Раздел 1. Введение в физику

Определения и обозначения

Физическое явление — изменение, происходящее в природе или созданное человеком. К механическим явлениям относят движение автомобиля, к тепловым — таяние снега, к электрическим — появление молнии, к магнитным — притяжение железных предметов магнитом, к световым — распространение света от лампы. Название явления помогает понять, какой процесс нужно изучать.

Физическое тело — отдельный предмет, который рассматривают в физике. Стакан, камень, планета и песчинка — физические тела, хотя они сильно различаются размером и назначением. Это понятие нужно, чтобы говорить о конкретном предмете и исследовать его свойства. Одно тело может быть сделано из нескольких веществ: например, карандаш состоит из древесины, графита и краски.

Вещество — то, из чего состоят физические тела. Железо может быть веществом, из которого сделаны и гвоздь, и часть машины, а сами гвоздь и машина — тела. Различать эти понятия нужно, чтобы не путать материал с предметом. Одно вещество может образовывать тела разных форм и размеров.

Физическая величина — характеристика тела или явления, которую можно измерить и выразить числом с единицей измерения. Например, длина стола может быть равна 1 м, а температура воды — 20 °C. Величины позволяют сравнивать объекты и описывать изменения не только словами. Единица показывает, с чем сравнивали измеряемую величину.

Как это устроено

Изучение физики начинается с наблюдения: мы замечаем, что предметы движутся, вода нагревается, а после дождя появляется радуга. Наблюдение помогает увидеть изменение, но не всегда объясняет, почему оно произошло. Чтобы разобраться, нужно выделить явление и внимательно сравнить условия, в которых оно происходит. Так появляются вопросы, на которые можно искать ответы с помощью измерений и опытов.

Для описания явления важно указать, где и когда оно происходит и какие изменения можно заметить. Например, фраза «вода стала горячей» сообщает о нагревании, но не показывает, насколько изменилась её температура. Точные сведения позволяют сравнивать разные случаи и находить общие закономерности. Поэтому физики используют измеряемые величины, а не ограничиваются впечатлениями.

Тело и вещество отвечают на разные вопросы: «какой предмет?» и «из чего он сделан?». Один и тот же материал можно использовать для разных предметов, а предметы одинакового назначения могут быть изготовлены из разных материалов. Например, ложки бывают стальными и деревянными, но каждая из них остаётся отдельным телом. Это различие помогает точнее описывать свойства предмета и материала.

Физические величины помогают сравнить тела и явления по общему признаку: например, по длине или температуре. Число без единицы часто не даёт полного ответа, потому что неизвестен масштаб измерения. Записи 2 м и 2 см обозначают разные длины, хотя число в них одинаково. Поэтому величина в записи результата должна быть выражена и числом, и единицей.

Чтобы выполнить измерение, сначала выбирают прибор, подходящий для нужной величины, а затем изучают его шкалу. На шкале находят деления и определяют, какое значение соответствует промежутку между соседними отметками. При считывании результата важно правильно совместить прибор с измеряемым объектом и посмотреть на отметку без смещения. В физике применяют общепринятые единицы, чтобы результаты разных людей можно было сравнивать; опыты и повторные измерения помогают проверить предположения.

Примеры физических величин и способов их измерения

Сначала найдите в таблице нужную величину, а затем посмотрите, чем её измеряют и в каких единицах записывают результат. Один и тот же прибор может иметь шкалу в разных единицах. При выборе прибора учитывайте и диапазон его измерения.

Разбор задач

Задача 1. Железный гвоздь нагрелся на огне. Назовите физическое явление, тело и вещество. Нужно разделить описание на процесс, предмет и материал: это три разных понятия, даже если все они упомянуты в одном предложении.

1. Определяем, что изменилось: гвоздь стал горячее. Это нагревание, то есть тепловое физическое явление.
2. Находим отдельный предмет, с которым происходит изменение. Им является гвоздь — физическое тело.
3. Определяем материал гвоздя по условию. Он железный, значит, вещество — железо.

Ответ: явление — нагревание; тело — гвоздь; вещество — железо. Огонь служит причиной нагревания, но в задаче не назван материалом гвоздя.

Задача 2. Длина карандаша равна 15 см. Укажите измеряемую физическую величину, числовое значение и единицу. В записи измерения нужно отдельно назвать, что измеряли, сколько получилось и в чём выражен результат.

1. Слово «длина» показывает измеряемую физическую величину.
2. Число, стоящее перед обозначением единицы, — числовое значение результата: 15.
3. Обозначение см означает сантиметры; это единица измерения длины.

Ответ: физическая величина — длина, числовое значение — 15, единица измерения — сантиметр (см). Если оставить только число 15, результат будет неполным: неизвестно, в каких единицах выражена длина.

Задача 3. Линейкой с делениями в сантиметрах измерили ширину тетради: край лежит напротив отметки 18, а начало тетради совмещено с нулём. Запишите результат в сантиметрах и миллиметрах. Раз начало находится на нуле, ширина равна показанию у противоположного края.

1. Считываем отметку линейки у края тетради: это 18 см.
2. Для перевода используем соотношение 1 см = 10 мм.
3. Умножаем 18 на 10: получаем 180 мм.

Ответ: ширина тетради равна 18 см, или 180 мм. При считывании линейки важно проверить, что начало предмета действительно совмещено с нулевой отметкой.

Типичные ошибки

• Считать тело и вещество одним и тем же. Это неверно: тело — предмет, а вещество — материал, из которого он состоит. Такую ошибку допускают, потому что в обычной речи эти слова иногда смешивают. Проверьте себя вопросами «что это за предмет?» и «из чего он сделан?».
• Записывать только число. Запись «длина равна 15» неполна: не указана единица, поэтому непонятен масштаб. Так бывает, когда внимание сосредоточено только на показании прибора. Перепроверьте результат и добавьте обозначение единицы, например 15 см.
• Путать явление с предметом, в котором оно происходит. Гвоздь — тело, а его нагревание — явление. Ошибка возникает, если назвать только заметный предмет и не выделить изменение. Спросите себя, что именно произошло: если предмет стал горячее, речь идёт о нагревании.
• Считать бытового наблюдения достаточным для точного вывода. На ощупь можно заметить, что предмет нагрелся, но нельзя надёжно узнать его температуру. Это допускают, потому что наблюдение кажется очевидным. Для точного результата выберите подходящий прибор, проверьте шкалу и правильно считайте показание.

Связь с другими темами

Для изучения введения в физику достаточно уметь наблюдать предметы, сравнивать их и читать простые шкалы. Эти навыки помогают понять, что именно изменяется и как получить числовой результат. Позже физические величины и измерения понадобятся при изучении механического движения, тепловых и электрических явлений. Например, движение описывают с помощью времени и длины, а нагревание — с помощью температуры.

Что запомнить

• Физика изучает явления природы и закономерности, по которым они происходят.
• Физическое тело — предмет, вещество — материал тела.
• Физические величины характеризуют тела и явления.
• Результат измерения записывают числом и единицей.
• Для измерения выбирают подходящий прибор и правильно считывают его шкалу.
• Опыты и измерения помогают проверять предположения.