Loading...
Использование информационно-коммуникационные технологии в учебно-воспитательном процессе Сделай опрос по этой теме
Quiz by Amina
Customize this quiz to suit your class
Instantly translate to 100+ languages
Tag the questions with any skills you have. Your dashboard will track each student's mastery of each skill.
Give this quiz to my class
Использование времен Present Simple и Present Continuous для рассказа о досуге - Starter QuizИспользование искусственного интеллекта в образованииИспользование времен Present Simple и Present Continuous для рассказа о досуге - Exit QuizИспользование глагола to be в правильной формеТаблица умножения и её использование - Starter Quiz4 Базы, терминалы. Использование сжиженных газовЧто называют простыми механизмами Умение облегчать себе труд с помощью технологий отличает человека от животного. Тысячи лет назад наши предки научились мастерить простые механизмы, которые способны увеличивать усилие, а также изменять направление прикладываемой силы. Принципы их работы лежат в основе любого орудия труда — от садовой лопаты до подъёмного крана. Простые механизмы — приспособления, служащие для преобразования вектора силы по величине и/или направлению. Подписывайтесь на телеграм-канал Домашней школы Фоксфорда — здесь мы каждый день публикуем полезные посты о лайфхаках обучения, тайм-менеджменте, развитии и поддержке школьников, а ещё делимся бесплатными материалами и шпаргалками. Виды простых механизмов Наклонная плоскость и её разновидности: клин и винт. Рычаг и его разновидности: блок и ворот. Теперь расскажем, как они работают. В этой статье мы рассмотрим действие идеальных механизмов, в работе которых не учитывается сила трения. Работа простых механизмов Наклонная плоскость Подниматься по пологому склону горы легче, чем карабкаться по отвесной скале. Чем меньше наклон — тем легче его преодолеть. Это нехитрое наблюдение помогло людям создать простой механизм — наклонную плоскость. Допустим, нам нужно поднять груз на определённую высоту. Конечно, можно сделать это непосредственно. Поднятие груза на высоту Правда, если груз большой, приложить достаточную силу будет нелегко. Но если поставить его на лёгкую тележку и вкатывать по наклонной плоскости, то понадобится гораздо меньше усилий. Наклонная плоскость Чем меньше угол наклона плоскости, тем больше выигрыш в силе: k = l / h. Чтобы просто поднять груз весом в один килограмм, требуется усилие: F1 = mg = 9,8 H. Теперь посмотрим, какое усилие понадобится, чтобы поднять этот груз на один метр, используя наклонную плоскость длиной десять метров: Использование наклонной плоскости позволило нам выиграть в силе в десять раз. Но путь, который нам пришлось пройти с грузом, также увеличился вдесятеро. Бесплатный доступ к занятиям в Домашней школе Вы получите записи уроков по нескольким предметам, познакомитесь с учителями и попробуете решить домашнее задание Начать бесплатно Клин С помощью наклонной плоскости удобно не только поднимать грузы. Рассмотрим топор: его лезвие — это клин, боковые поверхности которого сходятся под острым углом, образуя наклонные плоскости. Когда мы вонзаем топор в полено, эти плоскости с огромной силой раздвигают волокна древесины и заставляют полено расколоться. Клин При ударе сила P вгоняет топор в дерево, и на его лезвие действуют сдавливающие силы F со стороны полена. Проекция каждой из сил F на плоскость симметрии лезвия (AB) равна Fsinα. Поскольку они действуют с двух сторон, условие равновесия сил таково: P = 2Fsinα. Чем длиннее и острее клин (то есть чем меньше угол), тем меньше может быть P по отношению к 2F. Угол лезвия обычного колуна — около 25°, соответственно, сила Р примерно в пять раз меньше, чем 2F. Иными словами, чтобы расколоть полено, нужно приложить в пять раз меньше усилий, чем требуется, чтобы разорвать его. Люди пользуются топорами уже более 9 тысяч лет. Гвозди, иглы и ножи работают по тому же принципу. Клин придуман не человеком, а самой природой: например, клюв дятла легко вонзается в дерево благодаря оптимальной клиновидной форме. Винт Если свернуть наклонную плоскость в спираль вокруг цилиндра — получится винт. Винт Впервые описание винта встречается в работах древнегреческого учёного Архита Тарентского, жившего в V–IV веках до нашей эры. Знаменитый Архимед в III веке до нашей эры создал с помощью винта устройство для подъёма воды в оросительные каналы. Винты широко используют