Астрономические и физические явления: Физические и астрономические явления: примеры

Физические и астрономические явления: примеры

Еще на заре человеческой цивилизации явления окружающей природы вызывали интерес у человека. В те далекие времена они вызывали страх, и объяснялись при помощи различных суеверий. Но благодаря трудам ученых разных эпох, сегодня человек обладает знанием о том, в чем заключается их смысл. Какие можно привести примеры астрономических и физических феноменов, наблюдаемых в окружающем мире?

Две категории явлений

К астрономическим явлениям относят события планетарного масштаба – это солнечное затмение, звездный ветер, параллакс, вращение Земли вокруг своей оси. Явления физические – это испарение воды, преломление света, молния и другие феномены. В течение длительного времени они изучались различными исследователями. Поэтому сегодня детальное описание физических и астрономических явлений доступно каждому.

Вращение Земли

На протяжении нескольких столетий ученые исследовали этот феномен, и выяснили, что он имеет немало интересных характеристик. Земля совершает один оборот вокруг Солнца за 365,24 дня, и именно этим объясняется необходимость еще одного дополнительного дня каждые четыре года (когда наступает високосный год). Скорость вращения нашей планеты составляет 108 тыс. км./час. Расстояние от Земли до Солнца всегда разное. Обычно наша планета бывает ближе всего к Солнца 3 января, а дальше всего – 4 июля.

Это астрономическое явление было исследовано еще во времена Древней Греции. Период, когда Земля располагается ближе всего к Солнцу, зовется перигелием, а период наибольшей отдаленности Земли – афелием. Однако смена времен года определяется не близостью к звезде, а наклоном земной оси. Земля движется по эллиптической орбите. Впервые эта картина была описана Иоганном Кеплером.

Явление солнечного ветра

Мало кто задумывается о том, что магнитные бури и северное сияние непосредственно связаны с таким астрономическим явлением, как звездный ветер. Его воздействию подвержены также планеты Солнечной системы. Звездный ветер представляет собой поток гелиево-водородной плазмы. Он начинается в короне звезды (в нашем случае, Солнца), и двигается с гигантской скоростью, преодолевая миллионы километров пространства.

Поток звездного ветра состоит из протонов, альфа-частиц, а также электронов. Каждую секунду с поверхности нашей звезды уносятся миллионы тонн вещества, распространяясь по всей Солнечной системе. Ученые заметили, что существуют места с различной плотностью солнечного ветра. Эти участки в нашей системе двигаются вместе с Солнцем, являясь производными его атмосферы. По скорости ученые-астрономы различают медленный и быстрый солнечный ветер, а также его высокоскоростные потоки.

Солнечное затмение

Это астрономическое явление в прошлом вселяло в людей трепет и страх перед загадочными силами природы. Считалось, что во время солнечного затмения кто-то пытается погасить Солнце, и поэтому светило нуждается в защите. Люди вооружались копьями и щитами, и шли «на войну». Как правило, солнечное затмение вскоре прекращалось, и люди возвращались в пещеры, довольные тем, что смогли прогнать злых духов. Сейчас смысл этого астрономического явления хорошо изучен астрономами. Он заключается в том, что Луна затмевает наше светило на определенный промежуток времени. Когда Луна, Земля и Солнце выстраиваются рядом в одну линию, мы можем наблюдать явление солнечного затмения.

Астрономические события

Солнечное затмение – это один из самых интересных феноменов. Это астрономическое явление в 2016 году наблюдалось 9 марта. Лучше всего это солнечное затмение было заметно жителям Каролинских островов. Оно продолжалось в течение 6 часов. А в 2017 году ожидается немного другое масштабное событие – 12 октября 2017 года недалеко от Земли пролетит астероид ТС4. А 12 октября 2017 года ожидается пик звездного дождя Персеиды.

