13 GAŁĘZI FIZYKI KLASYCZNEJ I WSPÓŁCZESNEJ - FIZYCZNY - 2026

Wśród działów fizyki klasycznej i współczesnej możemy wyróżnić akustykę, optykę czy mechanikę w najbardziej prymitywnych dziedzinach, a kosmologię, mechanikę kwantową czy teorię względności w tych, które mają nowsze zastosowania.

Fizyka klasyczna opisuje teorie opracowane przed 1900 rokiem, a współczesną fizykę wydarzenia, które miały miejsce po 1900 roku. Fizyka klasyczna zajmuje się materią i energią w skali makro, bez zagłębiania się w bardziej złożone badania kwantowe. współczesnej fizyki.

Max Planck, jeden z najważniejszych naukowców w historii, zaznaczył koniec klasycznej fizyki i początek współczesnej fizyki od mechaniki kwantowej.

Działy fizyki klasycznej

1- Akustyka

Ucho jest instrumentem biologicznym par excellence do odbierania pewnych wibracji fal i interpretowania ich jako dźwięku.

Akustyka, która zajmuje się badaniem dźwięku (fal mechanicznych w gazach, cieczach i ciałach stałych), jest związana z produkcją, sterowaniem, transmisją, odbiorem i efektami dźwięku.

Technologia akustyczna obejmuje muzykę, badanie zjawisk geologicznych, atmosferycznych i podwodnych.

Psychoakustyka bada fizyczne oddziaływanie dźwięku na systemy biologiczne, obecne od czasu, gdy Pitagoras po raz pierwszy usłyszał odgłosy wibrujących strun i młotów uderzających w kowadła w VI wieku pne. Jednak najbardziej szokującym osiągnięciem medycyny jest technologia ultradźwiękowa.

2- Elektryczność i magnetyzm

Elektryczność i magnetyzm pochodzą z jednej siły elektromagnetycznej. Elektromagnetyzm to dziedzina nauk fizycznych, która opisuje interakcje elektryczności i magnetyzmu.

Pole magnetyczne jest wytwarzane przez poruszający się prąd elektryczny, a pole magnetyczne może indukować ruch ładunków (prąd elektryczny). Zasady elektromagnetyzmu wyjaśniają również zjawiska geomagnetyczne i elektromagnetyczne, opisując sposób interakcji naładowanych cząstek atomów.

Dawniej elektromagnetyzm był doświadczany na podstawie skutków pioruna i promieniowania elektromagnetycznego jako efektu świetlnego.

Magnetyzm był od dawna używany jako podstawowy instrument nawigacji sterowanej kompasem.

Zjawisko ładunków elektrycznych w stanie spoczynku zostało wykryte przez starożytnych Rzymian, którzy obserwowali, w jaki sposób potarty grzebień przyciąga cząsteczki. W kontekście ładunków dodatnich i ujemnych, takie jak ładunki odpychają się, a różne ładunki przyciągają.

Możesz chcieć dowiedzieć się więcej na ten temat, odkrywając 8 typów fal elektromagnetycznych i ich właściwości.

3- Mechanika

Jest to związane z zachowaniem się ciał fizycznych, gdy są one poddane działaniu sił lub przemieszczeń, a także z późniejszym wpływem ciał na ich otoczenie.

U zarania modernizmu naukowcy Jayam, Galileo, Kepler i Newton położyli podwaliny pod to, co obecnie jest znane jako mechanika klasyczna.

Ta poddyscyplina zajmuje się ruchem sił na obiektach i cząstkach, które są w spoczynku lub poruszają się z prędkościami znacznie wolniejszymi niż światło. Mechanika opisuje naturę ciał.

Termin ciało obejmuje cząstki, pociski, statki kosmiczne, gwiazdy, części maszyn, części ciał stałych, części płynów (gazy i ciecze). Cząstki to ciała o niewielkiej strukturze wewnętrznej, traktowane jako punkty matematyczne w mechanice klasycznej.

