FÜÜSIKALISE LOODUSKÄSITLUSE ALUSED

FÜÜSIKA I KURSUS

Koostanud Reemo Voltri Jaan Poska Gümnaasiumist.

Koostaja on kasutanud Enn Pärtli, Henn Voolaiu ja Kalev Tarkpea materjale

Maailm

,

loodus, mina

ja

füüsika

Reemo Voltri

Maailm ja loodus

Reemo Voltri

Maailm inimest

on kõik see, mis on olemas ning ümbritseb (indiviidi) Religioosses käsitluses kasutatakse samatähenduslikku mõistet – (Jumala poolt)

loodu

Loodus on kõik, mis meid ümbritseb Maailma käsitleva info mitmekesisuse rõhutamisel kasutatakse

maailma

kohta mõistet

loodus

info mastaabihorisondi rõhutamisel kasutatakse

maailmaga

samatähenduslikku mõistet

Universum

. Reemo Voltri

•

Loodus

koosneb ainest ja väljadest.

Aine

on see, millest kehad koosnevad.

Väli

on see, mille kaudu kehad üksteist mõjustavad (astuvad vastastikmõjusse). •

Vastastikmõju on see, mis paneb kehad liikuma.

Vastastikmõju liike on tänaseks teada neli: • gravitatsiooniline (kõik kehad)……………… suhteline tugevus 10 -38 • elektromagnetiline (laetud kehad)…………… - “ 10 -2 • tugev (prooton ja neutron)…………………… - “ 1 • nõrk (elementaarosakesed)………………….. - “ Kõik reaalsed protsessid on tingitud neist neljast vastastikmõjust. 10 -15 Reemo Voltri

Kuidas loodus toimib?

Loodus toimib vastavalt loodusseadustele.

Loodusseadusi uurivad

loodusteadused

Reemo Voltri

Astronoomia Meteoroloogia Bioloogia Geoloogia Matemaatika

Mis on loodusteadus, sh füüsika?

Loodusteadus on inimlik kujutlus reaalsusest, mitte reaalsus ise.

Mis on loodusseadus?

Looduses esinev nähtuste seos, mis ei sõltu inimesest. Mis on füüsika seadus?

Füüsika seadus on füüsikute kujutlus ehk mudel loodusseadusest?

Reemo Voltri

• Füüsika kasutab loodusnähtuste seletamisel alati

mudeleid

ligilähedasi koopiaid originaalist, kus on säilitatud kõik olulised tunnused ja ebaolulised kõrvale jäetud. • Oluliste tunnuste väljaselgitamine on küllalt keeruline. Mida lugeda oluliseks tunnuseks? • Oluliseks tunnuseks loetakse selliseid tunnuseid, mis on omane kõigile samasse liiki kuuluvatele nähtustele või kehadele.

Reemo Voltri

• Mudelid lubavad füüsikas kasutada ühtesid ja samu seadusi väga erinevate konkreetsete olukordade uurimisel.

Põhjusi, miks tuleb kasutada mudeleid, on veel mitu:

• originaal võib olla vahetule uurimisele kättesaamatu ( näit. Päikese sisemus); • protsessid võivad kulgeda liiga aeglaselt või liiga kiiresti (näit. Universumi areng, elementaarosakeste reaktsioonid); • originaali uurimine on liiga kallis või ohtlik ( näit. tuumaplahvatus); • originaali ei ole enam olemas ( näit. Suur Pauk).

Reemo Voltri

Physike – kreeka keelest looduse uurimine

Füüsika

on loodusteadus, mis uurib täppisteaduslike meetoditega reaalsuse põhivormide liikumist ja vastastikmõjusid. Füüsika uurib looduse kõige üldisemaid nähtusi ja seaduspärasusi. Need ongi füüsikalised objektid.

Objekt

on see ese, nähtus või kujutlus, mida me parajasti uurime või millele meie tegevus on suunatud. Reemo Voltri

•

Miks peab füüsikat õppima?

• Teadus: aitab luua maailmapilti, füüsikaoskusi ja teadmisi on vaja teisteski teadustes; aitab ära tunda pseudoteadusi • Tehnika ja tehnoloogia: aitab aru saada riistade tööst ja tehnilistest protsessidest • Õppimine: aitab teiste ainete korral aru saada valemitest, graafikutest, definitsioonidest, ülesannet täpsemalt formuleerida jne.

• Olme: teadmised ja oskused, füüsika meetod • Kunst: värvi- ja heliõpetus • Ühiskonnaõpetus: füüsika internatsionaalsus • Filosoofia: mateeria ja vaimu, looduse ja teaduse vahekord • Loogika: füüsika on kooskõlas loodusega, seega kõik, mis on kooskõlas füüsikaga, on loogiline • Esteetika: füüsikaseaduste harmoonia • Eetika: füüsika kasutamine inimkonna arengu huvides Reemo Voltri

• Kas noored tahavad füüsikat õppida???

• • Paljude jaoks - Pole huvi(tav).

Mis on aga üldse huvitav? • ENE ütleb midagi

huvi

kohta.

tegeleda, omandada või tundma õppida selle elulise tähtsuse või emotsionaalse köitvuse pärast. Huvi põhineb vajadustel ja on inimese tegevuse tähtsamaid motiive.

Huvi on inimese aktiivne soov millegagi

• Üks võimalus füüsikat huvitavaks teha on seletada meid ümbritseva looduse nähtusi.

•

Seletamine

põhjusele. on vastuse leidmine küsimusele

MIKS?

Küsimusele MIKS? vastatakse teaduse seaduste abil, kusjuures ei otsita vastust lõpp • Täpsemalt öelduna on

seletamine mingist konkreetsest nähtusest oluliste tunnuste eristamine ja nende viimine üldisemate seoste või seaduste alla .

Reemo Voltri

•

Füüsika eesmärgiks

on välja selgitada looduseseadusi ja tõlkida need inimesele arusaadavasse keelde kasutades samas nn .

füüsika keele

abil.

•

Füüsika keel

on spetsiifiline keel, mis tugineb tavakeelele, kuid millele on omased järgmised tunnused: • kaotab sõnade mitmetähenduslikkuse (näit. laeng : elektrilaeng, lõhkelaeng, emotsionaalne laeng ); • võimaldab lühemalt üles kirjutada füüsikas kasutatavaid lauseid ( näit.:

nõgusläätse fookuskaugus on 25 cm

asemel

f = - 25 cm

); • võimaldab kajastada objektide või mõistete vahelisi suhteid ( näit: I

=

U / R ); • võimaldab pidada sidet eri rahvustel ja eri põlvkondadel. Reemo Voltri

• •

Kuidas saadakse teada loodusseadusi ?

Selleks kasutab iga loodusteadus talle omaseid uurimismeetodeid, kuid kõik need taanduvad ühele meetodile –

teaduse meetodile,

mille aluseks on katse.

