Реферат: Физика – настоящая и ненастоящая. Реферат физика и техника

Реферат - Тема урока: «Физика и техника». Цели урока

Цели урока: показать роль физики в ускорении научно-технического прогресса; ознакомить учащихся с этапами становления физики.

Ход урока

Объяснение учителя

История развития физики.

Наука возникла в глубокой древности как попытка осмыслить окружающие явления, взаимосвязь природы и человека. Сначала она не разделялась на отдельные направления, как сейчас, а объединялась в одну общую науку – философию. Астрономия выделилась в отдельную дисциплину раньше физики и является наряду с математикой и механикой одной из древнейших наук. Позже наука о природе так же выделилась в самостоятельную дисциплину. Древнегреческий учёный и философ Аристотель назвал физикой одно из своих сочинений.

Одна из главных задач физики – объяснить строение окружающего нас мира и происходящие в нём процессы, понять природу наблюдаемых явлений. Другая важная задача – выявить и познать законы, которым подчиняется окружающий мир. Познавая мир, люди используют законы природы. Вся современная техника основана на применении законов, открытых учёными.

С изобретением в 1780-х гг. парового двигателя началась промышленная революция. Первый паровой двигатель изобрёл английский учёный Томас Ньюкомен в 1712 г. Паровая машина пригодная для использования в прмышленности, впервые создана в 1766 г. русским изобретателем Иваном Ползуновым (1728-1766).Шотландец Джеймс Уатт усовершенствовал конструкцию. Созданный им в 1782 г. двухтактный паровой двигатель приводил в движение машины и механизмы на фабриках.

Сила пара приводила в движение насосы, поезда, пароходы, прядильные станки и множество других машин. Мощным толчком для развития техники послужило создание английским физиком «гениальным самоучкой» Майклом Фарадеем в 1821 г. первого электродвигателя. Создание в 1876г. немецким инженером Николаусом Отто четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания открыло эру автомобилестроения, сделало возможным существование и повсеместное использование автомобилей, тепловозов, судов и других технических объектов.

То, что раньше считалось фантастикой, сейчас становится реальной жизнью, которую мы уже не представляем без аудио- и видеотехники, персонального компьютера, сотового телефона и Интернета. Их возникновение обязано открытиям сделанным в различных областях физики.

Однако и развитие техники способствует прогрессу в науке. Создание электронного микроскопа позволило заглянуть внутрь вещества. Создание точных измерительных приборов сделало возможным более точный анализ результатов экспериментов. Огромный прорыв в области изучения космоса был связан именно с появлением новых современных приборов и технических устройств.

Таким образом, физика как наука играет огромную роль в развитии цивилизации. Она перевернула самые фундаментальные представления людей – представления о пространстве, времени, устройстве Вселенной, позволив человечеству совершить качественный скачок в своём развитии. Успехи физики позволили сделать ряд фундаментальных открытий в других естественных науках, в частности, в биологии. Развитие физики в наибольшей степени обеспечивало бурный прогресс медицины.

С успехами физики связаны и надежды учёных на обеспечение человечества неиссякаемыми альтернативными источниками энергии, использование которых позволит решить многие серьёзные экологические проблемы. Современная физика призвана обеспечить понимание самых глубинных основ мироздания, появления и развития нашей Вселенной, будущего человеческой цивилизации.

^ Что же было у истоков науки физики?

Доклады учащихся.

Доклад 1.

Самые ранние работы по описанию, упорядочению и объяснению явлений природы относятся к 4 в до н.э. Наличие обширных практических знаний, технических навыков, высокий общий культурный уровень - всё это создало в Греции почву для формирования физики как науки. Однако некоторые начатки научных исследований пришли к грекам от народов ещё более древней культуры, в первую очередь из Вавилона и Египта.

Колесо было изобретено около 5500 лет назад на Ближнем Востоке, это было одним из первых технических достижений. Из глубокой древности, возможно более чем 3000 до н.э., пришли такие изобретения, как обожжённый кирпич, гончарный круг, колёсный экипаж. Несколько позднее были открыты способы выплавки и обработки металлов, изобретены вёсельные и парусные суда, применены плуг, весы, отвес, уровень, циркуль, клещи. Во втором тысячелетии до н.э. были изобретены кузнечные мехи, рычаги, клин, домкрат, блоки. Все эти приспособления призваны были облегчить жизнь и труд человека, они же способствовали развитию науки, т.к. делали возможным проведение множества физических экспериментов. Первая значительная попытка научной систематизации знаний связана с трудами Аристотеля (384-322 г.г. до н. э.) , многие его труды сохранились. В них содержатся многочисленные сведения из области музыки, метеорологии, физики, прикладной механики, мысли о распространении звука в воздухе, объясняется явление эха, приводится попытка экспериментального определения веса воздуха и многое другое. Аристотелева физика была основана на наблюдениях и частично на опытах. Попытки систематических научных исследований конкретных явлений природы связаны с именем другого древнегреческого учёного – Архимеда (287-212 г.г. до н. э.). Он имел навыки к проведению точных научных экспериментов, сконструировал мосты через Нил, дамбы для регулировки разливов Нила. Но наиболее гениальным изобретением этого периода был винт, который и до сих пор называется винтом Архимеда. Он служил для подъёма воды на высоту до 4 метров и для осушения низменных местностей. Весьма многочисленны (около 40) другие механические изобретения, приписываемые Архимеду, хотя исторические источники, которыми располагают учёные и содержат порой элементы легенды, однако Архимед был действительно автором целого ряда изобретений.

Доклад 2.

Активно развивалась физика и в странах Востока, наибольшее развитие там получили механика и оптика – наука о распространении света. Арабские учёные рассматривали глаз как один из органов чувств нашего организма, описали его строение, выяснили функции зрительного нерва. В своих экспериментах они пользовались специальными увеличительными стёклами (линзами). Им принадлежит и описание первого компаса (1242 г.)

Многочисленные физические открытия связаны с именем знаменитого французского учёного Роджера Бэкона (1214-1292). Его считают прародителем экспериментального метода, легенды приписывают ему самые разнообразные изобретения: порох, линзы, подзорную трубу, компас, паровую машину, самолёт. До сих пор нельзя назвать ни времени, ни места изобретения линз и очков, открытие было, очевидно, случайным и вполне вероятно допустить, что автором был некто изготовлявший стёкла.

Доклад 3.

В средние века развитие техники послужило не только предпосылкой изменения социальных условий жизни людей, но и поставило перед наукой новые задачи. В 10 в начали подковывать тягловый скот, что привело к широкому применению в сельском хозяйстве лошадей, к изменению конструкции плуга – он стал колёсным. В 11 в. на Западе широкое распространение получили водяные и ветряные мельницы. Это способствовало мощному скачку в развитии металлургии. Ранее воздух в печах нагнетался мехами, приводимыми в движение руками человека, после появления мельниц возросли мощности и стали достижимы более высокие температуры, при которых можно было выплавлять чугун. В 16 в. высота доменных печей возросла до 6 м. и чугун нашёл самое разнообразное применение – пушки, снаряды, печи, трубы, чугунная посуда, плиты. Оживилось стекольное производство (в 10 в. были изобретены цветные стёкла), ткачество – появились новые сукновальные и ткацкие машины, был изобретён первый печатный станок – первое сохранившееся до нашего времени издание датировано 1445 г., началось применение огнестрельного оружия, изменилось техническое оснащение кораблей, что привело к возможности выхода в открытое море.

Огромный вклад в развитие науки в то далёкое время внёс гениальный инженер, изобретатель, художник Леонардо да Винчи (1452-1519). Историки техники насчитывают сотни его изобретений, рассеянных по его тетрадям в виде чертежей, часто без единого слова пояснений. К его изобретениям относятся: стальные цепные передачи, применяемые сейчас на велосипедах, двойное соединение, называемое теперь «кардановым», роликовые опоры для уменьшения трения, различные станки, многочисленные ткацкие машины, боевые машины для ведения войны, замысловатые музыкальные инструменты. Наиболее дерзновенной мечтой Леонардо да Винчи был полёт человека, он исследовал и описал полёт птиц с удивительной точностью. В 1490 г. спроектировал первую модель летательного аппарата, позже спроектировал парашют и первую модель геликоптера, движущим элементом которого является спираль.

Доклад 4.

Эпоха новых географических открытий, тесно связанных с мореплаванием, требовала точных данных о движении Солнца и Луны, которыми наука тогда не располагала. Популярная в то время астрология тоже требовала совершенствования теории планетарной системы. Кроме того, к 16 в. остро стояла проблема календаря, который расходился с астрономическими данными на 10 дней! Уже 15 веков господствовала модель мира Клавдия Птолемея (87-165), согласно которой в центре мира находится неподвижная Земля, а вокруг неё вращаются планеты – Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, а также так называемая «сфера звёзд». Земля при этом считалась неподвижной, она не вращалась не только вокруг какой-нибудь другой планеты, но и вокруг своей оси. Для устранения назревших проблем, можно было внести уточнения в систему Птолемея и получить нужные результаты, но польский астроном Николай Коперник (1473-1543) в 1543 г. решил коренным образом изменить само представление о Вселенной. Модель мира Коперника заключалась в том, что в «центре мира» находилось неподвижное Солнце, а вокруг него по окружностям вращались планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. С математической точки зрения система Коперника оказалась настолько проще системы Птолемея, что ею сразу же воспользовались в практических целях, в том числе для составления нового календаря. При помощи своего телескопа выдающийся итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564-1642) сумел подтвердить правоту Коперника, поместившего Солнце в центр Вселенной. Телескоп изобрёл в 1608 г. голландец Ганс Липперсхей, назвав его зрительным стеклом.

Доклад 5.

Создание физической теории связано с именем выдающегося английского физика Исаака Ньютона (1643-1727). Величайшая заслуга этого учёного заключается в анализе, систематизации, обобщении трудов великих физиков, математиков, астрономов, его предшественников - Галилео Галилея (1564-1642), Иоганна Кеплера (1571-1630), Рене Декарта (1596-1650), Христиана Гюйгенса (1629-1695). В результате Ньютон открыл ряд законов, изучил свойства световых лучей, значительно усовершенствовал конструкцию существовавших тогда телескопов.

Большую роль в развитие физики в России внёс замечательный русский физик, поэт, астроном, металлург, географ, историк, просветитель и государственный деятель Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). Он ввёл в русский язык новые слова: термометр, формула, зажигательное стекло, атмосфера и многие другие. Он является автором первого учебника по физике в России. Немало сил стоило Ломоносову добиться открытия первого в России высшего учебного заведения – университета в Москве, который теперь с гордостью носит его имя.

Доклад 6.

Важнейшим шагом вперёд в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока – гальванического элемента. История этого изобретения относится к концу 18 в. и связана с именем итальянского врача Луиджи Гальвани (1737-1798). Как уже говорилось, в 1821 г. был изобретён первый электрический двигатель, все машины современной электропромышленности работают по тому же принципу, что и первый электродвигатель Фарадея. Работы Майкла Фарадея воодушевили молодого шотландского физика Джемса Кларка Максвелла (1831-1879) систематизировать все известные труды по электричеству, в результате чего в 1864 г. была создана электромагнитная теория.

Новый этап бурного развития физики начался в 20 в. В науке появились новые направления: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика твёрдого тела. Выдающиеся достижения физики послужили мощным толчком развития современной цивилизации, открыли новый этап в исследовании космоса, внесли в повседневную жизнь человека множество полезных вещей – от электрического освещения до лекарств.

Приложение

Современная наука и техника.

Доклады.

1.Использование электроэнергии.

Человечеству для развития требуется всё больше и больше электроэнергии. Электричество вырабатывается на огромных атомных, гидро- или теплоэлектростанциях. На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, поэтому содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Топки электростанций выбрасывают в атмосферу продукты горения, которые крайне вредны для живых организмов (оксиды серы, азотные соединения, оксиды углерода).

Промышленные отходы загрязняют окружающую среду, способствуют глобальному изменению климата. Запасы нефти и газа, на которые ориентирована теплоэнергетика, ограничены. Это заставляет учёных искать другие экологически чистые – альтернативные источники энергии. К ним относятся неиссякаемые источники – Солнце, вода и ветер.

Задолго до изобретения электричества сила ветра использовалась для помола зерна в ветряных мельницах. Их крылья вращали жернова внутри мельницы. Современные ветряные мельницы (ветряки) используются для привидения в движение турбогенераторов, вырабатывающих электроэнергию. Впервые такое устройство было построено в 1940 г. в Америке.

Водяные мельницы для перемалывания зерна использовались более 2000 лет. В 1771 г. водяную мельницу приспособили под текстильную фабрику, на которой водяное колесо приводило в действие прядильные машины. Аналогичным образом, вода заставляет вращаться турбины, вырабатывающие электрический ток, на гидроэлектростанциях.

