МІЖПРЕДМЕТНА ІНТЕГРАЦІЯ У ПРОЦЕСІ НАВЧАННЯ ФІЗИКИ

Фізика як наука зародилась дуже давно. Спроби пояснити явища природи були в Китаї, в Давній Греції та Індії. Спочатку фізикою займалися філософи, богослови, астрономи, мореплавці, лікарі. У IV столітті до н.е. Аристотель ввів поняття «ФІЗИКА» (Від грецького слова «фюзіс» — природа).

Аристотель 384 — 322 до н.е.

Фізика вивчає світ, в якому ми живемо, явища, що в ньому відбуваються, відкриває закони, яким підкоряються ці явища. Головне завдання фізики — пізнати закони природи, властивості різних речовин і поставити їх на службу людині.

Речовина — це один із видів матерії з чого складаються всі фізичні тіла.

У фізиці кожне з навколишніх нас тіл прийнято називати фізичним тілом.

Величини, що можуть характеризувати тіла - фізичними величинами. Виміряти якусь фізичну величину — це означає порівняти її з однорідною величиною, прийнятою за одиницю.

Встановивши фундаментальні закони природи, людина використовує їх у процесі своєї діяльності. Ми часто користуємося електричними приладами: плитами, чайниками, прасками, пилососами, холодильниками. Створення цих приладів стало можливим завдяки вивченню електричних явищ і властивостей різних матеріалів. Важко уявити наше життя без радіо та телебачення, комп'ютерів та мобільних телефонів, винаходу яких ми також зобов'язані фізиці.

Отже, фізика вивчає явища природи.

У житті ми постійно стикаємося з різними змінами, що відбуваються в навколишньому світі.

У фізиці ці зміни прийнято називати фізичними явищами. Джерелом фізичних знань є спостереження і досліди.

Завдання фізики полягає в тому, щоб відкривати різні закономірності, які дозволяють пояснити та об'єднати різні фізичні явища.

Про взаємозв'язок математики і фізики написано сотні статей і книг.

Математика – наука молодих. Фізика – наука перспективних. Інакше і бути не може. Заняття математикою – це така гімнастика розуму, для якої потрібна вся гнучкість і вся витривалість молодості. Діапазон практичного застосування фізики величезний. Яку б науку ви не вивчали, в якій би галузі ви не працювали, всюди обов‘язково потрібні математичні та фізичні знання.

Фізика є однією з найважливіших наук. Будучи наукою, яка вивчає найбільш загальні і фундаментальні закони оточуючого нас світу, вона справила настільки серйозний вплив на життя людей, що цього просто неможливо не помітити. Колись терміни «фізика» і «філософія» були синонімами, оскільки обидві дисципліни були спрямовані на пізнання світобудови і керуючих ним законів. Але пізніше, з початком науково-технічної революції, фізика стала окремим науковим напрямком.

Фізика тісно пов’язана з багатьма науками. Зв'язок фізики та математики проявляється у найбільшій мірі (за допомогою математики описуються фізичні явища і закони, встановлюються зв’язки між фізичними величинами, які можна представити у вигляді формул і графіків).

Чому фізика тісно пов’язана з хімією?

Хімія і фізика – це тісно пов’язані науки, які мають багато спільних фундаментальних принципів.

Хімія вивчає речовину та її властивості, тоді як фізика вивчає енергію та її взаємодію з речовиною.

Обидві дисципліни покладаються на закони термодинаміки, властивості атомів і молекул та принципи квантової механіки, щоб зрозуміти поведінку матерії та енергії. Фізика і хімія вивчають багато спільних понять: атом, електрон, молекула, електролітична дисоціація, маса, кількість речовини.

Загалом, хімія і фізика – це дві дисципліни, які тісно пов’язані між собою і покладаються одна на одну, щоб зрозуміти поведінку матерії та енергії.

Застосовуючи принципи фізики до хімії, ми можемо отримати глибше розуміння властивостей матерії та способу її взаємодії з енергією. Це, в свою чергу, може призвести до нового розуміння поведінки матеріалів, розвитку нових технологій та створення нових матеріалів з унікальними властивостями.

Зв'язок фізики і біології має три аспекти:

• фізика в живих організмах (фізичні процеси відіграють важливу роль у перебізі біологічних процесів);

• біоніка (багато принципів, реалізованих у живих організмах широко використовуються в сучасних технічних пристроях, основою яких є фізика);

• екологія (фізичні закони мають відношення до процесів, які відбуваються в природі у зв'язку з виробничою діяльністю людини. І для ліквідації негативних впливів такої діяльності, для охорони природи потрібно використовувати знання законів фізики).

