-—татистика

—татистика LiveInternet.ru: показано количество хитов и посетителей
—оздан: 04.02.2010
«аписей: 36185
 омментариев: 138773
Ќаписано: 176609

10 научных законов и теорий, которые должен знать каждый

ѕонедельник, 17 ‘еврал€ 2014 г. 14:05 + в цитатник

”ченые с планеты «емл€ используют массу инструментов, пыта€сь описать то, как работает природа и вселенна€ в целом. „то они приход€т к законам и теори€м. ¬ чем разница? Ќаучный закон можно зачастую свести к математическому утверждению, вроде E = mc²; это утверждение базируетс€ на эмпирических данных и его истинность, как правило, ограничиваетс€ определенным набором условий. ¬ случае E = mc² — скорость света в вакууме.


Ќаучна€ теори€ зачастую стремитс€ синтезировать р€д фактов или наблюдений за конкретными €влени€ми. » в целом (но не всегда) выходит четкое и провер€емое утверждение относительно того, как функционирует природа. —овсем не об€зательно сводить научную теорию к уравнению, но она на самом деле представл€ет собой нечто фундаментальное о работе природы.

 ак законы, так и теории завис€т от основных элементов научного метода, например, создании гипотез, проведени€ экспериментов, нахождени€ (или не нахождени€) эмпирических данных и заключение выводов. ¬ конце концов, ученые должны быть в состо€нии повторить результаты, если эксперименту суждено стать основой дл€ общеприн€тного закона или теории.

¬ этой статье мы рассмотрим дес€ть научных законов и теорий, которые вы можете освежить в пам€ти, даже если вы, к примеру, не так часто обращаетесь к сканирующему электронному микроскопу. Ќачнем со взрыва и закончим неопределенностью.

“еори€ Ѕольшого ¬зрыва
≈сли и стоит знать хот€ бы одну научную теорию, то пусть она объ€снит, как вселенна€ достигла нынешнего своего состо€ни€ (или не достигла, если опровергнут). Ќа основании исследований, проведенных Ёдвином ’абблом, ∆оржем Ћеметром и јльбертом Ёйнштейном, теори€ Ѕольшого ¬зрыва постулирует, что ¬селенна€ началась 14 миллиардов лет назад с массивного расширени€. ¬ какой-то момент ¬селенна€ была заключена в одной точке и охватывала всю материю нынешней вселенной. Ёто движение продолжаетс€ и по сей день, а сама вселенна€ посто€нно расшир€етс€.

“еори€ Ѕольшого ¬зрыва получила широкую поддержку в научных кругах после того, как јрно ѕензиас и –оберт ”илсон обнаружили космический микроволновый фон в 1965 году. — помощью радиотелескопов два астронома обнаружили космический шум, или статику, котора€ не рассеиваетс€ со временем. ¬ сотрудничестве с принстонским исследователем –обертом ƒике, пара ученых подтвердила гипотезу ƒике о том, что первоначальный Ѕольшой ¬зрыв оставил после себ€ излучение низкого уровн€, которое можно обнаружить по всей ¬селенной.

«акон космического расширени€ ’аббла
ƒавайте на секунду задержим Ёдвина ’аббла. ¬ то врем€ как в 1920-х годах бушевала ¬елика€ депресси€, ’аббл выступал с новаторским астрономическим исследованием. ќн не только доказал, что были и другие галактики помимо ћлечного ѕути, но также обнаружил, что эти галактики несутс€ прочь от нашей собственной, и это движение он назвал разбеганием.

ƒл€ того, чтобы количественно оценить скорость этого галактического движени€, ’аббл предложил закон космического расширени€, он же закон ’аббла. ”равнение выгл€дит так: скорость = H0 x рассто€ние. —корость представл€ет собой скорость разбегани€ галактик; H0 — это посто€нна€ ’аббла, или параметр, который показывает скорость расширени€ вселенной; рассто€ние — это рассто€ние одной галактики до той, с которой происходит сравнение.

ѕосто€нна€ ’аббла рассчитывалась при разных значени€х в течение достаточно долгого времени, однако в насто€щее врем€ она замерла на точке 70 км/с на мегапарсек. ƒл€ нас это не так важно. ¬ажно то, что закон представл€ет собой удобный способ измерени€ скорости галактики относительно нашей собственной. » еще важно то, что закон установил, что ¬селенна€ состоит из многих галактик, движение которых прослеживаетс€ до Ѕольшого ¬зрыва.

