Фізіка ў паўсядзённым жыцці
Фізіку часта лічаць «цяжкім» і шаблонным прадметам. Тым не менш, мы не ўсведамляем гэтага, але амаль кожная наша штодзённая дзейнасць кіруецца фізічнымі прынцыпамі. Ад абуджэння, уключэння святла, кіпячэння вады, кіравання аўтамабілем да карыстання мабільным тэлефонам — усё звязана з паняццямі сілы, энергіі, электрычнасці, хваль і цяпла. Разуменне фізікі ў паўсядзённым жыцці не толькі палягчае засваенне матэрыялу, але і дапамагае нам больш лагічна думаць, эканоміць энергію і быць больш бяспечнымі ў нашай дзейнасці.
1. Рух і стыль: хада, язда на ровары і кіраванне аўтамабілем
Калі мы ходзім, нашы целы адштурхоўваюцца ад зямлі праз трэнне. Затым зямля «штурхае» нас наперад. Без трэння нам было б цяжка хадзіць — вось чаму слізкія паверхні, такія як мокрая падлога або лёд, дазваляюць людзям лёгка паслізнуцца.
Тое ж самае тычыцца і язды на ровары. Веласіпедныя шыны счапляюцца з дарогай дзякуючы трэнню, што дазваляе ровар рухацца наперад пры націсканні на педалі. Канцэпцыя Ньютана таксама зразумелая: калі мы рэзка тармазім, наша цела, як правіла, штурхаецца наперад. Гэта адпавядае першаму закону Ньютана (інерцыя), які сцвярджае, што прадметы, як правіла, захоўваюць свой стан. Вось чаму рамяні бяспекі ў транспартных сродках так важныя: яны не дазваляюць целу працягваць рухацца наперад, калі транспартны сродак рэзка спыняецца.
Калі аўтамабіль рухаецца, рухавік пераўтварае хімічную энергію паліва ў механічную. Аўтамабіль можа падымацца на ўзгорак, таму што цяга колаў пераадольвае сілу цяжару, якая спускаецца ўніз. Чым круцейшы ўзгорак, тым большыя намаганні патрабуюцца. Кіроўцы таксама адчуваюць цэнтрабежную сілу пры павароце, асабліва на высокіх хуткасцях. Нягледзячы на тое, што тэрмін «цэнтрабежная сіла» насамрэч з'яўляецца эфектам інерцыі, адчуванне «кідання» ўбок дэманструе, як цела рэагуе на змены кірунку руху.
2. Энергія і намаганні: ад узняцця прадметаў да фізічных практыкаванняў
Фізіка дапамагае нам зразумець, чаму ўзняцце цяжкіх прадметаў стамляе. Калі мы падымаем прадмет, мы выконваем працу, прыкладаючы да яго сілу, прымушаючы яго рухацца ўверх. Гэтая праца павялічвае гравітацыйную патэнцыяльную энергію аб'екта. Чым вышэй мы яго падымаем, тым больш энергіі назапашваецца.
У спорце фізіка прысутнічае праз кінетычную энергію і імпульс. Пры ўдары па мячы нага стварае імпульс, які змяняе імпульс мяча, прымушаючы яго рухацца. Чым даўжэй нага кантактуе з мячом або чым большая сіла ўдару, тым большая змена імпульсу. Вось чаму тэхніка ўдару нагамі, удараў або кідкоў настолькі важная ў спорце: становішча цела, вугал і час кантакту ўплываюць на вынік руху аб'екта.
3. Тэмпература, цяпло і цеплаперадача ў доме
Кулінарыя — гэта «фізічная лабараторыя», якая знаходзіцца вельмі блізка да нас. Калі мы кіпяцім ваду, цяпло ад пліты перадаецца ў рондаль, а затым у ваду. Перадача цяпла адбываецца трыма асноўнымі спосабамі:
1. Цеплаправоднасць: цяпло праходзіць праз цвёрдыя прадметы. Напрыклад, ручка патэльні награваецца, калі яна не пакрыта ізалятарам.
2. Канвекцыя: перадача цяпла праз паток вадкасці (вадкасці або газу). Калі вада кіпіць, гарачая вада падымаецца, а халодная апускаецца, утвараючы канвекцыйныя патокі.
3. Выпраменьванне: цяпло распаўсюджваецца хвалямі, не патрабуючы асяроддзя. Мы можам адчуваць цяпло ад агню або сонечнага святла, не дакранаючыся да іх.
Халадзільнікі таксама працуюць па прынцыпе цяпла, але шляхам «перамяшчэння» цяпла знутры вонкі. Халадзільная сістэма выкарыстоўвае кампрэсар і хладагент для паглынання цяпла з месцаў захоўвання прадуктаў і вызвалення яго ў задняй частцы халадзільніка. Вось чаму задняя частка халадзільніка часта адчуваецца цёплай.
Акрамя таго, у тэрмасах выкарыстоўваецца прынцып цеплаізаляцыі. Падвойныя сценкі з вакуумным або ізаляцыйным матэрыялам памяншаюць цеплаправоднасць і канвекцыю, а адлюстроўваючы пласт памяншае выпраменьванне. У выніку гарачыя напоі даўжэй застаюцца гарачымі, а халодныя — халоднымі.