Milline on teaduse meetod?

Uurimisviis, kus varasematele teadmistele tuginedes leitakse uus

probleem

. Probleemile vastuse leidmiseks püstitatakse teaduslik oletus ehk

hüpotees.

Seda (hüpoteesi)

kontrollitakse järeldus

ja tehakse hüpoteesi õigsuse kohta.

Reemo Voltri

•

Milline on täppisteaduslik meetod?

• See on teaduse meetod, mis kasutab: • idealiseeritud objekte; • võimalikult üheselt määratud (korratavaid) katsetingimusi; • maksimaalse täpsusega tehtud mõõtmisi; • ühetähenduslikku keelt – füüsika keelt; • idealiseeritud nähtuste matemaatilist kirjeldamist .

Reemo Voltri

•

Füüsikaline maailmapilt

on maailma mudel, ettekujutus loodusest, selle ehitusest, omadustest, arenemisest jne. • Füüsikaline maailmapilt kujuneb inimtegevuse käigus, kus inimene oma tegevusega mõjutab loodust (näit. teeb katseid) ja mille käigus saadud informatsioon kujundab tema teadvuses ettekujutuse loodusest. • Maailmapildi kujunemisel (või kujundamisel) on suureks raskuseks see, et füüsika seadused formuleeritakse ideaalsete objektide jaoks, aga rakendatakse reaalsetele objektidele.

• Maailma konstrueerimisel peame silmas, et loodusseadused ei muutu aja jooksul, küll aga muutuvad füüsikaseadused (vastavalt teaduse arenemisele) Reemo Voltri

• Maailmapilt on läbi aegade muutunud. • 18 - 19 . sajandil valitses nn

mehaaniline maailmapilt,

mille aluseks on Newtoni seisukohad ja seadused. Selle pildi järgi koosneb maailm kõvadest, kaalu omavaist ja liikuvaist osakestest. Osakesed erinevad peamiselt kvantitatiivselt - massi poolest. Kuni elektromagnetvälja avastamiseni töötas selline maailmapilt hästi, kuid välja ei suutnud selline maailmapilt seletada.

• 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses valitses

elektromagnetiline maailmapilt,

mis seletas nähtusi elektromagnetilise vastastikmõjuga, mida vahendasid elektri ja magnetväli. Sellega seletub enamik igapäevase elu nähtusi. Reemo Voltri

• •

Modernne, nüüdisaegne maailmapilt

ei jaga mateeriat aineks ja väljaks, sest igale väljale vastavad kvandid - osakesed ja vastupidi, igal osakesel on lainelised (välja) omadused. Looduse seletamisel kasutatakse

lainelis - korpuskulaarset dualismi

mõistet.

Dualismiprintsiip

väidab, et nii aine kui välja algosakestel on nii laine- kui ka osakese omadused. Laineomadused tulevad ilmsiks osakeste liikumisel . Väljaosakeste (kvantide) korral seisneb laine vastava välja võnkumiste levikus .

Reemo Voltri

Sündmus, signaal, retseptor, aisting, kujutlus

ja

füüsika

Reemo Voltri

Mina

ehk vaatleja

Reemo Voltri

• •

Vaatlus

on looduse uurimise passiivne vorm, millel on kindel eesmärk, metoodika, kasutatakse mõõteriistu ja tulemused fikseeritakse. Vaatluse korral kehtib nõue, et nähtus peab tekkima ja kulgema ilma vaatlejapoolse sekkumiseta.

Inimene ehk vaatleja

on üks osa loodusest, erinedes ülejäänust teadvuse poolest. See lubab tal infot salvestada ja töödelda, arvestades põhjuslikke seoseid.

Reemo Voltri

•

Kuidas füüsika kogub infot loodusest?

• Inimene saab infot ümbritsevast maailmast oma meeleorganite abil. Kui neid organeid ärritada, tekib aisting. • Aistinguteks on • Nägemine -90% • Kuulmine • kompimine, • haistmine, • maitsmine.

Reemo Voltri

• Aisting on

tegevus:

• me näeme, et mingi valgus on punane, • kuuleme, et hääl on vali jne. • Aistingute korral ei anta neile sisu. Nii tegutseb näiteks imik. Normaalsel inimesel esinevad aistingud kompleksselt ja neid analüüsitakse.

• Sel juhul räägitakse

tajumisest.

Tajumine tugineb suuresti eelnevatele teadmistele, kogemustele, ootustele Reemo Voltri

Maailmas (looduses) leiab aset

sündmus

Reemo Voltri

Vaatleja närviraku ehk

retseptorini

jõuab

signaal

selle kohta. Reemo Voltri

Retseptorist läheb vastavat infot kandev närviimpulss

ajju

, kus tekib sündmust peegeldav aisting.

Reemo Voltri

Erinevatest meeleorganitest pärinevate erinevate aistingute põhjal tekib ajus sündmusest terviklik

taju

.

Reemo Voltri

Seejärel kasutab aju

mälus

säilitatavaid varasemaid sellelaadseid aistinguid ja tajusid, rakendab

mõistust

(süllogisme) ning lõpptulemusena tekib maailma sündmusest või objektist terviklik kujutlus ehk

visioon

.

Süllogism

(kr.k.

syllogismos

järeldus) on tõese järelduse – tegemine maailma kohta vaid mõistuse abil, ilma vastavat aistingut saamata . Näiteks: kui

a = b

ja

b = c

, siis ka

a = c

. Reemo Voltri

Füüsika koosneb eri indiviidide poolt tekitatud ja omavahel kooskõlastatud visioonidest.

Füüsika

on maailma peegeldus visioonidena.

füüsika

on paljude vaatlejate ühine loodust peegeldavate kujutluste süsteem (aga mitte loodus ise!).

Reemo Voltri

• • • • Vaatleja tunnused:

tahe

,

aistingud mälu, mõistus

,

Reemo Voltri

Reaalsus ja vaatlejate ühised kujutlused sellest reaalsusest on paratamatult erinevad.

Loodusteadused (sh füüsika) on paljude vaatlejate ühised kujutluste süsteemid.

Kujutlus

on taju, mis esineb ilma meeleorganeid ärritamata. Ei saa kujutleda seda, mida ei tea või pole varem kogetud.

Loodusteadus on inimlik kujutlus reaalsusest, mitte reaalsus ise. Reemo Voltri

Nähtavushorisont

Reemo Voltri

Reemo Voltri

Nähtavushorisont

Üldtunnustatud vastuste piir Reemo Voltri

Mis on nähtavus horisondi sees?

Mis on nähtavus horisondi taga?

Reemo Voltri

Milline on sinu nähtavushorisont?

Mina Mis on selle (nähtavushorisondi) sees?

Mis on nähtavus horisondi taga ?

Reemo Voltri

•

Mis on sellest veel suurem asi? Ja Mis on need veel väiksemad asjad, millest uuritav asi koosneb?