Можно использовать и энергию Солнца, сейчас солнечными батареями оснащены практически все калькуляторы. Они преобразуют солнечный свет в электроэнергию. Существуют попытки создания солнцемобилей – автомобилей, работающих от солнечных батарей. Космические аппараты также оснащены солнечными батареями.

Можно также использовать энергию геотермальных источников. Например, в Исландии много геотермальных электростанций. Они вырабатывают электричество, используя энергию гейзеров – горячих подземных источников, которые выбрасывают на поверхность мощные фонтаны воды и пара.

В качестве ещё одного альтернативного источника учёные используют энергию приливов. Однако получение энергии из всех возобновляемых источников – Солнца, ветра, рек пока обходится дороже, чем от сжигания ископаемого топлива.

Более половины всех загрязнений атмосферы создаёт транспорт. Так как решающую роль в загрязнении атмосферы в городах играют автомобильные двигатели, встаёт вопрос об их усовершенствовании. Перспективными являются разработки автомобилей с электродвигателем, питающимся от аккумулятора.

Таким образом, одно из направлений современной технической мысли – это создание здоровой среды обитания. Для этого необходимо разумно использовать все виды энергии, беречь невозобновляемые природные ресурсы, переходить на энергосберегающие, малоотходные и безотходные технологии.

^ 2. Исследование Вселенной.

Ярким подтверждением связи науки и техники является прорыв в области изучения космоса. Под руководством гениального конструктора Сергея Павловича королёва (1907-1966) в 1956 г. инженеры построили ракету, способную доставить двухтонную боеголовку на расстояние свыше 6000км. Вскоре, 4 октября 1957 г. на орбиту был запущен первый искусственный спутник Земли. Это открыло эру космических исследований.

12 апреля 1969 г. Юрий Алексеевич Гагарин стал первым космонавтом.

Большинство космических исследований выполняют беспилотные зонды, управляемые бортовыми компьютерами и снабжённые приборами, собирающими и передающими данные на Землю.

Однако учёные не только исследуют космос, они ещё и моделируют некоторые процессы, происходившие когда-то во Вселенной. Большинство специалистов считает, что некогда Вселенная представляла собой крохотную пылинку, содержавшую в себе всю материю, но миллиарды лет назад эта пылинка разлетелась вдребезги. Это могучее потрясение назвали Большим Взрывом. С тех самых пор Вселенная разрастается, а галактики разлетаются в разные стороны. Существовало ли что-нибудь до Большого Взрыва? Неизвестно. Как он произошёл? Для нахождения ответов на эти вопросы учёные построили колоссальное сооружение – Большой адронный коллайдер. Его задача заключается в том, чтобы в миниатюре воссоздать условия, аналогичные Большому взрыву. Он расположен под землёй в районе франко-швейцарской границы, его стоимость 3 миллиарда евро. Коллайдер создавали 8000 учёных из 88 стран в течение десяти лет напряжённого труда.

^ 3. Влияние науки на медицину.

Медицина зародилась в далёком прошлом. Одним из первых прославился своим искусством древнегреческий врач Гиппократ. Он старался сделать медицину более научной, учил, что главная задача врача – отыскать причину болезни и устранить её. Хирургия существует уже тысячи лет. Археологи иногда обнаруживают черепа с возрастом более десяти тысяч лет с просверленными в них отверстиями. После сверления кость снова заросла, значит пациенты оставались в живых. Такие операции помогали, но не всегда.

Современная хирургия располагает множеством методов внутреннего обследования организма. Это стало возможно после изобретения в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном нового вида излучений. Мягкие ткани организма для этих лучей прозрачны, они задерживаются только костями. Вскоре при помощи рентгеновских лучей стали осматривать переломы и подозрительные ушибы и шишки.

Современные компьютерные томографы и ультразвуковые аппараты показывают внутренности в мельчайших деталях. Хирурги полагают, что через полвека у каждого десятого жителя нашей планеты в организме будет хоть один протез. Поначалу протезы делали из дерева и золота. Современные биоинженеры пользуются целым рядом металлов, пластмасс и других материалов, не отторгаемых организмом. Современные медицинские технологии позволяют подключать протезы к нервным окончаниям, в результате чего искусственные протезы воспроизводят движения настоящих органов (рук, ног).

Всё большее применение в медицине находит лазер.

^ 4. Развитие средств связи.

В 1876 г. американец Александр Грэхем Белл (1847-1922) создал первый телефонный аппарат. Учёный был врачом, учившим разговаривать глухих людей, он много знал о голосе и звуке. С тех пор конструкция аппарата претерпела многочисленные изменения.

7 мая 1895 г. русский физик Александр Степанович Попов на заседании Русского физико-технического общества в Петербурге продемонстрировал действие первого в мире радиоприёмника. День 7 мая стал днём рождения радио. Уже первые применения средств радиосязи помогли спасти жизнь рыбакам, оказавшимся на льдине.

В 1926 г. шотландский изобретатель Джон Лоджи Бэрд первым продемонстрировал публике телевизионную систему. Его оригинальное устройство было сделано из старой коробки, вязальных спиц, жестяной банки из-под торта и велосипедного фонаря! Вскоре на смену его конструкции пришла электронная система, разработанная ещё в 1923 г. американцем русского происхождения Владимиром Зворыкиным.

4 октября 1957 г. в нашей стране был запущен первый в мире искусственный спутник Земли. Ныне вокруг Земли кружат сотни спутников. Наземные станции посылают телефонные, телевизионные, радиосигналы к спутникам, которые усиливают их и ретранслируют их на Землю. Самолёты и корабли пользуются глобальной спутниковой системой навигации, позволяющей определять положение объекта с точностью до нескольких метров. Системой спутниковой связи пользуются и журналисты, альпинисты, и исследователи.

В 1943 г. в США была создана первая электронно-вычислительная машина, её размеры были сопоставимы с размерами комнаты. Современные технологии позволяют быстро развивать электронику. Технология миниатюризации – уменьшения размеров - позволила создать карманные компьютеры. В конце 20 в. учёные совместили компьютеры с системами связи, в результате чего была создана система Интернет для обмена информацией, она существенно изменила жизнь людей, открыла новые возможности, можно сказать, повысила качество жизни людей!

5. Автомобилестроение.

Как уже говорилось, эра автомобилестроения открылась после изобретения двигателя внутреннего сгорания. Инженерная мысль работала столь стремительно, что практически одновременно в разных странах стали появляться автомобили с бензиновыми двигателями. На первом серийном автомобиле, построенном и испытанном в 1885 г. Карлом Бенцем двигатель был установлен на трёхколёсном экипаже. В 1889 г. немецкие инженеры Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах построили четырёхколёсный автомобиль с четырёхскоростной коробкой передач.

Производители автомобилей вскоре вступили в конкурентную борьбу за производство более совершенных, самых быстрых и самых недорогих машин. Ездить в автомобилях становится всё проще и безопаснее.

Современные автомобили оснащены бортовыми компьютерами, которые управляют работой многих частей машин, сообщают информацию водителю, приборные панели современных автомобилей конструируют так, чтобы они давали как можно больше полезной информации.

Чудо инженерной мысли в машиностроении представляют собой подушки безопасности. Пневматическая подушка включается при молниеносной остановке автомобиля при столкновении. В тот же миг воспламеняется крошечный заряд, раздаётся микровзрыв, и подушка наполняется газом и раздувается за долю секунды - намного быстрее времени реакции человека. Подушка практически исключает опасные травмы головы и лица даже при столкновении на большой скорости. Пневматические подушки разработаны в США, где многие люди не пристёгиваются ремнями безопасности.

^ 6. Исследования морских глубин.

Теперь, с появлением современного подводного снаряжения учёные могут погрузиться в глубины моря и собственными глазами увидеть таинственный мир безмолвия. Современные скафандры позволяют погружаться на глубину до 500 метров и располагают запасом воздуха на трое суток.

Первая подводная фотография была сделана в 1893 г. аппарат, которым она была сделана был громоздким и неуклюжим. Современные аппараты маленькие и удобные в обращении. Исследование морских глубин стало возможным только с появлением специальной водонепроницаемой техники, способной выдержать колоссальное давление.

Морское дно исследуют видео- и фотороботы с дистанционным управлением, которые передают изображения учёным прямо на исследовательские корабли.

7. Нанотехнологии.

Одно из направлений современной технической мысли – «нанотехнологии». В переводе с греческого приставка «нано» обозначает «карлик». Это технологии работы с веществом на уровне отдельных частиц. Разработки в этой области будут способствовать миниатюризации приборов и технических приспособлений, затронут практически все области промышленности и общества, все сферы жизни человека

^ Пояснительная записка

Тема урока: «Физика и техника». Урок носит ознакомительный характер, проводится в 7 классе.

Целесообразность проведения урока по данной теме оправдана выдающейся ролью, которую играет наука физика для ускорения научно-технического прогресса, что повышает эффективность образования школьников, формирует интерес к изучению физики, повышает мотивацию. Физика определяет научные основы многих современных технологий, развитие физической науки непосредственно связано с важнейшими направлениями научно-технического прогресса.

Объяснение учителя на уроке и 5 докладов учащихся по теме «Что же было у истоков науки физики?» посвящены основным этапам формирования науки и развития технической мысли. В докладах большое внимание уделяется учёным, сделавшим наибольший вклад в развитие науки на каждом этапе, показывается роль опыта и наблюдений в формирование физической теории.

Темы докладов учащихся посвящённые прикладному характеру науки следующие: 1)использование электроэнергии,2)исследование Вселенной, 3)влияние науки на медицину, 4)развитие средств связи, 5)автомобилестроение, 6) исследование морских глубин, 7) нанотехнологии.

В первом докладе затрагиваются вопросы охраны окружающей среды, поисков альтернативных источников энергии, что является одним из аспектов экологического воспитания школьников.

В докладе «Исследование Вселенной» и объяснении учителя на уроке обозначена роль развития техники в развитии науки. В адаптированном для учащихся 7 класса виде приведена информация о Большом адроном коллайдере.

Доклад «Влияние науки на медицину» показывает большой прикладной характер науки, её роль в улучшении качества жизни человека.

Доклад «Развитие средств связи» показывает хронологический порядок создания различных средств связи.

В докладе «Автомобилестроение» показано влияние науки на развитие техники.

Доклад «Исследование морских глубин» посвящён изобретениям различных технических приспособлений, которые стали возможны лишь на определённом этапе формирования науки.

Последний доклад «Нанотехнологии» в адаптированном для учащихся виде показывает последние современные направления технологической мысли.

Таким образом, материал урока показывает многогранность науки, её прикладной характер, интересен учащимся, даёт им представление о том, что наука физика не застыла на месте, а постоянно развивается, оказывая влияние на все сферы жизни человека.

На уроке применяется интерактивная доска для демонстрации слайдов по теме урока. Темы докладов учащиеся получают за неделю до проведения урока. В течение этого времени материалы анализируются, обсуждаются с учителем, формируются доклады. Для подготовки материала к уроку используются современные информационные технологии, детские энциклопедии, книги по истории физики. При подготовке к уроку созданы условия для активной деятельности учащихся по самостоятельному подбору необходимой информации.

Программа преподавания физики типовая, авторы Н.К. Мартынова, Н.Н. Иванова. Количество часов в год – 68, в неделю 2 ч.

www.ronl.ru

Реферат - Физика и другие науки

Физика и её связь с другими науками. Современный взгляд.

В настоящее время происходит величайшая научно-техническая революция, которая началась более четверти века назад. Она произвела глубокие качественные изме­нения во многих областях науки и техники. Одна из древнейших наук — астрономия переживает революцию, связанную с выходом человека в космическое простран­ство. Рождение кибернетики и электронных вычислительных машин ре­волюционно изменило облик математики, проложило путь к новой области человеческой деятельности, получившей название информатики. Возникновение молекулярной биоло­гии и генетики вызвало революцию в биологии, а создание так называ­емой большой химии стало воз­можным благодаря революции в хи­мической науке. Аналогичные про­цессы происходят также в геоло­гии, метеорологии, океанологии и многих других современных науках.

Во всем мире наблюдаются глубокие качественные перемены в ос­новных отраслях техники. Револю­ция в энергетике связана с переходом от тепловых электростанций, работающих на органическом топли­ве, к атомным электростанциям. Создание индустрии искусственных материалов с необычными, но очень важными для практики свойствами произвело революцию в материало­ведении. Комплексная механизация и автоматизация ведут нас к рево­люции в промышленности и сель­ском хозяйстве. Транспорт, строи­тельство, связь становятся принци­пиально новыми, значительно более производительными и совершенными отраслями современной техники.

