Работа, связанная с физикой
Будущая работа программиста может быть связана с физикой напрямую. Допустим, в ваши задачи будет входить создание симулятора корабля, интерпретация данных, полученных от медицинского оборудования, или же разработка реалистичных компьютерных игр.
Если взять последнее направление, то применений физики можно найти огромное количество:
- понимание законов распространения и отражения света для создания фотореалистической графики;
- реализация физикореалистичного взаимодействия объектов с игровым миром — правдоподобное поведение автомобиля в зависимости от погоды, разрушаемый игровой мир, реалистичная баллистика и т.д.
- моделирование поведения сложных сред, таких как вода, дым, огонь.
С первым пунктом всё более-менее понятно.
Умение строить модели
Если в математике всё всегда предельно строго (попробуйте выкинуть уравнение из системы!), то в физике человек зачастую работает с неким упрощением — моделью реальной системы. В некоторых случаях можно считать объект идеально упругим (в реальном макромире таковых нет), где-то можно пренебречь силой трения, в другой ситуации несущественной окажется сила Кориолиса.
Именно физика учит построению моделей объектов реального мира, записи их на строгом математическом языке, учит выделять главное и отбрасывать несущественное.
Для профессии программиста такой навык жизненно необходим, ведь работать с моделями приходится практически в любой сфере деятельности, начиная с поисковых систем и заканчивая банковским сектором.
Общее развитие
Знать, почему и при какой температуре закипает вода, почему скользят лыжи по снегу и почему выстреливает пробка из бутылки шампанского, должен любой образованный человек. Но если вы — представитель технической профессии, можете быть уверены, что окружающие будут ожидать от вас более глубоких познаний в области физики.
В некоторых жизненных ситуациях, человек, знающий, а главное понимающий физику, может находить простые решения сложных, на первый взгляд, проблем. А таких ситуаций жизнь активному человеку подкидывает великое множество.
Самостоятельная работа №2
Кинематика – раздел физики, изучающий способы математического описания движения без выяснения его причин.
Материа́льная то́чка (частица) — обладающее массой тело, размерами, формой, вращением и внутренней структурой которого можно пренебречь в условиях исследуемой задачи.
Система отсчёта – это система координат, тело отсчета, с которым связана система координат, и прибор для измерения времени. Относительно системы отсчёта и рассматривается движение тела. У одного и того же тела относительно разных тел отсчёта в разных системах координат могут быть совершенно различные координаты.
Траектория – это линия, вдоль которой движется тело.
Вектор перемещения - это направленный отрезок, проведенный из начального положения материальной точки в ее конечное положение.
Путь - длина участка траектории материальной точки, пройденного ею за определенное время.
Сре́дняя ско́рость — в кинематике, некоторая усреднённая характеристика скорости, движущегося тела (или материальной точки).
Мгновенная скорость – это скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории.
Ускоре́ние — физическая величина, определяющая быстроту изменения скорости тела, то есть первая производная от скорости по времени.
Равномерное движение — механическое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит одно и то же расстояние.
Равноуско́ренное движе́ние — движение тела, при котором его ускорение {a} постоянно по модулю и направлению.
Самостоятельная работа №3
Имя Исаака Ньютона (1642-1727 гг.) золотыми буквами вписано в историю мировой науки, именно ему принадлежат величайшие открытия в физике, астрономии, механике, математике – формулировка основных постулатов механики, открытие явления всемирного тяготения, английский ученый также заложил основы для последующих научных разработок в области оптики, акустики. Ньютон, помимо физических экспериментов, также был знатоком алхимии, истории. Деятельность ученого зачастую слабо оценивалась его современниками, сегодня же невооруженным глазом видно, что его научные взгляды значительно превосходили уровень средневековой науки.
Исаак родился в 1642 году в английской деревушке Вулсторп (графство Линкольншир) в семье небогатого фермера. Мальчик был достаточно хил и болезненен, физически слабым, воспитывался бабушкой, был очень замкнутым и нелюдимым. В возрасте 12 лет мальчик поступил на обучение в школу в Грантеме, спустя шесть лет, окончив ее, поступил в Кембриджский университет, в котором ему преподавал сам И. Барроу – известный ученый – математик.
