uabooks.top » Физика » 37. Влияние физики на общественное развитие и научно-технический прогресс
Інформація про новину
  • Переглядів: 38
  • Дата: 21-11-2020, 18:35
21-11-2020, 18:35

37. Влияние физики на общественное развитие и научно-технический прогресс

Категорія: Физика




Все окружающее нас пространство заполнено радиоволнами, которые поступают не только от радио- и телевизионных станций, но и из космоса - от галактик и квазаров, на протяжении миллионов и миллиардов лет, днем и ночью. Однако еще 150 лет назад никто о них ничего не знал, кроме одного человека - Джеймса Клерка Максвелла, который открыл существование электромагнитных волн.

ОТ ОТКРЫТИЯ - К ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ

Радиовещание, каким мы его понимаем в настоящее время, существует уже около 100 лет.

Таким образом, инопланетные цивилизации, способные принять радиопередачи земных радиостанций, должны находиться от нас на расстоянии не больше, чем 100 световых лет. Те, которые проживают дальше, даже не подозревают о нашем существовании! Это не так уж и далеко, именно на таком расстоянии мощные телескопы могут установить наличие у звезды планет.

На самом деле радиосвязь осуществляется довольно сложным способом через систему ретрансляторов, телевизионных спутников и волоконно-оптических линий.

Вполне возможно, что в природе существуют способы телекоммуникации намного лучшие и более надежные, чем радиоволны, но мы ничего о них не знаем.

Всего 50 лет назад телевизор мог принять максимум 12 телевизионных каналов, а реально их было не более шести, и качество изображения было не из лучших. Сами телевизионные приемники были громоздкими, а размеры экранов - маленькими.

Сравните с сегодняшними возможностями - тысячи каналов, изображения высокой четкости, 3d-изображения, возможность принять сигнал даже на карманный прибор через Интернет.

УСКОРЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

Чтобы теоретические знания воплотились в создание паровой машины, понадобилось около 100 лет. Путь радио - от идеи к широкому потреблению -также занял около 100 лет, фотографии - 110 лет. В последние 20 лет наблюдается небывалое ускорение технического и технологического прогресса. Мобильные телефоны системы / с использованием технологии связи 3G создали около 10 лет назад. Пять лет тому назад появились смартфоны, три года назад -планшеты.

В области фотографии произошла настоящая революция. Состоялся сначала переход к машинной печати фотографий, а впоследствии - к созданию цифровых фотоаппаратов и цифровых изображений (рис. 37.1). А еще не так давно специалисты спорили, хватит ли имеющихся в мире запасов серебра для изготовления фотопленок! Основой новых технологий является микроэлектроника и исследования в области полупроводниковых материалов.

ВОЗМОЖНОСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Инженеров давно беспокоит идея космического лифта - троса, который свяжет наземную станцию с геостационарным спутником (рис. 37.2) и заменит дорогие ракеты. По этому тросу длиной 36 000 км будет передвигаться лифт и перевозить грузы на космическую станцию. До недавнего времени эта идея принадлежала к фантастическим, поскольку стальной трос рвется под собственным весом уже при длине 6 км.

Появление в 1991 году углеродных нанотрубок (рис. 37.3) прибавило изобретателям оптимизма. Новый материал будет втрое легче и в 120 раз крепче

стали. Такой нанотрос диаметром 1 мм сможет выдержать груз 10 т, и это не предел.

Многие лаборатории целенаправленно создают материалы с заранее заданными свойствами, и эта область науки приобретает промышленный размах.

Совсем недавно создан еще один удивительный материал - аэрогель (рис. 37.4). Он крепче кирпича, и почти такой же по плотности, как воздух. Он очень плохо проводит тепло, и его можно будет использовать в качестве идеального теплоизолятора.

РОБОТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

В последние десятилетия происходит бурное развитие новых отраслей механики, в частности -робототехники. Например, современное производство автомобилей почти полностью роботизировано (рис. 37.5).

