13 gałęzi fizyki klasycznej i współczesnej

Wśród dziedzin fizyki klasycznej i współczesnej możemy wyróżnić akustykę, optykę lub mechanikę w najbardziej prymitywnych dziedzinach, a kosmologię, mechanikę kwantową lub teorię względności w najnowszych zastosowaniach.

Fizyka klasyczna opisuje teorie opracowane przed 1900 r., A współczesna fizyka to wydarzenia, które miały miejsce po 1900 r. Fizyka klasyczna zajmuje się materią i energią w skali makro, bez wchodzenia w bardziej złożone badania kwantowe. współczesnej fizyki.

Max Planck, jeden z najważniejszych naukowców w historii, zakończył klasyczną fizykę i początek współczesnej fizyki z mechaniką kwantową.

Gałęzie fizyki klasycznej

1- Akustyka

Ucho jest instrumentem biologicznym par excellence, który odbiera pewne wibracje falowe i interpretuje je jako dźwięk.

Akustyka, która zajmuje się badaniem dźwięku (fale mechaniczne w gazach, cieczach i ciałach stałych), jest związana z produkcją, kontrolą, transmisją, odbiorem i efektami dźwięku.

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

Psychoakustyka, bada fizyczne skutki dźwięku w systemach biologicznych, obecne od czasu, gdy Pitagoras po raz pierwszy usłyszał dźwięki wibrujących strun i młotów, które uderzyły w kowadła w szóstym wieku pne. C. Ale najbardziej imponujący rozwój medycyny to technologia ultradźwięków.

2- Elektryczność i magnetyzm

Elektryczność i magnetyzm pochodzą od pojedynczej siły elektromagnetycznej. Elektromagnetyzm jest gałęzią fizyki, która opisuje interakcje elektryczności i magnetyzmu.

Pole magnetyczne jest wytwarzane przez prąd elektryczny w ruchu, a pole magnetyczne może indukować ruch ładunków (prąd elektryczny). Zasady elektromagnetyzmu wyjaśniają również zjawiska geomagnetyczne i elektromagnetyczne, opisujące interakcje naładowanych cząstek z atomami.

W przeszłości elektromagnetyzm był doświadczany na podstawie efektów pioruna i promieniowania elektromagnetycznego jako efektu świetlnego.

Magnetyzm był używany przez długi czas jako podstawowy instrument nawigacji prowadzony przez kompas.

Zjawisko ładunków elektrycznych w spoczynku zostało wykryte przez starożytnych Rzymian, którzy obserwowali sposób, w jaki pocierający grzebień przyciągał cząstki. W kontekście ładunków dodatnich i ujemnych równe ładunki odpychają się, a różne ładunki przyciągają się.

Możesz być zainteresowany poznaniem tego tematu, odkrywając 8 typów fal elektromagnetycznych i ich charakterystykę.

3- Mechanika

Jest to związane z zachowaniem ciał fizycznych, gdy są poddane siłom lub przemieszczeniom, a następnie skutkom ciał w ich środowisku.

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

Ta subdyscyplina zajmuje się ruchem sił na obiektach i cząstkach, które są w spoczynku lub poruszają się z prędkością znacznie niższą niż prędkość światła. Mechanika opisuje naturę ciał.

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

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

4- Mechanika płynów

Mechanika płynów opisuje przepływ cieczy i gazów. Dynamika płynów jest gałęzią, z której wyłaniają się subdyscypliny, takie jak aerodynamika (badanie powietrza i innych gazów w ruchu) i hydrodynamika (badanie ruchomych cieczy).

Dynamika płynów jest szeroko stosowana: do obliczania sił i momentów w samolotach, określania masy płynu olejowego przez rurociągi naftowe, oprócz przewidywania wzorców pogodowych, kompresji mgławic w przestrzeń międzygwiezdna i modelowanie rozszczepienia jądrowego.

Ta gałąź oferuje systematyczną strukturę, która obejmuje empiryczne i półempiryczne prawa pochodzące z pomiaru przepływu i wykorzystywane do rozwiązywania praktycznych problemów.

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

5- Optyka

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

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

Ta gałąź jest odpowiednia dla wielu pokrewnych dyscyplin, takich jak astronomia, inżynieria, fotografia i medycyna (okulistyka i optometria). Jego praktyczne zastosowania znajdują się w różnych technologiach i przedmiotach codziennego użytku, w tym w lusterkach, soczewkach, teleskopach, mikroskopach, laserach i światłowodach.

6- Termodynamika

Oddział fizyki badający wpływ pracy, ciepła i energii układu. Urodził się w XIX wieku wraz z pojawieniem się silnika parowego. Zajmuje się jedynie obserwacją i reakcją na dużą skalę obserwowalnego i mierzalnego systemu.

