КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що називають експериментом?
Експериментом називають таке дослідження фізичного явища, коли вчений повністю контролює умови його проведення, що забезпечують появу тих процесів, спостереження яких необхідне для встановлення закономірних зв’язків між явищами.
Що таке спостереження?
Спостереження — це коли ми цілеспрямовано збираємо нові знання про фізичні тіла чи явища, просто дивлячись за ними, не втручаючись у їхній природний хід. Чудовим прикладом є споглядання осіннього листопаду.
2. Чим дослід відрізняється від спостереження?
Дослід, або експеримент, відрізняється від спостереження тим, що під час нього науковець не просто дивиться, а активно втручається у перебіг явища, створює спеціальні умови та проводить вимірювання. Спостереження ж є пасивним процесом.
3. Які основні етапи фізичних досліджень?
Фізичні дослідження зазвичай проходять через кілька ключових етапів: починається все зі спостереження, потім висувається гіпотеза, яка перевіряється експериментом або моделюванням. Далі йде аналіз отриманих результатів і, нарешті, формулювання законів, рівнянь чи навіть цілих теорій.
4. Назвіть основні методи фізичних досліджень. Наведіть приклади.
Для здобуття нових знань у фізиці використовують декілька основних методів. Це, по-перше, спостереження, як, наприклад, коли ми стежимо за рухом планет. По-друге, експеримент – згадайте хоча б досліди Галілея з падінням тіл або експерименти Ньютона зі світлом. І по-третє, теоретичні дослідження, що включають створення фізичних моделей та теорій на основі вже наявних даних, яскравим прикладом чого є загальна теорія відносності Ейнштейна.
5. З іменами яких учених пов’язують виникнення сучасних методів досліджень законів природи?
Галілео Галілей вважається батьком експериментального методу у фізиці.
Ісаак Ньютон блискуче розвинув теоретичний метод, сформулювавши фундаментальні закони механіки.
Альберт Ейнштейн, розробивши теорію відносності, застосував теоретичний метод для кардинального переосмислення основ фізики.
6. Яким є внесок фізики в розвиток уявлень про Всесвіт?
Фізика зробила просто неймовірний внесок у наше розуміння Всесвіту! Саме завдяки їй ми знаємо, що наш Всесвіт не статичний, а розпочався з Великого Вибуху і невпинно розширюється. Фізика пояснює, як утворюються та взаємодіють між собою зірки, планети й цілі галактики. Вона дає нам інструменти для вивчення світла від далеких зірок, дозволяючи дізнатися про їхній склад та вік. Завдяки фізичним знанням ми можемо конструювати потужні телескопи для дослідження космосу й осягати дію законів природи у грандіозних всесвітніх масштабах.
ВПРАВА № 2
На Місяці, де відсутнє повітря, астронавт Девід Скотт узяв до рук, а потім одночасно відпустив молоток і пташине перо. Дослід якого вченого повторив астронавт? Який результат він отримав?
Астронавт Девід Скотт на Місяці повторив знаменитий уявний експеримент Галілео Галілея, який пізніше демонстрували з вакуумною трубкою, ілюструючи ідеї Ісаака Ньютона. Відпустивши одночасно молоток і пташине перо, він побачив, що вони впали на поверхню Місяця одночасно. Це стало чудовим підтвердженням того, що без опору повітря всі тіла падають з однаковим прискоренням, незалежно від їхньої маси чи форми.
1. Який круг із поданих на рисунку є більшим — той, що оточений маленькими кругами, або той, що оточений великими? Яким методом фізичного пізнання можна скористатися, щоб отримати відповідь?
Насправді обидва центральні круги на рисунку однакові за розміром. Щоб у цьому переконатися, не варто довіряти лише зору, адже це відома оптична ілюзія. Потрібно взяти лінійку та виміряти їхні діаметри. Отже, для отримання точної відповіді слід застосувати метод експериментального дослідження, а саме вимірювання.
2. У науці розрізняють такі поняття:
а) експериментальний факт – це те, що надійно встановлено дослідом, як-от твердження, що за відсутності опору повітря всі тіла падають з однакової висоти за однаковий час.
б) Гіпотеза – це обґрунтоване припущення, яке ще потребує перевірки; наприклад, думка, що різниця у швидкості падіння тіл різної маси в повітрі пояснюється саме опором повітря.
в) Явище, яке спостерігається повсякденно, – це те, що ми бачимо навколо себе, наприклад, просте падіння тіла, випущеного з рук.
3. Щоб зменшити шкідливий вплив вихлопних газів на довкілля, вчені здійснили певні розрахунки та запропонували нову схему подачі палива для двигуна автомобіля. Щоб дізнатися, якою при цьому буде тяга двигуна, цю схему випробували на спеціальному стенді. У якому випадку вчені виконали експериментальне дослідження, а в якому — теоретичне? Відповідь обґрунтуйте.
Коли вчені проводили розрахунки та розробляли нову схему подачі палива, це було теоретичне дослідження, адже вони працювали з моделями та формулами. А от випробування цієї схеми на спеціальному стенді для визначення тяги двигуна – це вже експериментальне дослідження, оскільки воно передбачало реальну перевірку та вимірювання в контрольованих умовах.
4. Подайте основні етапи фізичних досліджень у вигляді презентації або інфографіки.
Ось як можна описати основні етапи фізичних досліджень, що чудово ляжуть в основу презентації чи інфографіки:
Перший крок – це спостереження, тобто уважне вивчення природних явищ без жодного втручання, наприклад, спостереження за рухом планет.
Далі йде формулювання проблеми, коли чітко визначається питання, на яке потрібно знайти відповідь, скажімо, “Чому яблуко падає на землю?”.
Після цього відбувається висунення гіпотези – створення наукового припущення, яке могло б пояснити спостережуване явище, як гіпотеза Ньютона про гравітацію.
Наступний важливий етап – проведення експерименту, тобто активна перевірка гіпотези в спеціально створених, контрольованих умовах; згадаймо хоча б експеримент Галілея з падінням тіл з Пізанської вежі.
Потім здійснюється аналіз результатів – ретельна обробка та осмислення отриманих даних, наприклад, вимірювання швидкості падіння різних предметів.
На основі аналізу формулюється створення теорії – узагальнення результатів для виведення загальних законів, як це було зі створенням теорії відносності Ейнштейном.
І нарешті, потужна теорія дозволяє робити передбачення нових ефектів, тобто використовувати її для прогнозування ще невідомих явищ, наприклад, передбачення існування чорних дір.