Bine v-am gasit pe sectiunea de fizica a acestui site!
In continuare vom prezenta, pentru inceput cateva probleme interesante, un deliciu pentru noi, asa cum speram sa fie si pentru cei care vor vizita aceasta pagina!
| Fizica | |
|---|---|
|
Concursuri | |
Fizica[]
Fizica (din grecescul physis insemnand natura) este o stiinta naturala; este studiul materiei si a miscarii sale prin continuumul spatiu-timp si tot ce deriva de aici, ca de exemplu forte si energii. Mai pe larg, este analiza generala a naturii, facuta pentru a intelege modul de comportare al lumii si al universului.
Fizica este una din cele mai vechi discipline academice, probabil cea mai veche daca includem astronomia. In ultimele 2 milenii, fizica a fost considerata sinonima cu filozofia, chimia si anumite parti ale matematicii si biologiei, dar in timpul Revolutiei Stiintifice din secolul al XVI-lea a devenit o stiinta moderna in sine. Totusi, in anumite subiecte ca fizica matematica si chimia cuantica, limitele fizicii sunt greu de gasit.
Fizica este atat importanta cat si influenta, partial pentru ca mai buna intelegere a ei este deseori tradusa in noi tehnologii, dar si pentru ca noile idei din fizica au adesea ecou in alte stiinte, ca matematica si filozofia.
De exemplu, descoperirile din domeniile electromagnetismului si a fizicii nucleare au dus direct la dezvoltarea unor noi produse care au transformat dramatic societatea moderna (televizorul, calculatoarele, electrocasnicele si armele nucleare); descoperirile in domeniul termodinamicii au dus la aparitia transportului motorizat; iar descoperirile din mecanica au dus la dezvoltarea analizei matematice.
Scop si teluri[]
Fizica acopera o gama larga de fenomene, de la cele mai mici particule (quarcuri, neutriono si electroni) pana la cele mai mari galaxii. Incluse in aceste sunt cele mai simple
Fantana de lava de forma parabolica ilustreaza legea corpurilor in cadere a lui Galilei ca si radiatia corpului negru - temperatura poate fi aflata din culoarea corpului negru
obiecte din care toate celelalte lucruri sunt compuse, asadar uneori fizica este numita o "stiinta fundamentala".
Fizica tinteste sa descrie diverse fenomene care apar in natura prin fenomene mai simple. Asadar, fizica tinteste atat la a conecta lucrurile din jurul nostru catre cauze fundamentale, si apoi de a conecta aceste cauze in speranta gasirii motivatiei pentru care natura este asa cum este.
De exemplu, chinezii antici au observat ca anumite pietre erau atrase de altele printr-o forta invizibila. Acest efect a fost ulterior denumit magnetism, si a fost studiat riguros intaia oara in secolul XVII.
Putin inainte chinezilor, grecii antici cunosteau si alte obiecte precum chihlimbarul, care frecat de o blana cauza o atractie invizibila similara intre cele doua obiecte. Si acest domeniu a fost studiat riguros intaia oara in secolul XVI, si a fost numit electricitate.
Asadar, fizica a ajuns sa inteleaga doua observatii din natura a unor cauze fundamentale (electricitatea si magnetismul). Insa, in secolul XIX s-a descoperit ca aceste doua forte erau doar doua fete diferite ale aceleiasi forte - electromagnetismul. Procesul de unificare a fortelor continua si astazi.
Metoda Stiintifica[]
Fizica foloseste metoda stiintifica pentru a verifica validitatea unei teorii fizice, folosin o abordare metodica pentru a compara implicatiile teoriei si concluziile trase din experimentele si observatiile facute pentru a o testa. Experimentele si observatiile trebuie adunate si verificate cu prezicerile si ipotezele facute de o teorie, ajutand astfel determinarii validitatii/invaliditatii teoriei.
Teoriile care sunt foarte bine verificate de date si care nu au dat gres in niciun test empiric competent sunt adesea numite legi stiintifice sau legi naturale. Desigur, toate teoriile, inclusiv cele numite legi stiintifice, pot fi oricand inlocuite cu afirmatii mai precise, generalizate daca apare o disconcordanta a teoriei cu datele experimentale.
