Що творить фізика. Розділи фізики

Фізика(Від др.-грец. φύσις «природа») - область природознавства, наука, що вивчає найбільш загальні та фундаментальні закономірності, що визначають структуру та еволюцію матеріального світу.

Термін «фізика» вперше з'явився у творах одного з найбільших мислителівдавнину - Аристотеля, який жив у IV столітті до нашої ери. У російську мову слово «фізика» було введено Михайлом Васильовичем Ломоносовим, коли він видав перший у Росії підручник фізики у перекладі з німецької мови. Перший вітчизняний підручник під назвою «Коротке зображення фізики» був написаний першим російським академіком Страховим.

Загальнонаукові основи фізичних методіврозробляються в теорії пізнання та методології науки.

Предмет фізики

Фізика – це наука про природу в самому загальному сенсі(Частина природознавства). Вона вивчає речовину (матерію) та енергію, а також фундаментальні взаємодії природи, що керують рухом матерії.

Деякі закономірності є спільними для всіх матеріальних систем, наприклад, збереження енергії - такі властивості називають фізичними законами. Фізику іноді називають « фундаментальною наукою», оскільки інші природничі науки (біологія, геологія, хімія та ін) описують лише деякий клас матеріальних систем, що підкоряються законам фізики. Наприклад, хімія вивчає атоми та утворені з них речовини. Хімічні властивості речовини однозначно визначаються фізичними властивостями атомів і молекул, що описуються в таких розділах фізики, як термодинаміка, електромагнетизмта квантова фізика.

Фізика тісно пов'язана з математикою: математика надає апарат, за допомогою якого фізичні закониможуть бути точно сформульовані. Фізичні теорії майже завжди формулюються як математичних висловів, причому використовуються складніші розділи математики, ніж у інших науках. І навпаки, розвиток багатьох галузей математики стимулювався потребами фізичних теорій (див. математична фізика).

Теоретична та експериментальна фізика

Головними гілками фізики є експериментальна фізиката теоретична фізика. І хоча може здатися, що вони розділені, оскільки більшість фізиків є чи чистими теоретиками, чи чистими експериментаторами, насправді теоретична та експериментальна фізика розвиваються у постійному контакті. Над однією і тією самою проблемою можуть працювати як теоретики, і експериментатори. Перші описують існуючі експериментальні дані та роблять теоретичні передбачення майбутніх результатів, другі проводять експерименти, перевіряючи існуючі теорії та отримуючи нові результати. Багато досягнень у фізиці були викликані експериментальним спостереженням явищ, що не описуються існуючими теоріями(наприклад, експериментально виявлена ​​абсолютність швидкості світла породила спеціальну теорію відносності), як і деяким теоріям вдалося передбачити результати, перевірені пізніше (наприклад, відкриття позитрона).

Основні теорії

Хоча фізика має справу з різноманітними системами, деякі фізичні теорії застосовні в великих областяхфізики. Такі теорії вважаються загалом вірними за додаткових обмежень. Наприклад, класична механікавірна, якщо розміри об'єктів, що досліджуються, набагато більше розміріватомів, швидкості істотно менше швидкості світла, та гравітаційні силималі. Ці теорії досі активно досліджуються; наприклад, такий аспект класичної механіки, як теорія хаосу було відкрито лише у XX столітті. Вони становлять основу всім фізичних досліджень.

Слів "фізика" має грецьке походження, Дослівно перекладається як "природа". На сьогоднішній день це одна з найдавніших наук природничо-наукового циклу, згадки про яку зустрічаються ще у давньогрецького вченого Аристотеля (6 століття до н.е.). Що таке фізика? Сьогодні під нею розуміють науку про загальних законахприроди, матерії, її русі та будову. Класичні закони фізики вважаються основою всього сучасного природознавства.

Предмет науки

Фізику можна назвати наукою про природу у найзагальнішому значенні цього слова. Вона вивчає речовину або матерію, енергію, загальні видивзаємодії сил природи. Фізика вважається фундаментальною наукою, оскільки інші природничі дисциплінививчають лише класи матеріальних систем, що підпорядковуються фізичним законам. Фізика тісно пов'язана з математикою, тому що всі фізичні закони описуються за допомогою методів математичного апарату. Крім цього, розвиток деяких галузей математики відбувся виключно завдяки здобуткам фізиків. Так, існує цілий розділ – математична фізика.

Історія фізики

Становлення сучасної фізики пройшло безліч етапів, кожен із яких вносив щось нове в фізичне знання, модернізував фундаментальні.