Małe interakcje gazowe opisano w kinetycznej teorii gazów. Metody wzajemnie się uzupełniają i są wyjaśnione w kategoriach termodynamiki lub teorii kinetycznej.

Prawa termodynamiki to:

• Prawo entalpii : wiąże różne formy energii kinetycznej i potencjalnej w systemie z pracą, jaką może wykonać system, oraz transfer ciepła.
• Prowadzi to do drugiego prawa i 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.

Gałęzie współczesnej fizyki

7- Kosmologia

To badanie struktur i dynamiki Wszechświata na większą skalę. Zbadaj jego pochodzenie, strukturę, ewolucję i miejsce docelowe.

Kosmologia jako nauka wywodzi się z zasady Kopernika - ciała niebieskie przestrzegają praw fizycznych identycznych z prawami Ziemi i mechaniki Newtona, co pozwoliło nam zrozumieć te prawa fizyczne.

Kosmologia fizyczna rozpoczęła się w 1915 r. Wraz z rozwojem ogólnej teorii względności Einsteina, po której nastąpiły znaczące odkrycia obserwacyjne w latach 20. XX wieku.

Dramatyczne postępy w kosmologii obserwacyjnej od lat 90. XX wieku, w tym kosmiczne tło mikrofalowe, odległe supernowe i pomiary przesunięcia ku czerwieni w galaktyce, 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

Gałąź 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 ze sobą oraz promieniowanie elektromagnetyczne (światło, promienie rentgenowskie i promieniowanie gamma).

Wielu naukowców przyczyniło się do ustanowienia trzech rewolucyjnych zasad, które stopniowo zyskały akceptację i weryfikację eksperymentalną między 1900 a 1930 rokiem.

• Określone właściwości . Pozycja, prędkość i kolor mogą czasami występować tylko w określonych ilościach (takich jak kliknięcie numeru według numeru). Jest to przeciwieństwo koncepcji mechaniki klasycznej, która mówi, że takie właściwości muszą istnieć w płaskim i ciągłym widmie. Aby opisać ideę, że niektóre właściwości klikają, naukowcy wymyślili czasownik ilościowy.
• Cząsteczki światła . Naukowcy obalili 200 lat eksperymentów, postulując, że światło może zachowywać się jak cząstka i nie zawsze „jak fale / fale w jeziorze”.
• Fale materii . Materia może również zachowywać się jak fala. Dowodzi tego 30 lat eksperymentów, które twierdzą, że materia (jak elektrony) może istnieć jako cząstki.

9 - Względność

Teoria ta obejmuje dwie teorie Alberta Einsteina: szczególna teoria względności, która dotyczy cząstek elementarnych i ich oddziaływań - opisująca wszystkie zjawiska fizyczne z wyjątkiem grawitacji - oraz ogólna teoria względności wyjaśniająca prawo grawitacji i jej związek z innymi siłami natura

Dotyczy to sfery kosmologicznej, astrofizyki i astronomii. Względność przekształciła postulaty fizyki i astronomii w XX wieku, znosząc 200 lat teorii newtonowskiej.

Wprowadził takie pojęcia, jak czasoprzestrzeń jako zjednoczona istota, względność jednoczesności, kinematyczna i grawitacyjna dylatacja czasu oraz skurcz długości.

W dziedzinie fizyki poprawił naukę cząstek elementarnych i ich fundamentalnych oddziaływań, wraz z inauguracją epoki jądrowej.

Kosmologia i astrofizyka przewidywały 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 cząsteczkami oraz ich składniki.

11-Biofizyka

Formalnie jest to gałąź biologii, choć ściśle związana z fizyką, ponieważ bada biologię za pomocą zasad i metod fizycznych.

12-astrofizyka

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

13-Geofizyka

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

Przykłady badań każdej gałęzi

1- Akustyka: badania UNAM

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

Najczęstsze eksperymenty obejmują różne media o odmiennych strukturach fizycznych. Te środki mogą być płynne, tunele aerodynamiczne lub użycie naddźwiękowego strumienia.

Dochodzenie, które obecnie odbywa się w UNAM, to widmo częstotliwości gitary, w zależności od miejsca, w którym jest odtwarzane. Badane są również sygnały akustyczne emitowane przez delfiny (Forgach, 2017).

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

Uniwersytet Okręgowy Francisco José Caldas prowadzi badania nad wpływem pól magnetycznych w układach biologicznych. Wszystko po to, aby zidentyfikować wszystkie poprzednie badania, które zostały przeprowadzone na ten temat, i wydać nową wiedzę.