В 1665 году Ньютон получил степень бакалавра и до 1667 года находился в родном Вулсторпе: именно в этот период ученый активно занимался научными разработками – опытами по разложению света, изобретением зеркального телескопа, открытием закона всемирного тяготения и т.д. В 1668 году ученый вернулся в родной университет, получил в нем магистерскую степень.
Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Поэтому он также известен как закон инерции. Инерция (она же инертность[3]) — свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной по величине и направлению, когда не действуют никакие силы, а также свойство тела сопротивляться изменению его скорости.
Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки.
Третий закон описывает, как взаимодействуют две материальные точки. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух материальных точек. Первая точка может действовать на вторую с некоторой силой {\displaystyle {\vec {F}}_{1\to 2}}, а вторая — на первую с силой {\displaystyle {\vec {F}}_{2\to 1}}. Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия {\displaystyle {\vec {F}}_{1\to 2}} равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия {\displaystyle {\vec {F}}_{2\to 1}} 
.
Самостоятельная работа №4
И́мпульс (коли́чество движе́ния) — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости.
Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) — закон, утверждающий, что векторная сумма импульсов всех тел системы есть величина постоянная, если векторная сумма внешних сил, действующих на систему тел, равна нулю.
Реактивное движение — это движение, которое возникает при отделении от тела некоторой его части с определенной скоростью.
Механическая работа – физическая величина, модуль которой равен произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления действия этой силы.
Абсолютно упругий удар — модель соударения, при которой полная кинетическая энергия системы сохраняется.
Абсолютно неупругий удар – это столкновение двух тел, в результате которого тела объединяются и двигаются дальше, как единое целое.
Самостоятельная работа №5
Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде.
Звуковые волны с частотой, меньшей 16 Гц, называются инфразвуком.
Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц. Звуковые колебания с более высокой частотой называют гиперзвуком.
Основные формулировки
Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые полностью эквивалентны приведённой выше:
Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя.
Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействий между всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий.
Уравнения, описывающие поведение многочастичной системы, являются линейными по количеству частиц.
Закон Ома для участка цепи
Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Записывается следующей формулой:
I = U/R.
Самостоятельная работа №12
Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему.
Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r.
За единицу электрического сопротивления принят ом.
Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным сечением 1 мм2 при температуре 0° С.
Если, например, электрическое сопротивление проводника составляет 4 ом, то записывается это так: R = 4 ом или r = 4ом.
Для измерения сопротивлений большой величины принята единица, называемая мегомом.
Один мегом равен одному миллиону ом.
Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.
Сверхпроводи́мость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). Известны несколько десятков чистых элементов, сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость — квантовое явление. Оно характеризуется также эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. Существование этого эффекта показывает, что сверхпроводимость не может быть описана просто как идеальная проводимость в классическом понимании.
Самостоятельная работа №13
Первые опыты по передаче электричества на малые расстояния были проведены в 1729 году. Ученые сделали вывод, что не все тела могут передавать электричество. Через несколько лет после ряда испытаний француз Шарль Дюфе заявил, что есть два типа электрического заряда — стеклянного и смоляного. Они зависят от материала, который используется для трения. Затем учеными с разных стран были созданы конденсатор и гальванический элемент, первый электроскоп, медицинский электрокардиограф. Первая лампочка накаливания появилась в 1809 году, которую создал англичанин Деларю. Спустя 100 лет, Ирнвинг Ленгмюр разработал лампочку с вольфрамовой спиралью, заполненной инертным газом. В 19 веке было много очень важных открытий, благодаря которым появилось электричество в мире Большую лепту в области открытий внесли известные всему миру ученые:
-Ампер
-Джоуль
-Фарадей
-Гери
-Ом
-Вольт
Предохранители предназначены для защиты отдельных аппаратов и участков сети от токов короткого замыкания и токов перегрузки.