Астрономія – наука, що вивчає різноманітні небесні об’єкти з метою їх дослідження та пізнання навколишнього світу і всієї величезної Всесвіту.

Астрономія є природно-науковою дисципліною, і як багато інших героїв науки вона пов’язана з іншими областями знань.

Астрономія і фізика

Ці дисципліни також є тісно пов’язаними. Астрономи, спостерігаючи космічний простір і астрономічні об’єкти, постачають фізикам нові завдання для вирішення. В результаті фізика визначає особливості будови, природу, походження і властивості тих чи інших об’єктів і космічних явищ.

Прикладом зв’язку фізики і астрономії є роботи таких відомих вчених як Галілео Галілей та Ісаак Ньютон.

В результаті тісної взаємодії фізики і астрономії, на їх стику з’явилася така дисципліна як астрофізика.

Відзначимо, що така відома теорія як теорія відносності Альберта Ейнштейна, була доведена астрономічними методами спостереження. І заслуга в цьому в основному належить американському астроному Едвіну Хабблу.

Ще одним прикладом міждисциплінарного синтезу є такий предмет як нейтринна астрономія.

За допомогою даної дисципліни, можливо, дізнаватися про процеси, які відбуваються в глибині досліджуваних космічних тіл. Прикладом служить вивчення надр нашого світила – Сонця.

Ця дисципліна з’явилася в результаті успіхів вчених-фізиків у дослідженні атомних ядер і елементарних частинок.

Є багато взаємопов'язаних знань, що вивчаються та застосовуються на уроках географії та фізики.

Зокрема, пов'язані між собою вивчення таких питань, як атмосферний тиск, теплові явища, температура, орієнтування за компасом та багато інших. Неможливо пояснити без застосування знань з фізики причину виникнення блискавки та грому (тема «Електричні явища» з фізики); оптичні явища в природі (веселка, сонячне гало, міраж тощо); сонячне та місячне затемнення (розділ «Світлові явища» з фізики), які, зазвичай, викликають в учнів великий інтерес і багато запитань. Порівняльний аналіз чинних навчальних програм з географії та фізики для основної школи показав, що горизонтальні міжпредметні зв’язки між навчальними курсами дотримано недостатньо, а саме географічні знання випереджають необхідні базові фізичні знання.

Геофі́зика (від дав.-гр. γή — земля та дав.-гр. φυσικά — єство, природа) (англ. geophysics; нім. Geophysik f) — комплекс наук про фізичні властивості Землі й фізичні процеси, які відбуваються в атмосфері, гідросфері та літосфері під впливом внутрішніх сил Землі й космічних тіл.

Складається з фізики Землі, що об'єднує гравіметрію, земний магнетизм, геоелектрику, сейсмологію, геотермію та радіометрію, фізики водойм і фізики атмосфери.

За іншою схемою геофізика включає розділи: сонячно-земна фізика, фізика атмосфери, гідрофізика і фізика «твердої» Землі, розвідувальна геофізика, промислова геофізика, обчислювальна геофізика.

Фізика - основа техніки і технології

Комп’ютерами сьогодні користується кожен, від школяра й бухгалтера до інженера і науковця. Появою сучасних комп’ютерів ми завдячуємо дослідженням фізиків у галузі напівпровідникових матеріалів та нанотехнологій. Те, що фізика вже давно проникла у виробництво, техніку, медицину, побут та індустрію розваг, зайвий раз підтверджує - знання фізики можуть знадобитися кожній людині, особливо майбутнім інженерам, науковцям, хімікам, військовим, біологам і лікарям.

