Физические явления что это такое
Физическое явление
Фи́зика (от др.-греч. φύσις «природа») — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира.
Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал первый в России учебник физики в переводе с немецкого языка. Первый отечественный учебник под названием «Краткое начертание физики» был написан первым русским академиком Страховым.
Общенаучные основы физических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки
Содержание
Предмет физики
Физика — это наука о природе в самом общем смысле (часть природоведения). Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — такие свойства называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы и образованные из них вещества. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.
Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий (см. математическая физика).
Теоретическая и экспериментальная физика
Главными ветвями физики являются экспериментальная физика и теоретическая физика. И хотя может показаться, что они разделены, поскольку большинство физиков являются или чистыми теоретиками, или чистыми экспериментаторами, на самом деле теоретическая и экспериментальная физика развиваются в постоянном контакте. Над одной и той же проблемой могут работать как теоретики, так и экспериментаторы. Первые описывают существующие экспериментальные данные и делают теоретические предсказания будущих результатов, вторые проводят эксперименты, проверяя существующие теории и получая новые результаты. Многие достижения в физике были вызваны экспериментальным наблюдением явлений, не описываемых существующими теориями (например, экспериментально обнаруженная абсолютность скорости света породила специальную теорию относительности), так же как и некоторым теориям удалось предсказать результаты, проверенные позже (например, открытие позитрона).
Основные теории
Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших областях физики. Такие теории считаются в целом верными при дополнительных ограничениях. Например, классическая механика верна, если размеры исследуемых объектов намного больше размеров атомов, скорости существенно меньше скорости света, и гравитационные силы малы. Эти теории всё ещё активно исследуются; например, такой аспект классической механики, как теория хаоса был открыт только в XX веке. Они составляют основу для всех физических исследований.
Примеры физических явлений
Природные эффекты удивляют человека красотой и разнообразием, а иногда пугают стихийной силой. Изучение физических, биологических, химических явлений помогает разобраться в окружающем мире. Постоянные видоизменения встроены в природу, что подтверждает изречение Гераклита: «Всё течёт, всё изменяется». Иногда преобразование сопровождается переменой состава, появлением новых веществ.
Физические явления не разрушают атомную структуру, не изменяют общую массу и состав. Кристаллизация, испарение, перемещение, измельчение — примеры таких трансформаций, которые влияют только на агрегатное состояние, температуру или форму тела.
Классификация
Многообразие физических явлений изучают разные подразделы науки:
Развитие знаний о строении атома привело к появлению физики элементарных частиц.
Световые и оптические физические явления
Яркое Солнце, горящая лампа — образцы светящихся тел. Более сложные оптические эффекты объясняют отражением и преломлением света, обусловленным разностью скоростей в неодинаковых средах. Луч меняет направление на границе воздуха с водой или другой прозрачной жидкостью, отчего кажется, что предмет искажает форму и размер. Примеры оптической рефракции: ложка в стакане с чаем, стебли цветов в вазе.
Узнаваемое природное световое явление — радуга. Атмосферные капли воды выступают в качестве призм, преломляющих свет и образующих цветовой спектр. Красочные радужные облака также объясняются преломлением водяными капельками солнечных лучей, падающих под определённым углом.
Фото: «радужные» облака
Интересный факт: сказочную «шапку-невидимку» теоретически можно сделать, используя свойство прозрачного материала становиться невидимым в прозрачной среде. Отбелённый предмет пропитывают жидкостью с сильным лучепреломлением и помещают в сосуд с этим же раствором.
Механические явления
Обширный раздел физики, описывающий движение и взаимодействие тел. Смена положения объектов относительно друг друга происходит непрерывно: движутся люди, животные, автомобили, реки.
Законы механики значимы для человеческой деятельности. Например, вибрация используется:
Движение характеризуется скоростью и силой воздействия тел друг на друга. Различают силы притяжения, трения, упругости. На все земные объекты действует сила атмосферного давления.
Интересный факт: лебедь, рак и щука из басни Крылова не сдвинули воз, так как тянули в разные стороны. Однако, с научной точки зрения движение возможно. Результат зависит от сложения сил и угла между ними.
