14

ФГОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 100

ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ: ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно-технических специальностей

Калининград

2006 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

1. Общее понятие о физике ------------------------------------------------------ 3

2. Основные понятия теории измерений -------------------------------------- 4

3. Два главных правила прямых измерений ---------------------------------- 5

4. Порядок выполнения и обработка результатов прямых измерений -- 6

5. Обработка результатов косвенных измерений --------------------------- 7

6. Правила представления результатов измерений ------------------------- 8

7. Примеры формул для расчёта отклонений от среднего (погрешностей)

функций одной и нескольких переменных -------------------------------- 9

8. Задания для самостоятельного решения --------------------------------- 10

Приложение 1. Таблица 1. Коэффициенты Стьюдента.

Таблица 2. Значения коэффициентов _p ----------------- 11

1. Общее понятие о физике

Физика – это наука о явлениях и свойствах материального мира Вселенной, изучающая взаимосвязи между явлениями и свойствами материи. Эти взаимосвязи называются физическими законами.

Законы физики лежат в основе современного естествознания и всей современной техники.

Физика – как наука – основана на опыте и прошла долгий период становления. Опыт (человеческий) можно подразделить на три формы:

1. Наблюдения за явлениями природы

2. Практическая деятельность

3. Эксперимент

Такое подразделение несколько условно, т.к. эти формы, особенно первая и вторая – взаимосвязаны.

Рассмотрим примеры наблюдений и перехода к практической деятельности.

Наверное, в глубокой древности человек заметил, что при ударе камня о камень – появляется искра, а при трении сухой ветки дерева о камень – ветвь нагревается и обугливается. От искры и горячего угля можно было зажечь сухой мох и получить огонь.

Кстати – современные способы добывания огня в быту: спички и зажигалка – это лишь усовершенствованные древние способы получения огня (в виде пламени с учетом реакции окисления).

Другой пример. Возможно, в глубокой древности человек заметил, что упавшее в воду дерево не тонет и на нем можно плыть. Так появился первый плот, а затем другие средства водо- и мореплавания: челны, лодки и даже морские корабли из дерева – задолго до открытия закона Архимеда в III веке до Новой Эры.

И еще один пример наблюдений за явлением природы, ставшим одной из основ практической деятельности.

Возможно, когда-то в древности человек заметил, что округлый камень сам скатывается по наклонной поверхности (с горы). Затем – обнаружил, что круглое бревно легче катить по земле, чем волочить. Потом человек догадался разрезать бревно поперек на несколько частей и таким образом – изобрел колесо. Колесо стало основным элементом транспорта, многократно увеличило производительность, возможности в технической сфере.

Практическая деятельность человека – состояла в использовании явлений природы для улучшения условий существования и обеспечивала накопление опытных данных.

Изучение взаимосвязи между явлениями природы и опытными данными стало возможным только в условиях специально организованного эксперимента.

Эксперимент – это искусственное воспроизведение явлений природы с целью их детального изучения.

В процессе эксперимента появилась потребность систематизации характерных свойств явлений, необходимость использования и развития математического аппарата. Возникли – вначале – разнообразные системы единиц для количественных расчетов. Стали разрабатываться способы измерений, приборы и т.д.

Отметим, что одним из первых экспериментаторов, по-видимому, был Архимед (III век до Новой Эры), однако, полноценный эксперимент как основа современной физики был начат в эпоху Галилея-Ньютона, т.е. в период 16-го – 17-го веков Новой Эры.

Отметим также, что первая книга – трактат «Физика» - была создана Аристотелем в IV веке до Новой Эры и содержала, в основном, умозрительные рассуждения о наблюдаемых явлениях природы. Трактат «Физика», созданный Аристотелем, почти 2000 лет (с IV века до Новой Эры и по 16-й век Новой Эры) был фактически единственным учебным руководством по науке о природе.

Труды Галилея и Ньютона стали переломной вехой в истории физики. Эти ученые, а также ряд их современников – Бойль, Мариотт, Гук, Гюйгенс и др. – заложили основы эксперимента, при дальнейшем развитии которого и возникла современная физика.

В эксперименте появилось понятие физической величины, системы единиц и были установлены правила измерений и правила обработки результатов измерений.

Все эти понятия необходимы не только для сугубо научных – физических – исследований. Эти правила необходимо соблюдать и в разработке технических устройств: машин, механизмов, конструкций зданий, всех видов транспорта и т.д.