• vastamine nendele küsimustele on võimalik vaid kuni nähtavushorisondini. Reemo Voltri

Kuidas tekib vikerkaar?

Kas sa oskad sellele küsimusele vastata?

Kas selle nähtusega seotu on sinu nähtavushorisondi sees?

Reemo Voltri

Miks taevas on sinine?

Kas sa oskad sellele küsimusele vastata?

Kas selle nähtusega seotu on sinu nähtavushorisondi sees?

Reemo Voltri

Reemo Voltri

Claudius Ptolomaeus

umbes 83 –161) oli kreeka astronoom, astroloog, matemaatik ja geograaf, kes tegutses Egiptuses. Teda peetakse

geotsentrilise maailmasüsteemi

peamiseks kinnistajaks. Reemo Voltri

Reemo Voltri

Geotsentriline maailmasüsteem

Reemo Voltri

Mikołaj Kopernik

(

Nicolaus Copernicus) 1473-1543

Pani aluse heliotsentrilisele maailmasüsteemile Reemo Voltri

Reemo Voltri

Reemo Voltri

Heliotsentriline maailmasüsteem

Reemo Voltri

Teadmistes on jõud

FRANCIS BACON (1561 – 1626) Pani aluse eksperimentidele.

Reemo Voltri

Aristoteles

(384-322 e.m.a). Vanakreeka filosoof, Platoni õpilane, Aleksander Suure õpetaja. Reemo Voltri

Aristoteles

(384-322 e.m.a). Vanakreeka filosoof, Platoni õpilane, Aleksander Suure õpetaja. Rasked kehad langevad kiiremini kui kerged kehad.

Reemo Voltri

Galileo Galilei

(1564 –1642) Näitas katseliselt, et kõik kehad langevad ühesuguse kiirusega.

2000 aastat pärast Aristotelest.

Reemo Voltri

Reemo Voltri

Eksperiment võimaldas laiendada nähtavuse horisonti.

Eksperiment ehk katse

on looduse uurimise aktiivne vorm. Katseks nimetatakse mingi nähtuse uurimist, kui see kutsutakse kunstlikult esile või kui selle kulgemisse sekkutakse. EI või JAA.

Öeldakse ka, et katse on küsimus loodusele. See tuleb nii esitada (eksperiment nii püstitada), et loodus saaks vastata Katse ja vaatluse tulemused kantakse tabelisse ja esitatakse sageli graafikuna, milleks on koordinaadistikul funktsionaalset sõltuvust näitav joon.

Reemo Voltri

Universumi koostis ja mõõtmed

Mikromaailm Makromaailm Megamaailm Nähtavuse horisont Nähtavuse horisont 10 -35 m 10 -25 m 10 -18 m 10 -15 m 10 -10 m 10 -7 m 1 m 10 6 m 10 v.a.

10 5 v.a.

10 8 v.a.

10 10 v.a.

Mõõtmed Kvargid, leptonid Tuumad Aatomid Molekulid Vaatleja Tähesüsteem Galaktika Galaktikate parved Tuntud Universumi osa Reemo Voltri

• • makromaailma (1 μm <

l <

1 Mm) kus

l on objekti moode), mikromaailma (l < 1 μm)

• ja megamaailma (

l > 1 Mm).

•

Film nähtavushorisondist

Reemo Voltri

Füüsika uurimismeetod

Füüsika uurimismeetod

Reemo Voltri

• • • Suuruse

mõõtmine

on tema väärtuse võrdlemine mõõtühikuga • Mõõtmisi jaotatakse kaheks:

otsemõõtmine -

ampermeeter); kus tulemus saadakse vahetult mõõteriista skaalalt (joonlaud,

kaudmõõtmine -

kus tulemus saadakse otsemõõdetud tulemustest arvutuste abil • • (

v = s/t

,

S

Mõõteriist

= axb, jne).

on seade, mille ülesandeks on mingi füüsikalise suuruse võrdlemine mõõtühikuga.

Reemo Voltri

• mõõtmisega kaasneb alati

mõõtemääramatus .

See ei tähenda, et me mõõdame valesti, vaid põhimõtteliselt pole ühtki mõõtmist võimalik teha absoluutselt täpselt. • •

Erandiks

on loendamine heades vaatlustingimustes.

• Mõõteviga ehk

mõõtemääramatus

annab meile vahemiku, milles suuruse tõeline väärtus asub. Seda vahemikku pole võimalik täpselt määrata, küll aga teatud tõenäosuse ehk

usaldatavusega

kindlaks teha

.

Kui me mõõtsime näiteks suurust x ja saime mõõtmistulemuseks x kirjutatakse üles nii m , siis otsitava suuruse väärtus

x = x

m

 

x

Kuna alati pole võimalik kindlaks teha , kas mõõtmise käigus saime tõelisest väärtusest suurema või väiksema tulemuse, siis lisatakse viga mõõdetud tulemusele märgiga  .

, kus 

x

on mõõteviga.

Näiteks

saime keha massi mõõtmisel tulemuseks 27,3 g ja vea hindamisel 0,3 g. Otsitav mass kirjutatakse siis üles nii: m = (27,3  0,3) g . See tähendab, et tõeline mass on vahemikus 27,0 kuni 27,6 grammi. Reemo Voltri

•

tulemused on vigade piires võrdsed.

• • • Olgu meil kaks suurust, mille võrdsust tahame kontrollida. Mõõtmistulemusteks saime x m1 nii:

x

1 =

x

m1 ja x m2  

x

1 Tulemused kirjutame välja ja ja

x

2 =

x

m2 • Olgu konkreetsuse mõttes

x

1 

x

 

x

2 2, .

siis vigade piires on tulemused ühesugused kui

x

1 + 

x

1  Näide: x 1

x

2 

x

2 = (10  .

0,7) m ja

x

2 . Nüüd 10 + 0,7 = 10,7  = (11  0,4) m 11 - 0,4 = 10,6.

• Järelikult on mõõtmistulemused vigade piires võrdsed.

Reemo Voltri

• • • •

Mõõtevea allikaid

on kolm

: mõõteriist -

skaala jaotised pole ühtlased

,

osuti ja skaalakriips on lõpliku paksusega, andurid on muutlikud (vedru väsib, temperatuur mõjub), numbrilises riistas toimub näidu ümardamine;

mõõtmisprotseduur –

lugemisviga (silma järgi skaalajaotise kümnendkohtade hindamine), parallaks, häireviga (välised elektriväljad, vibratsioon, kõrvaline valgus), lähteviga (kui täpselt kasutame arvutustes konstante, näiteks

g

või  ), metoodiline viga (meetodi ebatäiuslikkus või arvutusvalemi ligikaudsus)

objekt -

objekt muutub aja jooksul (soojuspaisumine, vee aurustumine või kondenseerumine, jms.).