Физика и астрономия.

В совре­менном естествознании, физика яв­ляется одной из лидирующих наук. Она оказывает огромное влияние на различные отрасли науки, тех­ники, производства. Рассмотрим на нескольких примерах, как физика влияет на другие области совре­менной науки и техники.

На протяжении тысячелетий аст­рономы получали только ту инфор­мацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно рас­ширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источ­ником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметро­вых и сантиметровых радиоволн.

Огромный поток научной ин­формации приносят из космоса дру­гие виды электромагнитного излу­чения, которые не достигают по­верхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультра­фиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расшири­лась возможность исследования пер­вичных космических частиц, пада­ющих на границу земной атмосфе­ры: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходя­щих из космического пространства. Объем научной информации, полу­ченной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Ис­пользуемые при этом методы иссле­дования и регистрирующая аппара­тура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астро­номия превращается в моло­дую, бурно развивающуюся астро­физику.

Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о про­цессах, происходящих в недрах кос­мических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных час­тиц.

Физика и биология.

Революцию в биологии обычно связывают с воз­никновением молекулярной биологии и генетики, изучающих жизненные процессы на молекулярном уровне. Основные средства и методы, ис­пользуемые молекулярной биоло­гией для обнаружения, выделения и изучения своих объектов (электрон­ные и протонные микроскопы, рентгеноструктурный анализ, электро­нография, нейтронный анализ, мече­ные атомы, ультрацентрифуги и т. п.), заимствованы у физики. Не располагая этими средс1вами, родившимися в физических лабо­раториях, биологи не сумели бы осуществить прорыв на качественно новый уровень исследования про­цессов, протекающих в живых ор­ганизмах.

Важную роль современная физи­ка играет в революционной перест­ройке химии, геологии, океанологии и ряда других естественных наук.

Физика и техника.

Физика стоит также у истоков революционных преобразований во всех областях техники. На основе ее достижений перестраиваются энергетика, связь, транспорт, строительство, промыш­ленное и сельскохозяйственное производство.

Энергетика.

Революция в энерге­тике вызвана возникновением атом­ной энергетики. Запасы энергии, хранящиеся в атомном топливе, намного превосходят запасы энергии в еще не израсходованном обычном топливе. Уголь, нефть и природный газ в наши дни превратились в уни­кальное сырье для большой химии. Сжигать их в больших количест­вах — значит наносить непоправи­мый ущерб этой важной области современного производства. По­этому весьма важно использовать для энергетических целей атомное топливо (уран, торий). Тепловые электростанции оказывают неустра­нимое опасное воздействие на окружающую среду, выбрасывая уг­лекислый газ. В то же время атом­ные электростанции при должном уровне контроля могут быть бе­зопасны.

Термоядерные электростанции в будущем навсегда избавят челове­чество от заботы об источниках энергии. Как мы уже знаем, научные основы атомной и термоядерной энергетики целиком опираются на достижения физики атомных ядер.

Создание материалов с заданны­ми свойствами привело к изменениям в строительстве. Техника будущего будет создаваться в значительной степени не из готовых природных материалов, которые уже в наши дни не могут сделать ее достаточно надежной и долговечной, а из синтетических материалов с наперед заданными свойствами. В создании таких материалов наряду с боль­шой химией все возрастающую роль будут играть физические мето­ды воздействия на вещество (элек­тронные, ионные и лазерные пучки; сверхсильные магнитные поля; сверх­высокие давления и температуры; ультразвук и т. п.). В них заложена возможность получения материалов с предельными характеристиками и создания принципиально новых ме­тодов обработки вещества, корен­ным образом изменяющих современ­ную технологию.

Автоматизация производства.

Предстоит огромная работа по созданию комплексно-автоматизиро­ванных производств, включающих в себя гибкие автоматические ли­нии, промышленные роботы, управ­ляемые микрокомпьютерами, а так­же разнообразную электронную контрольно-измерительную аппара­туру. Научные основы этой техники органически связаны с радиоэлектро­никой, физикой твердого тела, физи­кой атомного ядра и рядом других разделов современной физики.

Физика и информатика.

Физика вносит решающий вклад в создание современной вычислительной техни­ки, представляющей собой мате­риальную основу информатики. Все поколения электронных вычислитель­ных машин (на вакуумных лампах, полупроводниках и интегральных схемах[1] ), созданные до наших дней, родилась в современных лабораториях.

Современная физика открывает новые перспективы для дальнейшей миниатюризации, увеличения быстродействия и надежности вычислительных машин. Применение лазеров и развивающейся на их основе голографии таит в себе огромные резервы для совершенствования вычислительной техники.

Значение физики

Такая тесная связь физики с другими науками объясняется важностью физики, её значением, так как физика знакомит нас с наиболее общими законами природы, управ­ляющими течением процессов в ок­ружающем нас мире и во Вселен­ной в целом.

Цель физики заключается в отыскании общих законов природы и в объяснении конкретных процес­сов на их основе. По мере продви­жения к этой цели перед учеными постепенно вырисовывалась вели­чественная и сложная картина единства природы. Мир представ­ляет собой не совокупность разроз­ненных, независимых друг от друга событий, а разнообразные и много­численные проявления одного целого.

Механическая картина мира и физика. Многие поколения ученых поража­ла и продолжает поражать величе­ственная и цельная картина мира, которая была создана на основе механики Ньютона. Согласно Нью­тону, весь мир состоит «из твер­дых, весомых, непроницаемых, под­вижных частиц». Эти «первичные частицы абсолютно тверды: они не­измеримо более тверды, чем тела, которые из них состоят, настолько тверды, что они никогда не изна­шиваются и не разбиваются вдре­безги». Отличаются они друг от друга главным образом количествен­но, своими массами. Все богатство, все качественное многообразие ми­ра — это результат различий в дви­жении частиц. Внутренняя сущ­ность частиц остается на втором плане.

Основанием для такой единой картины мира послужил всеобъем­лющий характер открытых Ньюто­ном законов движения тел. Этим за­конам с удивительной точностью под­чиняются как громадные небесные тела, так и мельчайшие песчинки, гонимые ветром. И даже ветер — движение не видимых глазом час­тиц воздуха — подчиняется тем же законам. На протяжении долгого времени ученые были уверены, что единственными фундаментальными законами природы являются законы механики Ньютона. Французский ученый Лагранж считал, что «нет человека счастливее Ньютона: ведь только однажды одному человеку суждено построить картину мира».

Однако простая механическая картина мира оказалась несостоя­тельной. При исследовании электро­магнитных процессов выяснилось, что они не подчиняются механике Ньютона. Дж. Максвелл открыл новый тип фундаментальных зако­нов, которые не сводятся к меха­нике Ньютона,— это законы поведе­ния электромагнитного поля.

Электромагнитная картина мира и физика. В механике Ньютона предполага­лось, что тела непосредственно че­рез пустоту действуют друг на дру­га и эти взаимодействия осуществ­ляются мгновенно (теория дально­действия). После создания электро­динамики представления о силах существенно изменились. Каждое из взаимодействующих тел создает электромагнитное поле, которое с конечной скоростью распространя­ется в пространстве. Взаимодействие осуществляется посредством этого поля (теория близкодействия).

Электромагнитные силы чрезвы­чайно широко распространены в природе. Они действуют в атомном ядре, атоме, молекуле, между от­дельными молекулами в макроско­пических телах. Это происходит по­тому, что в состав всех атомов вхо­дят электрически заряженные час­тицы. Действие электромагнитных сил обнаруживается и на очень малых расстояниях (ядро), и на космических (электромагнитное из­лучение звезд).

Развитие электродинамики при­вело к попыткам построить единую электромагнитную картину мира. Все события в мире согласно этой картине управляются законами элек­тромагнитных взаимодействий.

Кульминации электромагнитная картина мира достигла после созда­ния специальной теории относитель­ности. Было понято фундаменталь­ное значение конечности скорости распространения электромагнитных взаимодействий, создано новое уче­ние о пространстве и времени, найдены релятивистские уравнения движения, заменяющие уравнения Ньютона при больших скоростях.

Если во времена расцвета механической картины мира делались попытки свести электромагнитные явления к механическим процессам в особой среде (мировом эфире), то теперь уже стремились, наобо­рот, вывести законы движения час­тиц из электромагнитной теории. Частицы вещества пытались рассматривать как «сгустки» электро­магнитного поля. Однако свести все процессы в природе к электромаг­нитным не удалось. Уравнения дви­жения частиц и закон гравитацион­ного взаимодействия не могут быть выведены из теории электромаг­нитного поля. Кроме того, были открыты электрически нейтральные частицы и новые типы взаимодей­ствия. Природа оказалась сложнее, чем предполагали вначале: ни еди­ный закон движения, ни единственная сила не способны охватить всего многообразия процессов в мире.

Единство строения материи и физика. Мир чрезвычайно разнообразен. Но как это ни удивительно, вещество звезд точно такое же, как и вещество, из которого состоит Земля. Атомы, сла­гающие все тела Вселенной, со­вершенно одинаковы. Живые ор­ганизмы состоят из тех же атомов, что и неживые.

Все атомы имеют одинаковую структуру и построены из элемен­тарных частиц трех сортов. У них есть ядра из протонов и нейтро­нов, окруженные электронами. Яд­ра и электроны взаимодействуют друг с другом посредством электро­магнитного поля, квантами которого являются фотоны.

Взаимодействие же между про­тонами и нейтронами в ядре осу­ществляют в основном π-мезоны, которые представляют собой кванты ядерного поля. При распаде нейтро­нов появляются нейтрино. Кроме того, открыто много других эле­ментарных частиц. Но только при взаимодействии частиц очень боль­ших энергий они начинают играть заметную роль.

В первой половине XX века был открыт фундаментальный факт: все элементарные частицы способны превращаться друг в друга.

В 70-е гг. было установлено, что все сильно взаимодействующие час­тицы состоят из субэлементарных частиц — кварков шести видов. Ис­тинно элементарными частицами яв­ляются лептоны и кварки.

После открытия элементарных частиц и их превращений на пер­вый план единой картины мира выступило единство в строении ма­терии. В основе этого единства ле­жит материальность всех элементар­ных частиц. Различные элементар­ные частицы — это различные конк­ретные формы существования ма­терии.

Современная физическая картина мира и роль физики. Единство мира не исчерпы­вается единством строения материи. Оно проявляется и в законах дви­жения частиц, и в законах их взаимодействия.

Несмотря на удивительное раз­нообразие взаимодействий тел друг с другом, в природе по современ­ным данным имеются лишь четыре типа сил. Это гравитационные силы, электромагнитные, ядерные и сла­бые взаимодействия. Последние про­являются главным образом при превращениях элементарных частиц друг в друга. С проявлением всех четырех типов сил мы встречаемся в безграничных просторах Вселен­ной, в любых телах на Земле (в том числе и в живых организмах), в атомах и атомных ядрах, при всех превращениях элементарных частиц.

Революционное изменение клас­сических представлений о физи­ческой картине мира произошло после открытия квантовых свойств материи. С появлением квантовой физики, описывающей движение мик­рочастиц, начали вырисовываться новые элементы единой физической картины мира.

Разделение материи на вещество, имеющее прерывное строение, и не­прерывное поле потеряло абсолют­ный смысл. Каждому полю соот­ветствуют кванты этого поля: электромагнитному полю — фотоны, ядерному — π-мезоны, а на более глубоком уровне — глюоны, осуще­ствляющие взаимодействие кварков.

В свою очередь все частицы об­ладают волновыми свойствами. Корпускулярно-волновой дуализм при­сущ всем формам материи.

Описание, казалось бы, взаимо­исключающих корпускулярных и вол­новых свойств в рамках одной теории оказалось возможным благодаря тому, что законы движения всех без исключения микрочастиц носят ста­тистический (вероятностный) харак­тер. Этот факт делает невозможным однозначное предсказание того или иного поведения микрообъектов.

Принципы квантовой теории яв­ляются совершенно общими, приме­нимыми для описания движения всех частиц, взаимодействий меж­ду ними и их взаимных превра­щений.

Итак, современная физика с не­сомненностью демонстрирует нам черты единства природы. Но все же многого, быть может даже саму физическую суть единства мира, уловить пока еще не удалось. Не­известно, почему существует столь много различных элементарных частиц, почему они имеют те или иные значения массы, заряда и других характеристик. До сих пор все эти величины определяются экспери­ментально.

Однако все отчетливее вырисо­вывается связь между различными типами взаимодействий Электро­магнитные и слабые взаимодействия уже объединены в рамках одной теории. Выяснена структура боль­шинства элементарных частиц.