Водопад — наглядный пример механического явления. Громадная масса воды со скоростью устремляется вниз. Тяжёлые струи выбивают в месте падения почву, образуя водоём.
Тепловые физические явления
Это категория процессов, которые происходят с материальными телами под воздействием температуры. Показательная природная иллюстрация: сосульки превращаются в жидкость от тёплого весеннего солнца, а ночной холод покрывает лужицы корочкой льда.
Наиболее распространёнными температурными метаморфозами материи называют:
Передача тепла всегда происходит от горячего к менее нагретому телу. Конвекция — способ теплообмена потоками воздуха или жидкости. Примеры: обогрев комнаты с помощью горячей батареи, сушка волос феном. Солнце обогревает планеты с помощью теплового линейного излучения, исходящего от горячей плазмы.
Фото: замерзание и кипение воды
Переходы агрегатного состояния воды особенно наглядны. На фото видно, как при 100° вода бурлит и начинает испаряться.
Звуковые физические явления
Марк Твен написал смешной рассказ о коллекционере, скупающем многократное эхо. Действительно, эффект возвращения звуковых волн, отражённых от препятствия, завораживает. Эхо откликается разными голосами и приходит через отличающиеся промежутки времени.
Звуки подчиняются тем же законам, что и световые волны: угол падения равен углу отражения. Акустику используют в театральных залах, схеме эхолота. Земной мир наполнен звуками, которые человек воспринимает органом слуха, ушами.
Интересно: летающие насекомые издают жужжание разной тональности. Крылышко — колеблющаяся пластинка. Число взмахов крыльев и амплитуда колебания влияют на издаваемый звук. Муха делает 350 взмахов в секунду, а шмель — 220. Менее проворные жуки испускают низкие тона.
Электромагнитные явления
«Электрон» по-гречески означает «янтарь». Способность минерала при трении притягивать другие частицы положила начало электричеству, которое изучает свойства зарядов и тока. Электризация связана с перераспределением зарядов тел, их взаимодействием. Движение электрических частиц создаёт ток, который всегда сопровождается магнитным полем.
Интересно: для зажигания лампочки в 15 ватт электричеством, образующимся при трении шерсти кота, надо погладить 1,5 млрд. животных.
Гроза
В тучах, гонимых ветром, появляется сильное поле с отрицательным зарядом. За счёт электростатической индукции в других облаках и окружающих телах образуются частицы с противоположным знаком. При сближении объектов возникает разряд — молния.
Фото: схематическое изображение образования грозового разряда
Чем больше тело, тем сильнее оно притягивает молнию. На этом основано действие громоотвода, соединённого с Землёй.
Микроволновая печь
Излучение магнетрона изменяет направление поля, заставляя молекулы продуктов колебаться с высокой частотой. Молекулярное трение выделяет энергию, разогревающую еду.
Сочетание явлений
Природные эффекты часто совмещают несколько физических проявлений. Грозу с разрядом, громом и вспышкой можно отнести к электрической, звуковой, световой категории. Горение также состоит из одновременных физических процессов: светового и теплового излучения, плавления, испарения в сочетании с химическими реакциями окисления.
Фото: горение — сложный физико-химический процесс
Изучение физических явлений помогает ориентироваться в окружающей среде. Удачный прыжок с
парашютом, грамотное вождение автомобиля, обращение с огнём невозможно без понимания
базовых законов. Исследование мира — увлекательное и полезное занятие.
Явления природы. Физические явления, их разнообразие
Все, что создала природа или человек, ученые называют физическими телами. С течением времени тела меняются. Например, из маленького желудя вырастает могучий дуб. Из его ствола столяр производит мебель. Гончар из глины делает посуду. Под действием ветра, воды и солнечных лучей разрушаются горы. Водяной пар, находящийся в воздухе, возвращается на землю в виде дождя и снега. И таких примеров можно привести очень много.
Мир явлений
Изменения, происходящие с телами, получили название явления. Различают биологические, физические, химические и некоторые другие явления.