Reemo Voltri

• Mõõtemääramatust jagatakse kaheks: • A-tüüpi määramatus - loetakse võrdseks standardhälbega, kui mõõdetava suuruse hinnanguna kasutatakse aritmeetilist keskmist • B – tüüpi määramatus leitakse mõõteriista vigade abil. • Mõõtmistulemuse määramatust, mis arvestab nii A kui B tüüpi määramatusi, nimetatakse

liitmääramatuseks

Reemo Voltri

•

Standardhälve

 on statistiline väärtus, mis näitab, kui palju väärtused keskmiselt erinevad keskmisest • Enamiku tunnuste korral erineb üle poole andmetest aritmeetilisest keskmisest vähem kui standardhälbe  võrra Reemo Voltri

•

Arvutamise näide

• Valimis on järgmised väärtused: • Nende kaheksa väärtuse aritmeetiline keskmine on 5: Reemo Voltri

• Et arvutada standardhälvet, tuleb esmalt arvutada iga väärtuse hälve kõigi väärtuste aritmeetilisest keskmisest ja võtta saadud tulemused ruutu: Reemo Voltri

• Järgmiseks tuleb leida hälvete ruutude aritmeetiline keskmine ja võtta tulemusest ruutjuur: • Antud valimi standardhälve on 2.

• Ja saame kirjutada keskmine väärtus on 5  2 Reemo Voltri

• •

Etalon

on seade mõõtühiku reprodutseerimiseks, säilitamiseks ja töömõõtevahenditele ülekandmiseks • Praktiliste mõõtmiste korral ei kasutata rahvusvahelisi etalone, vaid töömõõteriistu, mida kontrollitakse (

taadeldakse)

rahvuslike etalonide (või nende asendajatega). Rahvuslikke etalone võrreldakse regulaarselt rahvusvahelistega. Sellega tegeleb riiklik metroloogiateenistus.

Taatlemine.

See on protseduur, mille läbimisel riist saab või säilitab mõõtevahendi õigused. Taatlemise käigus, mida viib läbi taatluslabor, võrreldakse riista etalonide või väga täpsete taatelmõõtevahenditega ja tehakse kindlaks, kas riist vastab kehtivatele standarditele ja märgistatakse nõuetele vastav mõõtevahend taatlusmärgistusega Reemo Voltri

• Mõned mõõteriistad peavad perioodiliselt läbima taatlemise. Taatlemist võivad läbi viia ainult õiguspädevad taatlusasutused.

• Massi mõõtevahendid (kaaluvihid ja kaalud) • Vedelike koguste (mahu) mõõtevahendid (kütusetankurid, mõõtemahutid ja metallist mahumõõdud) • Vee- ja soojusarvestid • Elektrienergia mõõtevahendid (mõõtetrafod) • Pikkuse mõõtevahendid (mõõdulindid, mahutite nivoomõõturid, mõõterattad) • Liiklusteenuse osutamisel ja liiklusjärelevalves kasutatavad mõõtevahendid (taksomeetrid, kiirusmõõturid, autode heitgaaside analüsaatorid, ratta- ja teljekoormuskaalud) • Vedelike tiheduse ja alkoholi kontsentratsiooni määramise mõõtevahendid (tihedusmõõturid, areomeetrid, alkoholomeetrid) • Temperatuuri mõõtevahendid (klaasist vedeliktermomeetrid ja digitaaltermomeetrid Pt-anduriga) • Tervishoiuteenuse osutamisel kasutatavad mõõtevahendid (vererõhumõõturid, kaalud) Reemo Voltri

mõõteseadus

•

Seaduse reguleerimisala

Käesoleva seadusega sätestatakse: rahvusvahelisele mõõtühikute süsteemile (SI) vastavate mõõtühikute kasutamine ja väärtuste edastamine; mõõtetulemuste jälgitavuse tõendamise alused; legaalmetroloogiline kontroll ja mõõtevahendite vastavushindamine metroloogiline infrastruktuur; mõõtmistegevuse riikliku järelevalve korraldus.

Reemo Voltri

• Suure Prantsuse revolutsiooni ajal (1789 – 1799) loobuti kõigest kuninglikust ja ka vanadest ühikutest. • 1791.a. otsustati defineerida uued pikkuse ja massi ühikud. Nimetused valiti nii, et nad poleks seotud mingite rahvuslike joontega.

• Ühikud olid kõik

kümnekordsed.

Senini see nii ei olnud. Kordsust hakati tähistama vastavate eesliidetega: kilo-, detsi- jne.

Reemo Voltri

• Meetermõõdustik sai Prantsusmaal kohustuslikuks 1840.a. Rahvusvaheline Meetermõõdustiku Konventsioon sõlmiti 1875.a. 17 riigi vahel. • Eestis kehtestati meetermõõdustik 01.01.1929.a. Praeguseks (alates 1960.a.) kehtib ametlikult kõigis (välja arvatud Suur Brittannia ja USA) arenenud maades

SI

(System International), kuid anglo ameerika maades kasutatakse ikkagi rohkem jardi ja naela kui meetrit ja kilogrammi.

Reemo Voltri

•

Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem SI

kasutab 7 füüsikalist suurust põhisuurustena. Nende suuruste mõõtühikud on põhiühikud. Kõik teised suurused ja ühikud on määratud vastavalt põhisuuruste ning põhiühikute kaudu. Reemo Voltri

• Põhisuurused on: • Pikkus - meeter, • aeg - sekund • mass – kilogramm • aine hulk - mool, • temperatuur – kelvin • voolutugevus – amper • valgustugevus- kandela.

Reemo Voltri

• • 1 kg - 1 dm 3 juures.

e. 1 liitri puhta vee mass 4  C

1s -

moodustab 1 / 86400 ööpäevast. • 1m -vahemaa, mille valgus läbib 1/c sekundiga, kusjuures c = 299792458  0 m/s e.

3 * 10 8

m

/

s

Reemo Voltri

•

Aja mõõtmine

• Esimene ajamõõtevahend arvatakse olevat ca 10 000 aastat vana. Kreekas kasutati selleks maasse torgatud keppi, mille varju pikkuse järgi hinnati aega. Selle riista nimi oli

gnoomon.

Hiljem tehti kepi ümber ringskaala ja saadi ilmaga või öösel.

päikesekell.

• Vanas Egiptuses (ca 3000 a. e.m.a.) jaotati päeva pikkus 12 osaks. Miks just 12 ? Ei teata, võib-olla Sodiaagi tähtkujude järgi. Sellise süsteemi järgi olid ühikud (tunnid) eri aastaaegadel erineva pikkusega. Päikesekellal oli veelgi puudusi, näiteks ei saanud seda kasutada pilves • Egiptuses ja Babüloonias võeti ca 1000 a. e.m.a. kasutusele

veekellad

, kus aega võrreldi vee anumasse voolamise (või väljavoolamise) kiirusega. Siit ka termin: aeg voolab. Neil jagati skaala juba 2  12 osaks, st hakati mõõtma ööpäeva pikkust. Veekella nimetus oli

klepsüdra

. Hiljem tehti ka

taskuveekelli.

