Fizika, Vadovėlis XI-XII klasei: Judėjimas ir jėgos 9785430057947

Table of contents :
Bendros zinios apie judejima. Tolygusis tiesiaeigis judejimas
Mechanikos samprata. Slenkamasis judejimas. Materialusis taskas
Kuno trajektorija, nueitas kelias ir poslinkis. Atskaitos sistema
Vektorius, jo projekcijos. Poslinkis - vektorinis dydis
Vektoriu sudetis ir atimtis. Vektoriu sumos projekcija
Tolygusis tiesiaeigis judejimas
Tolygiojo tiesiaeigio judejimo grafinis vaizdavimas
Mechaninio judejimo reliatyvumas
Gyvosios gamtos kinematika: kelias, greitis, trajektorijos
Skyriaus ,,Bendros zinios apie judejima. Tolygusis tiesiaeigis judejimas" apibendrinimas
Netolygusis judejimas
Netolygusis judejimas. Netolygiai judancio kuno greitis
Tolygiai kintamas judejimas. Tolygiai kintamai judancio kuno greitis
Tolygiai kintamai judancio kuno poslinkis
Kunu laisvasis kritimas
Vertikaliai ir horizontaliai mesto kuno judejimas
Kampu i horizonta mesto kuno judejimo lygtys
Kampu i horizonta mesto kuno lekio trukme, lekio nuotolis ir pakilimo aukstis
Transporto priemoniu raidos istorija
Skyriaus ,,Netolygusis judejimas" apibendrinimas
Kunu judejimas apskritimu. Kreivaeigis judejimas
Kuno sukimosi periodas ir daznis. Apskritimu judancio kuno koordinates
Apskritimu judancio kuno poslinkis ir greitis
Apskritimu tolygiai judancio kuno pagreitis
Kreivaeigis judejimas Saules sistemoje. Keplerio desniai
Skyriaus ,,Kunu judejimas apskritimu. Kreivaeigis judejimas" apibendrinimas
Judejimo desniai
Pirmasis Niutono desnis. Inercines ir neinercines atskaitos sistemos
Kunu saveika. Kunu inertiskumas
Kuno mase, jos matavimas
Jega, jos matavimas
Antrasis Niutono desnis
Treciasis Niutono desnis
Potvyniai ir atoslugiai. Atsinaujinanti potvyniu energija
Skyriaus ,,Judejimo desniai" apibendrinimas
Jegos gamtoje
Tamprumo jega
Visuotines traukos jega
Visuotines traukos desnis
Sunkis
Dirbtiniu Zemes palydovu judejimas
Kuno svoris. Nesvarumas
Slydimo trinties jega. Trinties mazinimo budai
Rimties trinties jega
Keliu jegu veikiamo kuno judejimas nuozulniaja plokstuma
Suristu kunu judejimas
Icentrine ir iscentrine jega
Keliamoji jega
Dirbtiniu Zemes palydovu vaidmuo praktineje veikloje
Skyriaus ,,Jegos gamtoje" apibendrinimas
Tvermes desniai mechanikoje
Judesio kiekis
Judesio kiekio tvermes desnis
Reaktyvusis judejimas
Mechaninis darbas
Mechanine galia
Kuno kinetine energija. Vejo energijos naudojimas
Kuno potencine energija
Energijos tvermes desnis mechaniniuose procesuose
Naudingumo koeficientas
Linksmuju kalneliu fizika
Skyriaus ,,Tvermes desniai mechanikoje" apibendrinimas

Citation preview

Palmira

Pečiuliauskienė

Judėjimas ir jėgos

=

Palmira

Pečiuliauskienė

Fizika

Vadovėlis XI-XII klasei Judėjimas ir jė

UDK 53(075.3) Pe23

Recenzavo mokytoja ekspertė ALVIDA LOZDIENIĖ, mokytojas ekspertas NARIMANTAS ŽALYS Redaktorė ZITA ŠLIAVAITIĖ Dailininkės VYTAUTĖ ZOVIENĖ,

RITA

BRAKAUSKAITIĖ

Vadovėlis atitinka kalbos taisyklingumo reikalavimus Pirmasis leidimas

Visi

2019 2016 2015 2012

šio leidimo papildomi tiražai yra be pakeitimų ir galioja.

Pirmasis skaičius rodo paskutinius leidinio tiražavimo metus.

Šį kūrinį, esantį bibliotekose, mokymo ir mokslo įstaigų

bibliotekose, muziejuose arba archyvuose, draudžiama

mokslinių tyrimų ar asmeninių studijų tikslais atgaminti, viešai skelbti ar padaryti viešai prieinamą kompiuterių

tinklais tam skirtuose terminaluose tų įstaigų patalpose.

