Читать книгу Фізика - Группа авторов - Страница 3

Спостерігати та експериментувати!

Раніше ми вже говорили, що в давнину рух практично не досліджували. Античні філософи тільки спостерігали його і висловлювали певні думки щодо особливостей цього явища.

Коли через багато сотень років за справу взявся видатний італійський учений Галілео Галілей, фізика з «умоглядної» поступово перетворилася на справді експериментальну науку.

До речі, у своїх «Бесідах та математичних доказах щодо двох нових наук, механіки та руху» 1638 р. Галілей писав: «По-перше, я сумніваюся, щоб Арістотель бачив на досліді справедливість того, що два камені, один з яких удесятеро важчий за інший, які почали одночасно падати з висоти, припустимо, сотні ліктів, рухалися б з такими різними швидкостями, що коли більш важкий дійшов до землі, більш легкий пройшов усього 10 ліктів…»

Коли сам Галілей захотів виявити характер руху тіла, що падає з певної висоти, він кидав камінь зі знаменитої Пізанської вежі, вимірюючи час за ударами власного пульсу (тоді зручних для цього досліду годинників ще не було).

А коли Галілей намагався знайти закономірності руху тіла, яке скочується з похилої поверхні, він виготував спеціальний жолоб – «лінійку», відполірував його, а потім пустив по ньому бронзову кульку.

Знову надамо слово самому Галілею:

«…Порівнюючи час проходження всієї лінійки з часом проходження її половини, двох третин, трьох чвертей або інших її частин та повторюючи до-Водяний покажчик часу сліди сотні разів, ми постійно виявляли, що відношення пройдених шляхів дорівнює відношенню квадратів часу їх проходження при будь-яких нахилах площини, тобто каналу, вздовж якого скочувалася кулька…

Щодо способу вимірювання часу, то ми застосовували велике цебро, яке було заповнене водою і підвішене зверху; дно цебра мало вузький канал, через який вода виливалася тонким струменем і збиралася в маленькому келиху протягом часу, коли кулька спускалася по всьому каналу або його частині; зібрана в такий спосіб кількість води щоразу зважувалися за допомогою найточніших терезів…»

Отже, Галілей робив ретельно продуманий фізичний експеримент, на підставі якого доходив певних висновків щодо особливостей руху тіла.

Таким чином, важливим етапом будь-якого фізичного дослідження, окрім спостереження, повинен бути й спеціальний дослід, експеримент. Причому в такому спеціальному науковому експерименті часто зручніше застосовувати не сам реальний об’єкт, а його модель – спрощений замінник реального тіла.

Зараз у нас є більше, ніж у Галілея, можливостей і для вимірювання часу, і взагалі для спостереження руху. Можна, наприклад, фотографувати об’єкт у різні моменти часу протягом спостереження його руху. Цим досить часто користуються астрономи, яким доводиться стежити за різними космічними об’єктами – зорями, планетами, кометами, галактиками.

Можна зняти тіло, що рухається, на кіноплівку. А ще цікаво спостерігати за тілом, що рухається, у стробоскопічному освітленні.

Уявіть собі, що ви знаходитеся в затемненому приміщенні. Якщо, наприклад, десь по столу котитиметься кулька, то в темряві ви її не побачите. Але якщо у приміщенні через маленькі інтервали часу спалахуватиме яскрава лампочка, то кулька в ці моменти ставатиме видимою. (Цей спеціальний пристрій, що керує спалахами лампочки, називають стробоскопом.) Освітлюючи в такий спосіб різні рухи різних тіл, можна отримати цікаву інформацію про характер рухів. Таке дослідження можна зробити ще зручнішим, якщо не просто спостерігати, а ще й сфотографувати тіло у стробоскопічному освітленні.

На цій фотографії видно кульку, що вертикально падає. Сподіваємося, ви помітили, що через однакові проміжки часу кулька проходить все більші й більші відстані? Спробуйте поміркувати над цим та визначити, яку ще інформацію можна отримати, аналізуючи цю фотографію.

Вимірювати!

При дослідженні руху потрібно знайти способи порівнювати різні рухи, адже замало буде, наприклад, просто сказати: цей автомобіль рухається швидше, ніж інший. Треба виявити, чому саме відрізняються рухи, як можна передбачити подальший рух будь-якого тіла, і таке інше.

Для того щоб це зробити, треба застосувати мову фізичних величин: шлях, час, швидкість.

У давні часи вчені намагалися описувати явища звичайною побутовою мовою. Але потім з’ясувалося, що звичайні розмови про тіла та явища ні до чого не ведуть: кожен має на увазі щось своє, і зрозуміти, про що саме йдеться, дуже важко. Крім того, поступово з’ясувалося, що треба кількісно порівнювати певні властивості об’єктів, які вивчаються. Таким чином у фізиці з’явилися фізичні величини.

Кожна з фізичних величин характеризує певну властивість об’єкта чи явища; при цьому її можна вимірювати, виражаючи за допомогою певних одиниць.

Наприклад, фізична величина час характеризує тривалість подій. Час вимірюють за допомогою різних годинників, а виражають  хвилинах, годинах, місяцях, роках. Ми говоримо: тривалість шкільного уроку – 45 хвилин (або 3/4 години, або 2700 секунд).

Вимірюй усе, що доступно вимірюванню, та найчастіше в секундах, роби недоступне вимірюванню доступним.

Галілей

Коли тіло рухається, воно весь час переміщується з одного місця простору в інше. Фізична величина шлях характеризує довжину того відрізку траєкторії, уздовж якої рухалося тіло. Вимірювати шлях можна лінійками, рулетками (але найчастіше шлях розраховують, вимірявши інші, пов’язані з ним, величини). Виражають шлях за допомогою різних одиниць: метрів, сантиметрів, дюймів, футів тощо. Ви, мабуть, бачили напис на дискеті для комп’ютера 3,5", що означає три з половиною дюйма.

Про те, як виникли деякі одиниці вимірювання величин та прилади, за допомогою яких проводять вимірювання, – йтиметься далі.