для крепления деталей, бурения отверстий и даже в качестве движителя сверхпроходимых шнекороторных вездеходов. Резьба винта — это наклонная плоскость длиной l и высотой h, свёрнутая в трубочку. Когда мы наворачиваем гайку на болт, мы перемещаем её по наклонной плоскости. Как и в случае с обычной плоскостью, выигрыш в силе равен отношению h к l, но теперь l рассчитывается по формуле длины окружности: l = πD. Расстояние между витками называют шагом резьбы. Чем оно меньше, тем длиннее плоскость и больше выигрыш в силе. Рычаг Простейший рычаг — это палка, способная вращаться вокруг неподвижной опоры. Принцип рычага используется при работе башенного крана, рычажных весов, кухонных ножниц и даже обычной лопаты. Интересно, что кости в наших конечностях тоже работают как рычаги. Рычаг У любого рычага есть точка опоры (О) и два плеча (длины l1 и l2), к которым в точках A и B прикладываются силы. Вращение рычага зависит от приложенной к нему силы и от длины плеча. Чем больше сила и чем длиннее плечо, тем сильнее вращающее действие. Именно поэтому работать лопатой проще, держа её ближе к концу черенка, а нести груз на согнутой руке легче, чем на вытянутой. На рисунке тело А воздействует на рычаг с большей силой, чем тело B, но плечо l1 короче, чем l2, поэтому тела находятся в равновесии. В таких случаях говорят, что моменты двух сил уравновешены. Момент силы — произведение силы на длину плеча: M = F ⋅ l. Рассчитаем моменты силы для обоих тел: MA = PA ⋅ l1 = mAgl1. MB = PB ⋅ l2 = mBgl2. Тела находятся в равновесии, значит, mAgl1 = mBgl2. Чем больше будет длина плеча l2, тем меньшее усилие понадобится, чтобы уравновесить тело A. Так, при достаточной длине рычага можно поднять даже неподъёмный груз. Действие рычага Чтобы просто поднять тело, нужно преодолеть силу тяжести: F = mg. Чтобы вычислить силу для поднятия тела рычагом, нужно приравнять соответствующие моменты сил: mgl1 = Fx ∙ l2. Следовательно, Если l1 больше l2 в пять раз, то: Увеличивая длину плеча, мы выигрываем в силе, но проигрываем в перемещении. Нам удалось уменьшить силу в пять раз, но чтобы короткое плечо рычага поднялось на 10 сантиметров вверх, придётся опустить длинное на 50 сантиметров. Бесплатное руководство: как перейти на семейное образование Рассказываем, как забрать документы из обычной школы и перейти на домашнее обучение с онлайн‑аттестацией Email Телефон Принимаю условия соглашения и даю согласие на обработку своих персональных данных на условиях политики конфиденциальности Блок Частный случай рычага — блок. Так называют колесо с жёлобом, в который вложен трос. Если ось колеса зафиксировать, к одному концу троса привязать груз, а за другой тянуть, получится простой механизм — неподвижный блок. Неподвижный блок На груз действует сила тяжести F = mg. Чтобы удержать верёвку, требуется приложить такую же силу. Никакого выигрыша в величине силы неподвижный блок не даёт. Зато можно менять её направление — тянуть верёвку в любую сторону. Если прицепить груз к оси колеса, один конец верёвки закрепить, а за другой тянуть, получится подвижный блок, который позволяет выиграть в силе в два раза. Эффект достигается за счёт того, что блок с грузом поднимают как бы сразу две верёвки: за левую тянет человек, а правую натягивает вбитый в потолок гвоздь. Подвижный блок За выигрыш в силе приходится платить проигрышем в перемещении: чтобы поднять груз на нужную высоту h, понадобится выбрать вдвое большую длину и верёвки: l = 2h. Ворот Ворот издревле применяется для поднятия воды из колодца. К барабану, способному вращаться вокруг своей оси, прикреплены верёвка и рукоять. Когда мы вращаем рукоятку — вращается и цилиндр, а верёвка наматывается на него, поднимая или опуская груз. Ворот Ворот действует по тому же принципу, что и рычаг: плечом силы в данном случае становится рукоятка, а плечом груза — радиус барабана. Чем длиннее рукоять относительно радиуса барабана — тем больше выигрыш в силе. На рисунке длина рукояти равна трём радиусам барабана. Значит, он поднимает ведро с силой, в три раза большей, чем сила наших рук. При этом путь, который проходит рукоять ворота, в три раза длиннее куска верёвки, который в это время накручивается на вал. Золотое правило механики Все примеры простых механизмов, которые мы рассмотрели, имеют одно общее свойство, которое называют золотым правилом механики. Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в перемещении. Произведение силы на перемещение в механике называется работой и обозначается буквой А: A = F ⋅ S ⋅ cos α, где α — угол между векторами силы и перемещения. Если направления векторов совпадают, формула работы выглядит проще: A = F ⋅ S. Сэкономить в силе больше, чем проиграть в перемещении — то есть выиграть в работе — не позволяет ни один механизм. Чем меньше силы нужно потратить при подъёме тела по наклонной плоскости, тем длиннее должна быть эта плоскость. Чем меньше сил нужно для воздействия на рычаг — тем длиннее должно быть его плечо. «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю» — заявил Архимед. Теоретически он мог бы поднять груз, равный нашей планете, выбрав рычаг подходящей длины. Масса Земли — примерно 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн, в то время как человек в среднем способен поднять груз около 60 килограммов. А значит, плечо силы должно быть больше плеча груза в 100 000 000 000 000 000 000 000 раз. Поэтому, чтобы плечо груза сдвинулось хотя бы на один сантиметр, учёному пришлось бы сдвинуть плечо силы на 1000 000 000 000 000 000 км. Даже со скоростью движения в 1 м/с на это ушло бы тридцать тысяч миллиардов лет. Ответим что же такое сама «наука»? Как совершаются научные открытия и как мы убеждаемся в том, что они действительно отражают истину? Какую роль играет наука в обществе? Именно на эти вопросы отвечает особая дисциплина – философия науки. Философия науки – это специальный раздел философии, который рассматривает науку как познавательную деятельность, особую систему знаний и важный социальный институт. Она критически исследует природу науки, её основания, методы, предпосылки и результаты. Философия науки смотрит на науку «со стороны», стремясь понять её внутренние закономерности, логику развития и место в обществе. Зачем этот предмет нужен вам? • Развитие критического мышления. Философия науки учит глубже понимать методологические основы собственного исследования, видеть его сильные и слабые стороны. • Широкий взгляд. Она помогает осознать, что теории и концепции в вашей области не являются абсолютной истиной, а представляют собой результат исторического развития науки. • Исследовательская грамотность. Зная критерии научного знания, вы сможете легко отличать качественные исследования от псевдонаучных работ. • Открытость новым идеям. Понимание того, как меняется наука, формирует у исследователя готовность критически смотреть на устаревшие догмы и стремиться к новаторству. 2. Наука, знание и научное знание: уточнение определений В повседневной жизни мы часто используем слова «наука» и «знание» как синонимы, однако между ними есть принципиальное различие. • Знание – это совокупность достоверных сведений о материальных и духовных явлениях. Оно может быть получено на основе повседневного опыта (например, знание того, что огонь обжигает) или через искусство. Это – обыденное знание. • Научное знание – особая, более высокая форма знания. Оно не только описывает явления, но и стремится раскрыть их причинно-следственные связи и внутренние закономерности. Характерные черты научного знания: системность, логическая доказательность, объективность, теоретическая обоснованность и возможность проверки (верификации/фальсификации). • Наука – это не просто совокупность научных знаний. Это особый социальный институт, который производит, хранит и развивает эти знания. В науку входят университеты, лаборатории, научные сообщества, журналы и сами учёные. Таким образом, наука – это одновременно процесс, система и социальное явление. ________________________________________ 3. Предмет, структура и основные задачи философии науки • Объект философии науки – это наука в целом. • Предмет философии науки – общие закономерности возникновения, функционирования и развития научного знания. Иными словами, философия науки не исследует отдельные физические или химические законы. Она задаётся фундаментальными вопросами: «Что такое закон?», «Как строится теория?», «Каковы критерии доказательства?» Основные разделы философии науки: 1. Онтология науки – исследует, существуют ли реально те объекты, которые описывают научные теории (электрон, ген, гравитация), или они лишь удобные модели. 2. Гносеология (эпистемология) науки – анализирует возможности и границы научного познания, критерии истины. 3. Методология науки – изучает методы, процедуры и логику научного исследования. 