Предмет фізики.
Фізика - наука про природу. З незапам'ятних часів люди систематично спостерігали за явищами природи, намагалися примічати послідовність явищ, які відбувалися, і навчалися передбачати хід багатьох подій у природі, наприклад зміну пір року, час розлиття річок і багато іншого. Ці знання вони використовували для визначення часу сівби та збирання врожаю тощо. Поступово люди впевнилися в тому, що вивчення явищ природи приносить їм неоціненну користь, дає змогу поліпшувати свій побут і запобігати шкідливим наслідкам стихійного лиха.
Тоді появилися вчені, які все своє життя присвячували вивченню явищ природи, узагальнювали досвід попередніх поколінь. Вони записували результати спостережень і дослідів, передавали свої знання учням. Спочатку вченими були жерці, які за допомогою своїх знань тримали народ у покорі. Тому записи вчені часто робили в зашифрованому вигляді, а учнів ретельно відбирали, оскільки вони повинні були зберігати свої знання в таємниці.
Перші книги про явища природи, які стали надбанням народу, з'явилися, очевидно, у Стародавній Греції. Це сприяло швидкому розвитку науки в цій країні і появі багатьох видатних учених.
Грецьке слово «фюзіс» у перекладі означає «природа», тому науку про природу почали називати фізикою. Починаючи з XVII ст. фізика швидко розвивається. З неї поступово виділяються нові науки про. природу, наприклад хімія. Всі науки, які вивчають явища природи, стали називати природничими науками.
Багаторічне вивчення явищ природи привело вчених до ідеї про матеріальність навколишнього світу. Матерія існує не лише у формі речовини. Наприклад, радіохвилі і світло не можна назвати речовиною. Це — особлива форма матерії, яка називається електромагнітним полем.
Вивчення навколишнього світу показало, що матерія постійно рухається. Будь-яка матерія може видозмінюватися, але ніколи не виникає і не зникає. Рух матерії також може змінювати свою форму, але сам рух матерії не створюється і не знищується. Інакше кажучи, навколишній світ є матерія, яка вічно рухається і розвивається.
Загальною мірою руху матерії в усіх її формах є енергія, а незнищуваність руху матерії виражається в науці законом збереження енергії.
Найзагальніші форми руху матерії називаються фізичними. До них належать: механічна, теплова, електромагнітна, внутрішньоатомна і внутрішньоядерна форми руху матерії. Сучасна фізика вивчає різні форми руху матерії, їх взаємні перетворення, а також властивості речовини і поля.
Поняття про величину і вимірювання. Фізичні величини.
Науки про природу, зокрема фізика, розвиваються так.
За допомогою експериментів (дослідів) нагромаджується великий фактичний матеріал про певну групу явищ природи. На основі цього матеріалу створюється гіпотеза (наукове припущення), яка з єдиної точки зору пояснює хід цих явищ. Справедливість гіпотези перевіряється новими експериментами. Якщо правильність гіпотези підтверджується, то на її основі створюється теорія, яка повинна задовільно пояснювати явища, що відбуваються, не тільки з якісного, а й з кількісного боку, а також передбачати нові явища.
Це означає, що розрахунки значень величин за допомогою формул, виведених з теорії, повинні збігатися з результатами вимірювань цих самих значень під час експериментів. Отже, експерименти практично завжди мають супроводитись вимірюванням тих чи інших величин.
Усе те, що може бути визначено кількісно, називають величиною. Так, довжина дротини, кількість цвяхів у коробці, швидкість руху човна є прикладами різних величин. Порівнювати значення різних величин не можна. Справді, не можна дати відповідь на запитання, що більше —довжина дротини чи швидкість руху човна. А ось порівняти довжину дротини з довжиною стола можна. Якщо таким порівнянням ми встановили, що довжина дротини в п'ять разів більша за довжину стола, то довжина стола є одиницею вимірювання, оскільки з нею порівнювали довжину дротини.
Порівняння значень якої-небудь величини називається вимірюванням.
Значення величини, з якою порівнюють усі інші значення цієї самої величини, називається її одиницею вимірювання.
Так, метр є загальновживаною одиницею вимірювання довжини.
Для кожної величини повинна бути встановлена своя одиниця вимірювання.
Число, яке показує, скільки разів у вимірюваній величині міститься одиниця вимірювання, називають числовим значенням цієї величини.
Результат вимірювання визначають іменованим числом, тобто, крім числового значення величини, називають найменування одиниці вимірювання. Наприклад, якщо внаслідок вимірювання довжини тканини дістали 5,2 м, то цей результат є числовим значенням довжини в наведеному прикладі.
