物理教科书/物理学在个人和社会背景中的应用
经典物理学的范围是空间的三维:长度、宽度和深度。爱因斯坦的相对论增加了第四维,即时间。现在,随着科学影响我们生活的方方面面,第五维出现了,即社会。作为社会成员,我们希望了解物理学如何用于个人发展。科技影响和决定着我们生活的方方面面,甚至决定着我们的存在方式。我们可能没有意识到,科学已经渗透到我们的日常生活。
在我们自己的家中,我们在烹饪等简单活动中应用着物理定律和原理。我们知道,食物在有盖的锅或平底锅中更快地烹饪。微波炉、压力锅、涡轮烤箱和食品加工机等厨房用具的发明使食物的准备更加快捷和方便,所有这些都应用了物理学原理。
物理学不同于技术。技术产生发明;物理学解释自然界。技术关注科学定律和理论的实际应用。手机、电动机、平板彩色电视、DVD 播放器和电脑都是技术进步。这些都是电磁学定律应用的结果。
进一步解释物理学和技术之间的区别是,在牛顿时代,只有太空旅行的理论被发展起来,而没有它的技术。登上月球那时只是一个梦想,更不用说近距离研究木星或太阳了。然而,太空旅行技术的进步已经将这些梦想变成了现实。
我们许多现代技术都是基于物理学的。这些技术的产物以人们利用的商品和服务的形式存在:使用超声波或电离辐射进行诊断和治疗的医疗技术;交通和通信方面的进步,如天然气或混合动力汽车、快速大众交通系统、卫星和无线通信。物理学为我们关于自然界的问题提供了解决方案,而技术则为我们提供了解决实际问题的解决方案,例如更好地生产食物、供应更多的燃料以及用于发电或运输行业的替代能源。
对能源或与技术相关的解决方案的需求刺激了科学的发展。例如,化石燃料资源的减少促使科学家寻找新的能源来源。
另一方面,科学也刺激了技术的发展。发现新的能源来源及其最有效的利用,为大型技术的发展奠定了基础。科学家对更准确和更好的观察和实验工具的需求,促使技术人员开发出精密的设备,例如在医疗领域和电信行业使用的设备。
现代技术需要大量的能源。据估计,工业化国家的居民每年消耗 150 到 350 吉焦耳的能源,主要是电力。图 1.5 显示了世界能源消耗量。
技术史是使用大量能源实现劳动机械化的故事。这一切始于蒸汽机的发明,它开启了工业革命。蒸汽机,以及内燃机和大型电力生产等重大发展,为生产商品和向人们提供服务提供了能源需求。
通过使用晶体管和集成电路,电子设备已经实现晶体管化、小型化和自动化。计算机和机器人不仅在工业中使用,而且在家中和商业机构中也得到广泛使用。它们的使用有助于提高生产力,尽管它们往往会导致工人失业。
计算机和机器人被认为是技术进步,它带来了更高的效率。更少的人可以在更短的时间内完成更多的事情,因为可以使用更多更广泛的资源来更快速和更完整地利用自然资源。
人类的技术需求得到了极大的满足,我们许多梦想,如登上月球或在太空中生活,都因为这种高能源消耗而实现。
科学技术在很大程度上影响了现代人或科技人的生活质量和生活水平。医疗技术的进步延长了人们的平均寿命。我们享受着电器带来的便利,如灯泡和熨斗。今天,智能家居将信息和通信技术结合在一起,使生活更轻松、更高效。在晚上,智能家居中的灯光会根据房间里的人员情况自动打开或关闭。你不需要打开冰箱就能喝到冷水。它可以直接从冰箱门上取用。
为了提高机动性,有汽车、公共汽车、自行车、三轮车、火车和飞机。这些快速便捷的交通工具为其他有意义的活动节省了更多时间。
随着移动电话及其提供服务的出现,通信也变得快速而高效。电报时代已经过去,发送者必须等待至少三天才能收到信息。现在,有了传真、电子邮件和短信 (SMS),信息可以实时接收。
然而,我们必须记住,无论科学技术取得了怎样的进步,这些进步都应该造福人类。明智地、恰当地利用它们,以确保每个人都能获得最大的利益,这取决于那些已经学习并理解每项科学努力的优缺点的人。