• Keskajal tulid kasutusele

liivakellad.

Nendega mõõdeti juba veerandtunde ja isegi minuteid.

• Edasi tulid sekundeid.

rataskellad

(võeti kasutusele 500.a. paiku), mida käivitati pommide ja vedrudega. Nendega sai juba mõõta minuti osasid,

Elektrikellad

võeti kasutusele 19. sajandi lõpus.

Kvartskellad

võeti kasutusele 20. sajandi 30-il aastail. Elektriliselt võnkuma pandud kvartskristall säilitab suure täpsusega võnkesageduse. Kvartskell eksib 1 sekundi 30 aasta kohta. Tänapäeval kasutatakse nn.

aatomkelli

(kvartskell koos aatomresonaatoriga). Mõõteviga on neil ca 1s 100 000 aasta kohta. Reemo Voltri

Nimetus

Universumi vanus Üks aasta Üks ööpäev Tammepuu suurim vanus Vihmaussi maksimaalne eluiga Sütiku plahvatus Tuumareaktsioon Valgus läbib tuuma diameetri Lühim ajavahemik

Väärtus

10 18 s  10 11 a 3,16 .

10 7 s 8,64 .

10 4 s 1500 a 20 a 10 -6 s 10 -18 s 10 -23 s 10 -24 s Reemo Voltri

• Pikkuse mõõtmine • Vanasti kasutati pikkuse “etalonina” inimest, õigemini tema kehaosi. Näiteks Vanas Egiptuses oli ühikuks kasutusele

jalg

= 31 cm • Väiksemaid ühikuid: Araabias -

1 küünar,

mis võrdus kaugusega küünarnuki otsast kuni keskmise sõrme otsani. Kasutusel oli kaks erinevat küünart: kuninglik küünar (52 cm ) ja lihtrahva küünar (45 cm). Nii lahendati käibemaksu probleem : kõik, mida kuningas sai (maksud) , võeti kuningliku küünra järgi, lihtrahvale jagati (müüdi) aga lühema küünra järgi. Babüloonias võeti

kaamelikarva

paksus, Jaapanis

siidiussi kookoniniidi

jämedus (ca 0,05 mm). • Suuremaid ühikuid: Egiptuses, Kreekas -

staadion

(185 m – 192 m), Egiptuses

miil

(1,4 km), Tiibetis joomiskõlblikuks, ca 1500 m).

tassi tee kaugus

(vahemaa, mille läbimiseks kulunud aja jooksul keev teevesi jahtub • Tänapäeval kasutatava meetri etalonid on muutunud järjest täpsemaks. Arhiivimeeter tagas täpsuse (suhtelise vea) 10 –4 , 1889. a. kasutusele võetud uus meetri etalon tagas täpsuse 10 -7 kiirgusspektri ühe joone lainepikkus. See tagas täpsuse 10 . Aastal 1960 kehtestati uus meetri etalon, mille aluseks oli krüptoon-86 -9 . Mõõtmistäpsus 10 -9 on täpsus, mis vastaks tuhandekilomeetrise vahemaa mõõtmisele 1 mm täpsusega. 1983. a kehtestati veel uuem meetrietalon, mis on seotud valguse kiirusega vaakumis. See tagab mõõtmistäpsuse 10 -12 .

Reemo Voltri

Nimetus

Vaatlushorisont Galaktika läbimõõt Kaugus lähima täheni Päikese raadius Maa raadius Suurimad puud Sinivaal Molekuli diameeter Vesiniku aatomi läbimõõt Aatomituuma läbimõõt

Väärtus

10 24 km 10 18 km 4 . 10 13 km 7 .

10 5 km 6,4 .

10 3 km üle 100 m ca 30 m 10 -10 m .... 10 -8 m 3 .

10 -11 m 10 -15 m Reemo Voltri

Pindala mõõtmine

• Sellega alustati Vanas Egiptuses, kus pindala mõõdeti kaudselt, sest osati arvutada ruudu pindala. Ühikuks oli ruut, mille külje pikkus oli 100 kuninga küünart (selle etalon oli vastava pikkusega nöör). Ühiku nimi oli

arura

, mis võrdus 2760 m 2 .

Ruutmõõdud tulid tegelikult Rooma ajal ja neid tähistatigi ruudu abil

näiteks



´,

mis tähistas ruutjalga.

• Omapärase siledate ja õhukeste materjalide (paber, riie, plekk jms.) pindala mõõtmise moodus võeti kasutusele 1860.a. kellegi Youngi poolt, nimelt

kaalumise meetod.

Seal eeldatakse et materjali pindala on võrdeline massiga, see lubab leida igasuguse kujuga kehade pindalasid.

Reemo Voltri

•

Ruumala mõõtmine

• Kõige vanem ruumala ühik on

kamalutäis.

Suurem oli

hunnik

ja väiksem

näputäis

. Väga vana on ka ühik mahumõõduriistaks

pang

, kuid see oli erinevais maades väga erineva suurusega (väikseim ainult 2 liitrit). Vanas Kreekas oli

amfora

, mille mahuks roomlased määrasid 1 kuupjala, see on umbes 27 liitrit. Ühikuid oli äärmiselt palju ja vägagi veidraid. Näiteks Indias oli ühikuks ka püha looma , lehma jalajälg pehmes pinnases, nn

lehmajalg.

Reemo Voltri

•

Massi mõõtmine

• Massi mõõtmine toimub kaalumise teel. Vanasti ei tehtud vahet kaalul ja massil. Need probleemid tekkisid alles pärast Newtonit. Andmeid võrdõlgsete kangkaalude kohta on juba 2600 a. e.m.a. Egiptusest. Ligemale 1500 aastat hilisema päritoluga on nn. margapuu e. päsmer (Egiptus). See on mittevõrdõlgne kaal.

• Vedrukaalud võeti kasutusele 18. sajandil, elektroonilised 20 saj. II poolel. • Kaasaegsed kaalumismeetodid lubavad määrata massi täpsusega 10 -9 . See on täpsus, mille korral oleks võimalik 1000 tonnise massiga rongi kaaluda 1 g täpsusega. Reemo Voltri

Nimetus

Universum Päike Maa Vaal Punane verelible Vee molekul Elektron

Väärtus

10 50 kg 2 .

10 30 kg 6 .

10 24 kg 10 5 kg 10 -13 kg 3 .

10 -20 kg 10 -30 kg Reemo Voltri

Füüsika uurib:

• Kehasid – meie ümber olevad materiaalsed objektid. Keha kui mudel – paljudel juhtudel ei täpsusta millise kehaga on tegemist, sest see ei oma füüsika seisukohast tähtsust.