4. Аксиология науки – рассматривает роль ценностей (объективность, простота, точность) и этическую ответственность учёного. ________________________________________ 4. Ключевые проблемы философии науки 4.1. Проблема демаркации: как отличить науку от псевдонауки? Это один из центральных вопросов философии науки. Например, астрономия – это наука, а астрология – псевдонаука. Где провести границу? Карл Поппер предложил принцип фальсифицируемости. • Научная теория должна допускать возможность опровержения. Если можно вообразить эксперимент или наблюдение, которое покажет её ложность, то это – наука. • Пример: утверждение «Все лебеди белые» является научным, так как одного чёрного лебедя достаточно, чтобы опровергнуть эту гипотезу. А вот астрологические прогнозы («Сегодня у вас будет удачный день, если вы будете осторожны») нельзя опровергнуть, поскольку они слишком размыты. 4.2. Проблема научного метода: как получается научное знание? Существуют два основных подхода: • Индуктивизм. Научное знание строится от частных наблюдений к общим выводам. Например, наблюдая множество белых лебедей, мы делаем вывод: «Все лебеди белые». Но проблема в том, что невозможно охватить все случаи. • Гипотетико-дедуктивный метод. Учёный сначала выдвигает гипотезу, затем логически выводит из неё следствия и проверяет их в опыте. Если данные подтверждают гипотезу, она временно принимается. Если опровергают – гипотеза отвергается. Современная наука в большей степени опирается на этот метод. 4.3. Научные революции: постепенное или скачкообразное развитие? Распространённое мнение – наука развивается постепенно, путём накопления знаний. Однако Томас Кун в книге «Структура научных революций» показал, что развитие науки носит скачкообразный, революционный характер. • Парадигма – совокупность теорий, методов и ценностей, господствующих в определённый исторический период. • Нормальная наука – работа внутри действующей парадигмы, решение «головоломок». • Научная революция – переход к новой парадигме, когда старая не справляется с аномалиями. • Пример: переход от геоцентрической системы Птолемея к гелиоцентрической системе Коперника. 4.4. Статус научных теорий: описывает ли наука объективную реальность? • Научный реализм. Теории отражают действительность, хотя и неполно. Электроны, гены и чёрные дыры реально существуют. • Антиреализм (инструментализм). Теории – это лишь инструменты для объяснения и предсказания явлений, а их «объекты» могут и не существовать. 4.5. Движущие силы развития науки: интернализм и экстернализм Что больше влияет на развитие науки: её внутренняя логика или внешние социальные факторы? • Интернализм. (А. Койре, К. Поппер) – развитие науки определяется внутренней логикой идей и проблем. • Экстернализм. (Дж. Бернал) – решающую роль играют социальные, экономические и политические факторы. Например, развитие атомной физики было ускорено холодной войной. Современный взгляд сочетает оба подхода: наука развивается под влиянием и внутренних, и внешних факторов. 1.1. Три аспекта бытия науки 1) Наука как вид познавательной деятельности Наука — это процесс производства знаний о мире. Она отличается от других форм познания. • Обыденное познание: человек знает, что «солнце всходит утром», но не объясняет, почему. • Художественное познание: Толстой или Абай через художественный образ раскрывают истину о человеческой душе. • Философское познание: Сократ задавал вопрос «Что есть добро?», стремясь к универсальному пониманию. • Религиозное познание: в Библии или Коране истина воспринимается как откровение, не требующее доказательств. • Научное познание: Коперник доказал гелиоцентрическую систему через наблюдения и расчёты. Специфика научного познания: • Ученый Галилей проводил эксперименты с наклонной плоскостью, доказывая законы движения. • Язык науки — математика: Эйнштейн записал теорию относительности в виде формулы E = mc². Модели деятельности: • Эмпиризм: Фрэнсис Бэкон настаивал — «Знание есть сила», и оно добывается через опыт. • Теоретизм: Декарт утверждал «Cogito, ergo sum» и верил в первенство разума. • Проблематизм: Карл Поппер считал, что наука растёт через гипотезы и их опровержение. Например, теория Ньютона была дополнена и скорректирована теорией относительности Эйнштейна. ________________________________________ 2) Наука как система научных знаний Знания делятся на виды: • «Знаю как» (например, хирург умеет проводить операцию). • «Знаю кого» (биолог знает