Обычно предохранители состоят из патрона и плавкой вставки и различаются по номинальному напряжению и току. При токе более номинального плавкая вставка перегорает и размыкает электрическую цепь.
Для защиты силовых трансформаторов на напряжение 3 — 10кВ применяют предохранители ПК, у которых фарфоровый или стеклянный патрон заполнен кварцевым песком. Внутри патрона находится плавкая вставка, рассчитанная на прохождение номинального тока.
Энергосбережение - это реализация комплекса организационных, правовых, производственных, научных, экономических, технических и других мер, направленных на рациональное использование и экономное расходование топливно-энергетических запасов.
Энергосбережение - это важная государственная задача по сохранению природных ресурсов.
Самостоятельная работа №14
Электронная проводимость металлов: По способности веществ проводить электрический ток их можно разделить на несколько групп. К одной группе относятся вещества, которые содержат много свободных заряженных частиц, и поэтому в них легко создать электрический ток.
Их называют проводниками. К проводникам, прежде всего, следует отнести все металлы, среди которых наилучшей электропроводностью обладают серебро, медь, алюминий.
Металлические проводники находят широчайшее применение в передаче электроэнергии от источника тока к потребителям. Эти проводники используются также в генераторах, электродвигателях, трансформаторах, электроизмерительных приборах и т. д
Наряду с металлами хорошими проводниками являются водные растворы или расплавы электролитов и ионизованный газ – плазма. При определенных условиях в вакууме может существовать электрический ток Так, в вакуумных электронных приборах электрический ток образуют потоки электронов, поступающие из специальных устройств.
Свободными носителями заряда в большинстве металлов являются свободные электроны. В отсутствие электрического поля они движутся беспорядочно, участвуя в тепловом движении.
Под действием электрического поля электроны начинают упорядоченно перемещаться между ионами, находящимися в узлах кристаллической рещетки, со средней скоростью порядка 10-4 м/с, образуя электрический ток.
Ионы кристаллической решетки металла в твердом состоянии не принимают участия в создании тока.
Их перемещение при прохождении тока означало бы перенос вещества вдоль проводника. Опыты же по пропусканию тока в течение многих месяцев показали, что ничего подобного не происходит.
Самостоятельная работа №15
Электростатика – раздел электродинамики, изучающий покоящиеся электрически заряженные тела. Существует два вида электрических зарядов: положительные (стекло о шелк) и отрицательные (эбонит и шерсть).
Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.
Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма электрических зарядов всех частиц изолированной системы не меняется при происходящих в ней процессах.
Изолированная система (замкнутая система) — термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. В термодинамике постулируется (как результат обобщения опыта), что изолированная система постепенно приходит в состояние термодинамического равновесия, из которого самопроизвольно выйти не может (нулевое начало термодинамики).
Проводни́к — вещество, среда, материал, хорошо проводящие электрический ток.
В проводнике имеется большое число свободных носителей заряда, то есть заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться внутри объёма проводника и под действием приложенного к проводнику электрического напряжения создают ток проводимости. Благодаря большому числу свободных носителей заряда и их высокой подвижности значение удельной электропроводности проводников велико.
Диэлектрики (изоляторы) – вещества, которые плохо проводят или совсем не проводят электрический ток. К диэлектрикам относят воздух, некоторые газы, стекло, пластмассы, различные смолы, многие виды резины.
Электризация тел — это такой процесс перераспределения электрических зарядов, находящихся в телах, в результате которого заряды тел становятся противоположных знаков.
Закон Кулона - модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
Напряженность E = F / q
Самостоятельная работа №16
Эмиссия электронов и ионов – это выход заряженных частиц, происходящий на границе твердого тела с вакуумом или газом при воздействии на эмиттер теплового нагрева, светового излучения, электронной или ионной бомбардировки, постоянного или высокочастотного электрического поля и т.д. Установлено, что при Т = 0 не может быть эмиссии электронов из кристалла, поскольку энергии даже самых быстрых электронов недостаточны для преодоления потенциального барьера на его границе.