• Nähtuseid - näiteks inerts, hõõrdumine ja iseloomustab neid • füüsikaliste suuruste abil – jõud, pinge jne Reemo Voltri

Füüsikalised suurused jaotuvad: Skalaarsed ehk arvulised suurused: mass, aeg Vektoriaalsed ehk suunaga suurused : kiirus, jõud Reemo Voltri

• Negatiivsus?

• Kuidas seda füüsikas mõista?

• v=-4m/s • füüsikas miinus märk näitab vastupidist suunda esialgsega (kokkulepituga).

• Kui tegemist skalaarsete suurustega, siis tulebki neid ka vastavalt niimoodi arvutustes kasutada • Kui on tegemist vektoritega, siis tuleb neid liita ja lahutada vastavalt vektorite liitmis ja lahutamisseadustele. Reemo Voltri

• Füüsika erinevus matemaatikast ?

• matemaatika on universaalne keel, mis näiliselt iseseisvalt defineerib oma reeglid, kuid võib samas olla abstraktne • Füüsika on nende reeglite looduslikku

päritolu

avav õpetus, mis peab aga alati säilitama seose loodusega • Füüsika kasutatab matemaatikat füüsikaliste nähtuste ja seoste kirjeldamisel ja analüüsimisel.

Reemo Voltri

• Liikumine on • keha või selle punkti asukoha muutus ruumis • Taustkeha – keha või kehade süsteem, mille suhtes uuritavat keha või selle liikumist kirjeldatakse • Punktmass – keha mille mõõtmed jäetakse lihtsuse mõttes arvestamata.

Reemo Voltri

Liikumise liikideks

on: •

Kulgemine

asukoht ehk kulgliikumine ehk translatsioon - muutub keha • • • • • Ringliikumine - keha trajektooriks on ringjoon. Ringliikumisel on kõveruskeskpunkt kehast väljas (Maa liikumine ümber Päikese).

pöörlemine

ringliikumine, kus keha kõveruskeskpunkt asub keha mõõtmete sees (rotatsioon),- muutub keha asend, on selline Pöörlemisest räägitakse suurte kehade, mitte punktmasside korral.

kuju muutumine

ehk

kujumine

(deformatsioon) jaguneb: plastiline ja elastne

võnkumine

(ostsillatsioon). Võnkumisel muutub millegi asend või kuju perioodiliselt (korduvalt)n.ö edasi tagasi ehk keha liigub algasendisse tagasi mööda sama teed mis ta sealt ära liikus

Laine

on võnkumkise kulgemine ehk võnkumise edasi kandumine ruumis Reemo Voltri

• Mida tähendab liikumise suhtelisus • Keha kiirus ja trajektoor võivad erinevate tasutkehade suhtes olla erinevad • näiteid? • keha liikumisolekut iseloomustab kiirus • Kiiruse ühik • m/s • 8m/s tähendab?

Reemo Voltri

• Et keha hakkaks liikuma peab teda mõjutatama kas otseselt mõne keha(aine) poolt või mõne välja vahendusel: • Välja eriomadused võrreldes ainega: mõõtmete puudumine ja paljude väljade samaaegne üksteist mitte segav eksistents. • Igapäevaselt küll teadvustame enim gravitatsiooni välja, aga tänapäeval ilmselt igapäevaselt olulisim elektromagnetväli • Saame keha otseselt katsuda, aga kuidas välja “katsuda”?

surudes kokku kahe püsimagneti samanimelisi pooluseid • kummalgi kehal on oma väli, mille kaudu nad mõjutavad üksteist

•

Vastastikmõju

on põhjus, mis muudab kehade liikumisolekut intensiivsust kirjeldav füüsikaline suurus on

jõud

. (kiirust). Vastastikmõju • Jõu tähiseks on F ja mõõtühikuks on • 1N – njuuton • Vastastikmõju põhiliike on neli:

gravitatsiooniline, nõrk, elektromagnetiline

ja

tugev

.

• • • Sõnaga

vastastikune

et kui üks keha mõjutab teist, siis teine mõjutab ka esimest. rõhutatakse asjaolu,

Mõju võrdub vastumõjuga. Vastastikmõju käigus toimub aine ja välja ajutine muundumine teineteiseks.

Newtoni III seadus

jõududega, väidab, et kaks keha mõjutavad alati teineteist suuruselt võrdsete kuid vastandlikult suunatud

F1 =



F2

.

Mõju ja vastumõju on võrdsed.

• Sir Isaac Newton Inglise teadlane (1642. 1727 a.) Töötas välja kehade liikumise seadused, gravitatsiooniõpetuse, optika põhiseadused ja terve rea teooriaid matemaatika alal. Ta avastas, et valge valgus koosneb värvilistest osistest ja tema leiutatud on ka peegelteleskoop. Teda loetakse kõigi aegade suuremate mõttehiiglaste hulka..

• Kiirus ei ole alati ühesugune.

• Kui kiirus muutub, siis on tegemist – kiirendusega, mille tähiseks on a • Kiirendus- kiiruse muutumise kiirus ehk näitab kui palju kiirus muutub ajaühikus • Ühik?

m

/

s

2 • Millest sõltub kiirendus ehk see kui palju keha kiirus muutub?

• Jõud • mass

• Newtoni II seadus - keha kiirendus on

massiga, a = F/m. võrdeline talle mõjuva jõuga ja pöördvõrdeline keha

Massi mõõtuhik 1 kg ja jõu mõõtühik 1 N. • 1 N on jõud mis annab 1 kg kehale kiirenduse Ühikute võrdlus • Maa gravitatsiooniväljas liikumine?

1

m

/

s

2 • väiksem on kiirendus ehk kiiruse muutus • Kehal on kalduvus mitte muuta oma liikumisolekut ehk kehadel on

inertsus.

• Seega inertsuse mõõduks on mass

Inerts –

suund keha omadus säilitada liikumise kiirus ja

• Kas Newtoni II seadus on võrdeline või pöördvõrdeline sõltuvus? • Kas Newtoni II seadus on kiirenduse, massi või jõudefinitsioon? • • Newtoni II seaduse mittepõhjuslik kuju:

F

=

ma

. • liikumisolek saab olla püsiv, vaid siis, kui kehale mõjuvad jõud on tasakaalus

Newtoni I seadus

– keha on paigal või liigub kiirenduseta , kui kehale mõjuvad jõud on tasakaalus; • Seega kui keha liigub ühtlase kiirusega siis on talle mõjuvad jõud võrdsed, kuid vastassuunalised

• • Et keha liiguks peab mingi keha või väli tegema tööd

Töö A

on füüsikaline suurus, mis kirjeldab protsessi . Mehaanilise töö korral on tegemist kehade omavahelise asendi muutumisega mingi jõu mõjul.