ISBN

978-5-430-05794-7

6 Palmira

Pečiuliauskienė,

(O Leidykla „Šviesa“, 2012

2012

Turinys Įvadas / 5

2.4. Kūnų laisvasis kritimas / 60

Metodologiniai fizikos klausimai

1. Fizikinis pasaulis ir jo pažinimas / 6 2. Fizikos mokslo raida pasaulyje

2.5*. Vertikaliai ir horizontaliai mesto kūno judėjimas / 63 2.6*. Kampu į horizontą mesto kūno

ir Lietuvoje / 10

judėjimo lygtys / 68

MECHANIKA

trukmė, lėkio nuotolis ir pakilimo aukštis / 70

2.7*. Kampu į horizontą mesto kūno lėkio

1.Bendros ži ios apie judėjimą. Tolygusis tiesiaeigis judėjimas

1.1. Mechanikos samprata. Slenkamasis judėjimas. Materialusis taškas / 15

1.2. Kūno trajektorija, nueitas kelias

ir poslinkis. Atskaitos sistema

/ 18

2.8. Transporto priemonių raidos istorija / 73 Skyriaus „Netolygusis judėjimas“

apibendrinimas

/ 76

3. Kūnų judėjimas

apskritimu.

Kreivaeigis judėjimas 3.1. Kūno sukimosi periodas ir dažnis.

vektorinis dydis / 22

Apskritimu judančio kūno koordinatės / 79 3.2*. Apskritimu judančio kūno poslinkis

1.4. Vektorių sudėtis ir atimtis. Vektorių

ir greitis / 82

1.3. Vektorius, jo projekcijos. Poslinkis —

sumos projekcija / 26 1.5. Tolygusis tiesiaeigis judėjimas / 30 1.6. Tolygiojo tiesiaeigio judėjimo grafinis vaizdavimas / 31

1.7. Mechaninio judėjimo reliatyvumas / 38 1.8. Gyvosios gamtos kinematika: kelias,

greitis, trajektorijos

/ 42

Skyriaus „Bendros žinios apie judėjimą.

3.3. Apskritimu tolygiai judančio kūno pagreitis / 84 3.4“, Kreivaeigis judėjimas Saulės sistemoje. Keplerio dėsniai

/ 88

Skyriaus „Kūnų judėjimas apskritimu.

Kreivaeigis judėjimas“ apibendrinimas / 91 4. Judėjimo dėsniai 4.1. Pirmasis Niutono dėsnis. Inercinės ir

Tolygusis tiesiaeigis judėjimas“ apibendrinimas / 45

neinercinės atskaitos sistemos / 93

2. Netolygusis judėjimas

4.3. Kūno masė, jos matavimas

2.1. Netolygusis judėjimas. Netolygiai

4.4. Jėga, jos matavimas / 101

judančio kūno greitis / 47

4.5. Antrasis Niutono dėsnis / 104

2.2. Tolygiai kintamas judėjimas. Tolygiai

4.6. Trečiasis Niutono dėsnis / 109

kintamai judančio kūno greitis / 50

4.7. Potvyniai ir atoslūgiai. Atsinaujinanti

2.3. Tolygiai kintamai judančio kūno

potvynių energija / 112

poslinkis / 55

Skyriaus „Judėjimo dėsniai“ apibendrinimas / 115

4.2. Kūnų sąveika. Kūnų inertiškumas / 97 / 99

5. Jėgos gamtoje

6.Tvermės dėsniai mechanikoje

5.1. Tamprumo jėga / 117

6.1. Judesio kiekis / 165

5.2. Visuotinės traukos jėga / 120

6.2. Judesio kiekio tvermės dėsnis / 168

5.3. Visuotinės traukos dėsnis / 123

6.3“. Reaktyvusis judėjimas

5.4. Sunkis / 125

6.4. Mechaninis darbas / 173

5.5. Dirbtinių Žemės palydovų

6.5. Mechaninė galia / 177

judėjimas / 128

/ 170

6.6. Kūno kinetinė energija.

5.6. Kūno svoris. Nesvarumas

/ 133

Vėjo energijos naudojimas

/ 180

5.7. Slydimo trinties jėga.

6.7. Kūno potencinė energija / 183

Trinties mažinimo būdai / 139

6.8. Energijos tvermės dėsnis

5.8*. Rimties trinties jėga / 142

mechaniniuose procesuose / 187

5.9*. Kelių jėgų veikiamo kūno judėjimas

6.9. Naudingumo koeficientas / 191

nuožulniąja plokštuma

6.10. Linksmųjų kalnelių fizika / 194

/ 147

5.10*. Surištų kūnų judėjimas / 149

Skyriaus „Tvermės dėsniai mechanikoje“

5.11*. Įcentrinė ir išcentrinė jėga / 152

apibendrinimas

5.12*. Keliamoji jėga / 155

Laboratoriniai darbai / 198 Priedai / 209

5.13. Dirbtinių Žemės palydovų vaidmuo praktinėje veikloje / 158 Skyriaus „Jėgos gamtoje“ apibendrinimas

/ 196

/ 162

Dalykinė ir pavardžių rodyklė

Iliustracijų šaltiniai / 214 Literatūra / 215

/ 211

Įvadas Vadovėlis „Judėjimas ir jėgos“ skiriamas bendrąjį ir išplėstinį fizikos kursą pasirinkusiems mokiniams. Jame nagrinėjama mechanika, kurią sudaro dvi dalys: judėjimo

reiškiniai ir jėgos gamtoje.

