В ряду естественных наук физике по праву присвоен статус фундаментальной, поскольку предмет ее изучения охватывает все области естествознания, а определенные в ней правила и законы являются основополагающими для других сфер и направлений научных исследований.
Одной из характеристик физики можно считать ее прикладной характер, благодаря чему разнообразные физические процессы и явления ежедневно материализуется и уже давно практически используются в нашей повседневной жизни. При этом проявление многих физических законов по-прежнему способно удивить и озадачить значительное число наших современников, а порой и самих ученых, примером чему могут послужить несколько представленных примеров.
Полет бумеранга
Это изобретение наших далеких предков продолжает поражать нас своей способностью возвращаться в точку броска. Законы его движения и траектории полета уже давно описаны в механике и аэродинамике с помощью теории крыла, понятий хорды, угла атаки, набегающего потока и сопротивления воздуха. Наши далекие предки в процессе его совершенствования применяли один из главных методов физики – экспериментальный.
Неопознанное эхо
Способность звуковых волн отражаться от поверхности давно используется в эхолокации и сейсмографии, загадкой для ученых остается проявление эффекта в области коротких радиоволн под названием мировое эхо. Различные теории объясняют явление возврата эха радиопередачи свойствами ионосферы, многократным отражением волн от Земли и Луны, существованием плазменных облаков и даже попыткой инопланетян установить контакт, но пока происхождение феномена остается открытым вопросом.
Сколько градусов на солнце
Привычный для нас цвет Солнца – желто-оранжевый, на восходе и закате, в дыму или клубах пыли оно краснеет, товарищ Сухов возвращался домой под белым Солнцем пустыни. Последний пример наиболее соответствует истинному цвету светила, который, в свою очередь, соответствует его молодому по астрономическим меркам возрасту – 4,5 млрд лет и температуре поверхности около 5800 кельвинов. Время до достижения пика температуры также исчисляется миллиардами лет, а пока нам доступен полный спектр цветов, в чем можно убедиться с помощью стеклянной призмы или радуги.
Как разорвать пустоту
Понятие вакуума смогут сформулировать многие, но не все представляют истинный потенциал газовой среды с давлением ниже атмосферного. Наиболее ярким и наглядным примером силы вакуума уже четвертое столетие служит эксперимент с магдебургскими полушариями. Его целью было разорвать сферу диаметром 35,5 см, соединенную из двух полых медных полушарий, после откачки из нее воздуха. В 17 веке этого не смогли сделать две упряжки по 12 лошадей, тянущие полушария в разные стороны.
Капля за каплей
Авторы другого эксперимента получили признание в виде Шнобелевской премии (Ig Nobel Prize) в области физики 2005 года. Целью начатого в 1927 году в австралийском Университете Квинсленда эксперимента было изучение свойств аморфных веществ, которые при кажущейся твердости обладают вязкостью и текучестью. Для опыта была выбрана простая и наглядная методика – в воронку поместили битумный пек, который по законам физики должен был со временем истечь через горловину воронки. Так и произошло – первая капля пека упала в подставленную емкость через 8 лет, к моменту признания этого образца научной преданности и упорства капель стало уже 8.
Стеклянный нож
Продолжить тему аморфности веществ можно на примере известного человечеству с древних времен стекла. Общим для аморфных веществ свойством, как для битума, так и для стекла, является отсутствие кристаллической решетки. Именно оно определяет свойство битума стекать, а стеклу в его твердом состоянии дает преимущество перед любым металлом или алмазом в качестве режущего инструмента.
Многие знают, что значит порезаться битым стеклом, причиной чего является острейшая заточка в месте скола. С помощью современных технологий и искусственных видов стекла заточку граней инструмента можно довести до молекулярных величин.
Как лучше услышать
Привычным для нас проводником звука служит воздух, с чем связано вроде бы очевидное, но ошибочное мнение о его исключительности. Свойства воды проводить звук были известны уже древним рыбакам (не шуми – рыбу распугаешь), а скотоводы, охотники и воины могли следить за движением стад или вражеской конницы, приложив ухо к земле. Научные исследования не только подтвердили способность жидких и твердых сред проводить звуковые волны, но и установили, что по скорости распространения воздух является далеко не лучшим их проводником. Для сравнения – скорость звука в воздухе примерно 330-340 м/с, для воды это значение составляет примерно 1440 м/с, для дерева — 3300 м/с, для глины – более 5000 м/с.
Инертность как форма движения
Первый закон Ньютона, известный как закон инерции, определяет инерцию как свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной по величине и направлению при отсутствии действия внешних сил. В русском языке этому же термину соответствует бездеятельность и отсутствие активности.
Руководствуясь научным подходом, физики способны менее эмоционально и даже противоположно сформулировать суть многих явлений. Если мы считаем, что пуля летит быстро, мяч летит высоко, а юла вращается стремительно, то с точки зрения физика все они находятся всего лишь в состоянии инерционного движения.
Лягушка и магнит
Извечной мечте человека о полете противостоит фундаментальный закон всемирного тяготения. В последнее время физиками в качестве одного из инструментов для преодоления земного притяжения активно изучается магнетизм и вещества под названием диамагнетики. Их свойство намагничиваться против направления приложенного внешнего магнитного поля позволяет привлечь для преодоления гравитации явление левитации. Возможность парить над окружающим миром уже получили и первые живые существа – мыши и лягушки.
Физика – это природа
Именно так назвали эту науку древние греки. Физиком может считать себя каждый, кому интересны окружающие нас явления и факты, к представленному списку которых можно дополнить еще несколько:
- Многие реки в Аппалачских горах Америки текут не вдоль равнин, а поперек гор.
- «Полярное сияние» позволяет ученым исследовать состав атмосферы и магнитное поле Земли и других планет.
- При отсутствии термоса сохранить температуру жидкости в сосуде можно с помощью глины или мокрого войлока.
- Площадь поверхности 5 граммов поризованного активированного угля составляет около 5000 м².
- Содержащийся в атмосфере Сатурна и Юпитера углерод под действием молнии способен превратиться в сажу, графит или алмаз.
- Приливы и отливы зависят от гравитационного взаимодействия Земли, Луны и Солнца.
- Путеводные свойства Полярной звезды определены ее расположением на оси вращения Земли.
- Если горку сделать в форме циклоиды, то время скатывания из любой ее точки будет одинаковым.