• Valem A=Fs • Ühik • 1J (džaul) Töö 1 džaul tehakse kui 1N jõu mõjul liigub keha 1m teepikkuse.

•

Energia

on füüsikaline suurus, mis kirjeldab olukorda . Energia on keha või välja võime teha tööd. • Energia jaguneb: • • Kineetiline e. liikumisenergia. Energia on

E k



m suhtes

/

v

2 – keha kiirus

,

kus

m

– keha mass,

v

Potentsiaalne energia e. Vastastikmõju energia

Ep

on tingitud keha asendist teiste kehade suhtes

.

Raskusjõu korral

Ep = mgh,

kus

m

– keha mass, keha kõrgus maapinnast

g

– raskuskiirendus,

h

• Kuna töö on protsess, mis viib ühest olukorrast teise , siis tööga kaasneb energia muutumine • Ühik?

James Prescott Joule

• ( 1818 1889 ) oli inglise füüsik, Londoni Kuningliku Seltsi liige.

• James Prescott Joule oli üks energia jäävuse seaduse avastajaid. Uuris peamiselt elektromagnetismi , soojust ja gaaside omadusi. Avastas eletrivoolu soojusliku toime seaduse.

• Joule'i järgi on nimetatud energiaühik džaul .

• Elamiseks vajab inimene toitu. Kui palju on inimesel vaja ööpäevas toitu, et säilitada elutegevus?

• Kuidas seda hinnata? Selleks oleks vaja teada kui palju energiat inimene päevas kulutab liikumisele, mõtlemisele, jne. ning kui palju soojusenergiat päevas eritub naha kaudu, hingamise kaudu ja teistel viisidel. Kogu see energiakulu tuleb toiduga katta, kusjuures tuleb arvestada seda, et toitu ei omistata 100 %. See on väga keeruline ülesanne. Sellega tegelevad teadlased aastakümneid.

• Sellise töö tulemusena on kindlaks tehtud, kui palju inimene keskmiselt kulutab energiat ühes sekundis kehapinna 1 m2 kohta. Nimetame seda suurust

erienergiakuluks Ee

.

energiavajadus

•

Tegevus Ee ( J/s m2 = W/m2)

• Magamine 40 • Istumine 50 • Mõttetöö 60 • Seismine 70 • Kõnd (5 km/h) 150 • Füüsiline töö (keskmine) 300 • Jooks 600

• • Kuidas kindlaks teha oma kehapinna suurust ? On olemas empiiriline seos inimese kehapinna suuruse, massi ja pikkuse vahel:

S

(

m

2 )  0 , 2 *

m

0 , 425 *

h

0 , 725 • kus mass on antud kilogrammides ja pikkus meetrites. • Nüüd saame hinnata oma

energiakulu

mingi tegevuse korral kui korrutame erienergiakulu tegevuse kestusega sekundites ja oma kehapinna suurusega ruutmeetrites.

• • • Organismi põhiainevahetuse energiakulu on hinnatav vanust, sugu ja kehaehitust arvestava Harris Benedict’i valemiga

MEHED

66,5 + (13.75 x kg) + (5.003 x cm) - (6.775 x vanus aastates)= kcal/ööpäevas

NAISED

655,1 + (9.563 x kg) + (1.850 x cm) - (4.676 x vanus aastateks)= kcal/ööpäevas

• Energiakulu tuleb katta toiduga. Selleks peame teadma toitainete energiasisaldust ehk

kalorsust

. • Mis on kalor?

See on energiahulk, mis kulub 1 g vee temperatuuri tõstmiseks 1 K võrra. • 1 cal = 4,2 J.

• Toiduvajaduse hindamiseks leiame, milline on energiakulu ja võtame selle võrdseks kalorsusega. Sellega eeldame, et kogu toidus olev energia kulub antud tegevusele. Kalorsuse põhjal saab leida toiduaine(t)e koguse, mis katab meie energiakulu.

• • • • • •

Toiduaine Kalorsus

100 g piima ……………………………………..280 kJ 100 g kodujuustu………………………………...400 kJ • • • 1 muna…………………………………………..300 kJ • . 100 g leiba………………………………………800 kJ 100 g kartuleid…………………………………..400 kJ 100 g õunu………………………………………200 kJ 100 g kala ……………………………………….500 kJ 100 g torti………………………………………..1500 kJ 100 g rasvast liha

• Paljudel juhtudel pole oluline mitte tehtava töö hulk vaid hoopis selle töö tegemise kiirus ehk • Võimsus- töö tegemise kiirus ehk kui palju tehakse tööd ajaühikus • Valem N=A/t • Ühik?

• 1W (vatt) • Seadme võimsus on1 W sellisel juhul kui tehakse 1 J tööd ühe sekundi jooksul

James Watt

(1736 –1819)

• • • • • • šoti insener, kes leiutas uut tüüpi aurumasina, mis pani aluse tööstuslikule pöördele 18. sajandil.

Ta ei olnud küll aurumasina leiutaja, kuid täiustatud ja väga tootliku aurumasina autor.

1775. aastal hakkas ta koos inglise ettevõtja Matthew Boultoniga aurumasinaid tootma.

Watti aurumasin tõi pöörde Suurbritannia tööstusse. Terasetootjad kasutasid tema masinat suurte haamrite liikumapanemiseks. Tekstiilitööstuses kasutati seda Richard Arkwrighti leiutatud uute ketrusmasinate käigushoidmiseks. Söekaevandustes ei pidanud inimesed enam sütt kottidega maa peale tassima, sest selle töö tegi nüüd ära ajam, mille pani käima Watti aurumasin.

Tema auks on saanud nime võimsuse mõõtühik vatt.

" "http://et.wikipedia.org/wiki/James_Watt

Elektriseade

K ü lmik (150-200 l) Elektripliit Nõudepesumasin Kohvimasin Mikrolaineahi Pesumasin Triikraud Teler Arvuti Tolmuimeja Elektrik ü te (100 m 2 ) Sooja vee boiler Raadio südame võimsus olenevalt olukorrast

Võimsus (W)

130 7200 1700 1000 800 2000 1200 57 200 400 4000 1200 10 1,5 W - 15 W

• •

Kasutegur

näitab kasuliku töö ja kogu tehtud töö suhet: 

= (Akas/ Akogu)*100 %.

Kogu töö sisaldab endas ka tööd mis läheb erinevate takistavate jõudude vastu tehtavaks tööks.

• suletud süsteem – keha on vastastikmõjus ainult süsteemi siseste kehadega (soojusülekanne, elektrilaengu ülekanne jne) termos • avatud süsteem – keha on vastastikmõjus lisaks süsteemi sisestele kehadele ka süsteemi väliste kehadega.

avatud termos

• Füüsika üks olulisi väärtusi avaldub võimes pädevalt ennustada loodusnähtusi (ja nendega kaasnevat) ehk seda nimetatakse ka

prognostiliseks

väärtuseks (ennustuslik) •

Loodusnähtuse ennustamine

selle nähtuse toimumise kohta tulevikus või mingis teises kohas. on väide • Ennustamise aluseks on põhjuslike seoste tunnetamine.