Vadovėlis sudarytas iš atskirų skyrių. Kiekvienas jų pradedamas trumpa anotacija ir

baigiamas santrauka, kurioje pateikiamos svarbiausios sąvokos, dėsniai, schemos, paly-

ginamosios lentelės, formulės. Santrauka padės jums įvertinti savo pasiekimus fizikos srityje, pasirengti savarankiškam ar kontroliniam darbui, taip pat fizikos egzaminui. Skyrių medžiaga išdėstyta temomis ir potemiais. Temų pabaigoje pateikiama klausimų ir užduočių, padedančių įtvirtinti mokomąją medžiagą, įsivertinti žinias ir gebėjimus.

Paskutinė kiekvieno skyriaus tema skiriama papildomam skaitymui. Ji sieja skyriuje nagrinėtą medžiagą su kitų mokomųjų dalykų (biologijos, chemijos, istorijos ir pan.)

turiniu, artimiausioje aplinkoje vykstančiais reiškiniais, mokslo ir technikos pažanga, praktinėje veikloje kylančiomis ekologinėmis problemomis. Tarpdalykinius skaitinius papildo projektai. Juos atlikdami, galėsite patys atrasti įvairių ryšių tarp fizikos ir kitų dalykų, tarp teorijos ir praktikos.

Temos, potemiai ir užduotys, skiriamos išplėstinį fizikos kursą pasirinkusiems moki-

niams, pažymėtos ženklu *, o atitinkamos potemių dalys išskirtos gelsvu fonu. Sąvokos, apibrėžtys ir dėsniai, kuriuos reikia išmokti, vadovėlyje yra išspausdinti pastorintu šriftu. Jų nereikia mokytis pažodžiui, nes fizikos neįmanoma išmokti min-

tinai, ją reikia suprasti. Svarbiausios formulės ir dėsnių matematinės išraiškos išskirtos

spalviniu fonu. Skyreliuose „Mokomės savarankiškai spręsti uždavinius“ pateikiama uždavinių sprendimo pavyzdžių. Remdamiesi jais, galėsite sėkmingai atlikti savarankiškam darbui skirtas užduotis. Jų atsakymai pateikti šalia mažesniu šriftu. Po uždavinių sprendimo pa-

vyzdžių yra skyreliai „Pasitikrinkite pažangą“ Jų užduotyse aprašyta daug gyvenimiškų

situacijų, kurių nagrinėjimas ugdo ne tik dalykines, bet ir bendrąsias kompetencijas. Vadovėlyje gausu piešinių, nuotraukų, schemų, grafikų, pavyzdžių iš artimiausios aplinkos, fizikos istorijos, informacijos apie naujausius fizikos mokslo pasiekimus. Tai

pagyvina fizikos mokymosi turinį, padeda fizikos mokslą suvokti kaip žmonijos ben= drosios kultūros dalį.

Metodologiniai fizikos klausimai

1.Fizikinis pasaulis ir jo paž nimas Fizikos tyrimo objektas Mus supantis pasaulis yra materialus (lot. materialis - daiktinis, medžiaginis). Gamtoje egzisMedžiagą žmogus suvokia jutimo organais — gali

geografija. Fizika — mokslas, tiriantis bendriausius, pagrindinius dėsningumus, apibūdinančius materialaus pasaulio sandarą ir evoliuciją. Fizikos mokslas ieško atsakymų

matyti, liesti, uosti ir pan. Pavyzdžiui, matome

į klausimus, kas yra materija, energija, laikas, er-

tuoja dviejų rūšių materija: medžiaga ir laukas.

medį, kėdę, lentą, akmenį, vabalą, tačiau nejun-

dvė, visata.

tame daugelio elektromagnetinių bangų. Pojūčiais nejuntama materijos rūšis vadinama lauku.

Fizika tiria mikropasaulį: atomo ir jo branduolio sandarą, elementariųjų dalelių prigimtį. Fizi-

ir lauką (1 pav.).

Fizikos tyrimo objektą išmatavus pagrindiniu SI

Fizika nagrinėja abi materijos rūšis - medžiagą Materija nuolat kinta. Jos kitimus vadiname

gamtės reiškiniais: teka vanduo, kinta Žemės

atmosferos slėgis, atsiranda ir žūva gyvieji organizmai. Materiją ir jos kitimus nagrinėja gam-

tos mokslai: fizika, chemija, biologija ir fizinė

kus domina visatos sandara ir planetų judėjimas.

sistemos ilgio vienetu— metru, paaiškėja, kad mažiausių fizikos tiriamų kūnų matmenys siekia vos 107 m (tokio dydžio yra atomų branduoliai), o atstumas nuo Žemės iki tolimiausių galaktikų yra didesnis kaip 10** m (2 pav.). Fizikai

Šiluminis

Ikos klausimai

judėjimas

tp

G J a

Judėjimas atomo ir branduolio viduje

2, =,

Elektromąį

Šiaėjigas

o 3 £2] z

1 pav.