Teorie si Experiment[]
In cultura fizicii exista o separare mai mare intre teorie si experiment decat in multe alte stiinte. Din secolul XX, majoritatea fizicienilor s-au specializat ori in fizica teoretica
Atat astronautul cat si Terra sunt in cadere libera
sau in fizica experimentala. In contrast, aproape toti teoreticienii de succes din biologie si chimie au fost si experimentalisti, desi si acest lucru se schimba in ultimul timp.
Teoreticienii incearca sa dezvolte modele matematice care sunt in concordanta cu experimentele existente si care prezic cu succes rezultate viitoare, in timp ce experimentalistii creeaza si fac experimente pentru a verifica prezicerile teoretice si a explora noi fenomene. Desi teoria si experimentul se dezvolta separat, sunt puternic dependente una de cealalta. Progresul in fizica vine adesea cand experimentalistii fac o descoperire pe care teoreticienii nu o pot explica, sau cand noi teorii generaza preziceri testabile experimentale, care inspira noi experimente.
De asemenea notabil este faptul ca exista anumiti fizicieni care lucreaza in zona comuna a teoriei si experimentului numiti fenomenologi. Fenomenologii lucreaza cu fenomenele complexe observate experimental si incearca sa le lege la teoria fundamentala.
Teoreticienii, din punct de vedere istoric, s-au inspirat din filozofie si metafizica; astfel a fost unificat electromagnetismul. Dincolo de universul cunoscut, fizica teoretica trateaza posibilitati ipotetice, precum universuri paralele, un multivers si dimensiuni superioare. Teoreticienii invoca aceste idei in incercarea de a rezolva probleme particulare a teoriilor existente. Exploreaza apoi consecintele acestor idei si incearca sa faca preziceri testabile.
Fizica experimentala informeaza si este informata de inginerie si tehnologie. Experimentalistii implicati in proiectarea cercetarilor de baza fac experimente cu echipamente precum acceleratoare de particule si lasere, in timp ce cei implicatii in cercetarea aplicata lucreaza adesea in industrie, dezvoltand tehnologii ca imaginistica prin rezonanta magnetica si tranzistori. Feynman a notat ca experimentalistii s-ar putea sa se orienteze spre zone slab explorate de teoreticieni.
Relatia cu matematic si cu celelalte stiinte[]
In Il Saggiatore(1622), Galileo a notat ca matematica este limbajul prin care natura isi exprima legile. Majoritatea rezultatelor experimentale din fizica sunt masuratori numerice, iar teoriile fizice folosesc matematica pentru a da rezulta care se potrivesc masuratorilor.
Fizica se bazeaza pe matematica pentru a aduce un cadru logic in care legile fizicii sa fie precis formulate iar prezicerile cuantificate. Oricand soulutiile analitice al ecuatiilor
Fulgerul este un curent electric
nu sunt realizabile, analiza numerica si simularile sunt folosite. Asadar, calculul stiintific este o parte integrala a fizicii, iar domeniul fizicii de calcul(?) este un domeniu activ al cercetarii.
O diferenta cheie intre fizica si matematica este ca pentru ca fizica este interesata de descrierea lumii materiale, isi verifica teoriile comparand prezicerile teoriilor sale cu datele obtinute din observatii si experimente, in timp ce matematica este interesata de modele abstracte, nelimitate de ce este observat in lumea reala. Deosebirea, insa, nu este intotdeauna clara. Exista o portiune mare din cercetare situata intre matematica si fizica, numita fizica matematica.
Fizica este de asemenea legata de multe alte stiinte, precum si de domeniile aplicate ca ingineria si medicina. Principiile fizicii isi gasesc aplicatii in toate celelalte stiinte naturale intrucat unele fenomene studiate in fizica, de exemplu conservarea energiei, sunt comune tuturor sistemelor materiale. Alte fenomene, precum superconductivitatea, deriva din aceste legi, dar nu sunt legi in sine pentru ca apar doar in unele sisteme.
Fizica este adeseori numite "stiinta fundamentala" (chimia este uneori inclusa), pentru ca toate celelalte domenii (biologia, chimia, geologia, stiinta materialelor, inginerie, medicina, etc.) se ocupa de cazuri particulare a sistemelor materiale care se supun legilor fizicii. De exemplu chimia este stiinta reuniunilor materie (precum gazele si lichidele formate din atomi si molecule) si procesele numite reactii chimice care rezulta din schimbarile substantelor chimice.