При нагревании твердого тела возрастают амплитуды колебаний атомов кристаллической решетки. С повышением температуры все большее число электронов приобретает энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера на границе твердого тела с вакуумом.
Если в каждом кубическом метре металла содержится dnu 
,u 
,u 
свободных электронов с компонентами скоростей от uх до uх + duх , от uy до uy + +duy и от uz до uz + duz, (где uх – компонента скорости в направлении, перпендикулярном поверхности тела), то поток таких электронов, приходящий к поверхности равен
За пределы поверхности кристалла в вакуум могут выйти только электроны, у которых компонента скорости в направлении х достаточна для преодоления потенциального барьера, т.е.
Для определения числа электронов, покидающих в единицу времени 1 м2 поверхности металла при данной температуре, надо в формулу подставить функцию распределения электронов по скорости в металле и проинтегрировать полученное выражение.
Согласно квантомеханической теории, не все электроны выходят в вакуум, есть вероятность отражения их от потенциального барьера. Поэтому вводится понятие прозрачности барьера D.
Самостоятельная работа №17
Электролиз находит весьма широкое применение в технике. Электролизом получают некоторые металлы; многие металлы, полученные неэлектрическим методом, очищают от примесей. Электролизом соответствующих растворов получают кислород, водород, хлор, "тяжелую воду". Посредством электролиза различные изделия покрывают слоем металла, а также изготавливают рельефные металлические копии нужных изделий. На электролизе основана зарядка аккумуляторов. Каждое из возможных применений электролиза получило свое название. Рассмотрим сущность некоторых из применений электролиза в технике.
Гальванопластика – получение металлических отпечатков рельефных предметов (медалей, монет и т.п.). Для этого с предмета сначала снимают слепок из воска (стеарина), покрывают поверхность слепка порошкообразным графитом для придания электропроводности и затем используют слепок в качестве катода в электролитической ванне, содержащей растворенную соль металла. При электролизе металл электролита выделяется на поверхности слепка и образует металлическую копию предмета. Этим способом, в частности, изготавливают типографские клише, бесшовные трубы, а также другие металлические детали сложной формы.
Гальваностегия. Электролитическое осаждение металлов широко используется для покрытия металлических предметов слоем благородных металлов или защитным слоем другого металла, обладающего механической прочностью и устойчивостью к коррозии. Таково электролитическое серебрение, золочение и платинирование, покрытие хромом и никелем, электролитическое покрытие железа цинком.
Очистка (рафинирование) металлов (получение чистых металлов). Для этого очищаемый металл отливают в виде пластин, и делают их анодом в электролитической ванне. Электролитом служит раствор соли данного металла. При правильном выборе напряжения между анодом и катодом добиваются того, чтобы только очищаемый металл переходил с анода в раствор и выделялся на катоде. Примеси выпадают на дно электролитической ванны в виде осадка (анодный шлам).
Полярное сияние – это электрическое свечение ионосферы Земли. Солнечное излучение представляет собой потоки протонов и электронов. Они, достигая атмосферы, вторгаются в ее верхний разряженный слой и соударяются с содержащимся в нем кислородом и азотом, возбуждая их. Сообщенный молекулам электрический разряд провоцирует выброс энергии, которая и становится светом.
Самостоятельная работа №18
Величина работы выхода зависит от химической природы вещества, от его термодинамического состояния и от состояния поверхности раздела. Если энергия, достаточная для совершения работы выхода, сообщается электронам путем нагревания, то процесс выхода электронов из металла называют термоэлектронной эмиссией.
В классической термодинамике металл представляют в виде ионной решетки, заключающей в себе электронный газ. Считают, что сообщество свободных электронов подчиняется законам идеального газа. Следовательно, в соответствии с распределением Максвелла при температуре, отличной от 0 К, в металле есть какое-то количество электронов, тепловая энергия которых больше работы выхода. Эти электроны и покидают металл. Если температуру увеличить, то увеличивается и число таких электронов.