Стародавній період

Основи сучасної фізики зародилися ще 5-6 ст. до зв. е. Вважається, що сам термін «фізика» вперше опублікував у своїх працях давньогрецький філософ Аристотель. Інші грецькі філософи Евклід та Птолемей створили основи механіки, оптики та інших розділів сучасної фізики. Великий внесок зробили і індійські вчені. Так, астроном Аріабхата запропонував еліптичні моделі планетарних систем, а мислителі Дігнага та Дхармакірті започаткували фізику. елементарних частинок.

Середньовіччя

У середині XVI століття у Європі почалася наукова революціяу зв'язку з винаходом наукових методів дослідження. Так, протягом наступних 100 років вченими було розроблено та доведено основи всієї сучасної фундаментальної фізики. Цей період починається роботою Миколи Коперника, а закінчується цілою плеядою талановитих дослідників: Г. Галілей, І. Кеплер, Б. Паскаль і, звичайно, І. Ньютон, який створив основні закони механіки.

Переломний момент

Наприкінці XIX - на початку XX століття вся класична фізика була перевернута з ніг на голову дослідженнями А. Ейнштейна, Е. Резерфорда, Н. Бора. Вони змінили механічну парадигму у фізиці, винайшовши теорію відносності та теорію атома.

Сучасна фізика

На сьогоднішній день фізика з здебільшогозаймається вивченням фундаментальних законів. Крім того, акцент змістився на розвиток ядерної фізикизавдяки відкриттю радіоактивності речовин Анрі Беккерелем. створення квантової фізикидало поштовх до активного розвитку мікроелектроніки та фізики твердого тіла, без яких не уявляється існування цілих галузей сучасної промисловості.

Напрями фізики як науки

Головними гілками фізики як науки є наступні напрямки: теоретична, прикладна та експериментальна фізика.

Теоретична фізика

Головним завданням теоретичної фізикиє формулювання та уточнення основних законів та явищ природи. Крім того, теоретики безпосередньо вивчають, що таке фізика, закладають основи для практичних досліджень.

Експериментальна фізика

Цей розділ вважається базовим для природничої науки, адже саме за допомогою експериментів доводять чи спростовують закони та теорії, шукають досвідчені дані. Теоретична та експериментальна фізика доповнюють та підкріплюють один одного. До речі, багато відкриттів у фізиці з'явилися в експерименті, а не шляхом теоретичного аналізу.

Прикладна фізика

З моменту свого зародження фізика шукає відповідь на запитання: де можна застосувати теоретичні основинауки. Саме прикладна фізика дозволяє на практиці використовувати наукові відкриття, тому саме цей розділ лежить в основі інженерії, всіх винаходів. Наприклад, ядерна фізика допомогла створити ядерну енергетику, А застосування електрики було б неможливим без знань фізики твердого тіла. Прикладна фізика має багато зв'язків з іншими науками, такими як хімія, біологія і т.д.

Основні фізичні теорії

Сьогодні існує безліч розділів фізики, які охоплюють практично всі явища природи. Ось основні з них:

• Класична механіка - розділ фізики, який вивчає зміни положення тіла у просторі, шукає причини, які це викликають. Механіка ґрунтується на теорії І. Ньютона. Класична механіка ділиться на статику (вивчає рівновагу тіл), кінематику (вивчає геометрію руху тіл) та динаміку (вивчає причини руху тіл).
• Термодинаміка - розділ фізики, який вивчає властивості макроскопічних систем, способи та шляхи трансформації енергії в цих системах. Вся термодинаміка ділиться на рівноважну (класичну) та нерівноважну.
• Теорія електромагнетизму – вивчає взаємодії між частинками з електричним зарядом. Сюди входять такі підрозділи, як електростатика, електродинаміка, магнітна гідродинаміка та інші.
• Квантова механіка – розділ теоретичної фізики, який описує фізичні явища, Дія яких порівняно з дуже маленькою величиною - Постійна Планка.
• Молекулярна фізика - розділ, що вивчає властивості речовини лише на рівні молекул і атомів.
• Теорія відносності – це сучасна теорія, яка вивчає простір та час у контексті фізичних процесів.
• Ядерна фізика – вивчає Фізичні властивостірадіоактивні речовини.
• Оптика - розділ фізики, що вивчає явища, пов'язані з поширенням електромагнітних хвиль, зокрема світло, рентген та інші.

Фізикау перекладі з давньогрецької – «природа». Фізика— це сфера природознавства, наука, яка вивчає найбільш фундаментальні закономірності, що визначають загальну структурута еволюцію матеріального світу. Будучи одним із трьох китів, на яких ґрунтується сучасна системасвітоустрою, фізика, є наукою про природу у найширшому розумінні цього слова! Крім того, що вона вивчає матеріальні та енергетичні параметри організації всесвіту, вона також ставить перед собою завдання пояснення та логічного обґрунтування. фундаментальних взаємодійу природі, що управляють рухом матерії.