• •

Põhjuslikult seotuteks

süllogistliku seose.

nimetatakse kahte sündmust siis, kui vaatleja suudab neile sündmustele vastavate visioonide vahel luua

Reduktiivseks

ehk

ruumiliseks põhjuslikuks seoseks

nimetatakse sellist põhjuslikkust, mille korral põhjuslikult seotud sündmused on korraga vaadeldavad.

Ruumiline põhjuslikkus

avaldub ühe füüsikalise objekti koosnemises teistest objektidest (nt

Liivahunnik koosneb liivateradest. Liivaterade olemasolu on liivahunniku olemasolu põhjus

)

•

Kronoloogiliseks

ehk

ajaliseks

nimetatakse sellist põhjuslikkust, mille korral põhjuslikult seotud sündmused ei ole korraga vaadeldavad. Ajaline põhjuslikkus avaldub ühe sündmuse järgnevuses teisele. Nt:

raskusjõud

(sündmus 1, põhjus);

raamat paikneb laua kohal õhus ja talle mõjub raamat on jõudnud laua pinnale

(sündmus 2, tagajärg)

• • • • • •

Põhjuslikkus

on liigitatav võimalike tagajärgede arvu järgi:

Fatalistliku

põhjuslikkuse korral tundub olevat võimalik ainult üks tagajärg.

Juhusliku

esinemise põhjuslikkuse korral on võimalikke tagajärgi üle ühe, kuid siiski lõplik arv ning me saame hinnata ühe või teise tagajärje tõenäosust (nt

täringuvise

).

Kaootilise

põhjuslikkuse korral on võimalikke tagajärgi lõpmatu arv (nt

“õnnevalamine”

).

Tahtelise

põhjuslikkuse korral realiseerub kellegi tahte rakendumise tulemusena üks kindel tagajärg.

Näiva

põhjuslikkuse korral on nii põhjuse kui tagajärjena vaadeldav sündmus tegelikult põhjustatud mingist kolmandast, esialgu märkamatuks jäänud sündmusest (nt

astroloogia

).

•

Füüsikalise maailmapildi kujundamisel

on otstarbekas lähtuda mõningatest üldkehtivatest põhimõtetest ehk printsiipidest • Printsiibid on kõige üldisemad tõdemused, mille kehtivust tõestab neist tulenevate järelduste absoluutne vastavus eksperimendiga • Printsiip - Millegi tegemist suunav normatiivne juhtmõte, mis ei kuulu tõestamisele. Sõna algallikas on ladina sõna

principium

('algus; algpõhjus'). • Miks küsimuste ahelad füüsikas • Ahel lõppeb printsiibiga(nendime, et loodus lihtsalt on selline, viimane miks k üsimus jääb vastuseta). • Füüsika suudab küll kirjeldada ja seletada loodusnähtusi mingi tasemeni, kuid mingi piirini j õudes lõpeb seletus printsiibiga.

•

Atomistlik printsiip

väidab, et nii aine kui väli ei ole lõputult osadeks jagatavad. Mõlemal on olemas vähimad portsjonid (füüsikalised aatomid), mida aine korral nimetatakse

fundamentaal-

või

alusosakesteks

, välja korral aga

kvantideks

tähendus). (atomistliku printsiibi kitsas Sõna

aatom

(kr.k.

atomos

) tähistabki (antud teadmiste tasemel) jagamatut vähimat osakest.

•

Energia miinimumi printsiip

väidab, et kõik iseeneslikud (mitte välismõjust tingitud) protsessid kulgevad kehade süsteemi energia kahanemise suunas . Süsteemil on kalduvus energiat loovutada (töö tagavara ära kulutada), liikuda minimaalse energiaga olekusse.

• Näited?

kivi kukkumine, soojuse levik kuumemalt kehalt külmemale, magnetnõela orienteerumine, valguse kiirgumine aatomist .

• •

Tõrjutusprintsiip -

teineteise sisse. ainelisi objekte ei saa panna • Tõrjutusprintsiip makro ja mikromaailmas (Pauli keeluprintsiip).

Väljade liitumine ehk superpositsiooniprintsiip

• Superpositsiooniprintsiip tuleneb tõrjutusprintsiibi mittekehtivusest välja korral. • Näiteks tõrjutusprintsiibi kehtivus aine korral (kaks veejuga põrkuvad kokku) näide mittekehtivusest välja korral (kaks laserikiirt või taskulambi kiirtevihku lähevad teineteisest labi).

•

Absoluutkiiruse printsiip

välja liikumine aine suhtes toimub alati suurima võimaliku kiiruse ehk absoluutkiirusega, aineliste objektide omavaheline liikumine on aga suhteline. • klassikaline (Newtoni) füüsika eeldab absoluutkiiruse lõpmatust (piirangu puudumist) • Relativistlik füüsika lähtub absoluutkiiruse olemasolust ja uurib liikumisi sellele lähedastel kiirustel.

Absoluutkiirus

≡ 3 * 10

m

/

s c

e.300 000km/s

• Valgus on inimesele kõige tuntum näide puhtalt väljalise (täpsemalt – nullise seisumassiga) objekti kohta. See liigub ainelise objekti suhtes alati absoluutkiirusega (sõltumata aineliste objektide omavahelisest liikumisest). • Relativistliku füüsika loomulikkus: ruum ja aeg on vaid vaatleja kujutlused. Need kujutlused on paljudele vaatlejatele ühised vaid juhul, kui vaatlejad on ühesugustes tingimustes. Erinevates tingimustes on ka vaatlejate kujutlused ajast ning ruumist erinevad ja see peabki nii olema.

Relativistlik maailmapilt

kujunes välja aastail 1905 1916 Einsteini tööde tulemusena. Varasemale lisandus absoluutse kiiruse printsiip. Ilmnes pikkuse ja aja suhtelisus (relatiivsus).

• • Aja aeglustumine e. dilatatsioon tähendab aja aeglustumist sündmuskoha suhtes liikuva vaatleja jaoks.

• Näide kahe kellaga (üks Maa pinnal, teine Maast eemalduvas kosmoselaevas paigalseisva vaatleja suhtes. – kaksikute paradoks).

• Pikkuste lühenemine e kontraktsioon tähendab keha mõõtmete lühenemist liikumise sihis • Raskused juba absoluutkiirusele lähedase kiirusega liikuva keha kiirendamisel konstantse jõuga ning sellest tulenev massi suurenemine (

a →

0 ja seega

m → ∞

).

Mass

ja

energia

kui millegi olemasolu kirjeldavad suurused, sellest tulenev võrdelisus nende vahel ehk samaväärsusseos

E



mc

2