тисяч років з просвердленими в них отворами. Після свердління кістка знову заросла, значить пацієнти залишалися в живих. Такі операції допомагали, але не завжди.

Сучасна хірургія має безліч методів внутрішнього обстеження організму. Це стало можливо після винаходу в 1895 р. німецьким фізиком Вільгельмом Рентгеном нового виду випромінювань. М'які тканини організму для цих променів прозорі, вони затримуються тільки кістками. Незабаром за допомогою рентгенівських променів стали оглядати переломи і підозрілі удари і шишки.

Сучасні комп'ютерні томографи та ультразвукові апарати показують нутрощі в найдрібніших деталях. Хірурги вважають, що через півстоліття у кожного десятого жителя нашої планети в організмі буде хоч один протез. Спочатку протези робили з дерева і золота. Сучасні біоінженери користуються цілим рядом металів , пластмас та інших матеріалів, що не відторгуюються організмом. Сучасні медичні технології дозволяють підключати протези до нервових закінчень, внаслідок чого штучні протези відтворюють рухи справжніх органів (рук , ніг).

Усе більше застосування в медицині знаходить лазер.

Розвиток засобів зв'язку

У 1876 р. американець Олександр Грехем Белл створив перший телефонний апарат (мал. 10). Вчений був лікарем, вчившим розмовляти глухих людей, він багато знав про голос і звуки. З тих пір конструкція апарату зазнала численні зміни .

7 травня 1895 російський фізик Олександр Степанович Попов на засіданні Російського фізико- технічного товариства в Петербурзі продемонстрував дію першого в світі радіоприймача. День 7 травня став днем народження радіо. Вже перші застосування засобів радіозв'язку допомогли врятувати життя рибалкам, які опинилися на крижині.

У 1926 р. шотландський винахідник Джон Лоджі Берд першим продемонстрував публіці телевізійну систему. Його оригінальний пристрій було зроблено зі старої коробки, в'язальних спиць, жерстяної банки з-під торта і велосипедного ліхтаря! Незабаром на зміну його конструкції прийшла електронна система, розроблена ще в 1923 р. американцем російського походження Володимиром Зворикіним .

4 жовтня 1957 в нашій країні був запущений перший у світі штучний супутник Землі. Нині навколо Землі кружляють сотні супутників. Наземні станції посилають телефонні, телевізійні, радіосигнали до супутників, які підсилюють їх і ретранслюють їх на Землю. Літаки і кораблі користуються глобальною супутниковою системою навігації, що дозволяє визначати положення об'єкта з точністю до кількох метрів. Системою супутникового зв'язку користуються і журналісти, альпіністи, і дослідники.

У 1943 р. в США була створена перша електронно-обчислювальна машина, її розміри були порівнянні з розмірами кімнати (мал. 11). Сучасні технології дозволяють швидко розвивати електроніку. Технологія мініатюризації - зменшення розмірів - дозволила створити кишенькові комп'ютери. Наприкінці 20 ст. вчені поєднали комп'ютери з системами зв'язку, в результаті чого була створена система Інтернет для обміну інформацією, вона істотно змінила життя людей, відкрила нові можливості, можна сказати, підвищила якість життя людей!

Автомобілебудування

Ера автомобілебудування відкрилася після винаходу двигуна внутрішнього згоряння. Інженерна думка працювала настільки стрімко, що практично одночасно в різних країнах стали з'являтися автомобілі з бензиновими двигунами. На першому серійному автомобілі, побудованому і випробуваному в 1885 р. Карлом Бенцем двигун був встановлений на триколісному екіпажі (мал. 12) 1889 р. німецькі інженери Готліб Даймлер і Вільгельм Майбах побудували чотириколісний автомобіль з чотиришвидкісною коробкою передач.

Виробники автомобілів незабаром вступили в конкурентну боротьбу за виробництво більш досконалих, найшвидших і найдешевших машин. Їздити в автомобілях стає все простіше і безпечніше.

Сучасні автомобілі оснащені бортовими комп'ютерами, які керують роботою багатьох частин машин, повідомляють інформацію водієві, приладові панелі сучасних автомобілів конструюють так, щоб вони давали якомога більше корисної інформації.

Чудо інженерної думки в машинобудуванні являють собою подушки безпеки. Пневматична подушка включається при блискавичної зупинці автомобіля при зіткненні. В ту ж мить запалюється крихітний заряд, лунає мікровибух, і подушка наповнюється газом і роздувається за частку секунди - набагато швидше часу реакції людини. Подушка практично виключає небезпечні травми голови і обличчя навіть при зіткненні на великій швидкості. Пневматичні подушки розроблені в США, де багато людей не пристібаються ременями безпеки.

Дослідження морських глибин

Тепер, з появою сучасного підводного спорядження вчені можуть зануритися в глибини моря і на власні очі побачити таємничий світ безмовності. Сучасні скафандри дозволяють занурюватися на глибину до 500 метрів і розташовують запасом повітря на три доби.

Перша підводна фотографія була зроблена в 1893 р. апарат, яким вона була зроблена був громіздким і незграбним. Сучасні апарати маленькі і зручні в обігу. Дослідження морських глибин стало можливим тільки з появою спеціальної водонепроникної техніки , здатної витримати колосальний тиск.

Морське дно досліджують відео- та фотороботи з дистанційним управлінням, які передають зображення вченим прямо на дослідницькі кораблі. фізика електроенергія магнітний нанотехнологія

Нанотехнології

Один з напрямків сучасної технічної думки - «нанотехнології» . У перекладі з грецької приставка «нано» позначає «карлик». Це технології роботи з речовиною на рівні окремих частинок. Розробки в цій галузі будуть сприяти мініатюризації приладів і технічних пристосувань, торкнуться практично всі галузі промисловості і суспільства, усі сфери життя людини.

Мал. 1 Перший друкарський верстат

Мал. 2 Телескоп Галілея

Мал. 3 Перший електричний двигун

Мал. 4 Сонячні батареї

Мал. 5 Гідроелектростанція

Мал. 6 Вітряки

Мал. 9 Великий адронний колайдер

Мал. 10 Перший телефонний апарат

Мал. 11 Перша електронно обчислювальна машина

Мал. 12 Перший автомобіль

Размещено на Allbest.ru