Mechaninis judėjimas

|1024 | Ii

Žmogaus pojūčiai - informacijos apie supantį pasaulį šaltinis

Atstumas nuo Žemės

>—— iki tolimiausių

žinomų galaktikų Mūsų Galaktikos skersmuo

Aplinkos

10 | 15

Plutono

liui cheminių junginių ir medžiagų. Lytėdamas

(Saulės

sistemos spindulys)

žmogus gali justi tik siauro intervalo tempera-

tūrų skirtumus. Jis girdi ne visus gamtoje eg-

107

—— Saulės skersmuo

109

+— —

——1km

1

—--l1m

380 nm iki 760 nm,

1076

>—— Ląstelių matmenys

|

-—

Informacija, kurią žmogus gauna jutimo organais, sudaro buitinę jo patirtį. Tačiau vien jos nepakanka, norint suvokti procesus, vykstančius

platesnėje erdvėje nei artimiausia aplinka. Nuolatinis prieštaravimas tarp mažo informacijos

Molekulių matmenys

srauto, kurį teikia pojūčiai, ir milžiniškos infor-

1012 1975

skiria objektus, kurių mat-

menys apytiksliai lygūs vienam mikrometrui.

103

109

Daugiausia informacijos apie aplinką žmogus gauna regėjimo organais. Tačiau ir akies galimy-

bės yra ribotos — ji pajėgia skirti signalus, kurie kartojasi ne dažniau kaip kas 0,05 s, suvokia elektromagnetines bangas, kurių ilgis yra tik nuo

——-1mm

|

zistuojančius garsus, o tik tuos, kurių dažnis yra nuo 16 Hz iki 20 kHz.

Žemės skersmuo

103

|

lemia

pus, skonio receptoriai jautrūs taip pat nedauge-

1012

|

kurias

skiria tik keleto rūšių dujų arba jų mišinių kva-

Atstumas nuo Saulės

+——iki

galimybės,

žmogaus pojūčiai, yra ribotos. Žmogaus uoslė

1018

|

pažinimo

—

macijos, glūdinčios žmogų supančiame pasaulyje, sudarė prielaidas tobulinti pažinimo procesą.

Atomų branduolių matmenys

Naudodamas

įvairius prietaisus bei įrenginius,

žmogus praplėtė savo pažinimo ribas, įgijo daugiau žinių apie aplinką. ne tik labai mažų ir didelių atstumų, bet ir didelių energijų bei greičių pasauliais, kuriuose galioja kiti dėsningumai negu mūsų aplinkoje.

Makropasaulyje ir mikropasaulyje vyksta įvairūs materijos kitimai: mechaninis, šiluminis, elektro-

Fizikos moksle taikomi tyrimo metodai Paprasčiausias fizikos tyrimo metodas yra ste-

magnetinis, judėjimas atomo viduje (žr. 1 pav.).

bėjimas. Jį taikant, reiškiniai nagrinėjami na-

lo šaka vadinama mechanika, šiluminį — šilumos

stebėjimo nepakanka, nes jis neteikia jokios mokslinės informacijos apie reiškinius. Tarkime, kad mums nežinomi kūnų laisvojo kritimo

Mechaninį judėjimą nagrinėjanti fizikos moks-

(molekuline) fizika, elektromagnetinį - elektrodinamika ir optika, judėjimą atomo viduje — atomo ir branduolio fizika. Mokantis fizikos, svarbu

ieškoti sąsajų

tarp atskirų

šio mokslo

šakų.

Tai

padeda įprasminti fizikos žinias, formuotis mokėjimui įgytas žinias taikyti praktikoje, mus supantį pasaulį suvokti kaip vieningą visumą.

tūralioje, juos supančioje aplinkoje. Tačiau vien

dėsniai. Norėdami juos nustatyti, turime stebėti kūnų laisvąjį kritimą. Akivaizdu, kad milijonai žmonių, gyvenusių iki Galileo Galilėjaus (Galileo Galilei, 1564—1642), stebėjo šį judėjimą,

tačiau niekas neaptiko bendrų

jo dėsningumų

ir nesuformulavo hipotezės, kad Žemė visiems laisvai krintantiems kūnams suteikia tą patį pagreitį.

Iškeltas hipotezes reikia patikrinti. Tam tiks-

lui taikomas sudėtingesnis tyrimo metodas— eksperimentas

(lot. experimentum — mėgini-

mas, bandymas), arba eksperimentinis metodas.

Svarbiausi jo etapai yra problemos formulavimas, hipotezės iškėlimas, bandymo atlikimas, bandymo rezultatų įvertinimas, išvadų formula-

masės,

tačiau

vienodų

matmenų

kūnais.

Fizi-

kinis eksperimentas neapsiriboja tik bandymu.