К биологическим явлениям относятся явления в живой природе, например забота о новорожденных малышах, прилет птиц весной, объединение волков в стаю, размножение, рост и развитие организмов.
Рост растения — пример биологического явления
Физическим явлениям свойственны изменения агрегатного состояния вещества, размеров и формы тела, положение тел друг относительно друга. При этом новые вещества не образуются.
Физические явления
Превращение воды в лед и ее испарение, изготовление из гранита памятника, измельчения сахара в сахарную пудру — все это примеры физических явлений. Они очень разные, но при этом ни одно вещество не разрушилось и новые вещества не образовались.
В отличие от физических явлений, при химических явлениях одни вещества превращаются в другие. Например, дрова в костре превратились в кучку пепла, на железной цепи образовалась ржавчина, подсолнечное масло превратили в маргарин.
В природе одни явления сопровождаются другими. К примеру, рост организма является биологическим явлением. Однако оно сопровождается физическим явлением — увеличением линейных размеров тела. Чтобы расти, организмы должны питаться, а значит, во время роста в организмах происходят и химические явления. Еще пример: химическое явление горения сопровождается выделением света и тепла, которые являются физическими явлениями.
Повторяемость явлений в природе
Явления природы время от времени сменяют друг друга, то есть способны чередоваться или повторяться. С начальной школы ты знаем о чередовании времен года, дня и ночи. Повторяются цвета радуги, независимо от того, в каком месте нашей планеты она появилась.
В мире живой природы также много примеров повторяющихся явлений. С детенышами происходят те же биологические явления, и с родителями (рис. 36). Они рождаются, растут, развиваются, питаются, оставляют потомство, погибают. Благодаря такой повторяемости явлений существует жизнь на Земле.
Как можно описывать явления
Чтобы твои наблюдения за явлениями в природе были упорядоченными, их следует описывать по определенному плану. Для этого следует определить цель наблюдения и фиксировать ход событий. Например, записывать изменения, которые происходят:
Разнообразие физических явлений
Ознакомься с рисунком с названиями основных физических явлений.
Явления, связанные с движением тел, называют механическими. При этом тела меняют свое положение относительно других тел. Например, полет птицы, движение автомобиля, падение капель дождя.
Тепловые явления связаны с нагревом и охлаждением тел. Примером тепловых явлений является нагрев днем и охлаждение ночью поверхности Земли.
К звуковым явлениям относятся явления, связанные с возникновением и распространением звука. Пение птицы, жужжание крылышек комара, раскаты грома — это звуки. Их мы воспринимаем ухом как колебания воздуха звуковыми волнами.
Световые явления связаны с распространением световых лучей. Свет излучают Солнце, молния, включенная электрическая лампочка, горящая свеча и тому подобное.
Магнитные явления — это явления притяжения тел магнитом. Например, показания стрелки компаса, привлечение магнитом железных гвоздей.
Явления, обусловленные электризацией тел, называют электрическими. Благодаря им работает множество современных бытовых и осветительных приборов (холодильник, пылесос, люстра и т.д.). Даже мобильный телефон ты не сможешь зарядить без использования электрического явления.
Электрические явления встречаются и в природе. Во время грозы можно наблюдать молнию. Она является разновидностью мощного электрического тока. Откуда берутся заряженные частицы, которые вызывают молнию? Грозы в основном бывают летом или поздней весной, когда теплый воздух поднимается высоко вверх. Вследствие трения в облаках слоев воздуха и капель воды они электризуются. Во время грозы наэлектризованные облака могут сблизиться настолько, что от этого возникает электрическое явление — молния. Она сопровождается громким звуком — громом. Во время грозы молния также может возникнуть между облаком и землей. Это очень опасно, потому что от молнии случаются пожары и поражения людей током.
Поэтому во время грозы нужно соблюдать определенные правила поведения: избегать контакта с металлическими телами. Если гроза застала тебя на открытой местности, нужно сесть на землю и переждать ее. И на рисунке правильно поступил тот мальчик, который спрятался в углубление в земле, а не встал под одиночным деревом.