Молния

Молния относится к категории физических явлений. Это один из самых загадочных феноменов. Практически всегда ее можно заметить во время летней грозы. Молния представляет собой искру гигантских размеров. Она обладает поистине гигантской длиной – несколько сотен километров. Сначала мы можем видеть молнию, и только после этого – «слышать» ее голос, гром. Звук распространяется в воздухе медленнее, чем свет, поэтому мы слышим гром с задержкой.

Молния рождается на большой высоте, в грозовом облаке. Обычно такие облака появляются во время жары, когда нагревается воздух. В то место, где зарождается молния, слетается неисчислимое количество заряженных частиц. Наконец, когда их становится очень много, гигантская искра вспыхивает, и появляется молния. Иногда она может ударить в Землю, а иногда – разрывается непосредственно в грозовом облаке. Это зависит от типа молнии, которых насчитывают более 10.

Испарение

Примеры физических и астрономических явлений можно наблюдать в повседневной жизни – они настолько привычны человеку, что иногда попросту не замечаются. Одним из таких феноменов является испарение воды. Каждый знает, что если повесить белье на веревку, то через время влага испарится из него, и оно станет сухим. Испарение представляет собой процесс, в ходе которого жидкость постепенно превращается в газообразное состояние. Молекулы вещества подвержены воздействию двух сил. Первая из них – это сила сцепления, которая удерживает частицы между собой. Вторая – это тепловое движение молекул. Эта сила заставляет их двигаться в разные стороны. Если эти силы уравновешены, вещество представляет собой жидкость. На поверхности жидкости частицы движутся быстрее, чем внизу, и поэтому быстрее преодолевают силы сцепления. С поверхности молекулы улетают в воздух – происходит испарение.

Преломление света

Чтобы привести примеры астрономических явлений, нередко нужно обратиться к научным источникам информации, или же провести наблюдения при помощи телескопа. Физические явления можно наблюдать, не выходя из дома. Одним из таких феноменов является преломление света. Его смысл заключается в том, что луч света меняет свое направление на границу двух сред. Часть энергии всегда отражается от поверхности второй среды. В том случае, если среда является прозрачной, луч частично распространяется сквозь границу двух сред. Этот феномен и называется преломлением света.

При наблюдении этого явления возникает иллюзия изменения формы предметов, их расположения. Убедиться в этом можно, если в стакане воды установить под наклоном карандаш. Если посмотреть на него сбоку, покажется, что часть карандаша, находящаяся под водой, как бы отодвинута в сторону. Этот закон был открыт еще во времена Древней Греции. Затем он был установлен опытным путем в XVII веке и объяснен при помощи закона Гюйгенса.

Значение астрономии как науки | Астрономия

Астрономия — одна из важнейших наук об окружающем нас мире, изучающая наиболее глубокие законы мироздания, процессы гигантских космических масштабов.

Человека всегда интересовало, что представляет собой мир, в котором мы живем, какие явления скрываются за великолепной россыпью звезд, украшающей ночное небо Земли. В ходе астрономических исследований перед людьми не раз возникали удивительные загадки. А поиски ответа не только расширяли и углубляли наши знания о Вселенной, но и помогали успешно решать чисто земные задачи.

Уже в глубокой древности астрономические наблюдения играли весьма существенную роль в жизни человечества. С помощью небесных светил наши предки находили путь в океане, измеряли время, составляли календари, определяли наиболее благоприятные сроки сельскохозяйственных работ. Астрономические наблюдения помогли людям измерить Землю, составить географические карты.

Но особо важное значение астрономия приобрела в наше время, в эпоху так называемой научно-технической революции. Без нее оказались бы невозможными многие достижения науки и техники, в том числе успехи современного человечества в освоении космоса.

Наука, научное познание мира является основой всей нашей практической деятельности. Для успешного решения тех больших задач, которые стоят перед нашей страной, необходимо, чтобы усилия «большой науки» были сосредоточены на ключевых народнохозяйственных вопросах, на открытиях, способных внести революционные изменения в производство.