«Здесь скрыты столь глубокие тайны и столь возвышенные мысли, что, несмотря на старания сотен остроумнейших мыслителей, трудив­шихся в течение тысяч лет, еще не удалось проникнуть в них, и ра­дость творческих исканий и откры­тий все еще продолжает существо­вать». Эти слова, сказанные Галилеем три с половиной столетия назад, нисколько не устарели.

Научное мировоззрение. Фунда­ментальные законы, устанавлива­емые в физике, по своей слож­ности и общности намного превос­ходят те факты, с которых начи­нается исследование любых явле­ний. Но они столь же достоверны и столь же объективны, как и знания о простых явлениях, наблюдаемых не­посредственно. Эти законы не нару­шаются никогда, ни при каких ус­ловиях.

Все большее и большее число людей осознают, что объективные законы, которым следует природа, исключают чудеса, а познание этих законов позволит человечеству вы­жить.

[1] В интегральных схемах вместо обыч­ных радиодеталей и соединяющих их прово­дов используются тонкие слои молекул опре­деленного сорта, вводимых внутрь кристал­лика полупроводника или напыляемых на его поверхность. Благодаря этому можно на по­верхности полупроводникового кристалла площадью 1 квадратный сантиметр разместить сотни тысяч тран­зисторов и других элементов схемы.

www.ronl.ru

Реферат Физика Физика и другие науки

works.tarefer.ru

Реферат - Физика – настоящая и ненастоящая

Леонид Ашкинази

Чем эта статья отличается от других статей по физике

Другие статьи посвящены вопросам, которые лежат внутри физики. Что такое масса, что гласит закон Ома, как работает ускоритель – это внутренние вопросы физики. Но как только мы задаем вопрос о физике в целом или о взаимодействии физики с остальным миром, нам приходится выходить за ее пределы. Чтобы посмотреть на нее снаружи, чтобы увидеть ее именно «в целом». И сейчас мы это сделаем.

Как устроена и работает физика

Представьте себе, что ваша цель – строить мосты. Что нужно делать? Добывать железную руду, выплавлять сталь, изготавливать гвозди, валить лес, пилить бревна, забивать сваи, класть настил и так далее. Учиться делать расчеты мостов, причем учиться самим и учить других – и считать, и строить. Неплохо обменяться опытом с другими строителями мостов, можно начать издавать журнал «Через реку» или газету «Наша свая». Важно вот что – это процесс, и на каждом шаге мы можем сказать, что именно сделать; гвоздь можно пощупать, на забитую сваю можно сесть и поудить рыбку. Результаты расчета мостов можно сравнить и проверить, построить макет моста и испытать его. Кроме того, в ходе всей этой деятельности возникает навык, умение, технология строительства и специальный язык описания мостов. Строители употребляют свои, понятные только им термины – консоль, кессон, эпюра и т.д.

Примерно так работает и физика. Те, кто ею занимаются, создают ускорители, микроскопы, телескопы и множество других приборов, пишут и решают уравнения, которые описывают связь различных параметров нашего мира (например, связь давления, температуры и скорости ветра в атмосфере). Как и строители мостов, физики создают свой язык и систему обучения будущих физиков. Накапливается опыт решения задач, возникает технология познания.

Все это не падает с дерева само, как мифическое яблоко. Приборы дорого стоят и не всегда хорошо работают, не все удается понять, не все уравнения удается решить, а часто неясно, как их записать, не все ученики хорошо учатся и т.д. Но в итоге понимание мира улучшается – т.е. сегодня мы знаем больше, чем вчера. А поскольку мы знаем из книг, что позавчера знали еще меньше, то делаем вывод – что завтра будем знать еще больше.

Это и есть физика – познанный мир, процесс познания мира, процесс создания технологии познания, описание мира на специальном «физическом языке». Этот язык частично пересекается с обычным языком. Слова «вес», «скорость», «объем» и т.п. есть и в физическом языке, и в обычном. Многие слова существуют только в физическом языке (экситон, гравитационная волна, тензор и т.д.). Слова обычного языка и слова физического языка можно различить: вы можете любому человеку объяснить – так, что он скажет «понял» – что такое вес и скорость, но не удастся объяснить почти никому, что такое «тензор». Кстати, профессиональные языки пересекаются: например, слово «тензор» имеется и в языке строителей мостов.

Как физика связана с обществом

Физика, равно как и строительство мостов, связана с окружающим миром. Первая связь – быть физиком (как и строителем) приятно. Человек выжил потому, что узнавал новое и делал новое. У мамонтов была теплее шерсть, саблезубые тигры лучше прыгали, но в финал вышел двуногий. Поэтому в человеке заложены – как приспособительный признак, как поддержка правильного способа действий, улучшающего выживание – радость узнавания и радость творчества. Так же, как и радость любви или дружбы.

Вторая связь между физикой и обществом – быть физиком (как и стороителем мостов) престижно. Общество уважает тех, кто делает полезное для него. Уважение проявляется в зарплате, в чинах и орденах, восхищении подруг и друзей. Степень этого уважения и его формы на разных этапах развития общества могут быть, конечно, разными. И они зависят от общего состояния данного общества – в стране, которая ведет много войн, уважают военных, в стране, которая развивает науку – ученых, в стране, которая строит – строителей.

Все, что написано выше, относится не только к физике, но и к науке вообще – при том, что хотя биология и химия имеют много своих особенностей, но сам научный метод у них такой же, как в физике.

Откуда берется псевдонаука

Человек стремится к получению удовольствий и не стремится – если это само по себе не доставляет ему удовольствия – работать. Поэтому вполне естественно, что рядом с физикой, в которой для получения удовольствия от познания истины и признания обществом надо много работать, существует некоторая другая область деятельности, называемая, если говорить вежливо, «паранаукой» или «псевдонаукой».

Иногда говорят «лженаука», но это выражение неточно – ложью принято называть осознанный и целенаправленный обман, а среди деятелей псевдонауки довольно много искренне заблуждающихся людей. Мы будем в основном говорить о псевдофизике, хотя в последнее время очень популярны, например, псевдоистория и псевдомедицина. В соответствии с перечисленными выше свойствами физики, псевдофизика бывает нескольких типов.

Тип 1 – рассчитанный в первую очередь на получение денег и почета от государства. Традиционная тема – «сверхоружие». Например, сбивание ракет противника «плазменными сгустками». Подобные идеи успешно использовались для выкачивания денег из бюджета и в советское время, использовались они и по ту сторону океана. Например, применение телепатии для связи с подводными лодками. Правда, система независимой экспертизы и меньшая коррумпированность мешают развиваться этому виду псевдонауки в других странах.

Тип 2 – рассчитанный в основном на удовлетворение собственных амбиций. Традиционные темы – решение наиболее сложных, фундаментальных и глобальных проблем. Доказательство теоремы Ферма, трисекция угла и квадратура круга, вечный двигатель и двигатель внутреннего сгорания на воде, выяснение природы гравитации, построение «теории всего» и т.д. В отличие от работ типа 1, некоторые из этих работ не стоят почти ничего, разве что денег на публикацию.

Тип 3 – новый для России, но хорошо известный в других странах, расчитанный на большой коммерческий успех на свободном рынке. Традиционная тема – здоровье. Поэтому это скорее не псевдофизика, а псевдомедицина. Например: «кремлевская таблетка», методы очищения и оздоровления организма, методы лечения рака, методы лечения всех болезней. Этот тип паразитирует на естественном для человека желании быть здоровым. Существенная часть этой сферы деятельности (в отличие от типов 1 и 2) – это издательская деятельность, приносящая сама по себе серьезные деньги. Издается множество книг о третьем глазе, о том, как жить голым в лесу и как сделать, чтобы еду тебе приносили белочки, о духовном перерождении, о том, по меридианам или параллелям надо располагать кровати, и о том, как пить то, что выделяет организм человека. Развивается эта область в симбиозе с непрерывными разговорами о том, что все кругом отравлено – и воздух, и вода, и все продукты. Таким образом, имеет место еще и паразитизм на страхе. Распространение псевдомедицины в странах Запада ограничивается очень жесткой системой сертификации медицинских услуг – общество защищает граждан. Но такая система – продукт длительного развития демократического общества. Создать ее на голом месте с помощью законов и приказов нельзя: уже известно, что это лишь влечет рост коррупции и подлогов.

В целом псевдонаука базируется на двух психологических особенностях людей – стремлении получить что-то (деньги, почет), не прилагая усилий или узнать что-то, также не прилагая усилий («теория всего»). Люди особенно охотно верят во всякие чудеса (НЛО, мгновенные исцеления, чудо-оружие) в период неудач – или личных, или общественных. Когда сложность стоящих перед человеком или обществом задач оказывается выше обычной и многие люди чувствуют себя плохо. Человек в такой ситуации обращается либо к религии (как правило, к ее внешней атрибутике), либо к псевдонауке, либо к мистике. Например, сегодня по степени интереса к мистике Россия занимает одно из первых мест в мире, далеко обогнав живущие нормальной жизнью западные общества.

Есть ли вред от псевдонауки

Особого вреда, впрочем, непосредственно от веры в НЛО и растения, которые чувствуют на расстоянии, что их собрались сорвать, нет. Хуже другое – человек, приучившийся все воспринимать некритически, отучившийся думать своей головой, становится легкой добычей всяческих жуликов. И тех, которые обещают сделать несметные деньги прямо из воздуха, и тех, которые обещают построить завтра рай и решить все проблемы, и тех, которые берутся за тридцать часов научить его всему – хоть иностранному языку, хоть карате, хоть менеджменту.

Непосредственный вред приносит псевдонаука, пожалуй, только в одном случае – когда это псевдомедицина. Тех, кого лечили знахари, колдуны и потомственные ворожеи, обычно уже не удается спасти врачам. Иногда говорят, что знахари и колдуны излечивают путем внушения, гипноза и т.д. Это возможно, но, во-первых, это не доказано, а, во-вторых, внушением обычно достигается кратковременное улучшение, а болезнь идет своим чередом и приводит к закономерному итогу.

Как отличить науку и псевдонауку?

Или, хотя бы, физику и псевдофизику? Вспомним основные черты физики (да и науки вообще), перечисленные выше.

Первое. Физика создает знание о мире, увеличивающееся со временем. Причем не в виде отдельных откровений, а в виде системы связанных утверждений, причем достоверность каждого является следствием и причиной достоверности других. Любая физическая работа развивает какие-то результаты ранее выполненных работ (или используя, или оспаривая). Не могут игнорироваться результаты, полученные ранее в этой же области.

Второе. Физика позволяет делать «вещи» (например, строить мосты – через изучение свойств материалов и разработку новых). Поэтому достоверность современной физики мы проверяем каждый день по сто раз – без нее не было бы радио и телевидения, без нее не ездил бы автомобиль и метро, без нее не работал бы ни сотовый телефон, ни утюг.

Физика накапливает навык, технологию, аппарат познания, строит свой язык, в котором реализован этот опыт, и систему образования – и для тех, кто будет работать в физике и для тех, кто не будет.

Псевдонаука, удовлетворяющая амбиции ее создателей и тягу людей к простому «объяснению» всего на свете, отличается от науки во всех этих пунктах. Она не делает ничего из этого списка.

Причем в одном аспекте она подражает науке. Что такое «наука» для человека? Прежде всего – это много непонятных слов, некоторые из которых (голография, протон, электрон, магнитное поле, вакуум) часто повторяются в газетах. Кроме того, наука – это чины: академик, член-корреспондент, вице-президент и так далее. Поэтому псевдонаука употребляет много «научных слов», причем совершенно не к месту, и обычно ходит увешанная от шеи до колен званиями. Нынче каждый десяток честных сумасшедших и пяток нормальных жуликов, собравшись вместе, объявляют себя академией.

Почему физики не любят эту тему

Люди, которые хотят разобраться в вопросе и понять, существуют ли «солнечно-земные связи» или это просто некорректная обработка данных, обращаются к физикам с вопросами, а физики обычно уклоняются от ответов. На чем и расцветает пресса, публикующая миллионными тиражами фотографии «души, покидающей тело» (на снимке душа немного похожа на привидение – мультяшного Каспера, только полупрозрачного). Попробуем разобраться в психологии физиков, которые в нарушение традиций своей науки уклоняются от ясного ответа и, опустив глаза, бормочут что-то вроде «а может быть, там что-то и есть».

Первая и главная причина такого поведения – физику гораздо интереснее исследовать природу, чем иметь дело с сумасшедшими, жуликами и одураченными ими людьми.

Вторая причина – если человек безнадежно болен, то (в российской культуре, но не в западной) принято говорить ему неправду и, тем самым, утешать. Если людям плохо и они обращаются к вере в отворот, приворот и сильнейших колдунов в третьем поколении, то как-то нехорошо у них это отнимать.