Gautus rezultatus reikia teoriškai pagrįsti, palyginti su numatytais

tyrimo

hipotezėje,

įvertin-

ti paklaidas (plačiau apie paklaidų skaičiavimą

skaitykite p. 198). Stebėjimas ir eksperimentas — ne vieninteliai fizikos tyrimo metodai. Teorinėje fizikoje taikomi teoriniai pažinimo metodai.

vimas, išvadų palyginimas su hipoteze (3 pav.).

Fizikos mokslo struktūra: mokslinis faktas, terminas, dėsnis, teorija

PROBLEMA

|

Mėkslinis faktas yra stebėjimu, eksperimentu ar kitais metodais gautas rezultatas. Fizikinių

HIPOTEZĖ

faktų pavyzdžiai: įvairūs daiktai krinta žemyn, šildomi kūnai plečiasi. Apibendrinant mokslinius faktus, formuluojamos minai.

Težminas

mokslinės

sąvokos,

ter-

(lot. terminus — riba, siena) —

žodis arba žodžių junginys, tiksliai pažymintis sąvoką, vartojamą mokslo kalboje. Fizikos terminų yra daug: laisvasis kritimas, šiluminis plėtimasis, bangų lūžimas, fotoefektas ir t. t. Fizikos,

IŠVADOS

kaip ir kitų mokslų, terminija kinta. Pavyzdžiui,

3 pav.

anksčiau vartota kūno impulso sąvoka buvo pa-

Mokslinė hipotezė numato jau žinomų ir naujų

zikos klausimai

reiškinių ryšius. Pavyzdžiui, Galilėjus nustatė bendruosius kūnų kritimo dėsningumus, tačiau nepaaiškino, kodėl kūnai krinta žemyn.

Izaokas

jimu,

Stebint

Niutonas (Isaac Newton) iškėlė hipotezę, teigiančią, kad kūnai krinta žemyn dėl Žemės traukos. Fizikinis eksperimentas grindžiamas stebėtačiau

nuo

jo iš esmės

skiriasi.

dažnai fiksuojama tai, kas ne visuomet atspindi

tikrąją reiškinio esmę. Pavyzdžiui, dar iki Galilėa a C] 3 £T] 2

jaus žmonės pastebėjo, kad sunkūs daiktai krinta greičiau negu lengvi, tačiau niekas nebandė aiškintis, ar iš tikro taip yra. Atlikdamas bandymą (eksperimentą), tyrėjas stengiasi atskleisti reiškinio esmę, panaikinti aplinkos veiksnių poveikį tam reiškiniui. Pavyzdžiui,

esmę,

norėdamas

Galilėjus

atskleisti laisvojo kritimo

eksperimentavo

su

skirtingos

keista į kūno judesio kiekio sąvoką. Klasifikuojant ir lyginant eksperimentų rezul-

tatus, nustatomi bendrieji nagrinėjamų nių dėsningumai.

reiški-

Jais remiantis, formuluojami

fizikos dėsniai. Fizikos dėsnis — gamtoje pa-

sireiškiančių bendrųjų dėsningumų, kurie atsiskleidžia tam tikromis sąlygomis atliekant eksperimentą, aprašymas. Fizikinių dydžių ryšius

galima nusakyti matematinėmis tų dydžių pri-

klausomybėmis

— formulėmis.

Pastovūs

jų dy-

džiai vadinami konstantomis!. Fizikos dėsniai reikšmingi tuo, kad leidžia pa-

aiškinti ne tik nagrinėjamą reiškinį, bet ir dauge-

Jį kitų reiškinių ar eksperimentų. Gausybei gamtos reiškinių pagrįsti užtenka palyginti nedaug pagrindinių fizikos dėsnių.

"Pagrindinių fizikos konstantų vertes pagal 2002 m. reko-

mendacijas galima rasti interneto puslapyje

http://mokslasplius.lt/eksperimentai/fizikines=konstantos.

Fizikos

dėsnių

pagrindu

kuriamos

fizikos

teorijos. Jų išvados tikrinamos eksperimentai:

Vis dėlto jeigu eksperimentai ir patvirtina teorijos išvadas, tai dar nerodo, jog ta teorija yra

užbaigta. Visada išlieka tikimybė, kad nauji tyrimai ją patobulins. Pavyzdžiui, iki XIX a. pabaigos buvo manoma, kad Niutono mechanika yra užbaigta teorija. Ja neabejota net du šimtmečius,

Vėliau paaiškėjo, kad Niutono mechanika nega-

pabaigoje-XX

a. pradžioje), sukurta remiantis

Einšteino postulatai: Vis dėlto specialioji

paneigia

klasikinės

reliatyvumo

Niutono

teorija

mechanikos.

ne-

Kai

kūnai juda mažais greičiais (daug mažesniais už šviesos greitį), specialiosios reliatyvumo teorijos ir Niutono mechanikos išvados sutampa. Šis su-

tapimas parodo Niutono mechanikos galiojimo ribas. Niutono mechanika negali paaiškinti reiš-

li pagrįsti reiškinių, kurie vyksta greičiais, arti-

kinių, vykstančių mikropasaulyje - šiandieninėje

Einšteino specialioji reliatyvumo teorija (XIX a.

technologijoje.

mais šviesos greičiui. Šiuos reiškinius paaiškino

Nagrinėjant sudėtingus reiškinius, naudojami

fizikiniai nėsė

mėūdeliai

—

supaprastintos

fiziki-

emos, išlaikančios esmines savo savybes.