Мал. 2.2. Міст Патона

Мал. 2.3. Корабель на повітряній подушці може виїхати на берег

Мал. 2.4. Інтегральні схеми

Мал. 2.5. Лазерне шоу

Чи замислювалися ви, скажімо, над тим, яку важливу роль відіграє в нашому житті електротехніка й електроніка? Якщо станеться аварія в електромережі, то ми опинимося в темряві, перестануть працювати телевізор, комп’ютер, лазерний програвач, холодильник і прилади, в яких є електродвигун (мал. 2.6). Мобільні телефони продовжать роботу поки не закінчиться термін дії батарейок та акумуляторів, але ви ні з ким не з’єднаєтеся, бо вимкнуться базові радіостанції. Припиниться подача води і газу через зупинку електронасосів…

На фізиці засновані наука, техніка, різні технології, майже уся сучасна цивілізація. З урахуванням законів фізики планується будівництво приміщень, мостів, кораблів, мереж зв'язку. Якби люди не знали фізику, не відкрили б фізичних законів і формул, то не було б автомобілів, ракет, літаків, мобільних телефонів. Та що казати, навіть водопровід не можна правильно полагодити, якщо не враховувати законів фізики. Фізика в нашому житті є всюди.

Військова справа тісно пов’язана з фізикою. Щоб досконало оволодіти навичками роботи з військовою технікою, треба вивчити основні закони фізики. Адже саме їх врахування дає чітке і ефективне виконання військових задач. Отже сьогодні ми говоримо про фізику у військовій справі.

Під час війни використовують: засоби нападу; засоби захисту; засоби розвідки; засоби управління.

Засоби нападу

Взявши вперше в руки вогнепальну зброю, перше запитання, яке приходить на думку: «Що заставляє кулю рухатись?». І тут доречним буде згадати основні поняття і закони фізики.

Вогнепальна зброя – це один із видів теплових двигунів.

Станковий протитанковий гранатомет СПГ-9

Чому перед пострілом солдати присідають на землю та закривають вуха руками?

Ще одним з видів засобів нападу є HIMARS, «Іскандер», Ураган, Нептун, в яких використовуються як керовані так і некеровані ракети. Знаючи правила складання сил і три закони Ньютона і закон збереження імпульсу можна розрахувати на яку максимальну відстань може полетіти ракета HIMARS. Адже всі ракети літають, прискорюючи продукти згоряння палива в один бік, а решту ракети — в інший. (реактивний рух). Тож, знаючи масу одного та іншого, можна розрахувати максимальну дальність польоту.

Ядерна зброя – зброя масового ураження. Вибух відбувається за рахунок вивільнення великої кількості атомної енергії внаслідок ланцюгової реакції поділу ядер урану і плутонію. Може нанести ударну, температурну та опромінюючу дію.

Засоби захисту

Маскування - оптика, фізіологія зору.

Швидкість та прохідність – механіка

Броня-динаміка, закони збереження

Перехоплення засобів ураження – оптика, механіка, радіоелектроніка.

V-подібну форму нижньої частини корпусу для розсіювання енергії вибуху, а також спеціальні крісла з амортизацією, закріплені у місцях, що зазнають меншого впливу від вибухових навантажень.

Обережно, міни!

Основний елемент мінношукача — датчик, який складається з однієї або декількох котушок індуктивності. Передаюча котушка випромінює електромагнітні хвилі, які створюють в металевому предметі вихрові струми, а ті в свою чергу — вторинне (відображене, зустрічне) е/м поле. В результаті «відповідної реакції» змінюється магнітна індукція поля приймальної котушки. Ця зміна реєструється за допомогою електроніки, і прилад певним чином повідомляє користувача — наприклад, подає звуковий або світловий сигнал. (явище електромагнітної індукції та звукові явища)

Протитанковий ракетний комплекс Javelin

Ракета комплексу «Javelin» має інфрачервону головку самонаведення в ньому реалізований принцип «вистрілив-забув», де після пуску ракета самостійно корегує траєкторію свого польоту на 2,5 км. (оптичне наведення , теплове захоплення та введення цілі ракетою).

Український протитанковий ракетний комплекс ПТРК “Стугна”

Комплекс оснащений напівавтоматичною системою наведення за лазерним променем. Також можливе дистанційне керування ракетою по телевізійному каналу із закритої позиції (спеціально підготовленого укриття).

Засоби розвідки

Засоби розвідки поділяють на :оптичні, тепловізійні, радіочастотні (радари), радіаційні.

Очі армії: бінокль, перископ, стереотруба, артилерійська бусоль, лазерний ціле вказівник, прилади нічного бачення, тепловізори, безпілотні літальні апарати.