«аконы планетарного движени€  еплера
Ќа прот€жении веков ученые сражались друг с другом и с религиозными лидерами за орбиты планет, особенно за то, вращаютс€ ли они вокруг —олнца. ¬ 16 веке  оперник выдвинул свою спорную концепцию гелиоцентрической —олнечной системы, в которой планеты вращаютс€ вокруг —олнца, а не «емли. ќднако только с »оганном  еплером, который опиралс€ на работы “ихо Ѕраге и других астрономов, по€вилась четка€ научна€ основа дл€ движени€ планет.

“ри закона планетарного движени€  еплера, сложившиес€ в начале 17 века, описывают движение планет вокруг —олнца. ѕервый закон, который иногда называют законом орбит, утверждает, что планеты вращаютс€ вокруг —олнца по эллиптической орбите. ¬торой закон, закон площадей, говорит, что лини€, соедин€юща€ планету с солнцем, образует равные площади через равные промежутки времени. ƒругими словами, если вы измер€ете площадь, созданную нарисованной линией от «емли от —олнца, и отслеживаете движение «емли на прот€жении 30 дней, площадь будет одинаковой, вне зависимости от положени€ «емли касательно начала отсчета.

“ретий закон, закон периодов, позвол€ет установить четкую взаимосв€зь между орбитальным периодом планеты и рассто€нием до —олнца. Ѕлагодар€ этому закону, мы знаем, что планета, котора€ относительно близка к —олнцу, вроде ¬енеры, имеет гораздо более краткий орбитальный период, чем далекие планеты, вроде Ќептуна.

”ниверсальный закон т€готени€
—егодн€ это может быть в пор€дке вещей, но более чем 300 лет назад сэр »саак Ќьютон предложил революционную идею: два любых объекта, независимо от их массы, оказывают гравитационное прит€жение друг на друга. Ётот закон представлен уравнением, с которым многие школьники сталкиваютс€ в старших классах физико-математического профил€.

F = G × [(m1m2)/r²]

F — это гравитационна€ сила между двум€ объектами, измер€ема€ в ньютонах. M1 и M2 — это массы двух объектов, в то врем€ как r — это рассто€ние между ними. G — это гравитационна€ посто€нна€, в насто€щее врем€ рассчитанна€ как 6,67384(80)·10−11 или Ќ·м²·кг−2.

ѕреимущество универсального закона т€готени€ в том, что он позвол€ет вычислить гравитационное прит€жение между двум€ любыми объектами. Ёта способность крайне полезна, когда ученые, например, запускают спутник на орбиту или определ€ют курс Ћуны.

«аконы Ќьютона
–аз уж мы заговорили об одном из величайших ученых, когда-либо живущих на «емле, давайте поговорим о других знаменитых законах Ќьютона. ≈го три закона движени€ составл€ют существенную часть современной физики. » как и многие другие законы физики, они элегантны в своей простоте.

ѕервый из трех законов утверждает, что объект в движении остаетс€ в движении, если на него не действует внешн€€ сила. ƒл€ шарика, который катитс€ по полу, внешней силой может быть трение между шаром и полом, или же мальчик, который бьет по шарику в другом направлении.

¬торой закон устанавливает св€зь между массой объекта (m) и его ускорением (a) в виде уравнени€ F = m x a. F представл€ет собой силу, измер€емую в ньютонах. “акже это вектор, то есть у него есть направленный компонент. Ѕлагодар€ ускорению, м€ч, который катитс€ по полу, обладает особым вектором в направлении его движени€, и это учитываетс€ при расчете силы.

“ретий закон довольно содержательный и должен быть вам знаком: дл€ каждого действи€ есть равное противодействие. “о есть дл€ каждой силы, приложенной к объекту на поверхности, объект отталкиваетс€ с такой же силой.

«аконы термодинамики
Ѕританский физик и писатель „. ѕ. —ноу однажды сказал, что неученый, который не знал второго закона термодинамики, был как ученый, который никогда не читал Ўекспира. Ќынче известное за€вление —ноу подчеркивало важность термодинамики и необходимость даже люд€м, далеким от науки, знать его.

“ермодинамика — это наука о том, как энерги€ работает в системе, будь то двигатель или €дро «емли. ≈е можно свести к нескольким базовым законам, которые —ноу обозначил следующим образом:

¬ы не можете выиграть.
¬ы не избежите убытков.
¬ы не можете выйти из игры.
ƒавайте немного разберемс€ с этим. √овор€, что вы не можете выиграть, —ноу имел в виду то, что поскольку матери€ и энерги€ сохран€ютс€, вы не можете получить одно, не потер€в второе (то есть E=mc²). “акже это означает, что дл€ работы двигател€ вам нужно поставл€ть тепло, однако в отсутствии идеально замкнутой системы некоторое количество тепла неизбежно будет уходить в открытый мир, что приведет ко второму закону.