Насправді саме фізика є основним двигуном технічного прогресулюдства загалом. Не применшуючи в цьому заслуг та інших галузей наукової думки, все ж таки хочеться згадати про таких найбільших геніяхроду людського як Ісаак Ньютон, Альберт Ейнштейн, Нікола Тесла та ін., та ін. Саме фізики дозволили людству зробити не просто крок у напрямку свого технічного розвитку, але зробити гігантський стрибок!!!

За останні 100 років людина опанувала енергію атома, повсюдно впровадила електрику у всі сфери життя, створила те, без чого ви не змогли б прочитати ці рядки - інтернет, завоював повітряний, водний і почав дослідження підводного простору нашої планети. Створив супер-міцні матеріали, що володіють небаченими до села властивостями, обчислювальні машини, що виконують мільярди логічних операційв секунду, проникнув у безкраї глибини людського мозку, побачив найдрібніших жителів нашої планети, яких тепер ми називаємо вірусами, навчився штучно вирощувати та трансплантувати людські органита вирвався за межі атмосфери планети земля. Усього не перерахувати. Але й цього я думаю достатньо, щоб зрозуміти повною мірою, що ж собою представляє фізична наука.

Може виникнути питання - навіщо фізика потрібна Вам? Дозволимо собі відповісти на нього знову ж таки питанням, - а навіщо сороконіжці ноги, птахам крила, а рослинам сонце? Правильно, - та тому, що без цього їм не обійтися!!! :) Фізика сьогодні потрібна нам як ніколи раніше. Адже ви використовуєте закони фізики кожен день, у своєму повсякденному житті ... - коли готуєте їжу, дивіться телевізор або просто ніжтеся у ванній. Закони Архімеда, закони, що застосовуються в оптиці, або фізичні закони з розділу гідро-газо-динаміки стали для нас чимось настільки повсякденним, що ми вже просто не звертаємо на них своєї уваги, а дарма. Фізика - це в першу чергу, можливість людини якнайглибше пізнати навколишній світ, упорядкувати систему її світосприйняття і усвідомити себе невід'ємною її частиною!

Фізична наука всеосяжна у своєму прагненні охопити якнайбільше і якомога детальніше описати те, що потрапляє в поле зору її апологетів, і тому з повним правом може претендувати на почесне званнякоролеви наук!

Фізика – фундаментальна природнича наука, Якою вже кілька тисячоліть. Пояснити природні явищаз наукової точкизору намагалися ще в давнину. Самий відомий фізикта математик Стародавню ГреціюАрхімед відкрив кілька механічних законів. Інший давньогрецький фізик Стратон у 3 столітті до зв. е. заклав основи експериментальної фізики

Багатовікова історія людства, погляди та гіпотези вчених, постійні дослідження призвели до того, що майже всі природні явища зараз можна пояснити з погляду фізики. У цій науці виділяють кілька основних розділів, кожен із яких описує певні процеси макро- і мікросвіту.

Основні розділи

Основні розділи фізики – це механіка, молекулярна фізика, електромагнетизм, оптика, квантова механіка та термодинаміка.

Механікою називають розділ фізики, який вивчає закони руху тел. Молекулярна фізика - одне із основних розділів, вивчає молекулярну структуру речовин. Електромагнетизм - масштабний розділ, що вивчає електричні та магнітні явища. Оптика вивчає природу світла та електромагнітних хвиль.

Термодинаміка вивчає теплові стани макросистем. Ключові поняттяцього розділу: ентропія, енергія Гіббса, ентальпія, температура, вільна енергія.

Квантова механіка - фізика мікросвіту, що зобов'язана своєю появою дослідженням Макса Планка. Саме цей розділ – квантова механіка – по праву вважається найскладнішим розділом фізики.

Розділи механіки

Основні розділи фізики прийнято поділяти на власні розділи. Наприклад, у механіці виділяють класичну та релятивістську. Класична механіка завдячує своїм становленням Ісааку Ньютону, геніальному англійському вченому, автору трьох основних законів динаміки. Важливу рольтакож зіграли дослідження Галілея. Класична механіка розглядає взаємодію тіл під час руху зі швидкостями, набагато меншими, ніж швидкість світла.

Кінематика та динаміка - розділи фізики, що вивчають рух ідеалізованих тіл. Загалом у класичній механіці виділяють кінематику, динаміку, акустику, механіку. суцільних середовищ.

Акустикою названо розділ фізики, що вивчає звукові хвилі, а також пружні коливаннярізних частот.