Правильное (а) и неправильное (б) поведение на открытой местности во время грозы
Чтобы предотвратить попадание молнии, на дома и другие сооружения устанавливают молниеотводы.
Заключение
Любые изменения, происходящие в природе, называют явлениями. Различают биологические, физические и химические явления.
Биологические явления является основой жизнедеятельности организмов.
Во время физических явлений не происходит превращение одних веществ в другие, а во время химических — из одних веществ образуются другие.
Явления природы описывают по определенному плану.
В природе многие явления сменяют друг друга, способны чередоваться, повторяться.
Вещества и их свойства. Физические и химические явления.
Разнообразие веществ
За последние 200 лет человечество изучило свойства веществ лучше, чем за всю историю развития химии. Естественно, количество веществ так же стремительно растет, это связано, прежде всего, с освоением различных методов получения веществ.
В повседневной жизни мы сталкиваемся с множеством веществ. Среди них – вода, железо, алюминий, пластмасса, сода, соль и множество других. Вещества, существующие в природе, например, кислород и азот, содержащиеся в воздухе, вещества, растворенные в воде, и имеющие природное происхождение, называются природными веществами. Алюминия, цинка, ацетона, извести, мыла, аспирина, полиэтилена и многих других веществ в природе не существует.
Их получают в лаборатории, и производит промышленность. Искусственные вещества не встречаются в природе, их создают из природных веществ. Некоторые вещества, существующие в природе, можно получить и в химической лаборатории.
Так, при нагревании марганцовки выделяется кислород, а при нагревании мела – углекислый газ. Ученые научились превращать графит в алмаз, выращивают кристаллы рубина, сапфира и малахита. Итак, наряду с веществами природного происхождения существует огромное множество и искусственно созданных веществ, не встречающихся в природе.
Вещества, не встречающиеся в природе, производятся на различных предприятиях: фабриках, заводах, комбинатах и т.п.
В условиях исчерпания природных ресурсов нашей планеты, сейчас перед химиками стоит важная задача: разработать и внедрить методы, при помощи которых можно искусственно, в условиях лаборатории, или промышленного производства, получать вещества, являющиеся аналогами природных веществ. Например, запасы топливных ископаемых в природе на исходе.
Может настать тот момент, когда нефть и природный газ закончатся. Уже сейчас ведутся разработки новых видов топлива, которые были бы такими же эффективными, но не загрязняли окружающую среду. На сегодняшний день человечество научилось искусственно получать различные драгоценные камни, например, алмазы, изумруды, бериллы.
Агрегатное состояние вещества
Вещества могут существовать в нескольких агрегатных состояниях, три из которых вам известны: твердое, жидкое, газообразное. Например, вода в природе существует во всех трех агрегатных состояниях: твердом (в виде льда и снега), жидком (жидкая вода) и газообразном (водяной пар). Известны вещества, которые не могут существовать в обычных условиях во всех трех агрегатных состояниях. Например, таким веществом является углекислый газ. При комнатной температуре это газ без запаха и цвета. При температуре –79°С данное вещество «замерзает» и переходит в твердое агрегатное состояние. Бытовое (тривиальное) название такого вещества «сухой лед». Такое название дано этому веществу из-за того, что «сухой лед» превращается в углекислый газ без плавления, то есть, без перехода в жидкое агрегатное состояние, которое присутствует, например, у воды.
Таким образом, можно сделать важный вывод. Вещество при переходе из одного агрегатного состояния в другое не превращается в другие вещества. Сам процесс некоего изменения, превращения, называется явлением.
Физические явления. Физические свойства веществ.
Явления, при которых вещества изменяют агрегатное состояние, но при этом не превращаются в другие вещества, называют физическими. Каждое индивидуальное вещество обладает определенными свойствами. Свойства веществ могут быть различными или сходными друг с другом. Каждое вещество описывают при помощи набора физических и химических свойств. Рассмотрим в качестве примера воду. Вода замерзает и превращается в лед при температуре 0°С, а закипает и превращается в пар при температуре +100°С. Данные явления относятся к физическим, так как вода не превратилась в другие вещества, происходит только изменение агрегатного состояния. Данные температуры замерзания и кипения – это физические свойства, характерные именно для воды.
Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими
Испарение спирта, как и испарение воды – физические явления, вещества при этом изменяют агрегатное состояние. После проведения опыта можно убедиться, что спирт испаряется быстрее, чем вода – это физические свойства этих веществ.
К основным физическим свойствам веществ можно отнести следующие: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, плотность, температура кипения, температура плавления, теплопроводность, электропроводность. Такие физические свойства как цвет, запах, вкус, форма кристаллов, можно определить визуально, с помощью органов чувств, а плотность, электропроводность, температуру плавления и кипения определяют измерением. Сведения о физических свойствах многих веществ собраны в специальной литературе, например, в справочниках. Физические свойства вещества зависят от его агрегатного состояния. Например, плотность льда, воды и водяного пара различна.
Газообразный кислород бесцветный, а жидкий – голубой Знание физических свойств помогает «узнавать» немало веществ. Например, медь – единственный металл красного цвета. Соленый вкус имеет только поваренная соль. Иод – почти черное твердое вещество, которое при нагревании превращается в фиолетовый пар. В большинстве случаев для определения вещества нужно рассматривать несколько его свойств. В качестве примера охарактеризуем физические свойства воды:
Кристаллические и аморфные вещества
При описании физических свойств твердых веществ принято описывать структуру вещества. Если рассмотреть образец поваренной соли под увеличительным стеклом, можно заметить, что соль состоит из множества мельчайших кристаллов. В соляных месторождениях можно встретить и весьма крупные кристаллы. Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников Кристаллы могут иметь различную форму и размер. Кристаллы некоторых веществ, таких как поваренная соль – хрупкие, их легко разрушить. Существуют кристаллы довольно твердые. Например, одним из самых твердых минералов считается алмаз. Если рассматривать кристаллы поваренной соли под микроскопом, можно заметить, что все они имеют похожее строение. Если же рассмотреть, например, частицы стекла, то все они будут иметь различное строение – такие вещества называют аморфными. К аморфным веществам относят стекло, крахмал, янтарь, пчелиный воск. Аморфные вещества – вещества, не имеющие кристаллического строения
Химические явления. Химическая реакция.
Если при физических явлениях вещества, как правило, лишь изменяют агрегатное состояние, то при химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие вещества. Приведем несколько простых примеров: горение спички сопровождается обугливанием древесины и выделением газообразных веществ, то есть, происходит необратимое превращение древесины в другие вещества. Другой пример: со временем бронзовые скульптуры покрываются налетом зеленого цвета. Дело в том, что в состав бронзы входит медь. Этот металл медленно взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, в результате на поверхности скульптуры образуются новые вещества зеленого цвета Химические явления – явления превращений одних веществ в другие Процесс взаимодействия веществ с образованием новых веществ называют химической реакцией. Химические реакции происходят повсеместно вокруг нас. Химические реакции происходят и в нас самих. В нашем организме непрерывно происходят превращения множества веществ, вещества реагируют друг с другом, образуя продукты реакции. Таким образом, в химической реакции всегда есть реагирующие вещества, и вещества, образовавшиеся в результате реакции.
Любые химические явления (реакции) сопровождаются определенными признаками, при помощи которых химические явления можно отличить от физических. К таким признакам можно отнести изменение окраски веществ, выделение газа, образование осадка, выделение тепла, излучение света.
Многие химические реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла и света. Как правило, такими явлениями сопровождаются реакции горения. В реакциях горения на воздухе вещества реагируют с кислородом, содержащимся в воздухе. Так, например, металл магний вспыхивает и горит на воздухе ярким слепящим пламенем. Именно поэтому вспышку магния использовали при создании фотографий в первой половине ХХ века. В некоторых случаях возможно выделение энергии в виде света, но без выделения тепла. Один из видов тихоокеанского планктона способен испускать ярко-голубой свет, хорошо заметный в темноте. Выделение энергии в виде света – результат химической реакции, которая протекает в организмах данного вида планктона.
Итог статьи: