8xvlr1vvawgjq

Как шарить в физике

Как шарить в физике?

Гребенюк Илья Владимирович

Читать нестандартные источники.

Я учился в физико-математическом классе, а потом у меня было 3 семестра физики в университете (на одной из лекций мы смотрели занимательный документальный фильм про “память воды”). И после всего этого в физике я не шарил прям вообще. Чтобы получить нормальную оценку по физике я зубрил формулы и подставлял нужные числа в формулы при решении задач.

И это считалось абсолютно нормальным подходом, потому что именно это нас и учили делать. Вот типичный параграф из школьной программы по физике в мое время (может у вас было лучше):

$15. Кинетическая и потенциальная энергия

Энергия окружает нас повсюду. Она рядом, когда ты качаешься на качелях (рис.1) или играешь в футбол (рис.2). Она пронизывает все вокруг.

9819_300-9670939

Рис. 1

10063_300-1300691

Рис. 2

Очень важно понимать, что такое энергия и как с ней обращаться.

Кинетическая энергия — это энергия движущегося тела (греч. κινειν — двигаться).

Она вычисляется по формуле:

      К = мвквадратнадва, где m — масса тела, v — его скорость, 2 — цифра 2, 2 — маленькая цифра 2, — — черта дроби

Это формула означает, что кинетическая энергия тела прымпрымциональна вот этой штуке сверху. Если мы проведем опыт с падающим шариком (рис.3), то у нас откроется специальная задняя чакра и мы увидим там именно эту формулу.

10466_300-6930796
Рис. 3

Потенциальная энергия — это другой вид энергии. Ее отличие от кинетической в том, что она вычисляется по другой формуле.

Вот такой:

      П = mgh, где m — масса тела, g — сложная буква для обозначения “приблизительно 10”, h — высота

Если h=0, то и потенциальная энергия равна нулю. Видите, как все просто?

Энергии могут магически перетекать друг в друга. Это их свойство называется законом сохранения энергии.

Выводы:

1. Энергия это хорошо.

2. Энергия бывает кинетической и потенциальной.

3. Закон сохранения энергии — очень важный закон.

Контрольные вопросы:

1. Что такое энергия?

2. Какая бывает энергия?

3. Какой важный закон касается энергии?

4.* Пуля пробивает плавающее на поверхности реки бревно. Скорость течения реки — 5 км/ч, скорость пули — 900 м/c. Найдите объем щепок, выбитых пулей при столкновении. Сопротивлением воздуха и массой бревна пренебречь. (Таблица плотности бревен находится в приложении И)


Чисто случайно уже в послеуниверской жизни я узнал, что физика вообще-то не об этом. И если сдвинуть фокус с формул на объяснение именно красоты физических явлений — то она становится гораздо интересней.

Вот как объяснял закон сохранения энергии Ричард Фейнман:

Вообразите, что мать оставляет в комнате ребенка с 28 кубиками, которые нельзя сломать. Ребенок играет с кубиками целый день, и мать, вернувшись, обнаруживает, что кубиков по-прежнему 28 — она следит за сохранением кубиков! Так продолжается день за днем, но однажды, вернувшись, она находит всего 27 кубиков. Оказывается, один кубик валяется за окном — ребенок его выкинул. Рассматривая законы сохранения, прежде всего нужно убедиться в том, что ваши предметы не вылетают за окно. Такая же неувязка получится, если в гости к ребенку придет другой мальчик со своими кубиками. Ясно, что все это нужно учитывать, рассуждая о законах сохранения.

В один прекрасный день мать, пересчитывая, обнаруживает всего 25 кубиков и подозревает, что остальные 3 ребенок спрятал в коробку для игрушек. Тогда она говорит: «Я открою коробку». «Нет, — отвечает он, — не смей открывать мою коробку». Но мама очень сообразительна и рассуждает так: «Я знаю, что пустая коробка весит 50 г, а каждый кубик весит 100 г, поэтому мне надо просто-напросто взвесить коробку». Затем, подсчитав число кубиков, она получит

Число видимых кубиков + (Масса коробки-50 г) /100 г

— опять 28. Какое-то время все идет гладко, но потом сумма опять не сходится. Тут она замечает, что в раковине изменился уровень грязной воды. Она знает, что если кубиков в воде нет, то глубина ее равна 15 см, а если положить туда один кубик, то уровень повысится на 0,5 см. Поэтому она добавляет еще одно слагаемое:

Число видимых кубиков + (Масса коробки-50 г) /100 г  + (Уровень воды — 15 см) / 0,5 см

и снова получается 28. Ребенок становится все более изобретательным, а мать не уступает ему, добавляя все новые и новые слагаемые, которые соответствуют кубикам, но с математической точки зрения представляют собой абстрактные числа, потому что самих кубиков не видно.

Теперь я попытаюсь объяснить, в чем сходство между сохранением кубиков и сохранением энергии и в чем различие. Для начала предположим, что ни при каких условиях вы не можете видеть кубики. Слагаемое «число видимых кубиков» всегда отсутствует. Тогда мать будет складывать множество слагаемых, таких, как «кубики в коробке», «кубики в воде» и т. д. Кубиков энергии, насколько нам известно, вообще нет. Кроме того, в отличие от кубиков количество энергии не обязательно выражается целым числом. Бедная мамаша может получить в одном слагаемом 6 1/8 кубика, в другом — 7/8, в третьем — 21 кубик, что по-прежнему составляет в сумме 28. Так обстоит дело с энергией.

Мы установили, что для закона сохранения энергии у нас есть схема с целым набором правил. Согласно каждому из этих правил, мы можем вычислить значение для каждого из видов энергии. Если мы сложим все значения, соответствующие разным видам энергии, то сумма их всегда будет одинаковой. Но, насколько мы знаем, не существует никаких реальных частиц (кубиков или шариков) энергии. Это абстрактное, чисто математическое правило: существует число, которое не меняется, когда бы вы его ни подсчитали.


Если вы хотите попробовать узнать про интересную физику — почитайте Фейнмана. Рекомендуемый порядок ниже:

  1. Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман.
  2. Какое тебе дело до того, что думают другие?
  3. Характер физических законов.
  4. Фейнмановские лекции по физике.

А я напоминаю, что задать свой вопрос можно на специальной странице сайта.