Явление испускания электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум или другую среду называется термоэлектронной эмиссией. Нагрев необходим для того, чтобы энергии теплового движения электрона было достаточно для преодоления сил кулоновского притяжения между отрицательно заряженным электроном и индуцируемым им на поверхности металла положительным зарядом при удалении с поверхности (рис.6.1). Кроме того, при достаточно высокой температуре над поверхностью металла создается отрицательно заряженное электронное облако, препятствующее выходу электрона с поверхности металла в вакуум. Этими двумя и, возможно, другими причинами определяется величина работы выхода электрона из металла.
Явление термоэлектронной эмиссии открыто в 1883 г. Эдисоном, знаменитым американским изобретателем. Это явление наблюдалось им в вакуумной лампе с двумя электродами – анодом, имеющим положительный потенциал, и катодом с отрицательным потенциалом. Катодом лампы может служить нить из тугоплавкого металла (вольфрам, молибден, тантал и др.), нагреваемая электрическим током (рис. 6.3). Такая лампа называется вакуумным диодом. Если катод холодный, то ток в цепи катод – анод практически отсутствует. При повышении температуры катода в цепи катод – анод появляется электрический ток, который тем больше, чем выше температура катода. При постоянной температуре катода ток в цепи катод – анод возрастает с повышением разности потенциалов U между катодом и анодом и выходит к некоторому стационарному значению, называемому током насыщения Iн. При этом все термоэлектроны, испускаемые катодом, достигают анода.
Самостоятельная работа №19
Электролиз находит весьма широкое применение в технике. Электролизом получают некоторые металлы; многие металлы, полученные неэлектрическим методом, очищают от примесей. Электролизом соответствующих растворов получают кислород, водород, хлор, "тяжелую воду". Посредством электролиза различные изделия покрывают слоем металла, а также изготавливают рельефные металлические копии нужных изделий. На электролизе основана зарядка аккумуляторов. Каждое из возможных применений электролиза получило свое название. Рассмотрим сущность некоторых из применений электролиза в технике.
Гальванопластика – получение металлических отпечатков рельефных предметов (медалей, монет и т.п.). Для этого с предмета сначала снимают слепок из воска (стеарина), покрывают поверхность слепка порошкообразным графитом для придания электропроводности и затем используют слепок в качестве катода в электролитической ванне, содержащей растворенную соль металла. При электролизе металл электролита выделяется на поверхности слепка и образует металлическую копию предмета. Этим способом, в частности, изготавливают типографские клише, бесшовные трубы, а также другие металлические детали сложной формы.
Гальваностегия. Электролитическое осаждение металлов широко используется для покрытия металлических предметов слоем благородных металлов или защитным слоем другого металла, обладающего механической прочностью и устойчивостью к коррозии. Таково электролитическое серебрение, золочение и платинирование, покрытие хромом и никелем, электролитическое покрытие железа цинком.
Очистка (рафинирование) металлов (получение чистых металлов). Для этого очищаемый металл отливают в виде пластин, и делают их анодом в электролитической ванне. Электролитом служит раствор соли данного металла. При правильном выборе напряжения между анодом и катодом добиваются того, чтобы только очищаемый металл переходил с анода в раствор и выделялся на катоде. Примеси выпадают на дно электролитической ванны в виде осадка (анодный шлам).
Полярное сияние – это электрическое свечение ионосферы Земли. Солнечное излучение представляет собой потоки протонов и электронов. Они, достигая атмосферы, вторгаются в ее верхний разряженный слой и соударяются с содержащимся в нем кислородом и азотом, возбуждая их. Сообщенный молекулам электрический разряд провоцирует выброс энергии, которая и становится светом.
Самостоятельная работа №20
Полупроводниковые приборы классифицируют в зависимости от механизма работы и функционального назначения. По принципу действия полупроводниковые приборы делятся на следующие основные виды: диоды, тиристоры, стабилитроны, транзисторы. Внутри, каждого из указанных видов приборы подразделяются на типы: диоды — по значениям максимально допустимого среднего прямого тока, тиристоры - по значениям максимально допустимого прямого тока в открытом состоянии, стабилитроны — по значениям максимально допустимой мощности рассеяния.