Fizikinis modelis atsižvelgia tik į tas realiosios sistemos savybes, kurių reikia nagrinėjamiems dėsningumams paaiškinti.

Kaip atsiranda fizikinis modelis?

Pavyzdžiui,

nagrinėjant teniso kamuoliuko judėjimą ore, reikia atsižvelgti į tai, kad jis nėra idealaus rutulio formos, kad veikia oro pasipriešinimas, vėjas,

skriedamas kamuoliukas gali suktis, jį veikianti Žemės traukos jėga kinta, be to, kamuoliuko ju-

dėjimui daro įtaką Žemės sukimasis.

Teoriškai

elektronikoje, kompiuterinėje technikoje, nano-

kamuoliuko trajektorija. Vadinasi, teoriškai nustatant kamuoliuko

trajektoriją,

ma šalutinių veiksnių.

Tačiau

buvo

nepaiso-

jeigu šiuo atveju

būtų neatsižvelgta į Žemės trauką, teorinės iš-

vados labai smarkiai skirtųsi nuo eksperimento

rezultatų. Tada kamuoliukas turėtų judėti tiesia

trajektorija. Taigi esminis veiksnys, lemiantis teniso kamuoliuko judėjimą, yra Žemės trauka ir jo nepaisyti negalima.

Nė vienas modelis negali atskleisti visų sistemos savybių. Fizikinių modelių pavyzdžiai: materialusis taškas, absoliučiai standus kūnas, matematinė švytuoklė, taškinis krūvis, idealiosios

apibūdinant kamuoliuko trajektoriją, jo matmenų, oro pasipriešinimo ir Žemės sukimosi ne-

dujos,

jėga yra pastovi. Šitaip

Albertas Einšteinas (Albert Einstein) ir žavėjosi

paisoma. Daroma prielaida, kad Žemės traukos teoriškai

apskaičiuota

supaprastinus

kamuoliuko

judėjimą,

trajektorija

yra parabolės šaka. Ji beveik sutampa su realia

modelis

idealusis ir pan.

laidininkas,

planetinis

atomo

Tie patys modeliai tinka skir-

tingiems fizikiniams reiškiniams aiškinti. Dėl to fizikos mokslu, kad jame galima nuveikti nepaprastai daug, žinant tiek mažai.

( Kas yra materija? Pateikite materijos kitimo

koje, tačiau nepakanka formuotis moksliniam

pavyzdžių.

Kaip vadinama žmogaus nejuntama materija? Pateikite jos pavyzdžių. Jutimo organais gaunamos informacijos žmo-

gui pakanka gerai orientuotis buitinėje aplin-

pasaulėvaizdžiui. Pagrįskite arba paneikite šį teiginį.

e)

Kas yra fizikiniai modeliai? Kodėl jie naudojami fizikos moksle? Pateikite fizikinių modelių pavyzdžių.

2. Fizikos mokslo raida pasaulyje ir Lietuvoje

Fizikos mokslo raida pasaulyje Manoma,

kad

pirmą

kartą

terminą

„fizika“

IV a. iki Kr. pavartojo graikų filosofas ir moksli-

ninkas Aristotelis (Aristotelės, 384—322 iki Kr.).

Žodis „fizika“ yra kilęs iš graikų kalbos ir reiškia gamtą (gr. physis - gamta). Bandymų paaiškinti supantį pasaulį, jo prigimtį, sandarą būta dar iki Aristotelio. Graikų filosofai Talis (T'halės), Anaksimenas (Anaximenės) ir Herakleitas (Herakleitos) manė, kad pasaulis sudarytas iš keturių pradų: žemės, vandens, oro ir ugnies,

ir jį galima pažinti remiantis logika, einant nuo bendriausių idėjų prie reiškinių. Aristotelis, skirtingai nei jo pirmtakai, pasirinko kitą pasaulio pažinimo būdą. Jis nagrinėjo ne fizikinius modelius, o tyrė realų judėjimą veikiant oro pasipriešinimui

bei trinčiai. Todėl jo išvados skiriasi nuo šiuolaikinės fizikos išvadų. Apibendrinęs sukauptas žinias, Aristotelis sukūrė

gamtos filosofiją, kurios

buvo laikomasi apie du tūkstančius metų. Naujas fizikos mokslo etapas prasidėjo XVII amžiuje, ėmus taikyti mokslinio pažinimo me-

todus, pagrįstus bandymais, matematiniu rezultatų apibendrinimu. Galilėjaus ir Niutono laikais Ikos klausimai

(XVII a.) fizika atsiskyrė nuo gamtos filosofijos ir

B

a Eo s £I] =

susiformavo kaip savarankiškas mokslas, turintis

savo tyrimo objektą bei pažinimo metodus. Tuo

laikotarpiu pradėti steigti universitetai, kuriuose

minės jūrų transporto priemonės. XX a. fizikos

mokslas mą), bet paleistas 1961 m.

sparčiai tyrė ne tik mikropasaulį (atoir makropasaulį (kosmosą). 1957 m. pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, žmogus pirmą kartą pakilo į kosmosą,

o 1969 m. išsilaipino Mėnulyje.