¬торой закон — убытки неизбежны — означает, что в св€зи с возрастающей энтропией, вы не можете вернутьс€ к прежнему энергетическому состо€нию. Ёнерги€, сконцентрированна€ в одном месте, всегда будет стремитьс€ к местам более низкой концентрации.

Ќаконец, третий закон — вы не можете выйти из игры — относитс€ к абсолютному нулю, самой низкой теоретически возможной температуре — минус 273,15 градуса ÷ельси€.  огда система достигает абсолютного нул€, движение молекул останавливаетс€, а значит энтропи€ достигнет самого низкого значени€ и не будет даже кинетической энергии. Ќо в реальном мире достичь абсолютного нул€ невозможно — только очень близко к нему подойти.

—ила јрхимеда
ѕосле того как древний грек јрхимед открыл свой принцип плавучести, он €кобы крикнул «Ёврика!» (Ќашел!) и побежал голышом по —иракузам. “ак гласит легенда. ќткрытие было вот настолько важным. “акже легенда гласит, что јрхимед обнаружил принцип, когда заметил, что вода в ванной поднимаетс€ при погружении в него тела.

—огласно принципу плавучести јрхимеда, сила, действующа€ на погруженный или частично погруженный объект, равна массе жидкости, которую смещает объект. Ётот принцип имеет важнейшее значение в расчетах плотности, а также проектировании подлодок и других океанических судов.

Ёвoлюци€ и естественный отбор
“еперь, когда мы установили некоторые из основных пон€тий о том, с чего началась ¬селенна€ и как физические законы вли€ют на нашу повседневную жизнь, давайте обратим внимание на человеческую форму и вы€сним, как мы дошли до такого. ѕо мнению большинства ученых, вс€ жизнь на «емле имеет общего предка. Ќо дл€ того, чтобы образовалась така€ огромна€ разница между всеми живыми организмами, некоторые из них должны были превратитьс€ в отдельный вид.

¬ общем смысле, эта дифференциаци€ произошла в процессе эволюции. ѕопул€ции организмов и их черты прошли через такие механизмы, как мутации. “е, у кого черты были более выгодными дл€ выживани€, вроде коричневых л€гушек, которые отлично маскируютс€ в болоте, были естественным образом избраны дл€ выживани€. ¬от откуда вз€л начало термин естественный отбор.

ћожно умножить две этих теории на много-много времени, и собственно это сделал ƒарвин в 19 веке. Ёволюци€ и естественный отбор объ€сн€ют огромное разнообразие жизни на «емле.

ќбща€ теори€ относительности
ќбща€ теори€ относительности јльберта Ёйнштейна была и остаетс€ важнейшим открытием, которое навсегда изменила наш взгл€д на вселенную. √лавным прорывом Ёйнштейна было за€вление о том, что пространство и врем€ не €вл€ютс€ абсолютными, а гравитаци€ — это не просто сила, приложенна€ к объекту или массе. —корее гравитаци€ св€зана с тем, что масса искривл€ет само пространство и врем€ (пространство-врем€).

„тобы осмыслить это, представьте, что вы едете через всю «емлю по пр€мой линии в восточном направлении, скажем, из северного полушари€. „ерез некоторое врем€, если кто-то захочет точно определить ваше местоположение вы будете гораздо южнее и восточнее своего исходного положени€. Ёто потому что «емл€ изогнута. „тобы ехать пр€мо на восток, вам нужно учитывать форму «емли и ехать под углом немного на север. —равните круглый шарик и лист бумаги.

ѕространство — это в значительной мере то же самое.   примеру, дл€ пассажиров ракеты, лет€щей вокруг «емли, будет очевидно, что они лет€т по пр€мой в пространстве. Ќо на самом деле, пространство-врем€ вокруг них изгибаетс€ под действием силы т€жести «емли, заставл€€ их одновременно двигатьс€ вперед и оставатьс€ на орбите «емли.

“еори€ Ёйнштейна оказала огромное вли€ние на будущее астрофизики и космологии. ќна объ€снила небольшую и неожиданную аномалию орбиты ћеркури€, показала, как изгибаетс€ свет звезд и заложила теоретические основы дл€ черных дыр.