Особенно возросла роль фундаментальных исследований. Именно такие исследования, приводят к наиболее значительным изменениям в технике, открывают новые области человеческой деятельности.

Важнейшее направление фундаментальных исследований — все более глубокое изучение строения материи, происходящих в природе физических процессов. Но для того чтобы открыть в этой области что-то принципиально новое, изучить неизвестные физические явления, обычных исследований, которые вполне удовлетворяли ученых в прежние годы, сегодня уже недостаточно. Необходимо изучать вещество, материю в предельных, как говорят физики — экстремальных состояниях.

Сверхвысокие температуры в десятки и сотни миллионов градусов, чудовищные давления в сотни миллионов атмосфер, колоссальные энергии, огромные плотности до сотен миллионов и миллиардов тонн вещества в кубическом сантиметре, космический вакуум — вот далеко не полный перечень тех явлений и условий, которые как воздух нужны современному физику.

Поэтому взгляд ученых все чаще устремляется в глубины Вселенной. Ведь что такое Вселенная с точки зрения физика? Это бесконечно разнообразная физическая лаборатория, созданная природой. Лаборатория, в которой можно изучать такие явления, состояния материи, физические процессы и условия, такие источники энергии, которые мы не имеем возможности, по крайней мере при существующем уровне науки и техники, воспроизвести в наших земных лабораториях.

Вселенная во все большей и большей степени превращается в лабораторию современного естествознания, в которой наука черпает новые сведения о физических явлениях. Разумеется, астрономы продолжают заниматься и традиционными наблюдениями, но все же ведущую роль приобрели астрофизические исследования.

Эти исследования не только расширяют наши представления о строении мира, но и служат дальнейшему развитию физики, которую ныне считают естественной наукой номер один. Конечно, нужны и математика, и биология, и химия, но именно физика открыла и поставила на службу человеку важнейшие законы мироздания, именно ее достижения получили наибольшее число практических приложений в технике и производстве, и от ее будущих успехов во многом зависит дальнейшее развитие научно-технического прогресса.

Еще в довоенные годы астрономы пришли к заключению, что Солнце и звезды светят потому, что в их недрах происходят ядерные реакции. Это открытие натолкнуло ученых на мысль о возможности практического использования атомной и термоядерной энергии. И теперь могучая атомная энергия, укрощенная человеком, рождается в многочисленных атомных реакторах, вырабатывает электрический ток, приводит в движение фабрики и заводы, мощные ледоколы. Вот-вот должны появиться и управляемые термоядерные реакторы.

При исследовании Солнца было обнаружено и новое, неизвестное до этого четвертое состояние вещества — плазма: газовая смесь из атомов, потерявших часть электронов — ионов, свободных электронов и некоторого числа нейтральных атомов. В дальнейшем оказалось, что плазма довольно широко распространена во Вселенной: мы находим ее в атмосферах планет Солнечной системы, в кометных хвостах, в межзвездном пространстве. А сегодня плазма служит человеку. Созданы плазменные горелки для сварки различных изделий, плазменные двигатели для космических аппаратов, плазменные магнитогидродинамические генераторы для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. ..

А сколько существует в космосе других явлений, которые со временем также будут изучены и использованы человеком!

При современном уровне развития естествознания существенно продвинуться в познании природных закономерностей, совершать открытия можно, как правило, лишь применяя весьма сложные исследовательские средства. Ушли в прошлое времена, когда ученым удавалось достигнуть впечатляющих результатов с помощью самых простых приспособлений — чуть ли не консервных банок, проволочек и веревочек. Ученому наших дней требуются куда более внушительные устройства: гигантские телескопы и радиотелескопы, ускорители элементарных частиц, лазерные и термоядерные установки, космические станции, искусственные спутники Земли, быстродействующие электронно-вычислительные машины. А сам исследователь должен обладать глубоким знанием предмета, огромным опытом наблюдателя и экспериментатора.