Детство и учеба
У Теслы младшего было трое сестер и один (старший) брат, который умер после падения с лошади, когда Николе было 5 лет. Первый класс школы Никола окончил в родном селе, а остальные 3 – в городе Госпич, куда его родители переехали после повышения отца.
В 1870 году Никола окончил трехлетнее обучение в нижней гимназии Госпича и сразу же поступил в высшее училище в городе Карловац. В 1873 году он окончил училище и получил аттестат зрелости.
В 1875 году после 9-месяной болезни (холера, водянка) Никола Тесла поступает в техническое училище в Граце. Там он начал изучат электротехнику.
Первая работа
В 1879 году Никола устроился преподавателем в гимназию в Госпиче, в которой он сам учился. Работа в Госпиче его не устраивала. У семьи было мало денег, и только благодаря финансовой помощи от двух своих дядей, Петара и Павла Мандич, молодой Тесла смог в январе 1880 года уехать в Прагу, где поступил на философский факультет Пражского университета. Он проучился всего один семестр и был вынужден искать работу.
Вильгельм Вебер
Немецкий физик. Родился 24 октября 1804 в Виттенберге. Окончил университет в Галле (1826). В 1831–1837 – профессор физического факультета Гёттингенского университета.
Родился 24 октября 1804 в Виттенберге. Окончил университет в Галле (1826). В 1831–1837 – профессор физического факультета Гёттингенского университета. Вместе с шестью другими преподавателями Вебер выступил с протестом против подавления конституционных прав королем Ганновера и в 1837 был смещен со своего поста. Провел несколько лет, давая частные уроки и странствуя. В 1843–1849 – профессор Лейпцигского университета, с 1849 – профессор Гёттингенского университета.
Самостоятельная работа №25
Инфракрасное излучение.
Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 3 • 1011 до 3,75 • 1014 Гц называется инфракрасным излучением. Его испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно не светится. Например, батареи отопления в квартире испускают инфракрасные волны, вызывающие заметное нагревание окружающих тел. Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми. Не воспринимаемые глазом инфракрасные волны имеют длины волн, превышающие длину волны красного света (длина волны λ = 780 нм — 1 мм). Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи. Инфракрасное излучение применяют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов и т. д. Созданы приборы, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое. Изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте.
Ультрафиолетовое излучение.
Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 8 • 1014 до 3 • 1016 Гц называется ультрафиолетовым излучением (длина волны λ = 10—380 нм). Обнаружить ультрафиолетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом. Экран начинает светиться в той части, на которую падают лучи, лежащие за фиолетовой областью спектра. Ультрафиолетовое излучение отличается высокой химической активностью. Повышенную чувствительность к ультрафиолетовому излучению имеет фотоэмульсия. В этом можно убедиться, спроецировав спектр в затемненном помещении на фотобумагу. После проявления бумага почернеет за фиолетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра. Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов: они невидимы. Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно. Ультрафиолетовое излучение Солнца недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы. Поэтому высоко в горах нельзя оставаться длительное время без одежды и без темных очков. Стеклянные очки, прозрачные для видимого спектра, защищают глаза от ультрафиолетового излучения, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи.
Рентгеновские лучи – электромагнитные, которые по длине волны вписываются в диапазон 0.01-10 нм, а энергия – 100 эВ – 100 кэВ.
Самостоятельная работа №29
Тепловое излучение- это электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии.
Оно обуславливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения колеблющихся ионов.
Интенсивность излучения и его спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому тепловое излучение не всегда воспринимается глазом.
Тело. Нагретое до высокой температуры значительную часть энергии испускает в видимом диапазоне, а при комнатной температуры- энергия испускается в инфракрасной части спектра.
Новое состояние вещества
Состояние вещества под названием экситоний было теоретически предсказано почти полвека назад, но получить его в эксперименте удалось только сейчас.
Такое состояние связано с образованием конденсата Бозе из квазичастиц экситонов, представляющих собой пару из электрона и дырки. Мы уже объясняли, что означают все эти мудрёные слова.
Компьютер на поляритонах
Эта новость пришла из Сколково. Учёные Сколтеха реализовали принципиально новую схему работы компьютера. Её можно сравнить со следующим методом поиска нижней точки поверхности: не заниматься громоздкими вычислениями, а опрокинуть над ней стакан с водой. Только вместо поверхности было поле нужной конфигурации, а вместо воды – квазичастицы поляритоны. Наш материал поможет разобраться в этой квантовой премудрости.
Квантовая телепортация "Земля-спутник"
Квантовая телепортация (передача квантового состояния с помощью запутанных фотонов) – одна из самых многообещающих технологий последних десятилетий.
В 2017 году китайские физики сделали новый шаг к квантовому интернету. Они впервые осуществили телепортацию одиночных фотонов со спутника на Землю. Расстояние между "пунктом А и пунктом Б" составило 1400 километров, а передача сигнала велась по лазерному лучу.
"Вести.Наука" сообщали подробности этого выдающегося достижения.
Металлический водород
В самом начале 2017 года пришла волнующая новость: физики из Гарвардского университета заявили, что им удалось получить стабильный металлический водород.
И вот гарвардские учёные объявили, что смогли создать стабильный образец. Стабильный металлический водород, как ожидается, сохранится и при обычных условиях. Более того, будет столь вожделенным для человечества сверхпроводником при комнатной температуре.
Работа, связанная с физикой
Будущая работа программиста может быть связана с физикой напрямую. Допустим, в ваши задачи будет входить создание симулятора корабля, интерпретация данных, полученных от медицинского оборудования, или же разработка реалистичных компьютерных игр.
Если взять последнее направление, то применений физики можно найти огромное количество:
- понимание законов распространения и отражения света для создания фотореалистической графики;
- реализация физикореалистичного взаимодействия объектов с игровым миром — правдоподобное поведение автомобиля в зависимости от погоды, разрушаемый игровой мир, реалистичная баллистика и т.д.
- моделирование поведения сложных сред, таких как вода, дым, огонь.
С первым пунктом всё более-менее понятно.
Умение строить модели
Если в математике всё всегда предельно строго (попробуйте выкинуть уравнение из системы!), то в физике человек зачастую работает с неким упрощением — моделью реальной системы. В некоторых случаях можно считать объект идеально упругим (в реальном макромире таковых нет), где-то можно пренебречь силой трения, в другой ситуации несущественной окажется сила Кориолиса.
Именно физика учит построению моделей объектов реального мира, записи их на строгом математическом языке, учит выделять главное и отбрасывать несущественное.
Для профессии программиста такой навык жизненно необходим, ведь работать с моделями приходится практически в любой сфере деятельности, начиная с поисковых систем и заканчивая банковским сектором.
Общее развитие
Знать, почему и при какой температуре закипает вода, почему скользят лыжи по снегу и почему выстреливает пробка из бутылки шампанского, должен любой образованный человек. Но если вы — представитель технической профессии, можете быть уверены, что окружающие будут ожидать от вас более глубоких познаний в области физики.
В некоторых жизненных ситуациях, человек, знающий, а главное понимающий физику, может находить простые решения сложных, на первый взгляд, проблем. А таких ситуаций жизнь активному человеку подкидывает великое множество.
Самостоятельная работа №2
Кинематика – раздел физики, изучающий способы математического описания движения без выяснения его причин.
Материа́льная то́чка (частица) — обладающее массой тело, размерами, формой, вращением и внутренней структурой которого можно пренебречь в условиях исследуемой задачи.
Система отсчёта – это система координат, тело отсчета, с которым связана система координат, и прибор для измерения времени. Относительно системы отсчёта и рассматривается движение тела. У одного и того же тела относительно разных тел отсчёта в разных системах координат могут быть совершенно различные координаты.
Траектория – это линия, вдоль которой движется тело.
Вектор перемещения - это направленный отрезок, проведенный из начального положения материальной точки в ее конечное положение.