Третья причина. Нежелание идти на конфликт из-за «ерунды». Ты ему скажешь, что мыши не испускают в момент гибели гравитационных сигналов или что дыр в ауре нет просто потому, что нет ауры, а он начнет обвинять тебя в преследовании и подавлении ростков нового знания?

Четвертая причина. Нежелание прослыть ретроградом, цензором, цербером, деспотом и т.д. Физики помнят советские времена, когда ни одно слово не могло быть опубликовано без разрешения – и поэтому не хотят даже отдаленно быть похожими на цензоров.

Пятая причина – нечистая совесть. Передний край науки углубляется в природу, как горнопроходческий комбайн. Длина тоннелей растет, общество отрывается от науки, а зазор заполняют шаманы. И это происходит не только в России, но и в других странах. Может быть, ученые должны были бы больше заниматься популяризацией науки и образовательной деятельностью? Тогда и шаманизма стало бы поменьше.

Шестая и последняя причина – а вдруг там действительно что-то есть? Рассмотрим эту ситуацию подробнее.

А вдруг там действительно что-то есть

Конечно, когда начинаются рассказы о левитирующих лягушках, все становится ясно. Но в физике часто бывает, что данные новых измерений «не лезут» в старую теорию. Вопрос в том, в какую именно теорию и насколько не лезут. Если они не лезут в теорию относительности, которая многократно подтверждена экспериментально (достаточно сказать, что без нее не было бы телевидения и радиолокации), то говорить не о чем. Если же речь идет о необычных магнитных свойствах или об аномально низком сопротивлении образца, изготовленного из окислов меди и лантана, то это странно и надо бы разобраться тщательно и перемерить семь раз. И те, кто разобрались (а не прошли мимо), открыли высокотемпературную сверхпроводимость. А информацию о веществе, вдвое более твердом, чем алмаз, надо перепроверять не 7, а 77 раз, поскольку это, как нам кажется, противоречит другим, надежно установленным вещам.

Согласитесь, что информация о том, что в вас влюбился сосед или соседка по парте, удивит вас меньше, чем информация о том, что в вас влюбился Чак Норрис или Шарон Стоун. Такую информацию вы будете проверять гораздо тщательнее. Как уже говорилось, физика – это не список откровений, а система знаний, в которой каждое утверждение связано с другими и с практикой.

Второе важное свойство – это управляемость эффекта. Если во дворе мяукнула кошка, а у меня зашкалил вольтметр, то это случайность. Когда это повторилось семь раз, то это повод задуматься. Но вот я спускаюсь во двор, делаю так, чтобы она мяукала и записываю время мявов, другой человек, не знающий, что я это делаю, записывает показания прибора, а третий, не общающийся с нами двумя, анализирует записи, видит совпадения и говорит – да мы сделали открытие! Если с точностью 0,1 сек семь раз совпало то и это, причем ни одного мяу без дерганья стрелки и ни одного дерганья без мяу – это и будет открытие. Заметим, что управляемость эффекта позволяет увеличивать надежность наблюдений и точность измерений. Например, совпадения могут быть не во всех случаях, и все это придется долго и тщательно изучать.

Таким образом, мы видим, что физика – как, впрочем и вся наука – это работа; много-много работы. Удовольствие знать, как устроен мир, даром не дается. И особенно не дается даром то потрясающее ощущение, которое переживает исследователь, только что узнавший о мире что-то новое – то, чего еще не знает никто. Кроме него.

www.ronl.ru

Реферат - Физика и общество

Горяев М.А.

История физики тесно связана с историей общества. Это вполне естественно, поскольку физика как любая наука является важной составляющей культуры, а научное развитие, безусловно, определяется развитием цивилизации в целом. Причем физика в большой степени и зависит от уровня развития, и обусловливает развитие производительных сил общества. В связи с этим развитие физики определяется развитием как материальной культуры, так и общей, духовной культуры. Отметим, что духовная культура должна пониматься в самом широком смысле, т.е. включать в себя образование, идеологию, государственное устройство.

1. Взаимосвязь развития физики и культуры

Связь физики с развитием общества прослеживается на протяжении всей истории развития цивилизации. Эта связь не всегда носит однозначный характер, что обусловлено, прежде всего, естественным отставанием реализации тех или иных возможностей от потребностей общества. С другой стороны, на определенных стадиях физика как мощная ветвь дерева цивилизации начинает развиваться уже по своим собственным законам, слабо связанным с развитием общества в целом.

В таблице представлена хронологическая связь основных этапов развития физики и общества. По мере развития материального производства в древнем мире идет накопление знаний в области естествознания. Но в древнем Египте, Месопотамии, Индии и Китае эти знания не были систематизированы. Для развития физики, безусловно, важным является и уровень духовной культуры общества, который необходим для обобщения данных наблюдений, появления новых физических идей и представлений, создания стройной системы знаний. Особенно отчетливо это просматривается в истории физики античного мира.

Определенные ценные знания по отдельным вопросам естествознания были у шумеров, вавилонян и египтян, но они носили случайный характер. И только после появления «чистых наук» — философии и математики в Древней Греции стали возможны систематические работы по описанию и объяснению явлений природы. При этом естественно использовались экспериментальные наблюдения, накопленные в процессе развития материальной культуры. Достижение высокого общего культурного уровня в Греции при наличии обширного комплекса знаний и технических навыков обеспечило в 4 веке до н.э. начало работ по описанию, упорядочению и объяснению явлений природы. Поэтому именно в это время у Аристотеля в его натурфилософских работах появляется само понятие «физика» и закладываются основы физического мышления. Подход Архимеда и других древнегреческих ученых к решению физических проблем основывался на простых, но строгих геометрических доказательствах, так что математика стала основным интеллектуальным орудием физики.

Таблица. Хронология развития культуры и физики

Следует отметить, что достижения александрийских механиков 2-1 веков до н.э. позволяли создавать очень нужные и полезные технические устройства. Но отсутствие соответствующей производственной базы задержало реализацию этих изобретений до 2-4 веков, когда они частично использовались при интенсивном строительстве в Римской империи, а внедрение подавляющего большинства изобретений затянулось до эпохи Возрождения.

После распада Римской империи в Европе наблюдается экономический упадок. Это определило то, что в средневековье там практически не наблюдалось развитие физики. Важным фактором, определившим развитие науки, явилось появление новых религий: христианства и ислама. Возникающие новые господствующие идеологии очень ревниво и враждебно относились к культурному наследию прошлого, философии и естественнонаучным трудам. В конце 4 века под руководством александрийского архиепископа Феофила был организован разгром части Александрийской библиотеки, а в начале 5 века по указанию патриарха Кирилла был осуществлен разгром Александрийского музея, а также убиты многие его профессора. В 529 г. император Византии Юстиниан закрыл последнюю философскую школу в Афинах, а римский папа Григорий I специальным постановлением запретил чтение древних книг и занятие математикой и философией. Арабам же приписывают окончательное сожжение Александрийской библиотеки в 640 г.

По мере усиления и расцвета арабских государств ислам становится более терпимым, начинается ассимиляция культур и в арабском мире наблюдается развитие науки, поэтому достижения средневековой физики в основном связывают с арабскими учеными. При этом следует говорить об изменении отношения именно государств, а не религии, поскольку последняя крайне нетерпима к развитию науки, получению новых объективных знаний. Для ортодоксальных религиозных идеологий главным является беспрекословное следование догмам, послушание, а не результат, и религия на протяжении практически всей истории негативно относилась к развитию физики и естествознания в целом.

В связи с этим в средневековой Европе, где католическая церковь имела огромную власть, даже после создания университетов развитие науки в них носит сугубо схоластический характер. И лишь после начала эпохи Ренессанса, возрождения как материальной, так и духовной культуры наблюдается отказ от схоластического мышления в науке и появляются основоположники экспериментального метода в физике — Леонардо да Винчи и Галилео Галилей. Происходящая в это время промышленная революция, применение машин в мануфактурном производстве ставит новые проблемы перед физикой. Достижения античной статики уже практически исчерпаны, и в отличие от техники древности, где в основном использовалась наука о равновесии, в технике мануфактурного периода вперед выходит задача освоения и передачи механического движения. Такие задачи в полной мере решает созданная в 17-18 веках классическая механика.

Промышленная революция в 19 веке дополнительно стимулировала развитие физики. При этом, прежде всего, следует отметить влияние практического использования паровой машины и потребности ее совершенствования на развитие термодинамики. А успехи учения о теплоте в свою очередь способствовали развитию теплотехники во второй половине 19 века, поскольку конструкторы новых тепловых машин — двигателей внутреннего сгорания опирались на теоретические положения термодинамики.

Также необходимо сказать о бурном развитии электротехники в 19 веке, где широко и активно использовались открытия Вольта, Ампера, Фарадея и других физиков в области электромагнетизма. При этом следует подчеркнуть, что пути и сроки реализации технических применений различных физических открытий могут быть разными, поскольку развитие техники происходит по своим внутренним законам. Например, применения электричества для передачи сигналов на расстояния предлагали Вольта, Ампер и другие исследователи. Но реализация телеграфа стала возможна лишь после удачного предложения в 1832 г. телеграфного алфавита американским изобретателем Самуилом Морзе (1791-1872).

После завершения построения классической физики развитие современной физики в большей степени происходило по объективным законам собственной логики. Так, и теория относительности, и квантовая физика возникли вследствие необходимости преодоления внутренних противоречий в физике, которые не могли быть разрешены в рамках классической теории. И теперь уже достижения квантовой и ядерной физики в 20 веке стимулировали развитие техники и обеспечили полномасштабную научно-техническую революцию в материальном производстве.

Влияние развития культуры на физику также не носило односторонний характер. Помимо влияния физики на промышленную и научно-техническую революции 19 и 20 веков, физика активно и глубоко проникала и в процессы духовного формирования общества. Это, прежде всего, развитие во многом определяющих современную духовную культуру средств связи и массовой информации, появление которых было бы невозможно без достижений физики. А успехи атомной и ядерной физики 20 века в огромной степени обусловили изменение сознания общества в различных направлениях, начиная с политики и кончая экологией.

Необходимо отметить еще один аспект связи физики и общества: влияние государственного устройства на развития физики, что наиболее наглядно проявилось в 20 веке. В основном успехи физики определялись достижениями ученых в демократических государствах, а тоталитарные режимы вынуждали, как правило, эмигрировать представителей научной элиты (Россия, Италия, Германия). Но эта связь не является однозначной, поскольку в тоталитарных государствах на решении ряда научно-технических проблем (в особенности по вопросам совершенствования военной техники) сосредотачивались огромные материальные и людские ресурсы. Причем очень большое внимание уделялось развитию физического образования в массовом масштабе. А уже по закону больших чисел здесь всегда находились ученые, которые успешно занимались не только задачами прикладного характера, но и делали фундаментальные открытия.

2. Развитие организации научных исследований

Зарождение физики и первые ее успехи в определяющей степени связаны с тем, что в античном мире были созданы первые научные и образовательные центры: аристотелевский Ликей и Александрийский музей. Оба эти заведения организовывались и существовали при всесторонней поддержке тогдашних государственных руководителей: Александра Македонского и правителей династии Птолемеев. Такая поддержка подразумевала полное государственное обеспечение и создавала необходимые условия для развития творчества. В арабском мире, как и в элиннскую эпоху, основные естественнонаучные исследования сосредотачивались в придворных школах.

С появлением университетов в средневековой Европе научная деятельность начинает концентрироваться там, а также продолжаются исследования ученых при дворах феодальных правителей. Понятия ученый и профессор университета, как правило, совпадали. При этом основной обязанностью профессора университета было обучение, а научная деятельность проводилась исключительно по личной инициативе при практической свободе творчества.

Важным моментом, определившим развитие и распространение науки, является создание научных академий.

В 1560 г. Порта организовал в Италии первую академию — Академию тайн природы. Но это не была настоящая академия с соответствующими органами и статутом, а скорее периодические собрания в доме Порты.

В 1603 г. в Риме состоялось первое заседание Академии деи Линчеи («рысьеглазых»), целью которой было изучение и распространение научных знаний. С 1611 г. членом Академии был Галилей. До 1630 г. Академия процветала, публиковала важные научные работы, выступала с открытой защитой учения Галилея. Но после смерти одного из активнейших организаторов Академии Федерико Чези (1585-1630) деятельность ее практически прекратилась. Уже в 18 веке и позже в постоянной борьбе с церковью неоднократно предпринимались попытки воссоздания и преобразования Академии. В итоге в 1939 г. она слилась с распущенной Итальянской академией, а в 1944 г. преобразована в Национальную академию деи Линчеи.