Ті величини, які характеризують фізичні властивості матерії або характерні особливості фізичних явищ природи, називаються фізичними величинами.
Прикладами фізичних величин є довжина, час, швидкість, прискорення тощо. Числові значення фізичних величин завжди треба писати з найменуванням одиниці вимірювання, наприклад: 2,4 метра, 4,5 секунди або скорочено: 2,4 м, 4,5 с.
Ті одиниці, які встановлюють довільно, наприклад за міжнародною угодою, називають о с н о в н и м и, а ті, що виводять з формул,— похідними (від основних).
Сукупність основних одиниць з виведеними з них похідними одиницями називається системою одиниць.
З'ясовано, що для створення системи механічних одиниць доцільно встановити три основні одиниці, а решту виводити з формул. У наведених вище прикладах основними одиницями були: одиниця довжини —1 м, одиниця маси — 1 кг і одиниця часу — 1с. Тут скорочені назви метра, кілограма, секунди називаються розмірностями основних одиниць вимірювання. Результат дій над цими розмірностями, який показує, як похідну одиницю знайдено з основних, називається розмірністю похідної одиниці вимірювання.
Очевидно, змінюючи основні одиниці вимірювання (для тих самих фізичних величин, взятих за основні) або беручи інші фізичні величини за основні, можна дістати багато різних систем одиниць.
Оскільки фізичні формули пишуть без коефіцієнтів, обчислення даватимуть правильний результат лише тоді, коли всі числові значення величин підставляти в якійсь одній системі одиниць.
Міжнародна система одиниць (СІ).
Нині в розрахунках слід користуватися переважно Міжнародною системою одиниць, ( СІ - інтернаціональна ). Основними одиницями цієї системи є:
1) одиниця довжини — 1 м е т р (м);
2) одиниця маси — 1 кілограм (кг);
3) одиниця часу — 1 секунда (с);
4) одиниця температури — 1 кельвін (К);
5) одиниця сили струму — 1 а м п е р (А);
6) одиниця сили світла — 1 кандела (кд);
7) одиниця кількості речовини — 1 моль (моль).
Точні означення цих одиниць дано в ГОСТ. Пояснимо, як можна наближено уявляти собі три перші одиниці вимірювання.
Метр — це відстань між двома штрихами на міжнародному еталоні метра. При його виготовленні передбачалось, що метр повинен становити 1/10 000 000 частину чверті меридіана, який проходить через Париж.
Кілограм — це маса міжнародного еталона. При виготовленні цього еталона передбачалось, що його маса має дорівнювати масі 1 дмЗ чистої води при 4о С.
Проте наступні, точніші вимірювання показали, що виготовлені зразки метра і кілограма дещо відрізняються від задуманих. Оскільки методи вимірювань щоразу вдосконалюються, довелося відмовитися від задуманих означень метра і кілограма, щоб не змінювати після кожної нової перевірки їхні еталони.
Секунду можна наближено уявити собі як 1/86400 частку сонячної доби .
Для утворення десяткових кратних і частинних одиниць використовують приставки і множники системи СІ. Вони подані в таблиці. Враховуючи ці приставки і множники будь – яке число записують у стандартній формі : a,bc × 10 ± n
Похибки під час вимірювань. Оцінка точності вимірювань. Записування наближених чисел.
Звичайно величини вимірюють за допомогою приладів. Наприклад, довжину можна виміряти лінійкою з поділками, штангенциркулем, мікрометром та іншими приладами. Усі числа, знайдені внаслідок вимірювань,— наближені. Похибки під час вимірювань виникають через недоліки в самих вимірювальних приладах і залежать від індивідуальних особливостей того, хто вимірює, наприклад уважності, гостроти зору та ін. Точними можуть бути лише числа, знайдені внаслідок відлічування предметів, та й то, коли їх небагато і їх кількість не змінюється під час лічби.
Похибки у вимірюваннях, спричинені неточністю вимірювального приладу, легко врахувати, бо найбільшу похибку, зумовлену будовою приладу, на ньому позначають. Якщо ж такого позначення немає, то вважають, що похибка дорівнює половині ціни поділки приладу.
Випадкові похибки, зумовлені неправильним розміщенням ока, неуважністю людини, яка вимірює, тощо, можна значно зменшити багаторазовим повторенням вимірювань Тоді середнє арифметичне всіх вимірювань наближено можна взяти за справжнє значення вимірюваної величини.
Нехай під час кількох вимірювань дістали значення вимірюваної величини a1, a2, a3, a4, а5 , Тоді :
аср = (а1 + а2 + а3 + а4 + а5) / 5
| 
