Фізичні явища вивчаються в процесі спостережень і дослідів. Під спостереженнями ми розуміємо вивчення явища в природній обстановці так, як воно відбувається в природі. Так, відомо, що магніт притягує залізні предмети; лід, віск чи смола під час нагрівання тануть; тоненька плівка гасу чи масла на поверхні води виграє всіма барвами райдуги; при забиванні цвяха нагрівається і молоток і цвях; за реактивним літаком обов'язково тягнеться білястий слід випущений із рук камінь падає на землю; в космічному кораблі всі тіла перебувають у стані невагомості і т. д. Звідки ми все це знаємо? Про це ми довідалися від інших людей чи з книг, але немало знань здобули і з власних спостережень.
Людина завжди була допитливою. Задивившись із заздрістю на птаха, що пролітав, вона незабаром змайструвала собі крила і, стрибнувши з дзвіниці, спробувала полетіти. Навіть після падіння вона не втратила допитливості. Скінчилося все це тим, що вона долетіла-таки до Місяця, важливо було лише почати.
Ще в глибоку давнину люди знали, що натертий шерстю янтар притягує легенькі ворсинки; всі тіла падають на землю; з руди можна виплавити метал; тертям одного шматка дерева об другий можна дістати вогонь і т. д., але не знали, чому це відбувається. Закони, які керують згаданими вище фізичними явищами і є законами фізики.
Учені також дістають знання із спостережень. Проте вони не обмежуються лише спостереженнями, а ставлять спеціальні фізичні досліди. Під фізичним дослідом ми розуміємо штучне відтворення явища, що цікавить нас, у спрощених умовах, виключивши по можливості побічні явища.
Наведемо історичний приклад. Спостереження стародавніх людей показували, що швидкість падіння на землю тіл з певної висоти приблизно однакова, легкі ж тіла падають значно повільніше і з різними швидкостями, причому велике значення має розмір їхньої поверхні. Так, яблуко падає на землю значно швидше, ніж листя, що опадає восени; ще повільніше падає легенька пір'їнка чи павутинка. Із цих спостережень можна зробити, здавалося, б, один висновок; більш масивний предмет падає швидше. До такого висновку і прийшли стародавні греки.
Простий дослід дав би можливість перевірити це твердження й довести, ш,о воно помилкове. Але стародавні греки намагалися до всього дійти на основі умоглядних роздумів. І минуло не одне століття, поки геніальний італійський учений Галілео Галілей у XVI ст. провів серію дослідів і показав, що на рух тіл впливає опір повітря. У безповітряному ж просторі всі тіла падають з однаковою швидкістю. Детальніше з дослідами Галілея ми ознайомимося пізніше.
Характерна риса сучасної експериментальної фізики — зростання складності фізичного експерименту (спорудження атомних реакторів, гігантських прискорювачів елементарних частинок, запуск штучних супутників Землі і космічних станцій на інші планети тощо).
Експериментальні можливості сучасної фізики безмежні. Якщо 90—100 років тому деякі вчені не визнавали існування атомів, то зараз фізики навіть «заглядають» усередину атомів, у мільйони раз менших за порошинку, і виявляють непередбачену складність їхніх окремих частин; створюють атоми нових, так званих трансуранових елементів. Мабуть, не менш дивним є відкриття фізиками способів перетворення непоказного тьмяного графіту, яким ми пишемо, в найтвердіший дорогоцінний мінерал — алмаз.
Останнім, часом створено електронні та іонні мікроскопи, які збільшують у сотні тисяч разів і дають змогу побачити й сфотографувати окремі молекули й атоми. До речі, чи уявляєте ви собі, що таке стотисячне збільшення? Так, наприклад, літера друкарського шрифту цієї книжки, збільшена в сто тисяч раз, займе площу н гектар! А це ж не межа! У Японії завершено спорудження електронного мікроскопа, який збільшує предмети в 500 тис. раз. Вушко голки за допомогою мікроскопа буде збільшене до
розмірів стадіону.
Ще недавно можливість дізнатися про хімічнии склад зірок, а тим більше «зазирнути» в їх надра здавалася зовсім фантастичною. Проте розвиток фізики дав можливість успішно розв'язати й це завдання.
А тепер, читачу, на хвилинку задумайся і ще раз здивуйся фантастичній роботі фізиків. Дослідивши тоненький промінчик світла, що тисячі років добирався до нас від зорі, вони можуть розповісти тобі не тільки про її розміри і швидкість руху, але й детально описати, що відбувається всередині зорі, а також передбачити її майбутнє.
Можна навести ще багато прикладів, які переконливо свідчать про надзвичайну могутність фізичних методів вивчення явищ природи. Під час вивчення фізики і читання цієї книжки ви матимете можливість не один раз переконатися в цьому.
Обов'язковою умовою кожного фізичного експерименту є його відтворюваність у будь-якій точці земної кулі, у межах похибок спостережень експеримент повинен давати за однакових умов однаковий результат. За допомогою спостережень фізичних дослідів встановлюються певні фізичні закони. Це сформульовані словесно чи в математичній формі твердження, які об'єктивно характеризують існуючі зв'язки між предметами та явищами природи.