ѕринцип неопределенности √ейзенберга
–асширение теории относительности Ёйнштейна рассказало нам больше о том, как работает ¬селенна€, и помогло заложить основу дл€ квантовой физики, что привело к совершенно неожиданному конфузу теоретической науки. ¬ 1927 году осознание того, что все законы вселенной в определенном контексте €вл€ютс€ гибкими, привело к ошеломительному открытию немецкого ученого ¬ернера √ейзенберга.

ѕостулиру€ свой принцип неопределенности, √ейзенберг пон€л, что невозможно одновременно знать с высоким уровнем точности два свойства частицы. ¬ы можете знать положение электрона с высокой степенью точности, но не его импульс, и наоборот.

ѕозже Ќильс Ѕор сделал открытие, которое помогло объ€снить принцип √ейзенберга. Ѕор вы€снил, что электрон обладает качествами как частицы, так и волны.  онцепци€ стала известна как корпускул€рно-волновой дуализм и легла в основу квантовой физики. ѕоэтому, когда мы измер€ем положение электрона, мы определ€ем его как частицу в определенной точке пространства с неопределенной длиной волны.  огда мы измер€ем импульс, мы рассматриваем электрон как волну, а значит можем знать амплитуду ее длины, но не положение.

ћетки:  

ѕроцитировано 45 раз
ѕонравилось: 25 пользовател€м



Ќикто_кроме_нас   обратитьс€ по имени ѕонедельник, 17 ‘еврал€ 2014 г. 14:25 (ссылка)
—пасибо. »нтересно.
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
vjnz   обратитьс€ по имени ѕонедельник, 17 ‘еврал€ 2014 г. 14:28 (ссылка)
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
Ћ≈ќЌ»ƒ_ёў≈Ќ ќ   обратитьс€ по имени ѕонедельник, 17 ‘еврал€ 2014 г. 14:30 (ссылка)
спасибо за интересную статью
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
—амуил_√етерле   обратитьс€ по имени ѕонедельник, 17 ‘еврал€ 2014 г. 15:19 (ссылка)
—пасибо! ѕовторение - мать учени€! »зложено попул€рно и очень доступно дл€ воспри€ти€!
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
vit4109   обратитьс€ по имени ѕонедельник, 17 ‘еврал€ 2014 г. 15:51 (ссылка)
Ѕлагодарю.
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
ludmila37   обратитьс€ по имени ћы тут надеемс€ на лучшее ¬торник, 18 ‘еврал€ 2014 г. 05:52 (ссылка)
ј им √алактикам только бы разбегатьс€ . » о чем они только думают
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
–омашковый_ангел   обратитьс€ по имени ƒоброго и уютного утра. ¬торник, 18 ‘еврал€ 2014 г. 07:29 (ссылка)
Ѕлагодарю и цитирую! Ќе лишним будет вспомнить и повторить!)
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
авакуум   обратитьс€ по имени ¬торник, 18 ‘еврал€ 2014 г. 08:51 (ссылка)
— каких пор -"E = mc2Ч скорость света в вакууме"? Ќасколько помню из школьного курса сорокалетней давности это формула полной энергии физического объекта, согласно физической концепции теории относительности.
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
валентина_шан€вска€   обратитьс€ по имени ¬торник, 18 ‘еврал€ 2014 г. 16:03 (ссылка)
ƒа тут мозги сломаешь пока разберешьс€. ’орошо было тем предкам, которые жили в счастливом неведении, как в раю. ѕолна€ гармони€ с природой. » природа была целей. ѕрироде очень замечательно было бы существовать без людей. Ћюди чем больше знают, тем больше истребл€ют природу. —коро она не выдержит и доберетс€ до всех и до каждого. ћало не покажетс€! “ак что, товарищи ученые, доценты с кандидатами, уймитесь и переключите свою неуемную познавательную энергию на сохранение природы и на социальную де€тельность по улучшению жизни людей.
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
ѕерейти к дневнику

¬торник, 25 ‘еврал€ 2014 г. 01:28ссылка
¬от это по-нашенски, по-женски!
Liudmila_Sceglova   обратитьс€ по имени —реда, 19 ‘еврал€ 2014 г. 00:01 (ссылка)
—пасибо!
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
 омментировать   дневнику —траницы: [1] [Ќовые]
 

ƒобавить комментарий:
“екст комментари€: смайлики

ѕроверка орфографии: (найти ошибки)

ѕрикрепить картинку:

 ѕереводить URL в ссылку
 ѕодписатьс€ на комментарии
 ѕодписать картинку