конкретный вид растения). • «Знаю что» (Ньютон установил закон всемирного тяготения). Критерии научности: • Объективность: астрономические наблюдения Кеплера повторяемы для любого исследователя. • Проверяемость: опыт Менделеева с химическими элементами был воспроизведён другими учёными. • Системность: физика объединяет механику, электродинамику, термодинамику в целостную картину. • Развитие: в биологии дарвинизм получил новые формы (синтетическая теория эволюции). ________________________________________ 3) Наука как социальный институт Наука имеет социальное измерение. • В античности учёные были философами-одиночками (Фалес, Аристотель). • В XIX веке — университетские лаборатории (например, лаборатория Д. И. Менделеева). • В XX веке возникла «большая наука»: o Манхэттенский проект (создание атомной бомбы) требовал усилий сотен физиков. o Космическая гонка (СССР и США) — пример науки как национального проекта. • Сегодня наука развивается в международных коллаборациях: CERN (Большой адронный коллайдер), проекты по исследованию климата и генома человека. Таким образом, наука — не только знание, но и социальная сила. ________________________________________ 1.2. Предмет, структура и функции философии науки Философия науки как дисциплина Философия науки оформилась в XIX–XX вв. • Август Конт и позитивисты считали, что наука — высшая форма знания. • В XX веке Карл Поппер, Томас Кун, Имре Лакатос, Юрген Хабермас развивали разные подходы к пониманию науки. Предмет философии науки Главная задача — понять, как развивается наука. Пример: • Томас Кун в книге «Структура научных революций» показал, что наука движется не линейно, а через смену парадигм. o Ньютоновская механика → Теория относительности Эйнштейна → Квантовая механика. Структура философии науки • Онтология науки: что есть наука (например, спор — есть ли математика «открытие» или «изобретение»?). • Гносеология науки: как формируется знание (пример — спор эмпириков и рационалистов). • Методология науки: как исследовать (эксперимент Ньютона с призмой как метод проверки гипотезы). • Логика науки: использование дедукции (Аристотель) и индукции (Бэкон). • Аксиология науки: ценности (например, этические дебаты об использовании ядерной энергии). • Социология науки: Роберт Мертон описал «нормы науки» (универсализм, коммунизм знания, бескорыстность, скептицизм). ________________________________________ 1.3. Логико-эпистемологический подход Эпистемология • Цель науки — не просто мнение, а знание, которое можно доказать. • Пример: гипотезы алхимиков («философский камень») не стали наукой, так как не имели доказательств. Аристотель • В «Органоне» изложил основы логики. • Считал, что истинное знание — это знание причин. • Например, он объяснял движение тел «естественными местами». Хотя это оказалось ошибочным, его подход систематизировал мышление. Галилей • Ввел эксперимент как метод науки. • Считал, что «книга природы написана на языке математики». • Его опыт с падением тел в Пизе стал символом экспериментального метода. Современность • Вероятностные модели: прогноз погоды — пример вероятностного предсказания науки. • Статистические методы: в медицине доказательная практика основана на больших выборках. • Компьютерное моделирование: климатические модели, симуляции космоса, генетические вычисления. ________________________________________ Заключение Наука — это сложное явление: • как деятельность она производит новое знание, • как система — хранит и развивает его, • как институт — становится мощной культурной и социальной силой. Философия науки позволяет понять, как именно растет знание: через парадигмы (Кун), через опровержения (Поппер), через программы исследований (Лакатос). Сегодняшняя наука стоит перед вызовами — биоэтика, искусственный интеллект, экология. Философия науки помогает искать баланс между техническим прогрессом и ценностными ориентирами человечества. Изучение философии науки помогает выработать критическое мышление, видеть скрытые основания научных теорий и оценивать границы их применимости. В современном мире, когда наука тесно связана с технологиями, экономикой и культурой, философия науки напоминает о необходимости сохранять баланс между объективным знанием и этической ответственностью. Таким образом, философия науки не только исследует науку как особый тип знания, но и формирует мировоззренческую основу, необходимую для гармоничного развития общества.