Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Фізика Схематичне зображення атома літію. Вивчення матерії на атомному рівні — одна з пріоритетних задач фізики Синхротрон. Сучасна фізика використовує гігантські експериментальні інструменти. Фі́зика

Скачати 237.67 Kb.

Фізика Схематичне зображення атома літію. Вивчення матерії на атомному рівні — одна з пріоритетних задач фізики Синхротрон. Сучасна фізика використовує гігантські експериментальні інструменти. Фі́зика




Скачати 237.67 Kb.
Сторінка1/3
Дата конвертації16.04.2017
Розмір237.67 Kb.
  1   2   3

Фізика

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e1/stylised_lithium_atom.svg/220px-stylised_lithium_atom.svg.png

http://bits.wikimedia.org/static-1.20wmf11/skins/common/images/magnify-clip.png

Схематичне зображення атома літію. Вивчення матерії на атомному рівні — одна з пріоритетних задач фізики



http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/00/soleil_le_01_juin_2005.jpg/220px-soleil_le_01_juin_2005.jpg

http://bits.wikimedia.org/static-1.20wmf11/skins/common/images/magnify-clip.png

Синхротрон. Сучасна фізика використовує гігантські експериментальні інструменти.



Фі́зика (від грец. φυσικός природний, φύσις природа) — природнича наука, яка досліджує загальні властивості матерії та явищ у ній, а також виявляє загальні закони, які керують цими явищами;
Природни́чі нау́ки - галузі науки, що вивчають явища навколишнього світу в живій та неживій природі. До природничих наук не належать дослідження людського суспільства, мов і мистецтв, які заведено об'єднувати під назвою гуманітарні науки.
це наука про закономірності Природи в широкому сенсі цього слова. Фізики вивчають поведінку та властивості матерії в широких межах її проявів, від субмікроскопічних елементарних частинок, з яких побудоване все матеріальне (фізика елементарних частинок), до поведінки всього Всесвіту, як єдиної системи (космологія).
Елемента́рна части́нка - збірний термін, що стосується мікрооб'єктів в суб'ядерному масштабі, які неможливо розщепити на складові частини. Їх будова й поведінка вивчається фізикою елементарних частинок.

Деякі з закономірностей, які встановлені фізикою, є загальними для всіх матеріальних систем. До таких можна віднести, наприклад, закон збереження енергії. Такі закономірності називають законами фізики. Фізику вважають фундаментальною наукою, тому що всі інші природничі науки (хімія, геологія, біологія, тощо) мають справу з певними різновидами матеріальних систем, які підкоряються законам фізики. Наприклад, властивості хімічних речовин визначаються властивостями молекул та атомів, які їх складають, а ці властивості досліджують в таких галузях фізики, як квантова механіка, термодинаміка і/або електрика (електромагнетизм).

Фізичний закон - наукове узагальнення, що ґрунтується на емпіричному спостереженні за поведінкою природних тіл, яке вважається універсальниим і незмінним фактом фізичного світу.
Енергоконсервація (або більш прийняте в Україні поняття - Енергозбереження) стосується зменшення споживання енергії за рахунок використання меншої кількості енергетичних послуг. Енергозбереження відрізняється від енергоефективності, яке стосується використання меншої кількості енергії за тої самої послуги.
Ква́нтова меха́ніка - фундаментальна фізична теорія, що в описі мікроскопічних об'єктів розширює, уточнює і поєднує результати класичної механіки і класичної електродинаміки. Ця теорія є базою для багатьох напрямів фізики та хімії, включаючи фізику твердого тіла, квантову хімію та фізику елементарних частинок.
Речовина́ - вид матерії, яка характеризується масою та складається з елементарних частинок (електронів, протонів, нейтронів, мезонів тощо). Характерною властивістю таких частинок є відмінні від нуля баріонний заряд або лептонний заряд.

Фізика також тісно пов'язана з математикою. Фізичні теорії, як правило, побудовані на основі певного математичного апарату і цей апарат часто набагато складніший в порівнянні з іншими природничими науками. Але відмінність фізики від математики в тому, що фізика принципово зосереджена на описі матеріального світу, тоді як математика має справу з абстрактними ідеями та формулюваннями, які не обов'язково мають якесь реальне відображення.