Многие лаборатории и компании интенсивно работают над созданием роботов, которые могут ходить и самостоятельно учиться. Роботы освободили людей от тяжелой и однообразной работы. Появляется все больше заводов, где можно увидеть только единичных инженеров и техников, занятых преимущественно творческим трудом. Повысилось качество продукции, ведь роботы не ошибаются.

Появление машин с искусственным интеллектом ведет к созданию надежных систем управления. Уже появились автомобили, которые ездят без водителя, а компьютерные программы давно обыгрывают гроссмейстеров. Инженеры создают управляемых на расстоянии роботов, которые изучают другие планеты и могут проводить самостоятельные исследования (рис. 37.6).

РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

Историки науки заметили, что большинство открытий были сделаны не по непосредственной практической необходимости, а просто из любопытства.

На самом деле происходит постоянное взаимодействие между развитием науки и ее приложением на практике. Без конструкторского

бюро Антонова не было бы у нас таких самолетов, а без большого желания летать - не было бы конструкторов.

Украина обладает значительными достижениями в развитии как практической, так и теоретической механики. У нас строят самые большие в Европе и мире самолеты (рис. 37.7), космические ракеты, оптические и радиотелескопы, тепловые, атомные и гидроэлектростанции.

Сложность созданных машин и механизмов поражает воображение (рис. 37.8). Эти области науки и техники требуют большого количества научных и инженерных кадров, которые способны придумать что-то новое.

ТЕХНИЧЕСКИЙ И НАУЧНЫЙ ПРОГРЕСС ТРЕБУЮТ НОВЫХ ИДЕЙ

Классическая механика, созданная более чем 300 лет тому назад Исааком Ньютоном, с ее абсолютным и незыблемым пространством и временем в 1905 году столкнулась с драматическими испытаниями со стороны новой механики Альберта Эйнштейна, в которой временем можно управлять, замедляя его почти до нуля при больших скоростях. Это открыло принципиальную возможность путешествий в будущее, и дело только в техническом воплощении выводов теории относительности.

Однако у теории Эйнштейна есть фундаментальное ограничение, которое уже 100 лет не дает покоя любителям науки и ученым - скорости света в вакууме не может достичь ни один объект, кроме света. Но это не остановило американского физика украинского происхождения Олексу-Мирона Биланю-ка, который создал теорию «тахионов» - частиц, которые могут двигаться со скоростью, большей, чем световая.

И хотя пока существование этих частиц не подтверждено экспериментально, не исключено, что именно кто-то из вас это сделает.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАУКИ. КОЛЛАЙДЕР

В ЦЕРНе, на границе между Швейцарией и Францией, неподалеку от г. Женевы находится самый большой и самый дорогой на сегодняшний день физический прибор, построенный для исследования глубинных свойств материи. Эта уникальная машина работает по новейшим технологиям. В кольцевом тоннеле длиной почти 27 км и расположенном на средней глубине 100 м находятся две трубки (рис. 37.9), внутри которых двигаются навстречу друг другу два пучка протонов. Вакуум в трубках в 10 раз глубже, чем в космосе.

Протоны удерживаются на круговой орбите 9500 сверхпроводящими магнитами, обмотки которых охлаждены до температуры -271°C.

По трубам, в которых находятся сверхпроводящие кабели, течет жидкий гелий, находящийся в сверхтекучем состоянии, а ток в кабеле составляет около 12000 А (двигатели троллейбуса или трамвая потребляют 200-300 А).

Протоны в количестве две миллиардных доли грамма ускоряются в течение десяти часов до скорости, составляющей 99,9999991 % скорости света. Кольцо ускорителя протоны проходят 11000 раз в секунду. В результате это мизерное по массе количество частиц приобретает энергию, которую имеет скоростной поезд массой 140 тонн на скорости 150 км/ч (рис. 37.10).

Для установки CMS, построенной для изучения протон-протонных столкновений и поиска бозона Хиггса, харьковский Институт монокристаллов создал 22 тысячи детекторов из радиационно устойчивой пластмассы. Кроме того, Украина поставляет железо для магнитов и уникальные кристаллы.