Structura, reactivitatea si proprietatile compusului chimic sunt determinate de proprietati ale moleculelor ce il compun, care pot fi bine descrise de domenii ale fizicii ca sa mecanica cuantica sau chimia cuantica, termodinamica si electromagnetismul.
Implicatii Filozofice[]
In multe feluri fizica provine din filozofia antica greaca. De la prima incercare a lui Thales de a caracteriza materia, pana la deductia lui Democritus ca materia ar trebui sa se poata reduce la o stare invariabila, astronomia ptolomeica a unui firmament cristalin si cartea Fizica a lui Aristotel, diferiti filozofi greci au propud propriile lor teoriei despre natura. Chiar si in secolul XVIII, fizica era cunoscuta ca Filozofie Naturala
In secolul XIX fizica a fost valorificata ca o stiinta pozitiva si o disciplina diferita de filozofie si celelalte stiinte. Fizica, ca si restul stiintei, se bazeaza pe filozofia stiintei pentru a obtine o descriere adecvata a metodei stiintifice. Metoda stiintifica foloseste justificari si argumente si folosirea inferentei Bayesian pentru a masura validitatea unei teorii.
Dezvoltarea fizicii a raspuns la multe din intrebarile filozofilor timpurii, dar a si ridicat unele noi. Studiul problemelor filozofice din fizica sau filozofia fizica, implica probleme ca natura spatiului si timpului, determinismul si domeniile metafizice ale empiricismului, naturalismului si realismului.
Multi fizicieni au scris despre implicatiile filozofice a muncii lor, ca de exemplu Laplace, care a sustinut determinismul cauzal, si Erwin Schrödinger, care a scris despre mecanica cuantica. Fizicianul matematic Roger Penrose a fost numit un platonist de catre Stephen Hawking, un punct de vedere discutat de Penrose in cartea sa Drumul spre Realitate (The Road to Reality). Hawking se refera la sine ca un reductionist fara rusine.
Istorie[]
Din antichitate oamenii au incercat sa inteleaga comportamentul lumii naturale. Unul din marile mistere era comportamentul previzibil al obiectelor ceresti ca soarele si luna.
Aristotel
Cateva teorii au fost propuse, din care majoritatea au fost respinse.
Filozofii greci Thales (circa 624 i.e.n-546 i.e.n) si Leucippus (prima jumatatea al secolului V i.e.n) au refuzat sa accepte diversele explicatii supranaturale, religioase si mitologice pentru fenomenele naturale, sustinand ca fiecare eveniment are o cauza naturala. Primele teorii fizice erau pline de termeni filozofici si niciodata nu erau verificate de teste experimentale sistematice cum se face in zilele noastre. Multe din lucrarile acceptate in mod general a lui Ptolomeu si Aristotel nu verificau observatiile zilnice.
Chiar si asa, multi filozofi si astronomi greci, chinezi si indieni au dat multe descrieri corecte in atomism si astronomie, iar ganditorul grec Arhimede a aflat corect multe descrieri cantitative din mecanica si hidrostatica. O fizica mai experimentala a inceput sa ia forma printre fizicienii musulmani medievali, in timp ce fizica moderna a luat parte printre timpurii fizicieni europeni moderni.
Principalele Teorii ale Fizicii[]
In timp ce fizica se ocupa de o varietate imensa de sisteme, anumite teorii sunt folosite de toti fizicienii. Fiecare din aceste teorii a fost testata experimental de multe ori si a fost gasita ca fiind o buna aproximatie a naturii (intr-un anumit domeniu al valabilitatii). De exemplu teoria mecanicii clasice descrie cu precizie miscarea obiectelor, considerandu-se ca sunt mult mai mari ca atomii si ca se misca la mult sub viteza luminii. Aceste teorii sunt in continuu zone de cercetare; de exemplu, un aspect important al mecanicii clasice cunoscut ca si haos a fost descoperit in secolul XX, la trei secole dupa formularea initiala a mecanicii clasice de catre Isaac Newton (1642-1727).