Математичний апарат - сукупність математичних знань, понять і методів, що застосовуються в деякій області науки, а тому необхідних для її розуміння й успішної в ній роботи. Наприклад, математичним апаратом класичної механіки є математичний аналіз та теорія диференціальних рівнянь, математичним апаратом квантової механіки є функціональний аналіз, математичним апаратом статистики є теорія ймовірності тощо.
Матеріалі́зм - один з основних напрямків філософії, який у вирішенні основного питання філософії стверджує, що буття, природа, матеріальне є первинним, а дух, свідомість, ідеальне - вторинним. Визначення первинності і вторинності різне у різних філософів.
Хоча чіткого поділу не існує. На перетині цих двох наук постала спеціальна дисципліна — математична фізика, яка вибудовує математичні структури фізичних теорій.
Математична структура на множині - в математиці, загальна назва додаткових математичних об'єктів заданих на множині. Для визначення математичних структур задають відношення для елементів множини.
Математична фізика - загальна назва математичних методів дослідження і розв'язання диференціальних рівнянь, які виникають, зокрема, в фізиці. Теорія математичних моделей фізичних явищ; займає особливе положення і у математиці, і у фізиці, перебуваючи на стику цих наук.




Загальний огляд фізичної науки

Науковий метод

Фізика — природнича наука. В її основі лежить експериментальне дослідження явищ природи, а її задача — формулювання законів, якими пояснюються ці явища. Фізика зосереджується на вивченні найфундаментальніших та найпростіших явищ і на відповідях на найпростіші запитання: з чого складається матерія, яким чином частинки матерії взаємодіють між собою, за якими правилами й законами здійснюється рух частинок, тощо. В основі фізичних досліджень лежать спостереження. Узагальнення спостережень дозволяє фізикам формулювати гіпотези щодо спільних загальних рис тих явищ, за якими велися спостереження. Гіпотези перевіряються за допомогою продуманого експерименту, в якому явище проявлялося б у якомога чистішому вигляді й не ускладнювалося б іншими явищами. Аналіз даних сукупності експериментів дозволяє сформулювати закономірність.

Аналіз даних - розділ математики, що займається розробкою методів обробки даних незалежно від їх природи.
На перших етапах досліджень закономірності мають здебільшого емпіричний, феноменологічний характер, тобто явище описується кількісно за допомогою певних параметрів, характерних для досліджуваних тіл та речовин. Аналізуючи закономірності та параметри, фізики будують фізичні теорії, які дозволяють пояснити досліджувані явища на основі уявлень про будову тіл та речовин і взаємодію між їхніми складовими частинами. Фізичні теорії, в свою чергу, створюють передумови для постановки точніших експериментів, в ході яких здебільшого визначаються рамки їхнього застосування. Найзагальніші фізичні теорії дозволяють формулювання фізичних законів, які вважаються загальними істинами, доки накопичення нових експериментальних результатів не вимагатиме їхнього уточнення.

Так, наприклад, Стівен Ґрей помітив, що електрику можна передавати на доволі значну віддаль за допомогою зволожених ниток і почав досліджувати це явище. Георг Ом зумів знайти для нього кількісну закономірність — струм у провіднику пропорційний напрузі (закон Ома). При цьому, звісно, експерименти Ома опиралися на нові джерела живлення та на нові способи вимірювати дію електричного струму, що дозволило кількісно охарактеризувати його.

Джерело живлення - елемент електричного кола, в якому зосереджена електрорушійна сила.
Електри́чний струм (англ. electric current) - упорядкований, спрямований рух електрично заряджених частинок у просторі.
За результатами подальших досліджень вдалося абстрагуватися від форми та довжини провідників і ввести такі феноменологічні характеристики, як питомий опір провідника та внутрішній опір джерела живлення.
Внутрішній опір двополюсника - імпеданс у еквівалентній схемі двополюсника, що складається з послідовно включених генератора напруги та імпеданса (див. малюнок). Поняття застосовується в теорії електричних кіл при заміні реального джерела ідеальними елементами, тобто при переході до еквівалентної схеми.
Пито́мий о́пір - питома фізична величина, яка кількісно характеризує здатність речовини створювати опір проходженню електричного струму.
Закон Ома й понині залишається основою електротехніки, однак дослідження встановили також рамки його застосування — відкрили елементи електричного кола з нелінійними вольт-амперними характеристиками і навіть речовини, які не мають електричного опору — надпровідники. Після відкриття заряджених мікроскопічних частинок — електронів, була сформульована мікроскопічна теорія електропровідності, яка пояснювала залежності опору від температури та пояснювала його розсіянням електронів на коливаннях кристалічної ґратки, домішках, тощо.

Теоретична та експериментальна фізика

Принципи фізичних пошуків дещо відрізняються від таких в інших науках тому, що тут існує чітко визначений розподіл на теорію та експеримент, і з 20 століття більшість фізиків спеціалізується або на теоретичній фізиці, або на експериментальній, і дуже мало таких, які б досягли успіхів в обох напрямах.