Всім відомо, що прилади нічного бачення використовуються при низькій освітленості або при її повній відсутності. Зі шкільного курсу фізики відомо, що зір людини не універсальний і що людське око «бачить» тільки певне випромінювання. Також фізика говорить про те, що будь-яка поверхня володіє прекрасною властивістю – вона може відбивати будь-яке випромінювання. Саме цю властивість поверхні і використовує прилад нічного бачення, перетворюючи і додаючи яскравості відбитому випромінюванню, яке звичайне людське око просто не бачить. Щоб збільшити коефіцієнт підсилення світла застосовують фотокатоди на арсеніді галію (фотоефект). Бачимо в зелених кольорах. Цей відтінок обраний з умови максимальної чутливості людського ока і мінімальної напруги для психіки.

Тепловізор – вловлюють лише випромінювання, які виходять від нагрітих тіл.

Принцип дії тепловізора базується на перетворенні випромінювання інфрачервоного спектру в видимий діапазон світлового випромінювання. Переваги тепловізора в тому, що він бачить крізь димову завісу і туман, коли навіть військові прилади нічного бачення відмовляють геть.

БПЛА оснащений двигуном внутрішнього згорання, дистанційне керування- електромагнітні хвилі.

Радіоелектронна розвідка (РЕР)- виявлення цілей за допомогою радіочастотного електромагнітного випромінювання.

Радіоелектронна боротьба (РЕБ)- придушення засобів зв'язку та дистанційного керування противника за допомогою радіочастотного електромагнітного випромінювання.

Засоби управління

Маємо пункти керування, в яких теж використовуються електромагнітні хвилі.

Тільки вдале поєднання засобів нападу, засобів захисту, засобів розвідки та засобів управління створить ефективну зброю. Ну і що тут обійшлося без фізики?

Героям Слава!

Любі учні, ми закінчуємо свою подорож у світ наук, з якими пов'язана фізика.

Як бачимо, фізика – точна та цікава наука, яка щоденно нас оточує у повсякденному житті. Тобто навіть часто не задумуючись, кожна людина, у тому числі учасник освітнього процесу зустрічається з фізичними явищами та законами.

Про науки, з якими пов'язана фізика, можна ще говорити багато, ми обрали лише кілька з них.

Фізика і Україна.

Ми маємо багато вчених фізиків, які внесли свій вагомий вклад у цю науку.

Іван Пулюй. Знаменитий фізик і електротехнік, винахідник “X”-променiв. Всі експерименти з „Х”-променями вчений проводив з вакуумними трубками власної конструкції. Об’єктом його уваги були також проблеми молекулярної фізики, дослідження властивостей та природи катодних променів.

Кондратюк Юрій Васильович (шаргей)Український учений-винахідник. Один з піонерів розробки основ космонавтики. Механік і винахідник, автор досліджень можливості ракетного польоту у світовий простір, автор оригінальний ідей у рішенні проблем міжпланетних подорожей. Автор так званої «траси Кондратюка», якою подорожували на Місяць космічні кораблі «Аполлон».

Сікорський Ігор Іванович(1889-1972)Гелікоптери, сконструйовані ним першими в історії здійснили перельоти через Атлантику та Тихий океан. Його літак-велетень «Ілля Муромець» став світовим рекордсменом у вантажопідйомносі.

Смакула Олександр Теодорович. Один із найвидатніших українських фізиків ХХ ст. отримав перший у світі патент на виготовлення просвітленої техніки.

Антонов Олег Костянтинович. Антонов вважається «батьком» транспортної авіації. В ОКБ, яке він очолював, був спроектований Ан-22 «Антей», який ознаменував новий крок у літакобудуванні — став першим у світі широкофюзеляжним літаком.

Корольов Сергій Павлович(1924-1966)Видатний український вчений у галузі ракетобудування та космонавтики, конструктор. Вважається основоположником практичної космонавтики. Під його керівництвом було запущено першу міжконтинентальну балістичну ракету. Людство аплодувало повідомленню про виведення 4 жовтня 1957 року першого в історії штучного супутника Землі. Кожен пуск — епохальне досягнення. Апогей ученого — 12 квітня 1961 року. Перший космічний політ на кораблі «Восток» Юрія Гагаріна.

Патон Борис Євгенович. Видатний учений у галузі зварювання, металургії і технології металів, організатор науки, державний і громадський діяч.

Фізика охоплює тисячі імен, українських та іноземних, які внесли свій вагомий вклад у її розвиток та матиме ще тисячі у майбутньому. Хтозна, а може зараз цей квест проходить майбутній геній - фізик, який змінить майбутнє всього людства. Можливо це ви?

Чому б і ні?

Всім вам я бажаю успіхів, терпіння та бажання отримувати нові знання!