Исследовательские методы в физике с примерами

Исследовательские методы физики:

В физике существуют разнообразные исследовательские методы изучения процессов и явлений в природе.

Физика считается экспериментальной наукой. Часто эксперимент требует особых условий, приближенных к идеальным, т.е. внешние воздействия не должны оказывать влияние на изучаемый процесс. И благодаря математическим выражениям физических параметров, физикам удается точно показать, как будут проходить процессы в дальнейшем или описать их начало. Не зря великий итальянский физик Галилео Галилей писал: «Чтобы понять «Книгу природы» нужно знать, на каком языке она написана. Этот язык – математика».

На основании наблюдений можно предположить, что для многих явлений существуют определенные закономерности. Такое предположение называется научной гипотезой. Для того чтобы проверить гипотезу ученые проводят опыты (эксперименты). Для этого создаются специальные условия, приближенные к естественным.

Для формирования гипотезы, проведения экспериментов и для объяснения их результатов строится модель определенного процесса или явления. Под моделью какого-либо процесса понимается его уменьшенное, приведенное в порядок, раздельно показывающее его важные особенности состояние, например понятия «материальная точка» и «идеальный газ».

Во время проведения эксперимента невозможно полностью исключить влияние внешнего воздействия. Несмотря на это, по полученным данным возможно предсказать результат эксперимента в идеальных условиях. Такая ситуация называется научной идеализацией. Многие явления на первых взгляд кажутся сложными, но все они подчиняются простым законам.

В случае, если гипотеза о ходе физических процессов будет доказана, она превращается в физический закон.

Основу механики составляют сформированные великим английским ученым Исааком Ньютоном три закона: закон всемирного тяготения, законы, касающиеся силы упругости и силы трения. Для газовых процессов открыты законы, выражающие взаимосвязь между давлением, объемом и температурой газа. Взаимодействие между заряженными частицами в состоянии покоя описывается законом, открытым французским физиком Шарлем Кулоном.
Комплекс законов, объясняющих разнообразные явления, называется научной теорией. Например, законы Ньютона составляют классическую теорию механики. Законы, сформулированные английским физиком Д.К. Максвеллом, являются основой классической теории электромагнетизма.

Научная теория включает в себя наряду с законами также использованные при формировании этих законов физические величины и понятия. Самое главное, все величины, определяемые в физической теории, должны быть измерены на опыте.

Все физические законы и теории должны быть близки к реальности, так как при создании теории всегда используются модели процессов и явлений. Согласно этому, имеются границы применения законов и теорий. Например, законы классической механики действительны только для тел, двигающихся со скоростью многократно меньшей скорости света, что доказано на ускорителях элементарных частиц. Классическая механика также не может правильно отразить движение частиц (электронов) с очень маленькой массой.
Созданные новые теории не отменяют прежние, а наоборот, дополняют и уточняют их. Одним из важных требований к новым физическим теориям является принцип соответствия. Это означает, что в отдельно взятых условиях новая теория должна быть согласована с прежней теорией и соответствовать ей.