Експериментальна фізика - складова частина фізики, сукупність дослідженнь, пов'язаних із отриманням даних про фізичні явища й світ загалом. Основним методом дослідження експериментальної фізики є спостереження.
На відміну, практично всі успішні теоретики біології та хімії також були і експериментаторами.

Коротко кажучи, теоретики займаються пошуком теорій, які могли б пояснити існуючі експериментальні результати та передбачити нові, тоді як експериментатори організують свої практичні дослідження для перевірки результатів теорій. Тобто, незважаючи на існування двох чітких напрямів, вони тісно пов'язані один з одним. Тому прориви в фізиці часто відбуваються саме тоді, коли експериментатори виявляють, що існуючі теорії не можуть пояснити їхніх результатів, і це потребує побудови нових фізичних теорій.

Поділ фізиків на теоретиків та експериментаторів пов'язаний із особливою складністю математичного апарату сучасної фізики з одного боку та складністю сучасного експериментального устаткування — з іншого. З появою потужної комп'ютерної техніки виділився новий клас фізиків, які займаються комп'ютерним моделюванням фізичних процесів та розробкою програмного забезпечення для складних фізичних розрахунків. Частково таке моделювання проводиться ab initio, тобто виходячи з основних принципів фізичної теорії, частково, ґрунтуючись на феноменологічних теоріях та використовуючи бази даних фізичних параметрів частинок, атомів чи речовин.

Феноменоло́гія - термін, який використовують у природознавстві, особливо у фізиці, для позначення сукупності знань, які визначають взаємозв'язок між різними спостереженнями явищ (феноменів) загалом не порушуючи принципів фундаментальнії теорії, але безпосередньо не виводячи цих взаємозв'язків із неї.



Кількісний характер фізики

Фізика — кількісна наука. Фізичний експеримент опирається на вимірювання, тобто порівняння характеристик досліджуваних явищ із певними еталонами. З цією метою фізика розвинула сукупність фізичних одиниць та вимірювальних приладів. Окремі фізичні одиниці об'єднуються в системи фізичних одиниць. Так, на сучасному етапі розвитку науки стандартом є Міжнародна система СІ.

Отримані експериментально кількісні залежності дозволяють використовувати для своєї обробки математичні методи і будувати теоретичні, тобто, математичні моделі досліджуваних явищ.

Вимі́рювальний при́лад (рос. измерительный прибор; англ. indicating instrument; measuring instrument; нім. Ausmessungsgerät n, Messgerät n) - засіб вимірювань, в якому створюється візуальний сигнал вимірюваної інформації.
Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.

Із зміною уявлень про природу тих чи інших явищ міняються також фізичні одиниці, в яких вимірюються фізичні величини.

Фізи́чна величи́на - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їхніх станів і процесів, що в них відбуваються) та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них.
Так, наприклад, для вимірювання температури спочатку були запропоновані довільні температурні шкали, які ділили проміжок температур між характерними явищами (наприклад, замерзанням і кипінням води) на певну кількість менших проміжків, які отримали назву градусів температури. Для вимірювання кількості теплоти була запроваджена одиниця — калорія, яка визначала кількість теплоти, необхідної для нагрівання граму води на один градус. Проте з часом фізики встановили відповідність між механічною і тепловою формою енергії. Таким чином, виявилося, що запропонована раніше одиниця кількості теплоти, калорія, є зайвою, як і одиниця вимірювання температури.
Температу́ра (від лат. temperatura - належне змішування, нормальний стан) - фізична величина, яка описує стан термодинамічної системи.
Кі́лькість теплоти́ (кі́лькість тепла́) або просто теплота́ - це фізична величина, що відповідає енергії, перенесення якої між двома тілами (різними ділянками тіла) здійснюється за рахунок різниці температур без виконання механічної роботи і не зв'язана з перенесенням речовини від одного тіла до іншого.
Одини́ця вимі́рювання (англ. measuring unit, unit of measure) - певний умовний розмір фізичної величини, прийнятий для кількісного відображення однорідних з нею величин.
І кількість теплоти й температуру можна вимірювати в одиницях механічної енергії.
Механі́чна ене́ргія - енергія, яку фізичне тіло має завдяки рухові чи перебуванні в полі потенціальних сил.
В сучасну епоху калорія та градус не вийшли з практичного вжитку, але між цими величинами і одиницею енергії Джоулем існує точне числове співвідношення. Градус, як одиниця вимірювання температури навіть входить в систему СІ, а коефіцієнт переходу від температурної до енергетичної величини, стала Больцмана, вважається фізичною сталою.
Ста́ла Бо́льцмана ( k або k B } ) - фізична стала, що визначає зв'язок між температурою та енергією. Названа на честь австрійського фізика Людвіга Больцмана, який зробив великий вклад в статистичну фізику, у якій ця стала займає ключову позицію.