Badania wskazują, że pole magnetyczne Ziemi jest trwałe i dynamiczne, z naprzemiennymi okresami zarówno wysokiej, jak i niskiej intensywności.

Mówią także o gatunkach, które zależą od konfiguracji tego pola magnetycznego, aby się orientować, takich jak między innymi pszczoły, mrówki, łosoś, wieloryby, rekiny, delfiny, motyle, żółwie (Fuentes, 2004).

3- Mechanika: ludzkie ciało i zerowa grawitacja

Od ponad 50 lat NASA prowadzi zaawansowane badania nad wpływem zerowej grawitacji na ludzkie ciało.

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

Badania NASA analizują skutki mechaniczne, jakie ma zerowa grawitacja na ciele, w celu zmniejszenia ich i upewnienia się, że astronauci mogą być wysyłani do bardziej odległych miejsc w układzie słonecznym (Strickland i Crane, 2016).

4- Mechanika płynów: efekt Leidenfrosta

Efekt Leidenfrosta jest zjawiskiem, które występuje, gdy kropla płynu dotyka gorącej powierzchni w temperaturze wyższej niż jej temperatura wrzenia.

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

Powierzchnia była początkowo ogrzewana i przechylana, gdy było to konieczne. Stosowane kropelki wody śledzono za pomocą światła podczerwonego, uruchamiając serwomotory za każdym razem, gdy oddalały się od środka powierzchni (Investigación y ciencia, 2015).

5- Optyka: obserwacje Rittera

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

Ritter oparł swoje badania na odkryciu światła podczerwonego przez Williama Herschela w 1800 r., Określając w ten sposób, że istnienie niewidzialnych świateł było możliwe i przeprowadzanie eksperymentów z chlorkiem srebra i różnymi wiązkami światła (Cool Cosmos, 2017),

6- Termodynamika: termodynamiczna energia słoneczna w Ameryce Łacińskiej

Badania koncentrują się na badaniu alternatywnych źródeł energii i ciepła, takich jak energia słoneczna, z termodynamiczną projekcją energii słonecznej jako zrównoważonego źródła energii jako głównego zainteresowania (Bernardelli, 201).

W tym celu dokument badania jest podzielony na pięć kategorii:

1- Promieniowanie słoneczne i dystrybucja energii na powierzchni ziemi.

2- Wykorzystanie energii słonecznej.

3- Tło i ewolucja zastosowań energii słonecznej.

4- Instalacje i typy termodynamiczne.

5- Studia przypadków w Brazylii, Chile i Meksyku.

7- Kosmologia: Dark Energy Survey

The Dark Energy Survey, czyli Dark Energy Survey, było badaniem naukowym przeprowadzonym w 2015 r., Którego głównym celem było zmierzenie wielkoskalowej struktury wszechświata.

Dzięki tym badaniom spektrum zostało otwarte dla licznych badań kosmologicznych, których celem jest określenie ilości ciemnej materii obecnej w obecnym wszechświecie i jego dystrybucji.

Z drugiej strony wyniki przedstawione przez DES sprzeciwiają się tradycyjnym teoriom o kosmosie, wydanym po misji kosmicznej Planck, finansowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną.

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

Opracowano także mapy pozycjonowania, które dokładnie mierzyły strukturę 26 milionów odległych galaktyk (Bernardo, 2017).

8- Mechanika kwantowa: teoria informacji i obliczenia kwantowe

Celem tych badań jest zbadanie dwóch nowych obszarów nauki, takich jak informatyka i informatyka kwantowa. Obie teorie mają fundamentalne znaczenie dla rozwoju urządzeń telekomunikacyjnych i przetwarzania informacji.

Niniejsze opracowanie przedstawia aktualny stan obliczeń kwantowych, wspierany przez postępy dokonane przez Quantum Computation Group (GQC) (López), instytucję zajmującą się prowadzeniem rozmów i generowaniem wiedzy na ten temat w oparciu o pierwszą Postulaty Turinga dotyczące informatyki.

9- Względność: eksperyment Ikara

Eksperymentalne badania Icarus, przeprowadzone w laboratorium Gran Sasso we Włoszech, przyniosły spokój naukowemu światu, potwierdzając, że teoria względności Einsteina jest prawdziwa.

Badanie to mierzyło prędkość siedmiu neutrin za pomocą wiązki światła podanej przez Europejskie Centrum Badań Jądrowych (CERN), stwierdzając, że neutrina nie przekraczają prędkości światła, jak stwierdzono w poprzednim eksperymencie tego samego laboratorium.

Wyniki te były przeciwne do wyników uzyskanych w poprzednich eksperymentach CERN, które w poprzednich latach wykazały, że neutrina podróżowały 730 kilometrów szybciej niż światło.

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