Вернувшись в 1644 г. из Италии в Англию Бойль стал инициатором объединения ученых-исследователей. С 1645 г. в Лондоне и Оксфорде начала действовать «невидимая коллегия», которая в 1660 г. была официально преобразована в «Королевское общество для развития познания». Это общество и по сей день играет роль Английской Академии наук. По примеру «Королевского общества» в 1663 г. в Париже была основана «Академия точных наук».

И Королевское общество, и Парижская академия были созданы по образцу Академии опытов, основанной в 1657 г. князем Леопольдо Медичи. Подобно Академии деи Линчеи она организовывалась для пропаганды науки и должна была расширять физические знания путем коллективной экспериментальной деятельности своих членов по методу Галилея. Она имела в своем составе действительных членов, а также итальянских и иностранных членов-корреспондентов. Академия опытов публиковала результаты своей деятельности: в 1667 г. вышла работа ученого секретаря Магалотти «Очерки о естественнонаучной деятельности Академии опытов», а в 1680 г. во Флоренции Джованни Тарджони Тодзетти были опубликованы в четырех томах «Труды и неизданные отчеты Академии опытов». В Академии опытов были получены важные результаты: улучшен термоскоп Галилея и создан спиртовой термометр, исследовано расширение тел при нагревании, начаты систематические метеорологические наблюдения, проведены исследования движения тел в пустоте и в воздухе, электрических явлений, звука, цвета и др.

5 марта 1667 г. Академия опытов провела последнее заседание и была распущена. Причины роспуска: анонимность открытий, т.к. по уставу все результаты принадлежали Академии, соперничество и зависть отдельных членов, враждебность и подозрительность римской церкви. Существуют свидетельства того, что князю Леопольдо была обещана кардинальская шапочка (и он ее получил в конце 1667 г.), если академия будет распущена.

В 1724 г. по указу Петра I была организована Петербургская Академия наук, что положило начало научных исследований в России.

Следует отметить, что Академии наук создавались в основном под эгидой государств, которые ставят перед ними вполне определенные задачи. Так, Кольбер, фактический руководитель внешней и внутренней политики Франции середины 17 века, при организации Парижской Академии наук считал, что она должна заниматься решением практических задач, важных для государства. Поэтому академики привлекались для исследования полета снарядов, строительства военных укреплений и решения других проблем подобного рода.

Созданные в 17 веке во многих европейских странах Академии эффективно способствовали распространению научных знания, осуществляя активную издательскую деятельность.

В 19 веке наука начала в большей степени влиять на производительные силы и для освоения новой техники потребовались новые организационные формы. Быстрое расширение научных знаний ставило задачу более узкой специализации, а вместе с тем и сотрудничества ученых — специалистов в различных областях. Кроме того, научные исследования стали нуждаться в большом финансировании на экспериментальные работы, в которых должны участвовать значительные коллективы.

Развитие капитализма и потребности промышленности в грамотных специалистах обусловливают появление новых форм организации научных исследований и образования. Во Франции после буржуазной революции в 1795 г. был открыт Национальный институт наук и искусств, который был демократичнее и ближе к практической жизни, чем Академия наук. Тогда же открылась Политехническая школа, выпускниками которой были Араго, Гей-Люссак, Коши, Пуассон, Френель и др.

В Англии наряду с Королевским обществом в 1799 г. возник Королевский институт с целью «распространения познания и облегчения широкого введения полезных механических изобретений и усовершенствований и обучения посредством философских лекций и экспериментов приложению науки к общим целям жизни». Первый директор этого института Дэви организовал уникальную химико-физическую лабораторию, где впоследствии работал Фарадей. В 1831 г. в Англии создается «Британская ассоциация содействия прогрессу науки», которая финансировала научно-исследовательские работы по различным отраслям естествознания. Все это способствовало быстрому развитию науки с обеспечением внедрения ее результатов в промышленность.

В связи с развитием новых форм организации научных работ к началу 20 века время одиночек-профессоров практически завершилось, и научные исследования стали проводиться тремя категориями работников: преподавателями университетов, сотрудниками научных организаций промышленности и государственными научными сотрудниками (в основном в секторе оборонных исследований).

Это изменило тактику и стратегию исследований. Раньше ученый был свободен в выборе темы, теперь это осталось у немногих обеспеченных одиночек. В научных организациях такой свободы уже нет, и в конечном итоге государство планирует и финансирует научные исследования. Такая концентрация научных усилий проявила себя мощным инструментом прогресса, но есть и проблема ограничения свободы творчества ученых. Многие обеспокоены опасностью сосредоточения огромной мощи в руках немногих политиков и ищут способы ослабления жесткости такой системы организации науки.

Одним из эффективных путей разрешения проблемы монопольного использования результатов научных исследований (в особенности для военных целей) является разработка международных проектов, которые финансируются на паритетных началах несколькими государствами. С 50-х годов 20 века успешно работает международный центр ЦЕРН в Швейцарии, где на протяжении нескольких десятилетий плодотворно работают в области ядерной физики ученые многих стран. Другой пример удачной концентрации сил и средств на проведении важных дорогостоящих исследований — международная космическая станция, в создании и эксплуатации которой принимают участие несколько стран.

Необходимо заметить, что нельзя сделать четкого разграничения в том, что в крупных промышленных и государственных научных организациях занимаются прикладными исследованиями, а в университетских лабораториях — фундаментальными исследованиями. Работы по обоим направлениям проводятся во всех видах научных подразделений, а значимость получаемых результатов определяется, как правило, не формой проведения исследований, а личными качествами и талантом ученых. Ведь появлением таких краеугольных камней в фундаменте физики, как уравнения электромагнитного поля и гипотеза квантов, мы обязаны исключительно гению Максвелла и Планка, поскольку никаких объективных предпосылок для этих прозрений не было.

Конечно, глобальные проблемы современной физики, требующие значительных людских и материальных ресурсов, могут решаться только в больших организациях. Но ряд принципиальных исследований проводятся и успешно завершаются как в университетской лаборатории, так и в крупном центре. Пример тому — независимое открытие дифракции электронов, экспериментально доказывающее их волновые свойства, было одновременно сделано в 1927 г. в научном центре компании «Белл телефон » и в лаборатории Абердинского университета.

Список литературы

1. Льоцци М. История физики. – М.: Мир, 1970. – 464 с.

2. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. – М.: Просвещение, 1974. – 312 c.

3. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с древнейших времен до конца XVIII века. – М.: Наука, 1974. – 351 с.

4. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала XIX до середины XX веков. – М.: Наука, 1979. – 320 с.

5. Храмов Ю.А. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983. – 400 с.

www.ronl.ru

Реферат - Физика и техника свч

ФИЗИКА И ТЕХНИКА СВЧ

Факультет физико-математических и естественных наукКафедра радиофизикиОбязательный курс

Объём учебной нагрузки: 60 час. – лекции, 60 час. – лабораторные работы

Цель курса

Назначение курса состоит в том, чтобы дать слушателям современные физические основы современной вакуумной СВЧ электроники. Несмотря на то, что за последние десятилетия твердотельная электроника все больше и больше завоевывает высокочастотную область, тем не менее, ряд принципиальных направлений в современной СВЧ электроники больших мощностей до настоящего времени подвластно только вакуумной электронике.

В основе курса лекций излагаются физические принципы усиления и генерации СВЧ колебаний при взаимодействии как прямолинейных, так и криволинейных электронных пучков с электромагнитными полями в резонансных или замедляющих электродинамических системах. Лабораторный практикум, проводимый параллельно с циклом лекций, направлен на теоретическое и практическое освоение студентами методов СВЧ техники и электроники.

^ Содержание курса

Введение

Предмет и задачи курса. Значение вакуумной СВЧ электроники для решения важных проблем электроники больших мощностей, а также в техническом освоении коротковолнового диапазона волн.

Физические основы электроники СВЧ: особенности работы электронных устройств с кратковременным (частотный резонанс) и длительным (пространственный резонанс) взаимодействием электронного пучка и электромагнитного поля; скоростная модуляция и фазировка. Основные уравнения электроники – уравнения движения электронов Лоренца, макроскопические уравнения Максвелла, плотности токов и зарядов. Лабораторные источники СВЧ мощности.

^ I. ПРИБОРЫ С КРАТКОВРЕМЕННЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА С ВЧ ПОЛЕМ

1. Усилительный клистрон

Теория группирования электронов в приборах клистронного типа. Исходные положения. Взаимодействие электронов с СВЧ полем в зазоре тороидального резонатора. Мощность взаимодействия СВЧ поля с электронным потоком в зазоре. Ток конвекции и наведенный ток. Баланс мощностей в стационарном режиме.

^ 2. Двухрезонаторный пролетный клистрон – СВЧ усилитель

Общая характеристика явлений. Движение электронов в пространстве дрейфа пролетного клистрона. Параметры группирования. Динамический угол пролета, фаза группировки.

Гармонический состав конвекционного тока электронов, группирующихся в пространстве дрейфа. Выходная мощность, теоретический электронный К.П.Д. Многорезонаторный и умножительный пролетные клистроны. Типичные технические параметры и область применения клистронов.

^ 3. Отражательный клистрон – СВЧ генератор

Принципиальная схема устройства. Сущность физических явлений в отражательном клистроне (ОК). Движение электронов в ОК. Углы пролета, параметр группирования и фаза группировки.

Гармонический состав тока конвекции в ОК. Оценка выходной мощности и электронный К.П.Д.

Эквивалентная схема ОК - одноконтурного генератора. Закон сохранения энергии в форме комплексных проводимостей для ОК. Баланс активных и реактивных мощностей и его применение для нахождения амплитуды установившихся колебаний и электронного смещения частоты. Зоны генерации, электронная перестройка и ее крутизна. Конструкции ОК, технические параметры и типичные применения.

^ II. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПРИБОРОВ СВЧ,ОСНОВАННЫХ НА ДЛИТЕЛЬНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ГРУППИРОВКОЙ ЭЛЕКТРОНОВ БЛАГОДАРЯ СКОРОСТНОЙ МОДУЛЯЦИИ В НЕРЕЗОНАНСНЫХ ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СТРУКТУРАХ

^ 4. Нерезонансные замедляющие структуры

Медленные электромагнитные волны над поверхностью диэлектрика и металла с конечной проводимостью. Три типа волноведущих систем. Однородные и неоднородные замедляющие структуры. Прямые и обратные пространственные гармоники. Групповая и фазовая скорости медленных волн. Нормальная и аномальная частотные дисперсии фазовой скорости.

Замедляющие системы типа «диафрагмированного волновода» и «гребенки». Вывод характеристического уравнения, коэффициента замедления и распределения полей в этих системах. Неоднородные структуры типа «встречных штырей».

^ 5. Принципы работы усилительной ЛБВ и генераторной ЛОВ

Схематическое устройство усилительной ЛБВ и ее технические параметры. Схематическое устройство генераторной ЛОВ. Амплитудные и фазовые условия самовозбуждения. Прямые и обратные гармоники. Цепь обратной связи. Возможности плавной широкополосной перестройки частоты генерации. Основные параметры ЛОВ и её применение.

^ 6. Линейная теория ЛБВ типа О

Основные положения линейной теории. Электронные волны как результат сильной связи медленной синхронной волны и электронного пучка. Вывод самосогласованной системы уравнений для определения комплексного продольного волнового числа и функции поперечного распределения тока конвекции пучка в электронной волне.

Усредненные поля и характеристическое уравнение. Физические параметры теории: эффективная площадь поперечного сечения электронного пучка, удельное сопротивление связи пучка и волны, коэффициент депрессии сил пространственного заряда, усредненные по двум взаимодействующим сечениям электронного пучка нормальная и аномальная функции Грина, параметр усиления. Свойства функций Грина и их влияние на величину коэффициента депрессии и его зависимость от продольного волнового числа. Волны пространственного заряда. Редуцированная плазменная частота. Причины пространственной дисперсии.

Анализ решений характеристического уравнения в линейном приближении. Область параметров, зависящих от свойств замедляющей структуры и пучка, где существуют нарастающие электронные волны. Влияние пространственного заряда на структуру и свойства электронных волн. Механизм идеальной фазировки в ЛБВ.

^ III. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИБОРОВ СВЧ, ОСНОВАННЫХ НА ДВИЖЕНИИ ЭЛЕКТРОНОВ В СКРЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

7. Приборы магнетронного типа – генераторы и усилители СВЧ колебаний на основе криволинейных электронных пучков

Многорезонаторный магнетрон. Виды траекторий электронов, синхронизм, образование сгустков, виды колебаний ( -вид), структура СВЧ поля в пространстве взаимодействия. Механизм передачи энергии электронов ВЧ полю. Частотный диапазон применения, уровень мощности, К.П.Д., область применения. Методы борьбы с перескоками частоты.