С помощью коллайдера ученые уже сегодня получают и хранят антивещество (антиводород), учатся лечить рак с помощью протонов и антипротонов, открыли частицу Хиггса (6 июля в 2012 г.), пытаются понять природу темной материи и темной массы.

ИТОГИ РАЗДЕЛА 4

МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА И ЭНЕРГИЯ

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. Количество ее остается постоянным. Она только переходит из одного вида в другой, или от одного тела к другому

Полная механическая энергия тела (системы) не изменяется, если нет потерь на трение

Тело находится в состоянии равновесия, если:

Равнодействующая всех сил, действующих на тело, равняется нулю

Сумма моментов всех сил, действующих на тело, равняется нулю

ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ

ЗОЛОТОЕ ПРАВИЛО МЕХАНИКИ:

ВЫИГРЫВАЯ С ПОМОЩЬЮ НЕКОТОРОГО МЕХАНИЗМА В СИЛЕ, МЫ ОБЯЗАТЕЛЬНО ПРОИГРЫВАЕМ В РАССТОЯНИИ (И НАОБОРОТ)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМОВ

(КПД)

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ:

1. Какую работу выполняет сила 20 Н, которая перемещает тело на расстояние 5 м в направлении своего действия?

2. Какова мощность двигателя, выполняющего работу 2 400 Дж за 2 минуты?

3. Тело массой 5 кг находится на высоте 4 м. Какова энергия этого тела?

4. Мяч падает с некоторой высоты. Как изменяется его полная механическая энергия? Трением можно пренебречь.

5. Мяч упал с высоты 2 м и подпрыгнул на высоту 1,5 м. Определите путь и перемещение мяча.

6. Кинетическая энергия тела при его полете вверх уменьшилась на 100 Дж. Как изменилась его потенциальная энергия, если считать трение очень малым?

РЕШИТЕ ЗАДАЧИ

1. Масса тела m = 2 кг. Какова масса тела m,? (рис. 4.1)

2. Определите мощность силы 50 Н, под действием которой тело переместилось на 4 м за 10 с.

3. Скорость велосипедиста уменьшилась с 5 м/с до 2 м/с. Как изменилась его кинетическая энергия? Масса велосипедиста вместе с велосипедом равняется 80 кг.

4. Прикладывая силу 25 Н к плечу рычага длиной 20 см, мы хотим уравновесить силу 10 Н. Какой должна быть длина второго плеча рычага?

5. Какую полезную работу выполнила машина, если затраченная работа составляет 2 000 Дж, а ее КПД равняется 60%?

6. Масса груза m = 5 кг, масса блока M = 500 г, массой нити можно пренебречь (рис. 4.2). а) Какая сила F требуется, чтобы равномерно поднимать груз? С какой силой и в каком направлении нить действует: б) на потолок в точке А, в) на блок в точке В?

7. Ведро с цементом массой 25 кг поднимают с помощью неподвижного блока на высоту 5 м, действуя на свободный конец бечевки вниз с силой 250 Н. Запишите формулы для определения: а) полезной и б) затраченной работы. Запишите окончательную формулу для вычисления КПД использованного устройства. Вычислите числовое значение КПД.

8. При равномерном движении груза массы m = 1 кг по наклонной плоскости (рис. 4.3) к нему прикладывают силу F = 4 Н. Определите КПД наклонной плоскости, длина которой l = 1 м, а высота h=20 см. Считайте, что g = 10 Н/кг.

9. Найдите кинетическую энергию тела массой 300 г, которое упало с высоты 2 м, непосредственно перед ударом о землю.

10. Каковы кинетическая и потенциальная энергии стрелы массой 50 г, выпущенной вертикально вверх со скоростью 30 м/с через 2 с после начала движения?

11. Мячик бросили вниз с высоты 1 м. Какой была начальная скорость мячика, брошенного вертикально вниз с высоты 1,2 м, если от пола он отскочил на высоту 1,5 м? Потерями энергии можно пренебречь.

 

Это материал учебника Физика за 7 класс Пшеничка

 




^