Fizika

yra

reikšmingas

praktiniu

požiūriu

mokslas. Ji skatina technikos plėtrą, o technikos

pažanga visais laikais lėmė ir tobulino žmonių gyvenimą.

Pritaikius kvantinės

fizikos laimėji-

mus, 1946 m. JAV sukurti pirmieji kompiuteriai, iš esmės pakeitę ne tik technologinius procesus,

mokymo technologijas, bet ir kasdienę žmonių buitį. Šiandien, informacinės visuomenės sąlygomis, be fizikos žinių neapsieina tiek profesinė (gydytojų, medicinos mokslų tyrinėtojų, inžinierių, astronomų), tiek buitinė žmonių veikla. Fizikos mokslo laimėjimai praktikoje dabar

pritaikomi daug greičiau. Antai telefonas buvo

pagamintas praėjus 56 metams nuo jo idėjos at-

siradimo, o lazeris - vos po dvejų metų.

Fizikos ir technikos sąveika yra abipusė. Tech-

nika savo ruožtu daro įtaką fizikos raidai. Tobu-

lesni prietaisai ir naujausios technologijos sudaro prielaidas atlikti tikslesnius bandymus, gauti patikimesnius tyrimo duomenis. Fizika yra glaudžiai susijusi su technika.

Ku-

buvo mokoma fizikos. Fizika perėjo nuo tiesio-

riant naujus prietaisus, įrenginius, remiamasi fizikos dėsniais, teorijomis. Pavyzdžiui, atsklei-

reiškinių prie sudėtingesnių, sunkiau pastebimų.

dus elektrinių reiškinių esmę, buvo pradėti kurti

XVII-XVIII a. sparčiai rutuliojosi mechanika, XVIII-XIX a. — termodinamika, elektra, mag-

įvairūs elektriniai prietaisai, be kurių sunkiai įsi-

netizmas.

reiškinius, buvo sukurti vidaus degimo varikliai,

XIX

a. pabaigoje atrodė, kad fizikos

vaizduotume šių dienų buitį. Ištyrus šiluminius

mokslas yra jau užbaigtas. Tolesni tyrimai sudarė prielaidas formuotis naujoms fizikos mokslo

naudojami įvairiose transporto priemonėse. Fi-

rijai, elementariųjų dalelių teorijai. Mokslinin-

ografai, astronomai.

šakoms: kvantinei mechanikai, reliatyvumo teokai išmoko naudoti atomuose slypinčią energiją. Pradėtos

statyti atominės

elektrinės, kurti ato-

zikos

mokslo

atradimais

naudojasi

kitų sričių

mokslininkai: genetikai, biologai, chemikai, ge-

Neapgalvota technikos plėtra turi neigiamą įta-

ką gamtai. Taikant nekokybiškas technologijas,

4 pav.

į aplinką išmetama daug sieros, anglies ir azoto,

5 pav. Stichinė nelaimė Japonijoje 2011

m. pavasarį

azoto ir švino junginių, kitų kenksmingų medžia-

patvirtino, kad branduolinė

taršos rūšių. Daug problemų kelia radioaktyvioji

įvykus avarijai Fukušimos atominėje elektrinėje,

gy. Tobulėjant technologijoms, atsiranda naujų

tarša. Mokslininkų manymu, Baltija (4 pav.) yra pati radioaktyviausia jūra pasaulyje. Ji daugelį metų teršiama įvairių šalių atominių elektrinių radioaktyviosiomis atliekomis. Baltijos jūros tar-

šai turėjo įtakos Černobylio katastrofa, atominių bombų bandymai Šaltojo karo metu.

energetika ne visa-

da yra saugi. Dėl žemės drebėjimo ir cunamio

į aplinką (orą, vandenį, dirvožemį) pateko daug radioaktyviųjų teršalų (5 pav.). Nelaimė Japonijoje privertė pasaulio mokslininkus ir politikus keisti požiūrį į branduolinę energetiką, ieškoti būdų,

kaip didinti jos saugumą.