Aceste teorii centrale sunt unelte importante pentru a putea cerceta domenii mai specializat si orice fizician, oricare ar fi specializarea sa, este asteptat sa fie un bun cunoscator al lor. Acestea includ mecanica clasica, mecanica cuantica, termodinamica si mecanica statistica, electromagnetismul si teoria speciala a relativitatii.
Domenii de Cercetare[]
Cercetarea din fizica contemporana poate fi impartita in fizica materiei condensate, fizica atomica, moleculara si otpica, fizica particulelor, astrofizica, geofizica si biofizica. Unele departamente de fizica sustin cercetarile in educatia fizica. Din secolul al XX-lea campurile individuale ale fizicii au devenit din ce in ce mai specializate, iar astazi majoritatea fizicienilor lucreaza intr-un singur domeniu intreaga lor cariera. "Universalii" ca si Albert Einstein (1879-1955) si Lev Landau (1908-1968), care au lucrat in mai multe domenii al fizicii sunt astazi foarte rari.
Din secolul al XX-lea, domeniile individuale ale fizicii au devenit din ce in ce mai specializate, iar astazi majoritatea fizicienilor lucreaza intr-un singur domeniu intreaga lor cariera. Universali ca Albert Einstein (1879-1955) si Lev Landau (1908-1968), care au lucrat in mai multe zone ale fizicii, sunt azi foarte rari.
Materie Condensata[]
Fizica materiei condensate este domeniul fizicii care se ocupa cu proprietatile fizice macroscopice ale materiei. In particular este interesata de fazele "condensate" care apar
Date a distributiei vitezei in atomii gazului de rubidiu, confirmand existenta unei noi stari a materiei, condensatul Bose-Einstein
oricand numarul constituentilor dintr-un sistem este foarte mare iar interactiunile dintre constituenti sunt puternice.
Cele mai familiare exemple de faze condensate sunt solidele si lichidele care apar din formarea unei forte electromagnetice intre atomi. Fazele condensate mai exotice includ superfluidele si condensatul Bose-Einstein gasit in anumite sisteme atomice la temperaturi foarte joase, faza superconductoare dovedita de electronii de transmitere in anumite materiale si fazele feromagnetice si antiferomagnetice ale spinurilor pe straturile atomice.
Fizica materiei condensate este de departe cel mai vast domeniu al fizicii contemporane. Istoric, fizica materiei condensate a aparut din fizica solidului, care este astazi considerata unul din multele sale subdomenii. Termenul fizica materiei condensate a fost prima oara folosit de Philip Anderson cand si-a redenumit grupul de cercetare - inainte denumit teoria solidului - in 1967.
In 1978, Divizia Fizicii Solidului a Societatii Fizice Americane a fost redenumita Divizia Fizicii Materiei Condensate. Fizica materiei condensate se suprapune cu chimia, stiinta materialelor, nanotehnologia si ingineria.
Fizica atomica, moleculara si optica[]
Fizica atomica, moleculara si optica este studiul interactiunilor materie-materie si lumina-materie la scara atomilor. Cele trei domenii sunt grupate laolalta datorita legaturilor dintre ele, similaritatii metodelor folosite si scarilor de energie relevante comune. Toate trei includ atat parti clasice cat si cuantice; pot trata subiectul dintr-un punct de vedere microscopic. Fizica atomica studiaza invelisul electronic al atomilor. Cercetarile curente se concentreaza pe activitati in zona controlului cuantic, racirea si capturarea de atomi si ioni, dinamica coliziunilor la temperaturi joase, comportamentul colectiv al atomilor in gazele cu interactiune scazuta (condensatul Bose-Einstein si sistemele degenerate diluate Fermi), masurarea precisa a constantelor fundamentale si efectele corelarii de atomi in structura si dinamica. Fizica atomica este influentata de nucleu, dar fenomenele intra-moleculare ca fisiunea si fuziunea sunt considerate parte a fizicii inaltelor energii.
Fizica moleculara se concentreaza pe structuri multi-atomice si interactiunile interne si externe cu materie si lumina. Fizica optica este diferita de optica prin faptul ca tinde sa nu se concentreze pe controlul campurilor clasice de lumina de catre obiecte macroscopice, ci pe proprietatile fundamentale a campurilor optice si pe interactiunile cu materia in taramul microscopic.