Путь - длина участка траектории материальной точки, пройденного ею за определенное время.
Сре́дняя ско́рость — в кинематике, некоторая усреднённая характеристика скорости, движущегося тела (или материальной точки).
Мгновенная скорость – это скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории.
Ускоре́ние — физическая величина, определяющая быстроту изменения скорости тела, то есть первая производная от скорости по времени.
Равномерное движение — механическое движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит одно и то же расстояние.
Равноуско́ренное движе́ние — движение тела, при котором его ускорение {a} постоянно по модулю и направлению.
Самостоятельная работа №3
Имя Исаака Ньютона (1642-1727 гг.) золотыми буквами вписано в историю мировой науки, именно ему принадлежат величайшие открытия в физике, астрономии, механике, математике – формулировка основных постулатов механики, открытие явления всемирного тяготения, английский ученый также заложил основы для последующих научных разработок в области оптики, акустики. Ньютон, помимо физических экспериментов, также был знатоком алхимии, истории. Деятельность ученого зачастую слабо оценивалась его современниками, сегодня же невооруженным глазом видно, что его научные взгляды значительно превосходили уровень средневековой науки.
Исаак родился в 1642 году в английской деревушке Вулсторп (графство Линкольншир) в семье небогатого фермера. Мальчик был достаточно хил и болезненен, физически слабым, воспитывался бабушкой, был очень замкнутым и нелюдимым. В возрасте 12 лет мальчик поступил на обучение в школу в Грантеме, спустя шесть лет, окончив ее, поступил в Кембриджский университет, в котором ему преподавал сам И. Барроу – известный ученый – математик.
В 1665 году Ньютон получил степень бакалавра и до 1667 года находился в родном Вулсторпе: именно в этот период ученый активно занимался научными разработками – опытами по разложению света, изобретением зеркального телескопа, открытием закона всемирного тяготения и т.д. В 1668 году ученый вернулся в родной университет, получил в нем магистерскую степень.
Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Поэтому он также известен как закон инерции. Инерция (она же инертность[3]) — свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной по величине и направлению, когда не действуют никакие силы, а также свойство тела сопротивляться изменению его скорости.
Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки.
Третий закон описывает, как взаимодействуют две материальные точки. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух материальных точек. Первая точка может действовать на вторую с некоторой силой {\displaystyle {\vec {F}}_{1\to 2}}, а вторая — на первую с силой {\displaystyle {\vec {F}}_{2\to 1}}. Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия {\displaystyle {\vec {F}}_{1\to 2}} равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия {\displaystyle {\vec {F}}_{2\to 1}} .
Самостоятельная работа №4
И́мпульс (коли́чество движе́ния) — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости.
Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) — закон, утверждающий, что векторная сумма импульсов всех тел системы есть величина постоянная, если векторная сумма внешних сил, действующих на систему тел, равна нулю.
Реактивное движение — это движение, которое возникает при отделении от тела некоторой его части с определенной скоростью.
Механическая работа – физическая величина, модуль которой равен произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления действия этой силы.
Абсолютно упругий удар — модель соударения, при которой полная кинетическая энергия системы сохраняется.
Абсолютно неупругий удар – это столкновение двух тел, в результате которого тела объединяются и двигаются дальше, как единое целое.
Самостоятельная работа №5
Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде.
Звуковые волны с частотой, меньшей 16 Гц, называются инфразвуком.
Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц. Звуковые колебания с более высокой частотой называют гиперзвуком.
Применение ультразвука в природе.
Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию (Рис.1), испускают при этом ртом или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием сигналы чрезвычайно высокой интенсивности. На расстоянии 1 — 5 см от головы животного давление ультразвука достигает 60 мбар, то есть соответствует в слышимой нами частотной области давлению звука, создаваемого молотком. Эхо своих сигналов летучие мыши способны воспринимать при давлении всего 0,001 мбар, то есть в 10000 раз меньше, чем у испускаемых сигналов.
Дата: 2019-07-30, просмотров: 181.