Fizikos mokslo raida Lietuvoje Šiuo metu Lietuvojė fizikos mokslas plėtoja-

mas mokslo centruose ir aukštosiose mokyklose. Lietuvojė veikia nemažai institutų, kuriuose

atliekami fizikiniai tyrimai. Pirmieji jų įkurti XX

a. viduryje: Fizikos institutas - 1956 m.,

Elektrografijos institutas - 1957 m. Praėjus dešimtmečiui,

1967

m., įsteigti dar du institutai:

Fizikinių ir techninių energetikos problemų institutas bei Puslaidininkių fizikos institutas. Pats jauniausias šalyje yra Vilniaus universiteto

11

sio skyrė

fizikos

sritims,

kurios

šiandien

mūsų

šalyje plėtojamos sėkmingiausiai: spektroskopijai, puslaidininkių fizikai, lazerinei fizikai. Lietuvojė kuriant pirmuosius lazerius (1965 m.), daug

pasidarbavo

akademikas

Jurgis Viščakas

(1927-1990), tuo metu ėjęs Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedros vedėjo pareigas. Jis domėjosi lazerių taikymu puslaidinin-

kiams tirti. Vilniaus universiteto Kvantinės elektronikos katedros darbai turi ir praktinę reikšmę.

Lietuvojė pagaminti lazeriai (7 pav.) yra puikios

konstrukcijos ir konkurencingi Vakarų rinkoje:

Anglijoje, Izračlyje, JAV ir kitur. Lietuvos

mokslininkai

yra nemažai

nuveikę

tarptautiniu mastu tirdami nanodarinių savybes,

jų auginimo technologiją ir taikymą. Priešdėlis „nano“ reiškia milijardąją dalį ir yra siejamas su

įprastu ilgio vienetu metru. Nanodariniai — tai objektai, kurių matmenys mažesni už 100 nanometrų, o nanotechnologija — tokių darinių

kūrimas ir taikymas. Nanotechnologija svarbi tolesnei lazerių ir optinių technologijų pažangai,

medicinos įrangos bei gydymo, statybinių me-

6 pav.

džiagų savybių tobulinimui.

Teorinės fizikos ir astronomijos

institutas, įkur-

Vilniaus

fizikos ir astro-

tas 1990 m., atskyrus jį nuo Fizikos instituto. universiteto

Teorinės

nomijos institutui priklauso prie Molėtų pasta-

tyta astronomijos observatorija (6 pav.). Šalia jos

Lietuvojė sėkmingai plėtojama pjezomechani-

ka. Už darbų ciklą „Pjezomechaninės sistemos: teorija ir taikymai (1996-2009)“ šalies mokslininkams Ramučiui

įsikūręs Etnokosmologijos centras. Obser-

vatorijoje

ir Etnokosmologijos

centre

kasmet

apsilanko šimtai grupių, kurių dalyviai supa-

žindinami su Lietuvės ir pasaulio astronomijos naujienomis, teleskopais.

Fizikos mokslas nuo seno plėtojamas Lietuvės aukštosiose mokyklose. Vilniaus universitetas

turi

senas

fizikinių

mokslų

tradicijas,

kurios puoselėjamos nuo universiteto įkūrimo laikų. Tarpukario Lietuvojė didelis dėmesys fizikai buvo skiriamas Kaūno Vytauto Didžiojo universitete, kur fizikos mokslą turtino Povilas Brazdžiūnas

(1897-1986),

Vincas

Čepins-

kis (1871-1940), Ignas Končius (1886-1975),

Antanas Žvironas (1888-1954), Adolfas Jucys

(1904-1974) ir kiti. Dar tarpukariu padėjęs eksperimentinės fizikos mokslo pagrindus, pokario Lietuvoje Povilas Brazdžiūnas daug dėme12

7 pav.

Bansevičiui, Genadijui Kul-

viečiui ir Piotrui Vasilievui 2010 m. įteikta Lietuvės mokslo premija. Pjezomechanikoje naudojamos aktyviosios medžiagos, kurios gali sukelti

mechanizmo

judesius,

teikti

informaciją

apie aplinką. Dėl to pjezoelektrinės medžiagos

dar vadinamos sumaniosiomis (angl. smart ma-

terials). Pjezomechanikos atradimai keičia pramonės bei medicinos technologijas, ligonių

gydymo

metodus.

Pjezomechanika

yra naujo

mokslo — mechatronikos — posistemis. Ji jungia

elektrotechniką, mechanines sistemas ir kompiuteriją. Mechatronikos kūrimasis yra mokslų

integracijos pavyzdys (8 pav.). K

2

K

Projekta- | Grįžtamasis vimas Tyšys Sistemos dinamika e

Valdikliai

*

Mechatronika

|2

Jutikliai

p

Šia

kiniuose

sistemos

kompiuteriuose

cesorių aušinimo

sistemos),

naudojamos

šiuolai-

robotuose

(9 pav.),

(kietieji

diskai,

pro-

ruošinių transportavimo, matavimo įrenginiuo-

se, automobilių stabdžių antiblokavimo sistemo-

se, skalbyklėse ir daug kur kitur.

Lietuvojė dirbama ir kitose fizikos mokslo srityse. Tiek Lietuvojė, tiek užsienio šalyse žinoma

fizikos mokslo akademikų Algio Petro Piskarsko

(kvantinė elektronika), Juro Poželos (puslaidininkių fizika), Algirdo Šileikos (puslaidininkių fizika), Zenono Rokaus Rudziko (1940-2011)

(teorinė fizika) ir kitų mokslininkų veikla.

a