Что может в такой ситуации сделать любитель? Как будто ничего. В лучшем случае любительские занятия наукой в наше время — это развлечение, способное принести пользу и моральное удовлетворение лишь самому любителю. Однако существуют исключения, в том числе и в астрономии.

В 50-е годы в Московском планетарии можно было встретить высокого, худощавого, скромно одетого человека, чем-то напоминавшего Пата из знаменитой некогда пары киногероев Пат и Паташон. Каждое утро минута в минуту в одно и то же время он появлялся в дверях планетария и неторопливо поднимался по лестницам под самую крышу, где располагался диапозитивный фонд. Это был Алексей Петрович Моисеев, заведующий фондом.

Помимо совершенно удивительной, редчайшей аккуратности и пунктуальности, Алексей Петрович обладал еще одним замечательным даром: он способен был день за днем, год за годом на протяжении десятилетий выполнять одну и ту же на первый взгляд однообразную и потому утомительную работу. Моисеев не раздражался, не уставал от бесчисленных повторений, ни на кого не начинал сердиться — он спокойно и размеренно делал свое дело, ни на минуту не снижая требовательности к себе… Одним словом, это был прирожденный идеальный наблюдатель.

В науке, как и в театре, есть свои амплуа. Кто-то выдвигает новые идеи, кто-то проводит удивительные эксперименты, кто-то специализируется на сложных математических расчетах, а кто-то должен следить за приборами, из раза в раз повторять одинаковые измерения. И только в постоянном содружестве этих несхожих индивидуальностей может рождаться новое знание.

Алексей Петрович Моисеев наблюдал. Начиная с 1919 года он наблюдал Солнце. В каждый ясный день, на протяжении нескольких десятков лет. В свободное от основной работы время.

У Моисеева не было мощного телескопа — всего лишь небольшая зрительная труба, которой он, однако, очень дорожил и которую не согласился бы променять ни на один другой астрономический инструмент. Но именно благодаря этому его наблюдения приобретали особую ценность. Он вел их тщательно, аккуратно, ничего не пропуская, и сводки его наблюдений регулярно печатались в «Бюллетене коллектива наблюдателей Всесоюзного астрономо-геодезического общества», активным членом которого он являлся.

Был у Моисеева и свой особый интерес — грозы. Много лет он со свойственной ему скрупулезностью сопоставлял данные о солнечной активности со сведениями о количестве гроз, стараясь обнаружить связь между этими явлениями. Его данными широко пользовались ученые.

Так скромный наблюдатель Солнца Алексей Петрович Моисеев вносил свой вклад в изучение великой проблемы солнечно-земных связей…

Оказывается, и в наше время можно довольно скромными средствами осуществлять наблюдения некоторых небесных явлений, представляющие интерес не только для наблюдателя-любителя, но и для астрономической науки. Такова счастливая особенность (счастливая для многочисленных любителей астрономии) науки о Вселенной.

Отчасти это объясняется тем, что количество заслуживающих внимания небесных явлений и космических объектов весьма велико, а число профессиональных обсерваторий и профессиональных астрономов ограничено, и они просто не в состоянии охватить все. Разумеется, наиболее важные наблюдения требуют применения самых современных технических средств. Но все же и для любителей кое-что остается.

Курс астрономии учащиеся средней школы проходят в десятом классе. Однако любительскими астрономическими наблюдениями вы можете заняться и гораздо раньше. И даже если в будущем вы не станете ни астрономами, ни физиками, это увлечение откроет перед вами окно в необъятный мир космоса, поможет лучше понимать природу, сделает вашу жизнь насыщенней и интересней.

