|
|
|
|
|||
Fizica este o știință fundamentală a naturii care studiază realitatea înconjurătoare, abordând în principal următoarele ei aspecte: proprietățile fundamentale ale materiei, structura materiei, interacțiunile dintre constituenții acesteia, precum și evoluția materiei în spațiu și timp.
Această știință constituie o bază pentru celelalte științe ale naturii (chimia, biologia, geografia), oferind legile generale care guvernează universul, la nivel macroscopic și microscopic.
În antichitate, toate cunoștințele despre lume din vremea aceea erau cuprinse într-o singură știință numită Filozofie, după cuvintele din limba greacă:
philo =iubire;
sophia = înțelepciune,
filozofia însemnând așadar iubirea de înțelepciune.
Din această cunoaștere globală s-a desprins mai întâi filozofia naturală, dedicată exclusiv explicării fenomenelor din mediul înconjurător.
Fizica modernă s-a dezvoltat începând cu secolele XVI-XVII, când savanți precum Galileo Galilei și Isaac Newton au înțeles că natura nu trebuie doar contemplată filozofic și au introdus o metodă de investigație bazată pe experimente și descrierea fenomenelor prin legi exprimate în limbajul universal al Matematicii.
Ca orice știință, fizica nu se bazează pe opinii, ci pe un algoritm riguros numit metoda științifică. Aceasta cuprinde următorele etape fundamentale:
Observația ➔ Formularea Ipotezei ➔ Verificarea Experimentală ➔ Enunțarea Legii
Observația: constatarea și înregistrarea atentă a unui fenomen, așa cum se produce el în natură.
Ipoteza: formularea unei presupuneri logice sau a unei explicații provizorii care încearcă să răspundă la întrebarea “de ce se întâmplă acest fenomen?”
Verificarea (experimentul): reproducerea fenomenului în condiții controlate de laborator, realizând măsurători precise pentru a vedea dacă ipoteza se confirmă sau se infirmă.
Legea fizică: Dacă experimentele repetate confirmă ipoteza, aceasta devine o lege fizică, adică o relație matematică universală care descrie fenomenul.
Observație: Obiectele lăsate din mână cad, adică se îndreaptă spre Pământ.
Ipoteză: S-a presupus că există o forță invizibilă de atracție exercitată de Pământ asupra tuturor corpurilor.
Verificare: Sunt lăsate să cadă corpuri de mase diferite, în medii diferite (inclusiv în vid), măsurând timpul de cădere și accelerația.
Lege: S-a demonstrat valabilitatea ipotezei, formulându-se Legea atracției universale a lui Newton și ecuațiile mișcării rectilinii uniform variate pentru căderea liberă.
În decursul timpului știința se dezvoltă (se îmbogățește cunoașterea), se validează (se confirmă mereu teoriile științifice, eventual se corectează dacă este cazul) și bineînțeles, se aplică în practică, în diferite domenii tehnice (fiindcă asta este utilitatea ei).
Această evoluție are la bază două metode:
1. Metoda inductivă (de la particular la general)
Inducția este metoda prin care se pornește de la observații mărunte, cazuri particulare sau experimente repetate și pe baza lor se trage o concluzie generală (o lege valabilă pentru toate cazurile similare). Ea stă la baza descoperirii legilor noi.
Observația 1: Încălzind o bară de fier aceasta se dilată (își mărește dimensiunile, volumul).
Observația 2: De asemenea, o bucată de cupru se dilată, dar diferit.
Observația 3: Și aluminiul se dilată.
Concluzia generală (legea): Toate metalele se dilată la încălzire. (S-a trecut de la câteva exemple la o regulă universală).
2. Metoda deductivă (de la general la particular)
Deducția funcționează invers: se pornește de la o lege generală deja cunoscută și se aplică la un caz particular pentru a anticipa ce se va întâmpla. Ea stă la baza rezolvării de probleme, a aplicațiilor practice și a previziunilor științifice.