Sztywne ciała mają rozmiar i kształt, ale zachowują prostotę zbliżoną do prostoty cząstek i mogą być półsztywne (elastyczne, płynne).

4- Mechanika płynów

Mechanika płynów opisuje przepływ cieczy i gazów. Dynamika płynów to dziedzina, z której wyłaniają się podkategorie, takie jak aerodynamika (badanie powietrza i innych gazów w ruchu) oraz hydrodynamika (badanie cieczy w ruchu).

Dynamika płynów jest szeroko stosowana: do obliczania sił i momentów w samolotach, określania masy płynu ropopochodnego w rurociągach, oprócz przewidywania wzorców pogodowych, kompresji mgławic w modelowanie przestrzeni międzygwiazdowej i rozszczepienia broni jądrowej.

Ta gałąź oferuje systematyczną strukturę obejmującą empiryczne i półempiryczne prawa wywodzące się z pomiaru przepływu i wykorzystywane do rozwiązywania praktycznych problemów.

Rozwiązanie problemu dynamiki płynów obejmuje obliczenie właściwości płynu, takich jak prędkość przepływu, ciśnienie, gęstość i temperatura oraz funkcje czasu i przestrzeni.

5- Optyka

Optyka zajmuje się właściwościami i zjawiskami widzialnego i niewidzialnego światła i widzenia. Zbadaj zachowanie i właściwości światła, w tym jego interakcje z materią, oprócz budowania odpowiednich instrumentów.

Opisuje zachowanie światła widzialnego, ultrafioletowego i podczerwonego. Ponieważ światło jest falą elektromagnetyczną, inne formy promieniowania elektromagnetycznego, takie jak promienie rentgenowskie, mikrofale i fale radiowe, mają podobne właściwości.

Ta gałąź ma znaczenie dla wielu pokrewnych dyscyplin, takich jak astronomia, inżynieria, fotografia i medycyna (okulistyka i optometria). Jego praktyczne zastosowania można znaleźć w różnych przedmiotach i technologiach codziennego użytku, w tym w zwierciadłach, soczewkach, teleskopach, mikroskopach, laserach i światłowodach.

6- Termodynamika

Dział fizyki badający wpływ pracy, ciepła i energii w układzie. Narodził się w XIX wieku wraz z pojawieniem się maszyny parowej. Zajmuje się jedynie obserwacją na dużą skalę i reakcją obserwowalnego i mierzalnego systemu.

Oddziaływania gazowe na małą skalę opisuje kinetyczna teoria gazów. Metody wzajemnie się uzupełniają i są wyjaśnione w kategoriach termodynamiki lub teorii kinetyki.

Prawa termodynamiki to:

• Prawo entalpii : wiąże różne formy energii kinetycznej i potencjalnej w systemie z pracą, którą system może wykonać, a także przenoszeniem ciepła.
• Prowadzi to do drugiego prawa i do definicji innej zmiennej stanu zwanej prawem entropii .
• Prawo zerowe definiuje równowagę termodynamiczną na dużą skalę, temperatury w przeciwieństwie do definicji małej skali związanej z energią kinetyczną cząsteczek.

Działy współczesnej fizyki

7- Kosmologia

Jest to badanie struktur i dynamiki Wszechświata na większą skalę. Zbadaj jego pochodzenie, strukturę, ewolucję i ostateczne przeznaczenie.

Kosmologia jako nauka wywodzi się z zasady Kopernika - ciała niebieskie podlegają prawom fizyki identycznym z prawami Ziemi - i mechaniki Newtona, które pozwoliły nam zrozumieć te prawa fizyczne.

Kosmologia fizyczna rozpoczęła się w 1915 roku wraz z rozwojem ogólnej teorii względności Einsteina, po której nastąpiły wielkie odkrycia obserwacyjne w latach dwudziestych XX wieku.