Не исключено, что полученные вами данные пригодятся ученым. Но если этого и не произойдет, сами занятия астрономией принесут вам большую радость. Ведь для любителя важно не только получение конкретного результата, но и приобщение к процессу научного исследования, познания нового, процессу, доставляющему огромное эстетическое наслаждение. Такие занятия, кроме всего прочего, способствуют приобретению весьма ценных для современного человека качеств и навыков, которые могут оказаться чрезвычайно полезными в самых различных сферах деятельности.

Потому что основные правила и приемы научных наблюдений и исследований одинаковы, независимо от того, что именно наблюдается и изучается — живой организм, химическая реакция, новый механизм или далекая звезда.

Наряду с советами, обращенными к начинающим любителям астрономии, здесь приведены рекомендации и для тех, кто уже в какой-то мере знаком с астрономическими наблюдениями и располагает более совершенными инструментами, а также для участников школьных астрономических кружков. Поскольку астрономией увлекаются учащиеся разных классов, обладающие различным уровнем общеобразовательной подготовки, каждый юный астроном должен подобрать себе занятие по силам и исходить из своих реальных возможностей.

Понимание физических явлений — Факультет физики и астрономии

Как учащиеся понимают физические явления и как можно построить учебный опыт, чтобы облегчить такое понимание?

В этом исследовании мы изучаем, как учащиеся понимают физические явления. Мы определяем конкретные проблемы в изучении физики и смежных областей, а также разрабатываем, внедряем и оцениваем обучение для решения этих проблем. Исследования включают, но не ограничиваются изучением механики, электромагнетизма и термодинамики.

Текущие проекты

• Представления студентов-химиков об энтропии
  С помощью анкет и интервью мы изучаем представления студентов-инженеров об энтропии до и после курса химической термодинамики. Нас особенно интересует использование учащимися различных метафор, таких как энтропия как беспорядок.
• ​ Роль и потенциал компьютерных средств в изучении физики
  В этом проекте мы заинтересованы в разработке и применении теоретических принципов использования компьютерных инструментов для поддержки изучения физики новыми и продуктивными способами. Одним из инструментов, который нас особенно интересует, является интерактивная доска.
• Тепловизоры в школьных лабораториях
  В исследовательской программе, основанной на дизайне, мы изучаем участие учащихся начальной и средней школы в лабораторных занятиях с помощью инфракрасных камер. Упражнения были разработаны для понимания тепловых явлений и концепций, включая температуру и теплопроводность в сравнении с изоляцией.
• Педагогическое значение концептуальной метафоры для учителей общеобразовательных дисциплин
  В сотрудничестве с Сиэтлским Тихоокеанским университетом мы участвуем в исследовании того, как группа работающих учителей начинает ценить концептуальную метафорическую основу для понимания языка студентов в отношении энергии.
• Рейтинговые задания
  На международном уровне было показано, что ранжирующие задачи полезны в исследованиях в области физического образования. В этой работе мы разрабатываем и используем рейтинговые задачи в шведской науке бакалавриата, оценивая их эффективность по отношению к современным теориям обучения.​
• Энтропия и «качество энергии» в учебных программах Швеции
  В сотрудничестве с Университетом Линчёпинга мы участвуем в исследовании учебной программы о том, как второй закон термодинамики учитывался в школьных программах по естествознанию, физике, химии и технологии на уровне средней школы примерно с 1980 года и позже.

• Проходя этап: Инфракрасные камеры в учебной последовательности по испарению и конденсации. Американский журнал физики 87, 577 (2019 г.).
• Воплощение в изучении физики: социально-семиотический взгляд. Физический обзор Физ. Образовательный Рез. 15, 010134 (2019).
• Горячее зрение: Возможности инфракрасных камер при исследовании тепловых явлений. Дизайны для обучения 11 (1), 1–15 (2019).
• Заниматься наукой, размахивая руками: разговор, симбиотические жесты и взаимодействие с цифровым контентом как ресурсы в студенческом запросе. Обзор физики Phys. Образовательный Рез. 13, 020104 (2017).
• ​Arbeta med rangordningsövningar.
• ​Тепловизионные камеры в школьных лабораторных работах. ИК-видео.

