Физика в промышленности и в сельском хозяйстве

Содержание.

 

1.   Содержание.

2.   Введение.

3.   Астрономия-наука,  создавшая физику.

4.   Физика в промышленности  и в сельском хозяйстве:

        а)  Изобретение колеса.

        б)  Архимед и его изобретения.

        в)  Паровая машина.

        г)  Изобретение электричества.

        д)  Электрический двигатель и  ДВС.

10.  Физика в медицине

        а)  Рентгеновские лучи.

        б)  Ультразвукое исследование.

14. Заключение.

15. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-1-

Введение.

 

Фи́зика (от др.-греч. φύσις «природа») — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

 

 

Современная физика оказала  влияние почти на все стороны  общественной  жизни. Она является основой всех естественных наук, а союз естественных и технических наук коренным образом изменил условия нашей жизни на земле, что привело как к положительным, так и отрицательным последствиям. Сегодня вряд ли можно найти отрасль промышленности, не использующей достижения современной атомной физики, и нет нужды говорить об огромном влиянии на политику.

Однако современной физики сказывается не только в области  промышленного производства. Оно  затрагивает всю культуру в целом  и образ мышления в частности  и выражается в пересмотре наших взглядов на Вселенную и нашего отношения к ней.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-2-

Астрономия-наука, создавшая физику.

 

Астрономия — наука  о Вселенной, изучающая расположение, движение, строение, происхождение  и развитие небесных тел и образованных ими систем.

Астрономия является одной  из древнейших наук. Первые цивилизации  вавилонян, греков, китайцев, индийцев и майя уже в своё время проводили  методические наблюдения ночного небосвода. После изобретения телескопа, развитие астрономии, как современной науки, было значительно ускорено. Исторически, астрономия включала в себя астрометрию, навигацию по звёздам, наблюдательную астрономию, создание календарей, и даже астрологию. Профессиональная астрономия в наши дни часто рассматривается как синоним астрофизики.

В XX веке астрономия разделилась  на две главные ветви: наблюдательную и теоретическую. Наблюдательная астрономия сфокусирована на получении данных из наблюдений небесных тел, которые  затем анализируются с помощью  основных законов физики. Теоретическая астрономия ориентирована на разработку компьютерных, математических или аналитических моделей для описания астрономических объектов и явлений. Эти две ветви дополняют друг друга: теоретическая астрономия ищет объяснения результатам наблюдений, а наблюдательная астрономия используется для подтверждения теоретических выводов и гипотез.

 

Основными задачами астрономии являются:

• Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
• Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств (плотности, температуры и т.п.) вещества в них.
• Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
• Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

 

Физика как наука экспериментальная  возникла из астрономии. Смена времен года, смена дня и ночи, движения небесных тел. солнечные и лунные затмения, повторяемость астрономических событий, и т.н. свидетельствовали об определенных закономерностях природных явлений. Астрономы фиксировали и класси-фицировали данные своих наблюдений и проводили измерения, что позволило ученым получить данные для количественного анализа и объяснения многих законов природы.

Предметом изучения физики являются основные закономерности природных  явлений.

Итальянский ученый Галилей  первым поставил физические эксперименты и предложил теоретическое обоснование  движения тел.

 

 

 

 

 

-3-

Физика в промышленности и в сельском хозяйстве.

 

Изобретение колеса.

Одним из самых важных, но простых изобретений, сделанных  человеком,- это обыкновенное колесо.  Любопытно, что изобрели колесо вовсе  не для того, чтобы быстрее передвигаться. Пока древние люди вели кочевой образ  жизни, они весь свой нехитрый скарб носили с собой. А вот когда они осели на одном месте, тогда им понадобилось колесо. Оседлый человек стал засевать поля, разводить скот, строить большие поселения, а потом и города, началась торговля камнем, лесом, зерном. При этом людям приходилось перемещать огромные тяжести на большие расстояния. И идея колеса не могла не родиться. Колесо имеет большую роль в жизни человека, а в частности и с физической точки зрения.

Архимед и его изобретения.

Архимед (287 до н. э. — 212 до н. э.) — древнегреческий математик, физик, механик и инженер из Сиракуз. Сделал множество открытий в геометрии. Заложил основы механики, гидростатики, автор ряда важных изобретений.

Архимед родился в Сиракузах, греческой колонии на острове  Сицилия. Отцом Архимеда был математик и астроном Фидий, состоявший, как утверждает Плутарх, в близком родстве с Гиероном, тираном Сиракуз. Отец привил сыну с детства любовь к математике, механике и астрономии. Для обучения Архимед отправился в Александрию Египетскую — научный и культурный центр того времени.

Архимед открыл и изобрёл  очень многое. Когда он прибыл в  Сиракузы после учёбы, то им уже были разработаны методы определения  кривых, а также площадей и объёмов  геометрических фигур. Он впервые вычислил число "пи"- отношение длины окружности с диаметром.

Архимед первым ввёл в механику понятие центра тяжести и доказал, что в любом теле есть одна-единсвнная точка опоры, на которой можно сосредоточить его вес. "Дайте мне точку опоры, и я сдвину землю!"- вот крылатая фраза Архимеда. Она сопровождает легеду о том, как одним движением руки был спущен на воду громадный корабль. На самом же деле Архимед использовал оригинальную систему блоков.

Конечно, рычаги использовались задолго до Архимеда, но только он смог точно рассчитать математически выигрыш в силе и обосновать принцип многоступенчатой передачи.

Архимед был крупнейшим конструктором  своего времени. Он внедрил в практику "улитку"- своё изобретение для  полива посевов. Другое изобретение  учёного-подъёмный винт Архимеда. Он незаменим при откачке воды из под земли.

По преданию Архимед просил родствеников поставить на его могилу цилиндр со включённым в него шаром и обозначить соотношение их объёмов. Он считал это открытие основным своим достижением.

 

 

 

 

 

-4-

Паровая машина.

 

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий  энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного  движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком  смысле паровая машина — любой  двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

 

Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся  пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от дров до урана.

 

• Стационарные машины

Стационарные паровые машины могут  быть разделены на два типа по режиму использования:

Машины с переменным режимом, к  которым относятся машины металлопрокатных станов, паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто  останавливаться и менять направление  вращения.

Силовые машины, которые редко останавливаются  и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях, а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.

Паровая лебёдка в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за якорь и передвинута собственной тягой на новое место.

 

• Транспортные машины

Паровые машины использовались для привода различных типов  транспортных средств, среди них:

Пароход

Сухопутные транспортные средства:

Паровой автомобиль

Паровоз

Локомобиль

Паровой трактор

Паровой экскаватор, и даже

Паровой самолёт.

В России первый действующий  паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.

 

-5-

Изобретение электричества.

 

Электричество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением  электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества

 

Одним из первых электричество  привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н.э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь  приобретает свойства притягивать  легкие предметы. Однако долгое время  знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество ("янтарность"), а в 1650 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. В 1729 году англичанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор — Лейденская банка.

Первую теорию электричества создает американец Б. Франклин, который рассматривает электричество как "нематериальную жидкость", флюид («Опыты и наблюдения над электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает громоотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний. Изучение электричества переходит в плоскость точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.

Далее, в 1791 году, итальянец  Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 г. изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой. В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

 

Майкл Фарадей — основоположник учения об электромагнитном поле

В 1820 год датский физик  Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает  явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя

 

-6-

возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 год.

В 1880 году Пьер Кюри открывает  пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).

В 1897 году Джозеф Томсон открывает  материальный носитель электричества  — электрон, место которого в  структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.

В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 год  был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.