Premisa generală (legea): Știm deja că toate metalele se dilată la încălzire.
Cazul particular: Aurul este un metal.
Concluzia deductivă: Prin urmare, un fir din aur se va lungi prin încălzire. (Nu s-a mai testat firul de aur în laborator, ci doar s-a dedus din legea generală).
În cercetarea științifică, cele două metode se completează reciproc:
Experimente Particulare ➔ Inducție ➔ Lege Generală ➔ Deducție ➔ Predicții pentru cazuri noi
Prin inducție (observând mișcarea corpurilor, inclusiv a corpurilor cerești și făcând experimente), Newton a descoperit Legea atracției universale.
Prin deducție (folosind formula matematică a acelei legi generalizate), astronomii au calculat exact orbita planetei Neptun înainte ca cineva să o vadă efectiv prin telescop.
Se poate spune că:
Metoda inductivă reprezintă calea prin care știința evoluează de la fapte și experimente particulare către enunțarea unor legi cu caracter general (descoperirea regulilor).
Metoda deductivă reprezintă aplicarea legilor generale și a formulelor matematice pentru a explica sau calcula comportamentul unui corp specific (aplicarea regulilor în probleme).
În toată Fizica sunt doar 7 mărimi fundamentale:
|
mărimea fizică |
simbolul uzual |
unitatea de măsură în SI |
|
lungimea |
L |
m (metru) |
|
masa |
M |
kg (kilogram) |
|
timpul |
T |
s (secundă) |
|
cantitatea de substanță |
º |
kmol (kilomol) |
|
temperatura |
T |
K (Kelvin) |
|
intensitatea curentului electric |
I |
A (Amper) |
|
intensitatea luminoasă |
I |
cd (Candela) |
unde SI înseamnă Sistemul Internațional.
Mărimile fizice se pot împărți în două categorii: scalare și vectoriale.
Mărimile fizice scalare pot fi precizate doar printr-o singură valoare și unitatea de măsură aferentă.
Mărimile fizice vectoriale necesită în plus precizarea unei direcții și a unui sens sau se pot exprima printr-un set de valori numerice și unități de măsură.
Pe baza acestor 7 mărimi fundamentale se definesc un număr mai mare de mărimi derivate, ca de exemplu:
|
mărimea |
simbolul uzual |
formula dimensională |
unitatea de măsură în SI |
tipul mărimii |
|
aria |
S |
S=L2 |
m2 (metru pătrat) |
scalară |
|
volumul |
V |
V=L3 |
m3 (metru cub) |
scalară |
|
densitatea |
ρ |
ρ=L-3∙M |
kg/m3 |
scalară |
|
viteza |
v |
v=L∙T-1 |
m/s |
vectorială |
|
accelerația |
a |
a=L∙T-2 |
m/s2 |
vectorială |
|
forța |
F |
F=L∙M∙T-2 |
N (Newton sau kg·m/s2) |
vectorială |
|
presiunea |
p |
p=L-1∙M∙T-2 |
Pa (Pascal sau N/m2) |
scalară |
|
impulsul |
p |
p=L∙M∙T-1 |
kg·m/s |
vectorială |
|
momentul forței |
M |
M=L2∙M∙T-2 |
N·m |
vectorială |
|
momentul cinetic |
L |
L=L2∙M∙T-1 |
kg·m2/s |
vectorială |
|
lucrul mecanic |
L |
L=L2∙M∙T-2 |
J (Jouli) |
scalară |
|
energia |
E |
E=L2∙M∙T-2 |
J (Jouli) |
scalară |
Formulele dimensionale arată că mărimile derivate se pot exprima în funcție de mărimile fundamentale printr-o relație de forma: Lα∙Mβ∙Tγ , unde α, β, γ sunt exponenți care în general pot fi pozitivi, negativi, zero, întregi sau nu.