Базові фізичні теорії

Фізики мають справу з неймовірно широким спектром різних об'єктів та систем, але існує декілька теорій, які використовуються фізиками майже завжди та незалежно від конкретної галузі. Кожна з цих теорій вважається здебільшого вірною, хоча має певні межі застосування.



Теорія

Основні розділи

Концепції

Класична механіка

Закони Ньютона, Механіка Лагранжа, Гамільтонова механіка, Теорія хаосу, Гідродинаміка, Механіка суцільних середовищ

Вимір, Простір, Час, Рух, Швидкість, Прискорення, Маса, Імпульс, Сила, Енергія, Момент імпульсу, Закони збереження, Гармонічний осцилятор, Хвиля, Робота, Потужність

Електромагнетизм

Електростатика, Електрика, Магнетизм, Рівняння Максвелла

Електричний заряд, Електричний струм, Електричне поле, Магнітне поле, Електромагнітне поле, Електромагнітне випромінювання, Магнітний монополь

Термодинаміка, Статистична механіка

Кінетична теорія

Стала Больцмана, Ентропія, Вільна енергія, Теплота, Температура

Квантова механіка

Інтеграл вздовж траєкторій, Рівняння Шредінгера

Гамільтоніан, Ідентичні частинки, Стала Планка, Квантове зчеплення, Квантовий гармонічний осцилятор, Хвильова функція

Теорія відносності

Спеціальна теорія відносності, Загальна теорія відносності

Принцип еквівалентності, 4-імпульс, Система відліку, Простір-час, Швидкість світла

Квантова теорія поля

Квантування невзаємодіючих полів, Теорія збурень

Регуляризація, Перенормування, Ренормгрупа, Фізичний вакуум

Основні галузі фізики

Сучасні фізичні дослідження можна розподілити на окремі галузі, які вивчають різні аспекти матеріального світу. Фізика конденсованих середовищ, напевно одна з найбільших окремих галузей досліджень, сконцентрована на вивченні властивостей звичних проявів матерії, таких як тверді тіла та рідини.

Фі́зика конденсо́ваного середо́вища - широка галузь фізики, що вивчає поведінку складних систем (тобто систем із великою кількістю ступенів свободи) із сильним зв'язком між складовими частками. Принципова особливість еволюції таких систем полягає в тому, що її (еволюцію всієї системи) не вдається розділити на еволюцію окремих часток.
Їхні властивості випливають з властивостей та особливостей взаємодії атомів цих речовин. Атомна, молекулярна фізика та оптика мають справу саме з індивідуальними атомами та молекулами. Галузь фізики елементарних частинок, також знана під назвою фізики високих енергій, вивчає властивості субмікроскопічних, набагато менших ніж атоми, частинок, із яких побудована вся матерія.
Молекуля́рна фі́зика - розділ фізики, який вивчає речовину на рівні молекул. Речовину на рівні атомів вивчає атомна фізика. Поділяється на фізику газів, фізику рідин, кристалофізику, фізику полімерів. Молекулярна фізика тісно пов'язана з фізичною хімією, фізикою твердого тіла, металофізикою, біофізикою, акустикою і т.д.
Фі́зика елемента́рних части́нок (ФЕЧ, англ. Particle physics), часто називається також фі́зикою висо́ких ене́ргій (англ. High energy physics, HEP) - розділ фізики, що вивчає структуру і властивості елементарних частинок і їх взаємодії.
Нарешті, астрофізика прикладає фізичні закони до пояснення астрономічних феноменів, починаючи від Сонця та інших об'єктів сонячної системі, і закінчуючи Всесвітом як таким.
Со́нячна систе́ма - планетна система, що включає в себе центральну зорю - Сонце, і всі природні космічні об'єкти, що обертаються навколо нього.



