Всякое изменение в природе происходит закономерно, то есть имеет свою причину. Естественные науки – в том числе физика – стремятся узнать причины природных явлений, чтобы научиться их объяснять и предсказывать.

Способы изучения физических явлений

Наблюдения

Наблюдения производятся с помощью наших органов чувств и специальных приборов.

Эксперимент

Нужен для воспроизведения явления и лучшего изучения.

Измерения

В процессе наблюдений и опытов производятся измерения. Это нужно для создания точной математической модели явления.

Модель – идеализированный объект, отражающий только те свойства предмета или явления, которые имеют значение в данной задаче.

Гипотезы

На основе наблюдений, опытов и измерений выдвигаются гипотезы (предположения) о закономерностях изучаемого явления. Гипотезу затем проверяют с помощью новых наблдений и опытов. 

Например, из жизненного опыта нам известно, что брошенные тела падают  за разное время. Выдвинем гипотезу: скорость падения тел зависит от их массы. Тогда тела одинаковой массы должны падать за одинаковое время. Проведем эксперимент: возьмем два одинаковых листа бумаги, один скомкаем и уроним. Видим, что они упадут не одновременно.

Гипотеза не подтвердилась!

Гагилей провел другие опыты: он ронял с Пизанской башни тяжелые шары, чтобы сопротивление воздуха вносило меньше искажений в наблюдаемое явление. И пришел к выводу, что все тела падают с одинаковым ускорением, если сопротивлением воздуха можно пренебречь. А значит, при падении с одинаковой высоты наберут одинаковую скорость, независимо от массы.

Научная теория

Если гипотеза подтверждается, то ученые формулируют научную теорию, в которой описывают причины и следствия для изучаемого явления или группы явлений. Теория также должна проверяться экспериментом. Может оказаться (и часто оказывается!), что теория правильно описывает явления только при определенных условиях или с некоторой точностью. Тогда новая более общая теория будет включать в себя старую как частный случай. Например, теория относительности, созданная Альбертом Эйнштейном, включает в себя классическую механику Ньютона в случаях, когда рассматриваются не очень массивные тела, движущиеся со скоростями, значительно меньшими скорости света.