Теорія, експеримент, вимірювання, вектори
Фізика — наука про природу
Предмет фізики
Фізика вивчає найзагальніші властивості матерії та форми її руху — від елементарних частинок до Всесвіту.
Мова фізики
Мова фізики інтернаціональна й об'єктивна: кожне поняття має один зміст, який може змінитися лише завдяки дослідам.
Фундаментальні теорії
Класична механіка, термодинаміка, електродинаміка, квантова фізика, теорія відносності.
Методи наукового пізнання
🔍 Спостереження
Сприйняття природи з метою одержання первинних даних для подальшого аналізу.
⚗️ Експеримент
Дослідження фізичного явища в умовах, які перебувають під контролем учених. Фізика є експериментальною наукою.
📐 Теоретичний метод
Аналіз даних, формулювання законів, передбачення нових явищ із використанням математики.
Роль фундаментальних фізичних теорій
Пояснення
Теорія пояснює вже відомі факти та явища природи.
Передбачення
Теорія передбачає нові явища до їх експериментального відкриття.
Перевірка
Експеримент перевіряє теорію — теорія спрямовує експеримент.
Фізичні моделі
Що таке фізична модель?
Фізична модель — ідеалізований аналог реального тіла, що враховує лише суттєві для дослідження властивості. Теоретичні дослідження проводять не з конкретним фізичним тілом, а з його моделлю.
Чим більше параметрів враховує модель — тим точніший опис, але складніший розрахунок.
Матеріальна точка
Тіло, розмірами якого можна знехтувати (автомобіль на трасі).
Інші моделі
Абсолютно тверде тіло, ідеальний газ, точковий заряд.
Фізичні величини та їх вимірювання
Фізична величина — кількісна міра певної властивості тіла, процесу або явища.
Пряме вимірювання
Величину порівнюють із одиницею за допомогою приладу: лінійка, термометр, динамометр.
Непряме вимірювання
Величину обчислюють за формулою через результати прямих вимірювань. Наприклад, густину: ρ = m/V
Міжнародна система одиниць СІ
У 1960 р. створено Міжнародну систему одиниць СІ на основі метричної системи — вона стала домінуючою у світі.
7 основних одиниць СІ
Кратні одиниці: кіло- (10³), мега- (10⁶), мілі- (10⁻³), мікро- (10⁻⁶). Сучасні еталони ґрунтуються на фундаментальних фізичних константах.
м
метр
кг
кілограм
с
секунда
А
ампер
К
кельвін
моль
моль
кд
кандела
Похибки (невизначеності) вимірювань
Абсолютно точне вимірювання неможливе. Похибка — відхилення виміряного значення від істинного.
Абсолютна похибка
Δx = |xвим − x|
Відносна похибка
εx = Δx / xвим × 100%
Випадкові
Виникають через неконтрольовані чинники. Зменшуються повторними вимірюваннями.
Систематичні
Пов'язані з приладом або методом. Усуваються калібруванням.
Запис результату вимірювання
Результат вимірювання завжди записують із зазначенням похибки:
x = xвим ± Δx
Округлення похибки
Абсолютну похибку округлюють до однієї значущої цифри із завищенням.
Приклад
gвим = 9,736 м/с²; Δg = 0,123 м/с²
→ g = (9,7 ± 0,2) м/с²
Істинне значення: від 9,5 до 9,9 м/с².
Зв'язок математики та фізики
До розуміння того, що для описування природи потрібно використовувати мову математики, учені дійшли давно. Певні розділи математики було створено саме для того, щоб описувати природу стислою й доступною мовою.
Диференціальне та інтегральне числення
Для обчислення миттєвої швидкості, роботи змінної сили, об'ємів тіл.
Графіки функцій
Для наочного опису фізичних процесів та їх залежностей.
Наближені обчислення
Методи швидкої обробки результатів експерименту в реальних умовах.
Скалярні та векторні величини
Скалярні величини
Визначаються лише числовим значенням.
- Маса
- Час
- Температура
- Енергія
Векторні величини
Визначаються значенням (модулем) і напрямком.
- Переміщення
- Швидкість
- Сила
Позначення вектора: a⃗ або a (напівжирним). Модуль вектора: |a⃗| або просто a.
Додавання векторів
Правило паралелограма
Вектори прикладають до спільної точки — сума є діагоналлю паралелограма, побудованого на цих векторах.
Правило трикутника
Початок другого вектора суміщають із кінцем першого — результантний вектор з'єднує початок першого з кінцем другого.
Різниця векторів
c⃗ = a⃗ − b⃗ = a⃗ + (−b⃗)
Вектор −b⃗ протилежний за напрямком до b⃗ і рівний йому за модулем.
Проекції векторів
Визначення проекції
Проекція вектора на вісь — скалярна величина, що дорівнює довжині відрізка між проекціями початку і кінця вектора на цю вісь.
Для вектора b⃗ під кутом α до осі Ox:
bx = b · cos α
by = b · sin α
Адитивність
Проекція суми векторів = сумі проекцій: cx = ax + bx
Знак проекції
Проекція може бути додатною, від'ємною або нульовою залежно від напрямку вектора.
Вступ до фізики 10 клас