У фізиці суцільних середовищ прийнято виділяти гідродинаміку та аеростатику. Це розділи фізики, присвячені законам руху рідин та газів відповідно. А також виділяють фізику плазми та теорію пружності.

Релятивістська механіка розглядає рух тіл, що рухаються зі швидкостями, майже рівними швидкостісвітла. Народження релятивістської механіки нерозривно пов'язане з ім'ям Альберта Ейнштейна, творця СТО та ОТО.

Молекулярна фізика

Молекулярною фізикою називають розділ фізики, що займається дослідженням молекулярної структуриречовини. В курсі молекулярної фізикививчаються закони ідеального газу. Тут вивчається рівняння Менделєєва-Клапейрона, молекулярно-кінетична теорія.

Електромагнетизм

Електромагнетизм - один із найбільш глобальних розділів, якими багата фізика. Розділи фізики електрики та магнетизму: магнетизм, електростатика, рівняння Максвелла, магнітостатика, електродинаміка. Важливий внесок у розвиток цього розділу зробили Кулон, Фарадей, Тесла, Ампер, Максвелл.

Оптика

Ще в Середні віки люди зацікавилися пошуком наукового пояснення оптичних явищ. Розділи фізики, створені для цього: геометрична, хвильова, класична та рентгенівська оптика.

Істотний внесок у розвиток оптики зробив Ісаак Ньютон. Його праця "Оптика", видана в 1704 році, стала ключем до подальшого розвиткугеометричні оптики.

Квантова механіка

Це наймолодший розділ, яким представлена ​​фізика. Розділ квантова механіка має чітку дату народження – 14 грудня 1900 року. Цього дня Макс Планк зробив доповідь про поширення енергії. Він першим припустив, що енергія елементарних частот випромінюється дискретними дозами. Для опису цих дискретних порцій Макс Планк запровадив особливу константу - постійну Планкуяка пов'язує енергію з частотою випромінювання.

У квантовій механіці виділяється атомна та ядерна фізика. Розділи фізики даного напрямупояснюють структуру атома та атомних субодиниць.

Розвиток фотоніки здатне дати можливість створити принципово нові – фотонні – комп'ютери та іншу фотонну техніку, які змінять існуючу електронну техніку. Розвиток газодинаміки призвів до появи літаків та гелікоптерів.

Знання фізики процесів, які у природі, постійно розширюються і поглиблюються. Більшість нових відкриттів незабаром отримують техніко-економічне застосування (зокрема у промисловості). Проте перед дослідниками постійно постають нові загадки, - виявляються явища, пояснення і розуміння яких потрібні нові фізичні теорії. Незважаючи на величезний обсягнакопичених знань, сучасна фізикаще дуже далека від пояснення всіх явищ природи.

Загальнонаукові основи фізичних методів розробляються в теорії пізнання та методології науки.

Предмет фізики

Кількісний характер фізики

Фізика - кількісна наука. Фізичний експеримент спирається на виміри, тобто порівняння характеристик досліджуваних явищ із певними еталонами. З цією метою фізика розвинула сукупність фізичних одиниць та вимірювальних приладів. Окремі фізичні одиниціоб'єднуються у системи фізичних одиниць. Так, на сучасному етапіРозвиток науки стандартом є Міжнародна система одиниць (СІ), але більшість теоретиків, як і раніше, воліє користуватися Гаусової системою одиниць (СГС).

Отримані експериментально кількісні залежності дозволяють використовувати для обробки математичні методиі будувати теоретичні, тобто математичні моделідосліджуваних явищ.

Зі зміною уявлень про природу тих чи інших явищ змінюються також фізичні одиниці, у яких вимірюються фізичні величини. Так, наприклад, для вимірювання температури спочатку були запропоновані довільні температурні шкали, які ділили проміжок температур між характерними явищами(наприклад, замерзанням та кипінням води) на певну кількістьменших проміжків, які одержали назву градусів температури. Для вимірювання кількості теплоти була введена одиниця – калорія, яка визначала кількість теплоти, необхідної для нагріву грама води на один градус. Однак згодом фізики встановили відповідність між механічною та тепловою формою енергії. Таким чином, виявилося, що запропонована раніше одиниця кількості теплоти, калорія є зайвою, як і одиниця вимірювання температури. І кількість теплоти, і температуру можна вимірювати в одиницях механічної енергії. У сучасну епохукалорія і градус не вийшли з практичного вживання, але між цими величинами та одиницею енергії Джоулем існує точне числове співвідношення. Градус як одиниця виміру температури входить до системи СІ, а коефіцієнт переходу від температурної до енергетичним величинам- Постійна Больцмана - вважається фізичною постійною.

Історія фізики