Коаксиальные магнетроны и ниготроны. Схемы устройства этих приборов и структура распределения в них электромагнитных полей. Платинотроны, ЛБВ и ЛОВ М- типа. Схемы устройства амплитрона, карматрона и ЛОВ типа - М и принципы работы. Технические параметры.

^ 8. Элементарная теория магнетрона

Плоский магнетрон (планотрон). Дрейфовое приближение и условия его применимости. Движение электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях в плоском магнетроне. Учет влияния на движение электронов СВЧ полч синхронной медленной волны. Фазировка в магнетронных приборах: траектории ведущих центров, образование электронных сгустков - язычков, механизмы фазовой фокусировки и энергетических превращений при идеальном синхронизме. Влияние расстройки скоростей электронов и фазовой скорости медленной волны на дрейф, форму язычков и анодный ток и КПД. Устойчивость генерации.

^ IV. АНТЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Свойства и параметры антенн. Наиболее распространенные типы антенн. Типичные пространственные диаграммы направленности антенн: изотропный излучатель, вибратор Герца и решетка таких вибраторов, плоские излучатели и направленные излучатели. Усиление и эффективная площадь антенн. Диаграмма направленности ее расчет. Уравнение Кирхгофа, Вычисления полей в ближней и дальней зонах плоских антенн. Экспериментальные методы измерения усиления, эффективной площади и диаграммы направленности. Методы идентичных и эталонных антенн.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные задачи и перспективы развития высокочастотной электроники.

Перечень основных лабораторных работ

1. Исследование отражательного клистрона.

2. Триодные генераторы СВЧ диапазона.

3. Диэлектрическая антенна.

4. Методы измерения мощности в СВЧ диапазоне.

5. Исследование направленного ответвителя сантиметрового диапазона.

6. Анализаторы спектра в СВЧ диапазоне.

Литература

Основная

1. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. – М.: Сов. радио, 1973.

2. Гайдук В.И., Палатов К.И., Петров Д.М. Физические основы электроники СВЧ. – М.: Сов. радио, 1971.

3. Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот, Т. I. и Т. II. – М.: Энергия, 1964.

Дополнительная

1. Тишер Ф. Техника измерений на сверхвысоких частотах. – М.: Гос. Изд-во физ.-мат. лит., 1963.

2. Гинзтон Э.Л. Измерения на сантиметровых волнах. – М.: ИЛ, 1960.

3. Капица П.Л. Электроника больших мощностей, Сб.1. – М.: Наука, 1960.

4. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы. – М.: Сов. радио, 1966.

Программа составлена

Тищенко Э.А.

Доктор физ.-мат. наук, профессор

Кафедра радиофизики, Факультет физико-математических и естественных наук РУДН.

www.ronl.ru

Физика и техника | Открытый класс

Автор(ы): 

Место работы, должность: 

Регион: 

Уровень образования: 

Целевая аудитория: 

Класс(ы): 

Класс(ы): 

Предмет(ы): 

Цель урока: 

1. Повышение уровня мотивации к изучению физики у учащихся.

2. Формирование представлений о взаимосвязи науки и развития техники.

3. Расширение кругозора учащихся.

Тип урока: 

Используемые учебники и учебные пособия: 

А.В. Пёрышкин "Физика - 7 класс"

Используемое оборудование: 

Компьютер, интерактивная доска.

Используемые ЦОР: 

Компьютер, интерактивная доска

Краткое описание: 

Тема урока: «Физика и техника».

Цели урока: показать роль физики в ускорении научно-технического прогресса; ознакомить учащихся с этапами становления физики.

Ход урока

Объяснение учителя

История развития физики.

        Наука возникла в глубокой древности как попытка осмыслить окружающие явления, взаимосвязь природы и человека. Сначала она не разделялась на отдельные направления, как сейчас, а объединялась в одну общую науку – философию. Астрономия выделилась в отдельную дисциплину раньше физики и является наряду с математикой и механикой одной из древнейших наук. Позже наука о природе так же выделилась в самостоятельную дисциплину. Древнегреческий учёный и философ Аристотель назвал физикой одно из своих сочинений.

        Одна из главных задач физики – объяснить строение окружающего нас мира и происходящие в нём процессы, понять природу наблюдаемых явлений. Другая важная задача – выявить и познать законы, которым подчиняется окружающий мир. Познавая мир, люди используют законы природы. Вся современная техника основана на применении законов, открытых учёными.

        С изобретением в 1780-х гг. парового двигателя началась промышленная революция. Первый паровой двигатель изобрёл английский учёный Томас Ньюкомен в 1712 г. Паровая машина пригодная для использования в прмышленности, впервые создана в 1766 г. русским изобретателем Иваном Ползуновым (1728-1766).Шотландец Джеймс Уатт усовершенствовал конструкцию. Созданный им в 1782 г. двухтактный паровой двигатель приводил в движение машины и механизмы на фабриках.

        Сила пара приводила в движение насосы, поезда, пароходы, прядильные станки и множество других машин. Мощным толчком для развития техники послужило создание английским физиком «гениальным самоучкой» Майклом Фарадеем в 1821 г. первого электродвигателя. Создание  в 1876г. немецким инженером Николаусом Отто четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания открыло эру автомобилестроения, сделало возможным существование и повсеместное использование автомобилей, тепловозов, судов и других технических объектов.

        То, что раньше считалось фантастикой, сейчас становится реальной жизнью, которую мы уже не представляем без аудио- и видеотехники, персонального компьютера, сотового телефона и Интернета. Их возникновение обязано открытиям сделанным в различных областях физики.

        Однако и развитие техники  способствует прогрессу в науке. Создание электронного микроскопа позволило заглянуть внутрь вещества. Создание точных измерительных приборов сделало возможным более точный анализ результатов экспериментов. Огромный прорыв в области изучения космоса был связан именно с появлением новых современных приборов  и технических устройств.

        Таким образом, физика как наука играет огромную роль в развитии цивилизации. Она перевернула самые фундаментальные представления людей – представления о пространстве, времени, устройстве Вселенной, позволив человечеству совершить качественный скачок в своём развитии. Успехи физики позволили сделать ряд фундаментальных открытий в других естественных науках, в частности, в биологии. Развитие физики в наибольшей степени обеспечивало бурный прогресс медицины.

         С успехами физики связаны и надежды учёных на обеспечение человечества неиссякаемыми альтернативными источниками энергии, использование которых позволит решить многие серьёзные экологические проблемы. Современная физика призвана обеспечить понимание самых глубинных основ мироздания, появления и развития нашей Вселенной, будущего человеческой цивилизации.

Что же было у истоков науки физики?

Доклады учащихся.

Доклад 1.

         Самые ранние работы по описанию, упорядочению и объяснению явлений природы относятся к 4 в до н.э.  Наличие обширных практических знаний, технических навыков, высокий общий культурный уровень -  всё это создало в Греции почву для формирования физики как науки. Однако некоторые начатки научных исследований пришли к грекам от народов ещё более древней культуры, в первую очередь из Вавилона и Египта.

        Колесо было изобретено около 5500 лет назад на Ближнем Востоке, это было одним из первых технических достижений.  Из глубокой древности, возможно более чем 3000 до н.э., пришли такие изобретения, как обожжённый кирпич, гончарный круг, колёсный экипаж. Несколько позднее были открыты способы выплавки и обработки металлов, изобретены вёсельные и парусные суда, применены плуг, весы, отвес, уровень, циркуль, клещи. Во втором тысячелетии до н.э. были изобретены кузнечные мехи, рычаги, клин, домкрат, блоки. Все эти приспособления призваны были облегчить жизнь и труд человека, они же способствовали развитию науки, т.к. делали возможным проведение множества физических экспериментов. Первая значительная попытка научной  систематизации знаний связана с трудами Аристотеля (384-322 г.г. до н. э.) , многие его труды сохранились. В них содержатся многочисленные сведения из области музыки, метеорологии, физики, прикладной механики, мысли о распространении звука в воздухе, объясняется явление эха, приводится попытка экспериментального определения веса воздуха и многое другое. Аристотелева физика была основана на наблюдениях и частично на опытах. Попытки систематических  научных исследований конкретных явлений природы связаны с именем другого древнегреческого учёного – Архимеда (287-212 г.г. до н. э.). Он имел навыки к проведению точных научных экспериментов, сконструировал мосты через Нил, дамбы для регулировки разливов Нила. Но наиболее гениальным изобретением этого периода был винт, который  и до сих пор называется винтом Архимеда. Он служил для подъёма воды на высоту до 4 метров и для осушения низменных местностей. Весьма многочисленны (около 40) другие механические изобретения, приписываемые Архимеду, хотя исторические источники, которыми располагают учёные и  содержат порой элементы легенды, однако Архимед был действительно автором целого ряда изобретений.

Доклад 2.

        Активно развивалась физика  и в странах Востока, наибольшее развитие там получили механика и оптика – наука о распространении света. Арабские учёные рассматривали глаз как один из органов чувств нашего организма, описали его строение, выяснили функции зрительного нерва. В своих экспериментах они пользовались специальными увеличительными стёклами (линзами). Им принадлежит и описание первого компаса (1242 г.)

        Многочисленные физические открытия связаны с именем знаменитого французского учёного Роджера Бэкона (1214-1292). Его считают прародителем экспериментального метода, легенды приписывают ему самые разнообразные изобретения: порох, линзы, подзорную трубу, компас, паровую машину, самолёт. До сих пор нельзя назвать ни времени, ни места изобретения линз и очков, открытие было, очевидно, случайным и вполне вероятно допустить, что автором был некто изготовлявший стёкла.

Доклад 3.

        В средние века развитие техники послужило не только предпосылкой изменения социальных условий жизни людей, но и поставило перед наукой новые задачи. В 10 в начали подковывать тягловый скот, что привело к широкому применению в сельском хозяйстве лошадей, к изменению конструкции плуга – он стал колёсным. В 11 в. на Западе широкое распространение получили водяные и ветряные мельницы. Это способствовало мощному скачку в развитии металлургии. Ранее воздух в печах нагнетался мехами, приводимыми в движение руками человека, после появления мельниц возросли мощности и стали достижимы более высокие температуры, при которых можно было выплавлять чугун. В 16 в. высота доменных печей возросла до 6 м. и чугун нашёл самое разнообразное применение – пушки, снаряды, печи, трубы, чугунная посуда, плиты. Оживилось стекольное производство (в 10 в. были изобретены цветные стёкла), ткачество – появились новые сукновальные и ткацкие машины, был изобретён первый печатный станок – первое сохранившееся до нашего времени издание датировано 1445 г., началось применение огнестрельного оружия, изменилось техническое оснащение кораблей, что привело к возможности выхода в открытое море.

Огромный вклад в развитие науки в то далёкое время внёс гениальный инженер, изобретатель, художник Леонардо да Винчи (1452-1519). Историки техники насчитывают сотни его изобретений, рассеянных по его тетрадям в виде чертежей, часто без единого слова пояснений. К  его изобретениям относятся: стальные цепные передачи, применяемые сейчас на велосипедах, двойное соединение, называемое теперь «кардановым», роликовые опоры для уменьшения трения, различные станки, многочисленные ткацкие машины, боевые машины для ведения войны, замысловатые музыкальные инструменты. Наиболее дерзновенной мечтой Леонардо да Винчи был полёт человека, он исследовал и описал полёт птиц с удивительной точностью. В 1490 г. спроектировал первую модель летательного аппарата, позже спроектировал парашют и первую модель геликоптера, движущим элементом которого является спираль.

Доклад 4.

        Эпоха новых географических открытий, тесно связанных с мореплаванием, требовала точных данных о движении Солнца и Луны, которыми наука тогда не располагала. Популярная в то время астрология тоже требовала совершенствования теории планетарной системы. Кроме того, к 16 в. остро стояла проблема календаря, который расходился с астрономическими данными на 10 дней! Уже 15 веков господствовала модель мира Клавдия Птолемея (87-165), согласно которой в центре мира находится неподвижная Земля, а вокруг неё вращаются планеты – Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, а также так называемая «сфера звёзд». Земля при этом считалась неподвижной, она не вращалась не только вокруг какой-нибудь другой планеты, но и вокруг своей оси. Для устранения назревших проблем, можно было внести уточнения в систему Птолемея и получить нужные результаты, но польский астроном Николай Коперник (1473-1543) в 1543 г. решил коренным образом изменить само представление о Вселенной. Модель мира Коперника заключалась в том, что в «центре мира» находилось неподвижное Солнце, а вокруг него по окружностям вращались планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. С математической точки зрения система Коперника оказалась настолько проще системы Птолемея, что ею сразу же воспользовались в практических целях, в том числе для составления нового календаря. При помощи своего телескопа выдающийся итальянский физик и астроном Галилео  Галилей (1564-1642) сумел подтвердить правоту Коперника, поместившего Солнце в центр Вселенной. Телескоп изобрёл в 1608 г. голландец Ганс Липперсхей, назвав его зрительным стеклом.