Dramatyczne postępy w kosmologii obserwacyjnej od lat 90-tych, w tym kosmiczne tło mikrofalowe, odległe supernowe i powstania galaktyki z przesunięciem ku czerwieni, doprowadziły do ​​opracowania standardowego modelu kosmologii.

Model ten przylega do zawartości dużych ilości ciemnej materii i ciemnych energii zawartych we wszechświecie, których natura nie jest jeszcze dobrze zdefiniowana.

8- Mechanika kwantowa

Dziedzina fizyki badająca zachowanie materii i światła w skali atomowej i subatomowej. Jego celem jest opisanie i wyjaśnienie właściwości cząsteczek i atomów oraz ich składników: elektronów, protonów, neutronów i innych bardziej ezoterycznych cząstek, takich jak kwarki i gluony.

Właściwości te obejmują interakcje cząstek między sobą oraz z promieniowaniem elektromagnetycznym (światło, promieniowanie rentgenowskie i promienie gamma).

Wielu naukowców przyczyniło się do ustanowienia trzech rewolucyjnych zasad, które stopniowo zyskiwały akceptację i weryfikację eksperymentalną w latach 1900-1930.

• Właściwości określone ilościowo . Pozycja, prędkość i kolor mogą czasami występować tylko w określonych ilościach (np. Kliknięcie liczby po numerze). Kontrastuje to z koncepcją mechaniki klasycznej, która mówi, że takie właściwości muszą istnieć w płaskim, ciągłym widmie. Aby opisać pomysł, że niektóre właściwości klikają, naukowcy stworzyli czasownik określający ilościowo.
• Lekkie cząsteczki . Naukowcy obalili 200 lat eksperymentów, postulując, że światło może zachowywać się jak cząstka, a nie zawsze „jak fale / fale w jeziorze”.
• Fale materii . Materia może również zachowywać się jak fala. Potwierdzają to 30 lat eksperymentów, które potwierdzają, że materia (taka jak elektrony) może istnieć jako cząstki.

9- Względność

Teoria ta obejmuje dwie teorie Alberta Einsteina: szczególną teorię względności, która dotyczy cząstek elementarnych i ich interakcji - opisującą wszystkie zjawiska fizyczne z wyjątkiem grawitacji - oraz ogólną teorię względności, która wyjaśnia prawo grawitacji i jej związek z innymi siłami Natura.

Dotyczy to kosmologii, astrofizyki i astronomii. Teoria względności zmieniła postulaty fizyki i astronomii w XX wieku, wypierając 200 lat teorii Newtona.

Wprowadził takie pojęcia, jak czasoprzestrzeń jako zjednoczona istota, względność równoczesności, kinematyczne i grawitacyjne dylatacja czasu oraz skrócenie długości geograficznej.

W dziedzinie fizyki udoskonalił naukę o cząstkach elementarnych i ich podstawowych oddziaływaniach, wraz z inauguracją ery jądrowej.

Kosmologia i astrofizyka przewidziały niezwykłe zjawiska astronomiczne, takie jak gwiazdy neutronowe, czarne dziury i fale grawitacyjne.

10-Fizyka jądrowa

Jest to dziedzina fizyki, która bada jądro atomowe, jego interakcje z innymi atomami i cząstkami oraz jego składniki.

11-Biophysics

Formalnie jest to gałąź biologii, chociaż jest ściśle związana z fizyką, ponieważ bada biologię na zasadach i metodach fizycznych.

12-Astrofizyka

Formalnie jest to gałąź astronomii, choć ściśle związana z fizyką, gdyż bada fizykę gwiazd, ich skład, ewolucję i strukturę.

13-Geofizyka

Jest to dziedzina geografii, choć ściśle związana z fizyką, ponieważ bada Ziemię metodami i zasadami fizyki.