Fizica inaltelor energii/particulelor[]
Fizica particulelor este studiul constituentilor elementari a materiei si energii, si interactiunile dintre ei. Se mai numeste si fizica inaltelor energii, pentru ca multe particule
Un eveniment simulat in detectorul CMS a LHC de la CERN, aratand o posibila aparitie a bozonului lui Higgs
elementare nu apar natural, ci sunt create in timpul coliziunilor la energii inalte cu alte particule, asa cum este detectat in acceleratoarele de particule.
Momentan interactiunile dintre particulele elementare sunt descrise de Modelul Standard. Modelul tine cont de 12 particule cunoscute ce interactioneaza prin fortele fundamentala tare, slaba si electromagnetica. Dinamica este descrisa sub forma schimbului intre particule a unor particule mesager ce transporta forta. Aceste particule mesager sunt cunoscute ca gluoni, W± , bozomii Z si fotonii. Modelul Standard prezice si bosonul lui Higgs, a carui existenta nu a fost inca verificata.
Astrofizica[]
Astrofizica si astronomia sunt aplicatiile teoriilor si metodelor fizicii in studiul structurilor si evolutiilor stelare, originii sistemului solar si problemelor de cosmologie. Intrucat astrofizica este un subiect larg, astrofizicienii aplica multe din disciplinele fizicii, printre care mecanica, electromagnetismul, mecanica statica, termodinamica, mecanica cuantica, relativitate, fizica particulelor si nucleara si fizica atomica si nucleara.
Descoperirea in 1931 a semnalelor radio emise de corpurile ceresti de catre Karl Jansky a initiat radio astronomia. Mai recent, frontierele astronomiei au fost largite de explorarea spatiala. Perturbatiile si interferentele din atmosfera pamantului fac observatiile din spatiu necesare pentru
Cea mai indepartata imagine vizuala a universului, Campul Ultra-Indepartat Hubble
astronomia in infrarosu, ultraviolet, raze gamma sau raze X.
Cosmologia fizica este studiul formarii si evolutiei universului la scara mare. Teoria relativitatii a lui Albert Einstein joaca un rol central in toate teoriile cosmologice moderne. La inceputul secolului XX, descoperirea facuta de catre Hubble ca universul este in expansiune, asa cum este aratat de diagrama Hubble, a dus la aparitia unor explicatii rivale cunoscute ca universul in stare de echilibru si Big Bang.
Big Bang-ul a fost confirmat de succesul sintezei nucleare Big Bang si de descoperirea fondului cosmic de microunde. Modelul Big Bang se bazeaza pe doi piloni teoretici. Relativitatea generala a lui Albert Einstein si principiul cosmologic. Cosmologii au formulat recent un model precis al evolutiei universului, care include inflatia cosmica, energia neagra si materia neagra.
Fizica Fundamentala[]
In timp ce fizica tinteste sa descopere legi universale, teoriile sale se intind in domenii de aplicabilitate restranse. Mai pe larg, legile fizicii clasice descriu cu acuratete sistemele a caror marime este mult mai mare decat a atomilor si care se misca cu viteze mult mai mici decat viteza luminii. In afara acestui
Domeniile de baza ale fizicii
domeniu, observatiile nu mai sunt in concordanta cu prezicerile. Albert Einstein a dat cadrul relativitatii speciale, care a inlocuit notiunile de timp si spatiu absolut cu continuumul spatiu timp si a permis o descriere precisa a sistemelor a caror componente au viteze apropiate de cea a luminii. Max Planck, Erwin Schrödinger si altii au introdus mecanica cuantica, o idee probabilistica despre particule si interactiuni care a permis o descriere explicita a scarilor atomice si subatomice. Mai tarziu, teoria campului cuantic a unificat mecanica cuantica cu relativitatea speciala. Relativitatea generalizata permite un spatiu-timp dinamic, curbat in care sistemele foarte masive si structurile la scara mare a universului pot fi bine descrise. Relativitatea generalizata nu a fost inca unificata cu celelalte descrieri fundamentale.
Aplicatii si influenta[]
Fizica aplicata este un termen general pentru cercetarea in fizica care este facuta pentru un anumit uz. Un curriculum a fizicii aplicate contine de obicei notiuni din disciplinele
Surubul lui Arhimede foloseste mecanica simpla pentru a ridica lichide
aplicate, ca geologia si ingineria electrica. De obicei difera de inginerie prin faptul ca un fizician "aplicat" nu proiecteaza ceva anume, ci mai degraba foloseste fizica sau face cercetare cu scopul de a dezvolta noi tehnologii sau de a rezolva o problema.
