Номер 7, страница 19, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава I. Физика и физические методы изучения природы. Параграф 2. Физика и окружающий мир - номер 7, страница 19.

Условие.

7. Расскажите, что вам известно о современных средствах транспорта. Какие физические открытия используются в них?

Решение.

Современные средства транспорта являются результатом многовекового развития науки и техники и базируются на фундаментальных физических открытиях. Рассмотрим несколько примеров наиболее технологичных видов транспорта и физические принципы, лежащие в их основе.

Электромобили и беспилотные автомобили

Электромобили, такие как Tesla, используют электрическую энергию, накопленную в аккумуляторах, для приведения в движение электродвигателя. Беспилотные автомобили (автономный транспорт) способны передвигаться без участия человека благодаря сложной системе датчиков (радары, лидары, камеры) и искусственного интеллекта.

Ключевые физические открытия:

Электромагнетизм: Открытие явления электромагнитной индукции Майклом Фарадеем лежит в основе работы электродвигателей, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Законы Максвелла описывают все электромагнитные явления, используемые в автомобиле.

Электрохимия: Принципы работы аккумуляторов (например, литий-ионных) основаны на химических реакциях, создающих разность потенциалов и обеспечивающих протекание тока.

Физика полупроводников и квантовая механика: Создание транзисторов и интегральных схем, основанное на открытиях в квантовой механике, позволило разработать бортовые компьютеры, системы управления и датчики, необходимые для автономного вождения.

Теория относительности: Глобальная система позиционирования (GPS), необходимая для навигации, работает с высокой точностью только благодаря учёту эффектов специальной (замедление времени из-за скорости спутника) и общей (ускорение времени из-за нахождения в более слабом гравитационном поле) теории относительности Эйнштейна.

Высокоскоростные поезда на магнитной левитации (Маглев)

Поезда Маглев движутся, не касаясь рельсов, удерживаясь и направляясь силой электромагнитного поля. Это позволяет им развивать очень высокие скорости (свыше 600 км/ч) за счёт практически полного отсутствия трения качения.

Ключевые физические открытия:

Электромагнетизм: Основной принцип — использование мощных электромагнитов на поезде и в путевом полотне для создания сил отталкивания или притяжения, которые поднимают состав в воздух (левитация) и толкают его вперёд. Это прямое применение законов Ампера и Ленца.

Сверхпроводимость: В некоторых системах Маглев используются сверхпроводящие магниты. Явление сверхпроводимости (полное отсутствие электрического сопротивления при низких температурах) — это квантовомеханический эффект, открытие которого позволило создавать чрезвычайно сильные магнитные поля при меньших затратах энергии.

Аэродинамика: Форма поездов спроектирована для минимизации сопротивления воздуха на высоких скоростях, что является задачей гидро- и аэродинамики.

Современная авиация

Современные самолёты используют лёгкие и прочные композитные материалы, высокоэффективные турбовентиляторные двигатели и сложнейшие системы авионики для обеспечения безопасности и экономичности полетов.

Ключевые физические открытия:

Аэродинамика: Создание подъёмной силы крылом описывается законами гидро- и аэродинамики, в частности, принципом Бернулли и третьим законом Ньютона. Особая форма крыла (аэродинамический профиль) заставляет воздух обтекать его сверху с большей скоростью, чем снизу. Это создает разность давлений, которая и "поднимает" самолет.

Термодинамика и законы Ньютона: Реактивные двигатели работают на основе термодинамического цикла Брайтона. Тяга создается в соответствии с третьим законом Ньютона (сила действия равна силе противодействия): выброс раскалённых газов в одну сторону толкает самолёт в противоположную.

Физика твёрдого тела и материаловедение: Разработка композитных материалов, которые легче и прочнее традиционных металлов, стала возможной благодаря глубокому пониманию структуры вещества на атомном уровне.

Ракетно-космическая техника

Современные космические аппараты, включая многоразовые ракеты, способны выводить полезную нагрузку на орбиту, доставлять экспедиции на МКС и совершать межпланетные перелёты.

Ключевые физические открытия:

Законы Ньютона: Движение ракеты основано на третьем законе Ньютона (реактивное движение). Расчёт траекторий, вывод на орбиту и маневрирование в космосе полностью базируются на законах движения и законе всемирного тяготения Ньютона (небесная механика).

Термодинамика и химия: Работа жидкостных ракетных двигателей — это процесс преобразования химической энергии топлива в тепловую, а затем в кинетическую энергию движения ракеты.

Электромагнетизм: Ионные двигатели, используемые для длительных космических миссий, применяют электрические и магнитные поля для разгона ионов до высоких скоростей, создавая малую, но очень эффективную тягу. Их работа описывается силой Лоренца: $F = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B})$.

Ядерная физика: Для энергоснабжения аппаратов в дальнем космосе (например, "Вояджер" или "Кьюриосити") используются радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), которые преобразуют тепло от радиоактивного распада в электричество.

Ответ:

Современные средства транспорта, такие как электромобили, поезда на магнитной левитации (Маглев), самолеты и космические аппараты, являются воплощением фундаментальных физических открытий. В основе их работы лежат: 1) законы классической механики Ньютона (движение, тяготение, реактивная тяга); 2) законы электромагнетизма (электродвигатели, магнитная левитация, радары); 3) принципы термодинамики (двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели); 4) открытия в квантовой механике и физике твердого тела (полупроводниковая электроника, композитные материалы, сверхпроводимость); 5) теория относительности Эйнштейна (коррекция работы систем навигации GPS). Каждое транспортное средство представляет собой сложную систему, объединяющую достижения из разных областей физики.