Przykłady badań z każdej branży

1- Akustyka: badania UNAM

Pracownia akustyki Wydziału Fizyki Wydziału Nauk UNAM prowadzi specjalistyczne badania w zakresie opracowywania i wdrażania technik umożliwiających badanie zjawisk akustycznych.

Najpopularniejsze eksperymenty obejmują różne media o odmiennych strukturach fizycznych. Mogą to być płyny, tunele aerodynamiczne lub naddźwiękowy strumień.

Dochodzenie, które obecnie odbywa się w UNAM, dotyczy spektrum częstotliwości gitary, w zależności od tego, gdzie jest uderzana. Badane są również sygnały akustyczne emitowane przez delfiny (Forgach, 2017).

2- Elektryczność i magnetyzm: wpływ pól magnetycznych w układach biologicznych

Uniwersytet Okręgowy Francisco José Caldasa prowadzi badania nad wpływem pól magnetycznych na systemy biologiczne. Wszystko po to, aby zidentyfikować wszystkie dotychczasowe badania, które zostały przeprowadzone na ten temat i wydać nową wiedzę.

Badania wskazują, że ziemskie pole magnetyczne jest stałe i dynamiczne, z naprzemiennymi okresami zarówno o wysokim, jak i niskim natężeniu.

Mówią również o gatunkach, których orientacja zależy od konfiguracji tego pola magnetycznego, takich jak między innymi pszczoły, mrówki, łososie, wieloryby, rekiny, delfiny, motyle, żółwie (Fuentes, 2004).

3- Mechanika: ciało ludzkie i nieważkości

NASA od ponad 50 lat prowadzi badania nad wpływem braku grawitacji na organizm ludzki.

Badania te pozwoliły wielu astronautom bezpiecznie poruszać się po Księżycu lub żyć przez ponad rok na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Badania NASA analizują mechaniczne skutki, jakie zerowa grawitacja wywiera na organizm, w celu ich zmniejszenia i zapewnienia, że ​​astronauci mogą być wysyłani do bardziej odległych miejsc w Układzie Słonecznym (Strickland & Crane, 2016).

4- Mechanika płynów: efekt Leidenfrosta

Efekt Leidenfrosta to zjawisko, które zachodzi, gdy kropla płynu dotyka gorącej powierzchni, w temperaturze wyższej niż jego temperatura wrzenia.

Doktoranci z Uniwersytetu w Liège stworzyli eksperyment, aby poznać wpływ grawitacji na czas parowania płynu i jego zachowanie podczas tego procesu.

Powierzchnia była początkowo podgrzewana i w razie potrzeby nachylana. Zastosowane krople wody były śledzone za pomocą światła podczerwonego, uruchamiając serwomotory za każdym razem, gdy oddalały się od środka powierzchni (Research and Science, 2015).

5- Optyka: obserwacje Rittera

Johann Wilhelm Ritter był niemieckim farmaceutą i naukowcem, który przeprowadził liczne eksperymenty medyczne i naukowe. Jednym z jego najbardziej znaczących wkładów w dziedzinie optyki jest odkrycie światła ultrafioletowego.

Ritter oparł swoje badania na odkryciu światła podczerwonego przez Williama Herschela w 1800 roku, ustalając w ten sposób, że istnienie niewidzialnych świateł jest możliwe i przeprowadzając eksperymenty z chlorkiem srebra i różnymi wiązkami światła (Cool Cosmos, 2017) .

6- Termodynamika: termodynamiczna energia słoneczna w Ameryce Łacińskiej

Badania te koncentrują się na badaniu alternatywnych źródeł energii i ciepła, takich jak energia słoneczna, a głównym przedmiotem zainteresowania jest projekcja termodynamiczna energii słonecznej jako źródła energii odnawialnej (Bernardelli, 201).

W tym celu dokument badawczy podzielono na pięć kategorii:

1- Promieniowanie słoneczne i dystrybucja energii na powierzchni ziemi.

