Пространство и время в физике - определение и объяснение с примерами

Содержание:

Пространство и время:

Изучая природу, исследователи разделили все объекты физического мира на микро , макро и мегамир. Вам уже знакомы эти приставки, и вы можете предположить, чем отличаются эти три понятия. Однако не стоит спешить с ответом! Он не так прост, как может показаться на первый взгляд.
 

Структурные уровни физического мира

Вся доступная для наблюдения часть материального мира, который нас окружает, называется Вселенной.

Мельчайшими объектами Вселенной являются микрочастицы — молекулы, атомы и их составляющие. Мир молекул, атомов и их составляющих называют микромиром (рис. 1.29).

В микромире действуют законы, заметно отличающиеся от тех, с которыми сталкивается человек в повседневной жизни. Так, одна из составляющих атома микрочастица, нейтрон может свободно проникать сквозь толстые стены. Законы, по которым «живут* микрочастицы, изучает квантовая физика. Благодаря ее достижениям появились современные компьютеры, мобильные телефоны, цифровые видео- и аудиопроигрыватели и другая «умная* бытовая техника.

Атомы или молекулы могут объединяться в большие скопления — макроскопические тела. Примерами макроскопических тел прежде всего являются сам человек, а также все физические тела, которые его окружают (дерево, дом, шкаф, стол, книга и т. п.).

Земля и другие планеты являются макроскопическими телами астрономического масштаба. Мир планет и физических тел, которые окружают человека, а также сам человек составляют макромир (см. рис. 1.30). В макромире господствует классическая физика. На основе законов классической физики человечество создало гигантские сооружения, гидро- и тепловые лектростанции, станки и технические устройства, современные средства передвижения — поезда, автомобили, самолеты, ракеты.

Однако макромир — всего лишь «песчинка* во Вселенной. Крохотные «светлячки* звезд на ночном небе на самом деле представляют собой гигантские шары раскаленного газа, размеры которых зачастую намного превышают размеры нашего Солнца. Расстояния между разбросанными во Вселенной звездами огромны: чтобы добраться до ближайшей к Солнцу звезды, двигаясь со скоростью пассажирского поезда, понадобилось бы около 30 млн лет. Изменения в этом мире происходят настолько медленно, что время человеческой жизни кажется коротким мгновением. Так, наше Солнце возникло около 5000 млн лет назад и будет светить еще примерно 8000 млн лет.

Расстояния здесь измеряются в миллионах километров, время — в миллионах лет... Помните, какая из кратных приставок означает «миллион*? Верно — «мега*. Поэтому ученые и называют мир звезд, звездных скоплений — галактик и других гигантских космических объектов мегамиром (рис. 1.31). Строение и эволюцию мегамира изучает специальная наука — космология.

Последовательность событий и продолжительность события

Пространство и время являются своеобразной ареной, на которой «разыгрываются,, все явления и процессы, происходящие в окружающем нас мире. Чтобы дать полное описание какого-нибудь события, мы

обязательно должны указать не только где, но и когда это событие произошло. Например, наблюдая за соревнованиями легкоатлетов (рис. 1.32), мы всегда фиксируем (хотя часто и не задумываемся об этом) момент времени и положение спортсмена в пространстве. В ином случае определить победителя было бы невозможно.

При этом мы хорошо понимаем, что спортсмен, который первым пересек финишную черту, сделал это до того, как финишировали остальные участники забега. То есть речь идет о последовательности событий, когда одно из них происходит раньше, чем другие.

Однако даже выяснив, кто стал победителем в отдельном забеге, мы не будем знать победителя в соревнованиях, если не измерим отрезок времени с момента старта спортсмена до его финиша — чтобы сравнить с результатами остальных участников. То есть, как говорят физики, необходимо установить продолжительность события.

• Заказать решение задач по физике

Продолжительность события — это промежуток времени, в течение которого это событие происходит.
Таким образом, для того чтобы определить и продолжительность одного события, и последовательность всех событий, мы измеряем промежуток времени. Различие заключается в выборе начальных моментов, от которых ведется отсчет времени. Определяя продолжительность данного события, за начальный момент мы принимаем момент начала самого события. При определении последовательности событий начальный момент связывают с началом одного общего для всех события.

Например, осенние каникулы (событие) начались 25 октября и продолжались 8 дней. В данном случае промежуток времени 8 дней означает продолжительность события. За начало отсчета времени принимаем начало самих каникул.

Дата 25 октября указывает на последовательность событий, а за начало отсчета времени принимаем начало календарного го

Единицы времени

Как измерить время? Ответ на этот вопрос подсказала людям сама природа. Дело в том, что многие процессы, происходящие в природе, являются периодическими.

 Периодическим называют такой процесс, который последовательно повторяется через равные промежутки времени.

Продолжительность одного такого процесса может служить единицей времени. Например, вращение Земли вокруг своей оси — периодический процесс. Поэтому еще с древнейших времен за единицу времени принимались сутки — продолжительность одного полного оборота Земли вокруг своей оси. Затем сутки разделили на равные доли, получив такие единицы времени, как час (ч), минута (мин), секунда (с). Час — это 1/24 часть суток, минута — 1/60 часть часа, а секунда — 1/60 часть минуты.

Устанавливая эти единицы, люди считали, что продолжительность полного оборота Земли вокруг ее оси всегда одинакова. Однако измерения, проведенные учеными с помощью современных приборов, показали, что это не совсем так. Зато периодические процессы в микромире оказались более стабильными. Поэтому для большей точности измерения времени был создан эталон*, основанный на периодических процессах, происходящих внутри атома (рис. 1.33). С помощью атомного эталона воспроизводят единицу времени в СИ — секунду (с).

Самым распространенным прибором для измерения времени являются часы. Часы могут отличаться и конструкцией, и точностью измерений (рис. 1.34), однако их действие всегда основано на одном из периодических процессов.

Итоги:

Вся доступная для наблюдения часть материального мира называется Вселенной. Все объекты во Вселенной разделяются на микро-, макро- и мегамир: микромиром называют мир атомов и мельчайших частиц, из которых они состоят; к макромиру относится мир планет и физических тел, которые окружают человека, а также сам человек; мегамиром называют мир звезд, звездных скоплений — галактик, а также других подобных объектов.

Эталон — это тело или устройство для хранения и воспроизведения единицы физической величины.

Мир, который нас окружает, существует в пространстве и во времени.

Измерение времени вызвано необходимостью получить ответ на два вопроса: «Как долго определенное событие происходило?» и «Когда это событие происходило?». Ответ на эти вопросы позволяет определить продолжительность и последовательность событий.

За единицу времени принимают продолжительность того или иного периодического процесса. В СИ в качестве единицы времени используется секунда.