Галузь

Напрям

Основні теорії

Поняття

Астрофізика

Космологія, Планетологія, Фізика плазми

Великий вибух, Розширення Всесвіту, Загальна теорія відносності, Закон всесвітнього тяжіння

Чорна діра, Фонове космічне випромінювання, Галактика, Гравітація, Гравітаційні хвилі, Планета, Сонячна система, Зірка

Атомна, молекулярна фізика та оптика

Атомна фізика, Молекулярна фізика, Оптика,

Квантова оптика

Дифракція, Електромагнітне випромінювання, Лазер, Поляризація, Спектр

Фізика елементарних частинок

Фізика прискорювачів, Ядерна фізика

Стандартна модель, теорії великого об'єднання, Теорія струн

Фундаментальні взаємодії (гравітація, електромагнетизм, слабка взаємодія, сильна взаємодія) Елементарна частинка, Антиматерія, Спін, Теорія усього, Енергія вакууму

Фізика конденсованих речовин

Фізика твердого тіла, Фізика полімерів, Гідродинаміка, Фізика плазми

Хвиля Блоха Газ Фермі Рідина Фермі

Основні фазові стани (газ, рідина, тверде тіло, конденсат Бозе-Ейнштейна, Електропровідність, Магнетизм, Самоорганізація, Спін

Прикладна фізика

Від свого зародження фізика завжди мала велике прикладне значення й розвивалася разом із машинами й механізмами, які людство використовувало для своїх потреб. Фізика широко використовується в інженерних науках, чимало фізиків було водночас винахідниками і, навпаки. Механіка, як частина фізики, тісно пов'язана з теоретичною механікою та опором матеріалів, як інженерними науками. Термодинаміка зв'язана з теплотехнікою та конструюванням теплових двигунів. Електрика пов'язана з електротехнікою та електронікою, для становлення і розвитку якої дуже важливі дослідження в області фізики твердого тіла. Досягнення ядерної фізики зумовили появу ядерної енергетики, тощо.

Фізика також має широкі міждисциплінарні зв'язки. На межі фізики, хімії та інженерних наук виникла і швидко розвивається така галузь науки як матеріалознавство.

Теплови́й двигу́н (англ. heat engine) - теплова машина для перетворення теплової енергії в механічну роботу. Для виконання двигуном роботи необхідно створити різницю тисків між обома сторонами поршня двигуна чи лопатей турбіни.
Теоретична механіка - це частина механіки, в якій вивчаються найзагальніші закони механічного руху або рівноваги матеріальних тіл і механічної взаємодії між ними. Механічний рух - найпростіша форма руху матерії, яка зводиться до простого переміщення за часом фізичних тіл з одного положення в просторі в інше.
Я́дерна фі́зика - розділ фізики, який вивчає структуру і властивості атомних ядер, та механізми ядерних реакцій (в тому числі радіоактивний розпад).
Я́дерна енерге́тика або атомна енергетика - галузь енергетики, що використовує ядерну енергію для електрифікації і теплофікації; область науки і техніки, що розробляє методи і засоби перетворення ядерної енергії в електричну і теплову.
Інжене́рія (від лат. ingenium - здібність, винахідливість; син. - інжиніринг, рідше вживають «інженерна справа», ще рідше «інженерство») - галузь людської інтелектуальної діяльності по застосуванню досягнень науки до вирішення конкретних проблем людства.
Фізичні методи та інструменти використовуються хімією, що призвело до становлення двох напрямків досліджень: фізичної хімії та хімічної фізики.
Хімічна фізика - міждисциплінарна галузь науки, яка досліджує хімічні процеси методами молекулярної фізики та фізики твердого тіла. Хімічна фізика відрізняється від суміжної дисципліни фізичної хімії ухилом у бік фізичної сторони процесів, у той час, як фізична хімія більше зосереджена на хімічних явищах.
Фізи́чна хі́мія - галузь науки, що вивчає хімічні явища та процеси на основі загальних принципів фізики з використанням фізичних експериментальних методів.
Дедалі потужнішою стає біофізика — область досліджень на межі між біологією та фізикою, в якій біологічні процеси вивчаються виходячи з атомарної структури органічних речовин.
Життєдіяльність - сукупність процесів, які відбуваються у живому організмі, слугують підтримці в ньому життя та є проявами життя. Для життєдіяльності характерний обмін речовин.
Органі́чні речови́ни (рос. органические вещества, англ. organic matter; нім. organische Stoffe m pl) - речовини, що виникли прямо або непрямо з живої речовини або продуктів їх життєдіяльності; присутні в атмосфері, поверхневих і підземних водах, осадах, ґрунтах і гірських породах.
Геофізика вивчає фізичну природу геологічних явищ. Медицина використовує фізичні методи, такі як рентгенівські та ультразвукові дослідження, ядерний магнітний резонанс — для діагностики, лазери — для лікування хвороб очей, ядерне опромінювання — в онкології, тощо.

  1   2   3


Скачати 237.67 Kb.

  • Фі́зика
  • Загальний огляд фізичної науки Науковий метод
  • Теоретична та експериментальна фізика
  • Кількісний характер фізики
  • Теорія Основні розділи Концепції
  • Основні галузі фізики
  • Галузь Напрям Основні теорії Поняття