2- Zastosowania energii słonecznej.

3- Tło i ewolucja zastosowań energii słonecznej.

4- Instalacje i typy termodynamiczne.

5- Studia przypadków z Brazylii, Chile i Meksyku.

7- Kosmologia: badanie ciemnej energii

Survey on Dark Energy or Dark Energy Survey to badanie naukowe przeprowadzone w 2015 roku, którego głównym celem było zmierzenie wielkoskalowej struktury Wszechświata.

Dzięki tym badaniom widmo zostało otwarte dla wielu badań kosmologicznych, które mają na celu określenie ilości ciemnej materii obecnej we wszechświecie i jej dystrybucji.

Z drugiej strony wyniki DES są sprzeczne z tradycyjnymi teoriami o kosmosie, opublikowanymi po misji kosmicznej Plancka, finansowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną.

Badania te potwierdziły teorię, że wszechświat składa się obecnie w 26% z ciemnej materii.

Opracowano również mapy pozycjonowania, które precyzyjnie zmierzyły strukturę 26 milionów odległych galaktyk (Bernardo, 2017).

8- Mechanika kwantowa: teoria informacji i obliczenia kwantowe

Niniejsze badanie ma na celu zbadanie dwóch nowych dziedzin nauki, takich jak informacja i obliczenia kwantowe. Obie teorie mają fundamentalne znaczenie dla rozwoju telekomunikacji i urządzeń przetwarzających informacje.

Niniejsze opracowanie przedstawia aktualny stan obliczeń kwantowych, wsparty postępami poczynionymi przez Grupę Obliczeń Kwantowych (GQC) (López), instytucję zajmującą się wygłaszaniem wykładów i generowaniem wiedzy na ten temat, opartą na pierwszym Postulaty Turinga dotyczące informatyki.

9- Względność: eksperyment Ikara

Eksperymentalne badania Ikara, przeprowadzone w laboratorium Gran Sasso we Włoszech, dodały otuchy światu naukowemu, potwierdzając, że teoria względności Einsteina jest prawdziwa.

W badaniach tych zmierzono prędkość siedmiu neutrin za pomocą wiązki światła dostarczonej przez Europejskie Centrum Badań Jądrowych (CERN) i stwierdzono, że neutrina nie przekraczają prędkości światła, jak stwierdzono w poprzednich eksperymentach w tym samym laboratorium.

Wyniki te były przeciwieństwem wyników uzyskanych w poprzednich eksperymentach CERN, który w poprzednich latach stwierdził, że neutrina podróżują 730 kilometrów szybciej niż światło.

Najwyraźniej wniosek przedstawiony wcześniej przez CERN wynikał ze słabego połączenia GPS w czasie przeprowadzania eksperymentu (El tiempo, 2012).

Bibliografia

1. Czym fizyka klasyczna różni się od fizyki współczesnej? Odzyskane na reference.com.
2. Elektryczność i magnetyzm. Świat Nauk o Ziemi. Copyright 2003, The Gale Group, Inc. Pobrane z encyklopedii.com.
3. Mechanika. Odzyskane na wikipedia.org.
4. Dynamika płynów. Odzyskane na wikipedia.org.
5. Optyka. Definicja. Odzyskane na Dictionary.com.
6. Optyka. McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology (wyd. 5). McGraw-Hill. 1993.
7. Optyka. Odzyskane na wikipedia.org.
8. Co to jest termodynamika? Odzyskany na grc.nasa.gov.
9. Einstein A. (1916). Względność: teoria specjalna i ogólna. Odzyskane na wikipedia.org.
10. Will, Clifford M (2010). "Względność". Grolier Multimedia Encyclopedia. Odzyskane na wikipedia.org.
11. Jakie są dowody na Wielki Wybuch? Odzyskany na astro.ucla.edu.
12. Planck ujawnia i prawie doskonały wszechświat. Odzyskane w esa.int.