4. Электрычнасць і магнетызм: лямпы, зарадныя прылады і электроннае абсталяванне
Калі мы ўключаем святло, электроны цякуць па электрычным ланцугу. Выключальнік дзейнічае як аўтаматычны выключальнік і аўтаматычнае выключальнік. Сучасныя святлодыёдныя лямпы больш энергаэфектыўныя, чым лямпы напальвання, таму што яны больш эфектыўна пераўтвараюць электрычную энергію ў святло і выпрацоўваюць менш цяпла.
Зарадная прылада для мабільнага тэлефона пераўтварае пераменны ток (AC) з разеткі ў пастаянны ток (DC), неабходны для акумулятара. Унутры адаптара кампаненты зніжаюць напружанне і стабілізуюць ток. Гэты прынцып робіць зарадку больш бяспечнай і больш адаптыўнай да патрэб прылады.
Магніты таксама прысутнічаюць у дынаміках, вентылятарах і электрарухавіках. Электрарухавікі пераўтвараюць электрычную энергію ў кінетычную праз узаемадзеянне магнітных палёў і электрычных токаў. Таму многія рухомыя бытавыя прыборы, такія як блендеры, пральныя машыны і вадзяныя помпы, абапіраюцца на канцэпцыю электрамагнетызму.
5. Хвалі: гук, музыка і сувязь
Гук — гэта механічная хваля, якая распаўсюджваецца праз асяроддзе, такое як паветра. Калі мы гаворым, нашы галасавыя звязкі вібруюць, ствараючы хвалі ціску, якія нашы вушы потым інтэрпрэтуюць як гук. У вялікіх памяшканнях узнікае рэха, таму што гукавыя хвалі адбіваюцца ад сцен або цвёрдых паверхняў. Вось чаму акустычны дызайн важны ў залах, мячэцях і музычных студыях.
Хвалі таксама з'яўляюцца асновай сучаснай сувязі. Радыёсігналы, Wi-Fi і сотавыя сеткі працуюць на электрамагнітных хвалях. Мабільныя тэлефоны адпраўляюць і прымаюць дадзеныя на пэўных частотах, настроеных так, каб пазбегнуць перашкод. Слабы сігнал можа быць выкліканы перашкодамі (тоўстымі сценамі), занадта вялікай аддаленасцю ад перадатчыка або перашкодамі ад іншых хваль.
6. Оптыка: люстэркі, акуляры і камеры мабільных тэлефонаў
Фізіка святла (оптыка) відавочная ў паўсядзённай дзейнасці. Люстэркі адлюстроўваюць святло, дазваляючы нам бачыць сваё адлюстраванне. Акуляры выкарыстоўваюць лінзы для праламлення святла, каб выява падала прама на сятчатку. Блізарукія людзі (міопія) звычайна носяць увагнутыя лінзы, а дальназоркія людзі (гіперметропія) — выпуклыя лінзы.
Камеры мабільных тэлефонаў таксама працуюць па прынцыпе лінзаў, якія факусуюць святло на датчыку. Такія функцыі, як аўтафокус, выкарыстоўваюць аўтаматычную рэгуляванне адлегласці факусоўкі сістэмы. Нават эфект «боке», або размыццё фону, звязаны з глыбінёй рэзкасці і тым, як аб'ектыў апрацоўвае святло.
7. Ціск і вадкасці: саломінкі, помпы і аўтамабільныя шыны
Калі мы п'ём праз саломінку, мы памяншаем ціск паветра ўнутры саломінкі, усмоктваючы яго. Большы знешні ціск паветра затым выштурхоўвае вадкасць уверх па саломінцы. Гэта просты прыклад прынцыпу ціску вадкасці.
Вадзяныя помпы і шпрыцы таксама выкарыстоўваюць розніцу ціску. Акрамя таго, шыны транспартных сродкаў працуюць таму, што ціск паветра ўнутры іх падтрымлівае вагу транспартнага сродку і забяспечвае амартызацыю пры руху па няроўнай паверхні. Недастаткова накачаныя шыны могуць прывесці да расходу паліва і паскоранага зносу шын, а празмерна накачаныя шыны могуць знізіць камфорт і павялічыць рызыку заносу.
8. Фізіка і бяспека: шлемы, тармазы і ахоўнае абсталяванне
Шмат якія прылады бяспекі распрацаваны на аснове фізікі. Шлемы абараняюць галаву, паглынаючы энергію ўдару і падаўжаючы час удару, тым самым змяншаючы пікавую сілу, якая прымяняецца да галавы. Тормазы транспартных сродкаў пераўтвараюць кінетычную энергію ў цяпло праз трэнне; таму яны могуць перагравацца пасля бесперапыннага выкарыстання. Ужыванне фізікі таксама відавочна ў канструкцыі мастоў, сейсмостойкіх будынкаў і нават рамянёў бяспекі і падушак бяспекі.
Закрыццё
Фізіка — гэта не навука, далёкая ад жыцця; яна насамрэч тлумачыць, як працуе свет вакол нас. Разумеючы паняцці фізікі ў паўсядзённым жыцці — рух, энергію, цяпло, электрычнасць, хвалі, святло і вадкасці — мы можам лепш ацаніць тэхналогіі, больш разумна выкарыстоўваць энергію і быць больш бяспечнымі ў нашай паўсядзённай дзейнасці. Вывучэнне фізікі становіцца лягчэйшым, калі мы суадносім яе з рэальным жыццёвым вопытам: ад кухні да вуліц, да класа, да экранаў тэлефонаў, якімі мы карыстаемся кожны дзень. Калі мы будзем уважлівыя, паўсядзённае жыццё насамрэч поўнае цікавых «фізічных лабараторый».