Abordarea este similara celei din matematica aplicata. Fizicienii din acest domeniu pot fi de asemenea interesati de folosirea fizicii pentru cercetari fizice. De exemplu cei ce lucreaza la fizica acceleratoarelor vor cauta sa construiasca acceleratoare de particule mai bune pentru cercetari in fizica teoretica.
Fizica este folosita intensiva in inginerie. De exemplu statica, un subdomeniu al mecanicii, este folosit la construirea podurilor si a altor structuri. Intelegerea si folosirea acusticii da sali de concert mai bune; in mod similar folosirea opticii creeaza dispozitive optice mai bune. O buna intelegere a fizicii ajuta la crearea unor simulatoare de zbor, jocuri video si filme mai realistice si este adeseori cruciala in investigatiile politiste.
Cu conventia standard ca legile fizicii sunt universale si nu se schimba in timp, fizica poate fi folosita pentru a studia lucruri care ar fi de obicei infundate in nesiguranta. De exemplu, in studiul originii Pamantului, o persoana poate modela masa, temperatura si rotatia Pamantului in timp. De asemenea permite simulari in inginerie care accelereaza drastic dezvoltarea de noi tehnologii.
Totusi, in metodele fizicii exista interdisciplinalitate si foarte multe alte domenii importante sunt influentate de fizica; de exemplu, econofizica si sociofizica.
Cercetarile Curente[]
Cercetarile in fizica progreseaza continuu pe un numar mare de fronturi.
In fizica materiei condensate, o problema teoretice nerezolvata este cea a superconductivitatii la temperaturi inalte. Multe experimente tintesc sa creeze calculatoare cuantice
Diagrama Feynman, semnata de R. P. Feynman
si electronice cu transport de spin functionabile.
In fizica particulelor, primele dovezi experimentale ale fizicii de dupa Modelul Standard au inceput sa apara. Printre acestea un loc de cinste il ocupa indicatiile ca particulele neutrino nu au masa zero. Aceste rezultate experimentale au rezolvat problema particulelor neutrino solare, si fizica particulelor neutrino masive ramane o zona de cercetari teoretice si experimentale active. In urmatorii cativa ani, acceleratoarele de particule vor permite cercetarea scarilor de ordinul Terra-electron-voltilor, in care experimentalistii spera sa gaseasca dovezi a bosonului lui Higgs si a particulelor supersimetrice.
Incercarile teoretice de a unifica mecanica cuantica si relativitatea generala intr-o singura teorie a gravitatie cuantice, o incercare continua de peste jumatate de secol, nu au fost inca reusite decisiv. Principalii candidati sunt Teoria-M, teoria superstringurilor si teoria gravitatiei cuantice legate.
Multe fenomene astronomice si cosmologice nu au fost inca explicate satisfacator, inclusiv existenta razelor cosmice de energie ultra-inalta, asimetria barionilor, accelerarea universului si anomaliile vitezelor de rotatie a galaxiei.
Desi s-au facut progrese substantiale in domeniile astrofizicii, fizicii cuantica si a inaltelor energii, multe fenomene de zi cu zi printre care complexitatea, haosul si turbulentele
Un eveniment tipic studiat si descris de fizica: un magnet leviteaza deasupra unui superconductor demonstrand efectul Meissner
inca nu sunt bine intelese. Probleme complexe care par ca ar putea fi rezolvate printr-o aplicare istete a dinamicii si mecanicii raman nerezolvate; exemplele includ formarea dunelor, vartejurile din apa, forma picaturilor de apa, mecanismele catastrofelor tensiunii superficiale si auto-sortarea la scuturarea sistemelor eterogene.
Aceste fenomene complexe au primit o atentie crescanda din anii 1970 din mai multe motive, printre care si disponibilitatea metodelor matematice moderne si a calculatoarelor, care permit modelarea sistemelor complexe in noi moduri. Fizica complexa a devenit parte a cercetarii interdisciplinare, ca de exemplu studiul turbulentelor in aerodinamica si observarea formarii tiparelor in sisteme biologice.