Доклад 5.

     Создание физической теории связано с именем выдающегося английского физика Исаака Ньютона (1643-1727). Величайшая заслуга этого учёного заключается в анализе, систематизации, обобщении трудов великих физиков, математиков, астрономов, его предшественников -  Галилео Галилея (1564-1642), Иоганна Кеплера (1571-1630), Рене Декарта (1596-1650), Христиана Гюйгенса (1629-1695). В результате Ньютон открыл ряд законов, изучил свойства световых лучей, значительно усовершенствовал конструкцию существовавших тогда телескопов.

         Большую роль в развитие физики в России внёс замечательный русский физик, поэт, астроном, металлург, географ, историк, просветитель и государственный деятель Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). Он ввёл в русский язык новые слова: термометр, формула, зажигательное стекло, атмосфера и многие другие. Он является автором первого учебника по физике в России. Немало сил стоило Ломоносову добиться открытия первого в России высшего учебного заведения – университета в Москве, который теперь с гордостью носит его имя.

Доклад 6.

        Важнейшим шагом вперёд в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока – гальванического элемента. История этого изобретения относится к концу 18 в. и связана с именем итальянского врача Луиджи Гальвани (1737-1798). Как уже говорилось, в 1821 г. был изобретён первый электрический двигатель, все машины современной электропромышленности работают по тому же принципу, что и первый электродвигатель Фарадея. Работы Майкла Фарадея воодушевили молодого шотландского физика Джемса Кларка Максвелла (1831-1879) систематизировать все известные труды по электричеству, в результате чего в 1864 г. была создана электромагнитная теория.

        Новый этап бурного развития физики начался в 20 в. В науке появились новые направления: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика твёрдого тела. Выдающиеся достижения физики послужили мощным толчком развития современной цивилизации, открыли новый этап в исследовании космоса, внесли в повседневную жизнь человека множество полезных вещей – от электрического освещения до лекарств.

Приложение

Современная наука и техника.

Доклады.

1.Использование электроэнергии.

        Человечеству для развития требуется всё больше и больше электроэнергии. Электричество вырабатывается на огромных атомных, гидро-  или теплоэлектростанциях. На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, поэтому содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Топки электростанций выбрасывают в атмосферу продукты горения, которые крайне вредны для живых организмов (оксиды серы, азотные соединения, оксиды углерода).

         Промышленные отходы загрязняют окружающую среду, способствуют глобальному изменению климата. Запасы нефти и газа, на которые ориентирована теплоэнергетика, ограничены. Это заставляет учёных искать другие экологически чистые  – альтернативные источники энергии. К ним относятся неиссякаемые источники – Солнце, вода и ветер. 

         Задолго до изобретения электричества сила ветра использовалась для помола зерна в ветряных мельницах. Их крылья вращали жернова внутри мельницы. Современные ветряные мельницы (ветряки) используются для привидения в движение турбогенераторов, вырабатывающих электроэнергию. Впервые такое устройство было построено в 1940 г. в Америке.

         Водяные мельницы для перемалывания зерна использовались более 2000 лет. В 1771 г. водяную мельницу приспособили под текстильную фабрику, на которой водяное колесо приводило в действие прядильные машины. Аналогичным образом, вода заставляет вращаться турбины, вырабатывающие электрический ток, на гидроэлектростанциях.

        Можно использовать и энергию Солнца, сейчас солнечными батареями оснащены практически все калькуляторы. Они преобразуют солнечный свет в электроэнергию. Существуют попытки создания солнцемобилей – автомобилей, работающих от солнечных батарей. Космические аппараты также оснащены солнечными батареями.

        Можно также использовать энергию геотермальных источников. Например, в Исландии много геотермальных электростанций. Они вырабатывают электричество, используя энергию гейзеров – горячих подземных источников, которые выбрасывают на поверхность мощные фонтаны воды и пара.

        В качестве ещё одного альтернативного источника учёные используют энергию приливов. Однако получение энергии из всех возобновляемых источников – Солнца, ветра, рек пока обходится дороже, чем от сжигания ископаемого топлива.

        Более половины всех загрязнений атмосферы создаёт транспорт. Так как решающую роль в загрязнении атмосферы в городах играют автомобильные двигатели, встаёт вопрос об их усовершенствовании. Перспективными являются разработки автомобилей с электродвигателем, питающимся от аккумулятора.

        Таким образом, одно из направлений современной технической мысли – это создание здоровой среды обитания. Для этого необходимо разумно использовать все виды энергии, беречь невозобновляемые природные ресурсы, переходить на энергосберегающие, малоотходные и безотходные технологии.

2. Исследование Вселенной.

         Ярким подтверждением связи науки и техники является прорыв в области изучения космоса. Под руководством гениального конструктора Сергея Павловича королёва (1907-1966) в 1956 г. инженеры построили ракету, способную доставить двухтонную боеголовку на расстояние свыше 6000км. Вскоре, 4 октября 1957 г. на орбиту был запущен первый искусственный спутник Земли. Это открыло эру космических исследований.

        12 апреля 1969 г. Юрий Алексеевич Гагарин стал первым космонавтом.

       Большинство космических исследований выполняют беспилотные зонды, управляемые бортовыми компьютерами и снабжённые приборами, собирающими и передающими данные на  Землю.

       Однако учёные не только исследуют космос, они ещё и моделируют некоторые процессы, происходившие когда-то во Вселенной. Большинство специалистов считает, что некогда Вселенная представляла собой крохотную пылинку, содержавшую в себе всю материю, но миллиарды лет назад эта пылинка разлетелась вдребезги. Это могучее потрясение назвали Большим Взрывом. С тех самых пор Вселенная разрастается, а галактики разлетаются в разные стороны. Существовало ли что-нибудь до Большого Взрыва? Неизвестно. Как он произошёл? Для нахождения ответов на эти вопросы учёные построили колоссальное сооружение – Большой адронный коллайдер. Его задача заключается в том, чтобы в миниатюре воссоздать условия, аналогичные Большому взрыву. Он расположен под землёй в районе франко-швейцарской границы, его стоимость 3 миллиарда евро. Коллайдер создавали 8000 учёных из 88 стран в течение десяти лет напряжённого труда.

3. Влияние науки на медицину.

        Медицина зародилась в далёком прошлом. Одним из первых прославился своим искусством древнегреческий врач Гиппократ. Он старался сделать медицину более научной, учил, что главная задача врача – отыскать причину болезни и устранить её. Хирургия существует уже тысячи лет. Археологи иногда обнаруживают черепа с возрастом более десяти тысяч лет с просверленными в них отверстиями. После сверления кость снова заросла, значит пациенты оставались в живых. Такие операции помогали, но не всегда.  

         Современная хирургия располагает множеством методов внутреннего обследования организма. Это стало возможно после изобретения в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном нового вида излучений. Мягкие ткани организма для этих лучей прозрачны, они задерживаются только костями. Вскоре при помощи рентгеновских лучей стали осматривать переломы и подозрительные ушибы и шишки.

        Современные компьютерные томографы и ультразвуковые аппараты показывают внутренности в мельчайших деталях. Хирурги полагают, что через полвека у каждого десятого жителя нашей планеты в организме будет хоть один протез. Поначалу протезы делали из дерева и золота. Современные биоинженеры пользуются целым рядом металлов, пластмасс и других материалов, не отторгаемых организмом. Современные медицинские технологии позволяют подключать протезы к нервным окончаниям, в результате чего искусственные протезы воспроизводят движения настоящих органов (рук, ног).

         Всё большее применение в медицине находит лазер.

4. Развитие средств связи.

         В 1876 г. американец Александр Грэхем Белл (1847-1922) создал первый телефонный аппарат. Учёный был врачом, учившим разговаривать глухих людей, он много знал о голосе и звуке. С тех пор конструкция аппарата претерпела многочисленные изменения.

        7 мая 1895 г. русский физик Александр Степанович Попов  на заседании Русского физико-технического общества в Петербурге продемонстрировал действие первого в мире радиоприёмника. День 7 мая стал днём рождения радио. Уже первые применения средств радиосязи помогли спасти жизнь рыбакам, оказавшимся на льдине.

        В 1926 г. шотландский изобретатель Джон Лоджи Бэрд первым продемонстрировал публике телевизионную систему. Его оригинальное устройство было сделано из старой коробки, вязальных спиц, жестяной банки из-под торта и велосипедного фонаря! Вскоре на смену его конструкции пришла электронная система, разработанная ещё в 1923 г. американцем русского происхождения Владимиром Зворыкиным.

        4 октября 1957 г. в нашей стране был запущен первый в мире искусственный спутник Земли. Ныне вокруг Земли кружат сотни спутников. Наземные станции посылают телефонные, телевизионные, радиосигналы к спутникам, которые усиливают их и ретранслируют их на Землю. Самолёты и корабли пользуются глобальной спутниковой системой навигации, позволяющей определять положение объекта с точностью до нескольких метров. Системой спутниковой связи пользуются и журналисты, альпинисты, и исследователи.

        В 1943 г. в США была создана первая электронно-вычислительная машина, её размеры были сопоставимы с размерами комнаты. Современные технологии позволяют быстро развивать электронику. Технология миниатюризации – уменьшения размеров - позволила создать карманные компьютеры. В конце 20 в. учёные совместили компьютеры с системами связи, в результате чего была создана система Интернет для обмена информацией, она существенно изменила жизнь людей, открыла новые возможности, можно сказать, повысила качество жизни людей!

5. Автомобилестроение.

         Как уже говорилось, эра автомобилестроения открылась после изобретения двигателя внутреннего сгорания. Инженерная мысль работала столь стремительно, что практически одновременно в разных странах стали появляться автомобили с бензиновыми двигателями. На первом серийном автомобиле, построенном и испытанном в 1885 г. Карлом Бенцем двигатель был установлен на трёхколёсном экипаже. В 1889 г. немецкие инженеры Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах построили четырёхколёсный автомобиль с четырёхскоростной коробкой передач.

        Производители автомобилей вскоре вступили в конкурентную борьбу за производство более совершенных, самых быстрых и самых недорогих машин. Ездить в автомобилях становится всё проще и безопаснее.

        Современные автомобили оснащены бортовыми компьютерами, которые  управляют работой многих частей машин, сообщают информацию водителю, приборные панели современных автомобилей конструируют так, чтобы они давали как можно больше полезной информации.

        Чудо инженерной мысли в машиностроении представляют собой подушки  безопасности. Пневматическая подушка включается при молниеносной остановке автомобиля при столкновении. В тот же миг воспламеняется крошечный заряд, раздаётся микровзрыв, и подушка  наполняется газом и раздувается за долю секунды - намного быстрее времени реакции человека. Подушка практически исключает опасные травмы головы и лица даже при столкновении на большой скорости. Пневматические подушки разработаны в США, где многие люди не пристёгиваются ремнями безопасности.

6. Исследования морских глубин.

        Теперь, с появлением современного подводного снаряжения учёные могут  погрузиться в глубины моря и собственными глазами увидеть таинственный мир безмолвия. Современные скафандры позволяют погружаться на глубину до 500 метров и располагают запасом воздуха на трое суток.

         Первая подводная фотография была сделана в 1893 г. аппарат, которым она была сделана был громоздким и неуклюжим. Современные аппараты маленькие и удобные в обращении. Исследование морских глубин стало возможным только с появлением специальной водонепроницаемой техники, способной выдержать колоссальное давление.  

         Морское дно исследуют видео- и фотороботы с дистанционным управлением, которые передают изображения учёным прямо на исследовательские корабли.

7. Нанотехнологии.

        Одно из направлений современной технической мысли – «нанотехнологии». В переводе с греческого приставка «нано» обозначает «карлик». Это технологии работы с веществом на уровне отдельных частиц. Разработки в этой области будут способствовать миниатюризации  приборов и технических приспособлений, затронут практически все области промышленности и общества, все сферы жизни человека

www.openclass.ru

Смотрите также

• 
  Реферат правила дорожного движения
• 
  Темы рефератов по психологии
• 
  Невербальные средства общения реферат
• 
  Реферат любовная лирика лермонтова
• 
  Любовная лирика лермонтова реферат
• 
  История латинского языка реферат
• 
  Реферат глобальные проблемы человечества
• 
  Реферат история развития эвм
• 
  Математика в медицине реферат
• 
  Прыжки в длину реферат
• 
  Темы рефератов по физкультуре