Сотрудничество и практика

Наше исследование проводится в сотрудничестве с химическим факультетом Упсальского университета; коллеги с Факультета математики и физики Люблянского университета и Высшей школы образования Ратгерского университета; исследователи, студенты-преподаватели физики и школьные учителя, связанные с университетами Уппсалы и Линчепинга, а также с Concord Consortium, некоммерческой образовательной организацией, занимающейся исследованиями и разработками, базирующейся в Конкорде, штат Массачусетс; и исследователи из Инженерного колледжа Университета Иллинойс-Урбана-Шампейн.

Мы разрабатываем лабораторные работы для университетских курсов термодинамики с использованием инфракрасных камер и изучаем выполнение работ по курсам физики и инженерии. На этих занятиях учащимся предлагается исследовать функцию выбранных экспериментальных установок, таких как тепловой насос, посредством открытых вопросов.

Мы сотрудничаем с разработчиками интерактивной онлайн-лаборатории (IOLab), чтобы выяснить, как оптимизировать понимание учащимися фундаментальной физики. IOLab содержит датчики света, звука, атмосферного давления, температуры, акселерометр, гироскоп, магнитометр, расстояние и силу.

Последнее изменение: 23 февраля 2022 г.

Печать

Изучение физических явлений — Открытая библиотека учебников

Доступные форматы

• электронная книга
• ПДФ
• Онлайн

Условия использования

Attribution-ShareAlike

CC BY-SA

Содержание

• Часть 1: Изучение природы световых явлений
• Часть 2: Изучение природы тепловых явлений
• Модуль 3: Рассмотрение влияния световых и тепловых явлений на местную погоду
• Раздел 4: Рассмотрение влияния световых и тепловых явлений на глобальный климат
• Раздел 5: Изучение природы астрономических явлений в контексте системы Солнце/Земля/Луна

Вспомогательный материал

• Отправить вспомогательный ресурс

О книге

Этот курс предназначен для будущих и практикующих учителей начальной и средней школы. Изучая физические явления в классе, вы будете изучать науку способами, которыми вы должны преподавать науки в школах или в неформальной обстановке, такой как внеклассные программы, собрания молодежных групп и музейные семинары. Этот курс также подходит для студентов, изучающих общие науки, и других лиц, заинтересованных в изучении некоторых физических явлений, лежащих в основе глобального изменения климата.

Тема курса: Что происходит, когда свет Солнца падает на Землю? Акцент делается на вопросах, прогнозировании, изучении, наблюдении, обсуждении, чтении и письме о том, что человек думает и почему. Этот первый блок посвящен изучению природы световых явлений. Среди многих целей подразделения есть две основные: узнать о световых явлениях и узнать о способах содействия изучению естественных наук для себя и других, таких как ваша семья, друзья и студенты.

О вкладчиках

Авторы

Эмили ван Зи — адъюнкт-профессор научного образования в Университете штата Орегон на пенсии. Она разработала и преподавала этот курс физики для будущих учителей начальной и средней школы. Она также преподавала аспирантуру в области естественнонаучного образования. Ее исследование включало в себя документирование и интерпретацию способов вовлечь учащихся в «мышление как физик». Она также изучала вопросы, которые ученики и учителя задают во время бесед о науке в дошкольных классах. Кроме того, она сотрудничала с учителями K-12, заинтересованными в изучении их собственной практики преподавания и обучения учеников. С ней можно связаться по адресу vanzeee на oregonstate.edu.

Элизабет Гир — адъюнкт-профессор физики Орегонского государственного университета. В настоящее время она является инструктором этого курса физики для будущих учителей начальной и средней школы. Она также преподает курсы физики для профильных специалистов. Ее исследование сосредоточено на том, как вовлечь студентов в поиск согласованности между различными представлениями физических знаний.